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14.已知①Fe(s)+CO2(g)?FeO(s)+CO(g)?K1
②Fe(s)+H2O(g)?FeO(s)+H2(g)?K2
③H2(g)+CO2(g)?H2O(g)+CO(g)?K3
又已知在不同的温度下,K1、K2数值如表:
温度℃K1K2
5001.003.15
7001.472.26
9002.401.60
(1)若500℃时进行反应①,CO2起始浓度为2mol/L,2分钟后建立平衡,则CO2的转化率为50%,用CO表示反应速率为0.5mol/(L•min).
(2)反应②的平衡常数表达式为K=$\frac{[H{\;}_{2}]}{[H{\;}_{2}O]}$,此反应在恒温恒容的密闭装置中进行,能充分说明此反应已达到平衡的标志是AB.
A.气体的平均相对分子质量不再改变     B.气体的总质量不再改变
C.气体的总分子数不再改变                 D.容器内压强不随时间变化而变化
(3)若900℃时进行反应 ③,其平衡常数K3为1.5(求具体数值),焓变△H>0(填“>”、“<”、“=”).若已知该反应仅在高温时自发进行,则△S>0(填“>”、“<”、“=”).
(4)若500℃时进行反应 ③,在某时刻时C(H2)=C(CO2)=C(H2O)=C(CO),则此时否(填“是”、“否”)达到平衡状态;若没有达到平衡状态,则此时该反应正在向逆(填“正”、“逆”)方向进行,理由为:浓度商=$\frac{[CO]•[H{\;}_{2}O]}{[H{\;}_{2}]•[CO{\;}_{2}]}$=1>K3,所以此时平衡向逆反应方向移动.

分析 (1)利用500℃时K1=$\frac{[CO]}{[CO{\;}_{2}]}$=1,说明CO和二氧化碳的平衡浓度相等,再结合CO2起始浓度为2mol/L求算平衡时CO和二氧化碳的平衡浓度,据此计算;
(2)根据平衡常数为生成物浓度的幂次方之积比上反应物浓度的幂次方之积;可逆反应达到平衡状态时,正逆反应速率相等(同种物质)或正逆反应速率之比等于系数之比(不同物质),平衡时各种物质的物质的量、浓度等不再发生变化,由此衍生的一些物理量不变,以此分析;
(3)K1=$\frac{[CO]}{[CO{\;}_{2}]}$,K2=$\frac{[H{\;}_{2}]}{[H{\;}_{2}O]}$;K3=$\frac{[CO]•[H{\;}_{2}O]}{[H{\;}_{2}]•[CO{\;}_{2}]}$,依据反应①②的平衡常数计算反应③的平衡常数,据此解答;
(4)利用浓度商与平衡常数的大小关系判断.

解答 解:(1)500℃时K1=$\frac{[CO]}{[CO{\;}_{2}]}$=1,说明CO和二氧化碳的平衡浓度相等,CO2起始浓度为2mol•L-1,所以CO和二氧化碳的平衡浓度均为1mol/L,所以CO2的转化率为$\frac{1mol/L}{2mol/L}$×100%=50%,v(CO)=$\frac{1mol/L}{2min}$=0.5mol/(L•min),故答案为:50%;0.5mol/(L•min);
(2)反应②的平衡常数表达式为K2=$\frac{[H{\;}_{2}]}{[H{\;}_{2}O]}$;
A.气体的物质的量不变,随反应进行,气体的总质量减小,则平均相对分子质量减小,所以平均相对分子质量不变,说明到达平衡状态,故A正确;
B.随反应进行,气体的总质量减小,则气体的总质量不再改变,说明到达平衡状态,故B正确;
C.气体的物质的量一直不变,则气体的总分子数不再改变不能说明到达平衡状态,故C错误;
D.随反应进行,气体的物质的量不变,则压强不变,所以容器内压强不随时间变化而变化,不能说明到达平衡状态,故D错误;
故答案为:$\frac{[H{\;}_{2}]}{[H{\;}_{2}O]}$;AB;
(3)K1=$\frac{[CO]}{[CO{\;}_{2}]}$,K2=$\frac{[H{\;}_{2}]}{[H{\;}_{2}O]}$;K3=$\frac{[CO]•[H{\;}_{2}O]}{[H{\;}_{2}]•[CO{\;}_{2}]}$,依据反应①②的平衡常数计算反应③的平衡常数,K3=$\frac{K{\;}_{1}}{K{\;}_{2}}$=$\frac{2.4}{1.6}$=1.5;K1随温度升高而增大,K2随温度升高而减小,所以K3随温度升高而增大,说明正反应吸热,△H>0;当△H-T△S<0时,反应自发进行,仅在高温时自发进行,且△H>0,则△S>0,
故答案为:1.5;>;>;
(4)若500℃时进行反应 ③,K3=$\frac{K{\;}_{1}}{K{\;}_{2}}$=$\frac{1.00}{3.15}$=0.317,在某时刻时C(H2)=C(CO2)=C(H2O)=C(CO),则浓度商=$\frac{[CO]•[H{\;}_{2}O]}{[H{\;}_{2}]•[CO{\;}_{2}]}$=1>K3,所以此时平衡向逆反应方向移动,故答案为:否;逆;浓度商=$\frac{[CO]•[H{\;}_{2}O]}{[H{\;}_{2}]•[CO{\;}_{2}]}$=1>K3,所以此时平衡向逆反应方向移动.

点评 本题考查了化学平衡转化率、反应速率以及常数的计算、反应自发进行的条件等,题目难度中等,要求学生具有分析和解决问题的能力.

练习册系列答案
相关习题

科目:高中化学 来源: 题型:填空题

1.某温度(t℃)时,水的KW=1×10-13,则该温度(填“大于”、“小于”或“等于”)大于25℃,其理由是25℃时KW=10-14,升高温度水的电离平衡正向移动,使KW增大.将此温度下pH=11的NaOH溶液a L与pH=1的H2SO4的溶液b L混合,若所得混合液为中性,则a:b=10:1.

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

5.甲醇是一种重要的化工原料,在生产中有着重要的应用,工业上用甲烷氧化法合成甲醇的反应有:
(Ⅰ)CH4(g)+CO2(g)?2CO(g)+2H2(g)△H1=+247.3kJ•mol-1
(Ⅱ)CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H2=-90.1J•mol-1
(Ⅲ)2CO(g)+O2(g)?2CO2(g)△H3=-566.0kJ•mol-1

(1)用CH4和O2直接制备甲醇蒸气的热化学方程式为2CH4(g)+O2(g)?2CH3OH(g)△H=-251.6kJ•mol-1
(2)某温度下,向4L横溶密闭容器中通入6molCO2和6molCH4,发生反应(i),平衡体系中各组分的体积分数均为$\frac{1}{4}$,则此温度下该反应的平衡常数K=1
(3)工业上鄂通过甲醇羟基化法制取甲酸甲酯,其反应的热化学方程式为:
CH3OH(g)+CO(g)?HCOOCO(个)△H=-29.1J•mol-1
科研人员对该反应进行了研究,部分研究结果如下:如图1所示
①从反应压强对甲醇转化率的影响“效率”看,工业制取甲酸甲酯应选择的压强是4.0×106Pa(填“3.5×106Pa”“4.0×106Pa”或“5.0×106Pa”)
②实际工业生产中采用的温度是80℃,期理由是高于80℃时,温度对反应速率影响较小,且反应放热,升高温度时平衡逆向移动,转化率降低
(4)直接甲醇燃料电池(简称DMFC)由于其结构简单、能量转化率高、对环境无污染,可作为常规能源的替代品而越来越受到关注,DMFC的工作原理如图2所示:
①通入a气体的电解是电池的负(填“正”或“负”)极
②常温下,用此电池乙惰性电极电解0.5L饱和食盐水(足量),若两极共生产气体1.12L(已折算为标准状况下的体积),则电解后溶液的pH为13(忽略溶液的体积变化)

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

2.CH4、CO2、CO、NaHCO3、Na2CO3等含碳化合物对人类的生产、生活具有重要的意义.
(1)已知:甲烷和一氧化碳的燃烧热(△H )分别为-890kJ•moL-1、-283kJ•moL-1.则CH4(g)+2CO2 (g)═4CO(g)+2H2O
(1)△H=+323 kJ•moL-1
(2)一定条件下,在密闭容器中发生的反应为CH4(g)+2CO2 (g)?2CO(g)+2H2(g),测得CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如图Ⅰ.
①据图1可知,该反应的△H=>0(填“>”或“<”).
②刚开始向密闭容器通入2.5mol CH4和4mol CO2,经过5min在A点达到平衡,若容器的体积为2L,则v(CO)=0.2mol/(L•min).平衡常数K=$\frac{8}{3}$,在恒温恒容下,再向该体系中通入1.5mol CH4,2mol CO2、2mol H2 和 2mol CO,化学平衡逆向移动.(填“正向移动”“逆向移动”或“不移动”).
(3)①CO和 H2可以通过反应C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g)制取.在恒温恒容下,若从反应物开始建立平衡,则下列能判断该反应达到平衡的是AC.
A.体系压强不再变化
B.CO与H2的物质的量之比为1:1
C.混合气体的密度保持不变
D.每消耗1mol H2O(g)的同时生成1mol H2
②在一定条件下,合成气(CO和H2)发生如下两个主要反应:
CO(g)+2H2(g)  CH3OH(g)△H=-90.1kJ•moL-1
2CO(g)+4H2(g) CH30CH3(g)+H20(g)△H=-204.7kJ•moL-1
仅根据图2可判断该条件下制取甲醇的最佳温度为290℃.

(4)①图3表示的是Na2CO3溶液中各离子浓度的相对大小关系,其中④表示的是HCO3-(填微粒符号)
②常温下,CO32-水解反应的平衡常数即水解常数Kh=2×10 -4 mol•L-1,当溶液中c(CH3-):c(CO32-)=2:1 时,溶液的 pH=10.

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科目:高中化学 来源: 题型:实验题

9.掌握仪器名称、组装及使用方法是中学化学实验的基础,如图为两套实验装置.
(1)写出下列仪器的名称:
a.蒸馏烧瓶b.冷凝管c.容量瓶e.锥形瓶
(2)若利用装置I分离四氯化碳和酒精的混合物,还缺少的仪器是酒精灯.冷凝水由g(填f或g)口通入.
(3)现需配制0.1mol/LNaOH溶液450mL,装置II是某同学转移溶液的示意图.
①图中的错误是未用玻璃棒引流.
②根据计算得知,用托盘天平所需称量NaOH的质量为2.0g.
③配制时,其正确的操作顺序是(用字母表示,每个字母只能用一次)B、C、A、F、E、D.
A.用30mL水洗涤烧杯2-3次,洗涤液均注入容量瓶
B.称量计算出的氢氧化钠固体于烧杯中,再加入少量水(约30mL),用
玻璃棒慢慢搅动,使其充分溶解并冷却至室温
C.将溶解的氢氧化钠溶液沿玻璃棒注入500mL的容量瓶中
D.将容量瓶盖紧,振荡,摇匀
E.改用胶头滴管加水,使溶液凹面恰好与刻度相切
F.继续往容量瓶内小心加水,直到液面接近刻度2~3cm处
(4)物质的量浓度误差分析:(填偏高、偏低、无影响)
①用滤纸称量氢氧化钠偏低;
②定容时,若眼睛俯视刻度线,则所配制的溶液浓度将偏高;
③未冷却到室温就注入容量瓶定容偏高;
④配好的溶液转入干净的试剂瓶时,不慎溅出部分溶液无影响.

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

19.按要求写出298K、101kPa时下列反应的热化学方程式:
(1)3mol NO2(g)与1mol H2O(1)反应生成HNO3(aq)和NO(g),放热138kJ:3NO2(g)+H2O(l)=2HNO3(aq)+NO(g)△H=-138 kJ/mol.
(2)如图是一定量丙烷完全燃烧生成CO2和1mol H2O(l)的能量变化图.
①请在图中的括号内填入“+”或“-”.
②写出表示丙烷燃烧热的热化学方程式:C3H8(g)+5O2(g)=3CO2(g)+4H2O(l)△H=-2215 kJ/mol.
(3)6g 炭粉在氧气中不完全燃烧生成一氧化碳,放出55.2kJ热量.其热化学方程式为C(s)+$\frac{1}{2}$O2 (g)=CO(g)△H=-110.4 kJ•mol-1

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科目:高中化学 来源: 题型:实验题

6.X、Y、Z、W四种化合物均由短周期元素组成,其中X含有四种元素,X、Y、Z的焰色反应均为黄色,W为无色无味气体.这四种化合物具有下列转化关系(部分反应物、产物及反应条件已略去).

请回答:
(1)W的电子式是
(2)X与Y在溶液中反应的离子方程式是HCO3-+OH-═CO32-+H2O.
(3)X含有的四种元素之间(二种、三种或四种)可组成多种化合物,选用其中某些化合物,利用如图2装置(夹持固定装置已略去)进行实验,装置Ⅲ中产生白色沉淀,装置Ⅴ中可收集到一种无色气体.
①装置Ⅰ中反应的化学方程式是Na2CO3+H2SO4=Na2SO4+CO2↑+H2O或2NaHCO3+H2SO4=Na2SO4+2CO2↑+2H2O,
装置Ⅱ中物质的化学式是Na2O2
②用X含有的四种元素中的两种组成的某化合物,在催化剂存在下制备并收集纯净干燥的装置Ⅴ中气体,该化合物的化学式是H2O2,所需仪器装置是I、IV、V(从图中选择必要装置,填写编号).
(4)向Z溶液中通入氯气,可制得某种生产和生活中常用的漂白、消毒的物质,同时有X生成,该反应的化学方程式是2Na2CO3+C12+H2O=NaClO+NaCl+2NaHCO3

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

3.在化学学习与研究中类推的思维方法有时会产生错误的结论,因此类推的结论最终要经过实践的检验才能确定其正确与否.下列几种类推结论中正确的是(  )
A.BrCl的化学性质和Cl2相似,Cl2与水反应是氧化还原反应,BrCl+H2O=HCl+HBrO也是氧化还原反应
B.弱碱性条件下,甲酸乙酯能与氢氧化铜反应,乙酸乙酯也能与氢氧化铜反应
C.苯不能使酸性高锰酸钾褪色,甲苯也不能使酸性高锰酸钾褪色
D.CO2与SiO2均为酸性氧化物,CO2能与NaOH溶液反应,SiO2也能与NaOH溶液反应

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

4.下列分类正确的是(  )
A.Na2O、Na2O2、Al2O3、CuO都是碱性氧化物
B.纯碱、烧碱均属碱类
C.NaOH、KOH、Ba(OH)2、Ca(OH)2都是强碱
D.HCl、CH3COOH、HNO3都是强酸

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同步练习册答案