金属铁用途广泛,高炉炼铁的总反应为:Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g),请回答下列问题:
(1)一定温度下,在体积固定的密闭容器中发生上述反应,可以判断该反应已经达到平衡的是 。
A.密闭容器中总压强不变 |
B.密闭容器中混合气体的平均摩尔质量不变 |
C.密闭容器中混合气体的密度不变 |
D.c(CO)= c(CO2) |
温度 | 250℃ ~ 600℃ ~ 1000℃ ~ 2000℃ |
主要成分 | Fe2O3 Fe3O4 FeO Fe |
(16分)
(1)BCE(3分) (2)逆(3分) 放热(2分) (3)–25 kJ/mol (3分)
(4)Fe3O4 FeO(2分) 80% (3分)
解析试题分析:(1)由高炉炼铁总反应可知,该反应是气体体积或物质的量不变的反应,则恒温恒容下气体的压强始终保持不变,所以总压强不变不能说明该反应达到平衡,故A错误;由于容器内混合气体的平均摩尔质量等于总质量与总物质的量之比,虽然物质的量保持不变,但是混合气体的质量逐渐增大,因为氧化铁变为单质铁导致固体的质量减少,所以混合气体的平均摩尔质量逐渐增大,当它保持不变时,说明该反应已达平衡,故B正确;由于容器中混合气体的密度等于总质量与容积之比,虽然容积保持不变,但是混合气体的总质量逐渐增大,则混合气体的密度逐渐增大,当它不变时,说明该反应已达平衡,故C正确;平衡时各组分的浓度都保持不变,但是平衡浓度之比不一定等于化学方程式中系数之比,故D错误;氧化铁是反应物或原料,随着反应的进行,氧化铁被消耗,其质量逐渐减小,当它的质量不再变化,说明该反应已达平衡,故E正确;(2)温度不变,该反应化学平衡常数[K=c3(CO2)/c3(CO)]不变;起始时c3(CO2)/c3(CO)=(6/2) 3/(4/2) 3=27/8>K=3.0,则此时反应必须向逆反应方向进行,使生成物浓度减小、反应物浓度增大,c3(CO2)/c3(CO)的比值才能减小为3.0,才能达到该温度下的化学平衡;由于化学平衡常数等于生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值,则该反应的平衡常数为c(E)/[c2(A)·c(B)];升高温度,CO与CO2的体积比增大,后者说明平衡向逆反应方向移动,前者导致平衡向吸热反应方向移动,即逆反应是吸热反应,则正反应是放热反应;(3)先将四个热化学方程式依次编号为①②③④,观察已知焓变和未知焓变的热化学方程式可得:(①+②×2+③×6)/3=④,根据盖斯定律可知,④的焓变=[(–47)+(+19)×2+(–11)×6] kJ/mol /3=–25 kJ/mol;(4)依题意可知,800℃时固体物质的主要成分为Fe3O4、FeO;设固体混合物含有xmolFe3O4、ymolFeO,则n(Fe)=(3x+y)mol、n(O)=(4x+y)mol,m(Fe)=56×(3x+y)g、m(O)=16×(4x+y)g,m(Fe)/ m(O)="[" 56×(3x+y)]/[ 16×(4x+y)]=105/32,(4x+y)/ (3x+y)=112/105,x/(3x+y)=1/15,则y=15x;由于Fe3O4(s)+CO(g)3FeO(s)+CO2(g),根据系数之比等于物质的量之比可知,被CO还原为ymolFeO的Fe3O4为y/3mol或4xmol,则总的Fe3O4为(x+y/3)mol或5xmol,被还原的Fe3O4与总的Fe3O4之比为(y/3)/ (x+y/3)=(4x)/(x+4x)=4/5,4/5×100%=80%,则Fe3O4被CO还原为FeO的百分率为80%。
考点:考查化学反应原理,涉及化学平衡状态的判断、可逆反应进行的方向、化学平衡常数的应用、温度对化学平衡的影响、放热反应或吸热反应的推断、盖斯定律的应用、温度对反应进程的影响、混合物的计算等。
科目:高中化学 来源: 题型:填空题
CO2和CH4是两种重要的温室气体,通过CH4和CO2反应制造更高价值化学品是目前的研究目标。
(1)250℃时,以镍合金为催化剂,向4 L容器中通入6 mol CO2、6 mol CH4,发生如下反应:CO2(g)+CH4(g) 2CO(g)+2H2(g)。平衡体系中各组分体积分数如下表:
物质 | CH4 | CO2 | CO | H2 |
体积分数 | 0.1 | 0.1 | 0.4 | 0.4 |
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科目:高中化学 来源: 题型:问答题
SO2、NO、NO2、CO都是污染大气的有害气体,对其进行回收利用是节能减排的重要课题。
(1)上述四种气体中直接排入空气时会引起酸雨的有__________(填化学式)。
(2)已知:2SO2(g)+ O2(g)=2SO3(g);△H=-196.6kJ/mol
O2(g)+2NO(g)=2NO2(g);△H=-113.0kJ/mol
①反应:NO2(g) +SO2(g)= SO3(g) +NO(g)的△H=_ kJ/mol。
②一定条件下,将NO2和SO2以体积比1:1置于恒温恒容的密闭容器中发生反应: NO2(g) +SO2(g)SO3(g) +NO(g),
下列不能说明反应达到平衡状态的是_____(填字母)。
a.体系压强保持不变
b.混合气体的颜色保持不变
c.NO的物质的量保持不变
d.每生成1molSO3的同时消耗1molNO2
(3)CO可用于合成甲醇,其反应的化学方程式为CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)。在一容积可变的密闭容器中充有10molCO和20mol H2,在催化剂作用下发生反应生成甲醇。CO的平衡转化率(α)与温度(T)、压强(p)的关系如图所示。
①上述合成甲醇的反应为______(填“放热”或“吸热”)反应。
②A、B、C三点的平衡常数KA、KB、KC的大小关系为___________。
③若达到平衡状态A时,容器的体积为10L,则在平衡状态B时容器的体积为_____L。
(4)某研究小组设计了如图所示的甲醇燃料电池装置。
①该电池工作时,OH-向______(填“a”或“b”)极移动。
②电池工作一段时间后,测得溶液的pH减小,则该电池总反应的离子方程式为__________________。
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科目:高中化学 来源: 题型:计算题
为减小CO2对环境的影响,在限制其排放量的同时,应加强对CO2创新利用的研究。
(1)①把含有较高浓度CO2的空气通入饱和K2CO3溶液。②在①的吸收液中通高温水蒸气得到高浓度的CO2气体。写出②中反应的化学方程式__________________________。
(2)如将CO2与H2以1:3的体积比混合。
①适当条件下合成某烃和水,该烃是 (填序号)。
A.烷烃 | B.烯烃 | C.炔烃 | D.苯的同系物 |
溶解度(S)/g | 溶度积(Ksp) | ||
Ca(OH)2 | Ba(OH)2 | CaCO3 | BaCO3 |
0.16 | 3.89 | 2.9×10-9 | 2.6×10-9 |
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科目:高中化学 来源: 题型:计算题
合成氨然后再生产尿素是最重要的化工生产。
I.在3个2 L的密闭容器中,在相同的温度下、使用相同的催化剂分别进行反应:
3H2(g) + N2(g)2NH3(g),按不同方式投入反应物,保持恒温、恒容,测得反应达到平衡时有关数据如下:
| 甲 | 乙 | 丙 | ||
反应物投入量 | 3 mol H2、2 mol N2 | 6 mol H2、4mol N2 | 2 mol NH3 | ||
达到平衡的时间/min | | 5 | 8 | ||
平衡时N2的浓度/mol·L-1 | c1 | 1.5 | | ||
NH3的体积分数 | ω1 | | ω3 | ||
混合气体密度/g·L-1 | ρ1 | ρ2 | |
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科目:高中化学 来源: 题型:计算题
除去杂质后的水煤气主要含H2、CO,是理想的合成甲醇的原料气。
(1)生产水煤气过程中有以下反应:①C(s)+CO2(g)2CO(g) △H1;
②CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g) △H2;③C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) △H3;
上述反应△H3与△H1、△H2之间的关系为 。
(2)将CH4转化成CO,工业上常采用催化转化技术,其反应原理为:2CH4(g)+3O2(g)4CO(g)+4H2O(g) △H=-1038kJ/mol。工业上要选择合适的催化剂,分别对X、Y、Z三种催化剂进行如下实验(其他条件相同):
①X在750℃时催化效率最高,能使正反应速率加快约3×105倍;
②Y在600℃时催化效率最高,能使正反应速率加快约3×105倍;
③Z在440℃时催化效率最高,能使逆反应速率加快约1×106倍;
根据上述信息,你认为在生产中应该选择的适宜催化剂是 (填“X”或“Y”或“Z”),选择的理由是 ;
(3)请在答题卡中,画出(2)中反应在有催化剂与无催化剂两种情况下反应过程中体系能量变化示意图,并进行必要标注。
(4)合成气合成甲醇的主要反应是:2H2(g)+CO(g)CH3OH(g) △H=-90.8kJ·mol-1,T℃下此反应的平衡常数为160。
此温度下,在密闭容器中开始只加入CO、H2,反应10min后测得各组分的浓度如下:
物质 | H2 | CO | CH3OH |
浓度/(mol·L-1) | 0.20 | 0.10 | 0.40 |
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科目:高中化学 来源: 题型:实验题
50mL0.50mol· L-1盐酸与50mL0.55mol·L-1NaOH溶液在如图所示的装置中进行中和反应。通过测定反应过程中所放出的热量可计算中和热。回答下列问题:
(1)从实验装置上看,图中尚缺少的一种玻璃仪器有________。
(2)烧杯间填满碎纸条的作用是____________________。
(3)大烧杯上如不盖硬纸板,求得的中和热数值________(填“偏大”“偏小”“无影响”)
(4)实验中改用60mL 0.50mol·L-1盐酸跟50mL0.55mol·L-1NaOH溶液进行反应,与上述实验相比,所放出的热量________(填“相等”“不相等”),所求中和热________(填“相等”“不相等”),简述理由_____________________________________。
(5)用相同浓度和体积的氨水代替NaOH溶液进行上述实验,测得的中和热的数值会____________;用50mL 0.50mol·L-1NaOH溶液进行上述实验,测得的中和热的数值会________。(均填“偏大”“偏小”“无影响”)
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科目:高中化学 来源: 题型:单选题
恒温恒容的容器内,不可作为可逆反应I2(g)+H2(g)2HI(g)达到平衡状态的标志的是
A.1 mol H—H键断裂,同时有2 mol H—I键断裂 | B.容器内气体的总压强不再变化 |
C.H2的物质的量浓度不再变化 | D.混合气体的颜色不再变化 |
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科目:高中化学 来源: 题型:单选题
体积恒定的密闭容器中,反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) △H <0达平衡后,采用下列措施一段时间后,既能增大逆反应速率又能使平衡向正方向移动的是
A.通入大量O2 | B.增大容器容积 | C.移去部分SO3 | D.降低体系温度 |
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