资源化利用碳及其化合物具有重要意义。CO是高炉炼铁的重要还原剂,炼铁时发生的主要反应有:Ⅰ.Fe2O3(s)+...
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资源化利用碳及其化合物具有重要意义。CO是高炉炼铁的重要还原剂,炼铁时发生的主要反应有:
Ⅰ2O3(s)+3C(s)2Fe(s)+3CO(g)
ΔH=+489 kJ·mol-1
Ⅱ2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g)
ΔH=-27 kJ·mol-1
Ⅲ.C(s)+CO2(g)2CO(g) ΔH=X kJ·mol-1
(1)试计算,X=________。反应Ⅲ中,正反应的活化能________(填“大于”“小于”或“等于”)逆反应的活化能。
(2)T1 ℃时,向某恒温密闭容器中加入一定量的Fe2O3和C,发生反应Ⅰ,反应达到平衡后,在t1时刻改变某条件,v逆随时间t的变化关系如图1所示,则t1时刻改变的条件可能是________(填序号)。
a.保持温度、体积不变,使用催化剂
b.保持体积不变,升高温度
c.保持温度不变,压缩容器体积
d.保持温度、体积不变,充入CO
(3)在一定温度下,向某体积可变的恒压(p总)密闭容器中加入1 mol CO2与足量的碳发生反应Ⅲ,平衡时体系中气体体积分数与温度的关系如图2所示。
①650 ℃时,反应达平衡后CO2的转化率为________;
②T ℃,该反应达到平衡时,下列说法不正确的是________(填序号);
a.气体密度保持不变
b.2v正(CO2)=v正(CO)
c.若保持其他条件不变再充入等体积的CO2和CO,平衡向逆反应方向移动
d.若保持其他条件不变再充入稀有气体,v正、v逆均减小,平衡不移动
e.若其他条件不变将容器体积压缩至一半并维持体积不变,再次达平衡时压强小于原平衡的2倍
③根据图中数据,计算反应Ⅲ在T ℃时用平衡分压代替浓度表示的化学平衡常数Kp=________(用含p总的代数式表示)。
(4)已知25 ℃时H2CO3的电离平衡常数为:Ka1=4.4×10-7、Ka2=4.7×10-11,则反应:HCO+H2OH2CO3+OH-的平衡常数K=________(结果保留三位有效数字)。
【回答】
* (1)+172 大于 (2)cd
(3)①25% ②cd ③p总
(4)2.27×10-8
解析 (1)根据盖斯定律得:C(s)+CO2(g)2CO(g) ΔH==+172 kJ·mol-1,所以X=+172。因为反应Ⅲ:C(s)+CO2(g)2CO(g) ΔH=+172 kJ·mol-1,为吸热反应,所以正反应的活化能大于逆反应的活化能。
(2)保持温度、体积不变,使用催化剂,可以使正、逆反应速率都增大,但是平衡不发生移动,达到平衡时逆反应速率比原来的逆反应速率大,a错误;保持体积不变,升高温度,正、逆反应速率增大,逆反应速率不会回到原平衡状态,b错误。
(3)①反应Ⅲ:C(s)+CO2(g)2CO(g)
起始(mol) 1 0
转化(mol) x 2x
平衡(mol) 1-x 2x
=60%,可得x=,所以CO2的转化率为25%。
②当反应处于平衡状态时,气体体积质量保持不变,故密度不变,故a正确;由于方程式中CO2和CO的系数比为1∶2,所以任何时刻都存在2v正(CO2)=v正(CO),故b正确;由图中信息可知,T ℃时,该反应达到平衡,平衡混合物中两种气体(CO和CO2)的体积分数相同。若保持其他条件不变再充入等体积的CO2和CO,化学平衡不移动,故c错误;若保持其他条件不变再充入稀有气体,由于体系的总压不变,所以容器的体积增大,反应混合物中各气体组分的浓度减小,则v正和v逆减小,平衡向气体分子数增大的方向移动,即向正反应方向移动,故d错误;若其他条件不变将容器体积压缩至一半并维持体积不变,由于体积减小导致物质的浓度都增大,体系的压强增大,若平衡不移动,压强变为原来的2倍,由于平衡向气体体积减小的逆反应方向移动,所以再次达平衡时压强小于原平衡的2倍,故e正确。
③对于反应Ⅲ,根据图中数据可知,在T ℃时CO占总压强的,所以若用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp===p总。
(4)由已知25 ℃时H2CO3的电离平衡常数为:Ka1=4.4×10-7、Ka2=4.7×10-11,则反应:HCO+H2OH2CO3+OH-的平衡常数K===≈2.27×10-8。
知识点:化学反应速率 化学平衡
题型:综合题