反应Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g) ΔH1,平衡常数为K1;反应Fe(s)+H2O(g)FeO(s)+H2(g) ΔH2,平衡常数为K2;在不同温度时K1、K2的值如下表:
700 ℃ | 900 ℃ | |
K1 | 1.47 | 2.15 |
K2 | 2.38 | 1.67 |
反应CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH,平衡常数K,则ΔH=________(用ΔH1和ΔH2表示),K=________(用K1和K2表示),且由上述计算可知,反应CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)是________反应(填“吸热”或“放热”)。
(2)一定温度下,向某密闭容器中加入足量铁粉并充入一定量的CO2气体,发生反应Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g) ΔH>0,CO2的浓度与时间的关系如图1所示:
①该条件下反应的平衡常数为________;若铁粉足量,CO2的起始浓度为2.0 mol·L-1,则平衡时CO2的浓度为________ mol·L-1。
②下列措施中能使平衡常数增大的是________(填序号)。
A.升高温度
B.增大压强
C.再充入一定量的CO2
D.再加入一定量铁粉
(3)对于可逆反应Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g),该反应的逆反应速率随时间变化的关系如图2。
①从图中看到,反应在t2时达平衡,在t1时改变了某种条件,改变的条件可能是________。
A.升温
B.增大CO2浓度
C.使用催化剂
②如果在t3时从混合物中分离出部分CO,t4~t5时间段反应处于新平衡状态,请在图上画出t3~t5的v(逆)变化曲线_______。
ΔH1-ΔH2 吸热 2.0 A AC
【分析】
(1)利用盖斯定律计算,并得出热化学方程式中的能量变化值,根据平衡常数的表示方法得出各个平衡常数之间的关系;根据平衡移动与温度的关系分析;
(2)①据图分析可知,平衡时二氧化碳和CO的浓度分别为0.5 mol/L和1 mol/L,依据化学平衡常数表达式计算;
②平衡常数只随温度变化而变化,不随浓度、压强等因素变化而变化,该反应是吸热反应,升高温度,平衡常数增大;
(3)①从图中看到,t1时改变了某种条件,使逆反应速率增大;
②如果在t3时从混合物中分离出部分CO,逆反应速率减小,正反应速率瞬间不变,平衡向着正向移动。
【详解】
(1)已知①Fe(s)+CO2(g) FeO(s)+CO(g) ΔH1,②Fe(s)+H2O(g) FeO(s)+H2(g) ΔH2,据盖斯定律,①-②得CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g),则ΔH=ΔH1-ΔH2,平衡常数K=;由图表可知,K1随温度的升高而增大,K2随温度升高而减小,则K随温度升高而增大,说明正反应吸热,故答案为ΔH1-ΔH2;;吸热;
(2)①据图分析可知,平衡时二氧化碳和CO的浓度分别为0.5 mol/L和1 mol/L,则平衡常数K===2.0;若CO2的起始浓度为2.0 mol·L-1,据方程式可知,反应的二氧化碳的浓度与生成CO浓度相等,设生成CO为x mol/L,则平衡时二氧化碳浓度为(2.0-x) mol/L,K===2.0,x=,平衡时二氧化碳浓度=2.0-=mol/L,故答案为2.0;;
②A、该反应是吸热反应,升高温度,平衡正向进行,平衡常数增大,故A正确;
B、增大压强,平衡不移动,温度不变,平衡常数不变,故B错误;
C、充入一定量CO2,CO2浓度增大,平衡向正反应方向移动,但温度不变,平衡常数不变,故C错误;
D、再加入一定量铁粉,平衡不移动,温度不变,平衡常数不变,故D错误;
故答案为A;
(3)①A、升温,正、逆反应速率突然增大,随着反应的进行,生成物的浓度增大,逆反应速率增大,最后不变,故A符合;
B、增大CO2的浓度,正反应速率突然增大,逆反应速率瞬间不变,故B不符合;
C、使用催化剂,正、逆反应速率突然增大,随着反应的进行,生成物的浓度增大,逆反应速率增大,最后不变,故C符合;
故答案为AC;
②如果在t3时从混合物中分离出部分CO,逆反应速率减小,正反应速率瞬间不变,平衡向着正向移动,随着反应的进行,生成物的浓度逐渐增大,逆反应速率逐渐增大,最后不变(比t2时要小),变化如下图所示:,故答案为。
【点睛】
本题考查化学平衡移动,注意盖斯定律的计算,注意分析表格数据,把握图象曲线的变化特点,结合外界条件的变化分析反应速率以及平衡移动的变化是解答的关键。
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近年来,研究人员提出利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储。过程如图:
(1)反应Ⅰ:2H2SO4(l)=2SO2(g)+2H2O(g)+O2(g)ΔH1=+551kJ·mol-1
反应Ⅲ:S(s)+O2(g)=SO2(g)ΔH3=-297kJ·mol-1
反应Ⅱ的化学方程式为___,标准状况下每有6.72L的SO2发生反应,释放的能量为___kJ。
(2)对反应Ⅱ,在某一投料比时,两种压强下,H2SO4在平衡体系中物质的量分数随温度的变化关系如图所示。
p2___p1(填“>”或“<”),得出该结论的理由是___。
(3)I-可以作为水溶液中SO2歧化反应的催化剂,可能的催化过程如下:
i.SO2+4H++4I-=S↓+2I2+2H2O
ii.I2+2H2O+SO2=4H++4I-+SO
探究i、ii反应速率与SO2歧化反应速率的关系,实验如下:分别将18mLSO2饱和溶液加入到2mL下列试剂中,密闭放置观察现象。
序号 | A | B | C |
试剂组成 | 0.4mol·L-1KI | 0.2mol·L-1H2SO4 | amol·L-1KI,0.2mol·L-1 H2SO4 |
实验现象 | 溶液变黄,一段时间后出现浑浊 | 无明显现象 | 溶液变黄,出现浑浊较A快 |
①C是A的对比实验,则a=___。
②设计实验B、C的目的:___。