题目
题型:不详难度:来源:
H2O(g)+3FeO(s)Fe3O4(s)+4H2(g) △H=akJ/mol (I)
2Fe3O4(s)6FeO(s)+O2(g) △H=bkJ/mol (II)
下列坐标图分别表示FeO的转化率(图-1 )和一定温度时,H2出生成速率[细颗粒(直径0.25 mm),粗颗粒(直径3 mm)](图-2)。
(1)反应:2H2O(g)=2H2(g)+O2(g) △H= (用含a、b代数式表示);
(2)上述反应b>0,要使该制氢方案有实际意义,从能源利用及成本的角度考虑,实现反应II可采用的方案是: ;
(3)900°C时,在两个体积均为2.0L密闭容器中分别投人0.60molFeO和0.20mol H2O(g)甲容器用细颗粒FeO、乙容器用粗颗粒FeO。
①用细颗粒FeO和粗颗粒FeO时,H2生成速率不同的原因是: ;
②细颗粒FeO时H2O(g)的转化率比用粗颗粒FeO时H2O(g)的转化率 (填“大”或“小”或“相等”);
③求此温度下该反应的平衡常数K(写出计箅过程,保留两位有效数字)。
(4)在下列坐标图3中画出在1000°C、用细颗粒FeO时,H2O(g)转化率随时间变化示意图(进行相应的标注)。
答案
(2)用廉价的清洁能源供给热能(2分)(答用“太阳能”、“风能”、“地热能”、“生物能”、“核能”供给热能给3分;答“加热”、“升高温度”等均不给分)
(3)①细颗粒FeO表面积大,与H2的接触面积大,反应速率加快(3分) (“增大接触面积,加快反应速率”、“接触面积越大,反应速率越快”等合理表述给3分;答“增大反应物浓度”、“FeO的量增加,反应速率加快”给1分); ②相等(2分)(答“等于”、“=”给1分)
③(4分)解:900℃时,达到平衡时FeO转化的量为:n(FeO)=0.60mol×40%=0.24mol
H2O(g)+3FeO(s)Fe3O4(s)+4H2(g)
起始物质的量(mol) 0.20 0.60 0 0
变化物质的量(mol) 0.080 0.24 0.080 0.080
平衡物质的量(mol) 0.12 0.36 0.080 0.080 (2分)
由于固体物质的浓度是常数,不能写入平衡常数表达式,气体物质的浓度可以变化,根据c=n/V可求平衡时氢气和水蒸气的物质的量浓度,则K====0.67(2分)
(4)(3分)
解析
试题分析:(1)先对已知热化学方程式编号为①②,观察发现①×2+②可得,2H2O(g)=2H2(g)+O2(g),其焓变=①的焓变×2+②的焓变=(2a+b)kJ/mol;(2)b>0,说明反应II是吸热反应,可用用廉价的清洁能源供给热能或用“太阳能”、“风能”、“地热能”、“生物能”、“核能”供给热能;(3)①FeO是反应I中的固体反应物,细颗粒FeO表面积大,与H2的接触面积大,反应速率加快(或“增大接触面积,加快反应速率”、“接触面积越大,反应速率越快”等);②由于固体物质浓度是常数,FeO的用量和浓度保持不变,将粗颗粒FeO改为细颗粒FeO,只能加快反应速率,不能使平衡移动,因此H2O(g)的平衡转化率不变或相等;③解:900℃时,达到平衡时FeO转化的物质的量量为:n(FeO)=0.60mol×40%=0.24mol,则:
H2O(g)+3FeO(s)Fe3O4(s)+4H2(g)
起始物质的量(mol) 0.20 0.60 0 0
变化物质的量(mol) 0.080 0.24 0.080 0.080
平衡物质的量(mol) 0.12 0.36 0.080 0.080
由于固体物质的浓度是常数,不能写入平衡常数表达式,气体物质的浓度可以变化,根据c=n/V可求平衡时氢气和水蒸气的物质的量浓度,则K====0.67;
(4)观察图1可得:随着温度的升高,FeO的平衡转化率减小,前者导致平衡向吸热方向移动,后者说明平衡向逆反应方向移动,因此逆反应是吸热反应,则反应I的正反应是放热反应;其他条件保持不变时,900℃→1000℃就是升高温度,既能加快反应速率,又能使平衡向逆反应方向移动,则H2O(g)的转化率由0逐渐增大,知道达到平衡,1000℃时达到平衡的时间比900℃时少,1000℃时H2O(g)的平衡转化率比900℃时小,由此可以画出水蒸气的转化率随温度变化的示意图。
核心考点
试题【氢是一种理想的绿色清洁能源,氢气的制取与储存是氢能源利用领域的研究热点。利用FeO/Fe3O4循环制氢,已知:H2O(g)+3FeO(s)Fe3O4(s)+4H】;主要考察你对焓变、反应热等知识点的理解。[详细]
举一反三
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 | |
(1)容器乙中反应从开始到达平衡的反应速率为v(H2)=___________。
(2)在该温度下甲容器中反应的平衡常数K= (用含c1的代数式表示)。
(3)分析上表数据,下列关系正确的是________(填序号):
a.2c1 > 1.5 b.2ρ1 = ρ2 c.ω3 = ω1
II.工业上用氨气合成尿素(H2NCONH2)的反应在进行时分为如下两步:
第一步:2NH3(l)+CO2(g) H2NCOONH4 (l) (氨基甲酸铵) △H1
第二步:H2NCOONH4(l)H2O(l)+H2NCONH2(l) △H2
(4)某实验小组模拟工业上合成尿素的条件,在一体积为0.5 L密闭容器中投入4 mol氨和1mol二氧化碳,实验测得反应中各组分随时间的变化如左下图I所示:
①已知总反应的快慢由慢的一步决定,则合成尿素总反应的快慢由第 步反应决定。
②第二步反应的平衡常数K随温度T的变化如右上图II所示,则△H2 0;③若第一步反应升温时氨气浓度增大,请在图II中画出第一步反应K1随温度T变化曲线,并作出必要的标注。
(5)氨和尿素溶液都可以吸收硝工业尾气中的NO、NO2,将其转化为N2。
①尿素与NO、NO2三者等物质的量反应为:CO(NH2)2+NO+NO2 =CO2+2N2+2H2O
该反应中的氧化剂为 (写化学式)。
②已知:N2(g)+O2(g)= 2NO(g) △H ="a" kJ·mol-1
N2(g)+3H2(g)= 2NH3(g) △H2="bkJ·" kJ·mol-1
2H2(g)+O2(g)= 2H2O(g) △H=" c" kJ·mol-1
则4NH3(g) +4NO(g) +O2(g)= 4N2(g)+6H2O(g) △H= 。
③尿素燃料电池结构如下图所示。其工作时负极电极反应式可表示为 。
(1)氢气的燃烧热△H=_______________kJ/mol。
(2)在恒温恒压装置中进行工业合成氨反应,下列说法正确的是 。
A.气体体积不再变化,则已平衡 |
B.气体密度不再变化,尚未平衡 |
C.平衡后,往装置中通入一定量Ar,压强不变,平衡不移动 |
D.平衡后,压缩装置,生成更多NH3 |
① 表示N2浓度变化的曲线是 。
② 前25 min 内,用H2浓度变化表示的化学反应速率是 。
③ 在25 min末刚好平衡,则平衡常数K = 。
(4)在第25 min 末,保持其它条件不变,升高温度,在第35 min末再次平衡。平衡移动过程中H2浓度变化了1.5 mol·L-1,在图中画出第25 min ~ 40 min NH3浓度变化曲线。
(5)已知常温下,NH4+ 的水解常数为1.0×10-9,则0.1mol/L NH4Cl溶液pH= 。(忽略NH4+水解对NH4+浓度的影响)
已知:CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g) ΔH1
CO2(g) + 3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g) ΔH2
2H2(g)+ O2(g)=2H2O(g) ΔH3
则2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) 的反应热ΔH=____ ___(用ΔH1、ΔH2、ΔH3表示)。
II.工业上可利用“甲烷蒸气转化法生产氢气”,反应为:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)。
已知温度、压强和水碳比[n(H2O)/ n(CH4)]对甲烷平衡含量的影响如下图:
图1(水碳比为3) 图2(800℃)
(1)温度对该反应的反应速率和平衡移动的影响是 。
(2)其他条件不变,请在图2中画出压强为2 MPa时,CH4平衡含量与水碳比之间关系曲线。(只要求画出大致的变化曲线)
(3)已知:在700℃,1MPa时,1mol CH4与1mol H2O在1L的密闭容器中反应,6分钟达到平衡,此时CH4的转化率为80%,求这6分钟H2的平均反应速率和该温度下反应的平衡常数是多少?(写出计算过程,结果保留小数点后一位数字。)
III.某实验小组设计如图a所示的电池装置,正极的电极反应式为____ ____。
Fe2O3(s) + 3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g) △H
(1)已知:①Fe2O3(s) + 3C(石墨)="2Fe(s)" + 3CO(g) △H1
②C(石墨)+ CO2(g) = 2CO(g) △H2
则△H___________________(用含△H1 、△H2的代数式表示)。
(2)高炉炼铁反应的平衡常数表达式K=____________________________。
(3)在某温度时,该反应的平衡常数K=64,在2L恒容密闭容器甲和乙中,分别按下表所示加入物质,反应经过一段时间后达到平衡。
| Fe2O3 | CO | Fe | CO2 |
甲/mol | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
乙/mol | 1.0 | 1.5 | 1.0 | 1.0 |
①甲容器中CO的平衡转化率为_______________________。
②下列说法正确的是____________________(填编号)。
A.若容器压强恒定,反应达到平衡状态
B.若容器内气体密度恒定,反应达到平衡状态
C.甲容器中CO的平衡转化率大于乙的
D.增加Fe2O3就能提高CO的转化率
II.纳米MgO可用尿素与氯化镁合成。某小组研究该反应在温度为378~398K时的反应时间、反应物配比等因素对其产率的影响。请完成以下实验设计表:
编号 | 温度/K | 反应时间/h | 反应物物质的量配比 | 实验目的 |
① | 378 | 4 | 3∶1 | 实验②和④探究________ ______________________ 实验②和__________探究 反应时间对产率的影响。 |
② | 378 | 4 | 4∶1 | |
③ | 378 | 3 | _______ | |
④ | 398 | 4 | 4∶1 |
下图为温度对纳米MgO产率(曲线a)和粒径(曲线b)的影响,请归纳出温度对纳米MgO制备的影响规律(写出一条):
___________________________________________。
| 钾 | 钠 | Na2CO3 | 金刚石 | 石墨 |
熔点(℃) | 63.65 | 97.8 | 851 | 3550 | 3850 |
沸点(℃) | 774 | 882.9 | 1850(分解产生CO2) | ---- | 4250 |
金属钠和CO2在常压、890℃发生如下反应:
4 Na(g)+ 3CO2(g)2 Na2CO3(l)+ C(s,金刚石) △H=-1080.9kJ/mol
(1)上述反应的平衡常数表达式为 ;若4v正(Na)=3v逆(CO2),反应是否达到平衡 (选填“是”或“否”)。
(2)若反应在10L密闭容器、常压下进行,温度由890℃升高到1680℃,若反应时间为10min, 金属钠的物质的量减少了0.20mol,则10min里CO2的平均反应速率为 。
(3)高压下有利于金刚石的制备,理由是 。
(4)由CO2(g)+4Na(g)=2Na2O(s)+C(s,金刚石) △H=-357.5kJ/mol;则Na2O固体与C(金刚石)反应得到Na(g)和液态Na2CO3(l)的热化学方程式 。
(5)下图开关K接M时,石墨作 极,电极反应式为 。K接N一段时间后测得有0.3mol电子转移,作出y随x变化的图象〖x—代表n(H2O)消耗,y—代表n[Al(OH)3],反应物足量,标明有关数据〗
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