=1mol·L-1,K=
=
=2,解得c[Ni(CO)4]=2mol·L-1,D项正确。
答案:
C
8.(2019·南京调研)加热N2O5,依次发生的分解反应为
①N2O5(g)
N2O3(g)+O2(g),②N2O3(g)
N2O(g)+O2(g)。
在2L密闭容器中充入8molN2O5,加热到t℃,达到平衡状态后O2为9mol,N2O3为3.4mol,则t℃时反应①的平衡常数的值为( )
A.8.5 B.9.6C.10.2 D.10.7
解析:
N2O5
N2O3+O2 N2O3
N2O+O2
n(始)/mol 8 0 0 a 0 a
n(变)/molaaabbb
n(平)/mol8-aaaa-bba+b
有a+b=9,a-b=3.4,得a=6.2mol,b=2.8mol,平衡时c(N2O5)=0.9mol·L-1,c(N2O3)=1.7mol·L-1,c(O2)=4.5mol·L-1,反应①的平衡常数的值K=
=8.5。
答案:
A
9.(2019·广州模拟)以甲烷为原料合成甲醇的反应如下:
反应Ⅰ:
CH4(g)+CO2(g)
2CO(g)+2H2(g)
ΔH1=+247kJ·mol-1
反应Ⅱ:
CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)
ΔH2=-90kJ·mol-1
已知:
T1℃时,反应Ⅱ的平衡常数数值为100;T2℃时,反应Ⅱ在密闭容器中达到平衡,测得CO、H2、CH3OH的物质的量浓度(mol·L-1)分别为0.05、0.1、0.1。
下列说法正确的是( )
A.反应Ⅰ中,使用催化剂可以减小ΔH1,提高反应速率
B.反应Ⅱ中,加热或加压均可提高原料气的平衡转化率
C.由上述数据可判断反应Ⅱ的温度:
T1>T2
D.CO(g)+CH3OH(g)
CH4(g)+CO2(g)
ΔH=+157kJ·mol-1
解析:
A项,反应热只与始态和终态有关,使用催化剂降低活化能,化学反应速率加快,但ΔH1不变,错误;B项,正反应是放热反应,加热,平衡向逆反应方向移动,原料气的转化率降低,反应前气体系数之和大于反应后气体系数之和,增大压强,平衡向正反应方向移动,原料气的转化率增大,错误;C项,T2℃时的化学平衡常数K=
=2<100,反应Ⅱ中正反应为放热反应,温度升高,化学平衡常数减小,即T1>T2,正确;D项,反应Ⅰ+反应Ⅱ得到CH4(g)+CO2(g)
CO(g)+CH3OH(g) ΔH=(274-90)kJ·mol-1=+184kJ·mol-1,则CO(g)+CH3OH(g)
CH4(g)+CO2(g) ΔH=-184kJ·mol-1,错误。
答案:
C
10.Ⅰ.氮的固定是几百年来科学家一直研究的课题。
(1)下表列举了不同温度下大气固氮和工业固氮的部分化学平衡常数K的值。
反应
大气固氮N2(g)+O2(g)
2NO(g)
工业固氮N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)
温度/℃
27
2000
25
400
450
平衡常数K
3.84×10-31
0.1
5×108
0.507
0.152
①分析数据可知:
大气固氮反应属于________反应(填“吸热”或“放热”)。
②分析数据可知:
人类不适合大规模模拟大气固氮的原因:
_______________________________________________________
_____________________________________________________。
(2)工业固氮反应中,在其他条件相同时,分别测定N2的平衡转化率在不同压强(p1、p2)下随温度变化的曲线,下图所示的图示中,正确的是________(填“A”或“B”);比较p1、p2的大小关系:
________。
Ⅱ.目前工业合成氨的原理是N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)。
(3)在一定温度下,将1molN2和3molH2混合置于体积不变的密闭容器中发生反应,达到平衡状态时,测得气体总物质的量为2.8mol。
①达平衡时,H2的转化率α1=________。
②已知平衡时,容器压强为8MPa,则平衡常数Kp=________(用平衡分压代替浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
解析:
(1)①由表中数据可知随温度从27℃升高到2000℃,K值增大,说明平衡向正反应方向移动,说明正反应是吸热反应;②大气固氮的K值小,转化率低。
(2)工业固氮,随温度升高,K值减小,平衡向逆反应方向移动,N2的转化率降低,所以A正确。
取相同的温度,p1→p2,N2的转化率升高,说明平衡向正反应方向移动,正反应是气体体积减小的反应,说明压强增大,p2>p1。
Ⅱ.(3)设达到平衡时,反应的N2的物质的量为amol,列三段式:
N2+3H2
2NH3
n(始)/mol 1 3 0
n(变)/mola3a2a
n(平)/mol1-a3-3a2a
有(1-a)+(3-3a)+2a=2.8,解得a=0.6mol,H2的转化率为60%,N2的平衡分压为
MPa,H2、NH3的平衡分压均为
MPa,Kp=
=
。
答案:
Ⅰ.
(1)①吸热 ②大气固氮的K值小,正向进行的程度小(或转化率低),不适合大规模生产
(2)A p2>p1
Ⅱ.(3)①60% ②
(或0.255或0.26)
11.(2019·洛阳模拟)Ⅰ.
(1)利用水蒸气或二氧化碳对甲烷进行重整是提高甲烷利用率的重要方式。
水蒸气重整:
CH4(g)+H2O(g)
CO(g)+3H2(g)
ΔH1=+205.9kJ·mol-1①
CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g)
ΔH2=-41.2kJ·mol-1②
二氧化碳重整:
CH4(g)+CO2(g)
2CO(g)+2H2(g)
ΔH3 ③
则反应①自发进行的条件是_____________________________,
ΔH3=________kJ·mol-1
Ⅱ.2017年7月10日我国甲烷、二氧化碳重整制合成气装置在山西实现全系统运行,减少了温室气体的排放。
(2)某2L恒容密闭容器中,投入2molCH4和2molCO2,不同温度下平衡体系中CH4和CO的物质的量分数φ(y)%随温度变化如图所示:
①T1温度下该反应的平衡常数的值是_____________________。
②c点CH4的物质的量分数为_________________________。
③v逆:
a______b点(填“>”“<”“=”或“无法确定”),理由是
_____________________________________________________。
解析:
Ⅰ.
(1)反应①CH4(g)+H2O(g)
CO(g)+3H2(g) ΔH1=+205.9kJ·mol-1自发进行,则ΔG=ΔH-TΔS<0,反应为熵增焓增的反应,则高温条件有利于自发进行;已知①CH4(g)+H2O(g)
CO(g)+3H2(g) ΔH1=+205.9kJ·mol-1;②CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g) ΔH2=-41.2kJ·mol-1;根据盖斯定律,由①-②得反应③CH4(g)+CO2(g)
2CO(g)+2H2O(g) ΔH3=ΔH1-ΔH2=+205.9kJ·mol-1-(-41.2kJ·mol-1)=+247.1kJ·mol-1。
(2)①T1温度下平衡体系中CH4和CO的物质的量分数φ(y)%相等,设甲烷的转化率为x,
CH4(g)+CO2(g)
2CO(g)+2H2(g)
开始时的浓度
/mol·L-1 1 1 0 0
改变的浓度
/mol·L-1xx2x2x
平衡时的浓度
/mol·L-11-x1-x2x2x
1-x=2x,解得x=
,平衡常数的值K=
=
;②化学平衡常数只与温度有关,温度相同平衡常数相同,b点与c点温度相同K值相同,b点CO的体积分数为40%,设甲烷转化率为y,则
CH4(g)+CO2(g)
2CO(g)+2H2(g)
开始时的
浓度/mol·L-1 1 1 0 0
改变的
浓度/mol·L-1yy 2y2y
平衡时的
浓度/mol·L-11-y1-y2y2y
×100%=40%,解得y=
,则
×100%=10%;③v逆:
a
答案:
(1)高温 +247.1
(2)①
②10% ③< 与a点相比,b点温度更高且CO、H2浓度更大
12.(2019·山师大附中模拟)硫的氧化物是形成酸雨的罪魁祸首,含硫烟气(主要成分为SO2)的处理常用水煤气还原法。
请回答下列问题:
已知:
ⅰ.2CO(g)+SO2(g)
S(l)+2CO2(g)
ΔH1=-37.0kJ·mol-1
ⅱ.2H2(g)+SO2(g)
S(l)+2H2O(g)
ΔH2=+45.4kJ·mol-1
(1)写出CO(g)与H2O(g)反应生成CO2(g)、H2(g)的热化学方程式为____________________________________________________。
若该反应在绝热、恒容体系中进行,达到平衡的标志________(填序号)。
A.氢氧键的断裂速率等于氢氢键的断裂速率
B.混合气体的平均摩尔质量保持不变
C.混合气体的总压强保持不变
D.H2O(g)与H2(g)的体积比保持不变
(2)反应ⅱ的正反应的活化能E________ΔH2(填“>”“<”或“=”)。
(3)在一定压强下,发生反应ⅱ。
平衡时,α(SO2)(二氧化硫的转化率)与原料气投料比
和温度(T)的关系如图所示。
①α(H2):
M________N(填“>”“<”或“=”)。
②逆反应速率:
M________Q(填“>”“<”或“=”)。
(4)T℃,向10L恒容密闭容器中充入2molCO(g)、2molSO2(g)和2molH2(g),发生反应ⅰ和反应ⅱ。
5min达到平衡时,CO2(g)和H2O(g)的物质的量分别为1.6mol、1.8mol。
①该温度下,反应ⅱ的平衡常数K=________。
②其他条件不变,6min时缩小容器容积。
α(SO2)__________(填“增大”“减小”或“不变”),原因为___________________________
____________________________________________________。
解析:
(1)根据盖斯定律:
反应(ⅰ-ⅱ)×
,可以得到CO(g)+H2O(g)
H2(g)+CO2(g) ΔH1=-41.2kJ·mol-1;断裂氢氧键速率是断裂氢氧键速率的2倍,说明正逆反应速率相等,达到了平衡状态,A错误;反应前后混合气体的总质量不变,反应前后混合气体的总物质的量不变,因此混合气体的平均摩尔质量恒为定值,不能判断反应达到了平衡状态,B错误;根据气态方程:
pV=nRT,当V、n保持不变时,压强与温度成正比,因为该反应在绝热、恒容体系中进行,当体系内温度不变时,体系的压强不再发生变化,反应达到平衡状态,C正确;H2O(g)为反应物不断被消耗,H2(g)为生成物,不断增多,当二者体积比保持不变时,即物质的浓度保持不变,反应达到平衡状态,D错误。
(2)反应ⅱ为2H2(g)+SO2(g)
S(l)+2H2O(g) ΔH2=+45.4kJ·mol-1,反应热等于正反应活化能减去逆反应活化能,E(正)-E(逆)=ΔH2=+45.4,E(正)=E(逆)+45.4,所以反应ⅱ的正反应的活化能E>ΔH2。
(3)①根据图象可知,当α(SO2)一定时,
比值越大,氢气的转化率就越大,α(H2):
M>N。
②该反应为吸热反应,升高温度,平衡右移,反应物转化率增大;根据图象,相同
条件下,T1时α(SO2)的大于T2时的α(SO2),说明T1>T2,温度越高,反应速率越快,逆反应速率M>Q。
(4)①ⅰ.2CO(g)+SO2(g)
S(l)+2CO2(g)
起始量/mol 2200
变化量/mol1.60.81.6
平衡量/mol0.41.21.6
ⅱ.2H2(g)+SO2(g)
S(l)+2H2O(g)
起始量/mol21.20
变化量/mol1.80.91.8
平衡量/mol0.20.31.8
针对反应ⅱ各物质浓度为c(H2)=0.02mol·L-1,c(SO2)=0.03mol·L-1,c(H2O)=0.18mol·L-1,该温度下,反应ⅱ的平衡常数K=
,带入数值可求出反应ⅱ的平衡常数的值K=2700。
②反应ⅰ和反应ⅱ均为气体分子总数减小的反应,只缩小容器容积,平衡均向右移动,SO2的转化率增大,所以其他条件不变,6min时缩小容器容积,α(SO2)增大。
答案:
(1)CO(g)+H2O(g)
H2(g)+CO2(g)
ΔH1=-41.2kJ·mol-1 CD
(2)> (3)①> ②>
(4)①2700 ②增大 反应ⅰ和反应ⅱ均为气体分子总数减小的反应,只缩小容器容积,平衡均向右移动,SO2的转化率增大