题目内容

【题目】目前,对CO、NOx的综合利用是科学家研究的热点。回答下列问题:

(1)已知:N2(g)+O2(g)=2NO(g) H1=+180.5kJ·mol-1

2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) H2=-566kJ·mol-1

2NO(g)+O2(g)=2NO2(g) H3=-116.2kJ·mol-1

写出CO和NO2反应生成N2的热化学方程式:____。

(2)制备AlCl3的实际生产过程中,常加入足量的碳粉,反应后生成CO(g)。T℃时,向恒容密闭容器中加入3mol Al2O3(s)、8mol C(s)和3.3mol Cl2(g),发生反应。Cl2的浓度变化如图1所示;图2为20min后改变容器中条件,平衡体系的反应速率(v)随时间(t)的变化关系,且四个阶段都各改变一种不同的条件。

①容器中发生反应的化学方程式为___。

②0~15min内,该反应的平均速率v(CO)=___mol·L-1·min-1。

③T℃时,该反应的平衡常数K=___。

④15min时的平衡常数K(15)、44 min时的平衡常数K(44)与55min时的平衡常数K(55)的大小关系为____。

(3)N2O5在一定条件下可发生分解:2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)。一定温度下,在恒容密闭容器中充入一定量N2O5进行该反应,能判断反应已达到化学平衡状态的是___(填标号)。

A.容器中气体的密度不发生变化

B.NO2和O2的体积比保持不变

C.v正(NO2)=2v逆(N2O5)

D.气体的平均相对分子质量为43.2,且保持不变

【答案】2NO2(g)+4CO(g)=4CO2(g)+N2(g) ΔH=-1196.3kJ·mol-1 Al2O3+3C+3Cl22AlCl3+3CO 0.02 1000 K(15)=K(44)<K(55) CD

【解析】

(1)根据盖斯定律分析热化学方程式;

(2)①该反应的化学方程式为:Al2O3+3C+3Cl22AlCl3+3CO;

②根据化学反应方程式,可以推出v(CO)=v(Cl2)=,依此计算;

③先计算出平衡时体系中气体组分的浓度,再计算平衡常数K即可;

④先判断出各个时刻改变的条件,再判断出对应的温度变化,因为平衡常数只和温度有关;

(3)A、在恒容的体系中,密度始终保持不变;

B、任何时刻,NO2和O2的体积比都为4:1;

C、v正(NO2)=2v逆(N2O5),说明正逆反应速率相同;

D、平衡时,气体的平均相对分子质量保持不变;

故CD可以说明反应达到平衡状态。

(1)该反应的化学方程式为4CO+2NO2=4CO2+N2,△H=2△H2-△H1-△H3=2×(-566kJ·mol-1)-180.5kJ·mol-1-(-116.2kJ·mol-1)= -1196.3kJ·mol-1,故该反应的热化学方程式为4CO(g)+2NO2(g)=4CO2(g)+N2(g) △H=-1196.3kJ·mol-1;

(2)①该反应的化学方程式为:Al2O3+3C+3Cl22AlCl3+3CO;

②根据图1可知,v(Cl2)==0.02mol·L-1·min-1,则v(CO)=v(Cl2)=0.02mol·L-1·min-1;

③△c(Cl2)=0.33mol·L-1-0.03mol·L-1=0.3mol·L-1,则反应的三段式为:

K===1000;

④观察图2,可知:20min、25min时,改变的条件可能是加入了正催化剂,或者增大了压强(反应前后气体体积不变);30min时,v正突然增大,v逆不变,接着反应达到平衡,则30min时改变的条件是增加了Cl2的浓度;45min时,v正、v逆都减小,且v逆减小得更多,则45min时改变的条件是降低温度,且平衡正向移动,则该反应是放热反应;由于T(15)=T(44)>T(55),且对于放热反应而言,温度降低,K增大,所以K(15)=K(44)<K(55);

(3)A、根据质量守恒定律可知,反应体系的质量始终不变,又由于反应是在恒容环境中进行的,反应体系的体积始终不变,所以反应体系的密度始终不变,故A选项不能说明该反应达到平衡状态;

B、任何时刻,NO2和O2的体积比都为4:1,故B选项不能说明该反应达到平衡状态;

C、v正(NO2)、v逆(N2O5)代表的方向相反,当v正(NO2)=2v逆(N2O5),说明正逆反应速率相同,故C选项能说明该反应达到平衡状态;

D、气体的平均相对分子质量保持不变,能说明该反应达到平衡状态;

故选CD。

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