题目内容
(2)除电解法,工业炼镁还可采用硅热法(Pidgeon法).即以煅白(CaO?MgO)为原料与硅铁(含硅75%的硅铁合金)混合置于密闭还原炉,1200℃下发生反应:2(CaO?MgO)(s)+Si(s)?Ca2SiO4 (l)+2Mg(g)
①已知还原性:Mg>Si,上述反应仍能发生的原因是
②由图,推测上述反应正向为
③若还原炉容积为400m3,原料中煅白质量为9.6t,5小时后,测得煅白的转化率为50%,计算这段时间内Mg的生成速率
考点:化学平衡的计算,化学平衡的影响因素
专题:化学平衡专题
分析:(1)由于1molN2和3molH2完全反应可以生成2molNH3,所以甲乙两个体系的平衡状态是一样的,即对应气体的浓度完全相同. 对于同一可逆反应,相同条件下,正反应的反应热与逆反应的反应热,数值相等,符号相反,N2和H2完全反应时放热Q,则NH3完全分解时吸热也是Q,根据三段式利用x表示出平衡时甲容器内反应混合物各组分的物质的量为 N2(1-x )mol、H2(3-3x )mol、NH32xmol,放出热量Q1=xQkJ;则乙容器反应混合物各组分的物质的量也是为 N2(1-x )mol、H2(3-3x )mol、NH32xmol,所以分解的NH3的物质的量为(2-2x)mol,吸收热量(1-x)QkJ,利用Q2=4Q1,列放出求出x的值,转化的H2为3x,利用转化率定义计算;
(2)①根据化学平衡移动原理来回答;
②根据图象中Mg的产率随温度的变化考虑,根据平衡常数来判断Mg(g)的浓度;
③根据v=
来计算化学反应速率.
(2)①根据化学平衡移动原理来回答;
②根据图象中Mg的产率随温度的变化考虑,根据平衡常数来判断Mg(g)的浓度;
③根据v=
| △c |
| △t |
解答:
解:由于1molN2和3molH2完全反应可以生成2molNH3,所以甲乙两个体系的平衡状态是一样的,即三种气体的浓度完全相同,对于同一可逆反应,相同条件下,正反应的反应热与逆反应的反应热,数值相等,符号相反.N2和H2完全反应时放热Q,则NH3完全分解时吸热也是Q,
假设甲容器中的参加反应的氮气的物质的量为xmol,所以:
对于甲容器:N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)△H=-QkJ/mol
起始(mol):1 3 0
变化(mol):x 3x 2x
平衡(mol):1-x 3-3x 2x
所以Q1=xQkJ,
乙容器反应混合物各组分的物质的量也是为N2(1-x )mol、H2(3-3x )mol、NH32xmol,所以分解的NH3的物质的量为(2-2x)mol,
对于乙容器:2NH3(g)?N2(g)+3H2(g)△H=+QkJ/mol,故吸收的热量Q2=
QkJ=(1-x)QkJ,所以(1-x)Q=4xQ,解得x=0.2,所以H2的转化率为
=20%,故答案为:20%;
(2)①1200℃时发生反应为2(CaO?MgO)(s)+Si(s)?Ca2SiO4 (l)+2Mg(g),此时镁以蒸气的形式逸出,使平衡向正反应方向移动,使得化学反应能发生,故答案为:1200℃时反应生成的镁以蒸气的形式逸出,使平衡向正反应方向移动;
②由图象可知,温度越高,Mg的产率增大,说明升高温度平衡正移,所以正方向为吸热方向;因为该反应的K=C2(Mg),平衡后若其他条件不变,将还原炉体积缩小一半,则温度没变所以K不变,所以新平衡时Mg(g)的浓度不变;
故答案为:吸热;不变;
③2(CaO?MgO)(s)+Si(s)?Ca2SiO4 (l)+2Mg(g)
192 48
9.6t×50% m
m=1.2t,n=(1.2×106g)/24g/mol=50000mol
这段时间Mg的生成速率v=50000mol÷(400×103)L÷5h=0.025 mol/(L?h)
故答案:0.025 mol/(L?h).
假设甲容器中的参加反应的氮气的物质的量为xmol,所以:
对于甲容器:N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)△H=-QkJ/mol
起始(mol):1 3 0
变化(mol):x 3x 2x
平衡(mol):1-x 3-3x 2x
所以Q1=xQkJ,
乙容器反应混合物各组分的物质的量也是为N2(1-x )mol、H2(3-3x )mol、NH32xmol,所以分解的NH3的物质的量为(2-2x)mol,
对于乙容器:2NH3(g)?N2(g)+3H2(g)△H=+QkJ/mol,故吸收的热量Q2=
| 2-2x |
| 2 |
| 0.2mol×3 |
| 3mol |
(2)①1200℃时发生反应为2(CaO?MgO)(s)+Si(s)?Ca2SiO4 (l)+2Mg(g),此时镁以蒸气的形式逸出,使平衡向正反应方向移动,使得化学反应能发生,故答案为:1200℃时反应生成的镁以蒸气的形式逸出,使平衡向正反应方向移动;
②由图象可知,温度越高,Mg的产率增大,说明升高温度平衡正移,所以正方向为吸热方向;因为该反应的K=C2(Mg),平衡后若其他条件不变,将还原炉体积缩小一半,则温度没变所以K不变,所以新平衡时Mg(g)的浓度不变;
故答案为:吸热;不变;
③2(CaO?MgO)(s)+Si(s)?Ca2SiO4 (l)+2Mg(g)
192 48
9.6t×50% m
m=1.2t,n=(1.2×106g)/24g/mol=50000mol
这段时间Mg的生成速率v=50000mol÷(400×103)L÷5h=0.025 mol/(L?h)
故答案:0.025 mol/(L?h).
点评:本题综合考查学生对可逆反应的化学平衡的掌握,涉及化学方程式的计算,计算较为简单,总体难度不大,做题时注意等效平衡的理解和运用.
练习册系列答案
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