化学反应原理综合练习.doc

化学反应原理综合练习1

1．工业合成氨反应为N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)，对其研究如下：
(1)已知H—H键的键能为436 kJ·mol－1，N—H键的键能为391 kJ·mol－1，N≡N键的键能是945.6kJ·mol－1，则上述反应的ΔH＝________。

(2)上述反应的平衡常数K的表达式为___________________________。若反应方程式改写为：N2(g)＋H2(g) NH3(g)，在该温度下的平衡常数K1＝______________(用K表示)。
(3)在773 K时，分别将2 mol N2和6 mol H2充入一个固定容积为1 L的密闭容器中，随着反应的进行，气体混合物中n(H2)、n(NH3)与反应时间t的关系如下表：
t/min
0
5
10
15
20
25
30
n(H2)/mol
6.00
4.50
3.60
3.30
3.03
3.00
3.00
n(NH3)/mol
0
1.00
1.60
1.80
1.98
2.00
2.00
①该温度下，若向同容积的另一容器中投入的N2、H2、NH3的浓度分别为
3 mol·L－1、3 mol·L－1、3 mol·L－1，则此时v正________v逆。(填“大于”、“小于”或“等于”)
(4). 反应 3H2(g)+3CO(g) CH3OCH3(g)+CO2(g) △H<0 逆反应速率与时间的关系如下图所示：
若t4时扩大容器体积，t5达到平衡，t6时增大反应物浓度，请在下左上图中画出t4- t6的变化曲线。

(5)现以NO2、O2、N2O5、熔融盐NaNO3组成的燃料电池，采用电解法制备N2O5，装置如右图所示。

石墨Ⅰ电极上发生反应的电极反应式：_____________________________________。

2.甲醇是重要的化工原料，又是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景。
(1)已知反应CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)　ΔH＝－99 kJ·mol－1中的相关化学键键能如下：
化学键
H—H
C—O
CO
H—O
C—H
E/(kJ·mol－1)
436
343
x
465
413

则x＝________。
(2)在一容积可变的密闭容器中，1 mol CO与2 mol H2发生反应：CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)　ΔH1<0，CO在不同温度下的平衡转化率(α)与压强的关系如图所示。
①a、b两点的反应速率：v(a)________v(b)(填“>”、“<”或“＝”)
②T1________T2 (填“>”、“<”或“＝”).
③在c点条件下，下列叙述能说明上述反应能达到化学平衡状态的
是________(填代号)。
A．H2的消耗速率是CH3OH生成速率的2倍 B．CH3OH的体积分数不再改变
C．混合气体的密度不再改变 D．CO和CH3OH的物质的量之和保持不变
④计算图中a点的平衡常数Kp＝__________________________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。
(3) 研究证实，CO2也可在酸性水溶液中通过电解生成甲醇，则生成甲醇的反应发生在________极，该电极反应式是______________________。

3．甲醇是一种优质的液体燃料，CO和CO2均可用于合成甲醇。
目前工业上有一种方法是用CO2来生产燃料甲醇。一定条件下发生反应：
CO2(g) +3H2(g) ＝CH3OH(g)+H2O(g) △H1
（1）已知： 2CO(g) +O2(g) ＝2CO2(g) △H2
2H2(g)+O2(g) ＝2H2O(g) △H3
0 0.5 1.0 1.5
100

80

60

40

20

CO的平衡转化率%
p/ 104 kPa
250℃

300℃

350℃

则　CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g)　的　△H＝ 。

（2）由CO合成甲醇时，CO在不同温度下的
平衡转化率与压强的关系如下图所示。
该反应ΔH 0（填“>”或“ <”）。实际生产
条件控制在250℃、1.3×104kPa左右，选择此压强
的理由是 。
（3）一定温度下，向2L密闭容器中加入1mol CH3OH (g)，
发生反应：CH3OH(g) CO(g) + 2H2(g)，H2物质的量随
n(H2)/mol
t/min
1.0
2
0
时间的变化如右图所示。
0~2 min内的平均反应速率v(CH3OH)= 。
该温度下，CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g)的平衡常数K= 。
相同温度下，若开始加入CH3OH(g)的物质的量是原来的2倍，则 是原来的2倍。
a． 平衡常数 b．CH3OH的平衡浓度
c．达到平衡的时间 d．平衡时气体的密度
（4）以CH3OH为燃料（以KOH溶液作电解质溶液）可制成CH3OH燃料电池。
负极反应的电极反应式为 。
4.【加试题】(10分)甲醇是重要的化学工业基础原料和清洁液体燃料。工业上可利用CO或CO2来生产燃料甲醇。已知甲醇制备的有关化学反应以及在不同温度下的化学反应平衡常数如下表所示：
化学反应
平衡常数
温度℃
500
800
①2H2(g)+CO(g) CH3OH(g)
K1
2.5
0.15
②H2(g)+CO2(g) H2O (g)+CO(g)
K2
1.0
2.50
③3H2(g)+CO2(g) CH3OH(g)+H2O (g)
K3

（1）反应②是 （填“吸热”或“放热”）反应。
（2）某温度下反应①中H2的平衡转化率(α)与体系总压强(P)的关系，如图①所示。则平衡状态由A变到B时，平衡常数K(A) K(B)（填“＞”、“＜”或“＝”）。据反应①与②可推导出K1、K2与K3之间的关系，则K3= （用K1、K2表示）。

（3）生成CO的热化学方程式为：C(s) + H2O(g) = CO(g) + H2(g) △H = + 131.6 kJ/mol，图②为反应I在一定温度下，反应达到平衡时各气体体积百分含量随压强变化的关系图。若反应达某一平衡状态时，测得c(H2O)=2c(H2)= 2c(CO)=2 mol／L，试根据H2O的体积百分含量变化曲线，在图②中画出CO的体积百分含量变化曲线图。
（4）一种甲醇燃料电池，使用的电解质溶液是2mol·L－1的KOH溶液。

请写出加入(通入)a物质一极的电极反应式 ；
（5）一定条件下甲醇与一氧化碳反应可以合成乙酸。通常状况下，将a mol/L的醋酸与b mol/LBa(OH)2溶液等体积混合后，溶液中：2c(Ba2＋)= c(CH3COO-)，用含a和b的代数式表示该混合溶液中醋酸的电离常数Ka为 。

5．【加试题】(10分) 研究NOx、CO2的吸收利用对促进低碳社会的构建和环境保护具有重
要意义。
（1）已知：① 2H2(g) + O2(g)＝2H2O(g) ∆H1
② CO2(g)+3H2(g)CH3OH (l) + H2O (l) ∆H2
③ H2O(g)H2O(l) ∆H3
求 25℃、101kPa下，2 mol CH3OH (l)完全燃烧的∆H= （用含∆H1、∆H2、∆H3的式子表示）。
（2）向1 L密闭容器中加入2 mol CO2、6 mol H2，在适当的催化剂作用下，发生反应：
CO2(g)+3H2(g) CH3OH (l) + H2O (l) ∆H2
① 已知反应的∆H2<0，则此反应自发进行的条件是 （填“低温”、“高温”或“任意温度”）。
②在T℃下，CO2气体的浓度随时间t变化如下图所示，则此温度下反应的平衡常数 Kc= （用分数表示）。在t2时将容器容积缩小为原体积的一半，t3时再次达到平衡，请画出t2之后 CO2气体的浓度随时间变化的曲线。

（3）用NH3催化还原NOX可以消除氮氧化物的污染。如下图，采用NH3作还原剂，烟气以一定的流速通过两种不同催化剂，测量逸出气体中氮氧化物含量，从而确定烟气脱氮率（注：脱氮率即氮氧化物的转化率），反应原理为：
NO(g) + NO2(g) + 2NH3(g)2N2(g) + 3H2O(g)。
以下说法正确的是 。（填编号）
A．使用第②种催化剂更有利于提高NOx的平衡转化率
B．催化剂①、②分别适合于250℃和450℃左右脱氮
C．相同条件下，改变压强对脱氮率没有影响
D．烟气通过催化剂的流速越快，脱氮效果会越好

（4）用电解法处理NOX是消除氮氧化物污染的新方法，其原理是将NOX在电解池中分解成无污染的N2和O2，电解质是固体氧化物陶瓷（内含O2ˉ离子，可定向移动），阴极的反应式是 。

1. (1)－92.4 kJ·mol－1
(2)K＝　 K或 (3)①大于　
(4)

(5)NO2 ＋ NO－ e－===N2O5　,
2. (1)1076 (2)①<　②<　　③bc　④1.6×10－7 (kPa)－2
(3) 阴 ；CO2+6H++6e- =CH3OH+H2O
3．
（1）△H1+△H2 －△H3 。
（2）<； 在1.3×104kPa下，CO的转化率已经很高，如果增加压强CO的转化率提高不大，而生产成本增加，得不偿失。
（3）0.125mol·L－1· min－1； 4 L2·mol－2； d。
（4）CH3OH － 6e－+8OH－= CO32－+6H2O。
4.（10分）
（1）吸热（1分） (2) = （1分） k1·k2 （2分）
(3)

起点坐标为（0.1 ，25）
终点坐标为（0.75 ， 15）（2分）

(4)CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O（2分）
(5)2×10-7b/(a-2b)
5.（10分）

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