题目内容

13．硫酸是重要的化工原料，二氧化硫生成三氧化硫是硫酸工业的重要反应之一．
Ⅰ．（1）现将一定量的SO2（g）和O2（g）放入某固定体积的密闭容器中，在一定条件下，反应2SO2（g）+O2（g）?2SO3（g）达到平衡状态．
①上述反应平衡常数的表达式K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）×c（{O}_{2}）}$
②能判断该反应达到平衡状态的标志是bc．（填字母）
a．SO2和SO3浓度相等    b．SO2百分含量保持不变
c．容器中气体的压强不变  d．SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等．
（2）某温度下，SO2的平衡转化率（α）与体系总压强（P）的关系如下图1所示．平衡状态由A变到B时，平衡常数K（A）=K（B）（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）如图2所示，保持温度不变，在一定反应条件下，将2molSO2和1molO2加入甲容器中，将4molSO2和2molO2加入乙容器中，隔板K不能移动．此时控制活塞P，使乙的容积为甲的2倍．
①若移动活塞P，使乙的容积和甲相等，达到新平衡时，SO3的体积分数甲小于乙．（填：“大于”、“小于”、或“等于”）
②若在甲容器中通入一定量的He气，使容器内的压强增大，则c（SO3）/c（SO2）将不变填：“增大”、“减小”、“不变”、“无法确定”）
（4）将一定量的SO2（g）和O2（g）放入某固定体积的密闭容器中，在一定条件下，c（SO3）的变化如下图所示．若在第5分钟将容器的体积缩小一半后，在第8分钟达到新的平衡（此时SO3的浓度约为0.25mol/L）．请在下图中画出此变化过程中SO3浓度的变化曲线．
Ⅱ．资料显示，某些金属离子对H2O2的分解起催化作用．为比较Fe3+和Cu2+对H2O2分解的催化效果，该实验小组的同学设计了如图3所示的实验装置进行实验．
（1）某同学通过测定O2的体积来比较H2O2的分解速率快慢，实验时可以通过测量单位时间生成O2的体积或生成单位体积O2所需要的时间来比较；
（2）0.1g MnO2粉末加入50mL H2O2溶液中，在标准状况下放出气体的体积和时间的关系如图4所示．解释反应速率变化的原因：随着反应的进行，浓度减小，反应速率减慢，计算H2O2的初始物质的量浓度为0.11mol/L．（保留两位有效数字，在标准状况下测定）

分析 I．（1）①化学平衡常数是指：一定温度下，可逆反应到达平衡时，生成物的浓度系数次幂之积与反应物的浓度系数次幂之积的比，固体、纯液体不需要在化学平衡常数中写出；
②可逆反应到达平衡时，同种物质的正逆速率相等，各组分的浓度、含量保持不变，由此衍生的其它一些量不变，判断平衡的物理量应随反应进行发生变化，该物理量由变化到不变化说明到达平衡；
（2）平衡常数只受温度影响，温度相同，则平衡常数相等；
（3）甲、乙中相同物质的浓度相同，二者为等效平衡，平衡时相同物质的含量相同，平衡时左右两室体积不变．
①若移动活塞P，乙中压强增大，平衡正向移动，而甲中压强减小，平衡逆向移动；
②若在甲容器中通入一定量的He气，恒容条件下，各组分的浓度不变，平衡不移动；
（4）在第5分钟将容器的体积缩小一半后，瞬间SO3的浓度变为0.2mol/L，压强增大平衡正向移动，SO3的浓度增大，在第8分钟达到新的平衡时SO3的浓度约为0.25mol/L；
Ⅱ．（1）实验时可以通过测量单位时间生成O2的体积或生成单位体积O2所需要的时间来比较；
（2）随着反应的进行，溶液的浓度逐渐降低，反应速率逐渐减小；根据图象可以看出H2O2完全反应放出60 mL O2，根据2H2O2$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2H2O+O2↑进行计算．

解答 解：（1）①2SO2（g）+O2（g）?2SO3（g）的平衡常数表达式K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）×c（{O}_{2}）}$，故答案为：$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）×c（{O}_{2}）}$；
②a．SO2和SO3浓度与起始量和转化率有关，SO2和SO3浓度相等，不能说明反应达到平衡状态，故a错误；
b．SO2百分含量保持不变，说明反应达到平衡状态，故b正确；
c．反应前后压强不同，容器中气体的压强不变，说明反应达到平衡状态，故c正确；
d．SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等，均为正反应速率，反应始终按该比例关系进行，不能说明反应达到平衡状态，故d错误；
故答案为：bc；
（2）平衡常数只受温度影响，与压强无关，平衡状态由A变到B时，二者温度相同，故平衡常数K（A）=K（B），故答案为：=；
（3）甲、乙中相同物质的浓度相同，二者为等效平衡，平衡时相同物质的含量相同，平衡时左右两室体积不变．
①若移动活塞P，乙中压强增大，平衡正向移动，乙中SO3的体积分数增大，甲中压强减小，平衡逆向移动，甲中SO3的体积分数减小，故SO3的体积分数甲小于乙，故答案为：小于；
②甲为恒温恒容容器，加入一定量的氦气，各组分的浓度不变，平衡不移动，则$\frac{c（S{O}_{3}）}{c（S{O}_{2}）}$不变，故答案为：不变；
（4）在第5分钟将容器的体积缩小一半后，瞬间SO3的浓度变为0.2mol/L，压强增大平衡正向移动，SO3的浓度增大，在第8分钟达到新的平衡时SO3的浓度约为0.25mol/L，此变化过程中SO3浓度的变化曲线为：，故答案为：；
Ⅱ．（1）通过测定O2的体积来比较H2O2的分解速率快慢，实验时可以通过测量单位时间生成O2的体积或生成单位体积O2所需要的时间来比较，
故答案为：单位时间生成O2的体积；生成单位体积O2所需要的时间；
（2）浓度越大，反应速率越大，反之越小，随着反应进行，反应物的浓度逐渐减小，则速率逐渐减小；
根据图象可以看出H2O2完全反应放出60 mL O2，H2O2的分解反应为2H2O2$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2H2O+O2↑，则：n（H2O2）=$\frac{0.06L}{22.4L/mol}$×2≈0.00536 mol，所以H2O2的初始物质的量浓度为：c（H2O2）=$\frac{0.00536mol}{0.05L}$≈0.11 mol/L，
故答案为：随着反应的进行，浓度减小，反应速率减慢；0.11 mol/L．

点评 本题考查化学平衡常数、平衡状态判断、影响化学平衡的外界条件、平衡图象、探究反应速率影响因素等，题目难度中等．

练习册系列答案
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3．水是人类赖以生存的物质，H2O的摩尔质量为（　　）
A．16g/molB．18gC．20g/molD．18g/mol
4．为治理环境，减少雾霾，应采取措施减少二氧化硫、氮氧化物（NOx）和CO2的排放量．
Ⅰ处理NOx的一种方法是利用甲烷催化还原NOx．
①CH4（g）+4NO2（g）═4NO（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H1=-574kJ/mol
②CH4（g）+2NO2（g）═N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H2=-867kJ/mol
（1）若用4.48LCH4还原NO生成N2，则放出的热量为232kJ．（气体体积已折算为标准状况下）
（2）NOx可用强碱溶液吸收产生硝酸盐．在酸性条件下，FeSO4溶液能将NO3-还原为NO，NO能与多余的FeSO4溶液作用生成棕色物质，这是检验NO3-的特征反应，写出该过程中产生NO的离子方程式：3Fe2++NO3-+4H+=3Fe3++NO↑+2H2O．
电解的原理如图1所示
（3）电解时阴极的电极反应式为2NO3-+12H++10e-=N2↑+6H2O；当电路中转移20mol电子时，交换膜左侧溶液质量减少180g．
Ⅲ利用I2O5消除CO污染的反应为：5CO（g）+I2O5（s）═5CO2（g）+I2（s）．不同温度下，向装有足量I2O5固体的2L恒容密闭容器中通入4molCO，测得CO2的体积分数（φ）随时间（t）变化曲线如图2．
回答：
（4）T1时，该反应的化学平衡常数的数值为1024．
（5）下列说法不正确的是BD（填字母）．
A．容器内气体密度不变，表明反应达到平衡状态
B．两种温度下，c点时体系中混合气体的压强相等
C．d点时，在原容器中充入一定量氦气，CO的转化率不变
D．b点和d点时化学平衡常数的大小关系：Kb＜Kd
Ⅳ．以二氧化钛表面覆盖Cu2Al2O4为催化剂，可以将CO2和CH4通过反应CO2（g）+CH4（g）═CH3COOH（g）△H＜0直接转化成乙酸．在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如图3所示．
（6）①250-300℃时，乙酸的生成速率减小的主要原因是250℃～300℃时，催化剂的催化效率降低．
②工业生产中该反应的温度常选择250℃、不选择400℃，从综合经济效益考虑，其原因是250℃时，催化剂的催化效果最好，提高温度耗费较高的能量，并且低温条件有利于平衡向着正反应方向移动．
1．写出下列热化学方程式：
（1）SiH4是一种无色气体，遇到空气能发生爆炸性自燃，生成SiO2（s）和H2O（l）；已知室温下2 g SiH4自燃放出热量89.2 kJ，其热化学方程式为SiH4（g）+2O2（g）=SiO2（g）+2H2O（l）；△H=-1427.2kJ/mol
（2）0.3 mol气态高能燃料乙硼烷（B2H6），在氧气中燃烧生成固态三氧化二硼和液态水，放出649.5 kJ热量，写出该反应的热化学方程式：
（3）在101 kPa时，1.00 g C6H6（l）燃烧生成CO2和H2O（l）时，放出41.8 kJ的热量，C6H6的燃烧热为3260.4kJ/mol，该反应的热化学方程式为C6H6（l）+$\frac{15}{2}$O2（g）═6CO2（g）+3H2O（l）△H=-3260.4 kJ/mol
（4）写出稀硫酸和稀氢氧化钠溶液反应表示中和热的热化学方程式（中和热数值57.3 kJ/mol）：$\frac{1}{2}$H2SO4（aq）+NaOH（aq）=$\frac{1}{2}$Na2SO4（aq）+H2O（l）△H=-57.3kJ/mol．
8．研究NO2、SO2、CO等大气污染气体的处理具有重要意义．

（1）NO2可用水吸收，相应的化学反应方程式为3NO2+H2O=NO+2HNO3．
（2）已知：2SO2（g）+O2（g）?2SO3（g）△H=-196.6kJ•mol-1
2NO（g）+O2（g）?2NO2（g）△H=-113.0kJ•mol-1
则反应NO2（g）+SO2（g）?SO3（g）+NO（g）的△H=-41.8kJ•mol-1．
一定条件下，将NO2与SO2以体积比1：2置于密闭容器中发生上述反应，下列能说明反应达到平衡状态的是b．
a．体系压强保持不变              b．混合气体颜色保持不变
c．SO3和NO的体积比保持不变     d．每消耗1mol SO3的同时生成1mol NO2
（3）CO可用于合成甲醇，反应方程式为CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）．CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图1示．该反应△H＜0（填“＞”或“＜”）． 工业上实际生产条件控制在250℃、1.3×104kPa左右，不选择更高压强的理由是在1.3×104kPa下，CO的转化率已较高，再增大压强CO的转化率提高不大，而生产成本增加得不偿失．
（4）将CH4转化成CO，工业上常采用催化转化技术，其反应原理为：
CH4（g）+$\frac{3}{2}$O2（g）?CO（g）+2H2O（g）△H=-519kJ/mol．工业上要选择合适的催化剂，分别对X、Y、Z三种催化剂进行如下实验：
①X在750℃时催化效率最高，能使正反应速率加快约3×105倍；
②Y在600℃时催化效率最高，能使正反应速率加快约3×105倍；
③Z在440℃时催化效率最高，能使逆反应速率加快约1×106倍；
根据上述信息，你认为在生产中应该选择的适宜催化剂是Z（填“X”或“Y”或“Z”），选择的理由是催化活性高、速度快、反应温度较低．
（5）请在答题卡的坐标图中如图2画出上述反应在有催化剂与无催化剂两种情况下反应过程中体系能量变化示意图，并进行必要标注．
18．某晶体（结晶水合物）由五种短周期元素组成．常温下，将该晶体溶于蒸馏水后可电离出三种离子（忽略水的电离），其中两种离子含有的电子数均为10个．将该溶液分成等量2份，一份中加入足量稀盐酸，无明显现象，再加入BaCl2溶液，产生白色沉淀；向另一份中逐滴加入NaOH溶液至过量，生成沉淀的物质的量与加入NaOH溶液的体积关系如图所示．
请回答下列问题：
（1）若该晶体的摩尔质量为906g•mol-1，写出该晶体的化学式（NH4）2SO4•Al2（SO4）3•24H2O；
（2）B点溶液的pH＞7（填“＜”、“＞”或“=”），用化学用语表示其原因NH3•H2O?NH4++OH-．
（3）若向该晶体的水溶液中逐滴加入Ba（OH）2溶液至产生最多的沉淀，写出该变化的离子方程式NH4++Al3++2SO42-+2Ba2++4OH-=NH3•H2O+Al（OH）3↓+BaSO4↓．
（4）C点溶液中所含溶质的化学式为Na2SO4、NaAlO2、NH3•H2O；此时溶液中各种离子浓度由大到小顺序为c（Na+）＞c（SO42-）＞c（AlO2-）＞c（OH-）＞c（NH4+）＞c（H+）．
5．如果BaCO3沉淀中含有0.01mol BaSO4，在1.0L次沉淀的饱和溶液中加入多少Na2CO3才能使BaSO4完全转化为BaCO3？（ksp（BaSO4）=1.1×10-10   ksp（BaCO3）=2.6×10-9）
2．取用1mol/L盐酸时，下列物理量中不随所取体积的多少而变化的是（　　）
A．溶液中HCl的物质的量B．溶液的浓度
C．溶液中Cl-的数目D．溶液的质量
3．A、B、C、D、E属于短周期元素，且原子序数依次增大，已知A 与E同主族，B、C、D、E同周期，A与B可形成两种离子化合物甲和乙，在甲中A、B 离子的电子层结构相同；C的简单离子半径是同周期所有离子中最小的，高纯度的D单质可制造芯片；又知 C、D的单质都能与强碱溶液反应．
（1）写出：AODSi（元素符号），乙Na2O（化学式）
（2）E元素在周期表中的位置是第三周期，第VIA族．
（3）画出B的原子结构示意图；
（4）D的氧化物与NaOH溶液反应的化学方程式SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O；
（5）举出C单质在工业上的一种重要用途（必须用化学方程式表示）2Al+Fe2O3$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Al2O3+2Fe．

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