CO2和甲烷催化合成CO和H2是CO2资源化利用的有效途径。主要反应为_________ 。
(2)在恒温、恒容的密闭容器中发生反应I,下列选项能够说明反应I达到平衡状态的是______ 。
A.混合气体的密度不变
B.混合气体的总压强不变
C.CH4、CO2、CO、H2的物质的量之比为1:1:2:2
D.3V正(H2)=V逆(CH4)
E.混合气体的平均相对分子质量不变
(3)催化合成的温度通常维持在550-750℃之间,从反应速率角度分析其主要原因可能是_________ 。
(4)将CH4与CO2各1mol充入某密闭容器中,发生反应I。100Kpa时,反应I到达平衡时CO2的体积分数与温度的关系曲线如图所示。①图中A、B、C三点表示不同温度、压强下达到平衡时CO2的体积分数,则______ 点对应的平衡常数最小,判断依据是________ ;__________ 点对应的压强最大。
②300℃,100Kpa下,该容器中反应I经过40min达到平衡,计算反应在0-40min内的平均反应速率为v(CO2)=_________ mol/min(结果保留两位有效数字),该温度下的压强平衡常数Kp=________ 。
(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)
Ⅰ:CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g) △H=+247kJ/mol
(1)已知CH4(g)+H2O(g) CO(g)+H2(g) △H=+206kJ/mol
写出CH4和水蒸气反应生成CO2的热化学方程式(2)在恒温、恒容的密闭容器中发生反应I,下列选项能够说明反应I达到平衡状态的是
A.混合气体的密度不变
B.混合气体的总压强不变
C.CH4、CO2、CO、H2的物质的量之比为1:1:2:2
D.3V正(H2)=V逆(CH4)
E.混合气体的平均相对分子质量不变
(3)催化合成的温度通常维持在550-750℃之间,从反应速率角度分析其主要原因可能是
(4)将CH4与CO2各1mol充入某密闭容器中,发生反应I。100Kpa时,反应I到达平衡时CO2的体积分数与温度的关系曲线如图所示。①图中A、B、C三点表示不同温度、压强下达到平衡时CO2的体积分数,则
②300℃,100Kpa下,该容器中反应I经过40min达到平衡,计算反应在0-40min内的平均反应速率为v(CO2)=
(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)
更新时间:2017/06/05 21:06:12
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【推荐1】将天然气(主要成分为CH4)中的CO2、H2S资源化转化在能源利用、环境保护等方面意义重大。
(1)CO2转化为CO、H2S转化为S的反应如下:
i.2CO2(g)=2CO(g)+O2(g) △H1=+566kJ/mol
ii.2H2S(g)+O2(g)=2H2O(l)+2S(s) △H2=﹣530kJ/mol
iii.CO2、H2S转化生成CO、S等物质的热化学方程式是___________ 。
(2)CO2性质稳定,是一种“惰性”分子。对于反应ⅲ,通过设计合适的催化剂可以降低______ ,提高反应速率。
a.活化能 b.△H c.平衡常数
(3)我国科学家研制新型催化剂,设计协同转化装置实现反应ⅲ,工作原理如下所示。
【方案1】若M3+/M2+=Fe3+/Fe2+
①所含Fe3+、Fe2+的溶液需为较强的酸性,原因是___________ 。
②结合反应式说明生成S、CO的原理:___________ 。
【方案2】若M3+/M2+=EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+(配合物)
已知:电解效率η的定义:
③测得η(EDTA-Fe3+)≈100%,η(CO)≈80%。阴极放电的物质有___________ 。
④为进一步确认CO2、H2S能协同转化,对CO的来源分析如下:
来源1:CO2通过电极反应产生CO
来源2:电解质(含碳元素)等物质发生降解,产生CO
设计实验探究,证实来源2不成立。实验方案是___________ 。
结论:方案2明显优于方案1,该研究成果为天然气的净化、资源化转化提供了工业化解决思路。
(1)CO2转化为CO、H2S转化为S的反应如下:
i.2CO2(g)=2CO(g)+O2(g) △H1=+566kJ/mol
ii.2H2S(g)+O2(g)=2H2O(l)+2S(s) △H2=﹣530kJ/mol
iii.CO2、H2S转化生成CO、S等物质的热化学方程式是
(2)CO2性质稳定,是一种“惰性”分子。对于反应ⅲ,通过设计合适的催化剂可以降低
a.活化能 b.△H c.平衡常数
(3)我国科学家研制新型催化剂,设计协同转化装置实现反应ⅲ,工作原理如下所示。
【方案1】若M3+/M2+=Fe3+/Fe2+
①所含Fe3+、Fe2+的溶液需为较强的酸性,原因是
②结合反应式说明生成S、CO的原理:
【方案2】若M3+/M2+=EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+(配合物)
已知:电解效率η的定义:
③测得η(EDTA-Fe3+)≈100%,η(CO)≈80%。阴极放电的物质有
④为进一步确认CO2、H2S能协同转化,对CO的来源分析如下:
来源1:CO2通过电极反应产生CO
来源2:电解质(含碳元素)等物质发生降解,产生CO
设计实验探究,证实来源2不成立。实验方案是
结论:方案2明显优于方案1,该研究成果为天然气的净化、资源化转化提供了工业化解决思路。
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【推荐2】氮氧化物是大气污染物之一,可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) 。
(1)已知:N2(g)+O2(g)=2NO(g) ΔH1=+a kJ·mol-1;C(s)的燃烧热为ΔH2=-b kJ·mol-1。
①反应 C(s)+2NO(g) N2(g)+CO2(g)的ΔH =___________ kJ·mol-1(用含 a、b 的代数式表示)。
② C,N,O三种元素电负性由强到弱的顺序是___________ ,第一电离能依次增大的顺序是___________ 。(填元素符号)
③研究人员对比研究活性炭、负载钙、镧氧化物对该反应的反应活性。在三个反应器中分别加入C、CaO/C、La2O3/C,通入相同浓度的NO,不同温度下测得反应2小时时NO去除率如图所示,据图分析,温度在 500℃以内,三种情况下反应的活化能最小的是___________ (填“C”、“CaO/C”或 “La2O3/C”)。(2)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:
①由表可知700℃时,该反应的平衡常数 K=___________ 。
②结合表中数据,判断该反应的ΔH___________ 0(填“>”或“<”),理由是___________ 。
(3)某温度下,若向2L体积恒定的密闭容器中充入等物质的量的N2 和CO2发生反应:N2(g)+CO2(g) C(s)+2NO(g);其中N2、NO物质的量随时间变化的曲线如图所示:①图中B点v正___________ v逆(填“>” “<”或“=”)。
②第10min时,外界改变的条件可能是___________ (填字母)。
A.加催化剂
B.增大C(s)的物质的量
C.减小CO2的物质的量
D.升温
E.降温
(1)已知:N2(g)+O2(g)=2NO(g) ΔH1=+a kJ·mol-1;C(s)的燃烧热为ΔH2=-b kJ·mol-1。
①反应 C(s)+2NO(g) N2(g)+CO2(g)的ΔH =
② C,N,O三种元素电负性由强到弱的顺序是
③研究人员对比研究活性炭、负载钙、镧氧化物对该反应的反应活性。在三个反应器中分别加入C、CaO/C、La2O3/C,通入相同浓度的NO,不同温度下测得反应2小时时NO去除率如图所示,据图分析,温度在 500℃以内,三种情况下反应的活化能最小的是
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 | 0.24 | 0.08 |
2 | 800 | 0.40 | 0.09 |
②结合表中数据,判断该反应的ΔH
(3)某温度下,若向2L体积恒定的密闭容器中充入等物质的量的N2 和CO2发生反应:N2(g)+CO2(g) C(s)+2NO(g);其中N2、NO物质的量随时间变化的曲线如图所示:①图中B点v正
②第10min时,外界改变的条件可能是
A.加催化剂
B.增大C(s)的物质的量
C.减小CO2的物质的量
D.升温
E.降温
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【推荐3】Ⅰ.研究和深度开发、的应用对构建生态文明社会具有重要的意义。
(1)可用于炼铁。
已知:a.
b.
则还原的热化学方程式为_______ 。
(2)和充入一定体积的密闭容器中,在两种温度下发生反应:,测得的物质的量随时间的变化如图所示。
①曲线对应的平衡常数大小关系为_______ (填“>”“=”或“<”)。
②一定温度下,在容积相同且固定的两个密闭容器中,按如下方式加入反应物,一段时间后达到平衡。
若甲中平衡后气体的压强为开始的0.8倍,要使平衡后乙与甲中相同组分的体积分数相等,且起始时维持化学反应向逆反应方向进行,则c的取值范围为_______ 。
(3)利用光能和光催化剂,可将和转化为和。紫外光照射时,在不同催化剂(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)作用下,产量随光照时间的变化如图所示。在0~15h内,的平均生成速率Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ从大到小的顺序为_______ 。
Ⅱ.固体氧化物电解池(SOEC)用于高温共电解,既可高效制备合成气(),又可实现的减排,其工作原理如图所示。
(4)b为电源的_______ (填“正极”或“负极”);
(5)写出电极c发生的电极反应式:_______ (写出其中一种即可)。
(1)可用于炼铁。
已知:a.
b.
则还原的热化学方程式为
(2)和充入一定体积的密闭容器中,在两种温度下发生反应:,测得的物质的量随时间的变化如图所示。
①曲线对应的平衡常数大小关系为
②一定温度下,在容积相同且固定的两个密闭容器中,按如下方式加入反应物,一段时间后达到平衡。
容器 | 甲 | 乙 |
反应物投入量 | 1、3 | a、b、c、c |
(3)利用光能和光催化剂,可将和转化为和。紫外光照射时,在不同催化剂(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)作用下,产量随光照时间的变化如图所示。在0~15h内,的平均生成速率Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ从大到小的顺序为
Ⅱ.固体氧化物电解池(SOEC)用于高温共电解,既可高效制备合成气(),又可实现的减排,其工作原理如图所示。
(4)b为电源的
(5)写出电极c发生的电极反应式:
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【推荐1】乙炔可用于照明、焊接及切割金属,也是制备乙醛、醋酸、苯、合成橡胶、合成纤维等的基本原料。甲烷催化裂解是工业上制备乙炔的方法之一,裂化反应体系主要涉及以下过程:
a)2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g) △H1
b)C2H2(g)+H2(g)C2H4(g) △H2
c)CH4(g)C(s)+2H2(g) △H3
d)2CH4(g)C2H4(g)+H2(g) △H1
(1)根据盖斯定律,△H1=____ (用代数式表示)
(2)恒容密闭容器中,上述反应体系一定温度下达到平衡后,下列说法正确的是____ 。
(3)反应a的v逆=k·p(C2H2)·p3(H2),k为速率常数,在某温度下,测得实验数据如表:
分析数据得知,p2=____ MPa,该温度下,该反应的逆反应速率常数k=____ MPa-3·min-1。
(4)一定条件下,向VL恒容密闭容器中充入0.12molCH4,只发生反应d,达到平衡时,测得分压p(H2):p(CH4)=2:1。CH4的平衡转化率为____ (结果保留两位有效数字)。
(5)在恒容密闭容器中,甲烷分解体系中几种气体的平衡分压(p/Pa)与温度(t/℃)的关系如图所示。
①由图象可知,反应a、b、c中属于吸热反应的是____ 。
②工业上催化裂解甲烷常通入一定量的H2,原因是____ 。
a)2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g) △H1
b)C2H2(g)+H2(g)C2H4(g) △H2
c)CH4(g)C(s)+2H2(g) △H3
d)2CH4(g)C2H4(g)+H2(g) △H1
(1)根据盖斯定律,△H1=
(2)恒容密闭容器中,上述反应体系一定温度下达到平衡后,下列说法正确的是
A.C2H2与H2浓度之比不再变化 | B.C2H2和C2H4的浓度相等 |
C.移走部分的C(s),反应b、c平衡均正向移动 | D.充入H2,反应a、c、d的正反应速率减小 |
p(C2H2)(MPa) | p(H2)(MPa) | v逆(MPa·min-1) |
0.05 | p1 | 4.8 |
p2 | p1 | 19.2 |
p2 | 0.15 | 8.1 |
(4)一定条件下,向VL恒容密闭容器中充入0.12molCH4,只发生反应d,达到平衡时,测得分压p(H2):p(CH4)=2:1。CH4的平衡转化率为
(5)在恒容密闭容器中,甲烷分解体系中几种气体的平衡分压(p/Pa)与温度(t/℃)的关系如图所示。
①由图象可知,反应a、b、c中属于吸热反应的是
②工业上催化裂解甲烷常通入一定量的H2,原因是
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【推荐2】丙烯(C3H6)是重要的有机化工原料。丙烷脱氢制丙烯发生的主要反应及能量变化如下图。
(1)丙烷脱氢制丙烯为强吸热过程。
①为提供反应所需热量,恒压时若向原料气中掺入水蒸气,则K(主反应)____ (填“增大”、“减小”或“不变”,下同),转化率α(C3H8)_____ 。
②温度升高,副反应更容易发生的主要原因是__________________________________ 。
(2)下图为丙烷直接脱氢法中丙烷和丙烯的平衡体积分数与温度、压强的关系(图中的压强分
别为104 Pa和105 Pa)。
①104 Pa时,图中表示丙烯的曲线是____ (填“ⅰ”、“ⅱ”、“ⅲ”或“ⅳ”)。
②104 Pa、500 ℃时,主反应用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp=_____ (已知:气体分压=气体总压×体积分数)。
(3)利用CO2的弱氧化性,开发了丙烷氧化脱氢制丙烯的新工艺。
该工艺可采用铬的氧化物为催化剂,其反应机理如图。
已知:CO和H2的燃烧热分别为△H =-283.0 kJ·mol-1、△H =-285.8 kJ·mol-1。
①图中催化剂为______ 。
②298 K 时,该工艺总反应的热化学方程式为_____________________________________ 。
③该工艺可以有效消除催化剂表面的积炭,维持催化剂活性,原因是__________ 。
(1)丙烷脱氢制丙烯为强吸热过程。
①为提供反应所需热量,恒压时若向原料气中掺入水蒸气,则K(主反应)
②温度升高,副反应更容易发生的主要原因是
(2)下图为丙烷直接脱氢法中丙烷和丙烯的平衡体积分数与温度、压强的关系(图中的压强分
别为104 Pa和105 Pa)。
①104 Pa时,图中表示丙烯的曲线是
②104 Pa、500 ℃时,主反应用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp=
(3)利用CO2的弱氧化性,开发了丙烷氧化脱氢制丙烯的新工艺。
该工艺可采用铬的氧化物为催化剂,其反应机理如图。
已知:CO和H2的燃烧热分别为△H =-283.0 kJ·mol-1、△H =-285.8 kJ·mol-1。
①图中催化剂为
②298 K 时,该工艺总反应的热化学方程式为
③该工艺可以有效消除催化剂表面的积炭,维持催化剂活性,原因是
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【推荐3】氮元素是非常重要的非金属元素。回答下列问题:
Ⅰ.研究氮氧化物的反应机理对于消除污染有重要指导作用。能将氧化成,自身被还原为。已知:
①
②
③
(1)氧化生成和的热化学方程式为___________ 。
Ⅱ.氨的合成一直都是科研工作研究的重点。
(2)某温度下,向容积固定为的密闭容器中充入物质的量之和为的和的混合气体,发生反应,平衡时的体积分数与起始的关系如图甲所示。①当起始时,反应经过达到平衡状态,则内平均反应速率v(N2)=________ mol/(L·min),的转化率___________ 。若容器内起始压强为,用平衡分压代替平衡浓度计算该反应的平衡常数___________ (用含的表达式表示,分压=总压×物质的量分数)。
②若保持其他条件不变,当时,平衡体系中的体积分数不可能为点的原因是___________ 。
(3)电催化合成氨的反应为2N2(g)+6H2O(g)4NH3(g)+3O2(g),其原理如图乙所示。电极为___________ (填“阳极”或“阴极”),电极上发生的电极反应式为___________ 。
Ⅰ.研究氮氧化物的反应机理对于消除污染有重要指导作用。能将氧化成,自身被还原为。已知:
①
②
③
(1)氧化生成和的热化学方程式为
Ⅱ.氨的合成一直都是科研工作研究的重点。
(2)某温度下,向容积固定为的密闭容器中充入物质的量之和为的和的混合气体,发生反应,平衡时的体积分数与起始的关系如图甲所示。①当起始时,反应经过达到平衡状态,则内平均反应速率v(N2)=
②若保持其他条件不变,当时,平衡体系中的体积分数不可能为点的原因是
(3)电催化合成氨的反应为2N2(g)+6H2O(g)4NH3(g)+3O2(g),其原理如图乙所示。电极为
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【推荐1】我省作为煤炭大省,为全国经济发展作出了巨大贡献。但是直接将煤炭用作燃料不仅浪费资源,还会污染环境,因此如何对煤炭资源综合利用提高附加值成为我省经济转型发展亟待解决的问题。煤的间接液化是先把煤转化为CO、CO2和H2,再在催化剂作用下合成化工产品。
(1)已知反应:①
②
③
则反应③的_______ 。
(2)已知:在一定条件下可发生反应:
①以下措施能使反应速率和转化率都增大的_______ (填字母)。
A.压缩体积 B.升高温度 C.恒容充入氦气 D.恒容移走甲醇 E.恒容充入
②催化剂并不是所有部位都有催化作用,真正起催化作用的那些部位称为活性点位,也称活性中心。在催化合成甲醇时必须控制氢碳比在一定区间内,若不变,过多时,反应速率会减慢,可能的原因是_______ 。
③若将一定比例的和在装有催化剂的反应器中反应12小时,体系中产率随温度的变化关系如图所示。之后,产率随温度升高而减小的原因除平衡逆向移动外还可能是_______ 。(3)在一定温度下,向体积固定的密闭容器中加入足量的C(s)和1molH2O(g),起始压强为0.2MPa,只发生下列反应:
Ⅰ.
Ⅱ.
反应达到平衡时,H2O(g)的转化率为50%,CO的物质的量为0.1mol。此时,整个体系_______ (填“吸收”或“放出”)热量,反应Ⅰ的平衡常数Kp=_______ MPa(以分压表示,分压=总压×物质的量分数)。
(1)已知反应:①
②
③
则反应③的
(2)已知:在一定条件下可发生反应:
①以下措施能使反应速率和转化率都增大的
A.压缩体积 B.升高温度 C.恒容充入氦气 D.恒容移走甲醇 E.恒容充入
②催化剂并不是所有部位都有催化作用,真正起催化作用的那些部位称为活性点位,也称活性中心。在催化合成甲醇时必须控制氢碳比在一定区间内,若不变,过多时,反应速率会减慢,可能的原因是
③若将一定比例的和在装有催化剂的反应器中反应12小时,体系中产率随温度的变化关系如图所示。之后,产率随温度升高而减小的原因除平衡逆向移动外还可能是
Ⅰ.
Ⅱ.
反应达到平衡时,H2O(g)的转化率为50%,CO的物质的量为0.1mol。此时,整个体系
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【推荐2】随着大气中浓度增大带来了一系列环境问题,“负碳”技术开始备受各国关注,所谓“负碳”技术就是将转化成甲醇、甲酸等可利用的资源的一系列技术。回答下列问题:
I.催化加氢制甲醇
以、为原料合成涉及的反应如下:
反应i: ;
反应ii: ;
反应iii: 。
(1)反应i的___________ 。
(2)一定温度和催化剂条件下,0.73mol、0.24mol和0.03mol(已知不参与反应)在密闭容器中进行上述反应,平衡时的转化率、和CO的选择性随温度的变化曲线如图。①图中曲线b表示物质___________ (填“”“”或“CO”)的变化。
②上述反应体系在一定条件下建立平衡后,下列说法错误的有___________ (填字母)。
A.降低温度,反应i~iii的正、逆反应速率都减小
B.恒压条件下,向容器中再通入少量,的平衡转化率下降
C.移去部分,反应iii平衡不移动
D.选择合适的催化剂能减小反应iii的焓变
③某温度下(大于180℃),min反应到达平衡,测得容器中的体积分数为12.5%,容器内气体总压强为8.0MPa.此时用的分压表示时间内的反应速率___________ ,此时,不发生反应iii,计算该温度下反应ii的压强平衡常数___________ (用含有n的代数式表示,分压=总压×该组分物质的量分数)。
(3)科学家发现了一类金属卤化物钙钛矿材料有着出众的光电性质,有望在“负碳”技术上大放异彩,如图是晶胞结构,晶胞参数为:apm,与之间最短距离为___________ pm,若卤素X中与的比例为,晶体密度为___________ (为阿伏加德罗常数的值)。
I.催化加氢制甲醇
以、为原料合成涉及的反应如下:
反应i: ;
反应ii: ;
反应iii: 。
(1)反应i的
(2)一定温度和催化剂条件下,0.73mol、0.24mol和0.03mol(已知不参与反应)在密闭容器中进行上述反应,平衡时的转化率、和CO的选择性随温度的变化曲线如图。①图中曲线b表示物质
②上述反应体系在一定条件下建立平衡后,下列说法错误的有
A.降低温度,反应i~iii的正、逆反应速率都减小
B.恒压条件下,向容器中再通入少量,的平衡转化率下降
C.移去部分,反应iii平衡不移动
D.选择合适的催化剂能减小反应iii的焓变
③某温度下(大于180℃),min反应到达平衡,测得容器中的体积分数为12.5%,容器内气体总压强为8.0MPa.此时用的分压表示时间内的反应速率
(3)科学家发现了一类金属卤化物钙钛矿材料有着出众的光电性质,有望在“负碳”技术上大放异彩,如图是晶胞结构,晶胞参数为:apm,与之间最短距离为
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【推荐3】硫酸及其化合物在生产生活中有重要的应用,而硫氧化物是常见的大气污染物。
(1)已知:,一种可同时脱除和的工艺涉及的反应原理及能量变化如下:
Ⅰ.
Ⅱ.
其正反应的活化能,反应Ⅱ的逆反应的活化能为_______ 。
(2)接触法制生产中的关键工序是的催化氧化,回答下列问题:
①在作催化剂条件下与反应历程如下:Ⅰ._______ ;Ⅱ.,写出第Ⅰ步反应的化学方程式。
②定温度下,在2L的恒容密闭容器中通入4和2发生反应,5min后达平衡状态,压强为原来的,从开始到平衡,用表示化学反应速率为_______ ,的平衡转化率为_______ 。
③若保持反应温度和容器容积不变,对于,下列可以作为该反应达到平衡判据的有_______ (填标号)。
A.气体的压强保持不变
B.
C.保持不变
D.容器内气体的密度保持不变
E.容器内气体的平均相对分子质量保持不变
④在500℃时,起始压强为125的恒温恒压条件下,平衡时的体积分数随起始投料的变化如图所示,则_______ ,用平衡压强(该物质的体积分数×总压强)代替平衡浓度,则500℃时,该反应的_______ 。
(1)已知:,一种可同时脱除和的工艺涉及的反应原理及能量变化如下:
Ⅰ.
Ⅱ.
其正反应的活化能,反应Ⅱ的逆反应的活化能为
(2)接触法制生产中的关键工序是的催化氧化,回答下列问题:
①在作催化剂条件下与反应历程如下:Ⅰ.
②定温度下,在2L的恒容密闭容器中通入4和2发生反应,5min后达平衡状态,压强为原来的,从开始到平衡,用表示化学反应速率为
③若保持反应温度和容器容积不变,对于,下列可以作为该反应达到平衡判据的有
A.气体的压强保持不变
B.
C.保持不变
D.容器内气体的密度保持不变
E.容器内气体的平均相对分子质量保持不变
④在500℃时,起始压强为125的恒温恒压条件下,平衡时的体积分数随起始投料的变化如图所示,则
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