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1、1 化学平衡图像、平衡判断、分压表示平衡常数廉老师试卷2018 年 9 月 1甲烷以天然气和可燃冰两种主要形式存在于地球上,储量巨大,充分利用甲烷对人类的未来发展具有重要意义。 (1)乙炔( CH CH )是重要的化工原料。工业上可用甲烷裂解法制取乙炔,反应为:2CH4(g)C2H2(g )+ 3H2(g) 。甲烷裂解时还发 生副反应: 2CH4(g )C2H4(g)+2H2(g ) 。甲烷裂解时,几种气体平衡时分压(Pa)的对数即lgP 与温度()之间的关系如图所 示。1725时,向恒容密闭容器中充入CH4,达到平衡时CH4生成 C2H2的平衡转化率为_。 1725时,若图中H2的 lgP=
2、5,则反应 2CH4(g)C2H2(g )+ 3H2(g )的平衡常数 Kp=_(注:用平 衡分压 Pa代替平衡浓度mol/L 进行计算)。 根据图判断,2CH4(g)C2H2(g )+3H2(g)H_0(填“”或“”) 。由图可知,甲烷裂解制乙炔过程中有副产物乙烯生 成。为提高甲烷制乙炔的产率,除改变温度外, 还可采取的措施有_。 (2)工业上用甲烷和水蒸气在高温和催化剂存在的条件下制得合成气(CO 、H2) ,发生反应为: CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g) H 0 图中 a、b、c、d 四条曲线中的两条代表压强分别为1MPa 、2MPa时甲烷含量曲线,其中表示1MPa的
3、是 _(填字母)。在 实际生产中采用图中M点而不是 N 点对应的反应条件,运用化学反应速率和平衡知识,同时考虑实际生产,说明选择该反应条件的主 要原因是 _. (3)利用 CH4、CO2在一定条件下重整的技术可得到富含CO的气体,在能源和环境上具有双重重大意义。重整过程中的催化转化原理 如图所示 : 已知: CH4(g)+ H2O(g) CO (g )+ 3H2(g) H =+206.2 kJ/molCH4(g)+ 2H2O(g) CO2(g )+4H2(g) H =+158.6 kJ/mol则:过程II中第二步反应的化学方程式为_。 只 有 过 程I投 料 比 4 2 n CH n CO =
4、_ , 过 程II中 催 化 剂 组 成 才 会 保 持 不 变 。 该 技 术 总 反 应 的 热 化 学 方 程 式 为 _。 2“雾霾”成为人们越来越关心的环境问题雾霾中含有二氧化硫、氮氧化物和可吸入颗粒物等污染性物质请回答下列问题: (1)某研究小组用NaOH溶液吸收尾气中的二氧化硫,将得到的Na2SO3溶液进行电解,其中阴阳膜组合电解装置如图所示,电极材料 为石墨a 表示 _离子交换膜(填“阴”或“阳”)AE分别代表生产中的原料或产品其中C 为硫酸,则 A 表示_E表 示_阳极的电极反应式为_ (2)Na2SO3溶液吸收SO2的过程中, pH随 n(SO3 2):n(HSO 3 )
5、变化关系如下表 : n(SO32 ):n(HSO 3 )99:11:11:99 2 pH8.27.26.2 Na2SO3溶液显 _性,理由(请用离子方程式表示)_ 当吸收液呈中性时,溶液中离子浓度关系正确的是( 选填字母 ): _ ac(Na )=2c(SO3 2-) c(HSO 3 ) ,bc(Na ) c(HSO 3 ) c (SO3 2- )c(H )=c(OH) cc(Na )+c(H )= c(SO3 2- )+ c(HSO 3 )+c(OH ) (3)SO2经过净化后与空气混合进行催化氧化可制取硫酸,其中SO2发生催化氧化的反应为:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) 若 在
6、 T1、 0.1MPa 条件下,往一密闭容器通入SO2和 O2(其中 n(SO2) :n(O2)=2:1) ,测得容器内总压强与反应时间如图所示 图中 A点时, SO2的转化率为 _ 在其他条件不变的情况下,测得T2时压强的变化曲线如图所示,C点的正反应速率vc(正)与 A点的逆反应速率vA(逆)的大小 关系为 vc(正) _vA(逆) (填“”、“”或“ =”) 图中 B点的压强平衡常数kp=_(用平衡分压代替平衡浓度计算分压=总压物质的量分数) (4). 汽车尾气是雾霾形成的原因之一尾气治理可用汽油中挥发出来的烃类物质(CxHy )催化还原尾气中的NO气体,该过程的化学方 程式 _ 3氯乙
7、烯是合成聚氯乙烯的单体,制取氯乙烯的方法有乙炔加成法、乙烯氧氯化法等。 (1)乙炔加成法包含的主要反应如下: CaO+3CCaC2+CO CaC2+2H2O Ca(OH)2+HC CH HC CH+HClCH2=CHCl CaC2的电子式为 _。 该方法具有设备简单、投资低、收率高等优点;其缺点是 _(列举 2 点)。 (2)乙烯氧氯化法包含的反应如下: CH2=CH2(g)+Cl2(g) ClCH2-CH2Cl(g) H1 2CH2=CH2(g)+4HCl(g)+O2(g) 2ClCH2-CH2Cl(g)+2H2O(g)H2 ClCH2-CH2Cl(g) CH2=CHCl(g)+HCl(g)
8、 H3总反应: 4CH2=CH2(g)+2Cl2(g)+O2(g) 4CH2=CHCl(g)+2H2O(g) H4 则H4=_(用含 H1、 H2、 H3 的代数式表示 )。 (3)将一定量的1,2-二氯乙烷充入密闭容器中,发生反应:ClCH 2-CH2Cl(g) CH2=CHCl(g)+HCl(g) ,两 种 物 质 的物 质 的 量分 数(w) 与温 度 的 关 系 如 图 所 示 。 温 度 低 于290 时 , 氯 乙 烯 的 产 率 为0, 其 原 因 是 _;该 反 应 的 3 H_(填“ ”或“ ”“”“ ”“c(HSO 3 ) c(SO3 2- )c(H )=c(OH) ,由电
9、荷守恒可知, c(Na )=2c(SO3 2- ) c(HSO3 ) 。所以,溶液中离子浓度关系正确的是 ab 。 (3)试题分析: SO2发生催化氧化的反应为2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) 若在 T1、0.1MPa条件下,往一密闭容器通入SO2 和 O2(其中 n(SO2) :n(O2)=2:1) ,假设 n(SO2)=2x mol 、n(O2)=x mol ,反应物转化率为(反应物按化学计量数之比投料时, 反应物的转化率相同) ,则 SO2、O2、SO3的变化量分别为2x mol 、x mol 、 、2x mol ,SO2、O2、SO3的平衡量分别为2x mol 、 x mol
10、 、 2x mol 。 在反应前后压强之比等于气体的物质的量之比,所以,A点有 , 解之得,. 图中 A点时, SO2的转化率为 45% 在其他条件不变的情况下,测得T2时压强的变化曲线如图所示,由图像可知,在T2反应到达平衡所用的时间较少,故T1T2, 温度越高,化学反应速率越快, C点为 T2平衡状态、 A点为 T1正在向正反应方向进行的非平衡状态,所以,C点的正反应速率vc(正) 与 A点的逆反应速率vA(逆)的大小关系为vc(正) vA(逆)。 由图中信息可知,B点的总圧为0.07MPa,则 ,解之得, 则 SO2、O2、SO3的平衡量分别为0.2x mol、 0.1x mol、 1.
11、8x mol,SO2、 O2、SO3的物质的量分数分别为、 , SO2、 O2、 SO3的平 衡分压分别为、, 所 以该反 应的压 强平 衡常 数 kp= 24300(MPa ) -1 (4)4CxHy+ (8x+2y)NO=4XCO2+(4x+y)N2+2yH2O 3耗能大、原料成本高( 或催化剂氯化汞毒性大等合理答案)2H1+H2+4H31,2- 二氯乙烷未开始裂解( 或 其他合理答案 )3.25 kPa减小体系的总压强、及时移出氯乙烯( 或将 HCl 溶解除去或升高温度) 【解析】 9 (1) CaC2是离子化合物,由乙炔的结构可推知乙炔钙的电子式为; 该方法的缺点是耗能大、原料成本高、
12、 催化剂毒性大等; (2) 根据已知的三个反应,利用盖斯定律2+ + 4 即得总反应,所以H4=2H1+H2 + 4 H3; (3) 温度低于290时,氯乙烯的产率为0,可能是温度低,1,2- 二氯乙烷分子没有达到活化分子所需要的最低能量,所有的化学 键都没有断裂, 因此氯乙烯的产率为0;该反应为分解反应,所以是吸热反应, 即 H0 ; 设 1,2-二氯乙烷的起始物质的量为1mol, 根据 A点对应的两物质的分数可得n(ClCH2-CH2Cl)=mol,n(CH2=CHCl) =n(HCl) = mol,即 n总= mol,所以 p(ClCH2-CH2Cl)=101 kPa 0.7=70.7
13、kPa ,p(CH2=CHCl)= 101 kPa 0.15=15.15 kPa=p(HCl),所以Kp = = = 3.25 kPa;为了 进一步提高氯乙烯的产率,由于该反应是气体体积增大的反应,可适当减小体系的总压强,或及时移出产物氯乙烯,或将HCl 溶解而 除去,或根据图象也可以适当升高温度。 点睛:本题要用各种气体物质的平衡分压代替其平衡浓度计算平衡常数,需要根据图象中的含量求出平衡时各物质的物质的量,再算 出各自的分压,同时注意单位。 4 6NA -93.0kJ/mol K 1/K3K4 A 、C 33.33/P 2 正向 Ag +e-=Ag NO 3 -+4H+3e- =NO+2H
14、 2O 防止生成的银被硝酸溶解 【解析】 (1) 为维持热平衡,6+相加可得7CH4(g) +3O2(g)+H2O(g)=7CO(g)+15H2(g) H2=0,反应中生成7molCO转移电子总数为 42mol,所以生产lmolCO 转移电子的数目为6NA; (2) 自上而下依次将这四个反应式分别标记为,则- - 即得己知反应,故H1- H2- H4 =H3,所以 H2 =H1- H3- H4= -92.9 kJmol -1 ;通过方程式的加减运算,可得平衡常数的乘除关系,所以K2= K1/K3K4; (3) 在恒温恒容密闭容器中,已知平衡CO2(g) 十 3H2(g) CH3OH(g)十 H
15、2O(g) 是全气体反应,且气体分子数是减小的,所以A、 根据 M=m/n可知,当混合气体平均相对分子质量不变时,已达到平衡状态,A 正确; B、由 =m/V可知,该混合气体的密度始终不变, 故 B 错误; C 、由于气体分子数即物质的量,反应前后减小,所以当容器内压强恒定不变时,已达平衡状态,C 正确; D、根据速率之 比等于计量系数之比,但方向相反,所以当V正(CO2)=3V逆(H2) 时,不能说明反应已达平衡,正确的表达式为3 V正(CO2)=V逆(H2) ,则 D错 误;E、物质的量浓度保持不变,说明已达平衡,但浓度之比等于计量系数之比不能说明已达平衡,故E错误; F、单位时间内断裂3
16、NA 个 H-H键是正向速率,同时形成2molH-O 键也是正向速率,所以不能说明已达平衡,故F 错误。正确的答案为AC 。 由已知数据和图象所示数据可知,容器体积为1L,可列如下关系: 所以 Kp= 32 332 22 0.30.3100 0.1(0.3 )3 P CH OHP H O PP P COPHPPP =33.33/P 2 ;若此时再向容器内充入0.25mol CO2和 0.25molCH3OH 10 的混合气体,则Qp= 32 32 3 22 1 0.25 323 1 (0.25 ) 6 PP P CH OHP H O P COPHP PP 由图像可知,当温度不变时,P1条件下达
17、平衡CH3OH的体积分数最大,反应正向为气体体积减小的反应,其他 条件不变时,加压平衡正向移动,CH3OH的体积分数增大。 = 27/P 2 2 ab 通 H2保持 H2浓度不变,将容器体积变为原来的两 倍平衡不移动 b 低于 80,反应速率较小;高于80,温度对反应速率影响较小,而反应为放热反应,升高温度平衡逆向转移,转 化率降低 【解析】 反应热反应物键能之和生成物键能之和,又因为18g水蒸气变成液态水放出44kJ 的热量, 则 H1(3436+2745 34123514622462-44)kJ/mol 219kJ/mol 。 (1)由图像可知,当温度不变时,P1条件下达平衡CH3OH的体积分数最大,反应正向为气体体积减小的反应,其他条件不变时, 加压平衡正向移动,CH3OH的体积分数增大,所以P1P2。 (2)根据图像可知升高温度甲醇含量降低,所以正反应是放热反应。A 点温 度低于 B点, B和 C点温度相同,因此正反应A、B、C三点的化学平衡常数的相对大小K(A) K(B) K(C)。C点甲醇含量为0.5 , CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) )(c)(c )(c 2 2 3 HCO OHCH K )(c)(c )(c 2 2 3 HCO OHCH K
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