③化学反应达到平衡时,正反应的反应速率等于逆反应的反应速率,即v正=v逆,由图示可知反应在T3温度下达到平衡。
④从图中可以看出,随着反应温度的继续升高,C%反而下降,可知正反应是放热反应。
18.(10分)已知反应:
2NO2(g)
N2O4(g)是放热反应,为了探究温度对化学平衡的影
响,有人做了如下实验:
把NO2和N2O4的混合气体通入甲、乙两个连通的烧瓶里,然后用夹子夹住橡皮管,把两烧瓶分别浸入两个分别盛有500mL6mol·L-1的HCl溶液和盛有500mL蒸馏水的烧杯中(两烧杯中溶液的温度相同)。
(1)该实验用两个经导管连通的烧瓶,其设计意图是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)向烧杯甲的溶液中放入125gNaOH固体,同时向烧杯乙中放入125g硝酸铵晶体,搅拌使之溶解。
甲烧瓶内气体的颜色将____________,原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________;
乙烧瓶内气体的颜色将__________,原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)该实验欲得出的结论是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)某同学认为该实验的设计并不完全科学,他指出此时影响化学平衡的因素不止一个,你认为他所指的另一个因素是__________________________。
答案
(1)使两个烧瓶中的可逆反应的起始平衡状态完全相同,便于对比
(2)变深 NaOH溶解放热,中和HCl也放热,使甲瓶气体温度升高,平衡逆向移动,c(NO2)增大 变浅 NH4NO3溶解吸热,乙烧瓶气体的温度降低,平衡2NO2
N2O4向正反应方向移动,使NO2的浓度减小
(3)升温,平衡向吸热方向移动;降温,平衡向放热反应方向移动
(4)压强
19.(8分)在2L的密闭容器内,800℃时反应2NO(g)+O2(g)
2NO2(g)体系中,n(NO)随时间的变化如表:
时间(s)
0
1
2
3
4
5
n(NO)(mol)
0.020
0.010
0.008
0.007
0.007
0.007
(1)写出该反应的平衡常数表达式:
K=_____________________________________。
已知:
K300℃>K350℃,则该反应是______热反应。
(2)下图表示NO2的变化的曲线是__________。
用O2表示从0~2s内该反应的平均速率v=________________________________________________________________________。
(3)能说明该反应已达到平衡状态的是________。
a.v(NO2)=2v(O2)
b.容器内压强保持不变
c.v逆(NO)=2v正(O2)
d.容器内密度保持不变
(4)为使该反应的反应速率增大,且平衡向正反应方向移动的是________。
a.及时分离出NO2气体b.适当升高温度c.增大O2的浓度d.选择高效催化剂
答案
(1)
放
(2)b 1.5×10-3mol·L-1·s-1 (3)bc (4)c
解析
(1)平衡常数为各生成物浓度幂之积与各反应物浓度幂之积的比值,因此本反应的K=
,由于K300℃>K350℃,即温度越高,K越小,因此正反应为放热反应。
(2)根据反应方程式:
2NO(g)+O2(g)
2NO2(g)知:
消耗NO的物质的量与生成NO2的物质的量相等,因此n(NO2)=0.020mol-0.007mol=0.013mol,故NO2的平衡浓度为c(NO2)=
=0.0065mol·L-1,故曲线b表示NO2的变化曲线。
0~2s内,v(NO)=
=0.003mol·L-1·s-1,
因此v(O2)=
v(NO)=0.0015mol·L-1·s-1。
(3)由于该反应为体积减小的反应,当容器的压强保持不变时,说明反应已达到平衡;v逆(NO)=2v正(O2)=v正(NO),因此可以说明反应达到平衡;由于气体的质量不变,容器的体积不变,因此密度始终不变,故密度不变,不能说明反应已达到平衡。
(4)及时分离出NO2气体,降低了生成物的浓度,因此反应速率降低;由于正反应为放热反应,因此升高温度平衡向左移动;而催化剂仅改变反应速率不能使平衡发生移动,因此A、B、D均不正确;只有C增大反应物O2的浓度,v正增大,v逆随之增大,平衡正向移动。
20.(12分)将2molI2(g)和1molH2置于某2L的密闭容器中,在一定温度下发生反应:
I2(g)+H2(g)
2HI(g) ΔH<0,并达到平衡,HI的体积分数φ(HI)随时间的变化如图曲线(Ⅱ)所示。
(1)达到平衡时,I2(g)的物质的量浓度为__________。
(2)若改变反应条件,在甲条件下φ(HI)的变化如图曲线(Ⅰ)所示,在乙条件下φ(HI)的变化如图曲线(Ⅲ)所示。
则甲条件可能是________(填入下列条件的序号,下同),乙条件可能是__________。
①恒温条件下,扩大反应容器体积 ②恒容条件下,降低温度 ③恒温条件下,缩小反应容器体积 ④恒容条件下,升高温度 ⑤恒温恒容条件下,加入适当催化剂
(3)若保持温度不变,在另一相同的2L的密闭容器中加入amolI2(g)、bmolH2和cmolHI(a、b、c均大于0),发生反应,达到平衡时,HI的体积分数仍为0.60,则a、b、c的关系是__________。
答案
(1)0.55mol·L-1
(2)③⑤ ①
(3)4b+c=2a
解析
(1)设I2的变化浓度为xmol·L-1,则:
I2(g)+H2(g)
2HI(g)
起始量(mol·L-1)10.50
变化量(mol·L-1)xx2x
平衡量(mol·L-1)1-x0.5-x2x
φ(HI)=
×100%=60%
解得x=0.45 则1-x=0.55
(2)解本小题的关键点是平衡没有移动。
(3) I2(g)+H2(g)
2HI(g)
起始量/molabc
极限转化量/mola+
b+
0
因为(3)中达到的平衡状态与
(1)中达到的平衡状态等效,
故(a+
)∶(b+
)=2∶1
即4b+c=2a
21.(7分)A是由导热材料制成的密闭容器,B是一耐化学腐蚀且易于传热的气球。
关闭K2,将等量且少量的NO2通过K1、K3分别充入A、B中,反应起始时,A、B的体积相同。
(已知:
2NO2(g)
N2O4(g) ΔH<0)
(1)一段时间后,反应达到平衡,此时A、B中生成的N2O4的速率是vA______vB(填“>”、“<”或“=”);若打开活塞K2,气球B将______(填“变大”、“变小”或“不变”)。
(2)关闭活塞K2,若在A、B中再充入与初始量相等的NO2,则达到平衡时,NO2的转化率αA将________(填“增大”、“减小”或“不变”);若分别通人等量的氖气,则达到平衡时,A中NO2的转化率将________,B中NO2的转化率将______(填“变大”、“变小”或“不变”)。
(3)室温下,若A、B都保持体积不变,将A套上一个绝热层,B与外界可以进行热传递,则达到平衡时,______中的颜色较深。
(4)若在容器A中充入4.6g的NO2,达到平衡后容器内混合气体的平均相对分子质量为57.5,则平衡时N2O4的物质的量为______。
答案
(1)< 变小
(2)增大 不变 变小(3)A (4)0.04mol
解析 题给反应是气体体积减小的放热反应。
(1)由于A为恒容体系,B为恒压体系,在平衡时pA<pB,故v(A)<v(B),若打开K2,A、B形成一个新的恒压体系,气体体积将变小。
(2)若再通入NO2,对于A相当于加压,原平衡向正反应方向移动,NO2的转化率增大。
若再通入Ne,对于A,末改变体系中各物质的浓度,平衡不移动,转化率不变;对于B,其体积增大,相当于减小压强,平衡向逆反应方向移动,NO2的转化率减小。
(3)此时A为绝热体系,随反应的进行,体系温度升高,即TA>TB,A相对于B是升高温度,平衡向逆反应方向移动,A中颜色加深。
(4)
=
即n总=
=0.08mol,投入NO2的物质的量为
=0.1mol,设转化的NO2的物质的量为x。
则 2NO2
N2O4
起始:
0.1mol0
转化:
x
平衡:
0.1mol-x
即:
0.1mol-x+
=0.08mol
x=0.04mol
22.(8分)科学家一直致力于研究常温、常压下“人工固氮”的新方法。
曾有实验报道:
在常温、常压、光照条件下,N2在催化剂(掺有少量Fe2O3的TiO2)表面与水发生反应,生成的主要产物为NH3。
进一步研究NH3生成量与温度的关系,部分实验数据见下表(光照、N2、压强1.0×105Pa、反应时间3h):
T/K
303
313
323
353
NH3生成量
/10-6mol
4.8
5.9