答案:
C B 77℃ A -℃ D
14.(13分)(2012年天津六校联考)根据下表所示化学反应与数据关系:
化学反应
平衡常数
温度
973K
1173K
①Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g)
K1
②Fe(s)+H2O(g)FeO(s)+H2(g)
K2
③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
K3
请回答:
(1)反应①是________(填“吸热”或“放热”)反应。
(2)写出反应③的平衡常数K3的表达式____________________________。
(3)根据反应①与②可推导出K1、K2与K3之间的关系,则K3=________(用K1、K2表示)。
(4)要使反应③在一定条件下建立的平衡向逆反应方向移动,可采取的措施有________(填写字母序号)。
A.缩小反应容器的容积
B.扩大反应容器的容积
C.升高温度
D.使用合适的催化剂
E.设法减小平衡体系中的CO浓度
(5)若反应③的逆反应速率与时间的关系如图所示:
①可见反应在t1、t3、t7时都达到了平衡,而t2、t8时都改变了一种条件,试判断改变的是什么条件:
t2时________;t8时____________。
②若t4时降压,t6时增大反应物的浓度,请在图中画出t4~t6时逆反应速率与时间的关系曲线。
解析:
(1)由表可知,温度升高,反应①的K1增大,故该反应为吸热反应。
(2)反应③的平衡常数K3=
。
(3)K3=
,K1=
,K2=
,故K3=
。
(4)反应①为吸热反应,其逆反应为放热反应,反应②是放热反应,而反应③是反应①的逆反应与反应②的和,故反应③是放热反应,且反应前后气体的体积不变,故只有C、E可使平衡逆向移动。
(5)①由图可知,t2时改变的条件使反应速率增大,且平衡逆向移动,故改变的条件是升高温度或增大CO2的浓度(增大H2的浓度);t8时改变的条件使反应速率加快且平衡不移动,故改变的条件是使用催化剂或加压(减小容器的容积)。
②若t4时降压,则反应速率减小,曲线在原来平衡曲线的下方,平衡不移动,故该曲线为水平直线,且纵坐标为t6时的v逆。
答案:
(1)吸热
(2)K3=
(3)
(4)CE
(5)①升高温度或增大CO2的浓度(增大H2的浓度)
使用催化剂或加压(减小容器的容积)
②
15.(15分)(2013年唐山市期末)工业上以氨气为原料(铂铑合金网为催化剂)催化氧化法制硝酸的过程如下:
(1)已知反应一经发生,铂铑合金网就会处于红热状态。
写出氨催化氧化的化学方程式:
__________________________________________________。
当温度升高时,化学平衡常数K值________(填“增大”“减小”或“无影响”)。
(2)硝酸厂尾气常用的处理方法是催化还原法:
催化剂存在时用H2将NO2还原为N2。
已知:
2H2(g)+O2(g)===2H2O(g)
ΔH=-kJ/mol
N2(g)+2O2(g)===2NO2(g) ΔH=+kJ/mol
H2O(l)===H2O(g) ΔH=+kJ/mol
则8gH2恰好将NO2转化成N2和H2O(l)时ΔH=________。
(3)氨气是制取硝酸的重要原料,合成氨反应的化学方程式如下:
N2+3H22NH3,该反应在固定容积的密闭容器中进行。
①下列各项标志着该反应达到化学平衡状态的是________(填字母)。
A.容器内N2、H2、NH3的浓度之比为1∶3∶2
B.3v正(N2)=v逆(H2)
C.容器内压强保持不变
D.混合气体的密度保持不变
②若在恒温条件下,将N2与H2按一定比例混合通入一个容积为2L固定容积的密闭容器中,5min后反应达平衡时,n(N2)=mol,n(H2)=mol,n(NH3)=mol,则反应速率v(N2)=________,平衡常数=________(保留两位小数)。
若保持容器的温度和容积不变,将上述平衡体系中的混合气体的浓度增大1倍,则平衡________(填“向左”“向右”或“不”)移动。
解析:
(1)注意氨的催化氧化反应的条件和配平,由反应现象可知该反应为放热反应,升高温度,化学平衡常数将减小。
(2)根据盖斯定律,由2×{①-③×2}-②得4H2(g)+2NO2(g)===N2(g)+4H2O(l) ΔH=-kJ/mol。
(3)根据化学方程式中N2和H2的计量关系,3v(N2)=v(H2)时,正、逆反应速率相等,说明反应达到平衡状态;该反应在反应前后气体分子数发生了变化,故当压强不变时,说明反应达到平衡状态。
根据 N2+ 3H22NH3
转化/mol
平衡/mol
v(N2)=
=mol·L-1·min-1。
根据平衡常数表达式知K=
=。
答案:
(1)4NH3+5O2
4NO+6H2O 减小
(2)-kJ/mol (3)①BC ②mol·L-1·min-1 向右
16.(15分)(2012年浙江理综)甲烷自热重整是先进的制氢方法,包含甲烷氧化和蒸气重整。
向反应系统同时通入甲烷、氧气和水蒸气,发生的主要化学反应有:
化学方程式
焓变
ΔH/kJ·mol-1
活化能
Ea/kJ·mol-1
甲烷氧化
CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g)
-
CH4(g)+O2(g)===CO2(g)+2H2(g)
-
蒸气重整
CH4(g)+H2O(g)===CO(g)+3H2(g)
CH4(g)+2H2O(g)===CO2(g)+4H2(g)
回答下列问题:
(1)反应CO(g)+H2O(g)===CO2(g)+H2(g)的ΔH=________kJ·mol-1。
(2)在初始阶段,甲烷蒸气重整的反应速率________甲烷氧化的反应速率(填“大于”、“小于”或“等于”)。
(3)对于气相反应,用某组分(B)的平衡压强(pB)代替物质的量浓度(cB)也可表示平衡常数(记作Kp),则反应CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)的Kp=________;随着温度的升高,该平衡常数________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(4)从能量角度分析,甲烷自热重整方法的先进之处在于_______________。
(5)在某一给定进料比的情况下,温度、压强对H2和CO物质的量分数的影响如下图:
①若要达到H2物质的量分数>65%、CO物质的量分数<10%,以下条件中最合适的是________。
A.600℃,MPa B.700℃,MPa
C.800℃,MPaD.1000℃,MPa
②画出600℃,MPa条件下,系统中H2物质的量分数随反应时间(从常温进料开始计时)的变化趋势示意图:
(6)如果进料中氧气量过大,最终导致H2物质的量分数降低,原因是________。
解析:
(1)依题意有:
CH4(g)+2H2O(g)===CO2(g)+4H2(g) ΔH=+kJ·mol-1①,
CH4(g)+H2O(g)===CO(g)+3H2(g)
ΔH=+kJ·mol-1②,
①式-②式即得:
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
ΔH=-kJ·mol-1。
(2)因蒸气重整反应所需的活化能比甲烷氧化所需的活化能高,故CH4蒸气重整的反应速率应小于CH4氧化的反应速率。
(3)依题意,Kp=
,升高温度,平衡正向移动,故Kp值增大。
(4)观察表中所给4个反应的焓变可知:
甲烷氧化反应属于强放热反应,可为强吸热的蒸气重整反应提供所需的能量,实现能量自给。
(5)①仔细观察题中所给两图不难找到最合适的反应条件是:
700℃,MPa;②作图时注意:
a.曲线的起点,从常温进料开始计时,此时H2物质的量分数为0;b.观察题图,在600℃,MPa条件下,最终H2的物质的量分数为70%,故H2的物质的量分数从0增大到70%后不再变化,具体示意图见答案。
(6)如果O2量过大,一方面CH4被过度氧化,则发生蒸气重整的CH4的量减少,导致生成H2的量相应减少;另一方面,O2量过大,会与生成的H2发生反应,也会导致H2的物质的量分数降低。
答案:
(1)-
(2)小于
(3)
增大
(4)系统内强放热的甲烷氧化反应为强吸热的蒸气重整反应提供了所需的能量(其他合理答案均可)
(5)①B
②
(6)甲烷氧化程度过高,氢气和氧气反应(其他合理答案均可)