(14分)工业上利用CO和水蒸气在一定条件下发生反应制取氢气:
CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)
某研究小组分别在体积均为2 L的恒容密闭容器中加入一定量的反应物,使其发生反应,相关数据如下:
容器 编号 | 温度 /℃ | 起始量/mol | 平衡量/mol | 达到平衡的时间/min | 达平衡时体系能量的变化/kJ | ||
CO | H2O | CO2 | H2 | ||||
① | 650 | 1 | 2 | 0.4 | 0.4 | 5 | 16.4kJ |
② | 650 | 2 | 4 | t1 | Q1 kJ | ||
③ | 900 | 2 | 4 | 1.6 | 1.6 | t2 | Q2 kJ |
(2)容器③中反应达平衡时,CO的转化率为 。
(3)容器①中反应达平衡这段时间,化学反应速率v (H2) = 。
(4)该反应的正反应为 (填“吸热”或“放热”)反应,理由是 。
(5)下列叙述正确的是 (填字母序号)。
a.平衡时,容器①和容器②中CO2的体积分数相等
b.反应达平衡状态时,Q2 > Q1> 32.8 kJ
c.达到平衡的时间:t2> t1>2.5 min
d.该反应的热化学方程式可表示为:CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) △H=-41 kJ/mol
(6)容器②中反应进行到t min时,测得混合气体中CO2的物质的量为0.6 mol。若用200 mL 5 mol/L的NaOH溶液将其完全吸收,得到的溶液中所有离子的物质的量浓度由大到小的顺序为 。
(1)0.17(2分)
(2)80℅(2分)
(3)0.04mol·L-1・min-1(2分)
(4)吸热(2分);升高温度,反应物的转化率增大(2分)
(5)a(2分)
(6)c(Na+)> c (CO32-)>c(HCO3-)>c(OH-)>c(H+)(2分)
题目分析:(1)②和①为等效平衡,转化率相等,为40%,所以K=(0.8×0.8)/(1.2×3.2)=0.17。
(2)CO2的量为1.6mol,所以CO也转化了1.6mol,转化率为1.6/2=80%。(3)v (H2) =0.4/(2×5)=0.04mol·L-1・min-1。(4)比较反应②、③,升高温度,反应物的转化率增大,所以为吸热。(5)a.①和②为等效平衡所以体积分数相等,a正确。b.达到平衡后Q2 > Q1="32.8" kJ,b错。c.由于③的温度比②高,所以③的反应速率更快,时间更短,c错。d.△H>0,d错。(6)按照方程式计算,碳酸钠有0.4mol,碳酸氢钠有0.05mol,而碳酸根发生水解,浓度比钠离子低,其次是碳酸氢根,而由于碳酸根水解,碳酸氢根水解,氢氧根离子比氢离子浓度高,即:c(Na+)> c (CO32-)>c(HCO3-)>c(OH-)>c(H+)。
点评:本题将化学反应平衡与盐类水解相结合,考点综合,学生需牢固掌握这两部分知识。