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16.(14分)(2010年榆林或2010年威海质检)t ℃时,向某密闭容器中加入0.3 mol A、0.1 mol C和一定量的B三种气体,保持温度不变,使之发生反应,各物质浓度随时间的变化如下图中甲图所示[t0-t1阶段c(B)未画出],乙图为t2时刻后改变容器中条件,反应速率随时间变化的情况,且四个阶段都各改变一种不同的条件。已知t3-t4阶段为使用催化剂;t5-t6阶段容器内B的物质的量共增加0.01 mol,而此过程中容器与外界的热交换总量为a kJ。

(1)t5-t6阶段改变的条件为__________;

(2)该反应建立第一次平衡时的化学平衡常数为__________;

(3)在t1-t6的平衡阶段中,平衡常数的有关变化为________(填序号);

a.t3-t4增大、t5-t6增大

b.t3-t4增大、t5-t6减小

c.t3-t5阶段不变、t5-t6增大

d.t3-t5阶段不变、t5-t6减小

(4)如果t5-t6阶段同时采取t3-t4阶段的措施,此过程中容器与外界的热交换总量将________(填“大于”、“小于”或“等于”)a kJ,理由是____________________________________。

[解析] (1)t2-t3阶段:根据图象可知,t2时刻向体系中加入了反应物或者生成物;t3-t4阶段:加入了催化剂;t4-t5阶段和t5-t6阶段:这两个阶段应为改变温度或压强,当改变(升高或降低)温度时,必然引起平衡的正向或逆向移动,而改变压强时,如果方程式两边气体物质的化学计量数之和相等,平衡就不会移动,所以t4-t5阶段为改变压强,t5-t6阶段为改变温度,由于t5-t6阶段正、逆反应速率均比原来大,说明是升高温度,而t4-t5阶段正、逆反应速率均比原来小,说明是减小压强。

(2)向该密闭容器中加入0.3 mol A、0.1 mol C后,其浓度分别为0.15 mol·L1和0.05 mol·L1,说明容器的体积为2 L,通过前面的分析,我们已经知道该反应前后气体物质的量不变,甲图中A(反应物)、C(生成物)两种物质的浓度变化数值之比为=,所以B应为生成物,且化学计量数为1,即反应的方程式为3A(g)2C(g)+B(g),K==2.80。因为化学平衡常数只与温度有关,所以t1-t5阶段平衡常数不变,而t5-t6阶段是升高温度,平衡常数增大。(5)若在t5-t6阶段同时使用催化剂,只能同等程度加快正逆反应速率而不改变反应热,所以此过程中容器与外界的热交换总量不变。

[答案] (1)升高温度 (2)2.80 (3)c (4)等于 使用催化剂,可以同等程度加快正逆反应的速率,但不改变反应热(或不改变平衡状态等)

15.(17分)(2009年广东高考)甲酸甲酯水解反应方程式为:HCOOCH3(l)+H2O(l)HCOOH(l)+CH3OH(l) ΔH>0某小组通过实验研究该反应(反应过程中体积变化忽略不计)。反应体系中各组分的起始量如下表:

组分
HCOOCH3
H2O
HCOOH
CH3OH
物质的量/mol
1.00
1.99
0.01
0.52

甲酸甲酯转化率在温度T1下随反应时间(t)的变化见下图:

(1)根据上述条件,计算不同时间范围内甲酸甲酯的平均反应速率,结果见下表:

反应时间
 
 
 
 
 
 
 
范围/min
0-5
10-15
20-25
30-35
40-45
50-55
75-80
平均反应速率/
 
 
 
 
 
 
 
(103 mol·min1)
1.9
7.4
7.8
4.4
1.6
0.8
0.0

请计算15-20 min范围内甲酸甲酯的减少量为______mol,甲酸甲酯的平均反应速率为__________mol·min1(不要求写出计算过程)。

(2)依据以上数据,写出该反应速率在不同阶段的变化规律及其原因:________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(3)上述反应的平衡常数表达式为:

K=,则该反应在温度T1下的K值为______。

(4)其他条件不变,仅改变温度为T2(T2大于T1),画出温度T2下甲酸甲酯转化率随反应时间变化的预期结果示意图。

[解析] (1)由图中数据可以看出15-20 min内甲酸甲酯转化率提高了4.5%,利用转化率和速率的计算式计算。

(2)表格中平均反应速率的数据显示反应速率先增大后减小,因该反应是吸热反应排除温度升高的影响,则只能是反应体系中的某物质对该反应起到催化剂作用,而起始反应物中HCOOH的量很小,只能是其具有催化作用造成的。

(3)同一混合体系中各物质的浓度之比与物质的量之比相等,故可将平衡时刻各物质的物质的量代入平衡常数计算公式求算。

(4)注意该反应是吸热反应,T2>T1,温度升高,既能加快反应速率,又能缩短达到平衡的时间,提高转化率。

[答案] (1)0.045 9.0×103

(2)该反应中甲酸具有催化作用。①反应初期:虽然甲酸甲酯量较大,但甲酸量很小,催化效果不明显,反应速率较慢;②反应中期:甲酸量逐渐增多,催化效果显著,反应速率明显增大;③反应后期:甲酸量增加到一定程度后,浓度对反应速率的影响成主导因素,特别是逆反应速率的增大,使正反应速率逐渐减小,直至达到平衡状态 (3)0.14

(4)

 0  8577  8585  8591  8595  8601  8603  8607  8613  8615  8621  8627  8631  8633  8637  8643  8645  8651  8655  8657  8661  8663  8667  8669  8671  8672  8673  8675  8676  8677  8679  8681  8685  8687  8691  8693  8697  8703  8705  8711  8715  8717  8721  8727  8733  8735  8741  8745  8747  8753  8757  8763  8771  447348 

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