3.(适用新课标)反应Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g)的平衡常数为K1;反应Fe(s)+H2O(g)FeO(s)+H2(g)的平衡常数为K2。在不同温度下K1、K2的值如下表:
温度/K |
K1 |
K2 |
973 |
1.47 |
2.38 |
1173 |
2.15 |
1.67 |
(1)试推导反应CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)的平衡常数K与K1、K2的关系式: 。
(2)通过K值的计算来判断,反应CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)是 反应。(填“吸热”或“放热”)
(3)在一体积为10 L的密闭容器中,加入一定量的CO2和H2O(g),在1173K时发生反应并记录反应前5min的浓度,第6min时改变了反应的条件,引起浓度的变化。各物质的浓度变化(mol/L)见下表:
时间/min |
CO2 |
H2 |
CO |
H2O |
0 |
0.2000 |
0.3000 |
0 |
0 |
2 |
0.1740 |
0.2740 |
0.0260 |
0.0260 |
3 |
c1 |
c2 |
c3 |
c3 |
4 |
c1 |
c2 |
c3 |
|
5 |
0.0727 |
0.1727 |
0.1273 |
0.1273 |
6 |
0.0350 |
0.1350 |
0.1650 |
|
|
①前2min,用CO表示的该化学反应的速率是
②在3min-4min之间,反应处于 状态(填“平衡”或“非平衡”)
③第6min时,平衡向 方向移动,可能的原因是
化学的学习过程中常用的科学思维方法有分析与综合、比较与分类、抽象与概括等,此外还要掌握类比、假说、建立模型等科学的推理方法,作为选拔高一级人才的高考化学试题,理应加强对学生综合思维能力的考查。
例4. 工业上生产Na、Ca、Mg都用电解其熔融态的氯化物,但K却不能用电解熔融KCl的方法来制取,因为金属钾易溶于熔态的KCl中而有危险,难以获得钾,且降低电流效率。工业上通常用金属钠和氯化钾在高温下反应制取。该反应为:Na (l)+KCl (l)NaCl (l)+K(g) △H>0,各物质的有关数据如下表:
物质 |
熔点/℃ |
沸点/℃ |
密度/g·cm3 |
Na |
97.8 |
883 |
0.97 |
K |
63.7 |
774 |
0.86 |
NaCl |
801 |
1465 |
2.165 |
KCl |
770 |
1437 |
1.984 |
(1) 工业上制取金属钾的化学原理是 ,在常压下金属钾转为气态从反应混合物中分离的最低温度约为 ,而反应的最高温度应低于 。
(2)在制取金属钾的过程中,为了提高原料的转化率可采取的措施是 。
(3)常压下,将反应温度升高到900℃时,该反应的平衡常数可以表示为
K= 。
解析:由题中信息知,工业上冶炼金属钾的化学原理是化学平衡移动原理,反应控制的温度范围应至少大于金属钾的沸点,而小于金属钠的沸点。(当然也不高于KCl、NaCl的沸点);在制备钾的过程中,为提高原料的利用率,即想法使反应向右移动,所以可采取的措施有:适当的升高温度、降低压强或移去钾蒸气。(3)在900℃时,反应方程式中物质Na也为气态,故此时的平衡常数K=c(K)/c(Na)。
答案:(1)化学平衡移动原理 774℃ 883℃
(2)适当的升高温度、降低压强或移去钾蒸气 (3)c(K)/c(Na)
[点评]:本题以冶炼金属钾这一新的知识点来考查学生的综合思维能力,要求同学在解答试题时以化学平衡移动原理为依据,以演绎推理为判据,用合成氨等平衡移动的应用为思维原型进行类比推理,形成思维迁移的起点。望同学们深刻领悟此题的考查意境和解答方法。
能力训练:
1.已知反应:3A(g)+B(g)2C(g) △H<0。现向甲容器中充入3molA和1molB,向乙容器中充入a molC,若初始时两容器的温度、体积都相同,且甲容器能保持恒温恒压、乙容器能保持恒温恒容。则反应一段时间后,两容器中A的物质的量分数相同,下列说法中正确的是 ( )
A.a<2 B.a=2,并增大甲的压强
C.a>2 D.a=2,并降低乙的温度
(二)在一固定体积的密闭容器中,充入2molCO2和1molH2发生下列化学反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g),其化学平衡常数与温度(T)的关系如下表:
T/℃ |
700 |
800 |
830 |
1000 |
1200 |
K |
0.6 |
0.9 |
1.0 |
1.7 |
2.6 |
回答下列问题:
(1)该反应的化学平衡常数表达式为K= 。
(2)若反应在830℃下达到平衡,则CO2气体的转化率为 。
(3)若绝热时(容器内外没有热量交换),平衡发生移动的结果是使容器内CO的浓度增大,则容器内气体温度 。(填“升高”、“降低”或“不能确定”)
(4)能判断该反应是否达到化学平衡状态的依据是 。
A. 容器内压强不变 B. 混合气体中[CO]不变
C. v正(H2)= v逆(H2O) D. c(CO2)=c(CO)
E. [CO2]·[H2]=[CO]·[H2O]
解析:(一)利用化学平衡常数K的意义知:K值越大,则表示反应进行的越完全;因不能确定反应的热效应,升温不能确定反应的移动方向,所以温度升高时,K值可能增大也可能减小。