题目内容

(14分)
已知CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)反应的平衡常数和温度的关系如下:

|温度/ ℃
700
800
830
1000
1200
平衡常数
1.7
1.1
1.0
0.6
0.4
回答下列问题:
(1)该反应的△H          0(填“<”“ >”“ =”);
(2)830℃时,向一个5 L的密闭容器中充入0.20mol的CO和0.80mol的H2O,反应初始6s内CO的平均反应速率v(CO)="0.003" mol·L-1·s-1,则6S末CO2的物质的量浓度为               ;反应经一段时间后,达到平衡后CO的转化率为              ;
(3)判断该反应是否达到平衡的依据为                (填正确选项前的字母);   
a.压强不随时间改变           b.气体的密度不随时间改变
c.c(CO)不随时间改变           d.单位时间里生成CO和H2的物质的量相等   
(4)已知1000℃时,要使CO的转化率超过90%,则起始物c(H2O): c(CO)应不低于       ;
(5)某燃料电池以CO为燃料,以空气为氧化剂,以熔融态的K2CO3为电解质,请写出该燃料电池正极的电极反应式                                             ;
(6)已知CO可用于制备很多物质:
       ΔH=+8.0kJ·mol-1
       ΔH=+90.4kJ·mol-1
               ΔH=-556.0kJ·mol-1
               ΔH=-483.6kJ·mol-1
请写出与反应生成热化学方程式                      。

(每空2分)
(1)  <  (2分)        (2)0.018 mol·L-1   80%  (各2分)     (3)c d(2分) 
(4)14.4(2分) 
(5)正极:O2 + 4e- + 2CO2 = 2CO32-(2分) 
(6)S(g)+O2(g)= SO2(g)  ΔH=-574.0kJmol-1(2分)

解析试题分析:(1)由表中数据可知,温度越高平衡常数越小,说明升高温度平衡向逆反应移动,故正反应是放热反应,即△H<0。
(2)反应初始6s内A的平均反应速率v(CO)=0.003mol?L-1?s-1,则6s内c(CO2)=△c(CO)=0.003mol?L-1?s-1×6s=0.018mol?L?1;CO的起始浓度=0.2mol/5L=0.04mol?L?1。
设平衡时A的浓度变化量为x,则:
CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)
开始(mol/L):0.04  0.16    0    0
变化(mol/L):x    x     x      x
平衡(mol/L):0.04-x 0.16-x   x    x
故x?x/(0.04?x)(0.16?x) =1,解得x=0.032mol/L,所以平衡时A的转化率=0.032mol/L    ÷0.04mol?L?1×100%=80%
(3)a、该反应前后气体的物质的量不变,压强始终不变,故压强不随时间改变,不能说明到达平衡,错误;b、混合气体的总质量不变,容器的容积不变,故混合气体的密度始终不变,故气体的密度不随时间改变,不能说明到达平衡,错误;c、可逆反应到达平衡时,各组分的浓度不发生变化,故c(CO)不随时间改变,说明到达平衡,正确;d、单位时间里生成CO和H2的物质的量相等,正反应速率等于逆反应速率,说明到达平衡,正确。
(4)设CO、H2O的起始浓度分别为x、y,且CO的转化率为90%,则:
CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)
起始浓度(mol?L-1)   x   y    0   0
转化浓度(mol?L-1)  0.9x  0.9x   0.9x  0.9x
平衡浓度(mol?L-1)  0.1x  y-0.9x  0.9x   0.9x
K=0.9x?0.9x ÷[0.1x?(y?0.9x)] =0.6,得y/x=14.4,只要增加H2O量,就可提高CO的转化率。
(5)该电池中,正极反应一定是氧气得电子的过程,该电池的电解质环境是熔融碳酸盐,所以电极反应为:O2+2CO2+4e-=2CO32- (或2O2+4CO2+8e-=4CO32-)
(6)根据盖斯定律:S(g)+O2(g)=SO2(g)可由已知反应(③+④-①-②)/2得到,则S(g)与O2(g)反应生成SO2(g)热化学方程式为:S(g)+O2(g)=SO2(g)△H=-574.0kJmol-1。
考点:本题考查化学平衡判断及移动分析、化学反应速率、原电池原理、热化学方程式书写。

练习册系列答案
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煤炭燃烧过程中会释放出大量的SO2,严重破坏生态环境。采用一定的脱硫技术可以把硫元素以CaSO4的形式固定,从而降低SO2的排放。但是煤炭燃烧过程中产生的CO又会与CaSO4发生化学反应,降低脱硫效率。相关反应的热化学方程式如下:
CaSO4(s)+CO(g) CaO(s) + SO2(g) + CO2(g)    ΔH1=218.4kJ·mol-1(反应Ⅰ)
CaSO4(s)+4CO(g) CaS(s) + 4CO2(g)    ΔH2= -175.6kJ·mol-1(反应Ⅱ)
请回答下列问题:
(1)反应Ⅰ能自发进行的条件是           。
(2)对于气体参与的反应,表示平衡常数Kp时用气体组分(B)的平衡压强p(B)代替该气体物质的量浓度c(B),则反应Ⅱ的Kp=       (用表达式表示)。
(3)假设某温度下,反应Ⅰ的速率(v1)大于反应Ⅱ的速率(v2),则下列反应过程能量变化示意图正确的是            。

(4)通过监测反应体系中气体浓度的变化判断反应Ⅰ和Ⅱ是否同时发生,理由是            。
(5)图1为实验测得不同温度下反应体系中CO初始体积百分数与平衡时固体产物中CaS质量百分数的关系曲线。则降低该反应体系中SO2生成量的措施有        。
A.向该反应体系中投入石灰石
B.在合适的温度区间内控制较低的反应温度
C.提高CO的初始体积百分数
D.提高反应体系的温度
(6)恒温恒容条件下,假设反应Ⅰ和Ⅱ同时发生,且v1>v2,请在图2中画出反应体系中c(SO2)随时间t变化的总趋势图。
  

(14分)工业上以乙苯为原料生产苯乙烯的反应如下(Ph代表苯基):
Ph—CH2CH3(g)Ph—CH=CH2(g)+H2(g) △H
某研究小组为探究温度等因素对该反应的产率影响,在容积可变的密闭容器中分别作了四组实验,实验结果如下图a、b所示。

(1)根据反应及上图(a),判断△H     0(填“<”“=”或“>”,下同),△S    0;请选择经济、且适宜的反应温度:        。
(2)下列事实可以说明该反应已达平衡的是          。
A.混合气体的密度不再变化
B.氢气的体积分数保持不变
C.氢气、苯乙烯的生成速率之比保持不变
D.单位时间内消耗的n(乙苯)等于生成的n(H2)
(3)从压强因素分析,为提高乙苯的转化率,应采用      的生产条件。实际工业生产中常采用通入水蒸气的方法。水蒸气的含量对反应的影响结果如上图(b)所示。
①在做这四组实验时,应该采用的其他实验条件是           。
A.反应温度相同         B.采用不同的催化剂
C.压强都控制在常压下    D.反应相同时间时测定实验数据
②图(b)表明:                           。

③一定温度下,在恒压密闭容器中,通入一定量n(H2O)/n(乙苯)=7:1的气体,发生上述反应,在t1时刻达到平衡。保持其他条件不变,此时分离出一定量的水蒸气,在t2时刻重新达到平衡,请在右图中画如反应再次达到平衡过程的图像。

(16分)碳及其化合物与人类生产、生活密切相关。请回答下列问题:
(1)在化工生产过程中,少量CO的存在会引起催化剂中毒。为了防止催化剂中毒,常用SO2将CO氧化SO2被还原为S。
已知: C(s)+(g)=CO(g)ΔH1=-126.4kJ/mol        ①
C(s)+O2(g)=CO2(g)  ΔH2= -393.5kJ·mol-1       ②
                 S(s)+O2(g)=SO2(g)   ΔH3= -296.8kJ·mol-1         ③
则SO2氧化CO的热化学反应方程式:                              
(2)CO可用于合成甲醇,反应方程式为CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。

①CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图1所示,该反应ΔH     0(填“>”或“ <”)。
图2表示CO的转化率与起始投料比[ n(H2)/n(CO)]、温度的变化关系,曲线I、II、III对应的平衡常数分别为K1、K2、K3,则K1、K2、K3的大小关系为         ;测得B(X1,60)点氢气的转化率为40%,则x1=        。
②在恒容密闭容器里按体积比为1:2充入一氧化碳和氢气,一定条件下反应达到平衡状态。当改变反应的某一个条件后,下列变化能说明平衡一定向正反应方向移动的是      (填序号)。

A.正反应速率先增大后减小B.逆反应速率先增大后减小
C.化学平衡常数K值增大D.反应物的体积百分含量增大
E. 混合气体的密度增大
③一定条件下,将2molCO和2molH2置于容积为2L固定的密闭容器中发生上述反应,反应达到平衡时CO与H2体积之比为2∶1,则平衡常数K=              。
(3)最新研究发现,用隔膜电解法可以处理高浓度乙醛废水。
原理:使用惰性电极电解,乙醛分别在阴、阳极转化为乙醇和乙酸,
总反应为:2CH3CHO+H2OCH3CHOH+CH3CHOOH。
实验室中,以一定浓度的乙醛-Na2SO4溶液为电解质溶液,模拟乙醛废水的 处理过程,其装置示意图如图所示:

①电解过程中,两极除分别生成乙酸和乙醇外,均产生无色气体,阳极电极反应分别为:
4OH--4e-═O2↑+2H2O;                                   。
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