题目内容
12.2NO(g)+2CO(g)$\stackrel{催化剂}{?}$2CO2(g)+N2(g)△H=-a kJ•mol-1在一定温度下,将2.0mol NO、2.4mol CO气体通入到固定容积为2L的密闭容器中,反应过程中部分物质的浓度变化如图所示(计算结果保留三位有效数字):
(1)0~15min NO的平均速率v(NO)=0.0267mol/(L•min);CO的转化率为40.0%.
(2)15min后反应达到平衡,若将此时得到的CO2气体用含有1.2mol KOH溶液吸收,则电解质溶液中c(CO${\;}_{3}^{2-}$)-c(HCO${\;}_{3}^{-}$)=2c(H+)-2c(OH-)+3c(H2CO3)(用粒子浓度符号表示).
(3)20min时,若改变某一反应条件,导致CO浓度增大,则改变的条件可能是ae(选填序号).
a.缩小容器体积 b.扩大容器体积 c.增加NO的量
d.降低温度 e.增加CO的量 f.使用催化剂
(4)若保持反应体系的温度不变,20min时再向容器中充入CO、CO2各0.4mol,化学平衡将向左移动(选填“向左”、“向右”或“不”),重新达到平衡后,该反应的化学平衡常数为0.139L/mol.
分析 (1)根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v(N2),再利用速率之比等于化学计量数之比计算v(NO),再根据n=△c×V计算参加反应CO的物质的量,进而计算CO的转化率;
(2)15min到达平衡,△n(CO2)=△n(CO)=(1.2mol/L-0.8molL)×2L=0.8mol,CO2与KOH物质的量之比为2:3,则反应生成KHCO3、K2CO3,根据电荷守恒:c(K+)+c(H+)=2(CO32-)+c(HCO3-)+c(OH-),由物料守恒可知:2c(K+)=3[c(CO32-)+c(HCO3-)+c(H2CO3)];
(3)a.缩小容器体积,压强增大,平衡向正反应方向移动,移动结果不能消除CO浓度增大;
b.扩大容器体积,压强减小,平衡向逆反应方向移动,平衡时CO浓度减小;
c.增加NO的量,平衡正向移动;
d.降低温度,平衡向正反应方向移动;
e.增加CO的量,CO的浓度增大;
f.使用催化剂平衡不移动;
(4)温度不变,平衡常数不变,计算平衡时各组分的浓度,代入K=$\frac{{c}^{2}(C{O}_{2})×c({N}_{2})}{{c}^{2}(NO)×{c}^{2}(CO)}$计算平衡常数,再计算此时浓度商Qc,若Qc=K,处于平衡状态,若Qc<K,反应向正反应进行,若Qc>K,反应向逆反应进行.
解答 解:(1)由图可知,15min N2的浓度变化量为0.2mol/L,速率之比等于化学计量数之比,则v(NO)=2v(N2)=2×$\frac{0.2mol/L}{15min}$=0.0267mol/(L•min),参加反应的CO为2L×(1.2-0.8)mol/L=0.8mol,故CO的转化率为$\frac{0.8mol}{2mol}$×100%=40.0%,
故答案为:0.0267mol/(L•min);40.0%;
(2)15min到达平衡,△n(CO2)=△n(CO)=1.2mol-0.8mol=0.4mol,CO2与KOH物质的量之比为1:3,则反应生成KHCO3、K2CO3,根据电荷守恒:c(K+)+c(H+)=2(CO32-)+c(HCO3-)+c(OH-),由物料守恒可知:2c(K+)=3[c(CO32-)+c(HCO3-)+c(H2CO3)],联立可得:(CO32-)-c(HCO3-)=2c(H+)-2c(OH-)+3c(H2CO3),
故答案为:2c(H+)-2c(OH-)+3c(H2CO3);
(3)a.缩小容器体积,压强增大,平衡向正反应方向移动,移动结果不能消除CO浓度增大,平衡时CO浓度增大,故a正确;
b.扩大容器体积,压强减小,平衡向逆反应方向移动,但平衡时CO浓度减小,故b错误;
c.增加NO的量,平衡正向移动,CO浓度减小,故c错误;
d.降低温度,平衡向正反应方向移动,CO浓度减小,故d错误;
e.增加CO的量,CO的浓度增大,故e正确;
f.使用催化剂平衡不移动,CO浓度不变,故f错误,
故选:ae;
(4)平衡时氮气浓度变化量为0.2mol/L,NO的起始浓度为$\frac{2mol}{2L}$=1mol/L、CO的起始浓度为$\frac{2.4mol}{2L}$=1.2mol/L,则:
2NO(g)+2CO(g)?2CO2(g)+N2(g)
开始(mol/L):1 1.2 0 0
转化(mol/L):0.4 0.4 0.4 0.2
平衡(mol/L):0.6 0.8 0.4 0.2
故平衡常数K=$\frac{{c}^{2}(C{O}_{2})×c({N}_{2})}{{c}^{2}(NO)×{c}^{2}(CO)}$=$\frac{0.{4}^{2}×0.2}{0.{6}^{2}×0.{8}^{2}}$L/mol=$\frac{5}{36}$L/mol=0.139L/mol,
20min时再向容器中充入CO、CO2各0.4mol,此时浓度商Qc=$\frac{(0.4+\frac{0.4}{2})^{2}×0.2}{0.{6}^{2}×(0.8+\frac{0.4}{2})^{2}}$=0.2>K=0.139,故反应向逆反应进行,即向左移动,
温度不变,平衡常数不变,即重新达到平衡后,该反应的化学平衡常数为0.139L/mol,
故答案为:向左;0.139L/mol.
点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、化学反应速率的计算、平衡常数计算与应用、离子浓度大小比较等,是对学生综合能力的考查,需要学生具备扎实的基础与灵活应用能力,难度中等.
| A. | 5种 | B. | 4种 | C. | 3种 | D. | 2种 |
| A. | pH=5.5溶液中:c(CH3COOH)>c(CH3COO-)>c(H+)>c(OH-) | |
| B. | W点表示溶液中:c(Na+)═c(CH3COO-)+c(CH3COOH) | |
| C. | pH=3.5溶液中:c(Na+)+c(H+)-c(OH-)+c(CH3COOH)=0.1mol•L-1 | |
| D. | 向W点所表示的1.0L溶液中通入0.05molHCl气体(溶液体积变化可忽略):c(H+)═c(CH3COOH)+c(OH-) |
| A. | 相同条件下,若1mol氢原子所具有的能量为E1,1mol氢分子具有的能量为E2,则2E1>E2 | |
| B. | 已知4A(g)+5B(g)?4C(g)+6D(g)△H<0,向平衡容器里继续加入A和B,△H会减小 | |
| C. | 浓硫酸用水稀释过程是放热的,所以稀释浓硫酸是一个放热反应. | |
| D. | 用铁片和稀硫酸反应制取氢气时,改用98%的浓硫酸可以加快产生氢气的速率 |
| A. | Mg2+ | B. | Ba2+ | C. | Na+ | D. | S2- |
| A. | 原子结构模型演变过程中卢瑟福提出了带核的原子结构模型 | |
| B. | 瑞典化学家舍勒发现了氯气,英国化学家戴维确认了氯气的性质 | |
| C. | 英国化学家戴维首次在实验室制得了金属钠 | |
| D. | 我国化工专家侯德榜发明了向氯化钠饱和溶液中通入CO2制取纯碱的方法 |