1、1微专题 4 陌生平衡图像的理解与分析专题集训1.二氧化碳的捕集、利用与封存是我国能源领域的一个重要战略方向,发展成一项重要的新兴产业。二氧化碳催化加氢合成低碳烯烃,起始时以 0.1 MPa,n(H2)n(CO 2)=31 的投料比充入反应器中,发生反应:2CO 2(g)+6H2(g) C2H4(g)+4H2O(g) H。(1)温度对 CO2的平衡转化率和催化效率的影响如图 1 所示。图中 M 点时,乙烯的体积分数为 (保留两位有效数字);为提高 CO2的平衡转化率,除改变温度外,还可采取的措施有 (任写两条)。 (2)不同温度下平衡时的四种气态物质的物质的量如图 2 所示:b 曲线代表的物质
2、是 ;T 1温度下的平衡转化率为 ,相对于起始状态,平衡时气体的平均相对分子质量增大的百分率为 (保留三位有效数字)。 解析:(1)设 H2的物质的量为 3n mol,则 CO2的物质的量为 n mol,由图知,M 点时 CO2的转化率为 50%,则有:6H 2(g)+2CO2(g) C2H4(g)+4H2O(g)n(起始)/mol 3n n 0 0n(变化)/mol 1.5n 0.5n 0.25n nn(M 点)/mol 1.5n 0.5n 0.25n n乙烯的体积分数为 100%=7.7%;提高 CO2平衡转化率的措施还有:增大压强、增大 n(H2)n(CO 2)的值、将产物乙烯气体分离出
3、来等。(2)由图 1 可知,升高温度,CO 2的平衡转化率降低,则正反应为放热反应,图 2 表示的是不同温度下平衡时的四种气态物质的物质的量随温度的升高而变化的情况,b 曲线随温度的升高物质的量减小,则为生成物,且变化趋势大,应该是化学计量数大的 H2O(g),即 b 曲线代表的物质是 H2O(g);起始时以 H2和 CO2投料,T 1时 n(H2)=6 mol,n(H2O)=4 mol,生成 4 mol H2O,2需反应 6 mol H2,则开始投料时 n(H2)=6 mol+6 mol=12 mol,转化率为 100%=50%。6H 2(g)+2CO2(g) C2H4(g)+4H2O(g)
4、n(起始)/mol 12 4 0 0n(变化)/mol 6 2 1 4n(T1点)/mol 6 2 1 4平衡时气体的平均相对分子质量与气体的物质的量成反比,则增大的百分率为100%=23.1%。答案:(1)7.7%(或 0.077) 增大压强或提高 H2和 CO2的物质的量的比值,或将产物乙烯气体分离出来等(任选两条)(2)H2O(g) 50% 23.1%2.在容积可变的密闭容器中投入 1 mol CO 和 2 mol H2,在不同条件下发生反应:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)。实验测得平衡时 CH3OH 的物质的量随温度、压强变化如图 1 所示。(1)M 点时,H 2的转化率为
5、 ;压强:p 1 (填“” “” “0)mol H2、2 mol CO 和 7.4 mol CH3OH(g),在 506 K下进行上述反应。为了使该反应逆向进行,a 的范围为 。 解析:(1)M 点时,生成的 CH3OH 为 0.25 mol,消耗 H2的物质的量为 0.25 mol2=0.50 mol,则 H2的转化率 (H 2)= 100%=25%。此反应的正反应是气体分子数减小的反应,增大压强,平衡向正反应方向移动。由题图 1 知,在相同温度下,p 2到 p1,CH3OH 的物质的量增大,说明平衡向正反应方向移动,即 p1p2。(2)M、N 点对应的温度相同,但 M 点对应的压强较大,反
6、应速率较大。(3)506 K 时,CO(g)+2H 2(g) CH3OH(g)起始(molL -1) 1 2 0转化(molL -1) 0.25 0.50 0.25平衡(molL -1) 0.75 1.50 0.25K= = 0.148。K 越大,lg K 越大,该反应的正反应是放热反应,升0.250.751.502高温度,平衡常数 K 减小,所以,B、E 点符合题意。3(4)温度不变,平衡常数不变,K=0.148。为了使反应逆向进行,必须使 QcK,即 0.148,解得 a (2)” “T1,温度越高,反应速率越大,而且 B、C 点0.4522是平衡状态,v C(正)v B(正)=v B(逆
7、),A 点反应未达到平衡状态,v A(逆)比 vB(逆)小,因此vC(正)与 vA(逆)的大小关系为 vC(正)v A(逆)。对图中 B 点,依据三段式法计算,设消耗O2的物质的量为 y mol2SO 2(g)+O2(g) 2SO3(g)起始量(mol) 2a a 0变化量(mol) 2y y 2y平衡量(mol) 2a-2y a-y 2yB 点气体压强为 0.07 MPa,则 = ,y=0.9a,平衡时,n(SO 2)= 0.2a 0.070.10mol,n(O2)=0.1a mol,n(SO3)=1.8a mol,p(SO2)= 0.07 MPa, p(O2)= 0.07 0.22.1 0
8、.12.1MPa,p(SO3)= 0.07 MPa,Kp=1.82.1= =24 300。(1.82.10.07)2(0.22.10.07)2(0.12.10.07)(2)由图知,当废气中的 NO 含量增加时,脱氮率较高的是好氧硝化法,故宜选用好氧硝化法提高脱氮效率;图中,Fe 2+、Mn 2+对该反应有催化作用,循环吸收液中加入 Fe2+、Mn 2+提高了脱氮的效率。(3)废气中的 SO2与 NaClO2反应生成硫酸钠和盐酸,其离子方程式为2H2O+Cl +2SO2 Cl-+2S +4H+。温度高于 60 后,温度升高,H 2O2分解速率加快,NO24去除率随温度升高而下降。答案:(1)45
9、% 24 300(2)好氧硝化 Fe 2+、Mn 2+对该反应有催化作用(3)2H 2O+Cl +2SO2 Cl-+2S +4H+24温度升高,H 2O2分解速率加快4.(1)在某温度下,2 L 密闭容器中充入 NO、CO 各 0.4 mol 进行反应,测得 NO 物质的量变化如图 1 所示,5 min 末反应达到平衡。第 6 min 继续加入 0.2 mol NO、0.2 mol CO、0.2 mol CO2和 0.3 mol N2,请在图 1 中画出到 9 min 末反应达到平衡 NO 的物质的量随时间的变化曲线。5(2)沉淀物并非绝对不溶,且在水及各种不同的溶液中溶解度有所不同,同离子效
10、应、络合物的形成等都会使沉淀物的溶解度有所改变。已知 AgCl+Cl- AgCl2-,图 2 是某温度下AgCl 在 NaCl、AgNO 3溶液中的溶解情况。由图知,该温度下 AgCl 的溶度积常数为 。 AgCl 在 NaCl 溶液中的溶解度出现如图 2 所示情况(先变小后变大)的原因是 。 解析:(1)由题意知反应为 2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g),2 L 密闭容器中充入 NO、CO各 0.4 mol,达到平衡时 NO 为 0.2 mol。2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g)起始(molL -1) 0.2 0.2 0 0转化(molL -1) 0.
11、1 0.1 0.05 0.1平衡(molL -1) 0.1 0.1 0.05 0.1K= = =5,第 6 min 继续加入 0.2 mol NO、0.2 mol CO、0.2 mol CO 2、0.3 mol N 2,此时,c(NO)=c(CO)=c(CO2)=c(N2)=0.2 molL-1, Q= = =5=K,说明是平衡状态,所以(2)2(2)2()2() 0.20.220.220.22第 6 min 继续加入 0.2 mol NO、0.2 mol CO、0.2 mol CO2和 0.3 mol N2,仍是平衡状态,但是 NO 的物质的量变为原来的 2 倍。(2)由题图 2 可知,当 c(Ag+)=10-7 molL-1时,c(Cl -)=10-5 molL-1,AgCl 的溶度积常数 Ksp=c(Ag+)c(Cl-)=10-510-7=10-12;根据沉淀溶解平衡:AgCl(s)Cl-(aq)+Ag+(aq),将 AgCl 放在 NaCl 溶液中,Cl -抑制了 AgCl 的溶解,但随 c(Cl-)增大,发生反应 AgCl+Cl- AgCl2-,使 AgCl 的溶解度增大。答案:(1)如图所示6(2)10 -12 开始 Cl-抑制了 AgCl 的溶解,AgCl 的溶解度变小,但 c(Cl-)增大使 AgCl 形成AgCl2-络合物,所以 AgCl 的溶解度又变大
