答案 D
二、填空题(共50分)
11.(10分)(2012·上海卷)用氮化硅(Si3N4)陶瓷代替金属制造发动机的耐热部件,能大幅度提高发动机的热效率。
工业上用化学气相沉积法制备氮化硅,其反应如下:
3SiCl4(g)+2N2(g)+6H2(g)
Si3N4(s)+12HCl(g) ΔH=-QkJ·mol-1(Q>0)
完成下列填空:
(1)在一定温度下进行上述反应,若反应容器的容积为2L,3min后达到平衡,测得固体的质量增加了2.80g,则H2的平均反应速率为________
mol/(L·min);该反应的平衡常数表达式K=________。
(2)一定条件下,在密闭恒容的容器中,能表示上述反应达到化学平衡状态的是________。
a.3v逆(N2)=v正(H2)
b.v正(HCl)=4v正(SiCl4)
c.混合气体密度保持不变
d.c(N2):
c(H2):
c(HCl)=1:
3:
6
解析
(1)反应生成Si3N4的物质的量n(Si3N4)=
=0.02mol,则反应消耗H2的物质的量n(H2)=0.12mol,故v(H2)=
=0.02mol/(L·min)。
该反应的平衡常数表达式为K=
。
(2)利用化学反应速率之比等于化学计量数之比可知,a项表示v正=v逆,正确;b项均表示正反应速率,无论反应是否平衡都成立;c项混合气体密度不变,说明气体质量不变,正确;d项表示的浓度关系与反应是否达到平衡状态无关。
答案
(1)0.02
(2)ac
12.(10分)(2013·新课标全国Ⅱ卷)在1.0L密闭容器中放入0.10molA(g),在一定温度进行如下反应:
A(g)B(g)+C(g) ΔH=+85.1kJ·mol-1
反应时间(t)与容器内气体总压强(p)的数据见下表:
时间t/h
0
1
2
3
8
总压强p/100kPa
4.91
5.58
6.32
7.31
8.54
时间t/h
16
20
25
30
总压强p/100kPa
9.50
9.52
9.53
9.53
回答下列问题:
(1)欲提高A的平衡转化率,应采取的措施为________。
(2)由总压强p和起始压强p0计算反应物A的转化率α(A)的表达式为________,平衡时A的转化率为________,列式并计算反应的平衡常数K________。
(3)①由总压强p和起始压强p0表示反应体系的总物质的量n总和反应物A的物质的量n(A),n总=________mol,n(A)=________mol。
②下表为反应物A浓度与反应时间的数据,计算:
a=________。
反应时间t/h
0
4
8
16
c(A)/(mol·L-1)
0.10
a
0.026
0.0065
分析该反应中反应物的浓度c(A)变化与时间间隔(Δt)的规律,得出的结论是________________________________________,由此规律推出反应在12h时反应物的浓度c(A)为________mol·L-1。
解析
(1)A(g)B(g)+C(g)的正向反应是一个气体体积增大的吸热反应,故可通过降低压强、升温等方法提高A的转化率。
(2)在温度一定、容积一定的条件下,气体的压强之比等于其物质的量(物质的量浓度)之比。
求解平衡常数时,可利用求得的平衡转化率并借助“三行式”进行,不能用压强代替浓度代入。
(3)n(A)的求算也借助“三行式”进行。
a=0.051,从表中数据不难得出:
每隔4h,A的浓度约减少一半,依此规律,12h时,A的浓度为0.013mol/L。
答案
(1)升高温度、降低压强
(2)
×100% 94.1%
A(g) B(g) + C(g)
0.1000
0.10×(1-94.1%) 0.10×94.1% 0.10×94.1%
K=
=1.5mol·L-1
(3)①0.10×
0.10×
②0.051
达到平衡前每间隔4h,c(A)减少约一半
0.013
13.(15分)(2013·陕西质检)
(1)已知:
2SO3(g)2SO2(g)+O2(g),在起始时体积相同的容器A和B中同时分别充入2molSO3(两容器装有催化剂)。
在反应过程中,A保持温度和容积不变;B保持温度和压强不变。
回答下列问题:
①反应达平衡所需时间:
A________B(填“>”、“=”或“<”,下同);达平衡时SO3的转化率:
A________B。
②若平衡后,向A、B中分别充入稀有气体,________(填“A”或“B”)容器中的平衡将向________(填“正反应”或“逆反应”)方向移动。
(2)一定条件下,有反应:
X(g)+2Y(g)2Z(g) ΔH=QkJ/mol,该反应的平衡常数表达式为________。
①在体积为2L的密闭容器C中,充入1molX和2molY进行反应,2min后反应达到平衡,此时平衡混合物中X为0.8mol,则以Y浓度变化表示的反应速率为________mol/(L·min),X的转化率为________。
②在恒温恒压条件下,向密闭容器D中充入0.5molX和1molY,达到平衡后Z的物质的量分数为a,如果再向容器中充入0.5molZ,重新平衡后Z的物质的量分数为b,则a________b(填“>”、“<”或“=”)。
③如图所示曲线Ⅰ、Ⅱ是该反应在只有一个反应条件不同时Z的体积分数与时间的关系图,下列有关曲线Ⅰ、Ⅱ的叙述,正确的是________(填字母)。
A.Ⅰ没有用催化剂,Ⅱ用了催化剂
B.Ⅱ的反应温度比Ⅰ高且Q<0
C.Ⅱ的压强比Ⅰ大
解析
(1)①2SO3(g)2SO2(g)+O2(g)是气体体积增大的反应,随着反应进行,A容器压强增大,而B容器的压强恒定,因此B容器中反应达到平衡所用的时间长,B容器内SO3的转化率高。
②A容器中充入稀有气体,压强增大,但反应体系中的反应物、生成物的浓度不变,故平衡不移动;B容器中充入稀有气体,因压强恒定,故体积增大,反应物和生成物的浓度降低,平衡向气体体积增大的方向(正反应方向)移动。
(2)X(g)+2Y(g)2Z(g)反应中反应物、生成物均为气体,其平衡常数为K=
。
①v(Y)=2v(X)=2×
=0.1mol/(L·min);X的转化率为
×100%=20%。
②因为条件是恒温恒压,所以向容器中通入0.5molX、1molY与向容器中通入任何物质的量的Z是等效的,故a=b。
③使用催化剂只能改变化学反应速率,不能改变平衡时各物质的量,A项错误;温度高,反应先达到平衡,若Q<0,则温度升高时Z的体积分数减小,B项正确;压强大,反应先达到平衡,但Z在压强高的条件下,体积分数大,C项错误。
答案
(1)①< < ②B 正反应
(2)K=
①0.1 20% ②= ③B
14.(15分)(2013·广东卷)大气中的部分碘源于O3对海水中I-的氧化。
将O3持续通入NaI溶液中进行模拟研究。
(1)O3将I-氧化成I2的过程由3步反应组成:
①I-(aq)+O3(g)===IO-(aq)+O2(g) ΔH1
②IO-(aq)+H+(aq)HOI(aq) ΔH2
③HOI(aq)+I-(aq)+H+(aq)I2(aq)+H2O(l) ΔH3
总反应的化学方程式为__________________,其反应热ΔH=_______。
(2)在溶液中存在化学平衡:
I2(aq)+I-(aq)I
(aq),其平衡常数表达式为________。
(3)为探究Fe2+对O3氧化I-反应的影响(反应体系如图甲),某研究小组测定两组实验中I
浓度和体系pH,结果见图乙和下表。
编号
反应物
反应前pH
反应后pH
第1组
O3+I-
5.2
11.0
第2组
O3+I-+Fe2+
5.2
4.1
①第1组实验中,导致反应后pH升高的原因是______________。
②图甲中的A为________。
由Fe3+生成的A的过程能显著提高I-的转化率,原因是____________________________________________________。
③第2组实验进行18s后,I
浓度下降。
导致下降的直接原因有(双选)________。
A.c(H+)减小B.c(I-)减小
C.I2(g)不断生成D.c(Fe3+)增加
(4)据图乙,计算3~18s内第2组实验中生成I
的平均反应速率(写出计算过程,结果保留两位有效数字)。
解析
(1)根据盖斯定律,将三个反应相加,可得总反应:
2I-(aq)+O3(g)+2H+(aq)===I2(aq)+O2(g)+H2O(l),则ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3。
(2)该反应的平衡常数K=
。
(3)①第1组实验中,pH升高是因为反应消耗了H+。
②图甲中A为Fe(OH)3,由Fe3+生成Fe(OH)3的过程中消耗OH-,溶液中c(H+)增大,促进I-转化,因此I-的转化率显著提高。
③导致I
下降的直接原因是I2(g)不断生成,c(I-)减小。
答案
(1)2I-(aq)+O3(g)+2H+(aq)===I2(aq)+O2(g)+H2O(l) ΔH1+ΔH2+ΔH3
(2)K=
(3)①溶液中H+被消耗,生成H2O,溶液pH上升 ②Fe(OH)3 Fe3+形成Fe(OH)3过程中消耗OH-,使溶液中c(H+)上升,促进I-转化 ③BC
(4)t=3s时,c(I
)=3.5mol·L-1,t=18s时,c(I
)=11.8mol·L-1,v(I
)=
=0.55mol/(L·s)