Haber-Bosch法合成氨存在能耗高、污染严重等缺点。实现常温、常压下固氮是近年来研究的热点。回答下列问题:
(1)合成氨反应速率较慢,与反应的活化能高有很大关系,降低反应的活化能最有效的措施是_______ 。
(2)Haber-Bosch法合成氨发生的反应为,一定温度下,在恒压密闭容器中加入和,达到平衡时,的转化率为50%,且容器体积变为。
①初始时和的体积之和为_______ 。
②该条件下的平衡常数为_______ 。
(3)在催化剂表面,反应在常温、常压、光照条件下即可顺利进行,反应过程与能量关系如图所示:
①该反应每生成(已折算为标准状况下的体积),反应体系的能量变化为_______ 。
②平衡量与温度的关系如下表所示:
表中所涉及温度从高到低的顺序为_______ ,温度下反应达到平衡,以物质的量变化表示的平均反应速率为_______ 。
(1)合成氨反应速率较慢,与反应的活化能高有很大关系,降低反应的活化能最有效的措施是
(2)Haber-Bosch法合成氨发生的反应为,一定温度下,在恒压密闭容器中加入和,达到平衡时,的转化率为50%,且容器体积变为。
①初始时和的体积之和为
②该条件下的平衡常数为
(3)在催化剂表面,反应在常温、常压、光照条件下即可顺利进行,反应过程与能量关系如图所示:
①该反应每生成(已折算为标准状况下的体积),反应体系的能量变化为
②平衡量与温度的关系如下表所示:
平衡量/() | 6.0 | 5.9 | 4.8 |
更新时间:2023-02-14 18:31:39
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解答题-原理综合题
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【推荐1】Ⅰ.已知:反应aA(g)+bB(g)⇌cC(g),某温度下,在 2 L 的密闭容器中投入一定量的A、B,两种气体的物质的量浓度随时间变化的曲线如图所示。
(1)经测定前4 s内v(C)=0.05 mol·L−1·s−1,则该反应的化学方程式为______________ 。
(2)若上述反应分别在甲、乙、丙三个相同的密闭容器中进行,经同一段时间后,测得三个容器中的反应速率分别为甲:v(A)=0.3 mol·L−1·s−1;乙:v(B)=0.12 mol·L−1·s−1;丙:v(C)=9.6 mol·L−1·min−1,则甲、乙、丙三个容器中反应速率由快到慢的顺序为___________ (用甲、乙、丙表示)。
Ⅱ.为了研究外界条件对过氧化氢分解速率的影响,某同学做了以下实验,请回答下列问题。
(3)实验①的目的是_______________________________ ,实验中滴加FeCl3溶液的目的是____________________________ 。
(4)实验②未观察到预期的实验现象,为了帮助该同学达到实验目的,你提出的对上述操作的改进意见是______________________________________________________________ (用实验中所提供的几种试剂)。
(5)某同学在50 mL H2O2溶液中加入一定量的二氧化锰,放出气体的体积(标准状况)与反应时间的关系如右图所示,则A、B、C三点所表示的即时反应速率最慢的是______ 。
(1)经测定前4 s内v(C)=0.05 mol·L−1·s−1,则该反应的化学方程式为
(2)若上述反应分别在甲、乙、丙三个相同的密闭容器中进行,经同一段时间后,测得三个容器中的反应速率分别为甲:v(A)=0.3 mol·L−1·s−1;乙:v(B)=0.12 mol·L−1·s−1;丙:v(C)=9.6 mol·L−1·min−1,则甲、乙、丙三个容器中反应速率由快到慢的顺序为
Ⅱ.为了研究外界条件对过氧化氢分解速率的影响,某同学做了以下实验,请回答下列问题。
编号 | 操作 | 实验现象 |
① | 分别在试管A、B中加入5 mL 5% H2O2溶液,各滴入1~2 滴1 mol/L FeCl3溶液。待试管中均有适量气泡出现时,将试管A放入盛有5 ℃左右冷水的烧杯中;将试管B放入盛有40 ℃左右热水的烧杯中 | 试管A中不再产生气泡试管B中产生的气泡量增大 |
② | 另取两支试管分别加入5 mL 5% H2O2溶液和5 mL 10% H2O2溶液 | 试管A、B中均未见气泡产生 |
(4)实验②未观察到预期的实验现象,为了帮助该同学达到实验目的,你提出的对上述操作的改进意见是
(5)某同学在50 mL H2O2溶液中加入一定量的二氧化锰,放出气体的体积(标准状况)与反应时间的关系如右图所示,则A、B、C三点所表示的即时反应速率最慢的是
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【推荐2】汽车尾气及颗粒物等是造成近年来重度雾霾的原因之一。在汽车排气管中安装催化净化装置可以一定程度上减少对环境的伤害,其反应原理为2CO(g)+2NO(g)⇌N2(g)+2CO2(g) △H=−744kJ/mol。一定温度下,向aL恒容密闭容器中充入2molCO和2molNO模拟汽车尾气的净化,测得CO、CO2的物质的量浓度随时间变化如图所示。
回答下列问题:
(1)写出N2的电子式_______ ,a=_______ 。
(2)0~5min这段时间内用NO表示的平均反应速率为v(NO)=_______ 。
(3)为研究汽车尾气转化为无毒无害物质的有关反应,在密闭容器中充入10molCO和8molNO发生反应,如图所示为平衡时NO的体积分数与温度、压强的关系。回答下列问题:
①该反应达平衡后,为了在提高反应速率同时提高NO的转化率,可采取的措施_______ (填字母代号)。
a.改用高效催化剂 b.升高温度
c.缩小容器的体积 d.增加CO的浓度
②压强为10MPa、温度为T1下,若反应进行到20min达到平衡状态,请计算该温度下平衡常Kp=_______ (保留两位有效数字;用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
③若在D点对反应容器降温的同时缩小体积至体系压强增大,重新达到的平衡状态可能是图中A~G点中的_______ 点。
回答下列问题:
(1)写出N2的电子式
(2)0~5min这段时间内用NO表示的平均反应速率为v(NO)=
(3)为研究汽车尾气转化为无毒无害物质的有关反应,在密闭容器中充入10molCO和8molNO发生反应,如图所示为平衡时NO的体积分数与温度、压强的关系。回答下列问题:
①该反应达平衡后,为了在提高反应速率同时提高NO的转化率,可采取的措施
a.改用高效催化剂 b.升高温度
c.缩小容器的体积 d.增加CO的浓度
②压强为10MPa、温度为T1下,若反应进行到20min达到平衡状态,请计算该温度下平衡常Kp=
③若在D点对反应容器降温的同时缩小体积至体系压强增大,重新达到的平衡状态可能是图中A~G点中的
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【推荐3】氮氧化物常指和,是常见的空气污染物,科学处理及综合利用它们是环境科学研究的热点。
(1)选择性催化还原技术()是针对汽车尾气中的一项处理工艺。在中主要发生的化学反应如下:
Ⅰ.尿素的水解:尿素液被喷入尾气管,在高温条件下,完全水解为和。
Ⅱ.催化还原:在催化剂作用下与反应,生成和水。
Ⅲ.的催化氧化。
尿素的水解反应的化学方程式为_______ ;反应:为放热反应,则该反应中反应物的总键能_______ (填“大于”或“小于”)生成物的总键能。
(2)用催化还原可在一定程度上消除氮氧化物的污染,发生反应。在恒温条件下,向容积为的恒容密闭容器中分别通入和,测得随时间变化的有关实验数据如表所示:
①内,的平均反应速率_______ 。
②时,的正反应速率_______ (填“大于”、“小于”或“等于”)的逆反应速率。
③在上述条件下,的平衡转化率为_______ 。
④下列能说明该反应达到平衡状态的是_______ (填序号)。
A.的分压保持不变
B.单位时间,消耗,同时生成
C.外界条件不变时,气体组分的总质量不随时间改变
D.外界条件不变时,气体总分子数不再变化
(3)研究表明酸性复合吸收剂可有效脱硝。复合吸收剂组成一定时,温度对脱硝的影响如图所示。
①温度高于后,去除率下降的原因是_______ 。
②废气中的与反应的离子方程式为_______ ,当处理(标准状况下)某废气(的体积分数为,设其他物质均不参与反应)时,需消耗浓度为的溶液的体积为_______ (填含a、c的表达式)L。
(1)选择性催化还原技术()是针对汽车尾气中的一项处理工艺。在中主要发生的化学反应如下:
Ⅰ.尿素的水解:尿素液被喷入尾气管,在高温条件下,完全水解为和。
Ⅱ.催化还原:在催化剂作用下与反应,生成和水。
Ⅲ.的催化氧化。
尿素的水解反应的化学方程式为
(2)用催化还原可在一定程度上消除氮氧化物的污染,发生反应。在恒温条件下,向容积为的恒容密闭容器中分别通入和,测得随时间变化的有关实验数据如表所示:
时间/ | 0 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 |
0.5 | 0.35 | 0.25 | 0.17 | 0.10 | 0.10 |
①内,的平均反应速率
②时,的正反应速率
③在上述条件下,的平衡转化率为
④下列能说明该反应达到平衡状态的是
A.的分压保持不变
B.单位时间,消耗,同时生成
C.外界条件不变时,气体组分的总质量不随时间改变
D.外界条件不变时,气体总分子数不再变化
(3)研究表明酸性复合吸收剂可有效脱硝。复合吸收剂组成一定时,温度对脱硝的影响如图所示。
①温度高于后,去除率下降的原因是
②废气中的与反应的离子方程式为
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解题方法
【推荐1】有效转化是研究“碳中和”的重要方向。
(1)可用于人工合成淀粉,其中前两步的反应如下图所示。
已知
则的___________ (用、、表示)。
(2)CO2催化加氢可合成乙烯,反应为2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) ΔH<0,在恒压密闭容器中,起始充入2molCO2(g)和6molH2(g)发生反应,不同温度下达到平衡时各组分的体积分数随温度的变化如图所示。
①下列说法正确的是____
A.b点时:2v正(H2)=3v逆(H2O)
B.a、b、c三点的平衡常数:Ka>Kc>Kb
C.将H2O(g)液化分离可提高C2H4的产率
D.活性更高的催化剂可提高CO2的平衡转化率
②表示C2H4体积分数随温度变化的曲线是___________ (填“k”“l”“m”或“n”)
③若d点表示240℃某时刻H2的体积分数,保持温度不变,则反应向_________ (填“正”或“逆”)反应方向进行。
④205℃,反应达b点所用时间为tmin,则此过程中用CO2表示的反应速率是______ mol/min。若平衡时b点总压为P,则平衡常数Kp=_________ (列出计算式,以分压表示,分压=总压×物质的量分数)。
⑤其他条件相同,分别在催化剂X、Y作用下发生该反应,测得相同时间CO2的转化率与温度的关系如下图所示。使用催化剂X,当温度高于302℃,CO2转化随着温度升高而下降的原因是___________ 。
(1)可用于人工合成淀粉,其中前两步的反应如下图所示。
已知
则的
(2)CO2催化加氢可合成乙烯,反应为2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) ΔH<0,在恒压密闭容器中,起始充入2molCO2(g)和6molH2(g)发生反应,不同温度下达到平衡时各组分的体积分数随温度的变化如图所示。
①下列说法正确的是
A.b点时:2v正(H2)=3v逆(H2O)
B.a、b、c三点的平衡常数:Ka>Kc>Kb
C.将H2O(g)液化分离可提高C2H4的产率
D.活性更高的催化剂可提高CO2的平衡转化率
②表示C2H4体积分数随温度变化的曲线是
③若d点表示240℃某时刻H2的体积分数,保持温度不变,则反应向
④205℃,反应达b点所用时间为tmin,则此过程中用CO2表示的反应速率是
⑤其他条件相同,分别在催化剂X、Y作用下发生该反应,测得相同时间CO2的转化率与温度的关系如下图所示。使用催化剂X,当温度高于302℃,CO2转化随着温度升高而下降的原因是
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解答题-原理综合题
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【推荐2】回答下列问题:
(1)2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=-198kJ•mol-1,在V2O5存在时,该反应机理为:V2O5+SO2→2VO2+SO3(快);4VO2+O2→2V2O5(慢),下列说法正确的是___ 。
(2)已知反应:S(g)+O2(g)SO2(g) △H1;S(s)+O2(g)SO2(g) △H2;比较△H1___ △H2(填“>”“<”或“=”)。
II.某用活性炭还原处理氮氧化物,有关反应为C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)。
(3)写出上述反应的平衡常数表达式___ 。
(4)在2L恒容密闭容器中加入足量C与NO发生反应,所得数据如表,回答下列问题。
①结合表中数据,判断该反应的ΔH___ 0(填“>”或“<”),理由是___ (请从K变化角度分析)。
②判断该反应达到平衡的依据是___ (填字母)。
A.容器内气体密度恒定 B.容器内各气体浓度恒定
C.容器内压强恒定 D.2v正(NO)=v逆(N2)
(5)合成氨反应常使用铁触媒提高反应速率。如图为有、无铁触媒时,反应的能量变化示意图。写出该反应的热化学方程式:___ 。从能量角度分析,铁触媒的作用是___ 。
(1)2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=-198kJ•mol-1,在V2O5存在时,该反应机理为:V2O5+SO2→2VO2+SO3(快);4VO2+O2→2V2O5(慢),下列说法正确的是
A.反应速率主要取决于V2O5的质量 | B.VO2是该反应的催化剂 |
C.该反应逆反应的活化能大于198kJ•mol-1 | D.升高温度,该反应的ΔH增大 |
II.某用活性炭还原处理氮氧化物,有关反应为C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)。
(3)写出上述反应的平衡常数表达式
(4)在2L恒容密闭容器中加入足量C与NO发生反应,所得数据如表,回答下列问题。
实验编号 | 温度/℃ | 起始时NO的物质的量/mol | 平衡时N2的物质的量/mol |
1 | 700 | 0.40 | 0.09 |
2 | 800 | 0.24 | 0.08 |
①结合表中数据,判断该反应的ΔH
②判断该反应达到平衡的依据是
A.容器内气体密度恒定 B.容器内各气体浓度恒定
C.容器内压强恒定 D.2v正(NO)=v逆(N2)
(5)合成氨反应常使用铁触媒提高反应速率。如图为有、无铁触媒时,反应的能量变化示意图。写出该反应的热化学方程式:
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解答题-实验探究题
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解题方法
【推荐3】乙酸乙酯是重要化工原料,沸点约77 ℃。其水解反应方程式为CH3COOCH2CH3+H2OCH3COOH+CH3CH2OH。
酸和碱均可用作该反应的催化剂。某兴趣小组对NaOH溶液催化乙酸乙酯水解进行了探究。
实验步骤:
向试管中加入8 mL NaOH溶液,再加入2 mL乙酸乙酯,用直尺量出乙酸乙酯的高度。再把试管放入70 ℃的水浴中,每隔1 min将其取出,振荡,静置,立即测量并记录剩余酯层的高度,再迅速放回水浴中继续加热,如此反复进行。改变NaOH溶液的浓度,重复实验。
数据记录:
乙酸乙酯水解后剩余的高度/mm
回答下列问题:
(1)完成上述对比实验时,每组实验都必须控制不变的因素有________ 、________ 、________ 、反应时间、试管规格、操作流程等;
(2)分析上述数据,得到乙酸乙酯水解速率的结论是:
①NaOH溶液浓度越大,水解速率越___________________________________ ;
②______________________________________________________________ ;
(3)结论②的理论解释是______________________________________________ ;
(4)欲使乙酸乙酯完全水解,可采取的措施是_____________________________________________ ;
(5)有同学认为有必要用蒸馏水代替NaOH溶液重复实验,对上述数据进行修正,主要原因是_______________________________________________________________ 。
酸和碱均可用作该反应的催化剂。某兴趣小组对NaOH溶液催化乙酸乙酯水解进行了探究。
实验步骤:
向试管中加入8 mL NaOH溶液,再加入2 mL乙酸乙酯,用直尺量出乙酸乙酯的高度。再把试管放入70 ℃的水浴中,每隔1 min将其取出,振荡,静置,立即测量并记录剩余酯层的高度,再迅速放回水浴中继续加热,如此反复进行。改变NaOH溶液的浓度,重复实验。
数据记录:
乙酸乙酯水解后剩余的高度/mm
组别 | c(NaOH)/ mol·L-1 | 时间/min | ||||||||
0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | ||
1 | 0.5 | 10.0 | 9.0 | 8.0 | 7.5 | 7.0 | 6.5 | 6.5 | 6.5 | 6.5 |
2 | 1.0 | 10.0 | 8.5 | 7.0 | 6.0 | 5.0 | 4.5 | 4.5 | 4.5 | 4.5 |
3 | 2.0 | 10.0 | 8.0 | 6.0 | 4.5 | 3.0 | 2.0 | 1.5 | 1.5 | 1.5 |
(1)完成上述对比实验时,每组实验都必须控制不变的因素有
(2)分析上述数据,得到乙酸乙酯水解速率的结论是:
①NaOH溶液浓度越大,水解速率越
②
(3)结论②的理论解释是
(4)欲使乙酸乙酯完全水解,可采取的措施是
(5)有同学认为有必要用蒸馏水代替NaOH溶液重复实验,对上述数据进行修正,主要原因是
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解题方法
【推荐1】利用I2O5可消除CO污染或定量测定CO,反应为:5CO(g)+I2O5(s)5CO2(g)+I2(s);△H1
(1)已知:2CO(g)+O2(g)2CO2(g);△H2
2I2(s)+5O2(g)2I2O5(s);△H3
则△H1=___ (用含△H2和△H3的代数式表示).
(2)不同温度下,向装有足量I2O5固体的1L恒容密闭容器中通入1molCO,测得CO2的浓度c(CO2)随时间t变化曲线如图。请回答:
①从反应开始至a点时的反应速率为v(CO)=__ ,b点时化学平衡常数Kb=__ 。
②d点时,温度不变,若将容器体积压缩至原来的一半,平衡将__ 移动(填“正移”,“逆移”,“不移动”)。
③下列说法正确的是__ 。(填字母序号)
A.容器内气体密度不变,表明反应达到平衡状态
B.两种温度下,c点时体系中混合气体的平均相对分子质量相等
C.增加I2O5的投料量有利于提高CO的转化率
D.b点和d点的化学平衡常数:Kb<Kd.
(3)用CO2催化加氢可制取乙烯:2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)△H<0
向1L容密闭容器中通入1molCO2和nmolH2,在一定条件下发生上述反应,测得CO2的转化率a(CO2)与反应温度、投料比X[]的关系如图所示。
①X1___ X2(填“>”“<”或“=”,下同),平衡常数Ka__ Kb__ Kc。
②下列措施能同时满足增大反应速率和提高CO2转化率的是___ 。
a.升高温度
b.加入催化剂
c.增大投料比X
d.增加压强
e.将产物从反应体系中分离出来
(1)已知:2CO(g)+O2(g)2CO2(g);△H2
2I2(s)+5O2(g)2I2O5(s);△H3
则△H1=
(2)不同温度下,向装有足量I2O5固体的1L恒容密闭容器中通入1molCO,测得CO2的浓度c(CO2)随时间t变化曲线如图。请回答:
①从反应开始至a点时的反应速率为v(CO)=
②d点时,温度不变,若将容器体积压缩至原来的一半,平衡将
③下列说法正确的是
A.容器内气体密度不变,表明反应达到平衡状态
B.两种温度下,c点时体系中混合气体的平均相对分子质量相等
C.增加I2O5的投料量有利于提高CO的转化率
D.b点和d点的化学平衡常数:Kb<Kd.
(3)用CO2催化加氢可制取乙烯:2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)△H<0
向1L容密闭容器中通入1molCO2和nmolH2,在一定条件下发生上述反应,测得CO2的转化率a(CO2)与反应温度、投料比X[]的关系如图所示。
①X1
②下列措施能同时满足增大反应速率和提高CO2转化率的是
a.升高温度
b.加入催化剂
c.增大投料比X
d.增加压强
e.将产物从反应体系中分离出来
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【推荐2】航天员呼吸产生的CO2用下列反应处理,可实现空间站中O2的循环利用。
Sabatier反应:CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)
水电解反应:2H2O(l)2H2(g)+O2(g)
(1)将原料气按∶=1∶4置于密闭容器中发生Sabatier反应,测得H2O(g)的物质的量分数与温度的关系如图所示(虚线表示平衡曲线)。
① 该反应的平衡常数K随温度升高而__________ (填“增大”或“减小”)。
② 温度过高或过低均不利于该反应的进行,原因是________ 。
③ 200℃达到平衡时体系的总压强为p,该反应平衡常数Kp的计算式为________ 。(不必化简。用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)
(2)Sabatier反应在空间站运行时,下列措施能提高CO2转化效率的是______ (填标号)。
A.适当减压
B.增大催化剂的比表面积
C.反应器前段加热,后段冷却
D.提高原料气中CO2所占比例
E.合理控制反应器中气体的流速
(3)一种新的循环利用方案是用Bosch反应CO2(g)+2H2(g)⇌C(s)+2H2O(g)代替Sabatier反应。
① 已知CO2(g)、H2O(g)的生成焓分别为–394 kJ∙mol-1、–242 kJ∙mol-1,Bosch反应的ΔH =________ kJ∙mol-1。(生成焓指一定条件下由对应单质生成1mol化合物时的反应热)
② 一定条件下Bosch反应必须在高温下才能启动,原因是________ 。
③ 新方案的优点是________ 。
Sabatier反应:CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)
水电解反应:2H2O(l)2H2(g)+O2(g)
(1)将原料气按∶=1∶4置于密闭容器中发生Sabatier反应,测得H2O(g)的物质的量分数与温度的关系如图所示(虚线表示平衡曲线)。
① 该反应的平衡常数K随温度升高而
② 温度过高或过低均不利于该反应的进行,原因是
③ 200℃达到平衡时体系的总压强为p,该反应平衡常数Kp的计算式为
(2)Sabatier反应在空间站运行时,下列措施能提高CO2转化效率的是
A.适当减压
B.增大催化剂的比表面积
C.反应器前段加热,后段冷却
D.提高原料气中CO2所占比例
E.合理控制反应器中气体的流速
(3)一种新的循环利用方案是用Bosch反应CO2(g)+2H2(g)⇌C(s)+2H2O(g)代替Sabatier反应。
① 已知CO2(g)、H2O(g)的生成焓分别为–394 kJ∙mol-1、–242 kJ∙mol-1,Bosch反应的ΔH =
② 一定条件下Bosch反应必须在高温下才能启动,原因是
③ 新方案的优点是
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适中
(0.65)
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解题方法
【推荐3】工业制备硫酸的主要反应之一为SO2与O2反应生成SO3。请回答下列问题:
(1) SO2与O2反应生成SO3的反应过程的能量变化如图所示。由图中曲线变化可知,该反应为___________ 反应(填“放热”或“吸热”)。
(2)其他条件不变时,不同温度下SO2的转化率随时间的变化情况如图所示,则___________ (填“>”或“<”),升高温度,SO2的平衡转化率___________ (填“增大”“减小”或“不变”)。
(3)某次实验中,在容积为2L的恒温密闭容器中通入2mol SO2和bmol O2,反应过程中部分物质的物质的量随反应时间的变化如图所示。
①甲为___________ (填化学式,下同),乙为___________ 。
②SO2与O2反应生成SO3的反应是___________ (填“可逆”或“不可逆”)反应。
③10min时,___________ (填“>”“<”或“=”)。
④0~25min内,反应速率___________ 。
⑤反应达到平衡时,SO2的转化率为___________ 。
(1) SO2与O2反应生成SO3的反应过程的能量变化如图所示。由图中曲线变化可知,该反应为
(2)其他条件不变时,不同温度下SO2的转化率随时间的变化情况如图所示,则
(3)某次实验中,在容积为2L的恒温密闭容器中通入2mol SO2和bmol O2,反应过程中部分物质的物质的量随反应时间的变化如图所示。
①甲为
②SO2与O2反应生成SO3的反应是
③10min时,
④0~25min内,反应速率
⑤反应达到平衡时,SO2的转化率为
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