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G4 等效平衡与化学平衡计算


G4

等效平衡与化学平衡计算

11. [2014· 重庆卷] 氢能是重要的新能源。储氢作为氢能利用的关键技术,是当前关注的热 点之一。 (1)氢气是清洁燃料,其燃烧产物为________。 (2)NaBH4 是一种重要的储氢载体,能与水反应得到 NaBO2,且反应前后 B 的化合价不变, 该反应的化学方程式为 __________________________________________,反应消耗 1 mol NaBH4 时转移的电子数目为________。 (3)储氢还可借助有机物,如利用环己烷和苯之间的可逆反应来实现脱氢和加氢: (g)
PtSn/Al2O3 高温

(g)+3H2(g)。


在某温度下,向恒容密闭容器中加入环己烷,其起始浓度为 a mol· L 1,平衡时苯的浓度为 b mol· L 1,该反应的平衡常数 K=________。


(4)一定条件下,如图所示装置可实现有机物的电化学储氢(忽略其他有机物)。

①导线中电子移动方向为________。(用 A、D 表示) ②生成目标产物的电极反应式为__________________。 ③该储氢装置的电流效率 η = ____________________ 。 (η = × 100%,计算结果保留小数点后 1 位) 11.[答案] (1)H2O (2)NaBH4+2H2O===NaBO2+4H2↑ 4NA 或 2.408× 1024 27b4 - (3) mol3· L 3 a-b (4)①A→D ②C6H6+6H +6e ===C6H12 ③64.3%[解析] (2)B 元素反应前后化合价不变, 则依反应生成物是 NaBO2 可知,反应前 NaBH4 中 B 的化合价也是+3 价,则 H 为-1 价, 水中氢元素化合价为+1 价, 发生归中反应生成氢气; 根据氢元素化合价可确定失去电子数。
+ -

生成目标产物消耗的电子数 转移的电子总数

(3)根据化学方程式可知,生成 H2 为 3b mol/L,消耗环戊烷 b mol/L,则平衡时环戊烷为(a -b) mol/L,进而列式确定平衡常数。(4)①苯生成环戊烷是得氢反应,为还原反应,即电极 D 是阴极,电极 E 是阳极,导线中电子移动方向 A→D;②目标产物是环戊烷,氢离子通过 质子交换膜向阴极移动,则电极反应式为 C6H6+6H +6e ===C6H12;③阳极生成 2.8 mol 气体,该气体是 OH 在阳极放电产生的氧气,转移电子 11.2 mol;设阴极消耗苯的物质的 量是 x mol,同时生成 x mol 环戊烷,依电极反应式可知转移的电子为 6x mol,则根据电子 守恒知,同时生成氢气是(11.2 mol-6x mol)÷ 2=5.6 mol-3x mol;依据混合气体成分可列 式 2.4-x 6 ? 1.2 =10%,解得 x=1.2,因此储氢装置的电流效率为 =64.3%。 10+5.6-3x 11.2
- + -

27. [2014· 浙江卷] 煤炭燃烧过程中会释放出大量的 SO2,严重破坏生态环境。采用一定的 脱硫技术可以把硫元素以 CaSO4 的形式固定,从而降低 SO2 的排放。但是煤炭燃烧过程中 产生的 CO 又会与 CaSO4 发生化学反应,降低脱硫效率。相关反应的热化学方程式如下: CaSO4(s)+CO(g) CaSO4(s)+4CO(g) 请回答下列问题: (1)反应Ⅰ能够自发进行的反应条件是________。 (2)对于气体参与的反应,表示平衡常数 Kp 时用气体组分(B)的平衡压强 p(B)代替该气体物 质的量的浓度 c(B),则反应Ⅱ的 Kp=________(用表达式表示)。 (3)假设某温度下,反应Ⅰ的速率(v1 )大于反应Ⅱ的速率(v2 ),则下列反应过程能量变化示意 图正确的是________。 (4) 通 过 监 测 反 应 体 系 中 气 体 浓 度 的 变 化 可 判 断 反 应 Ⅰ 和 Ⅱ 是 否 同 时 发 生 , 理 由 是 ____________________________________________________________________。 CaO(s) + SO2(g) + CO2(g) ΔH1=218.4 kJ· mol 1(反应Ⅰ)


CaS(s) + 4CO2(g) ΔH2=-175.6 kJ· mol 1(反应Ⅱ)


A

B

C

D

(5)图(a)为实验测得不同温度下反应体系中 CO 初始体积百分数与平衡时固体产物中 CaS 质 量百分数的关系曲线。则降低该反应体系中 SO2 生成量的措施有________。 A.向该反应体系中投入石灰石 B.在合适的温度区间控制较低的反应温度 C.提高 CO 的初始体积百分数 D.提高反应体系的温度 (6)恒温恒容条件下,假设反应Ⅰ和Ⅱ同时发生,且 v1>v2,请在图(b)画出反应体系中 c(SO2) 随时间 t 变化的总趋势图。

(a) 27.(1)高温 (2
p (CO 2 ) p 4 (CO)
4

(b) (3)C

(4)如果气相中 SO2 和 CO2 两种气体的浓度之比随时间发生变化,则表明两个反应同时发生 (5)A、B、C

(6) [解析] (1)反应Ⅰ是一个熵增焓增的反应, 由 ΔG=ΔH -TΔS 知, 只有在高温下反应Ⅰ的 ΔG 才有可能小于 0,反应才具有自发性。(3)由于反应Ⅰ是吸热反应,故反应Ⅰ生成物所具有 的能量高于反应物,A、D 项排除;反应Ⅰ的速率(v1)大于反应Ⅱ的速率(v2),说明反应Ⅰ的 活化分子百分数比较大、活化能低于反应Ⅱ,反应Ⅰ的中间产物所具有的能量低,B 排除。 (4)因反应Ⅱ中没有 SO2 生成,故若监测过程中,SO2、CO2 浓度比保持不变,说明只发生反 应Ⅰ,若发生变化,则说明反应Ⅰ、Ⅱ同时进行。(5)加入的石灰石分解可生成 CO2,这有 利于两个反应的平衡向左进行,从而可减少 SO2 的生成,A 项可行;由图像知,初始的 CO

浓度越大、温度低些时,CaS 的含量越高,依硫守恒知,此条件下生成的 SO2 较少,B、C 项可行,D 项不可行。(6)因反应Ⅰ的速率大于反应Ⅱ的速率,故开始时体系内 c(SO2)是快 速增大的,随着第Ⅱ个反应中生成的 CO2 的增加,SO2 的百分含量又会降低,当达到平衡 时其百分含量会保持不变,由此可绘制出相应的图像。 10.[2014· 天津卷] 合成氨是人类科学技术上的一项重大突破,其反应原理为 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ· mol 1。


一种工业合成氨的简式流程图如下:

(1)天然气中的 H2S 杂质常用氨水吸收,产物为 NH4HS。一定条件下向 NH4HS 溶液中通入 空气,得到单质硫并使吸收液再生,写出再生反应的化学方程式: ________________________________________________________________________。 (2)步骤Ⅱ中制氢气的原理如下: ①CH4(g)+H2O(g) ΔH=+206.4 kJ· mol ②CO(g)+H2O(g) ΔH=-41.2 kJ· mol
-1 -1

CO(g)+3H2(g)

CO2(g)+H2(g)

对于反应①,一定可以提高平衡体系中 H2 的百分含量,又能加快反应速率的措施是 ____________。 a.升高温度 b.增大水蒸气浓度 c.加入催化剂 d.降低压强

利用反应②,将 CO 进一步转化,可提高 H2 的产量。若 1 mol CO 和 H2 的混合气体(CO 的 体积分数为 20%)与 H2O 反应,得到 1.18 mol CO、CO2 和 H2 的混合气体,则 CO 的转化 率为____________。 (3)图(a)表示 500 ℃、60.0 MPa 条件下,原料气投料比与平衡时 NH3 体积分数的关系。根 据图中 a 点数据计算 N2 的平衡体积分数:____________。 (4)依据温度对合成氨反应的影响,在图(b)坐标系中,画出一定条件下的密闭容器内,从通 入原料气开始,随温度不断升高,NH3 物质的量变化的曲线示意图。

(a)

(b)

(5)上述流程图中, 使合成氨放出的能量得到充分利用的主要步骤是(填序号)________。 简述 本 流 程 中 提 高 合 成 氨 原 料 总 转 化 率 的 方 法 :

________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 10.(1)2NH4HS+O2 ===== 2NH3· H2O+2S↓ (2)a 90% (3)14.5%
一定条件

(4) (5)Ⅳ 对原料气加压;分离液氨后,未反应的 N2、H2 循环使用 [解析] (1)由题意可知为空气中的 O2 将负二价硫氧化为硫单质,根据电子守恒将方程式配平 即可。(2)反应①为气体物质的量增大的吸热反应,降低压强使平衡右移,但反应速率减小, d 错;催化剂不能改变反应限度,即不能改变 H2 的百分含量,c 错;增大水蒸气浓度虽可 使反应速率增大以及平衡右移,但产物 H2 的百分含量却减小,b 错;升高温度反应速率增 大,且平衡正向移动,H2 的百分含量增大,a 对。CO 与 H2 的混合气体与水蒸气的反应中, 反应体系中的气体的物质的量不变,而 1 molCO 与 H2 的混合气体参加反应生成 1.18 mol 混合气,说明有 0.18 mol 水蒸气参加反应,则根据方程式②可知参加反应的 CO 也为 0.18 0.18 mol mol,则其转化率为 × 100%=90%。 1 mol× 20% (3)由图中看出当 N2 与 H2 物质的量比为 1∶3 时,NH3 的平衡体积分数最大,为 42%。设平 衡时转化的 N2 的物质的量为 x mol,由三段式: N2+3H2 起始(mol): 1 3 0 转化(mol): x 3x 2x 2NH3

平衡(mol): 1-x 3- 3x 2x 2x × 100%=42%,则 x=0.59 (1-x)+(3-3x)+2x 则平衡时 N2 的体积分数为 (1-x) × 100%=14.5%。(4)作图时要注意开 (1-x)+(3-3x)+2x

始时 NH3 物质的量不断增多,是因为反应正向进行(反应未达平衡),达到一定程度后反应 达到平衡而此时温度继续升高,平衡逆向移动,NH3 的物质的量减小。(5)热交换器可以使 需要加热的物质得到加热,还可以使需要冷却的物质得到冷却,能充分利用能量。合成氨 反应为气体物质的量减小的反应,加压利于反应正向进行;此外,循环利用可反复利用原 料,提高原料利用率。

7.[2014· 四川卷] 在 10 L 恒容密闭容器中充入 X(g)和 Y(g), 发生反应 X(g)+Y(g) +N(g),所得实验数据如下表: 实验 温度/℃ 编号 ① ② ③ ④ 700 800 800 900 n(X) 0.40 0.10 0.20 0.10 n(Y) 0.10 0.40 0.30 0.15 n(M) 0.090 0.080 a b 起始时物质的量/mol 平衡时物质的量/mol

M(g)

下列说法正确的是(

)

A.实验①中,若 5 min 时测得 n(M)=0.050 mol,则 0 至 5 min 时间内,用 N 表示的平均 反应速率 v(N)=1.0× 10
-2

mol· L 1· min


-1

B.实验②中,该反应的平衡常数 K=2.0 C.实验③中,达到平衡时,X 的转化率为 60% D.实验④中,达到平衡时,b>0.060 7.C [ 解析 ] 根据各物质的化学反应速率之比等于化学计量数之比, v(N) = v(M) =

0.05 mol - - - =1.0× 10 3mol· L 1· min 1,A 项错误; 10 L× 5 min 实验②中


X(g)+Y(g)

M(g)+ N(g)

c 起始(mol· L 1) 0.01 0.04 0 0

c 转化(mol· L 1) 0.008 0.008 0.008 0.008


c 平衡(mol· L 1) 0.002


0.032 0.008 0.008

求得:K=

c(M)· c(N) 0.008× 0.008 = =1.0,B 项错误; 0.032 c(X)· c(Y) 0.002×

根据温度相同,则 K 相等, X(g)+ Y(g) c 起始(mol· L 1) 0.02 0.03 0 0


M(g)+

N(g)

c 转化(mol· L 1) a
- -

a a a 0.03-a a a

c 平衡(mol· L 1) 0.02-a K=

c(M)· c(N) a2 0.012 = =1.0, 求得 a=0.012, 则 X 的转化率= 0.02 c(X)· c(Y) (0.02-a)× (0.03-a)

× 100%=60%,C 项正确;根据上述三段式求得,在 700 ℃,K≈2.6,则温度升高,K 减小, 该反应为放热反应,若④的温度为 800 ℃,此时与③为等效平衡,b=0.060,但④的温度 为 900 ℃,则平衡逆向移动,b<0.060,则 D 项错误。 28. [2014· 全国卷] 化合物 AX3 和单质 X2 在一定条件下反应可生成化合物 AX5。回答下列 问题: (1)已知 AX3 的熔点和沸点分别为-93.6 ℃和 76 ℃,AX5 的熔点为 167 ℃。室温时 AX3 与 气 体 X2 反 应 生 成 1 mol AX5 , 放 出 热 量 123.8 kJ 。 该 反 应 的 热 化 学 方 程 式 为 ____________________________________________。 (2)反应 AX3(g)+X2(g) AX5(g)在容积为 10 L 的密闭容器中进行。起始时 AX3 和 X2 均

为 0.2 mol。反应在不同条件下进行,反应体系总压强随时间的变化如图所示。

①列式计算实验 a 从反应开始至达到平衡时的反应速率 v(AX5)=______________________。 ② 图 中 3 组 实 验 从 反 应 开 始 至 达 到 平 衡 时 的 反 应 速 率 v(AX5) 由 大 到 小 的 次 序 为 ____________(填实验序号 ) ;与实验 a 相比,其他两组改变的实验条件及判断依据是: b________________________________________________ c____________________________________________。 ,

③用 p0 表示开始时总压强,p 表示平衡时总压强,α 表示 AX3 的平衡转化率,则 α 的表达 式为______________;实验 a 和 c 的平衡转化率:αa 为________,αc 为________。 28.(1)AX3(l)+X2(g)===AX5(s)
-1

ΔH=-123.8 kJ/mol

(2)①

0.10 mol - =1.7× 10 4 mol· L 10 L× 60 min

· min

-1

解:开始时 n0=0.4 mol,总压强为 160 kPa,平衡时总压强为 120 kPa,则 n 为 n , 0.40 mol 120 kPa n=0.40 mol× =0.30 mol, 160 kPa AX3(g)+X2(g) 起始时 n0/mol:0.20 平衡时 n/mol:0.20-x 0.20 0.20-x AX5(g) 0 x

120 kPa = 160 kPa

(0.20-x)+(0.20-x)+x=0.30 x=0.10 v(AX5)= 0.10 mol - - - =1.7× 10 4 mol· L 1· min 1 10 L× 60 min 温度升高。反应速率加快,但平

②bca 加入催化剂。反应速率加快,但平衡点没有改变

衡点向逆反应方向移动(或反应容器的容积和起始物质的量未改变, 但起始总压强增大) ③ p α=2(1- ) 50% 40% p0 [解析] (1)书写热化学方程式时要注意常温下 AX3 呈液态,AX5 呈固态。(2)②由图像知,达 到平衡所需时间:a>c>b,所以反应速率 v(AX5)由大到小的顺序为 b>c>a;与实验 a 相 比,实验 b 先达到平衡,化学反应速率快,但平衡点没有变化,说明实验 b 加入了催化剂; 反应为放热反应,与实验 a 相比,实验 c 平衡向逆反应方向移动,且反应速率加快,说明 实验 c 改变的条件是升高温度。 AX3(g) 起始量(mol) 0.2 0.2 0 变化量(mol) x x x + X2(g) AX5(g)

平衡量(mol) 0.2-x 0.2-x x 0.4-x p 0.4(p0-p) 0.4(p0-p) p 则有 = ,解得 x= ,则 AX3 的转化率为 =2(1- );分别 0.4 0.2× p0 p0 p0 p0 将实验 a、c 的 p、p0 的数据代入上式,得 aa、ac 分别为 50%、40%。

24. [2014· 福建卷] 铁及其化合物与生产、生活关系密切。 (1)下图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图。 ①该电化腐蚀称为________。 ②图中 A、B、C、D 四个区域,生成铁锈最多的是________(填字母)。

(2)用废铁皮制取铁红(Fe2O3)的部分流程示意图如下:

①步骤Ⅰ若温度过高,将导致硝酸分解。硝酸分解的化学方程式为 ______________________________。 ②步骤Ⅱ中发生反应: 4Fe(NO3)2+O2+(2n+4)H2O===2Fe2O3· nH2O+8HNO3, 反应产生的 HNO3 又 将 废 铁 皮 中 的 铁 转 化 为 Fe(NO3)2 , 该 反 应 的 化 学 方 程 式 为 ____________________________。 ③上述生产流程中,能体现“绿色化学”思想的是______(任写一项)。 (3)已知 t ℃时,反应 FeO(s)+ +CO2(g)的平衡常数 K=0.25。

①t ℃时,反应达到平衡时 n(CO)∶n(CO2)=________。 ②若在 1 L 密闭容器中加入 0.02 mol FeO(s),并通入 x mol CO, t ℃时反应达到平衡。此时 FeO(s)转化率为 50%,则 x=________。 24.(1)①吸氧腐蚀


②B ② 4Fe + 10HNO3===4Fe(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O

(2)① 4HNO3 ===== 4NO2↑ + O2↑ + 2H2O

③氮氧化物排放少(或其他合理答案) (3)①4∶1 ②0.05 [解析] (1)①若为析氢腐蚀则 B、C、D 的腐蚀程度相同,则该电化学腐蚀为吸氧腐蚀。②氧 气的浓度越大,吸氧腐蚀越严重,则 B 区域产生铁锈最多。(2)①硝酸的受热分解产生 NO2、

O2、H2O , 则根据氧化还原的化合价升降法配平其化学方程式为 4HNO3=====4NO2↑+O2↑ +2H2O。②根据图示和信息可知:该生产流程中生成了 NH4NO3,则硝酸与废铁皮反应的 化学方程式为 4Fe+10HNO3===4Fe(NO3)2+ NH4NO3+3H2O。 c(CO2) n(CO2) n(CO) (3)①在 t ℃时,K= = =0.25,则 =4。 c(CO) n(CO) n(CO2) ② FeO(s)+ CO(g) x 0.01 x-0.01 Fe(s)+CO2(g) 0 0.01 0.01 0 0.01 0.01



n 起始/mol 0.02 n 转化/mol 0.01 n 平衡/mol 0.01 根据 t ℃时,K=

c(CO2) n(CO2) 0.01 = = =0.25 ,求得 x=0.05。 c(CO) n(CO) x-0.01

29. [2014· 山东卷] 研究氨氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时,涉及如下反应: 2NO2(g)+NaCl(s) 2NO(g)+Cl2(g) NaNO3(s)+ClNO(g) K1 2ClNO(g) K2 ΔH2<0(Ⅱ) ΔH1<0(Ⅰ)

(1)4NO2(g)+2NaCl(s) 表示)。

2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g)的平衡常数 K=________(用 K1、K2

(2)为研究不同条件对反应(Ⅱ)的影响,在恒温条件下,向 2 L 恒容密闭容器中加入 0.2 mol NO 和 0.1 mol Cl2,10 min 时反应(Ⅱ)达到平衡。测得 10 min 内 v(ClNO)=7.5× 10
1
- -3

mol· L



· min 1,则平衡后 n(Cl2)=________mol,NO 的转化率 α1=________。其他条件保持不变,

反应(Ⅱ)在恒压条件下进行,平衡时 NO 的转化率 α2________α1(填“>”“<”或“=”),平衡常 数 K2______(填“增大”“减小”或“不变”)。若要使 K2 减小,可采取的措施是________。 (3)实验室可用 NaOH 溶液吸收 NO2, 反应为 2NO2+2NaOH===NaNO3+NaNO2+H2O。 含 0.2 mol NaOH 的水溶液与 0.2 mol NO2 恰好完全反应得 1 L 溶液 A,溶液 B 为 0.1 mol· L
- - - -1

的 CH3COONa 溶液,则两溶液中 c(NO 3 ) 、 c(NO2 ) 和 c(CH3COO ) 由大到小的顺序为 ____________________________________________ 。 ( 已知 HNO2 电离常数 Ka = 7.1× 10 mol· L 1,CH3COOH 的电离常数 Ka=1.7× 10
- -5 -4

mol· L 1)


可使溶液 A 和溶液 B 的 pH 相等的方法是________。 a.向溶液 A 中加适量水 b.向溶液 A 中加适量 NaOH c.向溶液 B 中加适量水 d.向溶液 B 中加适量 NaOH

K2 1 29.(1) K2 (2)2.5× 10
- -2

75%


> 不变

升高温度


(3)c(NO3 )>c(NO2 )>c(CH3COO ) b、c [解析] (1)反应(Ⅰ)× 2-反应(Ⅱ)即得到反应:4NO2(g)+2NaCl(s) 2NaNO3(s)+2NO(g)+

K2 1 Cl2(g),利用平衡常数定义可知该反应平衡常数 K= 。(2)平衡时容器中 n(ClNO)=7.5× 10 K2
-3

1 - - mol· L 1· min 1× 10 min×2 L=0.15 mol,则平衡后 n(Cl2)=0.1 mol- × 0.15 mol=0.025 2 0.15 mol × 100%=75%;若恒压下达到平衡态相当于将原平衡加压, 0.2 mol

mol;NO 的转化率=

平衡正向移动,NO 的转化率增大;平衡常数只与温度有关,恒压下达到平衡的平衡常数与 原平衡常数相等;因该反应为放热反应,升高温度,反应逆向进行,反应平衡常数减小 。 (3)反应后得到溶液 A 为物质的量浓度均为 0.1 mol/L 的 NaNO2 与 NaNO3 的混合溶液, 利用 已知电离常数可知 CH3COO 水解程度大于 NO2 ,NO3 不发生水解,两溶液中 c(NO3 )> c(NO2 )>c(CH3COO ); 利用 CH3COO 水解程度大于 NO2 可知溶液 B 的碱性强于溶液 A, 为使溶液 A、B 的 pH 相等,可采取的措施有向溶液 A 中加适量 NaOH 或向 B 溶液中加入 适量水稀释或向 B 溶液中加入适量稀醋酸等。 14. [2014· 海南卷] 硝基苯甲酸乙酯在 OH 存在下发生水解反应: O2NC6H4COOC2H5+OH
- - - - - - - - - -

O2NC6H4COO +C2H5OH




两种反应物的初始浓度均为 0.050 mol· L 1,15 ℃时测得 O2NC6H4COOC2H5 的转化率 α 随 时间变化的数据如表所示。回答下列问题: t/s α/% 0 0 120 33.0 180 41.8 240 48.8 330 58.0 530 69.0 600 70.4 700 71.0 800 71.0

(1)列式计算该反应在 120~180 s 与 180~240 s 区间的平均反应速率________、________; 比较两者大小可得出的结论是____________________。 (2)列式计算 15 ℃时该反应的平衡常数________。 (3)为提高 O2NC6H4COOC2H5 的平衡转化率,除可适当控制反应温度外,还可采取的措施 有________(要求写出两条)。 14.(1)v= 7.3× 10
-5

0.050 mol· L 1× (41.8%-33.0%) = (180-120)s


mol· L 1· s


-1

0.050 mol· L 1× (48.8%-41.8%) v= = (240-180)s


5.8× 10 5mol· L 1· s
- -

-1

随着反应的进行,反应物浓度降低,反应速率减慢 (0.050 mol· L 1× 71.0%)2 (71.0%)2 (2)K= =6.0 -1 2=6.0 或 K= [0.050 mol· L × (1-71.0%)] (1-71.0%)2


(3)增加 OH 的浓度、移去产物 [解析] (1)反应过程中硝基苯甲酸乙酯浓度的变化量等于其起始浓度与转化率的乘积,再利 用求反应速率的计算公式可求出两个时间段内的平均反应速率分别为 7.3× 10
1
-5



mol· L 1· s




、5.8× 10

-5

mol· L 1· s 1,由此可得出的结论是随着反应的进行,反应物浓度减小导致反应
- -

速率降低。(2)反应时间达到 700 s 时,硝基苯甲酸乙酯的转化率不再随时间的变化而发生变 化,即反应在 700 s 时达到平衡。此时体系内两种产物浓度为 0.05 mol/L× 71%,反应物浓 度为 0.05 mol/L× 29%,由此可求出该反应的平衡常数。(3)根据可逆反应的特点可知增加 OH 的浓度、及时地移去产物均可以增大硝基苯甲酸乙酯的转化率。 G5 化学反应速率和化学平衡综合 )


11. [2014· 江苏卷] 下列有关说法正确的是(

A.若在海轮外壳上附着一些铜块,则可以减缓海轮外壳的腐蚀 B.2NO(g)+2CO(g)===N2(g)+2CO2(g)在常温下能自发进行,则该反应的 ΔH>0 C.加热 0.1 mol· L 1Na2CO3 溶液,CO2 3 的水解程度和溶液的 pH 均增大
- -

D.对于乙酸与乙醇的酯化反应(ΔH<0),加入少量浓硫酸并加热,该反应的反应速率和平衡 常数均增大 11.C [解析] 海轮的外壳是钢铁,因铁比铜活泼,海轮外壳上附着铜块后形成原电池,铁

作负极,会加速海轮外壳的腐蚀,A 项错误;B 反应为气体体积减小的反应,反应 ΔS<0, 若反应能自发进行,则 ΔH-TΔS<0,故反应的 ΔH<0,B 项错误;由于盐类的水解反应 为吸热反应,升高温度能增大 CO2 3 的水解程度,溶液中 c(OH )增大,溶液 pH 增大,C 项
- -

正确;浓硫酸是酯化反应的催化剂,加入少量浓硫酸使反应速率增大,该反应为放热反应, 一段时间后混合体系温度升高,平衡逆向移动,平衡常数减小,D 项错误。 28. [2014· 全国卷] 化合物 AX3 和单质 X2 在一定条件下反应可生成化合物 AX5。回答下列 问题: (1)已知 AX3 的熔点和沸点分别为-93.6 ℃和 76 ℃,AX5 的熔点为 167 ℃。室温时 AX3 与 气 体 X2 反 应 生 成 1 mol AX5 , 放 出 热 量 123.8 kJ 。 该 反 应 的 热 化 学 方 程 式 为

____________________________________________。 (2)反应 AX3(g)+X2(g) AX5(g)在容积为 10 L 的密闭容器中进行。起始时 AX3 和 X2 均

为 0.2 mol。反应在不同条件下进行,反应体系总压强随时间的变化如图所示。

①列式计算实验 a 从反应开始至达到平衡时的反应速率 v(AX5)=______________________。 ② 图 中 3 组 实 验 从 反 应 开 始 至 达 到 平 衡 时 的 反 应 速 率 v(AX5) 由 大 到 小 的 次 序 为 ____________(填实验序号 ) ;与实验 a 相比,其他两组改变的实验条件及判断依据是: b________________________________________________ c____________________________________________。 ③用 p0 表示开始时总压强,p 表示平衡时总压强,α 表示 AX3 的平衡转化率,则 α 的表达 式为______________;实验 a 和 c 的平衡转化率:αa 为________,αc 为________。 28.(1)AX3(l)+X2(g)===AX5(s)
-1



ΔH=-123.8 kJ/mol

(2)①

0.10 mol - =1.7× 10 4 mol· L 10 L× 60 min

· min

-1

解:开始时 n0=0.4 mol,总压强为 160 kPa,平衡时总压强为 120 kPa,则 n 为 n , 0.40 mol 120 kPa n=0.40 mol× =0.30 mol, 160 kPa AX3(g)+X2(g) 起始时 n0/mol:0.20 平衡时 n/mol:0.20-x 0.20 0.20-x AX5(g) 0 x

120 kPa = 160 kPa

(0.20-x)+(0.20-x)+x=0.30 x=0.10 v(AX5)= 0.10 mol - - - =1.7× 10 4 mol· L 1· min 1 10 L× 60 min 温度升高。反应速率加快,但平

②bca 加入催化剂。反应速率加快,但平衡点没有改变

衡点向逆反应方向移动(或反应容器的容积和起始物质的量未改变, 但起始总压强增大) ③

p α=2(1- ) 50% 40% p0 [解析] (1)书写热化学方程式时要注意常温下 AX3 呈液态,AX5 呈固态。(2)②由图像知,达 到平衡所需时间:a>c>b,所以反应速率 v(AX5)由大到小的顺序为 b>c>a;与实验 a 相 比,实验 b 先达到平衡,化学反应速率快,但平衡点没有变化,说明实验 b 加入了催化剂; 反应为放热反应,与实验 a 相比,实验 c 平衡向逆反应方向移动,且反应速率加快,说明 实验 c 改变的条件是升高温度。 AX3(g) 起始量(mol) 0.2 0.2 0 变化量(mol) x x x + X2(g) AX5(g)

平衡量(mol) 0.2-x 0.2-x x 0.4-x p 0.4(p0-p) 0.4(p0-p) p 则有 = ,解得 x= ,则 AX3 的转化率为 =2(1- );分别 0.4 0.2× p0 p0 p0 p0 将实验 a、c 的 p、p0 的数据代入上式,得 aa、ac 分别为 50%、40%。 31. [2014· 广东卷] 用 CaSO4 代替 O2 与燃料 CO 反应,既可提高燃烧效率,又能得到高纯 CO2,是一种高效、清洁、经济的新型燃烧技术。反应①为主反应,反应②和③为副反应。 1 ① CaSO4(s)+CO(g) 4 ΔH1=-47.3 kJ· mol ②CaSO4(s)+CO(g) ③CO(g)
-1

1 CaS(s)+CO2(g) 4

CaO(s)+CO2(g)+SO2(g) ΔH2=+210.5 kJ· mol

-1

1 1 - C(s)+ CO2(g) ΔH3=-86.2 kJ· mol 1 2 2 CaS(s) + CaO(s) + 6CO2(g) + C(s) + SO2(g) 的 ΔH =

(1) 反 应 2CaSO4(s) + 7CO(g)

________(用 ΔH1、ΔH2 和 ΔH3 表示)。

(2)反应①~③的平衡常数的对数 lg K 随反应温度 T 的变化曲线如图所示。结合各反应的 ΔH,归纳 lg K~T 曲线变化规律: a.________; b.________。

(3)向盛有 CaSO4 的真空恒容密闭容器中充入 CO,反应①于 900 ℃达到平衡,c 平衡(CO)= 8.0× 10 5mol· L 1,计算 CO 的转化率(忽略副反应,结果保留两位有效数字)。
- -

(4)为减少副产物,获得更纯净的 CO2,可在初始燃料中适量加入________。 (5)以反应①中生成的 CaS 为原料,在一定条件下经原子利用率 100%的高温反应,可再生 CaSO4, 该反应的化学方程式为______________________________________, 在一定条件下, CO2 可与对二甲苯反应,在其苯环上引入一个羧基,产物的结构简式为________。 31.(1)4ΔH1+ΔH2+2ΔH3 (2)a.放热反应, lg K 随 T 增大而减小;吸热反应, lg K 随 T 增大而增大 lgK 随 T 的变化程度越大 (3)99% (4)Ca(ClO)2(或 KClO3、KMnO4 等氧化性物质) (5)CaS+2O2 ===== CaSO4
一定条件

b.焓变越大,

[解析] (1)将给定的三个热化学方程式按照①× 4+②+③× 2 相加可得目标方程式,故 ΔH= 4ΔH1+ΔH2+2ΔH3。 (2)反应①为放热反应,由图可看出,随着温度的升高,放热反应的平衡常数的对数在减小, 故曲线Ⅰ表示反应③,曲线Ⅱ表示反应②。 (3)设开始时 c(CO)=a,转化的 c(CO)=x,则 a-x=8.0× 10 生成的 c(CO2)= x,平衡常数 K=
-5

mol· L 1。根据方程式可知,


c(CO2) x x = = 。由图示可知,在 - - c(CO) a-x 8.0× 10 5 mol· L 1
-3

900 ℃时, lg K=2, K=100, 则 x=8.0× 10 ×100%≈99%。

8.0× 10 3 - mol· L 1, 故 CO 的转化率= -3 - 8.0× 10 +8.0× 10 5


(4)由于 CO2 气体中主要含有 SO2 气体,该气体具有比较强的还原性,故可加入具有氧化性 的物质来除去,该氧化性的物质有 Ca(ClO)2、KClO3、KMnO4 等。(5)由于要求原子利用率 为 100%,故反应类型属于化合反应,可将 CaS 在高温下与 O2 反应制取 CaSO4,反应的方 程式为 CaS+2O2 ===== CaSO4;对二甲苯的结构简式为
一定条件

苯环上只有一类氢原子,故在苯环上引入 1 个羧基,产物仅有 1 种,

其结构为

12. [2014· 福建卷] 在一定条件下,N2O 分解的部分实验数据如下:

反应时间 0 /min c(N2O) (mol· L 1)


10

20

30

40

50

0.100

0.090

0.080

0.070

0.060

0.050

反应时间 60 /min c(N2O) (mol· L 1)


70

80

90

100

0.040

0.030

0.020 )

0.010

0.000

下图能正确表示该反应有关物理量变化规律的是(

(注:图中半衰期指任一浓度 N2O 消耗一半时所需的相应时间,c1、c2 均表示 N2O 初始浓度 且 c1<c2)

12.A

[解析] 从题给数据可观察到,相等的时间段内(10 min)反应消耗的 N2O 相等,即

N2O 浓度对反应速率无影响,A 项正确;N2O 的分解反应不是可逆反应,没有平衡状态,B 项错误;根据半衰期概念,结合反应速率与浓度无关,可知浓度越大半衰期越长(若取浓度 变化 0.100→0.050,半衰期为 50 min,若取浓度变化 0.080→0.040,半衰期为 40 min,即浓 度越大半衰期越长), C 项错误; 若取 10 min 为时间段, 0~10 min 时 NO2 的转化率为 10%, 10~20 min 时 NO2 的转化率为 11.1%,即浓度越大转化率越小,D 项错误。 15. [2014· 江苏卷] 一定温度下, 在三个体积均为 1.0 L 的恒容密闭容器中发生反应: ( 2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g) )

容器 温度(℃) 编号 起始物质的量(mol) CH3OH(g) Ⅰ Ⅱ Ⅲ 下列说法正确的是( ) 平衡物质的量(mol) CH3OCH3(g) 387 387 207 H2O(g) 0.20 0.40 0.20 0.090 0.090 0.080 0.080

A.该反应的正反应为放热反应 B.达到平衡时,容器Ⅰ中的 CH3OH 体积分数比容器Ⅱ中的小 C.容器Ⅰ中反应到达平衡所需时间比容器Ⅲ中的长 D.若起始时向容器Ⅰ中充入 CH3OH 0.15 mol、CH3OCH3 0.15 mol 和 H2O 0.10 mol,则反 应将向正反应方向进行 15.AD [解析] 比较Ⅰ、Ⅲ数据可知:温度越低,平衡时 CH3OCH3 含量越高,则降温时

平衡正向移动,正反应为放热反应,A 项正确;由于Ⅰ和Ⅱ温度相同,且该反应前后气体 分子数不变,故虽然Ⅱ中甲醇的起始量为Ⅰ的两倍,压强不同,但 CH3OH 的分解率不变, 达到平衡时两容器中 CH3OH 的体积分数相同,B 项错误;温度越高反应速率越快,达平衡 用的时间越短,故容器Ⅰ中反应达平衡的时间比容器Ⅲ中短,C 项错误;由容器Ⅰ中的数 0.080× 0.080 0.15× 0.10 2 据可求得 387 ℃时的 K= =4,根据 D 项所给的数据可知此时 Q= = 0.042 0.152 3 <K,故反应正向进行,D 项正确。

26.

[2014· 新课标全国卷Ⅱ]
2(g),随温度升

在容积为 1.00 L 的容器中,通入一定量的 N2O4,发生反应 N2O4 高,混合气体的颜色变深。 回答下列问题:

(1)反应的 ΔH________0(填“大于”或“小于”);100 ℃时,体系中各物质浓度随时间变化如 图所示。在 0~60 s 时段,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________100 ℃(填“大于”或“小于”),判断理由是____________________________。 ②列式计算温度 T 时反应的平衡常数 K2:_______________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)温度 T 时反应达平衡后, 将反应容器的容积减少一半, 平衡向________(填“正反应”或“逆 反应”)方向移动,判断理由是__________________________________________________ ________________________________________________________________________。 26.(1)大于 (2)①大于 0.001 0 0.36 mol· L
-1

反应正方向吸热,反应向吸热方向进行,故温度升高
- - - -1

②平衡时,c(NO2)=0.120 mol· L 1+0.002 0 mol· L 1· s 1× 10 s× 2=0.16 mol· L c(N2O4)=0.040 mol· L 1-0.002 0 mol· L 1· s 1× 10 s=0.020 mol· L
- - - -1

(0.16 mol· L 1)2 - K2= =1.3 mol· L 1 - 0.020 mol· L 1


(3)逆反应

对气体分子数增大的反应,增大压强平衡向逆反应方向移动

[解析] (1)依题意知,温度升高,混合气体的颜色加深,说明平衡向生成 NO2 的正反应方向 移动, 即正反应是吸热反应; 根据图像 0~60 s 时段, NO2 的物质的量浓度变化为 0.060 mol· L

-1

, 根据公式 v=

Δc - 即可计算出速率; 根据图像可知 NO2 的平衡浓度为 0.120 mol· L 1, N2O4 Δt


的平衡浓度为 0.040 mol· L 1,根据 K=

c2(NO2) 可计算出平衡常数 K1。(2)①根据题意知, c(N2O4)

改变反应温度为 T 后,反应速率降低,故为降低温度,即 T 小于 100 ℃;②根据题意知, 再次达到平衡后 N2O4 的浓度减小, Δc=v·Δt=0.002 0 mol· L· s 1× 10 s=0.02 mol· L 1, 则 NO2
- -

的浓度增加 0.040 mol· L 1,即达到新平衡时 N2O4 的浓度为 0.020 mol· L 1,NO2 的浓度为
- -

c2(NO2) 0.160 mol· L ,据 K= 可计算出平衡常数 K2。(3)温度为 T 时,反应达到平衡,将 c(N2O4)
-1

反应容器减小一半,即增大压强。其他条件不变时,增大压强,平衡向气体分子数减小的 方向移动,即向逆反应方向移动。 28. (15 分)[2014· 新课标全国卷Ⅰ] 乙醇是重要的有机化工原料,可由乙烯气相直接水合

法生产或间接水合法生产。回答下列问题: (1)间接水合法是指先将乙烯与浓硫酸反应生成硫酸氢乙酯(C2H5OSO3H), 再水解生成乙醇。 写出相应反应的化学方程式:________________________________________。 (2)已知: 甲醇的脱水反应 2CH3OH(g)===CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH1=-23.9 kJ· mol 甲醇制烯烃的反应 2CH3OH(g)===C2H4(g)+2H2O(g) ΔH2=-29.1 kJ· mol 乙醇的异构化反应 ΔH3=+50.7 kJ· mol
-1 -1

C2H5OH(g)===CH3OCH3(g)
-1

则乙烯气相直接水合反应 C2H4(g)+H2O(g)===C2H5OH(g)的 ΔH________kJ· mol 1。与间接


水合法相比,气相直接水合法的优点是____________________________________。 (3)如图所示为气相直接水合法中乙烯的平衡转化率与温度、压强的关系 [ 其中 n(H2O)∶ n(C2H4)=1∶1]。

①列式计算乙烯水合制乙醇反应在图中 A 点的平衡常数 Kp=____________________(用平 衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压× 物质的量分数)。 ②图中压强(p1、p2、p3、p4)的大小顺序为____,理由是___________________。 ③气相直接水合法常采用的工艺条件为: 磷酸/硅藻土为催化剂, 反应温度 290 ℃、 压强 6.9 MPa,n(H2O)∶n(C2H4)=0.6∶1。乙烯的转化率为 5%,若要进一步提高乙烯转化率,除 了 可 以 适 当 改 变 反 应 温 度 和 压 强 外 , 还 可 采 取 的 措 施 有 ________________________________________________________________________、 ________________________________________________________________________。 28. (1)C2H4+H2SO4―→C2H5OSO3H、 C2H5OSO3H+H2O―→C2H5OH+H2SO4 20%np 2n-20%n p(C2H5OH) (3)① = = p(C2H4)· p(H2O) ? 80%np ?2 ?2n-20%n? ②p1<p2<p3<p4 反应分子数减少,相同温度下,压强升高乙 (2)-45.5

污染小、腐蚀性小等

20× 180 - =0.07(MPa) 1 802× 7.85MPa 烯转化率提高

③将产物乙醇液化移去 增加 n(H2O)∶n(C2H4)比 [ 解 析 ] (1) 根 据 题 中信 息可 写 出 由乙 烯 与浓 硫 酸间 接 水 合法 制 乙醇 的 反应 为 C2H4 + H2SO4―→C2H5OSO3H 和 C2H5OSO3H+H2O―→C2H5OH+H2SO4。(2)根据盖斯定律①- ②-③得:C2H4(g)+H2O(g)===C2H5OH(g) ΔH=-45.5 kJ· mol 1。间接水合法中用到浓


硫酸等强腐蚀性物质,与其相比直接水合法具有污染小、腐蚀性小等优点。 (3)①设起始时 C2H4 和 H2O(g)的物质的量均为 n,根据 C2H4 的转化率为 20%,则平衡时 C2H4、H2O(g) 和 C2H5OH 的物质的量分别为 80%n、80%n 和 20%n,则 Kp= p(C2H5OH) = p(C2H4)· p(H2O)

20%np 2n-20%n 20× 180 - =0.07(MPa) 1。②增大压强,平衡将正向移动,能提高 C2H4 2 2= ? 80%np ? 80 ×7.85MPa ?2n-20%n? 的转化率,即压强 p1<p2<p3<p4。③为了使平衡正向移动,还可以将乙醇液化及时分离, 或增大 n (H2O):n (C2H4) 之比等措施。 3.[2014· 四川凉山二诊] 某温度下,向 2 L 恒容密闭容器中充入 1.0 mol A 和 1.0 mol B,发 生反应 A(g)+B(g)
???? ? ,经过一段时间后反应达到平衡。反应过程中测定的部分数 C(g) ???? ?

据见下表,下列说法正确的是(

)

t/s n(A)/mol

0 1.0

5 0.85

15 0.81

25 0.80

35 0.80

A.反应在前 5 s 的平均反应速率 v(A)=0.15 mol/(L· s) B.保持其他条件不变,升高温度,平衡时 c(A)=0.41 mol· L 1,则反应的 ΔH>0


C.相同温度下,起始时向容器中充入 2.0 mol C,达到平衡时,C 的分解率大于 80% D.相同温度下,起始时向容器中充入 0.2 mol A、0.2 mol B 和 1.0 mol C,反应达到平衡前, 反应速率 v 正<v 逆 3.D [解析] v(A)= 1.0 mol-0.35 mol =0.015 mol/(L· s),A 项错误;升高温度,平衡时剩 2 L× 5s


余 A 的物质的量为 0.41 mol· L 1× 2 L=0.82 mol, 说明平衡逆向移动, 则正反应为放热反应, ΔH<0,B 项错误;向容器内加入 2 mol C 等效为起始加入 2 mol A 和 2 mol B,与原平衡相 比,压强增大,平衡正向移动,平衡时 C 的物质的量大于 0.4 mol,故充入 2 mol C,平衡 5 时 C 的转化率小于 80%, C 的转化率降低, C 项错误; 该温度下, 反应的平衡常数为 K= , 8 Q=50>K,反应向逆反应方向移动,v 正<v 逆,D 项正确。 6. [2014· 临沂一模] 在密闭容器中充入一定量的 NO2, 发生反应 2NO2(g)


???? ? ???? N2O? 4(g)

ΔH

=-57 kJ· mol 1。在温度为 T1、T2 时,平衡体系中 NO2 的体积分数随压强变化的曲线如图 K203 所示。下列说法正确的是( )

图 K203 A.a、c 两点的反应速率:a>c B.a、b 两点 NO2 的转化率:a<b C.a、c 两点气体的颜色:a 深,c 浅 D.由 a 点到 b 点,可以用加热的方法 6. B [解析] 该反应有气体参加和生成,增大压强反应速率增大, a<c,A 项错误;NO2

的体积分数越大,其转化率越小,B 项正确;由 a 到 c,压强增大容器体积减小,尽管平衡 右移,但平衡时 NO2 浓度增大,气体颜色加深,C 项错误;该反应是放热反应,由 a 点到

b 点,NO2 的转化率增大,故降温可以实现由 a 点到 b 点的转化,D 项错误。 8.[2014· 湖南十三校一联] 工业制硝酸的主要反应为 4NH3(g)+5O2(g)
???? ? 4NO(g) +6H2O(g) ???? ?

ΔH。

(1)已知氢气的燃烧热为 285.8 kJ/mol。 N2(g)+3H2(g)===2NH3(g) H2O(l)===H2O(g) ΔH=-92.4 kJ/mol;

ΔH=+44.0 kJ/mol;

N2(g)+O2(g)===2NO(g) ΔH=+180.6 kJ/mol。 则上述工业制硝酸的主要反应的 ΔH=____________________。 (2)在容积固定的密闭容器中发生上述反应,容器内部分物质的物质的量浓度如下表:

浓度 时间 起始 第 2 min 第 4 min 第 6 min 第 8 min c(NH3)(mol/L) 0.8 0.6 0.3 0.3 0.7 c(O2)(mol/L) 1.6 a 0.975 0.975 1.475 c(NO)(mol/L) 0 0.2 0.5 0.5 0.1

①反应在第 2 min 到第 4 min 时,O2 的平均反应速率为__________________。 ②反应在第 6 min 时改变了条件,改变的条件可能是__________(填序号)。 A.使用催化剂 B.升高温度

C.减小压强 D.增加 O2 的浓度 ③下列说法中能说明 4NH3(g)+5O2 序号)。 A.单位时间内生成 n mol NO 的同时,生成 n mol NH3 B.条件一定,混合气体的平均相对分子质量不再变化 C.百分含量 w(NH3)=w(NO) D.反应速率 v(NH3)∶v(O2)∶v(NO)∶v(H2O)=4∶5∶4∶6 E.恒压条件下,混合气体的密度不再变化 8.(1)-904.8 kJ· mol
-1

+6H2O(g)达到平衡状态的是________(填

(2)①0.187 5 mol/(L· min)

②B ③ABE

[解析] (1)2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH=-571.6 kJ/mol ① ΔH=-92.4 kJ/mol ②

N2(g)+3H2(g)===2NH3(g) H2O(l)===H2O(g)

ΔH=+44.0 kJ/mol ③ ④ 4NO(g)+6H2O(g) ΔH=

N2(g)+O2(g)===2NO(g) ΔH=+180.6 kJ/mol

根据盖斯定律①× 3+④× 2+③× 6-②× 2 得 4NH3(g)+5O2(g) -904.8 kJ· mol 1。


5 5 (0.6-0.3)mol/L (2)①v(O2)= v(NH3)= × =0.187 5 mol/(L· min)。 4 4 2 min ②6 min~8 min 各物质的浓度并未发生变化,而达到平衡时反应物浓度增大,生成物浓度 减小,故平衡逆向移动,A、D 项错误。该反应是反应后气体化学计量数之和增大的反应, 也是放热反应。升高温度平衡逆向移动,减小压强平衡正向移动,B 项正确,C 项错误。 2.[2014· 无锡期末] 处于平衡状态的反应 2H2S(g) 条件的情况下合理的说法是( )
???? ? ???? 2H2? (g) +S2(g)

ΔH>0,不改变其他

A.加入催化剂,反应路径将发生改变,ΔH 也将随之改变 B.升高温度,正逆反应速率都增大,H2S 分解率也增大 C.增大压强,平衡向逆反应方向移动,将引起体系温度降低 D.若体系恒容,注入一些 H2 后达新平衡,H2 浓度将减小 2.B [解析] 催化剂能改变化学反应速率也能改变反应路径,但焓变与反应路径无关, A

项错误;温度升高,正逆反应速率均增大,因 ΔH>0,故平衡正向移动,H2S 分解率增大, B 项正确;该反应是气体体积增大的反应,增大压强平衡逆向移动,逆向反应是放热反应, 会使体系温度升高,C 项错误;体系中注入 H2,平衡将向 H2 浓度降低的方向移动,但最终 H2 的浓度仍比原来的大,D 项错误。 5.[2014· 福州期末] 向 2.0 L 恒容密闭容器中充入 1.0 mol PCl5,在温度为 T 时发生反应 PCl5(g) 表: PCl3(g)+Cl2(g) ΔH=+ 124 kJ· mol 1。反应过程中测定的部分数据见下


时间 t/s n(PCl3)/mol

0 0

50 0.16

150 0.19

250 0.2

350 0.2

回答下列问题: (1)反应在前 50 s 的平均速率 v(PCl5)=____________。 (2)温度为 T 时,该反应的化学平衡常数=________。 (3)要提高上述反应的转化率,可采取的措施有______________。 (4)在温度为 T 时, 若起始时向容器中充入 0.5 mol PCl5 和 a mol Cl2 平衡时 PCl5 的转化率仍 为 20%,则 a=________。 (5) 在 热 水 中 , 五 氯 化 磷 完 全 水 解 , 生 成 磷 酸 (H3PO4) , 该 反 应 的 化 学 方 程 式 是 ________________________________________________________________________。 若将 0.01 mol PCl5 投入 1 L 热水中, 再逐滴加入 AgNO3 溶液, 先产生的沉淀是________[已 知 Ksp(Ag3PO4)=1.4× 10
-16

,Ksp(AgCl)=1.8× 10

-10

]。

(6)一定条件下,白磷溶于硝酸溶液产生一种氮氧化合物气体,生成该气体与消耗的白磷的 物质的量之比为 20∶3,反应的化学方程式为______________________________________。 5.(1)0.001 6 mol· L 1· s
- -1

(2)0.025

(3)升高温度(或降低压强或移走 PCl3、Cl2 等合理答案) (4)0.1 (5)PCl5+4H2O===H3PO4+5HCl AgCl(填名称“氯化银”也可) (6)3P4+20HNO3+8H2O===12H3PO4+20NO↑ 0.16 mol - - - [解析] (1)v(PCl5)=v(PCl3)= =1.6× 10 3mol· L 1· s 1。 2 L× 50 s (2)


PCl5(g)

PCl3(g)+Cl2(g) 0 0.1 0.1 0 0.1 0.1

起始浓度(mol· L 1):0.5 转化浓度(mol· L 1):0.1


平衡浓度(mol· L 1):0.4


c(PCl3)· c(Cl2) 0.1× 0.1 K= = =0.025。 0.4 c(PCl5) (3)该反应是气体体积增大的吸热反应,可通过升高温度和降低压强的方式使平衡向正反应 方向移动,也可以通过减少产物的方式使平衡正向移动。 (4)温度不变,平衡常数不变。因该反应是气体体积增大的反应,应符合 “等量”原则才能达 到等效平衡。 PCl5(g) PCl3(g)+Cl2(g)

起始浓度(mol· L 1):0.25


0 0.05 0.05

a 2 0.05 0.05+ a 2

转化浓度(mol· L 1):0.05


平衡浓度(mol· L 1):0.20


c(PCl3)· c(Cl2) K= = c(PCl5)

a 0.05× (0.05+ ) 2 =0.025,解得 a=0.1。 0.2


(5)H3PO4 是弱酸,难以电离出 PO3 4 ,HCl 是强酸,故先产生的沉淀是 AgCl。 (6)硝酸具有强氧化性,将白磷氧化为磷酸,根据得失电子守恒(设氮氧化物中氮的化合价为 x), 则有 20× (5-x)=12× 5, x=2, 即生成 NO, 反应方程式为 3P4+20HNO3+8H2O=12H3PO4 +20NO↑。 1 . [2014· 湖 北 孝 感 期 末 ] 在 某 一 体 积 可 变 的 恒 温 密 闭 容 器 中 发 生 如 下 反 应 : A(g) + B(g) 2C(g) ΔH<0。t1 时刻达到平衡后,在 t2 时刻改变某一条件,其反应过程如图 )

K221 所示。下列说法正确的是(

图 K221

A.0~t2 时,v 正>v 逆 B.Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时,A 的体积分数Ⅰ>Ⅱ C.t2 时刻改变的条件可以是向密闭容器中加 C D.Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时,平衡常数Ⅰ<Ⅱ 1.C [解析] 反应方程式两边气体的化学计量数相等。t1~t2 时间段,反应处于平衡状态,

正逆反应速率相等,A 项错误;从图看,逆反应速率瞬间增大,且反应速率逐渐变化,说 明产物 C 的浓度瞬间增大,但因为温度不变,故平衡常数不会改变,达到相同的平衡状态, B、D 项错误,C 项正确。 1.[2014· 湖南怀化一模] 氮氧化物是大气污染物之一,消除氮氧化物的方法有多种。 (1)利用甲烷催化还原氮氧化物。已知: CH4(g)+4NO2(g)===4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-574 kJ/mol CH4(g)+4NO(g)===2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)

ΔH=-1160 kJ/mol 则 CH4 将 NO2 还 原 为 N2 的 热 化 学 方 程 式 为

__________________________________________________________。 (2)利用 NH3 催化还原氮氧化物又称 SCR 技术, 该技术是目前应用最广泛的烟气氮氧化物脱 除技术。反应的化学方程式为 2NH3(g)+NO(g)+NO2(g) 为 提 高 氮 氧 化 物 的 转 化 率 可 2N2(g)+3H2O(g) ΔH<0。 采 取 的 措 施 是

____________________________________________________(写出 1 条即可)。 (3)利用 ClO2 氧化氮氧化物。其转化流程如下: NO――→ NO2 ――→ N2 反应Ⅰ 反应Ⅱ 已知反应Ⅰ的化学方程式为 2NO+ClO2+H2O===NO2+HNO3+HCl,则反应Ⅱ的化学方 程式是 ____________________________________ ;若生成 11.2 L N2( 标准状况 ) ,则消耗 ClO2________g。 1.(1)CH4(g)+2NO2(g)===N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-867 kJ/mol (2)增大 NH3 的浓度或减小反应体系的压强或降低反应体系的温度等(合理答案均可) (3)2NO2+4Na2SO3===N2+4Na2SO4 67.5 ΔH=-574 kJ/mol
ClO2 Na2SO3水溶液

[解析] (1)①CH4(g)+4NO2(g)===4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) ②CH4(g)+4NO(g)===2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-1160 kJ/mol

根据盖斯定律(①+②)÷ 2 得:CH4(g)+ 2NO2(g)===N2(g)+CO2(g)+ 2H2O(g) kJ/mol。

ΔH=-867

(2)该反应是气体的化学计量数增大的放热反应,为提高氮氧化物的转化率,应采取措施使 平衡向正反应方向移动,可以采取的措施有增大 NH3 的浓度、减小反应体系的压强和降低 反应体系的温度等。 (3)NO2 能够氧化 Na2SO3 为 Na2SO4:2NO2+4Na2SO3===N2+4Na2SO4。 根据两个反应的化学方程式可知有如下关系: 2ClO2~4NO~2NO2~N2 135 g m(ClO2) 22.4 L 11.2 L

m(ClO2)=67.5 g 5.[2014· 烟台一模] 利用天然气可制得以 H2、CO 等为主要组成的工业原料合成气,反应 为 CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)。

(1)甲烷与水蒸气反应,被氧化的元素是____________,当生成标准状况下 35.84 L 合成气时 转移电子的物质的量是________。 (2)将 2 mol CH4 和 5 mol H2O(g)通入容积为 100 L 的反应室, CH4 的平衡转化率与温度、 压 强的关系如图 K235 所示。

图 K235 ① 若 达 到 A 点 所 需 的 时 间 为 5 min , 则 v(H2) =

________________________________________________________________________, 100 ℃时平衡常数 K=____________________。 ②图中的 p1______p2(填“<”“>”或“=”),A、B、C 三点的平衡常数 KA、KB、KC 的大小关系 是________________________________________________________________________。 (3) 合成气用于合成氨气时需除去 CO ,发生反应 CO(g) + H2O(g) n(CO2) ΔH<0,下列措施中能使 增大的是________(选填编号)。 n(H2O) A.降低温度 B.恒温恒容下充入 He(g) C.将 H2 从体系中分离 D.再通入一定量的水蒸气 可用碳酸钾溶液吸收生成的 CO2,常温下 pH=10 的碳酸钾溶液中由水电离的 OH 的物质 的 量 浓 度 为


CO2(g) + H2(g)

________________________________________________________________________, 常温下, 0.1 mol· L 或“<”)。 5.(1)C(碳) 2.4 mol
-1

KHCO3 溶液中 pH>8, 则溶液中 c(H2CO3)________c(CO2 3 )(填“>”“=”


(2)①0.006 mol· L 1· min


-1

6.75× 10

-4

②< KC>KB>KA (3)AC 1× 10 4mol· L
- -1

>

[解析] (1)在甲烷与水的反应中,碳元素的化合价由-4 价升高到+2 价,氢元素的化合价由 +1 价降低到 0 价, 共转移 6 mol 电子, 则被氧化的元素为碳元素, 当生成气体 1.6 mol(35.84 L)时,共转移电子 2.4 mol。 (2)①在 A 点时甲烷的转化率为 0.5,则转化的甲烷的物质的量为 1 mol,生成的氢气的物质 的量为 3 mol,故 v(H2)= 3 mol - - =0.006 mol· L 1· min 1;根据甲烷的平衡转化率可求 100 L× 5 min
- -

得达到平衡时各物质的浓度为 c(CH4)=0.01 mol· L 1,c(H2O)=0.04 mol· L 1,c(CO)=0.01 mol· L 1,c(H2)=0.03 mol· L 1,则 K=
- -

c(CO)× c3(H2) 0.01× (0.03)3 - = =6.75× 10 4。 0.01× 0.04 c(CH4)× c(H2O)

②在横轴上大约 150 ℃处作垂直于横轴的直线,由此可看出在压强为 p1 时,甲烷的转化率 高,而该反应的正反应为气体体积增大的反应,故压强越小,甲烷的转化率越高,故 p1< p2;由图中任意一条曲线可看出,随着温度的升高,甲烷的转化率在增大,故正反应为吸热 反应,而 A、B、C 三点温度越来越高,故平衡常数越来越大。 n(CO2) (3)该反应的正反应为放热反应,故降低温度平衡正向移动, 增大;恒温恒容时充 n(H2O) n(CO2) n(CO2) 入 He 气, 平衡不移动, 不变; 将 H2 从体系中分离出来, 平衡正向移动, n(H2O) n(H2O) n(CO2) - 增大;再通入水蒸气,根据平衡移动原理可知 减小。K2CO3 溶液中的 OH 全部来 n(H2O) 自于水的电离,故 c(OH )水=1× 10 4mol· L 1;在 KHCO3 溶液中存在平衡 HCO3
- - - - +



CO2 3 ,HCO3 +H2
- -

2CO3+OH



,因溶液显碱性,故 HCO3 水解程度较大,故溶液中



c(H2CO3)>c(CO2 3 )。


1.[2014· 安庆六校三联] N2O5 是一种新型硝化剂,在一定温度下可发生以下反应: 2N2O5(g) 4NO2(g)+O2(g) ΔH>0

T1 温度时,向密闭容器中通入 N2O5,部分实验数据见下表:

t/s c(N2O5)/(mol· L 1)


0 5.00

500 3.52

1000 2.50

1500 2.50

下列说法中不正确的是(

)
- - -1

A.500 s 内 N2O5 分解速率为 2.96× 10 3mol· L 1· s

B.T1 温度下的平衡常数 K1=125,平衡时 N2O5 的转化率为 50% C.T1 温度下的平衡常数为 K1,T2 温度下的平衡常数为 K2,若 T1>T2,则 K1<K2 1 D. 达平衡后其他条件不变, 将容器的体积压缩到原来的 , 则再次平衡时 c(N2O5)>5.00 mol· L 2
-1

1.C

[解析] 500 s 内 N2O4 的分解速率为
- - - - -

v(N2O5)=(5.00 mol· L 1-3.52 mol· L 1)÷ 500 s=2.96× 10 3mol· L 1· s 1,A 项正确; 2N2O5(g) 起始浓度(mol· L 1):5.00


4NO2(g)+O2(g) 0 5.00 5.00 0 1.25 1.25

转化浓度(mol· L 1):2.50


平衡浓度(mol· L 1):2.50


2.50 5.004× 1.25 N2O5 的转化率为 × 100%=50%,平衡常数 K= =125,B 项正确;由于该反应 5.00 2.502 是吸热反应,故温度升高平衡常数增大,C 项错误;缩小体积,平衡逆向移动,N2O5 浓度 将大于原平衡的二倍,D 项正确。


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