题目内容

15.实施以减少能源浪费和降低废气排放为基本内容的节能减排政策,是应对全球气候问题、建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择.化工行业的发展必须符合国家节能减排的总体要求.试运用所学知识,解决下列问题:
(1)已知某反应的平衡表达式为:K=$\frac{{C({H_2})C(CO)}}{{C({H_2}O)}}$,该条件下每消耗3g水蒸气,需吸收22kJ的热量,则该反应的热化学反应为:C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)△H=+132kJ/mol
(2)已知在一定温度下,
C(s)+CO2(g)?2CO(g)平衡常数K1;
CO(g)+H2O(g)?H2(g)+CO2(g)平衡常数K2;
C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g)  平衡常数K3;
则K1、K2、K3之间的关系是:K3=K1×K2.
(3)煤化工通常通过研究不同温度下平衡常数以解决各种实际问题.已知等体积的一氧化碳和水蒸气进入反应器时,会发生如下反应:CO(g)+H2O(g)?H2(g)+CO2(g),该反应平衡常数随温度的变化如下表所示:
温度/℃400500800
平衡常数K9.9491
该反应的正反应方向是放热反应(填“吸热”或“放热”),若在500℃时进行,设起始时CO和H2O的起始浓度均为0.020mol/L,在该条件下,CO的平衡转化率为:75%.
(4)从氨催化氧化可以制硝酸,此过程中涉及氮氧化物,如NO、NO2、N2O4等.对反应N2O4(g)?2NO2(g)△H>0在温度为T1、T2时,平衡体系中NO2的体积分数随压强变化曲线如图所示.下列说法正确的是D.
A.A、C两点的反应速率:A>C
B.A、C两点气体的颜色:A深,C浅
C.B、C两点的气体的平均相对分子质量:B<C
D.由状态B到状态A,可以用加热的方法
E.A、C两点的化学平衡常数:A>C
(5)0.2mol/L的NaOH与0.4mol/L的硝酸铵溶液等体积混合后,溶液中各离子的物质的量浓度从大到小的顺序是c(NO3-)>c(NH4+)>c(Na+)>c(OH-)>c(H+).

分析 (1)由平衡表达式为:K=$\frac{{C({H_2})C(CO)}}{{C({H_2}O)}}$,则该反应为:C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g),计算消耗1mol水蒸气吸收的热量,注明物质的聚集状态与反应热书写热化学方程式;
(2)已知:①C(s)+CO2(g)?2CO(g)
②CO(g)+H2O(g)?H2(g)+CO2(g)
③C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g)
①+②可得③,则反应③的平衡常数为①与②的平衡常数之积;
(3)由表中数据可知,随温度升高平衡常数减小,说明升高温度平衡逆向移动;
设平衡时CO浓度变化量为xmol/L,表示出平衡时各组分浓度,根据平衡常数列方程计算解答;
(4)N2O4(g)═2NO2(g)△H>0,该反应为吸热反应,升高温度,化学平衡正向移动,NO2的体积分数增大;增大压强,化学平衡逆向移动,NO2的体积分数减小.
A.A、C两点在等温线上,压强越大,反应速率越快;
B.增大压强平衡向逆反应进行,向逆反应进行是减小由于压强增大导致浓度增大趋势,但到达平衡仍比原平衡浓度大;
C.B、C两点相同物质的含量相同,即二氧化氮与四氧化二氮的物质的量之比相等;
D.压强相同,升高温度,化学平衡正向移动,NO2的体积分数增大;
E.A、C两点温度相等,则平衡常数相同;
(5)0.2mol/L的NaOH与0.4mol/L的硝酸铵溶液等体积混合后,得到溶液中硝酸钠、硝酸铵、氨水的浓度相等,一水合氨的电离程度大于铵根离子水解程度,溶液呈碱性.

解答 解:(1)由平衡表达式为:K=$\frac{{C({H_2})C(CO)}}{{C({H_2}O)}}$,则该反应为:C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g),消耗1mol水蒸气吸收的热量为22kJ×$\frac{1mol×18g/mol}{3g}$=132kJ,反应热书写热化学方程式为:,
故答案为:C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)△H=+132kJ/mol;
故答案为:C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)△H=+132kJ/mol;
(2)已知:①C(s)+CO2(g)?2CO(g)
②CO(g)+H2O(g)?H2(g)+CO2(g)
③C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g)
则K1=$\frac{{c}^{2}(CO)}{c(C{O}_{2})}$,K2=$\frac{c({H}_{2})×c(C{O}_{2})}{c(CO)×c({H}_{2}O)}$,K3=$\frac{c(CO)×c({H}_{2})}{c({H}_{2}O)}$=$\frac{{c}^{2}(CO)}{c(C{O}_{2})}$×$\frac{c({H}_{2})×c(C{O}_{2})}{c(CO)×c({H}_{2}O)}$=K1×K2,
故答案为:K3=K1×K2;
(3)由表中数据可知,随温度升高平衡常数减小,说明升高温度平衡逆向移动,则正反应为放热反应;
设平衡时CO浓度变化量为xmol/L,则:
             CO(g)+H2O(g)?H2(g)+CO2(g)
开始(mol/L):0.02    0.02     0      0
变化(mol/L):x        x       x      x
平衡(mol/L):0.02-x  0.02-x   x      x
所以$\frac{x×x}{(0.02-x)×(0.02-x)}$=9,解得x=0.015,
所以CO的转化率为$\frac{0.015mol/L}{0.02mol/L}$×100%=75%,
故答案为:放热;75%;
(3)A.由图象可知,A、C两点在等温线上,C的压强大,则A、C两点的反应速率:A<C,故A错误;
B.A、C两点都在等温线上,C的压强大,与A相比C点平衡向逆反应进行,向逆反应进行是由于减小体积增大压强,平衡移动的结果降低NO2浓度增大趋势,但到达平衡仍比原平衡浓度大,平衡时NO2浓度比A的浓度高,NO2为红棕色气体,则A、C两点气体的颜色:A浅,C深,故B错误;
C.B、C两点相同物质的含量相同,即二氧化氮与四氧化二氮的物质的量之比相等,则平均相对分子质量相等,故C错误;
D.升高温度,化学平衡正向移动,NO2的体积分数增大,由图象可知,A点NO2的体积分数大,则T1<T2,由状态B到状态A,可以用加热的方法,故D正确;
E.A、C两点温度相等,则平衡常数相同,故E错误,
故选:D;
(5)0.2mol/L的NaOH与0.4mol/L的硝酸铵溶液等体积混合后,得到溶液中硝酸钠、硝酸铵、氨水的浓度相等,一水合氨的电离程度大于铵根离子水解程度,溶液呈碱性,故溶液中离子浓度大小为:c(NO3-)>c(NH4+)>c(Na+)>c(OH-)>c(H+),
故答案为:c(NO3-)>c(NH4+)>c(Na+)>c(OH-)>c(H+).

点评 本题考查化学平衡计算、化学平衡图象、平衡常数、热化学方程式书写、离子浓度大小比较等,是对学生综合能力的考查,难度中等.

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