题目内容

10.在2L密闭容器内,800℃时反应:2NO(g)+O2(g)?2NO2(g)体系中,n(NO)随时间的变化如表:
时间(s)012345
n(NO)(mol)0.0200.0100.0080.0070.0070.007
(1)写出该反应的平衡常数表达式:K=$\frac{c{\;}^{2}(NO{\;}_{2})}{c{\;}^{2}(NO)×c(O{\;}_{2})}$
已知:K300°C>K350°C,则该反应是放热反应.
(2)图中表示NO2的变化的曲线是b.用O2表示从0~2s内该反应的平均速率v=1.5×10-3mol•L-1•s-1.
(3)能说明该反应已达到平衡状态的是bc.
a.v (NO2)=2v (O2)         b.容器内压强保持不变
c.v逆(NO)=2v正 (O2)     d.容器内密度保持不变
(4)为使该反应的反应速率增大,且平衡向正反应方向移动的是c.
a.及时分离出NO2气体           b.适当升高温度
c.增大O2的浓度                d.选择高效催化剂
HNO2是一种弱酸,部分弱酸的电离平衡常数如下表:
弱酸HNO2HClOH2CO3H2SO3
电离平衡常数
(25℃)
Ki=5.1×10-4Ki=2.98×10-8$\begin{array}{l}{K_{i1}}=4.3×{10^{-7}}\\{K_{i2}}=5.6×{10^{-11}}\end{array}$$\begin{array}{l}{K_{i1}}=1.54×{10^{-2}}\\{K_{i2}}=1.02×{10^{-7}}\end{array}$
(5)在温度相同时,各弱酸的Ki值与酸性的相对强弱的关系为:Ki值越大,酸性越强.
(6)下列离子方程式正确的是BD
A.2ClO-+H2O+CO2→2HClO+CO32-
B.2HNO2+CO32-→2NO2-+H2O+CO2↑
C.H2SO3+CO32-→CO2+H2O+SO32-
D.Cl2+H2O+2CO32-→2HCO3-+Cl-+ClO-
(7)常温下,pH=3的HNO2溶液与pH=11的NaOH溶液等体积混合后,溶液中离子浓度由大到小的顺序为c(NO2-)>c(Na+)>c(H+)>c(OH-).

分析 (1)平衡常数是指:一定温度下,可能反应到达平衡时,生成物浓度系数次幂乘积与反应物浓度系数次幂乘积的比;随温度升高平衡常数减小,说明升高温度平衡逆向移动;
(2)NO2是产物,随反应进行浓度增大,平衡时△c(NO2)=△c(NO);
根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v(NO),再利用速率之比等于化学计量数之比计算v(O2);
(3)当反应达到平衡状态时,正逆反应速率相等,各物质的浓度不再改变,由此衍生的一些物理量也不变;
(4)a.及时分离出NO2反应速率减小;
b.适当升高温度,平衡向逆反应方向移动;
c.增大O2的浓度,反应速率增大,且平衡向正反应方向移动;
d.选择高效催化剂不影响平衡移动;
(5)相同条件下,弱酸的电离平衡常数越大,则弱酸的电离程度越大,其酸性越强;
(6)根据强酸制取弱酸判断;
(7)常温下,pH=3的HNO2溶液与pH=11的NaOH溶液中,HNO2浓度大于氢氧化钠,二者等体积混合,HNO2过量导致溶液呈酸性,再结合电荷守恒判断离子浓度大小.

解答 解:(1)反应2NO(g)+O2(g)?2NO2(g)的平衡常数表达式K=$\frac{c{\;}^{2}(NO{\;}_{2})}{c{\;}^{2}(NO)×c(O{\;}_{2})}$,随温度升高平衡常数减小,说明升高温度平衡逆向移动,所以正反应是放热反应,
故答案为:$\frac{c{\;}^{2}(NO{\;}_{2})}{c{\;}^{2}(NO)×c(O{\;}_{2})}$;放;
(2)NO2是产物,随反应进行浓度增大,平衡时△c(NO2)=△c(NO)=$\frac{0.02mol-0.007mol}{2L}$=0.0065mol/L,所以图中表示NO2变化的曲线是b;
2s内用NO表示的平均反应速率v(NO)=$\frac{\frac{0.02mol-0.008mol}{2L}}{2s}$=3.0×10-3mol•L-1•s-1,速率之比等于化学计量数之比,所以v(O2)=$\frac{1}{2}$v(NO)=1.5×10-3mol•L-1•s-1,
故答案为:b;1.5×10-3mol•L-1•s-1;
(3)a、当v (NO2)=2v (O2)时,未指明正逆反应方向,该反应不一定达到平衡状态,故错误;
b、该反应是一个反应气体气体体积改变的可逆反应,当达到平衡状态时,各物质的浓度不变,则容器内压强保持不变,故正确;
c、因为反应速率之比等于系数之比,则v逆(NO)=2v逆 (O2)=2v正 (O2)时,该反应达到平衡状态,故正确;
d、根据质量守恒定律知,混合物质量始终不变,容器的体积不变,则容器内混合气体的密度始终不变,所以不能据此判断是否达到平衡状态,故错误;
故选bc;
(4)a.及时分离除NO2气体,平衡向正反应方向移动,但反应速率减小,故a错误;
b.适当升高温度,反应速率增大,但平衡向逆反应方向移动,故b错误;
c.增大O2的浓度反应速率增大,且该反应向正反应方向移动,故c正确;
d.选择高效催化剂能增大反应速率,但平衡不移动,故d错误;
故选:c;
(5)相同条件下,弱酸的电离平衡常数越大,则弱酸的电离程度越大,其酸性越强,即Ki值越大,酸性越强,故答案为:Ki值越大,酸性越强;
(6)根据强酸制取弱酸知,
A.次氯酸的酸性大于碳酸氢根离子而小于碳酸,所以次氯酸根离子和碳酸反应生成次氯酸和碳酸氢根离子,故A错误;
B.HNO2酸性大于碳酸,所以2HNO2+CO32-→2NO2-+H2O+CO2↑能发生,故B正确;
C.碳酸的酸性大于亚硫酸氢根离子而小于亚硫酸,所以亚硫酸和碳酸根离子反应生成二氧化碳、水和亚硫酸氢根离子,故C错误;
D.次氯酸的酸性大于碳酸氢根离子而小于盐酸,如果碳酸钠过量,发生的反应为Cl2+H2O+2CO32-→2HCO3-+Cl-+ClO-能发生,故D正确;
故选:BD;
(7)常温下,pH=3的HNO2溶液与pH=11的NaOH溶液中,HNO2浓度大于氢氧化钠,二者等体积混合,HNO2过量导致溶液呈酸性,则c(H+)>c(OH-),溶液中存在电荷守恒c(Na+)+c(H+)=c(NO2-)+c(OH-),所以c(NO2-)>c(Na+),该溶液中HNO2的电离程度较小,所以c(Na+)>c(H+),则该溶液中离子浓度大小顺序是c(NO2-)>c(Na+)>c(H+)>c(OH-),故答案为:c(NO2-)>c(Na+)>c(H+)>c(OH-).

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、化学平衡常数、反应速率计算与影响因素、弱电解质的电离、离子浓度大小的比较等知识点,难度不大,注意对基础知识的理解掌握.

练习册系列答案
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5.甲醇是一种重要的化工原料,在生产中有着重要的应用,工业上用甲烷氧化法合成甲醇的反应有:
(Ⅰ)CH4(g)+CO2(g)?2CO(g)+2H2(g)△H1=+247.3kJ•mol-1
(Ⅱ)CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H2=-90.1J•mol-1
(Ⅲ)2CO(g)+O2(g)?2CO2(g)△H3=-566.0kJ•mol-1

(1)用CH4和O2直接制备甲醇蒸气的热化学方程式为2CH4(g)+O2(g)?2CH3OH(g)△H=-251.6kJ•mol-1
(2)某温度下,向4L横溶密闭容器中通入6molCO2和6molCH4,发生反应(i),平衡体系中各组分的体积分数均为$\frac{1}{4}$,则此温度下该反应的平衡常数K=1
(3)工业上鄂通过甲醇羟基化法制取甲酸甲酯,其反应的热化学方程式为:
CH3OH(g)+CO(g)?HCOOCO(个)△H=-29.1J•mol-1
科研人员对该反应进行了研究,部分研究结果如下:如图1所示
①从反应压强对甲醇转化率的影响“效率”看,工业制取甲酸甲酯应选择的压强是4.0×106Pa(填“3.5×106Pa”“4.0×106Pa”或“5.0×106Pa”)
②实际工业生产中采用的温度是80℃,期理由是高于80℃时,温度对反应速率影响较小,且反应放热,升高温度时平衡逆向移动,转化率降低
(4)直接甲醇燃料电池(简称DMFC)由于其结构简单、能量转化率高、对环境无污染,可作为常规能源的替代品而越来越受到关注,DMFC的工作原理如图2所示:
①通入a气体的电解是电池的负(填“正”或“负”)极
②常温下,用此电池乙惰性电极电解0.5L饱和食盐水(足量),若两极共生产气体1.12L(已折算为标准状况下的体积),则电解后溶液的pH为13(忽略溶液的体积变化)
15.烟气的主要污染物是SO2、NOx,经臭氧预处理后再用适当溶液吸收,可减少烟气中SO2,、NOx的含量.O3氧化烟气中SO2、NOx的主要反应的热化学方程式为:
①NO(g)+O3(g)═NO2(g)+O2(g)△H=-200.9kJ•mol-1
②NO(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)═NO2(g)△H=-58.2kJ•mol-1
③SO2(g)+O3(g)?SO3(g)+O2(g)△H=-241.6kJ•mol-1
(1)反应④3NO(g)+O3(g)═3NO2(g)的△H=-317.3 kJ•mol-1.
(2)臭氧脱硝反应⑤2NO2(g)+O3(g)?N2O5(g)+O2(g)能自发进行.在温度为T1K时,向体积为2L的恒容密闭容器中充入1mol O3和2mol NO2,发生上述反应⑤,经25分钟反应达平衡,测得平衡时N2O5(g)的浓度为0.25mol•L-1.
①判断该反应的△S<0,△H<0(填>、<或=).
②在温度为T1K时该反应的平衡常数K=1.
③下列说法正确的是CD.
A.从反应开始到达平衡,NO2的平均反应速率v(NO2)=0.04mol•L-1•min-1
B.T1K时,若起始时向容器中充入1mol O3、2mol NO2、1mol O2和1mol N2O5气体,则反应达到平衡前v(正)<v(逆)
C.若改变反应温度为T2K,测得平衡时NO2的浓度为0.60mol•L-1,则T2>T1
D. T1K时反应达平衡时容器的体积为2L,若维持T1K压缩容器使NO2转化率为60%,则此时容器的体积约为0.71L
④若维持其他条件不变,仅改变温度为T2K时,经15分钟反应达平衡,测得平衡时N2O5(g)的浓度为0.20mol•L-1.画出在T2K下从0到25分钟c(NO2)随时间变化图1.

(3)室温下,若进入反应器的NO、SO2的物质的量一定,改变加入O3的物质的量,反应一段时间后体系中n(NO)、n(NO2)和n(SO2)随反应前n(O3):n(NO)的变化见图2.
①当n(O3):n(NO)>1时,反应后NO2的物质的量减少,其原因是O3将NO2氧化成更高价氮氧化物(或生成了N2O5).
②增加n(O3),O3氧化SO2的反应几乎不受影响,其可能原因是SO2与O3的反应速率慢.
(4)工业上常采用将反应生成物移出平衡体系以提高反应物的转化率.对臭氧脱硫反应③SO2(g)+O3(g)?SO3(g)+O2(g),在不改变反应物投料下可采取增压的措施提高SO2的转化率,可能的理由是增压可能使SO3转为非气体物从平衡混合物中分离,从而使平衡向气体物质的量减小的方向移动.
2.CH4、CO2、CO、NaHCO3、Na2CO3等含碳化合物对人类的生产、生活具有重要的意义.
(1)已知:甲烷和一氧化碳的燃烧热(△H )分别为-890kJ•moL-1、-283kJ•moL-1.则CH4(g)+2CO2 (g)═4CO(g)+2H2O
(1)△H=+323 kJ•moL-1
(2)一定条件下,在密闭容器中发生的反应为CH4(g)+2CO2 (g)?2CO(g)+2H2(g),测得CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如图Ⅰ.
①据图1可知,该反应的△H=>0(填“>”或“<”).
②刚开始向密闭容器通入2.5mol CH4和4mol CO2,经过5min在A点达到平衡,若容器的体积为2L,则v(CO)=0.2mol/(L•min).平衡常数K=$\frac{8}{3}$,在恒温恒容下,再向该体系中通入1.5mol CH4,2mol CO2、2mol H2 和 2mol CO,化学平衡逆向移动.(填“正向移动”“逆向移动”或“不移动”).
(3)①CO和 H2可以通过反应C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g)制取.在恒温恒容下,若从反应物开始建立平衡,则下列能判断该反应达到平衡的是AC.
A.体系压强不再变化
B.CO与H2的物质的量之比为1:1
C.混合气体的密度保持不变
D.每消耗1mol H2O(g)的同时生成1mol H2
②在一定条件下,合成气(CO和H2)发生如下两个主要反应:
CO(g)+2H2(g)  CH3OH(g)△H=-90.1kJ•moL-1;
2CO(g)+4H2(g) CH30CH3(g)+H20(g)△H=-204.7kJ•moL-1,
仅根据图2可判断该条件下制取甲醇的最佳温度为290℃.

(4)①图3表示的是Na2CO3溶液中各离子浓度的相对大小关系,其中④表示的是HCO3-(填微粒符号)
②常温下,CO32-水解反应的平衡常数即水解常数Kh=2×10 -4 mol•L-1,当溶液中c(CH3-):c(CO32-)=2:1 时,溶液的 pH=10.

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