高中 | 化学平衡常数 题目答案及解析

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高中 | 化学平衡常数题目答案及解析如下,仅供参考!

选修四

第二章 化学反应速率和化学平衡

第三节 化学平衡

化学平衡常数

合成氨是人类科技发展史上的一项重大突破。

在一定条件下,${{\text{N}}_{2}}(\text{g})$$\mathrm{H}_{2}(\mathrm{g})$反应生成$0.2\text{ mol N}{{\text{H}}_{3}}(\text{g})$,放出$\rm 9.24$ $\rm kJ$的热量,写出该可逆反应的热化学方程式:                。在下图中画出合成氨反应过程中焓${(\mathrm{H})}$的变化示意图                

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$\\text{2N}{{\\text{H}}_{\\text{3}}}\\left( \\text{g} \\right)\\rightleftharpoons {{\\text{N}}_{\\text{2}}}\\left( \\text{g} \\right)\\text{+3}{{\\text{H}}_{\\text{2}}}\\left( \\text{g} \\right)\\quad \\Delta H\\text{=+92}\\text{.4 kJ}\\cdot \\text{mo}{{\\text{l}}^{\\text{-1}}}$

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在一定条件下,${{\text{N}}_{2}}(\text{g})$$\mathrm{H}_{2}(\mathrm{g})$反应生成$0.2\text{ mol N}{{\text{H}}_{3}}(\text{g})$,放出$\rm 9.24$ $\rm kJ$的热量,则生成$\text{2 mol N}{{\text{H}}_{\text{3}}}\left( \text{g} \right)$放出$\rm 92.4$ $\rm kJ$的热量,可以推出逆反应分解$\text{2 mol N}{{\text{H}}_{\text{3}}}\left( \text{g} \right)$要吸收$\rm 92.4$ $\rm kJ$的热量,热化学方程式为:$\text{2N}{{\text{H}}_{\text{3}}}\left( \text{g} \right)\rightleftharpoons {{\text{N}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right)\text{+3}{{\text{H}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right)\quad \Delta H\text{=+92}\text{.4 kJ}\cdot \text{mo}{{\text{l}}^{\text{-1}}}$;合成氨反应热化学方程式为:$\text{2N}{{\text{H}}_{\text{3}}}\left( \text{g} \right)\rightleftharpoons {{\text{N}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right)\text{+3}{{\text{H}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right)\quad \Delta H\text{=+92}\text{.4 kJ}\cdot \text{mo}{{\text{l}}^{\text{-1}}}$,则表示该过程中焓${(\mathrm{H})}$的变化示意图为:

在一定温度下,将$2\text{ mol }{{\text{N}}_{2}}$$6\text{ mol }{{\text{H}}_{2}}$通入到体积为$\rm 1\;\rm L$的密闭容器中,发生反应,$\rm 2\;\rm min$达到平衡状态时,${{\text{H}}_{2}}$转化率是$50\%$。则用${{\text{H}}_{2}}$表示该反应的平均速率$v\left( {{\text{H}}_{2}} \right)=$                $\mathrm{mol} /(\mathrm{L} \cdot \mathrm{min})$;该温度下的平衡常数$K=$                $\rm ($用分数表示$\rm )$;欲使$K$增大,可以采取的措施是                

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$\\rm 1.5$$\\dfrac{\\text{4}}{\\text{27}}{{\\left( \\text{mol}\\cdot {{\\text{L}}^{\\text{-1}}} \\right)}^{\\text{-2}}}\\rm ($$\\dfrac{4}{27}\\rm )$ ; 降低温度

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在一定温度下,将$2\text{ mol }{{\text{N}}_{2}}$$6\text{ mol }{{\text{H}}_{2}}$通入到体积为$\rm 1$ $\rm L$的密闭容器中,发生反应,$\rm 2$ $\rm min$达到平衡状态时,${{\text{H}}_{2}}$转化率是$50\%$,消耗的$n\left( {{\text{H}}_{2}} \right)=6\text{ mol}\times 50\%=3\text{ mol}$,列三段式$\begin{matrix} {} & {{\text{N}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right) & + & \text{3}{{\text{H}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right) & \rightleftharpoons & \text{2N}{{\text{H}}_{\text{3}}}\left( \text{g} \right) \\ 起始量\left( \text{mol} \right) & \text{2} & {} & \text{6} & {} & \text{0} \\转化量 \left( \text{mol} \right) & \text{1} & {} & \text{3} & {} & \text{2} \\平衡量 \left( \text{mol} \right) & \text{1} & {} & \text{3} & {} & \text{2} \\ \end{matrix}$;则用${{\text{H}}_{2}}$表示该反应的平均速率$v\left( {{\text{H}}_{\text{2}}} \right)=\dfrac{\dfrac{\text{3 mol}}{\text{1 L}}}{\text{2 min}}\text{=1}\text{.5 mol}\cdot {{\text{L}}^{\text{-1}}}\cdot \text{mi}{{\text{n}}^{\text{-1}}}$;该温度下的平衡常数$K=\dfrac{{{\left( \dfrac{\text{2 mol}}{\text{1 L}} \right)}^{\text{2}}}}{\left( \dfrac{\text{1 mol}}{\text{1 L}} \right)\times {{\left( \dfrac{\text{3 mol}}{\text{1 L}} \right)}^{\text{3}}}}=\dfrac{\text{4}}{\text{27}}\text{ }{{\left( \text{mol}\cdot {{\text{L}}^{\text{-1}}} \right)}^{\text{-2}}}$;平衡常数$K$只受温度影响,欲使$K$增大,需要平衡向右移动,合成氨为放热反应,所以可采取的措施为:降低温度。

理论上,为了增大平衡时${{\text{H}}_{2}}$的转化率,可采取的措施有                $\rm ($填序号$\rm )$

$\rm a$.及时分离出$\rm \text{N}{{\text{H}}_{3}}$        $\rm b$.升高温度        $\rm c$.增大压强        $\rm d$.使用催化剂

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$\\rm ac$

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根据合成氨反应热化学方程式为:$\text{2N}{{\text{H}}_{\text{3}}}\left( \text{g} \right)\rightleftharpoons {{\text{N}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right)\text{+3}{{\text{H}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right)\quad \Delta H\text{=+92}\text{.4 kJ}\cdot \text{mo}{{\text{l}}^{\text{-1}}}$,为了增大平衡时${{\text{H}}_{2}}$的转化率,需要平衡向右移动,可以采取的措施:

$\rm a$.及时分离出$\rm \text{N}{{\text{H}}_{3}}$ :减小了生成物浓度,平衡向右移动,$\rm {{\text{H}}_{2}}$的转化率增大,$\rm a$符合题意;

$\rm b$.升高温度:反应为放热反应,升高温度平衡会向左移动,$\rm {{\text{H}}_{2}}$的转化率减小,$\rm b$不符合题意;

$\rm c$.增大压强:反应为气体体积减小的反应,增大压强平衡会向右移动,$\rm {{\text{H}}_{2}}$的转化率增大,$\rm c$符合题意;

$\rm d$.使用催化剂$\rm :$不影响平衡的移动,${{\text{H}}_{2}}$的转化率不变,$\rm d$不符合题意;

工业生产尿素的原理是以$\text{N}{{\text{H}}_{3}}$$\text{C}{{\text{O}}_{2}}$为原料合成尿素$\left[ \text{CO}{{\left( \text{N}{{\text{H}}_{2}} \right)}_{2}} \right]$,反应的化学方程式为$2\text{N}{{\text{H}}_{3}}(\text{g})+\text{C}{{\text{O}}_{2}}(\text{g})\rightleftharpoons \text{CO}{{\left( \text{N}{{\text{H}}_{2}} \right)}_{2}}(\text{l})+{{\text{H}}_{2}}\text{O}(\text{l})$,该反应的平衡常数和温度关系如下:

$T\rm /^\circ\rm C$$\rm 165$$\rm 175$$\rm 185$$\rm 195$
$K$$\rm 111.9$$\rm 74.1$$\rm 50.6$$\rm 34.8$

①焓变$\Delta H\rm ($填“$\rm \gt $”,“$\rm \lt $”或“$\rm =$$\rm )$                $\rm 0$

②在一定温度和压强下,若原料气中的$\text{N}{{\text{H}}_{3}}$$\text{C}{{\text{O}}_{2}}$的物质的量之比$\rm ($氨碳比$)\dfrac{n\left( \text{N}{{\text{H}}_{3}} \right)}{n\left( \text{C}{{\text{O}}_{2}} \right)}=x$,如图是氨碳比$(x)$$\text{C}{{\text{O}}_{2}}$平衡转化率$(\alpha )$的关系。图中的$\rm B$点处,$\text{N}{{\text{H}}_{3}}$的平衡转化率为                

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$\\lt $$\\rm 32\\%$

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①根据题目中表格数据,温度越高,平衡常数越小,说明升高温度,平衡向左移动,则正反应为放热反应,得焓变$\Delta H\lt 0$

②在一定温度和压强下,若原料气中的$\text{N}{{\text{H}}_{3}}$$\text{C}{{\text{O}}_{2}}$的物质的量之比$\rm ($氨碳比$ )\dfrac{n\left( \text{N}{{\text{H}}_{3}} \right)}{n\left( \text{C}{{\text{O}}_{2}} \right)}=x$,如图是氨碳比$(x)$$\text{C}{{\text{O}}_{2}}$平衡转化率$(\alpha )$的关系,图中的$\rm B$点处时有$x=4$$\text{C}{{\text{O}}_{2}}$平衡转化率为$\rm 64\%$,设$n\left( \text{N}{{\text{H}}_{\text{3}}} \right)=4\text{ mol}$,则$n\left( \text{C}{{\text{O}}_{\text{2}}} \right)=1\text{ mol}$,根据转化率计算出消耗的$\text{C}{{\text{O}}_{2}}$的物质的量为$1\text{ mol}\times 64\%=0.64\text{ mol}$,根据反应的化学方程式为$2\text{N}{{\text{H}}_{3}}(\text{g})+\text{C}{{\text{O}}_{2}}(\text{g})\rightleftharpoons \text{CO}{{\left( \text{N}{{\text{H}}_{2}} \right)}_{2}}(\text{l})+{{\text{H}}_{2}}\text{O}(\text{l})$可知消耗的$\text{N}{{\text{H}}_{\text{3}}}$的物质的量为消耗的$\text{C}{{\text{O}}_{2}}$的物质的量的$\rm 2$倍,算出消耗的$\text{N}{{\text{H}}_{\text{3}}}$的物质的量为$0.64\text{ mol}\times 2=1.28\text{ mol}$,则$\text{N}{{\text{H}}_{3}}$的平衡转化率为$\dfrac{\text{1}\text{.28 mol}}{\text{4 mol}}\times 100\%=32\%$

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