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人教版新高考化学一轮复习训练-目标检测卷6 化学反应的方向、限度和速率
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这是一份人教版新高考化学一轮复习训练-目标检测卷6 化学反应的方向、限度和速率，共19页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
章末目标检测卷6 化学反应的方向、限度和速率
(时间:90分钟 满分:100分)
一、选择题(本题共10小题,每小题2分,共20分。每小题只有一个选项符合题意)
1.下列事实不能用化学平衡移动原理解释的是( )。
A.在强碱存在的条件下,酯的水解反应进行较完全
B.加催化剂,使N2与H2在一定条件下转化为NH3
C.可用浓氨水与NaOH固体快速制取氨
D.加压条件下有利于SO2与O2反应生成SO3
2.已知反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH<0。在一定温度和压强下,反应在密闭容器中达到平衡。下列叙述正确的是( )。
A.升高温度,K增大
B.减小压强,n(CO2)增加
C.更换高效催化剂,α(CO)增大
D.充入一定量的氮气,n(H2)不变
3.一定条件下,在容积为10 L的固定容器中发生反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g),反应过程如下图。下列说法正确的是( )。
A.t1时,正、逆反应速率相等
B.x曲线表示NH3的物质的量随时间的变化关系
C.0~8 min,H2的平均反应速率v(H2)=
0.75 mol·L-1·min-1
D.10~12 min,N2的平均反应速率v(N2)=
0.25 mol·L-1·min-1
4.甲烷消除NO2的反应原理为CH4+2NO2N2+CO2+2H2O。在1 L密闭容器中,控制反应温度不同,分别加入0.50 mol CH4和1.2 mol NO2,测得n(CH4)随时间变化的有关实验数据如表所示。
温度
时间/min
0
10
20
40
50
T1
0.50
0.35
0.25
0.10
0.10
T2
0.50
0.30
0.18
…
0.15
下列说法正确的是( )。
A.T1温度下,0~20 min内,NO2的降解速率为0.012 5 mol·L-1·min-1
B.由实验数据可知实验控制的温度T1
D.0~10 min内,CH4的降解速率v(T1)>v(T2)
5.(2020四川成都七中高三考前热身考试)某小组探究实验条件对反应速率的影响,设计如下实验,并记录结果如下:
编号
温度
H2SO4
溶液
KI溶液
1%淀粉溶液
体积
出现蓝色时间
①
20 ℃
0.10 mol·L-1
10 mL
0.40 mol·L-1
5 mL
1 mL
40 s
②
20 ℃
0.10 mol·L-1
10 mL
0.80 mol·L-1
5 mL
1 mL
21 s
③
50 ℃
0.10 mol·L-1
10 mL
0.40 mol·L-1
5 mL
1 mL
5 s
④
80 ℃
0.10 mol·L-1
10 mL
0.40 mol·L-1
5 mL
1 mL
未见
蓝色
下列说法正确的是( )。
A.由实验①②可知,反应速率v与c(I-)成正比
B.实验①~④中,应将H2SO4溶液与淀粉溶液先混合
C.在I-被O2氧化过程中,H+只是降低了活化能
D.由实验③④可知,温度越高,反应速率越小
6.据报道,在300 ℃、70 MPa下由二氧化碳和氢气合成乙醇(CH3CH2OH)已成为现实:
2CO2(g)+6H2(g)CH3CH2OH(g)+3H2O(g)。
下列叙述错误的是( )。
A.使用Cu-Zn-Fe催化剂可大大提高生产效率
B.升高温度,该反应平衡常数K一定增大
C.充入大量CO2气体可提高H2的转化率
D.从平衡混合气体中分离出CH3CH2OH和H2O,可提高CO2和H2的转化率
7.在容积不变的密闭容器中进行反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH<0。下列各图表示当其他条件不变时,改变其中某一条件对上述反应的影响,其中分析正确的是( )。
A.图Ⅰ表示温度对化学平衡的影响,且甲的温度较高
B.图Ⅱ表示t0时使用催化剂对反应速率的影响
C.图Ⅲ表示t0时增大O2的浓度对反应速率的影响
D.图Ⅲ表示t0时升高温度对反应速率的影响
8.某温度下,反应H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g)的平衡常数K=94,该温度下在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中,分别投入H2(g)和CO2(g),其起始浓度如表所示:
起始浓度
甲
乙
丙
c(H2)/(mol·L-1)
0.010
0.020
0.020
c(CO2)/(mol·L-1)
0.010
0.010
0.020
下列判断不正确的是( )。
A.平衡时,乙中CO2的转化率大于60%
B.平衡时,甲中和丙中H2的转化率均是60%
C.平衡时,丙中c(CO2)是甲中的2倍,为0.012 mol·L-1
D.反应开始时,丙中的反应速率最大,甲中的反应速率最小
9.(2020陕西咸阳调研)已知反应:CH2CHCH3(g)+Cl2(g)CH2CHCH2Cl(g)+HCl(g)。在一定压强下,按ω=向密闭容器中充入氯气与丙烯。图甲表示平衡时,丙烯的体积分数(φ)、ω与温度(T)的关系,图乙表示逆反应的平衡常数与温度的关系。则下列说法中错误的是( )。
甲
乙
A.图甲中ω2>1
B.图乙中,a线表示逆反应的平衡常数
C.温度为T1、ω=2时,Cl2的转化率为50%
D.若在恒容绝热装置中进行上述反应,达到平衡时,装置内的气体压强增大
10.(2020安徽宿州联考)将一定量的SO2(g)和O2(g)分别通入容积为2 L的恒容密闭容器中,在不同温度下进行反应,得到如下表中的两组数据:
实验
编号
温度℃
平衡
常数
起始量/mol
平衡量/mol
达到平衡所
需时间/min
SO2
O2
SO2
O2
1
T1
K1
4
2
x
0.8
6
2
T2
K2
4
2
0.4
y
t(t>6)
下列说法中不正确的是( )。
A.x=2.4
B.T1、T2的关系:T1>T2
C.K1、K2的关系:K2>K1
D.实验1在前6 min的反应速率v(SO2)=
0.2 mol·L-1·min-1
二、选择题(本题共5小题,每小题4分,共20分。每小题有一个或两个选项符合题意,全部选对得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
11.(2020浙江宁波五校高三适应性考试)1 L恒容密闭容器中充入2 mol NO和1 mol Cl2发生反应:2NO(g)+Cl2(g)2NOCl(g),在温度分别为T1、T2时,测得NO的物质的量与时间的关系如表所示,下列说法中正确的是( )。
温度/℃
t/min
0
5
8
13
T1
2
1.5
1.3
1.0
T2
2
1.15
1.0
1.0
A.T1>T2
B.T1时,反应前5 min的平均速率为v(Cl2)=0.5 mol·L-1·min-1
C.反应达平衡时,升高温度促进反应向正反应方向进行
D.T2时,向反应后的容器中充入2 mol NOCl(g),再次达平衡时,c(NOCl)>2 mol·L-1
12.向一固定容积的密闭容器中通入a mol N2O4气体,在密闭容器内发生反应:N2O4(g)2NO2(g),达到平衡时再通入a mol N2O4气体,再次达到平衡时,与第一次达平衡时相比,N2O4的转化率( )。
A.不变 B.增大
C.减小 D.无法判断
13.已知H2(g)+I2(g)2HI(g) ΔH<0,有相同容积的定容密闭容器甲和乙,甲中加入H2和I2各0.1 mol,乙中加入HI 0.2 mol,在相同温度下分别达到平衡。现欲使甲中HI平衡时的物质的量分数大于乙中HI平衡时的物质的量分数,则应采取的措施是( )。
A.甲、乙提高相同温度
B.甲中加入0.1 mol He,乙中不变
C.甲降低温度,乙增大压强
D.甲增加0.1 mol HI,乙不改变
14.(2020北京大学附中高三化学阶段性测试)反应2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g) + SiCl4(g)在催化剂作用下,在323 K 和 343 K 时充分反应,SiHCl3 的转化率随时间变化的结果如图所示:
下列说法不正确的是( )。
A.343 K时反应物的平衡转化率为22%
B.A、B处反应速率大小:vA>vB
C.要提高SiHCl3的转化率,可采取的措施是降低温度和及时移去反应产物
D.已知反应速率v=v正-v逆=k正xSiHCl32-
k逆xSiH2Cl2·xSiCl4 ,k正、k逆分别为正、逆反应速率常数,x为物质的量分数,则343 K时k正k逆=0.1120.782
15.I2在KI溶液中存在下列平衡:I2(aq)+I-(aq)I3-(aq) ΔH。某I2、KI混合溶液中,I-的物质的量浓度c(I-)与温度T的关系如图所示(曲线上任何一点都表示平衡状态)。下列说法不正确的是( )。
A.该反应ΔH<0
B.若在T1、T2温度下,反应的平衡常数分别为K1、K2,则K1
D.状态A与状态B相比,状态A的c(I3-)大
三、非选择题(本题共5小题,共60分)
16.(10分)100 kPa时,反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)中NO的平衡转化率与温度的关系曲线如图1所示,反应2NO2(g)N2O4(g)中NO2的平衡转化率与温度的关系曲线如图2所示。
图1
图2
(1)图1中A、B、C三点表示不同温度、不同压强下反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)达到平衡时NO的转化率,则 点对应的压强最大。
(2)100 kPa、25 ℃时,2NO2(g)N2O4(g)平衡体系中N2O4的物质的量分数为 ,N2O4的分压p(N2O4)= kPa,列式计算平衡常数Kp= (Kp用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
(3)100 kPa、25 ℃时,b mL NO与0.5b mL O2混合后最终气体的体积为 mL。
17.(10分)(2020河南焦作检测)汽车尾气中CO、NO2在一定条件下可以发生反应:4CO(g)+2NO2(g)4CO2(g)+N2(g) ΔH=-1 200 kJ·mol-1。在一定温度下,向容积固定为2 L的密闭容器中充入一定量的CO和NO2,NO2的物质的量随时间的变化曲线如图所示。
(1)0~10 min内该反应的平均速率v(CO)= ;从11 min起其他条件不变,压缩容器的容积变为1 L,则n(NO2)的变化曲线可能为图中的 (填字母)。
(2)恒温恒容条件下,不能说明该反应已达到平衡状态的是 (填字母)。
A.容器内混合气体颜色不再变化
B.容器内的压强保持不变
C.2v逆(NO2)=v正(N2)
D.容器内混合气体密度保持不变
(3)对于该反应,温度不同(T2>T1)、其他条件相同时,下列图像表示正确的是 。
甲
乙
丙
18.(14分)(2020安徽合肥五校联考)热化学碘硫循环可用于大规模制氢气,SO2水溶液还原I2和HI分解均是其中的主要反应。请回答下列问题。
(1)以太阳能为热源,热化学硫碘循环分解水是一种高效、无污染的制氢方法。其反应过程如图所示。
反应Ⅱ包含两步反应:
ⅰ.H2SO4(l)SO3(g)+H2O(g) ΔH1=+177 kJ·mol-1
ⅱ.2SO3(g)2SO2(g)+O2(g) ΔH2=+196 kJ·mol-1
①反应ⅰ自发进行的条件是 。
②写出反应Ⅱ的热化学方程式: 。
(2)起始时HI的物质的量为1 mol,在总压强为0.1 MPa下,发生反应HI(g)12H2(g)+12I2(g),平衡时各物质的物质的量随温度变化如图所示。
①该反应的ΔH (填“>”或“<”)0。
②600 ℃时,平衡分压p(I2)= MPa,反应的平衡常数Kp= (Kp为以分压表示的平衡常数,分压=总压×物质的量分数)。
(3)反应H2(g)+I2(g)2HI(g)的反应机理如下:
第一步:I22I(快速平衡)
第二步:I+H2H2I(快速平衡)
第三步:H2I+I 2HI (慢反应)
①第一步反应 (填“放出”或“吸收”)能量。
②只需一步完成的反应称为基元反应,基元反应如aA+dDgG+hH的速率方程,v=kca(A)·cd(D),k为常数;非基元反应由多个基元反应组成,非基元反应的速率方程可由反应机理推定。H2(g)与I2(g)反应生成HI(g)的速率方程为v= (用含k1、k-1、k2…的代数式表示)。
19.(12分)(2020陕西安康高三第四次联考)乙酸甲酯是树脂、涂料、油墨、油漆、胶黏剂、皮革生产过程所需的有机溶剂,而且乙酸甲酯还可作为原料制备燃料乙醇。已知:乙酸甲酯可由乙酸与甲醇进行酯化反应得到。请回答下列问题。
(1)①CH3COOH(l)+2O2(g)2CO2(g)+2H2O(l) ΔH1=-874.5 kJ·mol-1
②2CH3OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+4H2O(l) ΔH2=-1 453 kJ·mol-1
③2CH3COOCH3(l)+7O2(g)6CO2(g)+6H2O(l) ΔH3=-3 189.8 kJ·mol-1
由上述反应,可求出CH3COOH(l)+CH3OH(l)CH3COOCH3(l)+H2O(l)的ΔH= kJ·mol-1。
(2)对于反应CH3COOH(l)+CH3OH(l)CH3COOCH3(l)+H2O(l),判断下列选项可以提高乙酸平衡转化率的是 (填字母)。
A.加入催化剂,增大反应速率
B.加入过量的甲醇
C.加入过量的乙酸
D.将乙酸甲酯从体系中分离
E.适当地升高反应温度
F.适当地降低反应温度
(3)在刚性容器压强为1.01 MPa时,乙酸甲酯与氢气制备乙醇发生了两个反应:
主反应:CH3COOCH3(g)+2H2(g)CH3OH(g)+CH3CH2OH(g) ΔH<0,
副反应:CH3COOCH3(g)+H2(g)CH3OH(g)+CH3CHO(g) ΔH>0
实验测得,在相同时间内,反应温度与CH3CH2OH和CH3CHO的产率之间的关系如图1所示:
图1
①在540 ℃之前CH3CHO的产率远低于CH3CH2OH产率的原因是 。
②在470 ℃之后CH3CHO与CH3CH2OH产率变化趋势可能的原因是 。
(4)若在470 ℃时,以n(CH3COOCH3)∶n(H2)=1∶10的投料比只进行主反应(不考虑副反应),乙酸甲酯转化率与气体总压强的关系如图2所示:
图2
①A点时,CH3COOCH3(g)的平衡分压为 MPa,CH3CH2OH(g)的体积分数为 %(保留一位小数)。
②470 ℃时,该反应的化学平衡常数Kp= (Kp为以分压表示的平衡常数,列出计算式,不要求计算结果)。
20.(14分)(2020河南南阳一中高三检测)含氮化合物对环境、生产和人类生命活动等具有很大的影响。请回答下列问题。
(1)利用某分子筛作催化剂,NH3可脱除工厂废气中的NO、NO2,反应机理如下图所示。A包含物质为H2O和 (填化学式)。
(2)已知:4NH3(g)+6NO(g)5N2(g)+6H2O(g)
ΔH1=-a kJ·mol-1
4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) ΔH2=-b kJ·mol-1
H2O(l)H2O(g) ΔH3=+c kJ·mol-1
则反应4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(l)的ΔH= kJ·mol-1。
(3)工业上利用氨生产氢氰酸(HCN)的反应为CH4(g)+NH3(g)HCN(g)+3H2(g ) ΔH>0
①其他条件一定,达到平衡时NH3的转化率随外界条件X变化的关系如图甲所示。则X可以是 (填字母)。
甲
A.温度 B.压强
C.催化剂 D.n(NH3)n(CH4)
②在一定温度下,向2 L密闭容器中加入f mol CH4和2 mol NH3,平衡时NH3的体积分数随f变化的关系如图乙所示。
乙
A点时,CH4的转化率为 %;平衡常数:K(A) (填“>”“=”或“<”)K(B)。
(4)肌肉中的肌红蛋白(Mb)与O2结合生成MbO2,其反应原理可表示为Mb(aq)+O2(g)MbO2(aq),该反应的平衡常数可表示为K=c(MbO2)c(Mb)·p(O2)。在37 ℃条件下达到平衡时,测得肌红蛋白的结合度(α)与p(O2)的关系如图丙所示[α=生成的c(MbO2)初始的c(Mb)×100%]。研究表明正反应速率v正=k正c(Mb)·p(O2),逆反应速率v逆=k逆c(MbO2)(其中k正和k逆分别表示正反应和逆反应的速率常数)。
丙
①试写出平衡常数K与速率常数k正、k逆之间的关系式为K= (用含有k正、k逆的式子表示)。
②试求出图丙中C点时,上述反应的平衡常数K= kPa-1。已知k逆=60 s-1,则速率常数k正= s-1·kPa-1。
答案：
1.B 解析:应注意区别化学平衡移动原理和化学反应速率理论的应用范围,加催化剂只能提高反应速率,故B项不能用化学平衡移动原理解释。
2.D 解析:A项,ΔH<0,正反应为放热反应,升高温度平衡向逆反应方向移动,平衡常数减小,错误。B项,该反应是反应前后气体分子总数不变的反应,则减小压强,平衡不移动,n(CO2)不变,错误。C项,催化剂能改变反应速率,但不会引起化学平衡的移动,所以α(CO)不变,错误。D项,充入一定量的氮气,容器容积增大,但该反应前后气体的物质的量不变,平衡不移动,n(H2)不变,正确。
3.B 解析:第一次达到平衡时,x曲线表示物质的物质的量增加了0.6 mol,y曲线表示物质的物质的量减少了0.9 mol,n(x)∶n(y)=2∶3,则x曲线表示NH3的物质的量随时间的变化关系,y曲线表示H2的物质的量随时间的变化关系,B项正确。t1时,NH3、H2的物质的量相等,此时反应还未达平衡,正、逆反应速率不相等,A项错误。0~8 min,H2的平均反应速率v(H2)=0.9mol10 L8min=0.011 25 mol·L-1·min-1,C项错误。10~12 min,N2的平均反应速率v(N2)=12v(NH3)=12×0.1mol10 L2min=0.002 5 mol·L-1·min-1,D项错误。
4.B 解析:T1温度下,0~20 min内,v(NO2)=2v(CH4)=0.025 mol·L-1·min-1,A项错误。温度越高反应速率越大,由题给实验数据可知实验控制的温度T1v(T1),D项错误。
5.A 解析:实验①②中其他条件相同,c(I-):①<②,且反应速率:①<②,所以反应速率v与c(I-)成正比,A项正确。酸性条件下淀粉发生水解,故应将KI溶液与淀粉溶液先混合,再加入H2SO4溶液,B项错误。在I-被O2氧化过程中,H+不仅作为催化剂降低活化能,还作为反应物参加反应,C项错误。由实验①③可知,温度越高,反应速率越大,温度继续升高,生成的碘单质能被氧气继续氧化,所以④不变色, D项错误。
6.B 解析:因催化剂能增大化学反应速率,加快反应进行,则在一定时间内提高了生产效率,故A项正确。反应在300 ℃进行是为了获得较大的反应速率,不能说明反应是吸热还是放热,所以K不一定增大,故B项错误。充入大量CO2气体,能使平衡正向移动,提高H2的转化率,故C项正确。从平衡混合物中及时分离出产物,使平衡正向移动,可提高CO2和H2的转化率,故D项正确。
7.B 解析:A项,乙先达到平衡,反应快,温度高,错误。B项,使用催化剂,正、逆反应速率同等程度地增大,且平衡不移动,正确。C项,增大c(O2)时,图像应连续,错误。D项,升高温度平衡逆向移动,v'逆>v'正,错误。
8.C 解析:设甲容器中反应达到平衡时CO2浓度的变化量为x mol·L-1。
H2(g) + CO2(g) H2O(g)+ CO(g)
起始浓度(mol·L-1) 0.010 0.010 0 0
转化浓度(mol·L-1) x x x x
平衡浓度(mol·L-1) 0.010-x 0.010-x x x
K=c(H2O)·c(CO)c(H2)·c(CO2)=94,解得x=0.006 0,所以α(CO2)=0.006 0mol·L-10.010mol·L-1×100%=60%。由于乙中c(H2)=0.020 mol·L-1,相当于甲中H2的浓度增大了0.010 mol·L-1,即乙中的平衡向右进行的程度比甲的大,所以乙中CO2的转化率大于60%,A项正确。丙中物质的起始浓度是甲中物质的起始浓度的2倍,因为该反应前后气体分子总数不变,故两容器中的反应可视为等效平衡,所以H2的转化率相等,B项正确。平衡时,甲中c(CO2)=0.004 0 mol·L-1,丙中c(CO2)=0.008 0 mol·L-1,C项错误。反应物浓度越大,反应速率越大,D项正确。
9.C 解析:根据题中信息可知,增大n(Cl2),ω增大,平衡正向移动,丙烯的体积分数(φ)减小,故ω2>1,A项正确。根据图甲可知,升高温度,丙烯的体积分数增大,说明平衡逆向移动,逆反应为吸热反应,正反应为放热反应,则升高温度,正反应的平衡常数减小,逆反应的平衡常数增大,图乙中a线表示逆反应的平衡常数,B项正确。由图乙知,温度为T1时,正、逆反应的平衡常数相等,又因两者互为倒数,则平衡常数K=1,ω=2时,设CH2CHCH3和Cl2起始的物质的量浓度分别为a mol·L-1、2a mol·L-1,参加反应的Cl2的物质的量浓度为b mol·L-1,依据“三段式”可列关系式b2(a-b)·(2a-b)=1,解得b2a=13,则Cl2的转化率约为33.3%,C项错误。该反应为反应前后气体的总体积不变的放热反应,反应向正反应方向进行,体系温度升高,气体膨胀,达到平衡时,装置内的气体压强将增大,D项正确。
10.A 解析:根据题中信息和“三段式”法,则有:
2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)
起始/mol 4 2
转化/mol 4-x 2-0.8
平衡/mol x 0.8
(4-x)∶(2-0.8)=2∶1
解得x=1.6,
同理,解得y=0.2,A项错误。实验1和实验2起始量相同,由达到平衡时O2的物质的量可知,实验2反应正向进行的程度大,反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)是放热反应,温度越高,反应正向进行的程度越小,故T1>T2,K12 mol·L-1,D项正确。
12.C 解析:恒温恒容条件下,投料等比增加等同增压,该反应正向为气体体积增大的反应,增大压强平衡逆向移动,N2O4的转化率减小,故C项正确。
13.CD 解析:相同容积的定容密闭容器甲和乙,甲中加入H2和I2各0.1 mol,乙中加入HI 0.2 mol,此时甲和乙建立的平衡是等效的。A项,甲、乙提高相同温度,平衡均逆向移动,HI的平衡浓度均减小,错误。B项,甲中加入0.1 mol He,在定容密闭容器中,平衡不会移动,错误。C项,甲降低温度,平衡正向移动,甲中HI的平衡浓度增大,乙增大压强,平衡不移动,HI平衡时的物质的量分数不变,正确。D项,甲增加0.1 mol HI,相当于增大压强,平衡不移动,甲中HI的平衡浓度增大,乙不变,正确。
14.C 解析:温度越高反应速率越大,达到平衡所用时间就越少,所以曲线x代表343 K下的反应,从图中读出343 K时反应物的平衡转化率为 22%,A项正确。A、B两点的转化率相等,可以认为各物质的浓度对应相等,而A点对应温度更高,所以速率更大,即vA>vB,B项正确。由图可知,温度越高SiHCl3的转化率越大。根据勒夏特列原理,减少生成物时平衡正向移动,则SiHCl3的转化率增大,所以要提高SiHCl3的转化率,可采取的措施是升高温度和及时移去反应产物,C项错误。假设开始时SiHCl3的物质的量浓度为c,343 K时SiHCl3的平衡转化率为22%,则有:
2SiHCl3(g) SiH2Cl2(g)+ SiCl4(g)
起始浓度(mol·L-1) c 0 0
转化浓度(mol·L-1) 0.22c 0.11c 0.11c
平衡浓度(mol·L-1) 0.78c 0.11c 0.11c
xSiHCl3=0.78c0.78c+0.11c+0.11c=0.78,xSiH2Cl2=0.11c0.78c+0.11c+0.11c=0.11,
xSiCl4=0.11c0.78c+0.11c+0.11c=0.11。
已知反应速率v=v正-v逆=k正xSiHCl32-
k逆xSiH2Cl2·xSiCl4,平衡时v正=v逆,
则有k正xSiHCl32=k逆xSiH2Cl2·xSiCl4,所以k正k逆=xSiH2Cl2·xSiCl4xSiHCl32=0.11×0.110.782=0.1120.782,D项正确。
15.BC 解析:升高温度,c(I-)逐渐增大,说明升高温度,化学平衡逆向移动。I2(aq)+I-(aq)I3-(aq)的ΔH<0,A项正确。K=c(I3-)c(I2)·c(I-),升高温度,平衡向逆反应方向移动,由于T2>T1,则K1>K2,B项错误。从图中可以看出D点并没有达到平衡状态,c(I-)小于该温度下的平衡浓度,所以反应逆向进行,故v逆>v正,C项错误。升高温度,平衡逆向移动,c(I3-)变小,T2>T1,所以状态A的c(I3-)大,D项正确。
16.答案:(1)B
(2)66.7% 66.7 p(N2O4)p2(NO2)=100×66.7%(100×33.3%)2≈0.06
(3)0.6b
解析:(1)图1中曲线为等压线,A、C在等压线下方,B在等压线上方。A、C点相对等压线,NO的平衡转化率减小,则平衡逆向移动,为减小压强所致;B点相对等压线,NO的平衡转化率增大,则平衡正向移动,为增大压强所致,故压强最大的点为B点。(2)100 kPa、25 ℃时,NO2的平衡转化率为80%,设起始时NO2的浓度为a mol·L-1,则平衡时NO2的浓度为0.2a mol·L-1、N2O4的浓度为0.4a mol·L-1,故N2O4的物质的量分数为0.4a0.2a+0.4a×100%≈66.7%。N2O4的分压p(N2O4)=100 kPa×66.7%=66.7 kPa。Kp=p(N2O4)p2(NO2)=100×66.7%(100×33.3%)2≈0.06。(3)100 kPa、25 ℃时,b mL NO与0.5b mL O2生成b mL NO2,由2NO2(g)N2O4(g)平衡体系中NO2的转化率为80%知,平衡时气体的体积为b mL×(1-80%)+b mL×80%×12=0.6b mL。
17.答案:(1)0.03 mol·L-1·min-1 d (2)CD
(3)乙
解析:(1)0~10 min内,v(CO)=2v(NO2)=0.6mol-0.3mol2 L×10min×2=0.03 mol·L-1·min-1。从11 min起压缩容器容积,压强增大,平衡正向移动,n(NO2)应逐渐减小直至达到新的平衡,故曲线d符合。(2)混合气体颜色不再变化,说明各物质的浓度不变,可以说明反应达到平衡,A项不符合题意;反应前后气体分子总数不相等,因此压强保持不变,可以说明反应达到平衡,B项不符合题意;v逆(NO2)=2v正(N2)才能说明反应达到平衡,C项符合题意;反应体系中物质全部为气体,密度始终保持不变,不能说明反应达到平衡,D项符合题意。(3)甲图,温度升高,v正、v逆应该均出现突增,错误。乙图,温度升高,平衡逆向移动,NO2的转化率降低,正确。丙图,温度不变时,增大压强,平衡正向移动,平衡时CO的体积分数应该减小,错误。
18.答案:(1)①高温 ②2H2SO4(l)2SO2(g)+O2(g)+2H2O(g) ΔH=+550 kJ·mol-1
(2)①> ②0.012 5 16(或0.167)
(3)①吸收 ②k1k2k3k-1k-2c(H2)·c(I2)
解析:(1)①反应ⅰ是气体物质的量增大的吸热反应,由ΔG=ΔH-TΔS<0,能自发进行的条件是高温。
②根据盖斯定律,由ⅰ×2+ⅱ可得,反应Ⅱ的热化学方程式为2H2SO4(l)2SO2(g)+O2(g)+2H2O(g) ΔH=+550 kJ·mol-1。
(2)①随着温度的不断升高,HI的物质的量不断减小,H2的物质的量不断增大,则平衡正向移动,所以正反应为吸热反应,则该反应的ΔH>0。
②根据图中数据知,600 ℃时,n(HI)=0.75 mol,n(H2)=0.125 mol,反应前后气体分子数不变,从而得出平衡分压p(I2)=0.125mol1mol×0.1 MPa=0.012 5 MPa,各气体的平衡分压p(H2)=p(I2)=0.012 5 MPa,p(HI)=0.75mol1mol×0.1 MPa=0.075 MPa,反应HI(g)12H2(g)+12I2(g)的平衡常数Kp=p12(H2)·p12(I2)p(HI)=16≈0.167。
(3)①第一步反应断裂共价键,吸收能量。
②反应速率由慢反应决定,即v=k3c(H2I)·c(I)。
第一步是快速平衡,k1c(I2)=k-1c2(I),可得c2(I)=k1k-1·c(I2);第二步也是快速平衡,k2c(I)·c(H2)=k-2c(H2I),可得c(H2I)=k2k-2·c(H2)·c(I),则速率方程为v=k3·k2k-2c(H2)·c(I)·c(I)=k3·k2k-2c(H2)·k1k-1c(I2)=k1k2k3k-1k-2c(H2)·c(I2)。
19.答案:(1)-6.1
(2)BDF
(3)①副反应的活化能远大于主反应的活化能,副反应的化学反应慢
②470 ℃之后,乙醇的产率逐渐降低是因为该反应是放热反应,温度升高平衡逆向移动,乙醛的产率逐渐升高是因为反应速率逐渐增大,且该反应是吸热反应,温度升高平衡正向移动
(4)①0.01 8.9 ②0.09×0.090.01×0.822
解析:(1)依据热化学方程式和盖斯定律,由①+12×②-12×③可得,CH3COOH(l)+CH3OH(l)CH3COOCH3(l)+H2O(l),则ΔH=ΔH1+12×ΔH2-12×ΔH3=-6.1 kJ·mol-1。
(2)加入催化剂,能够增大反应速率,但并不会影响平衡移动,A项错误。
加入过量的甲醇,增大了反应物浓度,使平衡正向移动,乙酸的转化率增大,B项正确。
加入过量的乙酸,增大了反应物浓度,虽然使平衡正向移动,但乙酸的转化率降低,C项错误。
将乙酸甲酯从体系中分离,使产物减少,促进平衡正向移动,乙酸的转化率增大,D项正确。
由(1)分析知,反应正向是放热反应,因此,适当降低温度,平衡正向移动,乙酸的转化率增大,E项错误,F项正确。
(3)①两反应快慢的核心是活化能的大小,反应快活化能小,而反应慢活化能大,根据图1可知,副反应的活化能远大于主反应的活化能,副反应的化学反应慢。
②470 ℃之后,乙醇的产率逐渐降低是因为该反应是放热反应,温度升高平衡逆向移动,乙醛的产率逐渐升高是因为反应速率逐渐增大,且该反应是吸热反应,温度升高平衡正向移动。
(4)①由图2可知,乙酸甲酯的转化率为90%时,总压为1.01 MPa,已知n(CH3COOCH3)∶n(H2)=1∶10,则有:
CH3COOCH3(g)+2H2(g)CH3OH(g)+CH3CH2OH(g)
初始/mol 1 10 0 0
反应/mol 0.9 1.8 0.9 0.9
平衡/mol 0.1 8.2 0.9 0.9
总压为1.01 MPa,因此CH3COOCH3(g)的平衡分压为1.01 MPa×0.1mol0.1mol+8.2mol+0.9mol+0.9mol=0.01 MPa;CH3CH2OH(g)的体积分数即为物质的量分数,其体积分数为0.9mol0.1mol+8.2mol+0.9mol+0.9mol×100%=8.9%。
②通过计算得,CH3OH和CH3CH2OH的平衡分压为0.09 MPa,H2的平衡分压为0.81 MPa,则Kp=0.09×0.090.01×0.812。
20.答案:(1)N2
(2)-15(2a+3b+30c)
(3)①BD ②25 =
(4)①k正k逆 ②2 120
解析:(1)根据流程图可知,NH3与废气中的NO、NO2反应,最终产生无毒无害的氮气和水。
(2)①4NH3(g)+6NO(g)5N2(g)+6H2O(g) ΔH1=-a kJ·mol-1
②4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) ΔH2=-b kJ·mol-1
③H2O(l)H2O(g) ΔH3=+c kJ·mol-1
根据盖斯定律,由(①×2+②×3-③×30)×15可得,4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(l) ΔH=-15(2a+3b+30c) kJ·mol-1。
(3)①反应CH4(g)+NH3(g)HCN(g)+3H2(g)的正反应是气体体积增大的吸热反应,根据图甲可知,X越大,氨的转化率越小。
升高温度,化学平衡向正反应方向移动,氨的转化率增大,A项错误。
增大压强,化学平衡向气体体积减小的方向移动,氨的转化率减小,B项正确。
催化剂只能改变反应速率,不能使化学平衡发生移动,因此对氨的转化率无影响,C项错误。
增大n(NH3)n(CH4),相对来说氨的物质的量增大得多,平衡正向移动,CH4的转化率增大,而氨的转化率减小,D项正确。
②假设反应消耗NH3的物质的量为x mol,则
CH4(g)+ NH3(g) HCN(g)+ 3H2(g)
开始/mol f 2 0 0
转化/mol x x x 3x
平衡/mol f-x 2-x x 3x
根据图乙可知,当n(CH4)=2 mol时,平衡时氨的体积分数是30%,则2-x4+2x×100%=30%,解得x=0.5,则A点时,CH4的转化率为0.5mol2mol×100%=25%。
由于温度不变,所以在线上的任何一点,化学反应的平衡常数都不变,因此K(A)=K(B)。
(4)①可逆反应达到平衡状态时,v正=v逆,由于v正=k正c(Mb)·p(O2),v逆=k逆c(MbO2),所以k正c(Mb)·p(O2)=k逆c(MbO2),k正k逆=c(MbO2)c(Mb)·p(O2),而反应Mb(aq)+O2(g)MbO2(aq)的平衡常数K=c(MbO2)c(Mb)·p(O2)=k正k逆。
②C点时,p(O2)=4.50 kPa,肌红蛋白的结合度(α)是90%,即α=生成的c(MbO2)初始的c(Mb)×100%=90%,则生成的c(MbO2)=0.9c(Mb)初始,平衡时的c(Mb)=0.1c(Mb)初始,则K=c(MbO2)c(Mb)·p(O2)=0.9c(Mb)初始0.1c(Mb)初始×4.50 kPa=2 kPa-1。
K=k正k逆,由于K=2 kPa-1,k逆=60 s-1,因此可得k正=K·k逆=2 kPa-1×60 s-1=120 s-1·kPa-1。
章末目标检测卷6 化学反应的方向、限度和速率
(时间:90分钟 满分:100分)
一、选择题(本题共10小题,每小题2分,共20分。每小题只有一个选项符合题意)
1.下列事实不能用化学平衡移动原理解释的是( )。
A.在强碱存在的条件下,酯的水解反应进行较完全
B.加催化剂,使N2与H2在一定条件下转化为NH3
C.可用浓氨水与NaOH固体快速制取氨
D.加压条件下有利于SO2与O2反应生成SO3
2.已知反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH<0。在一定温度和压强下,反应在密闭容器中达到平衡。下列叙述正确的是( )。
A.升高温度,K增大
B.减小压强,n(CO2)增加
C.更换高效催化剂,α(CO)增大
D.充入一定量的氮气,n(H2)不变
3.一定条件下,在容积为10 L的固定容器中发生反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g),反应过程如下图。下列说法正确的是( )。
A.t1时,正、逆反应速率相等
B.x曲线表示NH3的物质的量随时间的变化关系
C.0~8 min,H2的平均反应速率v(H2)=
0.75 mol·L-1·min-1
D.10~12 min,N2的平均反应速率v(N2)=
0.25 mol·L-1·min-1
4.甲烷消除NO2的反应原理为CH4+2NO2N2+CO2+2H2O。在1 L密闭容器中,控制反应温度不同,分别加入0.50 mol CH4和1.2 mol NO2,测得n(CH4)随时间变化的有关实验数据如表所示。
温度
时间/min
0
10
20
40
50
T1
0.50
0.35
0.25
0.10
0.10
T2
0.50
0.30
0.18
…
0.15
下列说法正确的是( )。
A.T1温度下,0~20 min内,NO2的降解速率为0.012 5 mol·L-1·min-1
B.由实验数据可知实验控制的温度T1
D.0~10 min内,CH4的降解速率v(T1)>v(T2)
5.(2020四川成都七中高三考前热身考试)某小组探究实验条件对反应速率的影响,设计如下实验,并记录结果如下:
编号
温度
H2SO4
溶液
KI溶液
1%淀粉溶液
体积
出现蓝色时间
①
20 ℃
0.10 mol·L-1
10 mL
0.40 mol·L-1
5 mL
1 mL
40 s
②
20 ℃
0.10 mol·L-1
10 mL
0.80 mol·L-1
5 mL
1 mL
21 s
③
50 ℃
0.10 mol·L-1
10 mL
0.40 mol·L-1
5 mL
1 mL
5 s
④
80 ℃
0.10 mol·L-1
10 mL
0.40 mol·L-1
5 mL
1 mL
未见
蓝色
下列说法正确的是( )。
A.由实验①②可知,反应速率v与c(I-)成正比
B.实验①~④中,应将H2SO4溶液与淀粉溶液先混合
C.在I-被O2氧化过程中,H+只是降低了活化能
D.由实验③④可知,温度越高,反应速率越小
6.据报道,在300 ℃、70 MPa下由二氧化碳和氢气合成乙醇(CH3CH2OH)已成为现实:
2CO2(g)+6H2(g)CH3CH2OH(g)+3H2O(g)。
下列叙述错误的是( )。
A.使用Cu-Zn-Fe催化剂可大大提高生产效率
B.升高温度,该反应平衡常数K一定增大
C.充入大量CO2气体可提高H2的转化率
D.从平衡混合气体中分离出CH3CH2OH和H2O,可提高CO2和H2的转化率
7.在容积不变的密闭容器中进行反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH<0。下列各图表示当其他条件不变时,改变其中某一条件对上述反应的影响,其中分析正确的是( )。
A.图Ⅰ表示温度对化学平衡的影响,且甲的温度较高
B.图Ⅱ表示t0时使用催化剂对反应速率的影响
C.图Ⅲ表示t0时增大O2的浓度对反应速率的影响
D.图Ⅲ表示t0时升高温度对反应速率的影响
8.某温度下,反应H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g)的平衡常数K=94,该温度下在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中,分别投入H2(g)和CO2(g),其起始浓度如表所示:
起始浓度
甲
乙
丙
c(H2)/(mol·L-1)
0.010
0.020
0.020
c(CO2)/(mol·L-1)
0.010
0.010
0.020
下列判断不正确的是( )。
A.平衡时,乙中CO2的转化率大于60%
B.平衡时,甲中和丙中H2的转化率均是60%
C.平衡时,丙中c(CO2)是甲中的2倍,为0.012 mol·L-1
D.反应开始时,丙中的反应速率最大,甲中的反应速率最小
9.(2020陕西咸阳调研)已知反应:CH2CHCH3(g)+Cl2(g)CH2CHCH2Cl(g)+HCl(g)。在一定压强下,按ω=向密闭容器中充入氯气与丙烯。图甲表示平衡时,丙烯的体积分数(φ)、ω与温度(T)的关系,图乙表示逆反应的平衡常数与温度的关系。则下列说法中错误的是( )。
甲
乙
A.图甲中ω2>1
B.图乙中,a线表示逆反应的平衡常数
C.温度为T1、ω=2时,Cl2的转化率为50%
D.若在恒容绝热装置中进行上述反应,达到平衡时,装置内的气体压强增大
10.(2020安徽宿州联考)将一定量的SO2(g)和O2(g)分别通入容积为2 L的恒容密闭容器中,在不同温度下进行反应,得到如下表中的两组数据:
实验
编号
温度℃
平衡
常数
起始量/mol
平衡量/mol
达到平衡所
需时间/min
SO2
O2
SO2
O2
1
T1
K1
4
2
x
0.8
6
2
T2
K2
4
2
0.4
y
t(t>6)
下列说法中不正确的是( )。
A.x=2.4
B.T1、T2的关系:T1>T2
C.K1、K2的关系:K2>K1
D.实验1在前6 min的反应速率v(SO2)=
0.2 mol·L-1·min-1
二、选择题(本题共5小题,每小题4分,共20分。每小题有一个或两个选项符合题意,全部选对得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
11.(2020浙江宁波五校高三适应性考试)1 L恒容密闭容器中充入2 mol NO和1 mol Cl2发生反应:2NO(g)+Cl2(g)2NOCl(g),在温度分别为T1、T2时,测得NO的物质的量与时间的关系如表所示,下列说法中正确的是( )。
温度/℃
t/min
0
5
8
13
T1
2
1.5
1.3
1.0
T2
2
1.15
1.0
1.0
A.T1>T2
B.T1时,反应前5 min的平均速率为v(Cl2)=0.5 mol·L-1·min-1
C.反应达平衡时,升高温度促进反应向正反应方向进行
D.T2时,向反应后的容器中充入2 mol NOCl(g),再次达平衡时,c(NOCl)>2 mol·L-1
12.向一固定容积的密闭容器中通入a mol N2O4气体,在密闭容器内发生反应:N2O4(g)2NO2(g),达到平衡时再通入a mol N2O4气体,再次达到平衡时,与第一次达平衡时相比,N2O4的转化率( )。
A.不变 B.增大
C.减小 D.无法判断
13.已知H2(g)+I2(g)2HI(g) ΔH<0,有相同容积的定容密闭容器甲和乙,甲中加入H2和I2各0.1 mol,乙中加入HI 0.2 mol,在相同温度下分别达到平衡。现欲使甲中HI平衡时的物质的量分数大于乙中HI平衡时的物质的量分数,则应采取的措施是( )。
A.甲、乙提高相同温度
B.甲中加入0.1 mol He,乙中不变
C.甲降低温度,乙增大压强
D.甲增加0.1 mol HI,乙不改变
14.(2020北京大学附中高三化学阶段性测试)反应2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g) + SiCl4(g)在催化剂作用下,在323 K 和 343 K 时充分反应,SiHCl3 的转化率随时间变化的结果如图所示:
下列说法不正确的是( )。
A.343 K时反应物的平衡转化率为22%
B.A、B处反应速率大小:vA>vB
C.要提高SiHCl3的转化率,可采取的措施是降低温度和及时移去反应产物
D.已知反应速率v=v正-v逆=k正xSiHCl32-
k逆xSiH2Cl2·xSiCl4 ,k正、k逆分别为正、逆反应速率常数,x为物质的量分数,则343 K时k正k逆=0.1120.782
15.I2在KI溶液中存在下列平衡:I2(aq)+I-(aq)I3-(aq) ΔH。某I2、KI混合溶液中,I-的物质的量浓度c(I-)与温度T的关系如图所示(曲线上任何一点都表示平衡状态)。下列说法不正确的是( )。
A.该反应ΔH<0
B.若在T1、T2温度下,反应的平衡常数分别为K1、K2,则K1
D.状态A与状态B相比,状态A的c(I3-)大
三、非选择题(本题共5小题,共60分)
16.(10分)100 kPa时,反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)中NO的平衡转化率与温度的关系曲线如图1所示,反应2NO2(g)N2O4(g)中NO2的平衡转化率与温度的关系曲线如图2所示。
图1
图2
(1)图1中A、B、C三点表示不同温度、不同压强下反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)达到平衡时NO的转化率,则 点对应的压强最大。
(2)100 kPa、25 ℃时,2NO2(g)N2O4(g)平衡体系中N2O4的物质的量分数为 ,N2O4的分压p(N2O4)= kPa,列式计算平衡常数Kp= (Kp用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
(3)100 kPa、25 ℃时,b mL NO与0.5b mL O2混合后最终气体的体积为 mL。
17.(10分)(2020河南焦作检测)汽车尾气中CO、NO2在一定条件下可以发生反应:4CO(g)+2NO2(g)4CO2(g)+N2(g) ΔH=-1 200 kJ·mol-1。在一定温度下,向容积固定为2 L的密闭容器中充入一定量的CO和NO2,NO2的物质的量随时间的变化曲线如图所示。
(1)0~10 min内该反应的平均速率v(CO)= ;从11 min起其他条件不变,压缩容器的容积变为1 L,则n(NO2)的变化曲线可能为图中的 (填字母)。
(2)恒温恒容条件下,不能说明该反应已达到平衡状态的是 (填字母)。
A.容器内混合气体颜色不再变化
B.容器内的压强保持不变
C.2v逆(NO2)=v正(N2)
D.容器内混合气体密度保持不变
(3)对于该反应,温度不同(T2>T1)、其他条件相同时,下列图像表示正确的是 。
甲
乙
丙
18.(14分)(2020安徽合肥五校联考)热化学碘硫循环可用于大规模制氢气,SO2水溶液还原I2和HI分解均是其中的主要反应。请回答下列问题。
(1)以太阳能为热源,热化学硫碘循环分解水是一种高效、无污染的制氢方法。其反应过程如图所示。
反应Ⅱ包含两步反应:
ⅰ.H2SO4(l)SO3(g)+H2O(g) ΔH1=+177 kJ·mol-1
ⅱ.2SO3(g)2SO2(g)+O2(g) ΔH2=+196 kJ·mol-1
①反应ⅰ自发进行的条件是 。
②写出反应Ⅱ的热化学方程式: 。
(2)起始时HI的物质的量为1 mol,在总压强为0.1 MPa下,发生反应HI(g)12H2(g)+12I2(g),平衡时各物质的物质的量随温度变化如图所示。
①该反应的ΔH (填“>”或“<”)0。
②600 ℃时,平衡分压p(I2)= MPa,反应的平衡常数Kp= (Kp为以分压表示的平衡常数,分压=总压×物质的量分数)。
(3)反应H2(g)+I2(g)2HI(g)的反应机理如下:
第一步:I22I(快速平衡)
第二步:I+H2H2I(快速平衡)
第三步:H2I+I 2HI (慢反应)
①第一步反应 (填“放出”或“吸收”)能量。
②只需一步完成的反应称为基元反应,基元反应如aA+dDgG+hH的速率方程,v=kca(A)·cd(D),k为常数;非基元反应由多个基元反应组成,非基元反应的速率方程可由反应机理推定。H2(g)与I2(g)反应生成HI(g)的速率方程为v= (用含k1、k-1、k2…的代数式表示)。
19.(12分)(2020陕西安康高三第四次联考)乙酸甲酯是树脂、涂料、油墨、油漆、胶黏剂、皮革生产过程所需的有机溶剂,而且乙酸甲酯还可作为原料制备燃料乙醇。已知:乙酸甲酯可由乙酸与甲醇进行酯化反应得到。请回答下列问题。
(1)①CH3COOH(l)+2O2(g)2CO2(g)+2H2O(l) ΔH1=-874.5 kJ·mol-1
②2CH3OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+4H2O(l) ΔH2=-1 453 kJ·mol-1
③2CH3COOCH3(l)+7O2(g)6CO2(g)+6H2O(l) ΔH3=-3 189.8 kJ·mol-1
由上述反应,可求出CH3COOH(l)+CH3OH(l)CH3COOCH3(l)+H2O(l)的ΔH= kJ·mol-1。
(2)对于反应CH3COOH(l)+CH3OH(l)CH3COOCH3(l)+H2O(l),判断下列选项可以提高乙酸平衡转化率的是 (填字母)。
A.加入催化剂,增大反应速率
B.加入过量的甲醇
C.加入过量的乙酸
D.将乙酸甲酯从体系中分离
E.适当地升高反应温度
F.适当地降低反应温度
(3)在刚性容器压强为1.01 MPa时,乙酸甲酯与氢气制备乙醇发生了两个反应:
主反应:CH3COOCH3(g)+2H2(g)CH3OH(g)+CH3CH2OH(g) ΔH<0,
副反应:CH3COOCH3(g)+H2(g)CH3OH(g)+CH3CHO(g) ΔH>0
实验测得,在相同时间内,反应温度与CH3CH2OH和CH3CHO的产率之间的关系如图1所示:
图1
①在540 ℃之前CH3CHO的产率远低于CH3CH2OH产率的原因是 。
②在470 ℃之后CH3CHO与CH3CH2OH产率变化趋势可能的原因是 。
(4)若在470 ℃时,以n(CH3COOCH3)∶n(H2)=1∶10的投料比只进行主反应(不考虑副反应),乙酸甲酯转化率与气体总压强的关系如图2所示:
图2
①A点时,CH3COOCH3(g)的平衡分压为 MPa,CH3CH2OH(g)的体积分数为 %(保留一位小数)。
②470 ℃时,该反应的化学平衡常数Kp= (Kp为以分压表示的平衡常数,列出计算式,不要求计算结果)。
20.(14分)(2020河南南阳一中高三检测)含氮化合物对环境、生产和人类生命活动等具有很大的影响。请回答下列问题。
(1)利用某分子筛作催化剂,NH3可脱除工厂废气中的NO、NO2,反应机理如下图所示。A包含物质为H2O和 (填化学式)。
(2)已知:4NH3(g)+6NO(g)5N2(g)+6H2O(g)
ΔH1=-a kJ·mol-1
4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) ΔH2=-b kJ·mol-1
H2O(l)H2O(g) ΔH3=+c kJ·mol-1
则反应4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(l)的ΔH= kJ·mol-1。
(3)工业上利用氨生产氢氰酸(HCN)的反应为CH4(g)+NH3(g)HCN(g)+3H2(g ) ΔH>0
①其他条件一定,达到平衡时NH3的转化率随外界条件X变化的关系如图甲所示。则X可以是 (填字母)。
甲
A.温度 B.压强
C.催化剂 D.n(NH3)n(CH4)
②在一定温度下,向2 L密闭容器中加入f mol CH4和2 mol NH3,平衡时NH3的体积分数随f变化的关系如图乙所示。
乙
A点时,CH4的转化率为 %;平衡常数:K(A) (填“>”“=”或“<”)K(B)。
(4)肌肉中的肌红蛋白(Mb)与O2结合生成MbO2,其反应原理可表示为Mb(aq)+O2(g)MbO2(aq),该反应的平衡常数可表示为K=c(MbO2)c(Mb)·p(O2)。在37 ℃条件下达到平衡时,测得肌红蛋白的结合度(α)与p(O2)的关系如图丙所示[α=生成的c(MbO2)初始的c(Mb)×100%]。研究表明正反应速率v正=k正c(Mb)·p(O2),逆反应速率v逆=k逆c(MbO2)(其中k正和k逆分别表示正反应和逆反应的速率常数)。
丙
①试写出平衡常数K与速率常数k正、k逆之间的关系式为K= (用含有k正、k逆的式子表示)。
②试求出图丙中C点时,上述反应的平衡常数K= kPa-1。已知k逆=60 s-1,则速率常数k正= s-1·kPa-1。
答案：
1.B 解析:应注意区别化学平衡移动原理和化学反应速率理论的应用范围,加催化剂只能提高反应速率,故B项不能用化学平衡移动原理解释。
2.D 解析:A项,ΔH<0,正反应为放热反应,升高温度平衡向逆反应方向移动,平衡常数减小,错误。B项,该反应是反应前后气体分子总数不变的反应,则减小压强,平衡不移动,n(CO2)不变,错误。C项,催化剂能改变反应速率,但不会引起化学平衡的移动,所以α(CO)不变,错误。D项,充入一定量的氮气,容器容积增大,但该反应前后气体的物质的量不变,平衡不移动,n(H2)不变,正确。
3.B 解析:第一次达到平衡时,x曲线表示物质的物质的量增加了0.6 mol,y曲线表示物质的物质的量减少了0.9 mol,n(x)∶n(y)=2∶3,则x曲线表示NH3的物质的量随时间的变化关系,y曲线表示H2的物质的量随时间的变化关系,B项正确。t1时,NH3、H2的物质的量相等,此时反应还未达平衡,正、逆反应速率不相等,A项错误。0~8 min,H2的平均反应速率v(H2)=0.9mol10 L8min=0.011 25 mol·L-1·min-1,C项错误。10~12 min,N2的平均反应速率v(N2)=12v(NH3)=12×0.1mol10 L2min=0.002 5 mol·L-1·min-1,D项错误。
4.B 解析:T1温度下,0~20 min内,v(NO2)=2v(CH4)=0.025 mol·L-1·min-1,A项错误。温度越高反应速率越大,由题给实验数据可知实验控制的温度T1
5.A 解析:实验①②中其他条件相同,c(I-):①<②,且反应速率:①<②,所以反应速率v与c(I-)成正比,A项正确。酸性条件下淀粉发生水解,故应将KI溶液与淀粉溶液先混合,再加入H2SO4溶液,B项错误。在I-被O2氧化过程中,H+不仅作为催化剂降低活化能,还作为反应物参加反应,C项错误。由实验①③可知,温度越高,反应速率越大,温度继续升高,生成的碘单质能被氧气继续氧化,所以④不变色, D项错误。
6.B 解析:因催化剂能增大化学反应速率,加快反应进行,则在一定时间内提高了生产效率,故A项正确。反应在300 ℃进行是为了获得较大的反应速率,不能说明反应是吸热还是放热,所以K不一定增大,故B项错误。充入大量CO2气体,能使平衡正向移动,提高H2的转化率,故C项正确。从平衡混合物中及时分离出产物,使平衡正向移动,可提高CO2和H2的转化率,故D项正确。
7.B 解析:A项,乙先达到平衡,反应快,温度高,错误。B项,使用催化剂,正、逆反应速率同等程度地增大,且平衡不移动,正确。C项,增大c(O2)时,图像应连续,错误。D项,升高温度平衡逆向移动,v'逆>v'正,错误。
8.C 解析:设甲容器中反应达到平衡时CO2浓度的变化量为x mol·L-1。
H2(g) + CO2(g) H2O(g)+ CO(g)
起始浓度(mol·L-1) 0.010 0.010 0 0
转化浓度(mol·L-1) x x x x
平衡浓度(mol·L-1) 0.010-x 0.010-x x x
K=c(H2O)·c(CO)c(H2)·c(CO2)=94,解得x=0.006 0,所以α(CO2)=0.006 0mol·L-10.010mol·L-1×100%=60%。由于乙中c(H2)=0.020 mol·L-1,相当于甲中H2的浓度增大了0.010 mol·L-1,即乙中的平衡向右进行的程度比甲的大,所以乙中CO2的转化率大于60%,A项正确。丙中物质的起始浓度是甲中物质的起始浓度的2倍,因为该反应前后气体分子总数不变,故两容器中的反应可视为等效平衡,所以H2的转化率相等,B项正确。平衡时,甲中c(CO2)=0.004 0 mol·L-1,丙中c(CO2)=0.008 0 mol·L-1,C项错误。反应物浓度越大,反应速率越大,D项正确。
9.C 解析:根据题中信息可知,增大n(Cl2),ω增大,平衡正向移动,丙烯的体积分数(φ)减小,故ω2>1,A项正确。根据图甲可知,升高温度,丙烯的体积分数增大,说明平衡逆向移动,逆反应为吸热反应,正反应为放热反应,则升高温度,正反应的平衡常数减小,逆反应的平衡常数增大,图乙中a线表示逆反应的平衡常数,B项正确。由图乙知,温度为T1时,正、逆反应的平衡常数相等,又因两者互为倒数,则平衡常数K=1,ω=2时,设CH2CHCH3和Cl2起始的物质的量浓度分别为a mol·L-1、2a mol·L-1,参加反应的Cl2的物质的量浓度为b mol·L-1,依据“三段式”可列关系式b2(a-b)·(2a-b)=1,解得b2a=13,则Cl2的转化率约为33.3%,C项错误。该反应为反应前后气体的总体积不变的放热反应,反应向正反应方向进行,体系温度升高,气体膨胀,达到平衡时,装置内的气体压强将增大,D项正确。
10.A 解析:根据题中信息和“三段式”法,则有:
2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)
起始/mol 4 2
转化/mol 4-x 2-0.8
平衡/mol x 0.8
(4-x)∶(2-0.8)=2∶1
解得x=1.6,
同理,解得y=0.2,A项错误。实验1和实验2起始量相同,由达到平衡时O2的物质的量可知,实验2反应正向进行的程度大,反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)是放热反应,温度越高,反应正向进行的程度越小,故T1>T2,K1
12.C 解析:恒温恒容条件下,投料等比增加等同增压,该反应正向为气体体积增大的反应,增大压强平衡逆向移动,N2O4的转化率减小,故C项正确。
13.CD 解析:相同容积的定容密闭容器甲和乙,甲中加入H2和I2各0.1 mol,乙中加入HI 0.2 mol,此时甲和乙建立的平衡是等效的。A项,甲、乙提高相同温度,平衡均逆向移动,HI的平衡浓度均减小,错误。B项,甲中加入0.1 mol He,在定容密闭容器中,平衡不会移动,错误。C项,甲降低温度,平衡正向移动,甲中HI的平衡浓度增大,乙增大压强,平衡不移动,HI平衡时的物质的量分数不变,正确。D项,甲增加0.1 mol HI,相当于增大压强,平衡不移动,甲中HI的平衡浓度增大,乙不变,正确。
14.C 解析:温度越高反应速率越大,达到平衡所用时间就越少,所以曲线x代表343 K下的反应,从图中读出343 K时反应物的平衡转化率为 22%,A项正确。A、B两点的转化率相等,可以认为各物质的浓度对应相等,而A点对应温度更高,所以速率更大,即vA>vB,B项正确。由图可知,温度越高SiHCl3的转化率越大。根据勒夏特列原理,减少生成物时平衡正向移动,则SiHCl3的转化率增大,所以要提高SiHCl3的转化率,可采取的措施是升高温度和及时移去反应产物,C项错误。假设开始时SiHCl3的物质的量浓度为c,343 K时SiHCl3的平衡转化率为22%,则有:
2SiHCl3(g) SiH2Cl2(g)+ SiCl4(g)
起始浓度(mol·L-1) c 0 0
转化浓度(mol·L-1) 0.22c 0.11c 0.11c
平衡浓度(mol·L-1) 0.78c 0.11c 0.11c
xSiHCl3=0.78c0.78c+0.11c+0.11c=0.78,xSiH2Cl2=0.11c0.78c+0.11c+0.11c=0.11,
xSiCl4=0.11c0.78c+0.11c+0.11c=0.11。
已知反应速率v=v正-v逆=k正xSiHCl32-
k逆xSiH2Cl2·xSiCl4,平衡时v正=v逆,
则有k正xSiHCl32=k逆xSiH2Cl2·xSiCl4,所以k正k逆=xSiH2Cl2·xSiCl4xSiHCl32=0.11×0.110.782=0.1120.782,D项正确。
15.BC 解析:升高温度,c(I-)逐渐增大,说明升高温度,化学平衡逆向移动。I2(aq)+I-(aq)I3-(aq)的ΔH<0,A项正确。K=c(I3-)c(I2)·c(I-),升高温度,平衡向逆反应方向移动,由于T2>T1,则K1>K2,B项错误。从图中可以看出D点并没有达到平衡状态,c(I-)小于该温度下的平衡浓度,所以反应逆向进行,故v逆>v正,C项错误。升高温度,平衡逆向移动,c(I3-)变小,T2>T1,所以状态A的c(I3-)大,D项正确。
16.答案:(1)B
(2)66.7% 66.7 p(N2O4)p2(NO2)=100×66.7%(100×33.3%)2≈0.06
(3)0.6b
解析:(1)图1中曲线为等压线,A、C在等压线下方,B在等压线上方。A、C点相对等压线,NO的平衡转化率减小,则平衡逆向移动,为减小压强所致;B点相对等压线,NO的平衡转化率增大,则平衡正向移动,为增大压强所致,故压强最大的点为B点。(2)100 kPa、25 ℃时,NO2的平衡转化率为80%,设起始时NO2的浓度为a mol·L-1,则平衡时NO2的浓度为0.2a mol·L-1、N2O4的浓度为0.4a mol·L-1,故N2O4的物质的量分数为0.4a0.2a+0.4a×100%≈66.7%。N2O4的分压p(N2O4)=100 kPa×66.7%=66.7 kPa。Kp=p(N2O4)p2(NO2)=100×66.7%(100×33.3%)2≈0.06。(3)100 kPa、25 ℃时,b mL NO与0.5b mL O2生成b mL NO2,由2NO2(g)N2O4(g)平衡体系中NO2的转化率为80%知,平衡时气体的体积为b mL×(1-80%)+b mL×80%×12=0.6b mL。
17.答案:(1)0.03 mol·L-1·min-1 d (2)CD
(3)乙
解析:(1)0~10 min内,v(CO)=2v(NO2)=0.6mol-0.3mol2 L×10min×2=0.03 mol·L-1·min-1。从11 min起压缩容器容积,压强增大,平衡正向移动,n(NO2)应逐渐减小直至达到新的平衡,故曲线d符合。(2)混合气体颜色不再变化,说明各物质的浓度不变,可以说明反应达到平衡,A项不符合题意;反应前后气体分子总数不相等,因此压强保持不变,可以说明反应达到平衡,B项不符合题意;v逆(NO2)=2v正(N2)才能说明反应达到平衡,C项符合题意;反应体系中物质全部为气体,密度始终保持不变,不能说明反应达到平衡,D项符合题意。(3)甲图,温度升高,v正、v逆应该均出现突增,错误。乙图,温度升高,平衡逆向移动,NO2的转化率降低,正确。丙图,温度不变时,增大压强,平衡正向移动,平衡时CO的体积分数应该减小,错误。
18.答案:(1)①高温 ②2H2SO4(l)2SO2(g)+O2(g)+2H2O(g) ΔH=+550 kJ·mol-1
(2)①> ②0.012 5 16(或0.167)
(3)①吸收 ②k1k2k3k-1k-2c(H2)·c(I2)
解析:(1)①反应ⅰ是气体物质的量增大的吸热反应,由ΔG=ΔH-TΔS<0,能自发进行的条件是高温。
②根据盖斯定律,由ⅰ×2+ⅱ可得,反应Ⅱ的热化学方程式为2H2SO4(l)2SO2(g)+O2(g)+2H2O(g) ΔH=+550 kJ·mol-1。
(2)①随着温度的不断升高,HI的物质的量不断减小,H2的物质的量不断增大,则平衡正向移动,所以正反应为吸热反应,则该反应的ΔH>0。
②根据图中数据知,600 ℃时,n(HI)=0.75 mol,n(H2)=0.125 mol,反应前后气体分子数不变,从而得出平衡分压p(I2)=0.125mol1mol×0.1 MPa=0.012 5 MPa,各气体的平衡分压p(H2)=p(I2)=0.012 5 MPa,p(HI)=0.75mol1mol×0.1 MPa=0.075 MPa,反应HI(g)12H2(g)+12I2(g)的平衡常数Kp=p12(H2)·p12(I2)p(HI)=16≈0.167。
(3)①第一步反应断裂共价键,吸收能量。
②反应速率由慢反应决定,即v=k3c(H2I)·c(I)。
第一步是快速平衡,k1c(I2)=k-1c2(I),可得c2(I)=k1k-1·c(I2);第二步也是快速平衡,k2c(I)·c(H2)=k-2c(H2I),可得c(H2I)=k2k-2·c(H2)·c(I),则速率方程为v=k3·k2k-2c(H2)·c(I)·c(I)=k3·k2k-2c(H2)·k1k-1c(I2)=k1k2k3k-1k-2c(H2)·c(I2)。
19.答案:(1)-6.1
(2)BDF
(3)①副反应的活化能远大于主反应的活化能,副反应的化学反应慢
②470 ℃之后,乙醇的产率逐渐降低是因为该反应是放热反应,温度升高平衡逆向移动,乙醛的产率逐渐升高是因为反应速率逐渐增大,且该反应是吸热反应,温度升高平衡正向移动
(4)①0.01 8.9 ②0.09×0.090.01×0.822
解析:(1)依据热化学方程式和盖斯定律,由①+12×②-12×③可得,CH3COOH(l)+CH3OH(l)CH3COOCH3(l)+H2O(l),则ΔH=ΔH1+12×ΔH2-12×ΔH3=-6.1 kJ·mol-1。
(2)加入催化剂,能够增大反应速率,但并不会影响平衡移动,A项错误。
加入过量的甲醇,增大了反应物浓度,使平衡正向移动,乙酸的转化率增大,B项正确。
加入过量的乙酸,增大了反应物浓度,虽然使平衡正向移动,但乙酸的转化率降低,C项错误。
将乙酸甲酯从体系中分离,使产物减少,促进平衡正向移动,乙酸的转化率增大,D项正确。
由(1)分析知,反应正向是放热反应,因此,适当降低温度,平衡正向移动,乙酸的转化率增大,E项错误,F项正确。
(3)①两反应快慢的核心是活化能的大小,反应快活化能小,而反应慢活化能大,根据图1可知,副反应的活化能远大于主反应的活化能,副反应的化学反应慢。
②470 ℃之后,乙醇的产率逐渐降低是因为该反应是放热反应,温度升高平衡逆向移动,乙醛的产率逐渐升高是因为反应速率逐渐增大,且该反应是吸热反应,温度升高平衡正向移动。
(4)①由图2可知,乙酸甲酯的转化率为90%时,总压为1.01 MPa,已知n(CH3COOCH3)∶n(H2)=1∶10,则有:
CH3COOCH3(g)+2H2(g)CH3OH(g)+CH3CH2OH(g)
初始/mol 1 10 0 0
反应/mol 0.9 1.8 0.9 0.9
平衡/mol 0.1 8.2 0.9 0.9
总压为1.01 MPa,因此CH3COOCH3(g)的平衡分压为1.01 MPa×0.1mol0.1mol+8.2mol+0.9mol+0.9mol=0.01 MPa;CH3CH2OH(g)的体积分数即为物质的量分数,其体积分数为0.9mol0.1mol+8.2mol+0.9mol+0.9mol×100%=8.9%。
②通过计算得,CH3OH和CH3CH2OH的平衡分压为0.09 MPa,H2的平衡分压为0.81 MPa,则Kp=0.09×0.090.01×0.812。
20.答案:(1)N2
(2)-15(2a+3b+30c)
(3)①BD ②25 =
(4)①k正k逆 ②2 120
解析:(1)根据流程图可知,NH3与废气中的NO、NO2反应,最终产生无毒无害的氮气和水。
(2)①4NH3(g)+6NO(g)5N2(g)+6H2O(g) ΔH1=-a kJ·mol-1
②4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) ΔH2=-b kJ·mol-1
③H2O(l)H2O(g) ΔH3=+c kJ·mol-1
根据盖斯定律,由(①×2+②×3-③×30)×15可得,4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(l) ΔH=-15(2a+3b+30c) kJ·mol-1。
(3)①反应CH4(g)+NH3(g)HCN(g)+3H2(g)的正反应是气体体积增大的吸热反应,根据图甲可知,X越大,氨的转化率越小。
升高温度,化学平衡向正反应方向移动,氨的转化率增大,A项错误。
增大压强,化学平衡向气体体积减小的方向移动,氨的转化率减小,B项正确。
催化剂只能改变反应速率,不能使化学平衡发生移动,因此对氨的转化率无影响,C项错误。
增大n(NH3)n(CH4),相对来说氨的物质的量增大得多,平衡正向移动,CH4的转化率增大,而氨的转化率减小,D项正确。
②假设反应消耗NH3的物质的量为x mol,则
CH4(g)+ NH3(g) HCN(g)+ 3H2(g)
开始/mol f 2 0 0
转化/mol x x x 3x
平衡/mol f-x 2-x x 3x
根据图乙可知,当n(CH4)=2 mol时,平衡时氨的体积分数是30%,则2-x4+2x×100%=30%,解得x=0.5,则A点时,CH4的转化率为0.5mol2mol×100%=25%。
由于温度不变,所以在线上的任何一点,化学反应的平衡常数都不变,因此K(A)=K(B)。
(4)①可逆反应达到平衡状态时,v正=v逆,由于v正=k正c(Mb)·p(O2),v逆=k逆c(MbO2),所以k正c(Mb)·p(O2)=k逆c(MbO2),k正k逆=c(MbO2)c(Mb)·p(O2),而反应Mb(aq)+O2(g)MbO2(aq)的平衡常数K=c(MbO2)c(Mb)·p(O2)=k正k逆。
②C点时,p(O2)=4.50 kPa,肌红蛋白的结合度(α)是90%,即α=生成的c(MbO2)初始的c(Mb)×100%=90%,则生成的c(MbO2)=0.9c(Mb)初始,平衡时的c(Mb)=0.1c(Mb)初始,则K=c(MbO2)c(Mb)·p(O2)=0.9c(Mb)初始0.1c(Mb)初始×4.50 kPa=2 kPa-1。
K=k正k逆,由于K=2 kPa-1,k逆=60 s-1,因此可得k正=K·k逆=2 kPa-1×60 s-1=120 s-1·kPa-1。
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