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(一) 化学反应速率、平衡图像、图表简答、计算特训 1.氮氧化物是大气主要污染物，可采用强氧化剂氧化脱除。已知反应NOeq \o\al(－,2)＋S2Oeq \o\al(2－,8)＋2OH－((NOeq \o\al(－,3)＋2SOeq \o\al(2－,4)＋H2O。不同温度下，达到平衡时NOeq \o\al(－,2)的脱除率与过硫酸钠(Na2S2O8)初始浓度的关系如下图所示。 (1)比较a、b点的反应速率：va逆________vb正(填'>''<'或'＝') (2)随着温度的升高，该反应的化学平衡常数K________(填'增大''不变'或'减小')。 答案 (1)< (2)增大 解析 (1)b点的初始浓度和温度均大于a点，浓度越大、温度越高反应速率越快，即va逆<vb正。(2)根据图像，相同初始浓度下，温度越高，NOeq \o\al(－,2)的脱除率越高，即升高温度，平衡向正反应方向进行，正反应是吸热反应，化学平衡常数只受温度的影响，即升高温度，化学平衡常数增大。 2.N2O在金粉表面发生热分解：2N2O(g)===2N2(g)＋O2(g) ΔH。回答下列问题：某温度下，测得c(N2O)随时间t变化关系如图所示。 已知瞬时反应速率v与c(N2O)的关系为v＝kcn(N2O)(k是反应速率常数)，则k＝______________________________________________________________，n＝________。 答案 0.001 0 mol·L－1·min－1 0 解析 根据图像可知，相隔相同时间段，化学反应速率相等，取时间分别为20、40，即有k×0.08n＝k×0.06n，解得n＝0,0～20 min时，N2O表示的化学反应速率是(0.10－0.08)/20 mol· L－1·min－1＝0.001 0 mol·L－1·min－1，代入上述公式，得出k＝0.001 0 mol·L－1·min－1。 3.碳酸钠作固硫剂并用氢还原辉钼矿的原理为MoS2(s)＋4H2(g)＋2Na2CO3(s)((Mo(s)＋2CO(g)＋4H2O(g)＋2Na2S(s) ΔH。实验测得平衡时的有关变化曲线如图所示。 (1)图1中A点对应的平衡常数Kp＝________(已知A点压强为0.1 MPa，用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。 (2)综合上述分析得到：图2中，其中表示逆反应的平衡常数(K逆)的曲线是________(填'A'或'B')，T1对应的平衡常数为________。 答案 (1)4×10－4 (2)B 1.0 解析 (1)图1中A点氢气和水蒸气的体积分数相等，均是40%，所以CO的体积分数是20%，这说明氢气、一氧化碳、水蒸气的物质的量之比是2∶1∶2，所以对应的平衡常数Kp＝(2)升高温度氢气的体积分数减小，说明平衡向正反应方向进行，正反应是吸热反应，所以升高温度正反应的平衡常数增大，则逆反应的平衡常数减小，因此表示逆反应的平衡常数(K逆)的曲线是B；T1时正逆反应速率的平衡常数相等，因此对应的平衡常数为1.0。 4.某科研小组研究臭氧氧化—碱吸收法同时脱除SO2和NO工艺，氧化过程反应原理及反应热、活化能数据如下： 反应Ⅰ：NO(g)＋O3(g)((NO2(g)＋O2(g) ΔH1＝－200.9 kJ·mol－1 Ea1＝3.2 kJ·mol－1 反应Ⅱ：SO2(g)＋O3(g)((SO3(g)＋O2(g) ΔH2＝－241.6 kJ·mol－1 Ea2＝58 kJ·mol－1 已知该体系中臭氧发生分解反应：2O3(g)((3O2(g)。请回答： 其他条件不变，每次向容积为2 L的反应器中充入含2.0 mol NO、2.0 mol SO2的模拟烟气和4.0 mol O3，改变温度，反应相同时间t后体系中NO和SO2的转化率如图所示： (1)由图像可知相同温度下NO的转化率远高于SO2，结合题中数据分析其可能原因：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)下列说法正确的是________(填字母)。 A.Q点一定为平衡状态点 B.温度高于200 ℃后，NO和SO2的转化率随温度升高显著下降，最后几乎为零 C.其他条件不变，若扩大反应器的容积可提高NO和SO2的转化率 D.臭氧氧化过程不能有效地脱除SO2，但后续步骤碱吸收可以有效脱硫 (3)假设100 ℃时P、Q均为平衡点，此时反应时间为5 min，发生分解反应的臭氧占充入臭氧总量的10%，则体系中剩余O3的物质的量是________mol；SO2的平均反应速率为________________；反应Ⅰ在此时的平衡常数为________。 答案 (1)反应Ⅰ的活化能小于反应Ⅱ，相同条件下更易发生反应 (2)BD (3)1.4 0.06 mol·L－1·min－1 8 解析 (1)反应Ⅰ的活化能小于反应Ⅱ，相同条件下更易发生反应，因此相同温度下NO的转化率远高于SO2。 (2)A项，随着反应的进行，反应物的转化率逐渐增大，因此Q点不一定为平衡状态点，可能是建立平衡过程中的一个点，错误；B项，根据图像，温度高于200 ℃后，NO和SO2的转化率随温度升高显著下降，最后几乎为零，正确；C项，根据2O3(g)((3O2(g)可知其他条件不变，若扩大反应器的容积，压强减小，平衡正向移动，使得臭氧的浓度减小，氧气浓度增大，反应Ⅰ和反应Ⅱ的平衡逆向移动，NO和SO2的转化率减小，错误；D项，根据图像，臭氧氧化过程中二氧化硫的转化率较低，不能有效地脱除SO2，二氧化硫是酸性氧化物，能够被碱吸收，正确。 (3)假设100 ℃时P、Q均为平衡点，此时反应时间为5 min，发生分解反应的臭氧占充入臭氧总量的10%，发生分解反应的臭氧为4.0 mol×10%＝0.4 mol，根据反应Ⅰ：NO(g)＋O3(g)((NO2(g)＋O2(g)，平衡时NO的转化率为80%，反应的臭氧为2.0 mol×80%＝1.6 mol；反应Ⅱ：SO2(g)＋O3(g)((SO3(g)＋O2(g)，平衡时二氧化硫的转化率为30%，反应的臭氧为2.0 mol×30%＝0.6 mol；最终剩余臭氧4.0 mol－0.4 mol－1.6 mol－0.6 mol＝1.4 mol；5 min内SO2的平均反应速率＝＝0.06 mol·L－1·min－1；平衡时NO、O3、NO2、O2的物质的量分别为0.4 mol、1.4 mol、1.6mol、2.8 mol，反应Ⅰ在此时的平衡常数＝＝8。 5.在汽车排气管上安装催化转换器。NO和CO气体均为汽车尾气的成分，这两种气体在催化转换器中发生反应：2CO(g)＋2NO(g)((N2(g)＋2CO2(g) ΔH＝－746.5 kJ·mol－1 (1)一个兴趣小组对某汽车冷启动时的尾气催化处理过程中CO、NO百分含量随时间变化如图1所示，前0～10 s阶段，CO、NO百分含量没明显变化的原因是_________________ ________________________________________________________________________。 同时该小组在固定容积为2 L的密闭容器中通入NO和CO各2 mol进行反应，n(CO2)随温度(T)、压强(p)和时间(t)的变化曲线如图2所示，图中的曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ对应反应从开始到平衡时用CO2表示的平均反应速率分别为v(Ⅰ)、v(Ⅱ)、v(Ⅲ)，则三者大小关系为____________。 (2)活性炭也可用于处理汽车尾气中的NO。在1 L恒容密闭容器中加入0.100 0 mol NO和2.030 mol固体活性炭，生成A、B两种气体，在不同温度下测得平衡体系中各物质的物质的量以及容器内压强如下表： 根据上表数据，写出容器中发生反应的化学方程式______________________________ ________________________________________________________________________， 并判断X________200 ℃(填'＞''＜'或'＝')，计算反应体系在200 ℃时的平衡常数Kp＝________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×体积分数)。 答案 (1)尚未达到催化剂工作温度(或尚未达到反应的温度) v(Ⅰ)>v(Ⅲ)>v(Ⅱ) (2)C＋2NO((N2＋CO2 ＞ 0.562 5 解析 (1)从图1看出CO、NO百分含量没明显变化的原因是尚未达到催化剂工作温度(或尚未达到反应的温度)。根据图像可以知道反应速率是v(Ⅰ)＞v(Ⅲ)＞v(Ⅱ)。 由题设信息及表中数据可知C、NO、A、B反应的化学计量比为0.03∶0.06∶0.03∶0.03＝1∶2∶1∶1，且C被氧化，结合原子守恒可推出生成物为N2和CO2，则反应方程式为C＋2NO((N2＋CO2；反应前后气体的物质的量不变，温度升高压强增大； 6.将一定量的CO2(g)和CH4(g)通入一恒容密闭容器中发生反应：CO2(g)＋CH4(g)((2CO(g)＋2H2(g) ΔH＝＋248 kJ·mol－1 (1)其他条件相同，在不同催化剂(Ⅰ、Ⅱ)作用下，反应经过相同时间时，体系中CO含量随反应温度的变化如图1所示。 ①在a点与c点对应的反应条件下，反应继续进行一段时间后达到平衡，平衡常数K(a点)________K(c点 )(填'>''<'或'＝')。 ②b点CO含量低于c点的原因是_______________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)为了探究反应：CO2(g)＋CH4(g)((2CO(g)＋2H2(g)的反应速率与浓度的关系，起始时向恒容密闭容器中通入CO2与CH4，使其物质的量浓度均为1.0 mol·L－1，平衡时，根据相关数据绘制出两条反应速率与浓度关系曲线(如图2)：v正～c(CH4)和v逆～c(CO)。则与曲线v正～c(CH4)相对应的是图中曲线________(填'甲'或'乙')；该反应达到平衡后，某一时刻降低温度，反应重新达到平衡，则此时曲线甲对应的平衡点可能为________(填字母)。 答案 (1)①＝ ②c点温度高于b点，反应速率快，相同时间内生成的CO多 (2)乙 E 解析 (1)因为CO2(g)＋CH4(g)((2CO(g)＋2H2(g)的ΔH＝＋248 kJ·mol－1。①平衡常数只受温度影响，与其他因素无关，而a点与c点对应的反应温度相同，只是选用的催化剂不同，催化剂只改变反应速率，不影响平衡移动，所以当反应达到平衡，K(a 点)＝K(c点 )。②因为c点温度高于b点，反应速率快，相同时间内生成的CO多，所以b点CO含量低于c点。 (2) CO2(g) ＋ CH4(g)((2CO(g)＋2H2(g) 起始量(mol·L－1) 1.0 1.0 0 0 随着反应进行，CO2(g)和CH4(g)的浓度都减小，所以乙图是v正～c(CH4)相对应的曲线。因为CO2(g)＋CH4(g)((2CO(g)＋2H2(g)的ΔH＝＋248 kJ·mol－1，反应达到平衡后，某一时刻降低温度，平衡向逆反应方向移动，CO(g)和 H2(g)减小，CO2(g)和CH4(g)增大，可能达到E点。 7.已知：A.2NH3(g)＋CO2(g)((NH2COONH4(l) ΔH＝－123 kJ·mol－1 B.NH2COONH4(l)(((NH2)2CO(g)＋H2O(g) ΔH＝＋50 kJ·mol－1 (1)在工业生产中，尿素是由以上A、B两步合成的，则工业上由氨气与二氧化碳合成尿素的热化学反应方程式为 ________________________________________________________________________。 (2)尿素合成过程中通过控制温度、NH3和CO2的物质的量比(氨碳比a)等因素来提高CO2的转化率。如图是在其他因素一定，不同氨碳比条件下CO2平衡转化率与温度的关系图。由图可知当温度一定时，a值越大，CO2转化率越大，其原因是__________________________ ________________________________________________________________________； 当a一定时，CO2平衡转化率呈现先增大后减小的趋势，其原因为________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案 (1)2NH3(g)＋CO2(g)(((NH2)2CO(g)＋H2O(g) ΔH＝－73 kJ·mol－1 (2)a值越大，NH3占反应物比例高，平衡向正向移动提高了CO2转化率 前半段B反应为主导因素，温度升高，促进B反应向正向移动，后半段A反应为主导因素，A反应向逆向移动 8.向体积为2 L的恒容密闭容器中充入1 mol SO2、4 mol CO和催化剂，发生反应SO2(g)＋2CO(g)eq \o(=====,\s\up7(催化剂))2CO2(g)＋S(g) ΔH，测得温度对SO2的转化率及催化剂效率的影响如图所示： (1)该反应的ΔH________0(填'>'或'<'，下同 )；图 中M、N两点的平衡常数：KM________KN。 (2)M点时的化学平衡常数K＝________。 答案 (1)< > (2)0.11(或eq \f(1,9)) 解析 (1)根据题图可知，升高温度二氧化硫的转化率降低，则升高温度平衡逆向移动，逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，故ΔH<0；该反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，平衡常数减小，故图中M、N两点的平衡常数：KM>KN。 (2)M点时二氧化硫的平衡转化率为50%，则： SO2(g)＋2CO(g)eq \o(=====,\s\up7(催化剂))2CO2(g)＋S(g) 开始时的浓度(mol·L－1( 0.5 2 0 0 改变的浓度(mol·L－1( 0.25 0.5 0.5 0.25 平衡时的浓度(mol·L－1( 0.25 1.5 0.5 0.25 化学平衡常数K＝eq \f(0.52×0.25,0.25×1.52)＝eq \f(1,9)(或0.11)。 |
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