化学反应速率与化学平衡计算题及及解析

计算题(共3小题)

一、灰锡结构松散，不能用于制造器皿，而白锡结构坚固，可以制造器皿，现把白锡制成的器皿放在0 ℃、100  kPa的室内存放，它会不会变成灰锡而不能再继续使用？

已知：在0 ℃、100  kPa条件下白锡转化为灰锡的反应焓变和熵变分别为

ΔH＝－2 180.9 J· mol－1，ΔS＝－6.61 J· mol－1·K－1。

二、高温时空气中的N2和O2会反应生成NO而污染大气：N2(g)＋O2(g)===2NO(g)。

试通过计算说明在1 200  ℃的条件下，此反应能否正向自发进行？估算自发进行的最低温度是多少？[已知该反应：ΔH＝＋180.50 kJ·mol－1，ΔS＝247.7 J·mol－1·K－1]

三、一定温度下的密闭容器中存在如下反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，知c始(SO2)＝0.4 mol·L－1，c始(O2)＝1 mol·L－1，经测定该反应在该温度下的平衡常数K≈19，试判断：

(1)当SO2转化率为50%时，该反应是否达到平衡状态？若未达到，向哪个方向进行？

(2)达到平衡状态时，SO2的转化率应为多少？

填空题(共3小题)

四、已知：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝Q，其平衡常数随温度变化如下表所示：

请回答下列问题：

(1)上述反应的化学平衡常数表达式为________________________。

该反应的Q______(填“＞”或“＜”)0。

(2)850 ℃时在体积为10  L的反应器中，通入一定量的CO和H2O(g)，发生上述反应，CO和H2O(g)的物质的量浓度变化如图所示，则0～4 min时平均反应速率v(CO)＝__________。

(3)若在500 ℃时进行，且CO、H2O(g)的起始浓度均为0.020 mol·L－1，该条件下，CO的最大转化率为___________________________________。

(4)若在850 ℃时进行，设起始时CO和H2O(g)共为1 mol，其中H2O(g)的体积分数为x，平衡时CO的转化率为y，试推导y随x变化的函数关系式为__________。

五、工业制硝酸的主要反应为4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)　ΔH。

(1)已知氢气的燃烧热为285.8 kJ·mol－1。

N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g)

ΔH＝－92.4 kJ·mol－1；

H2O(l)  ===H2O(g)　ΔH＝＋44.0 kJ·mol－1；

N2(g)＋O2(g)===2NO(g)

ΔH＝＋180.6 kJ·mol－1。

则上述工业制硝酸的主要反应的ΔH＝__________。

(2)在容积固定的密闭容器中发生上述反应，容器内部分物质的物质的量浓度如下表：

①反应在第2  min到第4 min时，O2的平均反应速率为__________。

②反应在第6  min时改变了条件，改变的条件可能是__________(填字母)。

A．使用催化剂  B．升高温度

C．减小压强  D．增加O2的浓度

③下列说法中能说明4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)达到平衡状态的是__________(填字母)。

A．单位时间内生成nmol NO的同时，生成nmol NH3

B．条件一定，混合气体的平均相对分子质量不再变化

C．百分含量w(NH3)＝w(NO)

D．反应速率v(NH3)∶v(O2)∶v(NO)∶v(H2O)＝4∶5∶4∶6

E．恒压条件下，混合气体的密度不再变化

六、698 K时，向某VL的密闭容器中充入2 mol H2(g)和2 mol I2(g)，发生反应：H2(g)＋I2(g)2HI(g) ΔH＝－26.5 kJ· mol－1，测得各物质的物质的量浓度与时间变化的关系如图所示。

请回答下列问题：

(1)V＝__________。

(2)该反应达到最大限度的时间是__________，该时间内平均反应速率v(HI)＝__________。

(3)该反应达到平衡状态时，__________(填“吸收”或“放出”)的热量为__________。

参考答案

一、

【答案】会

【解析】

ΔH－TΔS＝－2 180.9 J· mol－1×10－3－273  K×(－6.61  J· mol－1·K－1)×10－3≈－0.38  kJ· mol－1<0，能自发进行。

二、

【答案】能　455.7  ℃

【解析】

反应自发进行的条件是ΔG＝ΔH－TΔS<0，在1 200 ℃的条件下，ΔH－TΔS＝＋180.50 kJ·mol－1－(1  200＋273)K×247.7×10－3kJ·mol－1·K－1＝－184.36 kJ·mol－1<0，说明反应能够自发进行。

假设反应自发进行的最低温度为T，则有ΔG＝＋180.50 kJ·mol－1－(T＋273)K×247.7×10－3kJ·mol－1·K－1<0，解得T>455.7 ℃。

三、

【答案】(1)反应Qc

【解析】

此时Qc＝＝＝≈1.11<19。可知当SO2转化率为50%时，反应未达到平衡状态，反应向正反应方向进行。

(2)设达到平衡时，SO2转化的物质的量浓度为x，则O2转化的物质的量浓度为，生成SO3为x。

所以K＝≈19，x＝0.32 mol。

所以SO2的转化率为×100%＝80%。

四、【答案】(1)K＝　      ＜　

(2)0.03 mol·L－1· min－1　(3)75%　(4)y＝x

【解析】

(1)可逆反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)的平衡常数K＝。由表中数据可知，温度越高，平衡常数越小，平衡向逆反应方向移动，因升高温度平衡向吸热方向移动，故正反应为放热反应。

(2)由图像可知：CO在4 min内浓度减小了0.2 mol·L－1－0.08  mol·L－1＝0.12  mol·L－1，则v(CO)＝＝0.03  mol·L－1·min－1。

(3)500 ℃时平衡常数为9，设CO最多能转化xmol ·L－1，则

则有＝9，解得x＝0.015，则CO的最大转化率为×100%＝75%。

(4)850 ℃时平衡常数为1，有

则有＝1，解得y＝x。

五、【答案】

(1)－904.8 kJ· mol－1

(2)①0.187  5 mol·L－1· min－1　②B　③ABE

【解析】

(1)2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)

ΔH＝－571.6 kJ·mol－1　①

N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g)

ΔH＝－92.4 kJ·mol－1　②

H2O(l)===H2O(g)　ΔH＝＋44.0 kJ·mol－1　③

N2(g)＋O2(g)===2NO(g)　ΔH＝＋180.6 kJ·mol－1　④

根据盖斯定律①×3＋④×2＋③×6－②×2得

4NH3(g)＋5O2(g)鸠4NO(g)＋6H2O(g)

ΔH＝－904.8 kJ· mol－1。

(2)①v(O2)＝v(NH3)＝×＝0.187 5 mol·L－1· min－1。

②6～8  min各物质的浓度并未发生变化，而达到平衡时反应物浓度增大，生成物浓度减小，故平衡逆向移动，A、D项错误；该反应是反应后气体化学计量数之和增大的放热反应。升高温度平衡逆向移动，减小压强平衡正向移动，B项正确、C项错误。

六、【答案】(1)2　(2)5 s　0.316 mol·L－1·s－1　(3)放出     41．87 kJ

【解析】

(1)由图知初始反应时，c(H2)＝c(I2)＝1  mol·L－1，而加入的H2和I2的物质的量均为2 mol，所以V＝2。

(2)反应达到最大限度即达到化学平衡，所需时间为5 s，v(HI)＝＝0.316  mol·L－1·s－1。

(3)可逆反应从正反应建立，所以需放出热量。由反应：H2(g)＋I2(g)2HI(g)　ΔH＝－26.5 kJ· mol－1，达到平衡时共生成n(HI)＝1.58  mol·L－1×2  L＝3.16 mol，所以放出的热量为×3.16  mol＝41.87 kJ。