工业合成氨与制备硝酸一般可连续生产,流程如图所示:
(1)工业生产时,制取氢气的一个反应为:CO+H2O(g)CO2+H2
T℃时,往1L密闭容器中充入0.2mol CO和0.3mol水蒸气。反应建立平衡后,体系中c(H2)=0.12mol·L-1。该温度下此反应的平衡常数K=" _____" (填计算结果)。
(2)合成塔中发生反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g);△H<0。下表为不同温度下该反应的平衡常数。由此可推知,表中T1 ___ 573K(填“>”、“<”或“=”)。
T/℃ |
T1 |
300 |
T2 |
K |
1.00×107 |
2.45×105 |
1.88×103 |
(3)N2和H2以铁作催化剂从145℃就开始反应,不同温度下NH3的产率如图所示。温度高于900℃时,NH3产率下降的原因是 。
(4)硝酸厂的尾气直接排放将污染空气,目前科学家探索利用燃料气体中的甲烷等将氮氧化物还原为氮气和水,其反应机理为:
CH4(g)+4NO2=(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g); △H=-574kJ·mol-1
CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g); △H=-1160kJ·mol-1
则甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为:
(5)氨气在纯氧中燃烧,生成一种单质和水。科学家利用此原理,设计成氨气-氧气燃料电池,则通入氨气的电极碱性条件下发生反应的电极反应式为 。
合成氨是人类科学技术上的一项重大突破,工业上以天然气为原料合成氨。其生产
工艺如下:造气阶段→转化阶段→分离净化→合成阶段
(1)造气阶段的反应为:CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g) ΔH=+206.1 kJ/mol
①在一个密闭容器中进行上述反应, 测得CH4的物质的量浓度随反应时间的变化如下图1所示,10min时,改变的外界条件可能是 。
②如图2所示,在初始容积相等的甲、乙两容器中分别充入等物质的量的CH4和H2O。在相同温度下发生反应,并维持反应过程中温度不变。则达到平衡时,两容器中CH4的转化率大小关系为:α甲(CH4)
α乙(CH4)
(2)转化阶段发生的可逆反应为:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),在一定温度下,反应的平衡常数为K=1。某时刻测得该温度下的密闭容器中各物质的物质的量见下表:
CO |
H2O |
CO2 |
H2 |
0.5 mol |
8.5 mol |
2.0 mol |
2.0 mol |
此时反应中正、逆反应速率的关系式是 (填序号)。
a.v(正)>v(逆) b.v(正)<v(逆) c.v(正)=v(逆) d.无法判断
(3)合成氨反应为:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ∆H=-92.4kJ/mol,根据勒夏特列原理,简述提高合成氨原料转化率的一种方法 。
(4)工业合成氨的热化学方程式为N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1。在某压强恒定的密闭容器中加入2mol N2和4mol H2,达到平衡时,N2的转化率为50%,体积变为10 L。求:
①该条件下的平衡常数为_________;
②若向该容器中加入a mol N2、b mol H2、c mol NH3,且a、b、c 均大于0,在相同条件下达到平衡时,混合物中各组分的物质的量与上述平衡相同。反应放出的热量__________(填“>”“<”或“=”)92.4 kJ。
③在一定温度下,在一个容积不变的密闭容器中,发生合成氨反应,下列能判断该反应达到化学平衡状态的是____________
a.v(N2)=3v(NH3)
b.混合气体的密度不随时间改变
c.混合气体的平均相对分子质量不随时间改变
d.容器中的压强不随时间改变
e.c(N2)=c(NH3)
随着人类对温室效应和资源短缺等问题的重视,如何降低大气中CO2的含量及有效地开发利用CO2,引起了各国的普遍重视。目前工业上有一种方法是用CO2来生产燃料甲醇。为探究反应原理,现进行如下实验,在485℃时,在体积为1 L的密闭容器中,充入1mol CO2和3mol H2,一定条件下发生反应合成甲醇:
(1)请完成CO2和3mol H2反应合成甲醇的热化学方程式:
CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+______( ),△H=-49.0kJ/mol
(2)测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示。
①从反应开始到平衡,氢气的平均反应速率v(H2)= ___________mol/(L·min)。
②该反应的平衡常数表达式为__________________。
③据图中提供的数据计算在该温度下的K值。要有计算过程。(保留三位有效数字)
(3)能判断该反应是否达到化学平衡状态的依据是___________(多选扣分)
A.容器中压强不变的状态 B.混合气体中c(CO2)不变的状态
C.V逆(H2O)="3" V正(H2) D.混合气体的密度保持不变的状态
E.用CO2、H2、CH3OH的物质的量浓度变化表示的反应速率的比为1:3:1的状态
F.混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态
(4)下列措施中能使n(CH3OH)/n(CO2)增大的是___________。
A.升高温度 B.充入He(g),使体系压强增大
C.将H2O(g)从体系中分离 D.再充入1mol CO2和3mol H2
车辆排放的氮氧化物、煤燃烧产生的二氧化硫是导致雾霾天气的“罪魁祸首”。活性炭可处理大气污染物NO。在5 L密闭容器中加入NO和活性炭(假设无杂质),一定条件下生成气体E和F。当温度分别在T1和T2时,测得各物质平衡时物质的量(n/mol)如下表:
物质 T/℃ |
活性炭 |
NO |
E |
F |
初始 |
3.000 |
0.10 |
0 |
0 |
T1 |
2.960 |
0.020 |
0.040 |
0.040 |
T2 |
2.975 |
0.050 |
0.025 |
0.025 |
(1)写出NO与活性炭反应的化学方程式 ;
(2)计算上述反应T1℃时的平衡常数K1= ;
(3)上述反应T1℃时达到化学平衡后再通入0.1molNO气体,则达到新化学平衡时NO的转化率为 ;
(4)右图为在T1℃达到平衡后在t2、t3、t4、t5时改变某一个反应条件,平衡体系中反应速率随时间变化的情况,且所改变的条件均不同。已知t3-t4阶段为使用催化剂。请判断该反应△H 0(填“>”或“<”)。
煤气化和液化是现代能源工业中重点考虑的能量综合利用方案。最常见的气化方法为用煤生成水煤气,而当前比较流行的液化方法用煤生成CH3OH。
(1)已知:CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) △H1
2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H2
2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H3
则反应CO(g) +2H2(g)=CH3OH(g) 的△H=_______。
(2)如图是该反应在不同温度下CO的转化率随时间变化的曲线。
①T1和T2温度下平衡常数大小关系是K1____K2(填“>”“<”或“=”)。
②由CO合成甲醇时,CO在250℃、300℃、350℃下达到平衡时转化率与压强的关系曲线如下图所示,则曲线c所表示的温度为______℃,实际生产条件控制在250℃、1.3×104kPa左右,选择此压强的理由是______。
③以下有关该反应的说法正确的是_________(填序号)。
A.恒温、恒容条件下同,若容器内的压强不发生变化,则可逆反应达到平衡
B.一定条件下,H2的消耗速率是CO的消耗速率的2倍时,可逆反应达到平衡
C.使用合适的催化剂能缩短达到平衡的时间并提高CH3OH的产率
D.某温度下,将2molCO和6molH2充入2L密闭容器中,充分反应,达到平衡后,测得c(CO)=0.2mol/L,则CO的转化率为80%
(3)一定温度下,向2L固定体积的密闭容器中加入1molCH3OH,发生反应:CH3OH(g) CO(g) +2H2(g),H2的物质的量随时间变化的曲线如图所示。
0~2min内的平均反应速率v(CH3OH)= ____________;该温度下,CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的平衡常数K=____________;相同温度下,若开始加入CH3OH(g)的物质的量是原来的2倍,则_____ 是原来的2倍.
A.平衡常数 B.CH3OH的平衡浓度 C.达到平衡的时间 D.平衡时气体的密度
目前正在研究和已经使用的储氢合金有镁系合金、稀土系合金等。
(1)工业上用电解熔融的无水氯化镁获得镁。其中氯化镁晶体脱水是关键工艺之一,一种氯化镁晶体脱水的方法是:先将MgCl2·6H2O转化为MgCl2·NH4C1·nNH3(铵镁复盐),然后在700℃脱氨得到无水氯化镁,脱氨反应的化学方程式为 ____________。
(2)储氢材料Mg(AlH4)2在110~200℃的反应为:Mg(AlH4)2=MgH2+2Al+3H2↑。生成2.7gAl时,产生的H2在标准状况下的体积为______________L。
(3)采用球磨法制备Al与LiBH4的复合材料,并对Al-LiBH4体系与水反应产氢的特性进行下列研究:
①下图为25℃水浴时每克不同配比的Al-LiBH4复合材料与水反应产生H2体积随时间变化关系图。由下图可知,下列说法正确的是_______________(填字母)。
a.25℃时,纯铝与水不反应
b.25℃时,纯LiBH4与水反应产生氢气
c.25℃时,Al-LiBH4复合材料中LiBH4含量越高,1000s内产生氢气的体积越大
②下图为25℃和75℃时,Al-LiBH4复合材料[w(LiBH4)=25%]与水反应一定时间后产物的X-射线衍射图谱(X-射线衍射可用于判断某晶态物质是否存在,不同晶态物质出现衍射峰的衍射角不同)。
从图中可知,25℃时Al-LiBH4复合材料中与水完全反应的物质是______________(填化学式)。
(4)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:
①某温度下,向恒容密闭容器中加入环己烷,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=_______________。
②一定条件下,下图装置可实现有机物的电化学储氢(忽略其它有机物)。生成目标产物的电极反应式为_______________。
CO2和CH4是两种重要的温窒气体,通过CH4和CO2反应制造更高价值的化学品是目前的研究方向。
(1)已知:CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)△H1="a" kJ•mol-1
CO(g)+H2O (g)=CO2(g)+H2(g)△H2="b" kJ•mol-1
2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H3="c" kJ•mol-1
反应CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g) 的△H=_________;
(2)在一密闭容器中通入物质的量浓度均为0.1mol/L的CH4与CO2,在一定条件下发生上述反应,测得CH4的平衡转化率与温度及压强的关系如下图。
①判断该反应的△H________0(填“>”“<”或“=”)
②压强P1、P2、P3、P4由大到小的顺序为________________
③1100℃该反应的平衡常数为_________(保留小数点后一位)
④在不改变反应物用量的前提下,采取合理措施将Y点平衡体系转化为X点,在转化过程中,下列变化正确的是________(填序号)
a.v(正)一直增大 b.v(逆)一直增大
c.v(正)先减小后增大 d.v(逆)先减小后增大
(3)以Cu2Al2O4为催化剂,可以将CO2和CH4直接转化为乙酸。
①该反应的化学方程式为____________________
②将Cu2Al2O4溶解在稀硝酸中的化学方程式为____________________
(4)以CO2为原料可以合成多种物质。
①利用FeO吸收CO2的化学方程式为:6 FeO+CO2=2Fe3O4+C,则反应中每生成1 mol Fe3O4,转移电子的物质的量为_______mol。
②以氢氧化钾水溶液作电解质进行电解,在铜电极上CO2可转化为CH4,另一电极石墨连接电源的_____极,则该电解反应的总化学方程式为____________________。
甲醇是一种很好的燃料,工业上可用多种原料通过不同的反应制得甲醇.
(1)已知在常温常压下:
CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l)△H=﹣442.8kJ•mol﹣1
2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H=﹣566.0kJ•mol﹣1
H2O(g)=H2O(l)△H=﹣44.0kJ•mol﹣1
则2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g)△H=
(2)已知C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) ΔH=akJ·mol-1
2C(s)+O2(g)=2CO(g) ΔH=-220kJ·mol-1
H-H、O=O和O-H键的键能分别为436、496和462kJ·mol-1,则a为____________________
(3)工业上正在研究利用来生产甲醇燃料的方法,该反应为:
CO2(g)+3H2(g)⇌ CH3OH(g)+H2O(g)△H=﹣49.0kJ•mol﹣1
在某温度下,将6mol CO2和8mol H2充入容积为2L的密闭容器中,8分钟时达平衡状态,H2的转化率为75%.请回答:
①用CH3OH表示该反应在0﹣8min内的平均反应速率v(CH3OH)= .
②此温度下该反应平衡常数K= ;
(4)一氧化碳与氢气也可以合成甲醇:CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)△H<0
①若该反应在恒温恒容条件下进行,下列说法正确的是 ;
a.若混合气体的密度不再改变,说明反应已达化学平衡状态
b.反应达到平衡后,通入CH3OH(g)使压强增大,平衡向右移动
c.反应达到平衡后,通入氩气使压强增大,平衡向右移动
d.反应达到平衡后,升高温度,平衡逆向移动,平衡常数减小
e.若使用催化剂,会改变反应的途径,但反应热不变
②某温度下,在一个容积为2L的密闭容器中进行该反应,已知此温度下的平衡常数K=50L2•mol﹣2,反应到某时刻测得各组分的物质的量如下:
物质 |
CO |
H2 |
CH3OH |
物质的量/(mol) |
0.4 |
0.4 |
0.8 |
请比较此时正、逆反应速率的大小:v正 v逆(填“>”、“<”或“=”).
汽车尾气和燃煤尾气是造成空气污染的原因之一。
(1)汽车尾气净化的主要原理为2N0+2C0→ 2C02+N2。在密闭容器中发生该反应时,c(C02)随温度(T)和时间(t)的变化曲线如图所示。
①T1 (填“>”“<”或“=”)T2
②在T2温度下,0〜2 S内的平均反应速率(N2)=。
③若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行,下列示意图正确且能说明反应在进行到t1时刻达到平衡状态的是 。
(2)NH3催化还原氮氧化物(SCR)技术是目前应用广泛的烟气氮氧化物脱除技术。用Fe作催化剂时,在氨气足量的情况下,不同 对应的脱氮率如图所示。
脱氮效果最佳的= 。此时对应的脱氮反应的化学方程式为 。
(3)NO2、O2和熔融NaNO3可形成燃料电池,其原理如图所示。该电池在使用过程中石墨I电极上生成N2O5,其电极反应式为 。
研究CO2的利用对促进低碳社会的构建具有重要的意义。
(1)已知拆开1 mol H2、1 mol O2和液态水中1 mol O—H键使之成为气态原子所需的能量分别为436 kJ、496 kJ和462 kJ;CH3OH(g)的燃烧热为627 kJ·mol-1。
则CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(l) ∆H= kJ·mol-1
(2)将燃煤废气中的CO2转化为二甲醚的反应原理为:
2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(l)
①该反应平衡常数表达式K= 。
②已知在某压强下,该反应在不同温度、不同投料比时,CO2的转化率如图所示。该反应的∆H 0,(填“>”或“<”)。若温度不变,减小反应投料比[n(H2)/n(CO2)],则K将 (填“增大”、“减小”或“不变”)。
③某温度下,向体积一定的密闭容器中通入CO2(g)与H2(g)发生上述反应,当下列物理量不再发生变化时,能表明上述可逆反应达到化学平衡的是 。
A.二氧化碳的浓度 | B.容器中的压强 |
C.气体的密度 | D.CH3OCH3与H2O的物质的量之比 |
(3)向澄清的石灰水中通入CO2至溶液中的Ca2+刚好完全沉淀时,则溶液中c(CO32 -)= 。[已知:Ksp(CaCO3)=2.8×10-9]
(4)以甲醚、空气、氢氧化钾溶液为原料的燃料电池为电源,以石墨为电极电解500 mL滴有酚酞的NaCl溶液,装置如图所示:请写出电解过程中Y 电极附近观察到的现象 ;当燃料电池消耗2.8L O2(标准状况下)时,计算此时:NaCl溶液的pH= (假设溶液的体积不变,气体全部从溶液中逸出)。
“洁净煤技术”研究在世界上相当普遍,科研人员通过向地下煤层气化炉中交替鼓入空气和水蒸气的方法,连续产出了高热值的煤炭气,其主要成分是CO和H2。CO和H2可作为能源和化工原料,应用十分广泛.生产煤炭气的反应之一是:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) H=+131.4kJ/mol
(1)在容积为3L的密闭容器中发生上述反应,5min后容器内气体的密度增大了0.12g/L,用H2O表示0~5min的平均反应速率为______________。
(2)关于上述反应在化学平衡状态时的描述正确的是___________.
A.CO的含量保持不变
B.v正(H2O)=v正(H2)
C.容器中混合气体的平均相对分子质量保持不变
(3)若上述反应在t0时刻达到平衡(如图),在t1时刻改变某一条件,请在图中继续画出t1时刻之后正反应速率随时间的变化:
①缩小容器体积,t2时到达平衡(用实线表示);
②t3时平衡常数K值变大,t4到达平衡(用虚线表示).
(4)在一定条件下用CO和H2可以制得甲醇,CH3OH和CO的燃烧热分别为725.8kJ/mol,283.0kJ/mol,1molH2O(l)变为H2O(g)吸收44.0 kJ的热量,写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和气态水的热化学方程式_______________________
(5)如下图所示,以甲醇燃料电池作为电源实现下列电解过程.乙池中发生反应的离子方程式为_____________。当甲池中增重16g时,丙池中理论上产生沉淀质量的最大值为_________g。
化学反应原理在生产和科研中有重要的应用,请利用相关知识回答下列问题。
I.常温下I2O5(s)可用于检测CO,反应原理为:5CO(g)+I2O5(s) 5CO2(g)+I2(s) △H<0.一定温度下,向2L恒容密闭容器中加入足量I2O5(s),并通入1molCO。反应中CO2的体积分数φ(CO2)随时间的变化如图所示:
(1)该反应的平衡常数表达式K=__________;
(2)0~0.5min内的平均反应速率v(CO)=_________;
(3)下列叙述能说明反应达到平衡的是( )
A.容器内压强不再变化
B.CO的质量不再变化,CO2的转化率不再增大
C.CO2的生成速率等于CO的消耗速率,反应物不再转化为生成物
D.混合气体的平均相对分子质量不再改变
(4)保持温度和体积不变,若开始加入CO(g)的物质的量是原来的2倍,则下列说法正确的是( )
A.平衡时生成I2的质量为原来的2倍
B.达到平衡的时间为原来的2倍
C.平衡时混合气体的物质的量为原来的2 倍
D.平衡时混合气体的密度不变
II.一定条件下在密闭容器中加入NH4I发生反应:A.NH4I(s)NH3(g)+HI(g),
B.2HI(g) H2(g)+I2(g)。达到平衡后,扩大容器体积,反应b 的移动方向___________(填正向、逆向或不移动);
III.己知:2NO2N2O4 △H<0,将一定量的NO2充入注射器中后封口,下图是在拉伸和压缩注射器的过程中气体透光率随时间的变化(气体颜色越深,透光率越小)。下列说法正确的是( )
A.b点的操作是压缩注射器
B.c点与a点相比,c(NO2)增大,c(N2O4)减小
C.若反应在一绝热容器中进行,则b、c两点的平衡常数Kb>Kc
D.d点:v(正)>v(逆)
(1)现有可逆反应.2NO2(g) N2O4(g),△H<0,试根据下列图象判断t2、t3、t4时采取的措施。
t2: ;
t3: ;t4: 。
在80℃时,将0.4mol的四氧化二氮气体充入2L已抽空的固定容积的密闭容器中,隔一段时间对该容器内的物质进行分析,得到如下数据:
时间(s) C(mol/L) |
0 |
20 |
40 |
60 |
80 |
100 |
C(N2O4) |
0.20 |
a |
0.10 |
c |
d[] |
e |
C(NO2) |
0.00 |
0.12 |
b |
0.22 |
0.22 |
0.22 |
(2)40s时,NO2的产率是 。
(3)20s时,N2O4的浓度为 mol/L,0~20s内N2O4的平均反应速率为 。
(4)在80℃时该反应的平衡常数K值为 (保留2位小数)。
(5)在其他条件相同时,该反应的K值越大,表明建立平衡时 。
A、N2O4的转化率越高 B、NO2的产量越大
C、N2O4与NO2的浓度之比越大 D、正反应进行的程度越大
(6)利用甲烷催化还原NOx:
CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H1=-574 kJ/mol
CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H2=-1160 kJ/mol
则甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为:__ 。
I.(1)对反应N2O4(g)2NO2(g) △H>0 ,在温度为T1、 T2时,平衡体系中NO2的体积分数随压强变化曲线如图所示。T1 T2(填“>”、“<”或“=”);A、C两点的速率VA VC(同上)。
(2)在100℃时,将0.400mol的NO2气体充入2L真空定容密闭容器中,
每隔一定时间就对该容器内的物质进行分析,得到如下表数据:
时间(s) |
0 |
20 |
40 |
60 |
80 |
n(NO2)/mol |
0.40 |
n1 |
0.26 |
n3 |
n4 |
n(N2O4)/mol |
0.00 |
0.05 |
n2 |
0.08 |
0.08 |
①该反应的平衡常数K的值为 ;
②若在相同情况下最初向该容器充入的是N2O4,要达到上述同样的平衡状态,N2O4的起始浓度是_____________mol/L。
③计算②中条件下达到平衡后混合气体的平均相对分子质量为 ;(结果保留小数点后一位)
II. 在0.5 L的密闭容器中,一定量的H2和N2进行如下化学反应:3H2(g)+N2(g)2NH3(g) △H <0,其化学平衡常数K与温度t的关系如下表。请回答下列问题。
t/℃ |
200 |
300 |
400 |
K |
K1 |
K2 |
0.5 |
④比较K1,K2的大小,K1_________K2(填写“ >”、“=”或“<”)。
⑤在400℃时,当测得NH3和N2、H2的物质的量分别为3mol和1 mol、2 mol时,则该反应的V(H2)正_________ V (H2)逆(填写“>”、“=”或“<”)。
如图,有甲、乙两容器,甲体积可变压强不变,乙保持体积不变。向两容器中分别充入1molA、3molB,此时两容器体积均为500mL,温度为T℃。保持温度不变发生反应:A(g)+3B(g) 2C(g)+D(s) ΔH<0
(1)下列选项中,能表明甲和乙容器中反应一定达到平衡状态的是 。
A.混合气体的总质量不随时间改变
B.2 v正(C) = 3v逆(B)
C.A、B转化率相等
D.物质D的质量不随时间改变
(2)2min后甲容器中反应达到平衡,测得C的浓度为2mol/L,此时甲容器的体积为_______mL。
(3)当甲乙两容器中反应都达平衡时,甲和乙中B的转化率α甲(B) _________α乙(B)。(填“>”“<”或“=”)
(4)其它条件不变,甲中如果从逆反应方向开始反应建立平衡,要求平衡时C的物质的量与(2)中平衡时C的物质的量相等,则需要加入C的物质的量n(C)=________mol,加入D的物质的量n(D)应该满足的条件为______________。
试题篮
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