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- 第二章 第二节 第2课时 影响化学平衡的因素 试卷 试卷 0 次下载
- 第二章 第四节 化学反应的调控 试卷 试卷 0 次下载
- 第二章过关检测卷(B) 试卷 0 次下载
- 第三章 第一节 电离平衡 试卷 试卷 0 次下载
- 第三章 第三节 第1课时 盐类的水解 试卷 试卷 0 次下载
第二章过关检测卷(A)
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这是一份第二章过关检测卷(A)，共15页。
第二章过关检测卷(A)
(时间:90分钟 满分:100分)
一、选择题(本题共15小题,每小题3分,共45分。每小题只有一个选项符合题意)
1.下列有关有效碰撞理论和活化能的认识,正确的是( )。
A.压缩体积增大压强(对于气体反应),活化分子总数增大,故反应速率增大
B.温度升高,分子运动加快,反应所需活化能减小,故反应速率增大
C.选用适当的催化剂,分子运动加快,有效碰撞次数增加,故反应速率增大
D.H+和OH-的反应活化能接近于0,反应几乎在瞬间完成
答案:D
解析:压缩体积增大压强,活化分子总数不变,但单位体积内的活化分子数增多,反应速率增大,A项不正确。温度升高,更多分子吸收能量成为活化分子,反应速率增大,但反应所需的活化能不变,B项不正确。使用催化剂,可降低反应所需的活化能,使更多分子成为活化分子,反应速率增大,C项不正确。
2.运用相关化学知识进行判断,下列结论错误的是( )。
A.某吸热反应能自发进行,因此该反应是熵增反应
B.在其他条件不变时,使用催化剂只能改变反应速率,而不能改变化学平衡状态
C.可燃冰是甲烷与水在低温高压下形成的水合物晶体,因此可存在于海底
D.增大反应物浓度可增大反应速率,因此用浓硫酸与铁反应能加快生成H2的速率
答案:D
解析:反应能自发进行,则ΔH-TΔS<0,若反应是吸热反应,ΔH>0,则ΔS>0,故该反应一定是熵增反应,A项正确;催化剂不能使平衡发生移动,B项正确;海底为低温高压环境,所以可燃冰可存在于海底,C项正确;常温下,铁在浓硫酸中可发生钝化,不产生氢气,D项错误。
3.科学家最近设计出生产氢气的人造树叶,原理为2H2O(g)2H2(g)+O2(g)。有关该反应的说法正确的是( )。
A.ΔH<0
B.ΔS<0
C.化学能转变为电能
D.氢能是理想的绿色能源
答案:D
解析:水生成氢气和氧气需要吸收能量,故ΔH>0;水蒸气生成氢气和氧气,气体的物质的量增加,熵值增大,故ΔS>0。
4.可逆反应aX(?)+2Y(g)2Z(g)在一定条件下达到平衡后,t1和t2时各改变某一种外界条件,化学反应速率与时间的关系如图所示。则下列说法中正确的是( )。
A.若X是固体,则t1时一定是增大了容器的压强
B.若X是气体,则t2时不可能是减小容器压强
C.若X是固体,则t1时可能是增大了X的质量
D.若t2时采用了降温措施,则该反应的正反应方向ΔH>0
答案:B
解析:A项,若X为固体,增大压强,平衡不移动,若使用催化剂,平衡也不移动,错误;B项,若X为气体,t2时正、逆反应速率都减小,不可能是减小容器压强,因为减小压强,平衡逆向移动,而图像中平衡正向移动,正确;C项,若X为固体,t1时若增大了X的量,平衡不移动,反应速率不变,错误;D项,t2时若采用降温,正、逆反应速率都减小,平衡正向移动,说明正反应为放热反应,ΔH<0,错误。
5.在一定温度下,向密闭容器中充入一定物质的量的NO2和SO2,发生反应:NO2+SO2NO+SO3,达到平衡时,下列叙述正确的是( )。
A.SO2、NO2、NO、SO3的物质的量一定相等
B.NO2和SO2的物质的量一定相等
C.平衡体系中反应物的总物质的量一定等于生成物的总物质的量
D.NO和SO3的物质的量一定相等
答案:D
解析:容器中开始充入的是NO2和SO2,又因为生成物NO和SO3的化学计量数之比为1∶1,故只有NO和SO3的物质的量一定相等,A项错误,D项正确;因为不知道两种气体的充入量,平衡时NO2和SO2的物质的量不一定相等,B项错误;该反应是反应前后气体分子数不变的可逆反应,反应过程中气体总物质的量保持不变,但平衡体系中反应物的总物质的量不一定等于生成物的总物质的量,C项错误。
6.已知反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH<0。在一定温度和压强下的密闭容器中,反应达到平衡。下列叙述正确的是( )。
A.升高温度,K减小
B.减小压强,n(CO2)增加
C.更换高效催化剂,α(CO)增大
D.充入一定量的氮气,n(H2)变大
答案:A
解析:正反应是放热反应,升高温度平衡向逆反应方向移动,即升高温度,K值减小,A项正确;此反应为反应前后体积不变的反应,因此减小压强,平衡不移动,即n(CO2)不变,B项错误;催化剂对化学平衡移动无影响,因此CO的转化率不变,C项错误;N2为惰性气体,不参与反应,对平衡无影响,n(H2)不变,D项错误。
7.某温度下,密闭容器中发生反应aX(g)bY(g)+cZ(g),达到平衡后,保持温度不变,将容器的容积压缩到原来容积的一半,当达到新平衡时,物质Y和Z的浓度均是原来的1.8倍。则下列叙述正确的是( )。
A.a>b+c
B.压缩容器的容积时,v正增大,v逆减小
C.达到新平衡时,物质X的转化率减小
D.达到新平衡时,混合物中Z的质量分数增大
答案:C
解析:恒温下,容器容积缩小为原来的一半,若平衡不移动,则物质Y和Z的浓度将增加至原来的2倍,而实际上达到新平衡时Y和Z的浓度为原来的1.8倍,说明平衡逆向移动,则a
A.图Ⅰ表示的是t1时刻增大压强对反应速率的影响
B.图Ⅱ表示的是t1时刻加入催化剂对反应速率的影响
C.图Ⅲ表示的是温度对化学平衡的影响,且甲的温度小于乙的温度
D.图Ⅲ表示的是催化剂对化学平衡的影响,乙使用了催化剂
答案:D
解析:该反应为气体体积减小的反应,增大压强,正、逆反应速率均增大,且正反应速率大于逆反应速率,平衡正向移动,则图Ⅰ中t1时刻可以表示增大压强对反应速率的影响,A项正确;催化剂对平衡移动无影响,同等程度增大正、逆反应速率,则图Ⅱ中t1时刻可以表示加入催化剂对反应速率的影响,B项正确;图Ⅲ中乙先达到平衡,则乙的温度高,且温度高时SO2的转化率小,说明升高温度平衡逆向移动,而题述反应的正反应为放热反应,与图像一致,C项正确;催化剂对平衡移动无影响,而题图Ⅲ中甲、乙两种条件下SO2的转化率不同,则不能表示催化剂对化学平衡的影响,D项错误。
9.在1.5 L的密闭容器中通入2 mol N2和3 mol H2的混合气体,在一定温度下发生反应。达到平衡时,容器内压强为反应开始时的0.8,则该反应的化学平衡常数为( )。
A.0.34 B.0.64
C.0.44 D.0.54
答案:C
解析:温度和体积相同,则压强之比等于气体的物质的量之比。设达到平衡时N2转化的物质的量为x mol,则
N2 + 3H2 2NH3
起始量/mol 2 3 0
转化量/mol x 3x 2x
平衡量/mol 2-x 3-3x 2x
5-2x5=0.81
解得x=0.5
则K=c2(NH3)c(N2)·c3(H2)=49≈0.44。
10.一定量的CO2与足量的碳在容积可变的恒压密闭容器中反应:C(s)+CO2(g)2CO(g),平衡时,体系中气体体积分数与温度的关系如下图所示。
已知:气体分压(p分)=气体总压(p总)×体积分数。
下列说法正确的是( )。
A.550 ℃时,若充入惰性气体,v正、v逆均减小,平衡不移动
B.650 ℃时,反应达平衡后CO2的转化率为25.0%
C.T ℃时,若充入等体积的CO2和CO,平衡向逆反应方向移动
D.925 ℃时,用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp=24.0p总
答案:B
解析:550 ℃时,若充入惰性气体,由于是在恒压容器中反应,因此相当于扩大了容积,v正、v逆均减小,平衡正向移动,A项错误。根据图示可知,在650 ℃时,CO的体积分数为40.0%,根据化学方程式:C(s)+CO2(g)2CO(g)。设开始加入1 mol CO2,反应了x mol,则有:
C(s)+ CO2(g) 2CO(g)
始态/mol: 1 0
变化/mol: x 2x
平衡/mol: 1-x 2x
因此有:2x1+x×100%=40.0%,解得x=0.250,即CO2的转化率为25.0%,故B项正确。
由图可知T ℃达到平衡时CO和CO2的体积分数相等,则T ℃时充入等体积的CO2和CO时平衡不移动,C项错误。925 ℃时,CO的体积分数为96.0%,故Kp=c2(CO)c(CO2)=(96.0%p总)24.00%p总=23.04p总,D项错误。
11.以二氧化碳和氢气为原料制取乙醇的反应为2CO2(g)+6H2(g)CH3CH2OH(g)+3H2O(g) ΔH<0。某压强下的密闭容器中,按CO2和H2的物质的量比为1∶3投料,不同温度下平衡体系中各物质的物质的量分数(y%)随温度变化如图所示。下列说法正确的是( )。
A.M点的平衡常数小于N点
B.N点,v正(CO2)=v逆(H2O)
C.M点,H2和H2O物质的量相等
D.其他条件恒定,充入更多H2,v(CO2)不变
答案:C
解析:从图像可知,温度越高氢气的含量越高,说明升高温度平衡向逆反应方向移动,温度升高平衡常数减小,M点平衡常数大于N点,A项错误;N点只能说明该温度下,CO2和H2O的浓度相等,不能说明v正(CO2)=v逆(H2O),B项错误;从图像可知,M点H2和H2O的物质的量分数相等,故物质的量相等,C项正确;其他条件恒定,充入更多H2,反应物浓度增大,正反应速率增大,v(CO2)也增大,D项错误。
12.已知2NO2(g)(红棕色)N2O4(g)(无色) ΔH<0。将一定量的NO2充入注射器中并密封,改变某一条件,气体透光率随时间的变化如图所示(气体颜色越深,透光率越小)。下列说法不正确的是( )。
A.N点反应处于平衡状态
B.N点对应的时间改变的条件是将注射器的活塞向外拉
C.R点:v正
答案:B
解析:M点到N点,透光率一直不变,则N点反应处于平衡状态,A项正确;气体颜色越深,透光率越小,故N点时c(NO2)瞬间增大,则N点对应的时间改变的条件不可能是将注射器的活塞向外拉,B项错误;R点透光率减小,平衡逆向移动,则v正
A.该反应的逆反应为吸热反应
B.平衡常数:KM>KN
C.生成乙烯的速率:v(N)一定大于v(M)
D.当温度高于250 ℃,升高温度,催化剂的催化效率降低
答案:C
解析:升高温度,CO2的平衡转化率降低,则升温平衡逆向移动,则逆反应为吸热反应,A项正确;M点化学平衡常数大于N点,B项正确;化学反应速率随温度的升高而增大,但温度高于250 ℃后,催化剂的催化效率随温度的升高而降低,所以v(N)有可能小于v(M),C项错误;根据图像,当温度高于250 ℃,升高温度催化剂的催化效率降低,D项正确。
14.在①、②、③容积不等的恒容密闭容器中,均充入0.1 mol CO和0.2 mol H2,在催化剂的作用下发生反应:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。测得三个容器中平衡混合物中CH3OH的体积分数随温度的变化如图所示。
下列说法正确的是( )。
A.该反应的正反应为吸热反应
B.三个容器的容积:①>②>③
C.在P点,CO的转化率为75%
D.在P点,向容器②中再充入CO、H2及CH3OH各0.025 mol,此时v正(CO)
解析:由题图可知,容积一定时,温度升高,CH3OH的体积分数减小,说明升高温度,平衡逆向移动,故该反应的ΔH<0,正反应为放热反应,A项错误。三个容器中起始加入CO和H2的量分别相等,温度一定时,容器的容积越小,体系的压强越大,反应向正反应方向进行的程度越大,反应物的转化率越大,CH3OH的体积分数越大,故容器的容积:①<②<③,B项错误。P点CH3OH的体积分数为50%,根据同温同压下,气体的体积之比等于其物质的量之比,设达到平衡后转化的CO的物质的量为x mol,则有
CO(g)+ 2H2(g)CH3OH(g)
起始量/mol 0.1 0.2 0
转化量/mol x 2x x
平衡量/mol 0.1-x 0.2-2x x
则CH3OH的体积分数为x0.1-x+0.2-2x+x×100%=50%,解得x=0.075,故P点CO的转化率为0.075mol0.1mol×100%=75%,C项正确。在P点,向容器②中再充入CO、H2及CH3OH各0.025 mol,此时,容器②中n(CO)=0.05 mol、n(H2)=0.075 mol、n(CH3OH)=0.1 mol,设容器②的容积为a L,则达到平衡时K=0.075a0.025a×0.05a2=1 200a2,充入气体后Q=0.1a0.05a×0.075a2=355.6a2v逆(CO),D项错误。
15.为比较Fe3+和Cu2+对H2O2分解反应的催化效果,甲、乙两同学分别设计了如图1、图2所示的实验。下列叙述中不正确的是( )。
图1
图2
A.图1实验可通过定性观察产生气泡的快慢来比较反应速率的大小
B.若图1所示实验中反应速率为①>②,则一定说明Fe3+比Cu2+对H2O2分解催化效果好
C.用图2装置比较反应速率,可测定在相同状况下反应产生的气体体积及反应时间
D.为检查图2装置的气密性,可关闭分液漏斗的活塞,将注射器活塞拉出一定距离到某处,一段时间后松开活塞,观察活塞是否回到原位
答案:B
解析:B项,若比较Fe3+和Cu2+对H2O2分解的催化作用,应选用阴离子相同的盐溶液,如Fe2(SO4)3溶液和CuSO4溶液。如果选用FeCl3溶液和CuSO4溶液,加入FeCl3溶液产生气泡快,可能是Cl-的催化作用。D项,检查图2装置的气密性,最后活塞回到原位置,说明装置气密性良好,若仍留在某处,说明装置漏气。
二、非选择题(本题共5小题,共55分)
16.(7分)试回答下列与环境有关的问题。
图1
(1)在汽车排气系统中安装三元催化转化器,可发生下列反应:2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)。在某恒容密闭容器中通入等物质的量的CO和NO,在不同温度(T)下发生上述反应时,c(CO)随时间(t)的变化曲线如图1所示:
①该反应的正反应为 (填“放热”或“吸热”)反应。
②温度为T2时,反应达到平衡时NO的转化率为 。
③温度为T1时,该反应的平衡常数K= 。
(2)目前烟气脱硝采用的技术有选择性非催化还原法(SNCR)脱硝技术和选择性催化还原法(SCR)脱硝技术。若用NH3作还原剂,则主要反应可表示为4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g)
ΔH<0,其中体系温度对SNCR技术脱硝效率的影响如图2所示:
图2
①SNCR技术脱硝的最佳温度为 ,SNCR与SCR技术相比,SCR技术的反应温度不能太高,其原因是 。
②由题给信息分析,当体系温度过高时,SNCR技术脱硝效率降低,其可能的原因是 。
答案:(1)①放热 ②95% ③80
(2)①925 ℃(920~930 ℃均正确) 温度太高,降低催化剂活性 ②温度过高,使SNCR脱硝技术的主要反应的平衡逆向移动(其他合理答案也可)
解析:(1)①根据“先拐先平温度高”可知T1>T2,反应达到平衡时,T1条件下CO的浓度大,即升高温度,平衡逆向移动,故正反应为放热反应。②由化学方程式可知,NO和CO对应的化学计量数相同,起始时加入的物质的量也相同,故两者的转化率相同,即转化率为2-0.12×100%=95%。③列“三段式”计算:
2NO(g)+ 2CO(g)2CO2(g)+N2(g)
始态(mol·L-1) 2.0 2.0 0 0
反应(mol·L-1) 1.6 1.6 1.6 0.8
平衡(mol·L-1) 0.4 0.4 1.6 0.8
该反应的平衡常数K=c2(CO2)·c(N2)c2(NO)·c2(CO)=80。(2)①由图像可知,925 ℃左右SNCR技术脱硝效率最高;SCR技术中使用催化剂,若温度太高,会降低催化剂活性。②SNCR脱硝技术的主要反应是放热反应,故温度过高时,使该反应的平衡逆向移动,导致脱硝效率降低。
17.(10分)一定温度下,向一容积为5 L的恒容密闭容器中充入0.4 mol SO2和0.2 mol O2,发生反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=-196 kJ·mol-1。当反应达到平衡时,容器内压强变为起始时的710。请回答下列问题。
(1)判断该反应达到平衡状态的标志是 。
A.SO2、O2、SO3三者的浓度之比为2∶1∶2
B.容器内气体的压强不变
C.容器内混合气体的密度保持不变
D.SO3的物质的量不再变化
E.SO2的生成速率和SO3的生成速率相等
(2)①SO2的转化率为 ;
②达到平衡时反应放出的热量为 ;
③此温度下该反应的平衡常数K= 。
(3)如图表示平衡时SO2的体积分数随压强和温度变化的曲线。
①温度关系:T1 (填“>”“<”或“=”,下同)T2;
②平衡常数关系:KA KB,KA KD。
答案:(1)BDE
(2)①90% ②35.28 kJ ③20 250
(3)①> ②= <
解析:(1)A项,SO2、O2、SO3三者的浓度之比为2∶1∶2,与它们的化学计量数之比相等,与反应是否达到平衡没关系,不能作为反应达到平衡状态的标志;B项,容器内气体的压强不变,这是一个恒容条件下的化学平衡,反应前后气体物质的量是有所改变的,现在压强不变,说明气体总量不变,化学反应达到了化学平衡状态;C项,容器内混合气体的密度保持不变,这是恒容条件下的化学平衡状态,反应物和生成物均为气体,则气体质量恒定,气体密度恒定,所以不能作为反应达到平衡状态的标志;D项,SO3的物质的量不再变化,说明化学反应达到了平衡状态;E项,SO2的生成速率和SO3的生成速率相等,即正、逆反应速率相等,化学反应达到了平衡状态。(2)向容积为5 L的恒容密闭容器中充入0.4 mol SO2和0.2 mol O2,设达到平衡时转化的O2的物质的量为x mol,则有
2SO2(g)+ O2(g) 2SO3(g)
起始量/mol 0.4 0.2 0
改变量/mol 2x x 2x
平衡量/mol 0.4-2x 0.2-x 2x
当反应达到平衡时,容器内压强为起始时的710,则有:0.4-2x+0.2-x+2x0.4+0.2=0.7,解得x=0.18。①SO2的转化率=0.36mol0.4mol×100%=90%;②达到平衡时反应放出的热量=0.36×1962 kJ=35.28 kJ;③此温度下该反应的平衡常数K=c2(SO3)c2(SO2)·c(O2)=20 250。(3)①该反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,二氧化硫的体积分数增大,则可得到温度关系:T1>T2;②化学平衡常数和温度有关,温度不变,化学平衡常数不变,KA=KB;该反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,K值减小,KA
K1
K2
T1
1.47
2.38
T2
2.15
1.67
请回答下列问题。
(1)通过表中数据可以推断:反应①是 (填“吸热”或“放热”)反应。
(2)相同温度下,有反应③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g),则该反应的平衡常数表达式为K3= 。
(3)相同温度下,根据反应①②可推出K1、K2与K3之间的关系式为 ,据此关系式及表中数据,能推断出反应③是 (填“吸热”或“放热”)反应。
(4)要使反应③在一定条件下建立的平衡向正反应方向移动,可采取的措施有 。
A.缩小反应容器的容积
B.扩大反应容器的容积
C.升高温度
D.使用合适的催化剂
E.设法减小平衡体系中的CO的浓度
(5)图甲、图乙均表示反应③在某时刻因改变某个条件而发生变化的情况:
图甲
图乙
①图甲中t2时刻改变的条件是 。
②图乙中t2时刻改变的条件是 。
答案:(1)吸热
(2)c(CO)·c(H2O)c(CO2)·c(H2)
(3)K3=K1K2 吸热
(4)CE
(5)①增大压强(或使用催化剂) ②降低温度(或分离出H2等)
解析:(1)根据表中数据可知,升高温度,K1增大,说明升高温度,平衡向正反应方向移动,所以反应①是吸热反应。(2)根据反应③可知,其平衡常数表达式为K3=c(H2O)·c(CO)c(H2)·c(CO2)。(3)由反应①可得其平衡常数K1=c(CO)c(CO2),由反应②可得其平衡常数K2=c(H2)c(H2O),反应③的平衡常数K3=c(H2O)·c(CO)c(H2)·c(CO2),所以K3=K1K2;升高温度,K1增大,K2减小,所以K3增大,即平衡正向移动,因此反应③是吸热反应。(4)反应③是反应前后气体体积不变的可逆反应,且为吸热反应,所以要使平衡向正反应方向移动,则可以升高温度或降低生成物的浓度等,但改变压强和加入催化剂不能改变平衡状态,故选CE。(5)①图甲中t2时刻正、逆反应速率都增大,但平衡不移动,所以改变的条件是增大压强或使用催化剂。②图乙中t2时刻CO2的浓度瞬间不变,然后增大,而CO的浓度瞬间不变,然后减小,即平衡向逆反应方向移动,所以改变的条件是降低温度或从体系中分离出H2等。
19.(14分)在容积为1.00 L的容器中,通入一定量的N2O4,发生反应N2O4(g)2NO2(g),随温度升高,混合气体的颜色变深。
回答下列问题。
(1)反应的ΔH (填“>”或“<”)0;100 ℃时,体系中各物质浓度随时间变化如图所示。反应开始至60 s内,反应速率v(N2O4)为 mol·L-1·s-1;反应的平衡常数K1为 。
(2)100 ℃时达到平衡后,改变反应温度为T,c(N2O4)以0.002 0 mol·L-1·s-1的平均速率降低,经10 s又达到平衡。
①T (填“大于”或“小于”)100 ℃,判断理由是 。
②温度T时反应的平衡常数K2为 。
(3)综合(1)、(2)小题信息,你得出温度对平衡常数的影响规律是 。
答案:(1)> 0.001 0.36
(2)①大于 反应正方向吸热,反应向吸热方向进行,故温度升高 ②1.28
(3)对于吸热反应,升高温度,平衡常数增大
解析:(1)根据题意知,随温度升高,混合气体的颜色变深,NO2的浓度增大,说明平衡向正反应方向移动,当其他条件不变时,升高温度,平衡向吸热反应方向移动,故ΔH>0。根据题给图像知,反应开始至60 s内,v=ΔcΔt=-(0.040-0.100)mol·L-160 s=0.001 mol·L-1·s-1;分析题给图像知,K1=c2(NO2)c(N2O4)=0.36。
(2)①根据题意知,改变反应温度为T后,c(N2O4)以0.002 0 mol·L-1·s-1的平均速率降低,即平衡向正反应方向移动,正反应方向吸热,反应向吸热方向进行,故为温度升高,T大于100 ℃;②改变反应温度为T后,c(N2O4)以0.002 0 mol·L-1·s-1的速率降低,则c(NO2) 以0.002 0 mol·L-1·s-1×2的速率增加,平衡时,c(NO2)=0.120 mol·L-1+0.002 0 mol·L-1·s-1×2×10 s=0.160 mol·L-1,c(N2O4)=0.040 mol·L-1-0.002 0 mol·L-1·s-1×10 s=0.020 mol·L-1,K2=c2(NO2)c(N2O4)=1.28。
(3)对于吸热反应,升高温度,平衡向正反应方向移动,平衡常数增大。
20.(14分)氨气具有广泛用途,工业上利用反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0合成氨,其基本合成过程如图1。
图1
(1)某小组为了探究外界条件对反应的影响,以a0×10-2 mol·L-1 H2参加合成氨的反应,在甲、乙两种条件下分别达到平衡,测得H2的浓度与反应时间的关系如图2所示。请回答下列问题:
①甲条件下,0~t0的平均反应速率v(N2)= mol·L-1·min-1。
②相对甲而言,乙可能改变的条件是 。
③在甲条件下,t1时刻将容器容积压缩至原来的12,t2时刻重新建立平衡状态。请在图中画出t1~t2时刻c(H2)的变化曲线。
图2
图3
(2)某小组往一恒温恒压容器中充入9 mol N2和23 mol H2,模拟合成氨的反应,图3为不同温度下平衡混合物中氨气的体积分数与总压强(p)的关系图。若体系在T2、60 MPa下达到平衡。
①此时N2的平衡分压为 MPa,H2的平衡分压为 MPa。(分压=总压×物质的量分数)
②列式计算此时的平衡常数Kp= 。(用平衡分压代替平衡浓度计算,结果保留2位有效数字)
(3)分离器中的过程对整个工业合成氨的意义是 。
答案:(1)①a0-a1300t0 ②增大c(N2)
③
(2)①9 15 ②0.043
(3)及时分离出液氨,c(NH3)减小,使平衡往生成NH3的方向移动,增大原料利用率(或NH3产率)
解析:(1)①甲条件下,0~t0的平均反应速率v(H2)=-(a1-a0)×10-2mol·L-1t0min=a0-a1100t0 mol·L-1·min-1,v(N2)=13v(H2)=a0-a1300t0 mol·L-1·min-1。②甲、乙条件下氢气的起始浓度相同,乙达到平衡的时间缩短,说明反应速率增大,平衡时氢气的浓度减小,说明平衡正向移动,所以改变的条件是增大c(N2)。③在甲条件下t1时刻将容器容积压缩至原来的12,则t1时刻氢气的浓度变成2a1×10-2 mol·L-1,增大压强,平衡正向移动,c(H2)减小,t2时刻达到新的平衡时氢气的浓度大于a1×10-2 mol·L-1。
(2)①若体系在T2、60 MPa下达到平衡,相同温度下,气体的体积分数等于其物质的量分数,设平衡时n(NH3)=x mol,
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
开始量/mol 9 23 0
反应量/mol 0.5x 1.5x x
平衡量/mol 9-0.5x 23-1.5x x
平衡时氨气体积分数=x9-0.5x+23-1.5x+x×100%=60%,x=12,故氮气的分压=9-0.5×129+23-12×60 MPa=9 MPa,氨气的分压=60%×60 MPa=36 MPa,氢气的分压=60 MPa-9 MPa-36 MPa=15 MPa,此时的平衡常数Kp=3629×153=0.043。
(3)分离器中的操作是分离出液氨,促进平衡正向移动,增大原料利用率(或NH3产率)。
第二章过关检测卷(A)
(时间:90分钟 满分:100分)
一、选择题(本题共15小题,每小题3分,共45分。每小题只有一个选项符合题意)
1.下列有关有效碰撞理论和活化能的认识,正确的是( )。
A.压缩体积增大压强(对于气体反应),活化分子总数增大,故反应速率增大
B.温度升高,分子运动加快,反应所需活化能减小,故反应速率增大
C.选用适当的催化剂,分子运动加快,有效碰撞次数增加,故反应速率增大
D.H+和OH-的反应活化能接近于0,反应几乎在瞬间完成
答案:D
解析:压缩体积增大压强,活化分子总数不变,但单位体积内的活化分子数增多,反应速率增大,A项不正确。温度升高,更多分子吸收能量成为活化分子,反应速率增大,但反应所需的活化能不变,B项不正确。使用催化剂,可降低反应所需的活化能,使更多分子成为活化分子,反应速率增大,C项不正确。
2.运用相关化学知识进行判断,下列结论错误的是( )。
A.某吸热反应能自发进行,因此该反应是熵增反应
B.在其他条件不变时,使用催化剂只能改变反应速率,而不能改变化学平衡状态
C.可燃冰是甲烷与水在低温高压下形成的水合物晶体,因此可存在于海底
D.增大反应物浓度可增大反应速率,因此用浓硫酸与铁反应能加快生成H2的速率
答案:D
解析:反应能自发进行,则ΔH-TΔS<0,若反应是吸热反应,ΔH>0,则ΔS>0,故该反应一定是熵增反应,A项正确;催化剂不能使平衡发生移动,B项正确;海底为低温高压环境,所以可燃冰可存在于海底,C项正确;常温下,铁在浓硫酸中可发生钝化,不产生氢气,D项错误。
3.科学家最近设计出生产氢气的人造树叶,原理为2H2O(g)2H2(g)+O2(g)。有关该反应的说法正确的是( )。
A.ΔH<0
B.ΔS<0
C.化学能转变为电能
D.氢能是理想的绿色能源
答案:D
解析:水生成氢气和氧气需要吸收能量,故ΔH>0;水蒸气生成氢气和氧气,气体的物质的量增加,熵值增大,故ΔS>0。
4.可逆反应aX(?)+2Y(g)2Z(g)在一定条件下达到平衡后,t1和t2时各改变某一种外界条件,化学反应速率与时间的关系如图所示。则下列说法中正确的是( )。
A.若X是固体,则t1时一定是增大了容器的压强
B.若X是气体,则t2时不可能是减小容器压强
C.若X是固体,则t1时可能是增大了X的质量
D.若t2时采用了降温措施,则该反应的正反应方向ΔH>0
答案:B
解析:A项,若X为固体,增大压强,平衡不移动,若使用催化剂,平衡也不移动,错误;B项,若X为气体,t2时正、逆反应速率都减小,不可能是减小容器压强,因为减小压强,平衡逆向移动,而图像中平衡正向移动,正确;C项,若X为固体,t1时若增大了X的量,平衡不移动,反应速率不变,错误;D项,t2时若采用降温,正、逆反应速率都减小,平衡正向移动,说明正反应为放热反应,ΔH<0,错误。
5.在一定温度下,向密闭容器中充入一定物质的量的NO2和SO2,发生反应:NO2+SO2NO+SO3,达到平衡时,下列叙述正确的是( )。
A.SO2、NO2、NO、SO3的物质的量一定相等
B.NO2和SO2的物质的量一定相等
C.平衡体系中反应物的总物质的量一定等于生成物的总物质的量
D.NO和SO3的物质的量一定相等
答案:D
解析:容器中开始充入的是NO2和SO2,又因为生成物NO和SO3的化学计量数之比为1∶1,故只有NO和SO3的物质的量一定相等,A项错误,D项正确;因为不知道两种气体的充入量,平衡时NO2和SO2的物质的量不一定相等,B项错误;该反应是反应前后气体分子数不变的可逆反应,反应过程中气体总物质的量保持不变,但平衡体系中反应物的总物质的量不一定等于生成物的总物质的量,C项错误。
6.已知反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH<0。在一定温度和压强下的密闭容器中,反应达到平衡。下列叙述正确的是( )。
A.升高温度,K减小
B.减小压强,n(CO2)增加
C.更换高效催化剂,α(CO)增大
D.充入一定量的氮气,n(H2)变大
答案:A
解析:正反应是放热反应,升高温度平衡向逆反应方向移动,即升高温度,K值减小,A项正确;此反应为反应前后体积不变的反应,因此减小压强,平衡不移动,即n(CO2)不变,B项错误;催化剂对化学平衡移动无影响,因此CO的转化率不变,C项错误;N2为惰性气体,不参与反应,对平衡无影响,n(H2)不变,D项错误。
7.某温度下,密闭容器中发生反应aX(g)bY(g)+cZ(g),达到平衡后,保持温度不变,将容器的容积压缩到原来容积的一半,当达到新平衡时,物质Y和Z的浓度均是原来的1.8倍。则下列叙述正确的是( )。
A.a>b+c
B.压缩容器的容积时,v正增大,v逆减小
C.达到新平衡时,物质X的转化率减小
D.达到新平衡时,混合物中Z的质量分数增大
答案:C
解析:恒温下,容器容积缩小为原来的一半,若平衡不移动,则物质Y和Z的浓度将增加至原来的2倍,而实际上达到新平衡时Y和Z的浓度为原来的1.8倍,说明平衡逆向移动,则a
A.图Ⅰ表示的是t1时刻增大压强对反应速率的影响
B.图Ⅱ表示的是t1时刻加入催化剂对反应速率的影响
C.图Ⅲ表示的是温度对化学平衡的影响,且甲的温度小于乙的温度
D.图Ⅲ表示的是催化剂对化学平衡的影响,乙使用了催化剂
答案:D
解析:该反应为气体体积减小的反应,增大压强,正、逆反应速率均增大,且正反应速率大于逆反应速率,平衡正向移动,则图Ⅰ中t1时刻可以表示增大压强对反应速率的影响,A项正确;催化剂对平衡移动无影响,同等程度增大正、逆反应速率,则图Ⅱ中t1时刻可以表示加入催化剂对反应速率的影响,B项正确;图Ⅲ中乙先达到平衡,则乙的温度高,且温度高时SO2的转化率小,说明升高温度平衡逆向移动,而题述反应的正反应为放热反应,与图像一致,C项正确;催化剂对平衡移动无影响,而题图Ⅲ中甲、乙两种条件下SO2的转化率不同,则不能表示催化剂对化学平衡的影响,D项错误。
9.在1.5 L的密闭容器中通入2 mol N2和3 mol H2的混合气体,在一定温度下发生反应。达到平衡时,容器内压强为反应开始时的0.8,则该反应的化学平衡常数为( )。
A.0.34 B.0.64
C.0.44 D.0.54
答案:C
解析:温度和体积相同,则压强之比等于气体的物质的量之比。设达到平衡时N2转化的物质的量为x mol,则
N2 + 3H2 2NH3
起始量/mol 2 3 0
转化量/mol x 3x 2x
平衡量/mol 2-x 3-3x 2x
5-2x5=0.81
解得x=0.5
则K=c2(NH3)c(N2)·c3(H2)=49≈0.44。
10.一定量的CO2与足量的碳在容积可变的恒压密闭容器中反应:C(s)+CO2(g)2CO(g),平衡时,体系中气体体积分数与温度的关系如下图所示。
已知:气体分压(p分)=气体总压(p总)×体积分数。
下列说法正确的是( )。
A.550 ℃时,若充入惰性气体,v正、v逆均减小,平衡不移动
B.650 ℃时,反应达平衡后CO2的转化率为25.0%
C.T ℃时,若充入等体积的CO2和CO,平衡向逆反应方向移动
D.925 ℃时,用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp=24.0p总
答案:B
解析:550 ℃时,若充入惰性气体,由于是在恒压容器中反应,因此相当于扩大了容积,v正、v逆均减小,平衡正向移动,A项错误。根据图示可知,在650 ℃时,CO的体积分数为40.0%,根据化学方程式:C(s)+CO2(g)2CO(g)。设开始加入1 mol CO2,反应了x mol,则有:
C(s)+ CO2(g) 2CO(g)
始态/mol: 1 0
变化/mol: x 2x
平衡/mol: 1-x 2x
因此有:2x1+x×100%=40.0%,解得x=0.250,即CO2的转化率为25.0%,故B项正确。
由图可知T ℃达到平衡时CO和CO2的体积分数相等,则T ℃时充入等体积的CO2和CO时平衡不移动,C项错误。925 ℃时,CO的体积分数为96.0%,故Kp=c2(CO)c(CO2)=(96.0%p总)24.00%p总=23.04p总,D项错误。
11.以二氧化碳和氢气为原料制取乙醇的反应为2CO2(g)+6H2(g)CH3CH2OH(g)+3H2O(g) ΔH<0。某压强下的密闭容器中,按CO2和H2的物质的量比为1∶3投料,不同温度下平衡体系中各物质的物质的量分数(y%)随温度变化如图所示。下列说法正确的是( )。
A.M点的平衡常数小于N点
B.N点,v正(CO2)=v逆(H2O)
C.M点,H2和H2O物质的量相等
D.其他条件恒定,充入更多H2,v(CO2)不变
答案:C
解析:从图像可知,温度越高氢气的含量越高,说明升高温度平衡向逆反应方向移动,温度升高平衡常数减小,M点平衡常数大于N点,A项错误;N点只能说明该温度下,CO2和H2O的浓度相等,不能说明v正(CO2)=v逆(H2O),B项错误;从图像可知,M点H2和H2O的物质的量分数相等,故物质的量相等,C项正确;其他条件恒定,充入更多H2,反应物浓度增大,正反应速率增大,v(CO2)也增大,D项错误。
12.已知2NO2(g)(红棕色)N2O4(g)(无色) ΔH<0。将一定量的NO2充入注射器中并密封,改变某一条件,气体透光率随时间的变化如图所示(气体颜色越深,透光率越小)。下列说法不正确的是( )。
A.N点反应处于平衡状态
B.N点对应的时间改变的条件是将注射器的活塞向外拉
C.R点:v正
答案:B
解析:M点到N点,透光率一直不变,则N点反应处于平衡状态,A项正确;气体颜色越深,透光率越小,故N点时c(NO2)瞬间增大,则N点对应的时间改变的条件不可能是将注射器的活塞向外拉,B项错误;R点透光率减小,平衡逆向移动,则v正
A.该反应的逆反应为吸热反应
B.平衡常数:KM>KN
C.生成乙烯的速率:v(N)一定大于v(M)
D.当温度高于250 ℃,升高温度,催化剂的催化效率降低
答案:C
解析:升高温度,CO2的平衡转化率降低,则升温平衡逆向移动,则逆反应为吸热反应,A项正确;M点化学平衡常数大于N点,B项正确;化学反应速率随温度的升高而增大,但温度高于250 ℃后,催化剂的催化效率随温度的升高而降低,所以v(N)有可能小于v(M),C项错误;根据图像,当温度高于250 ℃,升高温度催化剂的催化效率降低,D项正确。
14.在①、②、③容积不等的恒容密闭容器中,均充入0.1 mol CO和0.2 mol H2,在催化剂的作用下发生反应:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。测得三个容器中平衡混合物中CH3OH的体积分数随温度的变化如图所示。
下列说法正确的是( )。
A.该反应的正反应为吸热反应
B.三个容器的容积:①>②>③
C.在P点,CO的转化率为75%
D.在P点,向容器②中再充入CO、H2及CH3OH各0.025 mol,此时v正(CO)
解析:由题图可知,容积一定时,温度升高,CH3OH的体积分数减小,说明升高温度,平衡逆向移动,故该反应的ΔH<0,正反应为放热反应,A项错误。三个容器中起始加入CO和H2的量分别相等,温度一定时,容器的容积越小,体系的压强越大,反应向正反应方向进行的程度越大,反应物的转化率越大,CH3OH的体积分数越大,故容器的容积:①<②<③,B项错误。P点CH3OH的体积分数为50%,根据同温同压下,气体的体积之比等于其物质的量之比,设达到平衡后转化的CO的物质的量为x mol,则有
CO(g)+ 2H2(g)CH3OH(g)
起始量/mol 0.1 0.2 0
转化量/mol x 2x x
平衡量/mol 0.1-x 0.2-2x x
则CH3OH的体积分数为x0.1-x+0.2-2x+x×100%=50%,解得x=0.075,故P点CO的转化率为0.075mol0.1mol×100%=75%,C项正确。在P点,向容器②中再充入CO、H2及CH3OH各0.025 mol,此时,容器②中n(CO)=0.05 mol、n(H2)=0.075 mol、n(CH3OH)=0.1 mol,设容器②的容积为a L,则达到平衡时K=0.075a0.025a×0.05a2=1 200a2,充入气体后Q=0.1a0.05a×0.075a2=355.6a2
15.为比较Fe3+和Cu2+对H2O2分解反应的催化效果,甲、乙两同学分别设计了如图1、图2所示的实验。下列叙述中不正确的是( )。
图1
图2
A.图1实验可通过定性观察产生气泡的快慢来比较反应速率的大小
B.若图1所示实验中反应速率为①>②,则一定说明Fe3+比Cu2+对H2O2分解催化效果好
C.用图2装置比较反应速率,可测定在相同状况下反应产生的气体体积及反应时间
D.为检查图2装置的气密性,可关闭分液漏斗的活塞,将注射器活塞拉出一定距离到某处,一段时间后松开活塞,观察活塞是否回到原位
答案:B
解析:B项,若比较Fe3+和Cu2+对H2O2分解的催化作用,应选用阴离子相同的盐溶液,如Fe2(SO4)3溶液和CuSO4溶液。如果选用FeCl3溶液和CuSO4溶液,加入FeCl3溶液产生气泡快,可能是Cl-的催化作用。D项,检查图2装置的气密性,最后活塞回到原位置,说明装置气密性良好,若仍留在某处,说明装置漏气。
二、非选择题(本题共5小题,共55分)
16.(7分)试回答下列与环境有关的问题。
图1
(1)在汽车排气系统中安装三元催化转化器,可发生下列反应:2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)。在某恒容密闭容器中通入等物质的量的CO和NO,在不同温度(T)下发生上述反应时,c(CO)随时间(t)的变化曲线如图1所示:
①该反应的正反应为 (填“放热”或“吸热”)反应。
②温度为T2时,反应达到平衡时NO的转化率为 。
③温度为T1时,该反应的平衡常数K= 。
(2)目前烟气脱硝采用的技术有选择性非催化还原法(SNCR)脱硝技术和选择性催化还原法(SCR)脱硝技术。若用NH3作还原剂,则主要反应可表示为4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g)
ΔH<0,其中体系温度对SNCR技术脱硝效率的影响如图2所示:
图2
①SNCR技术脱硝的最佳温度为 ,SNCR与SCR技术相比,SCR技术的反应温度不能太高,其原因是 。
②由题给信息分析,当体系温度过高时,SNCR技术脱硝效率降低,其可能的原因是 。
答案:(1)①放热 ②95% ③80
(2)①925 ℃(920~930 ℃均正确) 温度太高,降低催化剂活性 ②温度过高,使SNCR脱硝技术的主要反应的平衡逆向移动(其他合理答案也可)
解析:(1)①根据“先拐先平温度高”可知T1>T2,反应达到平衡时,T1条件下CO的浓度大,即升高温度,平衡逆向移动,故正反应为放热反应。②由化学方程式可知,NO和CO对应的化学计量数相同,起始时加入的物质的量也相同,故两者的转化率相同,即转化率为2-0.12×100%=95%。③列“三段式”计算:
2NO(g)+ 2CO(g)2CO2(g)+N2(g)
始态(mol·L-1) 2.0 2.0 0 0
反应(mol·L-1) 1.6 1.6 1.6 0.8
平衡(mol·L-1) 0.4 0.4 1.6 0.8
该反应的平衡常数K=c2(CO2)·c(N2)c2(NO)·c2(CO)=80。(2)①由图像可知,925 ℃左右SNCR技术脱硝效率最高;SCR技术中使用催化剂,若温度太高,会降低催化剂活性。②SNCR脱硝技术的主要反应是放热反应,故温度过高时,使该反应的平衡逆向移动,导致脱硝效率降低。
17.(10分)一定温度下,向一容积为5 L的恒容密闭容器中充入0.4 mol SO2和0.2 mol O2,发生反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=-196 kJ·mol-1。当反应达到平衡时,容器内压强变为起始时的710。请回答下列问题。
(1)判断该反应达到平衡状态的标志是 。
A.SO2、O2、SO3三者的浓度之比为2∶1∶2
B.容器内气体的压强不变
C.容器内混合气体的密度保持不变
D.SO3的物质的量不再变化
E.SO2的生成速率和SO3的生成速率相等
(2)①SO2的转化率为 ;
②达到平衡时反应放出的热量为 ;
③此温度下该反应的平衡常数K= 。
(3)如图表示平衡时SO2的体积分数随压强和温度变化的曲线。
①温度关系:T1 (填“>”“<”或“=”,下同)T2;
②平衡常数关系:KA KB,KA KD。
答案:(1)BDE
(2)①90% ②35.28 kJ ③20 250
(3)①> ②= <
解析:(1)A项,SO2、O2、SO3三者的浓度之比为2∶1∶2,与它们的化学计量数之比相等,与反应是否达到平衡没关系,不能作为反应达到平衡状态的标志;B项,容器内气体的压强不变,这是一个恒容条件下的化学平衡,反应前后气体物质的量是有所改变的,现在压强不变,说明气体总量不变,化学反应达到了化学平衡状态;C项,容器内混合气体的密度保持不变,这是恒容条件下的化学平衡状态,反应物和生成物均为气体,则气体质量恒定,气体密度恒定,所以不能作为反应达到平衡状态的标志;D项,SO3的物质的量不再变化,说明化学反应达到了平衡状态;E项,SO2的生成速率和SO3的生成速率相等,即正、逆反应速率相等,化学反应达到了平衡状态。(2)向容积为5 L的恒容密闭容器中充入0.4 mol SO2和0.2 mol O2,设达到平衡时转化的O2的物质的量为x mol,则有
2SO2(g)+ O2(g) 2SO3(g)
起始量/mol 0.4 0.2 0
改变量/mol 2x x 2x
平衡量/mol 0.4-2x 0.2-x 2x
当反应达到平衡时,容器内压强为起始时的710,则有:0.4-2x+0.2-x+2x0.4+0.2=0.7,解得x=0.18。①SO2的转化率=0.36mol0.4mol×100%=90%;②达到平衡时反应放出的热量=0.36×1962 kJ=35.28 kJ;③此温度下该反应的平衡常数K=c2(SO3)c2(SO2)·c(O2)=20 250。(3)①该反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,二氧化硫的体积分数增大,则可得到温度关系:T1>T2;②化学平衡常数和温度有关,温度不变,化学平衡常数不变,KA=KB;该反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,K值减小,KA
K1
K2
T1
1.47
2.38
T2
2.15
1.67
请回答下列问题。
(1)通过表中数据可以推断:反应①是 (填“吸热”或“放热”)反应。
(2)相同温度下,有反应③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g),则该反应的平衡常数表达式为K3= 。
(3)相同温度下,根据反应①②可推出K1、K2与K3之间的关系式为 ,据此关系式及表中数据,能推断出反应③是 (填“吸热”或“放热”)反应。
(4)要使反应③在一定条件下建立的平衡向正反应方向移动,可采取的措施有 。
A.缩小反应容器的容积
B.扩大反应容器的容积
C.升高温度
D.使用合适的催化剂
E.设法减小平衡体系中的CO的浓度
(5)图甲、图乙均表示反应③在某时刻因改变某个条件而发生变化的情况:
图甲
图乙
①图甲中t2时刻改变的条件是 。
②图乙中t2时刻改变的条件是 。
答案:(1)吸热
(2)c(CO)·c(H2O)c(CO2)·c(H2)
(3)K3=K1K2 吸热
(4)CE
(5)①增大压强(或使用催化剂) ②降低温度(或分离出H2等)
解析:(1)根据表中数据可知,升高温度,K1增大,说明升高温度,平衡向正反应方向移动,所以反应①是吸热反应。(2)根据反应③可知,其平衡常数表达式为K3=c(H2O)·c(CO)c(H2)·c(CO2)。(3)由反应①可得其平衡常数K1=c(CO)c(CO2),由反应②可得其平衡常数K2=c(H2)c(H2O),反应③的平衡常数K3=c(H2O)·c(CO)c(H2)·c(CO2),所以K3=K1K2;升高温度,K1增大,K2减小,所以K3增大,即平衡正向移动,因此反应③是吸热反应。(4)反应③是反应前后气体体积不变的可逆反应,且为吸热反应,所以要使平衡向正反应方向移动,则可以升高温度或降低生成物的浓度等,但改变压强和加入催化剂不能改变平衡状态,故选CE。(5)①图甲中t2时刻正、逆反应速率都增大,但平衡不移动,所以改变的条件是增大压强或使用催化剂。②图乙中t2时刻CO2的浓度瞬间不变,然后增大,而CO的浓度瞬间不变,然后减小,即平衡向逆反应方向移动,所以改变的条件是降低温度或从体系中分离出H2等。
19.(14分)在容积为1.00 L的容器中,通入一定量的N2O4,发生反应N2O4(g)2NO2(g),随温度升高,混合气体的颜色变深。
回答下列问题。
(1)反应的ΔH (填“>”或“<”)0;100 ℃时,体系中各物质浓度随时间变化如图所示。反应开始至60 s内,反应速率v(N2O4)为 mol·L-1·s-1;反应的平衡常数K1为 。
(2)100 ℃时达到平衡后,改变反应温度为T,c(N2O4)以0.002 0 mol·L-1·s-1的平均速率降低,经10 s又达到平衡。
①T (填“大于”或“小于”)100 ℃,判断理由是 。
②温度T时反应的平衡常数K2为 。
(3)综合(1)、(2)小题信息,你得出温度对平衡常数的影响规律是 。
答案:(1)> 0.001 0.36
(2)①大于 反应正方向吸热,反应向吸热方向进行,故温度升高 ②1.28
(3)对于吸热反应,升高温度,平衡常数增大
解析:(1)根据题意知,随温度升高,混合气体的颜色变深,NO2的浓度增大,说明平衡向正反应方向移动,当其他条件不变时,升高温度,平衡向吸热反应方向移动,故ΔH>0。根据题给图像知,反应开始至60 s内,v=ΔcΔt=-(0.040-0.100)mol·L-160 s=0.001 mol·L-1·s-1;分析题给图像知,K1=c2(NO2)c(N2O4)=0.36。
(2)①根据题意知,改变反应温度为T后,c(N2O4)以0.002 0 mol·L-1·s-1的平均速率降低,即平衡向正反应方向移动,正反应方向吸热,反应向吸热方向进行,故为温度升高,T大于100 ℃;②改变反应温度为T后,c(N2O4)以0.002 0 mol·L-1·s-1的速率降低,则c(NO2) 以0.002 0 mol·L-1·s-1×2的速率增加,平衡时,c(NO2)=0.120 mol·L-1+0.002 0 mol·L-1·s-1×2×10 s=0.160 mol·L-1,c(N2O4)=0.040 mol·L-1-0.002 0 mol·L-1·s-1×10 s=0.020 mol·L-1,K2=c2(NO2)c(N2O4)=1.28。
(3)对于吸热反应,升高温度,平衡向正反应方向移动,平衡常数增大。
20.(14分)氨气具有广泛用途,工业上利用反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0合成氨,其基本合成过程如图1。
图1
(1)某小组为了探究外界条件对反应的影响,以a0×10-2 mol·L-1 H2参加合成氨的反应,在甲、乙两种条件下分别达到平衡,测得H2的浓度与反应时间的关系如图2所示。请回答下列问题:
①甲条件下,0~t0的平均反应速率v(N2)= mol·L-1·min-1。
②相对甲而言,乙可能改变的条件是 。
③在甲条件下,t1时刻将容器容积压缩至原来的12,t2时刻重新建立平衡状态。请在图中画出t1~t2时刻c(H2)的变化曲线。
图2
图3
(2)某小组往一恒温恒压容器中充入9 mol N2和23 mol H2,模拟合成氨的反应,图3为不同温度下平衡混合物中氨气的体积分数与总压强(p)的关系图。若体系在T2、60 MPa下达到平衡。
①此时N2的平衡分压为 MPa,H2的平衡分压为 MPa。(分压=总压×物质的量分数)
②列式计算此时的平衡常数Kp= 。(用平衡分压代替平衡浓度计算,结果保留2位有效数字)
(3)分离器中的过程对整个工业合成氨的意义是 。
答案:(1)①a0-a1300t0 ②增大c(N2)
③
(2)①9 15 ②0.043
(3)及时分离出液氨,c(NH3)减小,使平衡往生成NH3的方向移动,增大原料利用率(或NH3产率)
解析:(1)①甲条件下,0~t0的平均反应速率v(H2)=-(a1-a0)×10-2mol·L-1t0min=a0-a1100t0 mol·L-1·min-1,v(N2)=13v(H2)=a0-a1300t0 mol·L-1·min-1。②甲、乙条件下氢气的起始浓度相同,乙达到平衡的时间缩短,说明反应速率增大,平衡时氢气的浓度减小,说明平衡正向移动,所以改变的条件是增大c(N2)。③在甲条件下t1时刻将容器容积压缩至原来的12,则t1时刻氢气的浓度变成2a1×10-2 mol·L-1,增大压强,平衡正向移动,c(H2)减小,t2时刻达到新的平衡时氢气的浓度大于a1×10-2 mol·L-1。
(2)①若体系在T2、60 MPa下达到平衡,相同温度下,气体的体积分数等于其物质的量分数,设平衡时n(NH3)=x mol,
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
开始量/mol 9 23 0
反应量/mol 0.5x 1.5x x
平衡量/mol 9-0.5x 23-1.5x x
平衡时氨气体积分数=x9-0.5x+23-1.5x+x×100%=60%,x=12,故氮气的分压=9-0.5×129+23-12×60 MPa=9 MPa,氨气的分压=60%×60 MPa=36 MPa,氢气的分压=60 MPa-9 MPa-36 MPa=15 MPa,此时的平衡常数Kp=3629×153=0.043。
(3)分离器中的操作是分离出液氨,促进平衡正向移动,增大原料利用率(或NH3产率)。
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