计算题(共3小题) 一、灰锡结构松散,不能用于制造器皿,而白锡结构坚固,可以制造器皿,现把白锡制成的器皿放在0 ℃、100 kPa的室内存放,它会不会变成灰锡而不能再继续使用? 已知:在0 ℃、100 kPa条件下白锡转化为灰锡的反应焓变和熵变分别为 ΔH=-2 180.9 J· mol-1,ΔS=-6.61 J· mol-1·K-1。 二、高温时空气中的N2和O2会反应生成NO而污染大气:N2(g)+O2(g)===2NO(g)。 试通过计算说明在1 200 ℃的条件下,此反应能否正向自发进行?估算自发进行的最低温度是多少?[已知该反应:ΔH=+180.50 kJ·mol-1,ΔS=247.7 J·mol-1·K-1] 三、一定温度下的密闭容器中存在如下反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),知c始(SO2)=0.4 mol·L-1,c始(O2)=1 mol·L-1,经测定该反应在该温度下的平衡常数K≈19,试判断: (1)当SO2转化率为50%时,该反应是否达到平衡状态?若未达到,向哪个方向进行? (2)达到平衡状态时,SO2的转化率应为多少? 填空题(共3小题) 四、已知:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH=Q,其平衡常数随温度变化如下表所示: 请回答下列问题: (1)上述反应的化学平衡常数表达式为________________________。 该反应的Q______(填“>”或“<”)0。 (2)850 ℃时在体积为10 L的反应器中,通入一定量的CO和H2O(g),发生上述反应,CO和H2O(g)的物质的量浓度变化如图所示,则0~4 min时平均反应速率v(CO)=__________。
(3)若在500 ℃时进行,且CO、H2O(g)的起始浓度均为0.020 mol·L-1,该条件下,CO的最大转化率为___________________________________。 (4)若在850 ℃时进行,设起始时CO和H2O(g)共为1 mol,其中H2O(g)的体积分数为x,平衡时CO的转化率为y,试推导y随x变化的函数关系式为__________。 五、工业制硝酸的主要反应为4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) ΔH。 (1)已知氢气的燃烧热为285.8 kJ·mol-1。 N2(g)+3H2(g)===2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1; H2O(l) ===H2O(g) ΔH=+44.0 kJ·mol-1; N2(g)+O2(g)===2NO(g) ΔH=+180.6 kJ·mol-1。 则上述工业制硝酸的主要反应的ΔH=__________。 (2)在容积固定的密闭容器中发生上述反应,容器内部分物质的物质的量浓度如下表:
①反应在第2 min到第4 min时,O2的平均反应速率为__________。 ②反应在第6 min时改变了条件,改变的条件可能是__________(填字母)。 A.使用催化剂 B.升高温度 C.减小压强 D.增加O2的浓度 ③下列说法中能说明4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)达到平衡状态的是__________(填字母)。 A.单位时间内生成nmol NO的同时,生成nmol NH3 B.条件一定,混合气体的平均相对分子质量不再变化 C.百分含量w(NH3)=w(NO) D.反应速率v(NH3)∶v(O2)∶v(NO)∶v(H2O)=4∶5∶4∶6 E.恒压条件下,混合气体的密度不再变化 六、698 K时,向某VL的密闭容器中充入2 mol H2(g)和2 mol I2(g),发生反应:H2(g)+I2(g)2HI(g) ΔH=-26.5 kJ· mol-1,测得各物质的物质的量浓度与时间变化的关系如图所示。
请回答下列问题: (1)V=__________。 (2)该反应达到最大限度的时间是__________,该时间内平均反应速率v(HI)=__________。 (3)该反应达到平衡状态时,__________(填“吸收”或“放出”)的热量为__________。 参考答案 一、 【答案】会 【解析】 ΔH-TΔS=-2 180.9 J· mol-1×10-3-273 K×(-6.61 J· mol-1·K-1)×10-3≈-0.38 kJ· mol-1<0,能自发进行。 二、 【答案】能 455.7 ℃ 【解析】 反应自发进行的条件是ΔG=ΔH-TΔS<0,在1 200 ℃的条件下,ΔH-TΔS=+180.50 kJ·mol-1-(1 200+273)K×247.7×10-3kJ·mol-1·K-1=-184.36 kJ·mol-1<0,说明反应能够自发进行。 假设反应自发进行的最低温度为T,则有ΔG=+180.50 kJ·mol-1-(T+273)K×247.7×10-3kJ·mol-1·K-1<0,解得T>455.7 ℃。 三、 【答案】(1)反应Qc<K,反应未达到平衡,向正向进行。 (2)80% 【解析】 此时Qc===≈1.11<19。可知当SO2转化率为50%时,反应未达到平衡状态,反应向正反应方向进行。 (2)设达到平衡时,SO2转化的物质的量浓度为x,则O2转化的物质的量浓度为,生成SO3为x。 所以K=≈19,x=0.32 mol。 所以SO2的转化率为×100%=80%。 四、【答案】(1)K= < (2)0.03 mol·L-1· min-1 (3)75% (4)y=x 【解析】 (1)可逆反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的平衡常数K=。由表中数据可知,温度越高,平衡常数越小,平衡向逆反应方向移动,因升高温度平衡向吸热方向移动,故正反应为放热反应。 (2)由图像可知:CO在4 min内浓度减小了0.2 mol·L-1-0.08 mol·L-1=0.12 mol·L-1,则v(CO)==0.03 mol·L-1·min-1。 (3)500 ℃时平衡常数为9,设CO最多能转化xmol ·L-1,则
则有=9,解得x=0.015,则CO的最大转化率为×100%=75%。 (4)850 ℃时平衡常数为1,有
则有=1,解得y=x。 五、【答案】 (1)-904.8 kJ· mol-1 (2)①0.187 5 mol·L-1· min-1 ②B ③ABE 【解析】 (1)2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH=-571.6 kJ·mol-1 ① N2(g)+3H2(g)===2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1 ② H2O(l)===H2O(g) ΔH=+44.0 kJ·mol-1 ③ N2(g)+O2(g)===2NO(g) ΔH=+180.6 kJ·mol-1 ④ 根据盖斯定律①×3+④×2+③×6-②×2得 4NH3(g)+5O2(g)鸠4NO(g)+6H2O(g) ΔH=-904.8 kJ· mol-1。 (2)①v(O2)=v(NH3)=×=0.187 5 mol·L-1· min-1。 ②6~8 min各物质的浓度并未发生变化,而达到平衡时反应物浓度增大,生成物浓度减小,故平衡逆向移动,A、D项错误;该反应是反应后气体化学计量数之和增大的放热反应。升高温度平衡逆向移动,减小压强平衡正向移动,B项正确、C项错误。 六、【答案】(1)2 (2)5 s 0.316 mol·L-1·s-1 (3)放出 41.87 kJ 【解析】 (1)由图知初始反应时,c(H2)=c(I2)=1 mol·L-1,而加入的H2和I2的物质的量均为2 mol,所以V=2。 (2)反应达到最大限度即达到化学平衡,所需时间为5 s,v(HI)==0.316 mol·L-1·s-1。 (3)可逆反应从正反应建立,所以需放出热量。由反应:H2(g)+I2(g)2HI(g) ΔH=-26.5 kJ· mol-1,达到平衡时共生成n(HI)=1.58 mol·L-1×2 L=3.16 mol,所以放出的热量为×3.16 mol=41.87 kJ。 |
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