工业燃烧煤、石油等化石燃料释放出大量氮氧化物(NOx)、CO2、SO2等气体,严重污染空气。通过对废气进行脱硝、脱碳和脱硫处理可实现绿色环保、废物利用。
(1)反应2NO2(g)N2(g)+2O2(g),设起始时容器中只有NO2,平衡时三种物质的物质的量与温度关系如图所示。
则A点时,NO2的转化率为____ ;B点时,设容器的总压为aPa,则平衡常数Kp为____ (用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
(2)一定温度下,向2L密闭容器中加入2molCO2和6molH2,在适当的催化剂作用下,下列反应能自发进行:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)。
①该反应ΔH____ 0(填“>”、“<”或“=”)。
②下列叙述能说明此反应达到平衡状态的是____ (填字母)。
a.混合气体的总压强和平均摩尔质量不再发生变化
b.1molCO2生成的同时有3molH-H键断裂
c.CO2的转化率和H2的转化率相等
d.3v正(H2)=v逆(CO2)
e.H2和CH3OH的浓度之比等于化学计量数之比
③反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),在起始温度(T1℃)、体积相同(2L)的两密闭容器中,改变条件,反应过程中部分数据见表:
反应I,前10min内的平均反应速率v(H2O)=____ ,平衡常数K(I)____ K(II)(填“>”、“<”或“=”,下同);平衡时CH3OH的浓度c(I)____ c(II)。
(1)反应2NO2(g)N2(g)+2O2(g),设起始时容器中只有NO2,平衡时三种物质的物质的量与温度关系如图所示。
则A点时,NO2的转化率为
(2)一定温度下,向2L密闭容器中加入2molCO2和6molH2,在适当的催化剂作用下,下列反应能自发进行:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)。
①该反应ΔH
②下列叙述能说明此反应达到平衡状态的是
a.混合气体的总压强和平均摩尔质量不再发生变化
b.1molCO2生成的同时有3molH-H键断裂
c.CO2的转化率和H2的转化率相等
d.3v正(H2)=v逆(CO2)
e.H2和CH3OH的浓度之比等于化学计量数之比
③反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),在起始温度(T1℃)、体积相同(2L)的两密闭容器中,改变条件,反应过程中部分数据见表:
反应时间/min | CO2/mol | H2/mol | CH3OH/mol | H2O/mol | |
反应I:恒温恒容 | 0 | 2 | 6 | 0 | 0 |
10 | 4.5 | ||||
20 | 1 | ||||
30 | 1 | ||||
反应II:绝热恒容 | 0 | 0 | 0 | 2 | 1 |
更新时间:2022-04-18 16:20:41
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(0.4)
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【推荐1】一定温度下,在体积为0.5 L的恒容密闭容器中,NO2和N2O4之间发生反应:2NO2 (g)(红棕色) N2O4 (g)(无色),反应过程中各物质的物质的量与时间的关系如图所示。
(1)曲线____ (填“X”或“Y”)表示N2O4的物质的量随时间的变化曲线。
(2)在0~3 min内,用NO2表示的反应速率为____________ 。
(3)下列叙述能说明该反应已达到化学平衡状态的是________ (填字母)。
a.容器内压强不再发生变化
b.NO2的体积分数不再发生变化
c.容器内原子总数不再发生变化
d.相同时间内消耗nmolN2O4的同时生成2nmol NO2
(4)反应达到平衡后,若降低温度,则v(正)______ ,v(逆)________ 。(填“增大”“减小”或“不变”)。
(1)曲线
(2)在0~3 min内,用NO2表示的反应速率为
(3)下列叙述能说明该反应已达到化学平衡状态的是
a.容器内压强不再发生变化
b.NO2的体积分数不再发生变化
c.容器内原子总数不再发生变化
d.相同时间内消耗nmolN2O4的同时生成2nmol NO2
(4)反应达到平衡后,若降低温度,则v(正)
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解题方法
【推荐2】工业废水中常含有一定量有毒的和,需进行处理后再排放。处理含和的工业废水常用的方法有两种。
方法一:还原沉淀法。
(1)请写出第①步中与在溶液中存在的平衡:___________ ,下列能说明该反应达到平衡状态的是___________ (填标号)。
A.与的物质的量相等
B.溶液颜色不变
C.
(2)第②步中,每可还原___________ ,该反应的离子方程式为___________ 。
方法二:电解法。用石墨和Fe作电极电解含的酸性废水,随着电解的进行,阴极附近溶液pH升高,阳极附近将还原为,最后以形式沉淀。
(3)在电解除铬的过程中,石墨电极为___________ (填“阴极”或“阳极”),Fe电极的电极反应式为___________ 。
(4)在阴极附近溶液pH升高的原因是___________ (填电极反应式及必要的文字)。
(5)当Fe电极质量减小3.36g时,理论上可处理___________ (填含a的表达式)L含的酸性废水。
方法一:还原沉淀法。
(1)请写出第①步中与在溶液中存在的平衡:
A.与的物质的量相等
B.溶液颜色不变
C.
(2)第②步中,每可还原
方法二:电解法。用石墨和Fe作电极电解含的酸性废水,随着电解的进行,阴极附近溶液pH升高,阳极附近将还原为,最后以形式沉淀。
(3)在电解除铬的过程中,石墨电极为
(4)在阴极附近溶液pH升高的原因是
(5)当Fe电极质量减小3.36g时,理论上可处理
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(0.4)
【推荐3】随着科学技术的发展和环保要求不断提高,CO2的捕集利用技术成为研究的重点。
I.工业上使用的捕碳剂有NH3和(NH4)2CO3,它们与CO2可发生如下可逆反应:
NH3(l)+H2O(l)+CO2(g) NH4HCO3(aq) ΔH1
2NH3(l)+H2O(l)+CO2(g) (NH4)2CO3(aq) ΔH2
(NH4)2CO3(aq)+H2O(l)+CO2(g) 2NH4HCO3(aq) ΔH3
则ΔH3 =______ (用含ΔH1 、ΔH2 的代表式表示)。
II.目前国际空间站处理CO2的一个重要方法是将CO2还原,所涉及的化学反应方程式为:CO2 (g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g),已知:H2的体积分数随温度的升高而增加。
(1)该反应的ΔS_____ 0(填“>”、“=”、“<”),该反应的ΔH____ 0(填“>”、“<”)。
(2)在恒容密闭容器中通入等物质的量的CO2和H2并发生上述反应,温度T下,CO2物质的量浓度c(CO2)随时间t变化的曲线如下图所示。下列能说明反应达到平衡状态的是___ 。
A.体系压强保持不变
B.混合气体密度保持不变
C.甲烷和水蒸气的物质的量之比保持不变
D.H2的质量分数保持不变
(3)温度T下,反应前20秒的平均速率v(H2)=_________ (用含a、b的代数式表示)。
(4)温度T下,该反应的平衡常数K=_________ (用含a、b的代数式表示)。
(5)若降低温度,反应重新达到平衡,则v(正)_________ ;CO2转化率_________ (填“增大”“减小”或“不变”)。
III.工业上常用高浓度的K2CO3溶液吸收CO2,得溶液X,再利用电解法使K2CO3溶液再生,其装置示意图如下:
①在阳极区发生的反应包括_________ 和H++HCO3-=CO2↑+H2O。
②简述CO32-在阴极区再生的原理:_________ 。
I.工业上使用的捕碳剂有NH3和(NH4)2CO3,它们与CO2可发生如下可逆反应:
NH3(l)+H2O(l)+CO2(g) NH4HCO3(aq) ΔH1
2NH3(l)+H2O(l)+CO2(g) (NH4)2CO3(aq) ΔH2
(NH4)2CO3(aq)+H2O(l)+CO2(g) 2NH4HCO3(aq) ΔH3
则ΔH3 =
II.目前国际空间站处理CO2的一个重要方法是将CO2还原,所涉及的化学反应方程式为:CO2 (g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g),已知:H2的体积分数随温度的升高而增加。
(1)该反应的ΔS
(2)在恒容密闭容器中通入等物质的量的CO2和H2并发生上述反应,温度T下,CO2物质的量浓度c(CO2)随时间t变化的曲线如下图所示。下列能说明反应达到平衡状态的是
A.体系压强保持不变
B.混合气体密度保持不变
C.甲烷和水蒸气的物质的量之比保持不变
D.H2的质量分数保持不变
(3)温度T下,反应前20秒的平均速率v(H2)=
(4)温度T下,该反应的平衡常数K=
(5)若降低温度,反应重新达到平衡,则v(正)
III.工业上常用高浓度的K2CO3溶液吸收CO2,得溶液X,再利用电解法使K2CO3溶液再生,其装置示意图如下:
①在阳极区发生的反应包括
②简述CO32-在阴极区再生的原理:
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【推荐1】“液态阳光”是推动碳低峰,碳中和的技术新路径。反应原理为:(假设核反应无副反应)。
(1)设,y随温度的变化关系如图1所示。图对应该反应的线条是_______ 。
(2)向容积均为2L的恒容密闭容器中通入和,在不同催化剂X、Y的催化下发生反应。测得时,转化率与温度的变化关系如图2所示。
①该反应适宜选用的催化剂为_______ (填“X”或“Y”)。
②时,d点对应容器在0~50min内的平均反应速率_______ 。
③a、c两点转化率相等,下列说法正确的是_______ (填标号)。
A.a、c两点一定都是平衡点 B.a点可能为平衡点,c点一定不是平衡点
C.a点一定不是平衡点,c点可能为平衡点 D.a、c两点一定都不是平衡点
④转化率:c点<b点的原因是_______ 。
⑤按上述投料,若某温度下,初始压强为,达到平衡时,转化率为50%,则该反应的平衡常数_______ (用p表示),若将容器的体积缩小为1L,_______ (填“增大”、“减小”或“不变”),原因是_______ 。
(1)设,y随温度的变化关系如图1所示。图对应该反应的线条是
(2)向容积均为2L的恒容密闭容器中通入和,在不同催化剂X、Y的催化下发生反应。测得时,转化率与温度的变化关系如图2所示。
①该反应适宜选用的催化剂为
②时,d点对应容器在0~50min内的平均反应速率
③a、c两点转化率相等,下列说法正确的是
A.a、c两点一定都是平衡点 B.a点可能为平衡点,c点一定不是平衡点
C.a点一定不是平衡点,c点可能为平衡点 D.a、c两点一定都不是平衡点
④转化率:c点<b点的原因是
⑤按上述投料,若某温度下,初始压强为,达到平衡时,转化率为50%,则该反应的平衡常数
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【推荐2】燃煤烟气和汽车尾气中常含有、、有机碳氢化合物等粒子。烟气脱硝是治理雾䨪的方法之一。
(1)研究发现NH3还原NO的反应历程如图。下列说法正确的是_____(填序号)。
(2)在恒容密闭容器中通入和,在一定温度下发生反应 ,反应时间与容器内气体总压强的数据见下表:
由表中数据计算,内_______ ,该温度下的平衡常数_________ 。
(3)已知:反应 ,不同温度条件下,NH3与NO的物质的量之比分别为4:1`、3:1、1:3,反应经2秒得到NO脱除率曲线如图所示。曲线a中的起始浓度为,B点NO的脱除速率为_______ ,在AB所在的曲线上当温度高于时NO脱除率明显降低的原因是________ 。
(4)某兴趣小组同学对反应进行了研究,保持其他条件不变,改变CO的物质的量,平衡时N2的体积分数变化情况如图所示。
a、b、c三点转化率由小到大的顺序为______ ;b点时的投料_______ 。
(1)研究发现NH3还原NO的反应历程如图。下列说法正确的是_____(填序号)。
A.能增大总反应的活化能,提高反应速率 | B.总反应为 |
C.该反应历程中形成了非极性键和极性键 | D.该反应中的三个阶段均为氧化还原反应 |
(2)在恒容密闭容器中通入和,在一定温度下发生反应 ,反应时间与容器内气体总压强的数据见下表:
反应时间(t)/min | 0 | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 |
总压强(p)/kPa | 4.80 | 5.44 | 5.76 | 5.92 | 6.00 | 6.00 |
(3)已知:反应 ,不同温度条件下,NH3与NO的物质的量之比分别为4:1`、3:1、1:3,反应经2秒得到NO脱除率曲线如图所示。曲线a中的起始浓度为,B点NO的脱除速率为
(4)某兴趣小组同学对反应进行了研究,保持其他条件不变,改变CO的物质的量,平衡时N2的体积分数变化情况如图所示。
a、b、c三点转化率由小到大的顺序为
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【推荐3】丙烯是产量仅次于乙烯的重要基本有机原料之一,丙烷脱氢制丙烯技术已经工业化。
I.无氧脱氢法:C3H8(g)⇌C3H6(g)+H2(g) ∆H1=+124.3kJ/mol
(1)制丙烯的部分反应历程如图所示(TS代表过渡态,Pt4代表铂催化剂)。
由图可知,该反应的限速步骤是第___________ (填“一”或“二”)个C-H断键的反应。有利于该反应自发进行的条件是___________ (填“高温”“低温”或“任意温度”)。
(2)在压强分别为0.1MPa和0.01MPa的条件下,在密闭容器中充入等量的C3H8,发生脱氢反应,C3H8和C3H6的平衡时物质的量分数随温度的变化如图所示。
①在a、b、c、d四条直线中,分别表示0.01MPa时C3H8和C3H6物质的量分数的是___________ 、___________ 。
②p点对应的平衡常数Kp=___________ MPa(以分压表示,分压=总压×物质的量分数)。
Ⅱ.氧化脱氢法:C3H8(g)+O2(g)⇌C3H6(g)+H2O(g) △H1=-117.0kJ/mol
(3)在催化剂作用下,相同时间内,不同温度下C3H8氧化脱氢的转化率和C3H6的产率如下:
①C3H8的转化率随温度升高而上升的原因是___________ (答出1条即可)。
②已知:C3H6选择性=×100%。随着温度升高,C3H6的选择性___________ (填“升高”“降低”或“不变”),可能的原因是___________ 。
I.无氧脱氢法:C3H8(g)⇌C3H6(g)+H2(g) ∆H1=+124.3kJ/mol
(1)制丙烯的部分反应历程如图所示(TS代表过渡态,Pt4代表铂催化剂)。
由图可知,该反应的限速步骤是第
(2)在压强分别为0.1MPa和0.01MPa的条件下,在密闭容器中充入等量的C3H8,发生脱氢反应,C3H8和C3H6的平衡时物质的量分数随温度的变化如图所示。
①在a、b、c、d四条直线中,分别表示0.01MPa时C3H8和C3H6物质的量分数的是
②p点对应的平衡常数Kp=
Ⅱ.氧化脱氢法:C3H8(g)+O2(g)⇌C3H6(g)+H2O(g) △H1=-117.0kJ/mol
(3)在催化剂作用下,相同时间内,不同温度下C3H8氧化脱氢的转化率和C3H6的产率如下:
反应温度/℃ | 465 | 480 | 495 | 510 |
C3H8的转化率/% | 5.5 | 12.1 | 17.3 | 28.4 |
C3H6的产率/% | 4.7 | 9.5 | 12.8 | 18.5 |
②已知:C3H6选择性=×100%。随着温度升高,C3H6的选择性
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解题方法
【推荐1】请回答下列问题:
(1)已知25℃时,HA的电离常数为2.5×10-4,则此温度下0.1mol·L-1,HA溶液中由水电离出的H+浓度为____ mol·L-1。
(2)已知t℃时,Kw=1×10-13,则t℃___ (填“>”“<”或“=”)25℃。在t℃时将pH=12的NaOH溶液V1L与pH=1的H2SO4溶液V2L混合(忽略混合后溶液体积的变化),若所得混合溶液的pH=3,则V1:V2=___ 。
(3)一定条件下在恒温恒容的密闭容器中按一定比例充入NO(g)和Cl2(g),2NO(g)+Cl2(g) 2ClNO(g),平衡时ClNO的体积分数的变化图像如图,则A、B、C三状态中,NO的转化率最大的是___ 点;当=1.5时,达到平衡状态ClNO的体积分数可能是D、E、F三点中的__ 点。
(1)已知25℃时,HA的电离常数为2.5×10-4,则此温度下0.1mol·L-1,HA溶液中由水电离出的H+浓度为
(2)已知t℃时,Kw=1×10-13,则t℃
(3)一定条件下在恒温恒容的密闭容器中按一定比例充入NO(g)和Cl2(g),2NO(g)+Cl2(g) 2ClNO(g),平衡时ClNO的体积分数的变化图像如图,则A、B、C三状态中,NO的转化率最大的是
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解题方法
【推荐2】运用化学反应原理研究合成氨反应有重要意义,请完成下列探究。
(1)生产氢气:将水蒸气通过红热的炭即产生水煤气:C(s)+H2O(g)⇌H2(g)+CO(g) ΔH=+131.3kJ·mol-1,ΔS=+133.7J·mol-1·K-1
①该反应在低温下___________ (填“能”或“不能”)自发进行。
②写出该反应的平衡常数表达式___________ 。
(2)已知在400℃时,N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)的K=0.5。
①400℃时,2NH3(g)⇌N2(g)+3H2(g)的K'=___________ (填数值)。
②400℃时,在0.5L的反应容器中进行合成氨反应,一段时间后,测得N2、H2、NH3的物质的量分别为2mol、1mol、2mol,则此时反应v(N2)正___________ v(N2)逆(填“>”“<”“=”或“不能确定”)。
③若在恒温下将容器的容积缩小到原来的二分之一,则合成氨反应的平衡___________ 移动(填“向左”、“向右”或“不”);反应的∆H___________ (填“增大”、“减小”或“不变”)。
(3)水煤气转化反应CO(g)+H2O(g) ⇌CO2(g)+H2(g)在一定温度下达到化学平衡。现将不同量的CO(g)和H2O(g)分别通入到体积为2L的恒容密闭容器中进行反应,得到如下两组数据:
①平衡常数K(650℃)___________ K(900℃)(填“大于”,“小于”或“等于”)
②若将实验2中CO和H2O的物质的量加倍,则平衡时H2的物质的量浓度为___________ 。
(1)生产氢气:将水蒸气通过红热的炭即产生水煤气:C(s)+H2O(g)⇌H2(g)+CO(g) ΔH=+131.3kJ·mol-1,ΔS=+133.7J·mol-1·K-1
①该反应在低温下
②写出该反应的平衡常数表达式
(2)已知在400℃时,N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)的K=0.5。
①400℃时,2NH3(g)⇌N2(g)+3H2(g)的K'=
②400℃时,在0.5L的反应容器中进行合成氨反应,一段时间后,测得N2、H2、NH3的物质的量分别为2mol、1mol、2mol,则此时反应v(N2)正
③若在恒温下将容器的容积缩小到原来的二分之一,则合成氨反应的平衡
(3)水煤气转化反应CO(g)+H2O(g) ⇌CO2(g)+H2(g)在一定温度下达到化学平衡。现将不同量的CO(g)和H2O(g)分别通入到体积为2L的恒容密闭容器中进行反应,得到如下两组数据:
实验编号 | 温度/℃ | 起始量)/mol | 平衡量)/mol | 达到平衡所需时间)/min | ||
CO | H2O | H2 | CO | |||
1 | 650 | 4 | 2 | 1.6 | 2.4 | 5 |
2 | 900 | 2 | 1 | 0.4 | 1.6 | 3 |
①平衡常数K(650℃)
②若将实验2中CO和H2O的物质的量加倍,则平衡时H2的物质的量浓度为
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【推荐3】工业上以煤和水为原料通过一系列转化可变为清洁能源氢气或工业原料甲醇。
(1)已知①C(s)+O2(g)=CO2(g) ΔH1
则碳与水蒸气反应C(s)+2H2O(g)CO2(g)+2H2(g)的ΔH =________ 。
(2)工业上也可以仅利用上述反应得到的CO2和H2进一步合成甲醇,反应方程式为:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH<0
①工业生产过程中CO2和H2的转化率________ (填“前者大”、“后者大”、“一样大”或“无法判断”),为了提高甲醇的产率可以采取的措施是_______________ (填两点)。
②在一恒温恒容密闭容器中充入1 mol CO2和3 mol H2进行上述反应。测得CO2和CH3OH(g)浓度随时间变化如下图所示。该温度下的平衡常数为______ (保留三位有效数字)。
改变温度,使反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)中的所有物质都为气态。起始温度体积相同(T1℃、2 L密闭容器).反应过程中部分数据见下表:
①达到平衡时,反应Ⅰ、Ⅱ对比:平衡常数K(Ⅰ)___ K(Ⅱ)(填“>”、“<”或“=”,下同);平衡时CH3OH的浓度c(Ⅰ)___ c(Ⅱ)。
②对反应Ⅰ,前10 min内的平均反应速率υ(CH3OH)=______ ,若30 min时只向容器中再充入1 mol CO2(g)和1 mol H2O(g),则平衡_____ 移动(填“正向”、“逆向”或“不”)。
(1)已知①C(s)+O2(g)=CO2(g) ΔH1
②2H2(g)+O2(g)=2H2O (l) ΔH2
③H2O (l)= H2O (g) ΔH3
则碳与水蒸气反应C(s)+2H2O(g)CO2(g)+2H2(g)的ΔH =
(2)工业上也可以仅利用上述反应得到的CO2和H2进一步合成甲醇,反应方程式为:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH<0
①工业生产过程中CO2和H2的转化率
②在一恒温恒容密闭容器中充入1 mol CO2和3 mol H2进行上述反应。测得CO2和CH3OH(g)浓度随时间变化如下图所示。该温度下的平衡常数为
改变温度,使反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)中的所有物质都为气态。起始温度体积相同(T1℃、2 L密闭容器).反应过程中部分数据见下表:
反应时间 | CO2(mol) | H2(mol) | CH3OH(mol) | H2O(mol) | |
反应Ⅰ 恒温恒容 | 0min | 2 | 6 | 0 | 0 |
10min | 4.5 | ||||
20min | 1 | ||||
30min | 1 | ||||
反应Ⅱ 绝热恒容 | 0min | 0 | 0 | 2 | 2 |
①达到平衡时,反应Ⅰ、Ⅱ对比:平衡常数K(Ⅰ)
②对反应Ⅰ,前10 min内的平均反应速率υ(CH3OH)=
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