答案:
A
6.(2015·四川卷)一定量的CO2与足量的碳在体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( )(导学号58870138)
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
解析:
A.550℃时,若充入惰性气体,v正、v逆均减小,由于保持了压强不变,相当于扩大了体积,平衡正向移动,A项错误。
B.根据图示可知,在650℃时,CO的体积分数为40%,根据反应方程式:
C(s)+CO2(g)
2CO(g),设开始加入1molCO2,反应掉了xmolCO2,则有:
C(s) + CO2(g)
2CO(g)
始态:
1mol 0
变化:
xmol 2xmol
平衡:
(1-x)mol 2xmol
因此有:
×100%=40%,解得x=0.25,即CO2的平衡转化率为
×100%=25%,故B项正确。
C项,由图可知,T℃时,CO与CO2的体积分数相等,在等压下充入等体积的CO和CO2,对原平衡无影响,平衡不移动,C项错误。
D.925℃时,CO的体积分数为96%,故Kp=
=
=23.04p总,D项错误。
答案:
B
7.某恒定温度下,在一个2L的密闭容器中,加入4molA和2molB进行如下反应:
3A(g)+2B(g)
4C(?
)+2D(?
),“?
”代表状态不确定。
反应一段时间后达到平衡,测得生成1.6molC,且反应前后压强之比为5∶4,则下列说法正确的是( )
(导学号58870139)
A.该反应的化学平衡常数表达式是K=
B.此时B的平衡转化率是35%
C.增大该体系的压强,平衡向右移动,化学平衡常数增大
D.增加C,B的平衡转化率不变
解析:
3A(g)+2B(g)
4C(?
)+2D(?
)
起始/mol 4 2 0 0
变化/mol 1.2 0.8 1.6 0.8
平衡/mol 2.8 1.2 1.6 0.8
n(平)=(4+2)mol×
=4.8mol
由此推知:
C为固体或纯液体,D为气体,该反应的平衡常数表达式为K=
;平衡时B的转化率=
×100%=40%;增大该体系的压强,平衡向右移动,由于温度没变,化学平衡常数不变;由于C为固体或纯液体,增加C对平衡没有影响,B的平衡转化率不变。
答案:
D
8.(2016·全国Ⅲ卷)煤燃烧排放的烟气含有SO2和NOx,形成酸雨、污染大气,采用NaClO2溶液作为吸收剂可同时对烟气进行脱硫、脱硝。
回答下列问题:
(1)NaClO2的化学名称为________。
(2)在鼓泡反应器中通入含有SO2和NO的烟气,反应温度323K,NaClO2溶液浓度为5×10-3mol/L。
反应一段时间后溶液中离子浓度的分析结果如下表。
离子
SO
SO
NO
NO
Cl-
c/(mol/L)
8.35×10-4
6.87×10-6
1.5×10-4
1.2×10-5
3.4×10-3
①写出NaClO2溶液脱硝过程中主要反应的离子方程式
______________________________________________________。
增加压强,NO的转化率________(填“提高”“不变”或“降低”)。
②随着吸收反应的进行,吸收剂溶液的pH逐渐________(填“增大”“不变”或“减小”)。
③由实验结果可知,脱硫反应速率________脱硝反应速率(填“大于”或“小于”)。
原因是除了SO2和NO在烟气中的初始浓度不同,还可能是
______________________________________________________。
(3)在不同温度下,NaClO2溶液脱硫、脱硝的反应中SO2和NO的平衡分压pc如图所示。
①由图分析可知,反应温度升高,脱硫、脱硝反应的平衡常数均________(填“增大”“不变”或“减小”)。
②反应ClO
+2SO
2SO
+Cl-的平衡常数K表达式为
______________________________________________________。
(4)如果采用NaClO、Ca(ClO)2替代NaClO2,也能得到较好的烟气脱硫效果。
从化学平衡原理分析,Ca(ClO)2相比NaClO具有的优点是
_____________________________________________________。
解析:
(1)NaClO2中Cl元素的化合价为+3,其化学名称为亚氯酸钠。
(2)①分析表中数据可知,NaClO2溶液脱硝过程中主要生成Cl-和NO
,结合电子守恒和元素守恒写出离子方程式:
4NO+3ClO
+4OH-===4NO
+3Cl-+2H2O。
该反应中只有NO是气体,增加压强,有利于NO的吸收,NO的转化率提高。
②由于吸收SO2和NO过程中生成H+,溶液中c(H+)不断增大,溶液的pH逐渐减小。
③由表中数据可知,相同时间内,c(SO
)比c(NO
)增加得多,说明脱硫反应速率大于脱硝反应速率,其原因除了SO2和NO在烟气中的初始浓度不同外,还可能是NO溶解度较低或脱硝反应活化能较高。
(3)①由图可知,温度升高,SO2和NO的平衡分压pc对应的-lgpc逐渐减小,说明SO2和NO的平衡分压pc逐渐增大,则脱硫、脱硝反应逆向进行,平衡常数均减小。
②反应ClO
+2SO
2SO
+Cl-的平衡常数K的表达式为K=
。
(4)利用Ca(ClO)2替代NaClO2,形成CaSO4沉淀,平衡向产物方向移动,SO2转化率提高。
答案:
(1)亚氯酸钠
(2)①4NO+3ClO
+4OH-===4NO
+3Cl-+2H2O 提高 ②减小 ③大于
NO溶解度较低或脱硝反应活化能较高
(3)①减小 ②K=
(4)形成CaSO4沉淀,反应平衡向产物方向移动,SO2转化率提高
9.(2016·枣庄模拟)生产中可用双氧水氧化法处理电镀含氰废水,某化学兴趣小组模拟该法探究有关因素对破氰反应速率的影响(注:
破氰反应是指氧化剂将CN-氧化的反应)。
(导学号58870140)
【相关资料】
①氰化物主要是以CN-和[Fe(CN)6]3-两种形式存在。
②Cu2+可作为双氧水氧化法破氰处理过程中的催化剂;Cu2+在偏碱性条件下对双氧水分解影响较弱,可以忽略不计。
③[Fe(CN)6]3-较CN-难被双氧水氧化,且pH越大,[Fe(CN)6]3-越稳定,越难被氧化。
【实验过程】
在常温下,控制含氰废水样品中总氰的初始浓度和催化剂Cu2+的浓度相同,调节含氰废水样品不同的初始pH和一定浓度双氧水溶液的用量,设计如下对比实验:
(1)请完成以下实验设计表(表中不要留空格)。
实验
序号
实验
目的
初始
pH
废水样
品体积
/mL
CuSO4
溶液的
体积/
mL
双氧水
溶液的
体积/
mL
蒸馏水
的体积
/mL
①
为以下实验
操作参考
7
60
10
10
20
②
废水的初始
pH对破氰反应速率的影响
12
60
10
10
20
③
________
7
60
____
____
10
实验测得含氰废水中的总氰浓度(以CN-表示)随时间变化关系如图所示。
(2)实验①中20~60min时间段反应速率:
υ(CN-)=________mol/(L·min)。
(3)实验①和实验②结果表明,含氰废水的初始pH增大,破氰反应速率减小,其原因可能是__________________________________
_______________________________________________________
(填一点即可)。
在偏碱性条件下,含氰废水中的CN-最终被双氧水氧化为HCO
,同时放出NH3,试写出该反应的离子方程式
______________________________________________________。
(4)该兴趣小组同学要探究Cu2+是否对双氧水氧化法破氰反应起催化作用,请你帮助他设计实验并验证上述结论,完成下表中内容(己知:
废水中的CN-浓度可用离子色谱仪测定)。
实验步骤(不要写出具体操作过程)
预期实验现象和结论
解析:
(1)影响该反应的因素有pH以及双氧水的浓度,实验目的为废水的初始pH对破氰反应速率的影响和双氧水的浓度对破氰反应速率的影响,其它量应不变,而且总体积不变,蒸馏水的体积为10mL,所以双氧水的体积为20mL;
(2)根据v=
=
=0.0175mol/L·min;
(3)pH越大,[Fe(CN)6]3-越稳定,越难被氧化,所以破氰反应速率减小;因为氰废水中的CN一最终被双氧水氧化为HCO
,其中的碳由+2价变成+4价,1molCN-转移2mol的电子,而过氧化氢1mol也转移2mol的电子,所以CN一和H2O2的物质的量之比为1∶1,所以反应的离子方程式为:
CN-+H2O2+H2O===NH3↑+HCO
;
(4)分别取温度相同、体积、浓度相同的含氰废水的试样两等份,滴加过氧化氢,一份中加入少量的无水硫酸铜粉末,另一份不加,用离子色谱仪测定废水中的CN一浓度,如果在相同时间内,若甲试管中的CN-浓度小于乙试管中的CN-浓度,则Cu2+对双氧水破氰反应起催化作用,反之则不起催化作用。
答案:
(1)双氧水的浓度对破氰反应速率的影响 10 20
(2)0.0175
(3)初始pH增大,催化剂Cu2+会形成Cu(OH)2沉淀,影响了Cu2+的催化作用(或初始pH增大,[Fe(CN)6]3-较中性和酸性条件下更稳定,难以氧化) CN-+H2O2+H2O===NH3↑+HCO
(4)
实验方案(不要求写出具体操作过程)
预期实验现象和结论
分别取等体积、等浓度的含氰废水于甲、乙两支试管中,再分别加入等体积、等浓度的双氧水溶液,只向甲试管中加入少量的无水硫酸铜粉末,用离子色谱仪测定相同反应时间内两支试管中的CN-浓度
相同时间内,若甲试管中的CN-浓度小于乙试管中的CN-浓度,则Cu2+对双氧水破氰反应起催化作用;若两试管中的CN-浓度相同,则Cu2+对双氧水破氰反应不起催化作用
10.(2015·全国Ⅱ卷,改编)甲醇既是重要的化工原料,又可作为燃料,利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂作用下合成甲醇。
发生的主要反应如下:
①CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)ΔH1=-99kJ/mol
②CO2(g)+3H2(g)
CH3OH(g)+H2O(g)ΔH2=-58kJ/mol
③CO2(g)+H2(g)
CO(g)+H2O(g)ΔH3=+41kJ/mol
回答下列问题:
(导学号58870141)
(1)反应①的化学平衡常数K表式为______________;图1中能正确反映平衡常数K随温度变化关系的曲线为________(填曲线标记字母),其判断理由是_________________________________________
_____________________________________________________。
(2)合成气组成n(H2)/n(CO+CO2)=2.60时,体系中的CO平衡转化率(α)与温度和压强的关系如图2所示。
α(CO)值随温度升高而________(填“增大”或“减小”),其原因是__________________;
图2中的压强由大到小为________,其判断理由是___________
_____________________________________________________。
解析:
(1)根据化学平衡常数的书写要求可知,反应①的化学平衡常数为K=c(CH3OH)/[c(CO)·c2(H2)]。
反应①为放热反应,温度升高,平衡逆向移动,平衡常数K减小,故曲线a符合要求。
(2)由图2可知,压强一定时,CO的平衡转化率随温度的升高而减小,其原因是反应①为放热反应,温度升高,平衡逆向移动,反应③为吸热反应,温度升高,平衡正向移动,又使产生CO的量增大,而总结果是随温度升高,CO的转化率减小。
反应①的正反应为气体分子数减小的反应,温度一定时,增大压强,平衡正向移动,CO的平衡转化率增大,而反应③为气体分子数不变的反应,产生CO的量不受压强的影响,因此增大压强时,CO的转化率提高,故压强p1、p2、p3的关系为p1<p2<p3。
答案:
(1)K=
[或Kp=
]
a 反应①为放热反应,平衡常数数值应随温度升高变小
(2)减小 升高温度时,反应①为放热反应,平衡向左移动,使得体系中CO的量增大;反应③为吸热反应,平衡向右移动,又使产生CO的量增大;总结果,随温度升高,使CO的转化率降低
p3>p2>p1 相同温度下,由于反应①为气体分子数减小的反应,加压有利于提升CO的转