组卷网 > 高中化学综合库 > 化学反应原理 > 化学反应速率与化学平衡 > 化学平衡 > 化学平衡的有关计算 > 化学平衡常数的有关计算
题型:解答题-工业流程题 难度:0.4 引用次数:361 题号:22196218
以大洋锰结核(主要由MnO2和铁氧化物组成,还含有Al、Mg、Zn、Ca、Si等元素)为原料,制备MnxOy及Mn(H2PO4)2·2H2O,所得产品具有广泛的用途。制备过程如下图所示:

已知:①金属离子浓度≤10-5mol/L时,认为该离子沉淀完全。相关离子形成氢氧化物沉淀的pH范围如下:
金属离子Mn2Fe2Fe3Al3Mg2Zn2
开始沉淀的pH8.16.31.53.48.96.2
沉淀完全的pH10.18.32.84.710.98.2
②25℃时,Ksp(ZnS)=2.9×10-25;Ksp(MnF2)=5.3×10-3;Ksp(MgF2)=7.4×10-11;Ksp(MnCO3)=1.0×10-11
(1)基态锰原子的价层电子轨道表示式为___________
(2)“浸取”时,有副产物MnS2O6生成,请写出该副反应的化学方程式___________。温度对锰的浸出率、MnS2O6生成率的影响如图所示,为了减少副产物的生成,最适宜的温度___________

(3)“调pH”时,应控制的pH范围是___________。“净化”后滤渣3的主要成分___________
(4)“沉锰”时,加入过量NH4HCO3溶液,该反应的离子方程式为___________。若改用加入(NH4)2CO3溶液,还会产生Mn(OH)2,可能的原因是:MnCO3(s)+2OH-(aq) Mn(OH)2(s)+CO32-(aq),25℃时,计算该反应的平衡常数的对数值lg K = ___________(填数值)。
(5)要将“溶解”后的溶液制得Mn(H2PO4)2·2H2O晶体,操作X为___________、过滤、洗涤、干燥。
(6)“煅烧”时,不同条件下煅烧可制得不同锰的氧化物晶体。
①晶体Ⅰ可作脱硫剂,其长方体晶胞结构如图。阿伏伽德罗常数为NA mol-1,则晶体Ⅰ的密度为___________g·cm-3

②晶体Ⅱ可作电池正极材料,通过Zn2+在晶体Ⅱ中嵌入和脱嵌,实现电极材料充放电的原理如图所示。“ii”代表电池___________(填“充电”或“放电”)过程,“iii”的电极反应式为___________

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【推荐1】全球空气污染日趋严重,消除氮氧化物污染对建设宜居环境有重要意义。
(1)已知:2NO(g)+O2(g)=2NO2(g) ΔH1=-114 kJ·mol-1
C(s)+O2(g)=CO2(g) ΔH2=-393.5 kJ·mol-1
N2(g)+O2(g)=2NO(g) ΔH3=+181 kJ·mol-1
某反应的平衡常数表达式为K= ,写出该反应的热化学方程式___________
(2)利用氨气可将汽车尾气中的NOx还原为N2和H2O,反应原理是:NO(g)+NO2(g)+2NH3(g) 3H2O(g)+2N2(g) ΔH

①该反应化学平衡常数K与温度t关系如上图所示,则ΔH___________0(填“>”、“<”或“=”)。
②能增加平衡时NOx去除率的条件是___________
A.高温高压       B.低温低压       C.选择优异催化剂 D.一定条件下分离出水
③500℃时,在2 L恒容密闭容器中充入1 mol NO、1 mol NO2和2 mol NH3,10 min时反应达到平衡,此时NH3的转化率为50%,体系压强为pMPa,则0~10 min内用NH3表示的平均反应速率v(NH3)=___________,该反应的平衡常数Kp=___________Mpa(用含p的代数式表示,某组分B的平衡压强p(B)可代替物质的量浓度c(B),如p(B)=p·x(B),p为平衡总压强,x(B)为平衡系统中B的物质的量分数)。
(3)用活性炭还原法处理氮氧化物的有关反应为:C(s)+2NO(g) N2(g)+CO2(g)。向一恒压密闭容器中加入活性炭(足量)和NO,t1时到达平衡。在t2时刻继续充入一定量NO,t3时刻重新到达平衡,请在下图中作出逆反应速率在t2~t3变化的曲线___________

(4)在恒温恒容密闭容器中发生反应C(s)+2NO(g) N2(g)+CO2(g) ,下列说法正确的是___________。
A.NO与CO2的物质的量之比不变时说明反应已达平衡
B.混合气体的压强不变时说明反应已达平衡
C.该反应能否自发的判断依据主要由ΔH决定
D.增加碳的量,导致Qc<K,平衡正向移动
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【推荐2】为实现碳中和目标,利用CO、CO2加氢制甲醇的有关反应如下:
反应Ⅰ 2H2(g)+CO(g)CH3OH(g) ΔH1<0
反应Ⅱ H2(g)+CO2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH2>0
反应Ⅲ 3H2(g)+CO2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH3
回答下列问题:
(1)反应Ⅰ的ΔH1=___________(用含ΔH2、ΔH3的式子表示)。
(2)一定条件下,在容积恒定为V L的密闭容器中充入1 mol CO和2 mol H2,在催化剂作用下发生上述反应Ⅰ,CO的平衡转化率与温度、压强的关系如图1所示。
   
①图中b、c、d三点的化学平衡常数分别为Kb、Kc、Kd,它们的大小关系为___________
②比较体系中气体平均摩尔质量:M(b)___________(填“>”、“<”或“=”)M(d)。
③下列措施中能够同时增大正反应速率和提高CO的平衡转化率的是___________(填字母)。
A.使用高效催化剂       B.降低反应温度
C.再充入2 mol CO和4 mol H2 D.不断将甲醇从体系中分离出来
(3)在密闭容器中充入CO2、H2,发生上述反应Ⅱ和反应Ⅲ,在不同催化剂Cat1、Cat2作用下,测得温度与甲醇选择性的关系如图2所示。在其他条件相同时,若想主要发生反应Ⅲ,应选择催化效率较高的 ___________(填“Cat1”或“Cat2”)催化剂。
   
(4)在不同温度、压强和相同催化剂条件下,发生反应Ⅲ,初始时CO2和H2的物质的量分别为1.0 mol、3.0 mol,测得H2的平衡转化率[α(H2)]随温度和压强的变化如图3所示。
   
①图中压强p1、p2、p3由小到大的顺序为 ___________
②250 ℃、p3条件下,该反应的平衡常数Kp=___________(用含p3的代数式表示,分压=总压×物质的量分数)。
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请回答下列问题:
(1)工业上主要利用以下反应合成甲醇:。已知在一定条件下该反应的,假设该反应的焓变和熵变不随温度的改变而改变,请计算该反应能够发生的适宜温度T的取值范围___________K(用含a、b的代数式表示)。
(2)合成甲醇的工艺主要分为两类,一类称为直接法:直接加合成甲醇;一类称为间接法:通过逆水煤气反应,先合成后,再合成甲醇。
Ⅰ.
Ⅱ.
Ⅲ.
①若利用间接工艺法合成甲醇,反应的决速步为逆水煤气反应,下列示意图中能体现上述反应体系能量变化的是___________(填字母)。

A.       B.

C.       D.

②室温下,二氧化碳与氢气合成甲醇的平衡常数K为,寻找催化效率高、选择性高的催化剂是推动该反应投入实际生产的一个重要研究方向。在某催化剂下,反应Ⅲ的反应历程(图中的数据表示的仅为微粒的数目以及各个段微粒的相对总能量,*表示吸附在催化剂上)如图所示:

已知V中有一种吸附在催化剂表面的物质,V可表示为___________
③工业生产中测定体系的压强具有实际意义。一定温度下,仅利用反应直接合成甲醇,将体积分数为的进料气(含杂质气体),以纳米纤维为催化剂,控制压强为发生反应Ⅰ,进料气中杂质气体不反应,达到平衡时二氧化碳的转化率为90%,达到平衡时,___________,反应Ⅰ的平衡常数___________(为用分压表示的平衡常数,分压=总压×物质的量分数,用含a的代数式表示)。
(3)甲醇便于运输,是一种具有前景的液体燃料,利用手持技术,通过测定甲醇、乙醇、正丙醇等三种物质在温度传感器尖头处蒸发时的温度变化曲线,根据曲线下降的幅度和速率的快慢,可以比较它们之间的分子间作用力的大小。请判断表示甲醇的曲线是___________,理由是___________

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