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2019届二轮复习 化学反应速率和化学平衡 作业（全国通用） (4) 练习
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化学反应速率和化学平衡
(45分钟 100分)
一、选择题(本题包括7小题,每题6分,共42分)
1.(2018·济宁模拟)某反应2AB(g)C(g)+3D(g) 在高温时能自发进行,其逆反应在低温下能自发进行,则该反应的正反应的ΔH、ΔS应为 ( )
A.ΔH<0,ΔS>0 B.ΔH<0,ΔS<0
C.ΔH>0,ΔS>0 D.ΔH>0,ΔS<0
【解析】选C。该反应是气体分子数增加的反应,故ΔS>0,根据反应方向的复合判据,若ΔH-TΔS<0反应能自发进行,该反应正反应在高温下自发进行,且ΔS>0,则可判断该反应为吸热反应,ΔH>0,C项正确。
2.(2018·徐州模拟)在密闭容器中,一定条件下,进行反应:NO(g)+CO(g)
N2(g)+CO2(g) ΔH=-373.2 kJ·mol-1,达到平衡后,为提高该反应的速率和NO的转化率,采取的正确措施是 ( )
A.加催化剂同时升高温度
B.加催化剂同时增大压强
C.升高温度同时充入N2
D.降低温度同时增大压强
【解析】选B。该反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,NO的转化率降低,A
项不符合题意;加入催化剂能加快反应速率,该反应为气体分子数减小的反应,
增大压强平衡向右移动,NO的转化率增大,B项符合题意;升高温度,平衡逆向移动,NO转化率降低,通入N2平衡逆向移动,也使NO转化率降低,C项不符合题意;降低温度,反应速率减慢,D项不符合题意。
【加固训练】
在两个恒容的密闭容器中进行下列两个可逆反应:
甲:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g);
乙:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
现有下列状态:①混合气体平均相对分子质量不再改变 ②恒温时,气体压强不再改变 ③各气体组成浓度相等 ④反应体系中温度保持不变 ⑤断裂氢氧键速率是断裂氢氢键速率的2倍 ⑥混合气体密度不变 ⑦单位时间内,消耗水蒸气质量与生成氢气质量比为9∶1其中能表明甲、乙容器中反应都达到平衡状态的是
( )
A.①②⑤ B.③④⑥ C.⑥⑦ D.④⑤
【解析】选D。甲容器中,碳为固态,该可逆反应属于反应前后气体体积不相等的反应;乙容器中,反应属于等气体体积反应,气体相对分子质量、密度、压强都始终不变,①②⑥错误;各组分浓度相等,不能判断反应达到平衡状态,③错误;对于任何一个可逆反应,随着反应进行,体系温度会发生变化,当温度不改变时,说明反应达到平衡状态,④正确;生成氢氧键速率是断裂氢氢键速率的2倍,经转化,水中氢氧键断裂速率等于生成氢氧键速率,达到平衡状态,⑤正确;消耗水蒸气与生成氢气是同一方向,不能判断达到平衡状态,⑦错误。
3.在恒容的密闭容器中,可逆反应X(s)+3Y(g)2Z(g) ΔH>0,达到平衡时,下列说法正确的是 ( )
A.充入少量He使容器内压强增大,平衡向正反应方向移动
B.升高温度,平衡向正反应方向移动,容器内压强减小
C.继续加入少量X,X的转化率减小,Y的转化率增大
D.继续加入少量Y,再次平衡时,Y的体积分数比上次平衡小
【解析】选D。在恒容的密闭容器中,充入少量He,容器内压强增大,但反应物浓度和生成物浓度都没有改变,平衡不移动,A项错误;升高温度,平衡向正反应方向移动,X(s)有可能气化,容器内压强不一定减小,B项错误;继续加入少量固体X,平衡不移动,Y的转化率不变,C项错误;继续加入少量Y,相当于在原平衡的基础上增大压强,平衡正向移动,再次平衡时,Y的体积分数比上次平衡小,D项正确。
【加固训练】
下列叙述及解释正确的是 ( )
A.2NO2(g)(红棕色)N2O4(g)(无色) ΔH<0,在平衡后,对平衡体系采取缩小容积、增大压强的措施,因为平衡向正反应方向移动,故体系颜色变浅
B.H2(g)+I2(g)2HI(g) ΔH<0,在平衡后,对平衡体系采取增大容积、减小压强的措施,因为平衡不移动,故体系颜色不变
C.FeCl3+3KSCNFe(SCN)3(红色)+3KCl,在平衡后,加少量KCl,因为平衡向逆反应方向移动,故体系颜色变浅
D.对于N2+3H22NH3,平衡后,压强不变,充入O2,平衡左移
【解析】选D。A项,缩小容积,平衡右移,但c(NO2)浓度仍增大,颜色变深,A错;B项,扩大容积,平衡不移动,但由于c(I2)减小,故体系颜色变浅,B错;C项,由于KCl没有参与反应,故对平衡无影响,C错;D项,压强不变,充入O2,O2不参与反应,体积扩大,平衡左移。
4.(2018·聊城模拟)T ℃时,在一固定容积的密闭容器中发生反应:A(g)+B(g)
C(s) ΔH<0,按照不同配比充入A、B,达到平衡时容器中A、B浓度变化如图中曲线(实线)所示,下列判断正确的是 ( )
A.T ℃时,该反应的平衡常数值为4
B.c点没有达到平衡,此时反应向逆向进行
C.若c点为平衡点,则此时容器内的温度高于T ℃
D.T ℃时,直线cd上的点均为平衡状态
【解析】选C。由A(g)+B(g)C(s) ΔH<0知,平衡常数K===0.25,A错误;依据图象可知,c点浓度商Qc
2HI(g) ΔH=-26.5 kJ·mol-1,各物质的物质的量浓度与时间变化的关系如图所示。下列叙述不正确的是( )
A.该反应达到最大限度的时间内平均反应速率v(HI)=0.316 mol·L-1·s-1
B.该反应达到平衡状态时,放出的热量为26.5 kJ
C.将容器的体积缩小为1 L,重新达到平衡,H2的转化率为79%
D.t ℃时,向上述平衡体系中通入1 mol HI,HI的体积分数不变
【解析】选B。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,A正确;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,B错误;由图可知H2的转化率为[(1.00 -0.21) mol·L-1÷
1.00 mol·L-1]×100%=79%,反应前后气体的物质的量不变,缩小体积增大压强,化学平衡不移动,故反应物的转化率不变,C正确;t ℃时,向上述平衡体系中通入1 mol HI,相当于将容器加压,对平衡状态无影响,故HI的体积分数不变,D正确。
【加固训练】
T0 ℃时,在2 L的密闭容器中发生反应:X(g)+Y(g)Z(g)(未配平),各物质的物质的量随时间变化的关系如图a所示。其他条件相同,温度分别为T1 ℃、T2 ℃时发生反应,X的物质的量随时间变化的关系如图b所示。下列叙述正确的是 ( )
A.该反应的正反应是吸热反应
B.T0 ℃,从反应开始到平衡时:v(X)=0.083 mol·L-1·min-1
C.图a中反应达到平衡时,Y的转化率为37.5%
D.T1℃时,若该反应的平衡常数K=50,则T1
6.(2017·天津高考)常压下羰基化法精炼镍的原理为Ni(s)+4CO(g)
Ni(CO)4(g)。230 ℃时,该反应的平衡常数K=2×10-5。已知:Ni(CO)4的沸点为
42.2 ℃,固体杂质不参与反应。
第一阶段:将粗镍与CO反应转化成气态Ni(CO)4;
第二阶段:将第一阶段反应后的气体分离出来,加热至230 ℃制得高纯镍。
下列判断正确的是 ( )
A.增加c(CO),平衡向正向移动,反应的平衡常数增大
B.第一阶段,在30 ℃和50 ℃两者之间选择反应温度,选50 ℃
C.第二阶段,Ni(CO)4分解率较低
D.该反应达到平衡时,v生成[Ni(CO)4]=4v生成(CO)
【解析】选B。平衡常数只与温度有关,与浓度无关,A错误;50 ℃时,Ni(CO)4以气态存在,有利于分离,从而促使平衡正向移动,B正确;230 ℃时,Ni(CO)4分解的平衡常数为=5×104,可知分解率较高,C错误;平衡时,4v生成[Ni(CO)4]=
v生成(CO),D错误。
7.(能力挑战题)氮气是制备含氮化合物的一种重要物质,而氮的化合物用途广泛。两个常见的固氮反应的平衡常数对数值(lg K)与温度的关系如图所示:
①N2(g)+3H2(g)2NH3(g)和②N2(g)+O2(g)2NO(g),根据图中的数据判断下列说法正确的是 ( )
A.反应①和②均为放热反应
B.升高温度,反应①的反应速率减小
C.在常温下,利用反应①固氮和利用反应②固氮反应程度相差很大
D.在1 000 ℃时,反应①和反应②体系中N2的浓度一定相等
【解析】选C。反应①的K值随温度升高而减小,反应①是放热反应,反应②的K值随温度升高而增大,反应②是吸热反应,A错误;升高温度,两个反应的反应速率都增大,B错误;在常温下,反应①K≈1010,反应②K≈10-30,相差很大,故利用反应①固氮和利用反应②固氮反应程度相差很大,C正确;在1 000 ℃时,反应①、反应②的K值相等,即=,而体系中N2的浓度不一定相等,D错误。
二、非选择题(本题包括4小题,共58分)
8.(12分)在一个容积固定为2 L的密闭容器中,发生反应:aA(g)+bB(g)pC(g)
ΔH=?反应情况记录如下表:
时间
c(A)/mol·L-1
c(B)/mol·L-1
c(C)/mol·L-1
0 min
1
3
0
第2 min
0.8
2.6
0.4
第4 min
0.4
1.8
1.2
第6 min
0.4
1.8
1.2
第8 min
0.1
2.0
1.8
第9 min
0.05
1.9
0.3
请仔细分析,根据表中数据,回答下列问题:
(1)第2 min到第4 min内A的平均反应速率v(A)=________mol·L-1·min-1。
(2)由表中数据可知反应在第4 min到第6 min时处于平衡状态,若在第2 min、第6 min、第8 min 时分别改变了某一反应条件,则改变的条件分别可能是
①第2 min____________或____________;
②第6 min_________________________;
③第8 min_________________________。
(3)若从开始到第4 min建立平衡时反应放出的热量为235.92 kJ,则该反应的ΔH=________。
【解析】(1)A物质的化学反应速率v(A)==(0.8 mol·L-1-0.4 mol·L-1)/
2 min=0.2 mol·L-1·min-1;(2)①在第0～2 min内,A的浓度减小了0.2 mol·L-1,在2～4 min 内A的浓度在原基础上减小了0.4 mol·L-1,化学反应速率加快了,可以是使用催化剂或升高温度;②第6 min到第8 min,作为反应物,浓度应该是减小的趋势,但是B的浓度从1.8 mol·L-1增加到了2.0 mol·L-1,所以可知一定是加入了B物质;③第8 min到第9 min时间段内,C作为生成物,它的浓度应是增大的趋势,但是数据表明,其浓度减小了,一定是减少了C的浓度;
(3)根据热化学方程式,设反应的焓变值为X,则
A(g) + 2B(g) 2C(g) ΔH=-X kJ·mol-1
1 mol X kJ
(1 mol·L-1-0.4 mol·L-1)×2 L 235.92 kJ
则有=,解得X=196.6 kJ·mol-1,则ΔH=-196.6 kJ·mol-1。
答案:(1)0.2 (2)①使用催化剂 升高温度
②增加B的浓度 ③减小C的浓度
(3)-196.6 kJ·mol-1
9.(14分)“低碳循环”引起各国的高度重视,已知煤、甲烷等可以与水蒸气反应生成以CO和H2为主的合成气,合成气有广泛应用。试回答下列问题:
(1)高炉炼铁是CO气体的重要用途之一,其基本反应为FeO(s)+CO(g)
Fe(s)+CO2(g) ΔH>0。已知在1 100 ℃时,该反应的化学平衡常数K=0.263。
①温度升高,化学平衡移动后达到新的平衡,此时平衡常数K值__________(填“增大”“减小”或“不变”);
②1 100 ℃时测得高炉中,c(CO2)=0.025 mol·L-1,c(CO)=0.1 mol·L-1,则在这种情况下,该反应向__________进行(填“左”或“右”),判断依据是__ ______
_____________________。
(2)目前工业上也可用CO2来生产燃料甲醇,有关反应为CO2(g)+3H2(g)
CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-49.0 kJ·mol-1,现向体积为1 L的密闭容器中,充入1 mol CO2和3 mol H2,反应过程中测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间的变化如图所示。
①从反应开始到平衡,氢气的平均反应速率v(H2)=__________。
②反应达到平衡后,下列措施能使增大的是__________。
A.升高温度 B.再充入H2 C.再充入CO2
D.将H2O(g)从体系中分离 E.充入He(g)
【解析】(1)①因为炼铁反应为吸热反应,升高温度,平衡常数增大。
②FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g)在1 100 ℃ 时的平衡常数为0.263,此时Qc===0.25<0.263,说明反应没有达到平衡,反应向右进行。
(2)①根据反应过程中CO2的浓度变化可知,从反应开始到平衡,CO2的浓度变化为0.75 mol·L-1,所以H2的浓度变化为3×0.75 mol·L-1=2.25 mol·L-1,H2的反应速率为=0.225 mol·L-1·min-1。
②使增大,需要使平衡向正反应方向移动,升高温度,平衡向逆反应方向移动,A错;再充入H2,CH3OH的浓度增大,CO2浓度减小,比值增大,B对;再充入CO2,CO2的转化率减小,CO2浓度增大,CH3OH浓度虽然增大,但是不如CO2浓度增大的多,比值减小,C错;将H2O(g)从体系中分离出来,平衡向右移动,CH3OH浓度增大,CO2浓度减小,比值增大,D对;充入He对平衡无影响,比值不变,E错。
答案:(1)①增大 ②右 因为=0.25<0.263
(2)①0.225 mol·L-1·min-1 ②B、D
10.(14分)某密闭容器中充入等物质的量的气体A和B,一定温度下发生反应:
A(g)+xB(g)2C(g)达到平衡后,只改变反应的一个条件,测得容器中物质的浓度、反应速率随时间变化的关系如图所示。
请回答下列问题:
(1)0～20 min,A的平均反应速率为__________;8 min时,v(正)______v(逆)。(填“>”“=” 或“<”)
(2)反应方程式中的x=__________,30 min时改变的反应条件是__________。
(3)20～30 min时反应的平衡常数__________30～40 min时反应的平衡常数。(填“>”“=”或“<”)。
(4)该反应的正反应为__________(填“放热”或“吸热”)反应。
(5)反应过程中B的转化率最大的时间段是__________min。
【解析】(1)0～20 min A从2.0 mol·L-1减小到1.0 mol·L-1,故其反应速率为=0.05 mol·L-1·min-1。8 min时未达到平衡,反应向正反应方向进行,
v(正) >v(逆)。
(2)30 min时条件改变的瞬间,浓度同等倍数的减小,正、逆反应速率减小且相等,平衡不移动,则改变的条件是扩大体积,减小压强,该反应反应前后气体的体积不变,故x=1。
(3)20～30 min和30～40 min两时间段内温度没变,平衡常数不变。
(4)40 min时改变条件后,C的浓度减小,A的浓度增大,说明平衡向逆反应方向进行。从题图可知,条件改变后正、逆反应速率都增大,增大生成物的浓度,增大压强,加催化剂都不符合题意,则改变的条件只有升高温度。升高温度,平衡向逆反应方向移动,则正反应为放热反应。
(5)20～30 min,30～40 min两阶段虽然条件不同,但平衡并未发生移动,40～
54 min阶段平衡向逆反应方向移动B转化率减小,故20～30 min,30～40 min两阶段B的转化率最大。
答案:(1)0.05 mol·L-1·min-1 >
(2)1 扩大容器体积(或减小压强)
(3)= (4)放热 (5)20～40
11.(18分)(能力挑战题)甲醇是重要的化工原料。利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂的作用下合成甲醇,发生的主要反应如下:
①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1
②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2=-58 kJ·mol-1
③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH3=+41 kJ·mol-1
回答下列问题:
(1)CO2的电子式是_____________。
(2)ΔH1=________kJ·mol-1,①反应正向的熵变ΔS________0(填“>”“<”或“=”)。
(3)在容积为2 L的密闭容器中,充入一定量CO2和H2合成甲醇(上述②反应),在其他条件不变时,温度T1、T2对反应的影响如图所示,下列说法正确的是________(填序号)。
①温度为T1时,从反应到平衡,生成甲醇的平均速率为v(CH3OH)=mol·L-1·min-1
②当v(CH3OH) =v(H2O)时,说明反应达到平衡
③混合气体的平均相对分子质量A点大于B点
④处于A点的反应体系从T1变到T2,达到平衡时n(H2)与n(CH3OH)比值增大
(4)在T1温度时,将2 mol CO2和6 mol H2充入2 L密闭容器中,充分反应(上述②反应)达到平衡后,若CO2转化率为50%,则容器内的压强与起始压强之比为________;T1温度,反应CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)的平衡常数数值为________。
【解析】(1)CO2的电子式为。
(2)由已知根据盖斯定律,得②-③=①,故ΔH1=ΔH2-ΔH3=-99 kJ·mol-1,反应①中气体的物质的量减小,属于熵减小的反应。
(3)①温度为T1时,从反应到平衡,生成甲醇的平均速率v(CH3OH)==
mol·L-1·min-1,错误;②v(CH3OH)=v(H2O),没有反映出反应方向,不能说明反应达到平衡,错误;③该反应属于气体物质的量减少的反应,甲醇的物质的量越多,混合气体的物质的量越少,混合气体的平均相对分子质量越大,混合气体的平均相对分子质量A点大于B点,正确;④处于A点的反应体系从T1变到T2,平衡向逆反应方向移动,达到平衡时n(H2)与n(CH3OH)比值增大,正确。
(4)CO2的转化率为50%,转化的二氧化碳为1 mol,则
CO2 (g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
起始(mol) 2 6 0 0
变化(mol) 1 3 1 1
平衡(mol) 1 3 1 1
相同条件下,气体的压强之比等于物质的量之比,容器内的压强与起始压强之比为==,平衡常数===,
CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)的平衡常数与CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)的平衡常数互为倒数,因此CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)的平衡常数为=6.75。
答案:(1) (2)-99 <
(3)③④ (4)3∶4 6.75或
(45分钟 100分)
一、选择题(本题包括7小题,每题6分,共42分)
1.(2018·济宁模拟)某反应2AB(g)C(g)+3D(g) 在高温时能自发进行,其逆反应在低温下能自发进行,则该反应的正反应的ΔH、ΔS应为 ( )
A.ΔH<0,ΔS>0 B.ΔH<0,ΔS<0
C.ΔH>0,ΔS>0 D.ΔH>0,ΔS<0
【解析】选C。该反应是气体分子数增加的反应,故ΔS>0,根据反应方向的复合判据,若ΔH-TΔS<0反应能自发进行,该反应正反应在高温下自发进行,且ΔS>0,则可判断该反应为吸热反应,ΔH>0,C项正确。
2.(2018·徐州模拟)在密闭容器中,一定条件下,进行反应:NO(g)+CO(g)
N2(g)+CO2(g) ΔH=-373.2 kJ·mol-1,达到平衡后,为提高该反应的速率和NO的转化率,采取的正确措施是 ( )
A.加催化剂同时升高温度
B.加催化剂同时增大压强
C.升高温度同时充入N2
D.降低温度同时增大压强
【解析】选B。该反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,NO的转化率降低,A
项不符合题意;加入催化剂能加快反应速率,该反应为气体分子数减小的反应,
增大压强平衡向右移动,NO的转化率增大,B项符合题意;升高温度,平衡逆向移动,NO转化率降低,通入N2平衡逆向移动,也使NO转化率降低,C项不符合题意;降低温度,反应速率减慢,D项不符合题意。
【加固训练】
在两个恒容的密闭容器中进行下列两个可逆反应:
甲:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g);
乙:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
现有下列状态:①混合气体平均相对分子质量不再改变 ②恒温时,气体压强不再改变 ③各气体组成浓度相等 ④反应体系中温度保持不变 ⑤断裂氢氧键速率是断裂氢氢键速率的2倍 ⑥混合气体密度不变 ⑦单位时间内,消耗水蒸气质量与生成氢气质量比为9∶1其中能表明甲、乙容器中反应都达到平衡状态的是
( )
A.①②⑤ B.③④⑥ C.⑥⑦ D.④⑤
【解析】选D。甲容器中,碳为固态,该可逆反应属于反应前后气体体积不相等的反应;乙容器中,反应属于等气体体积反应,气体相对分子质量、密度、压强都始终不变,①②⑥错误;各组分浓度相等,不能判断反应达到平衡状态,③错误;对于任何一个可逆反应,随着反应进行,体系温度会发生变化,当温度不改变时,说明反应达到平衡状态,④正确;生成氢氧键速率是断裂氢氢键速率的2倍,经转化,水中氢氧键断裂速率等于生成氢氧键速率,达到平衡状态,⑤正确;消耗水蒸气与生成氢气是同一方向,不能判断达到平衡状态,⑦错误。
3.在恒容的密闭容器中,可逆反应X(s)+3Y(g)2Z(g) ΔH>0,达到平衡时,下列说法正确的是 ( )
A.充入少量He使容器内压强增大,平衡向正反应方向移动
B.升高温度,平衡向正反应方向移动,容器内压强减小
C.继续加入少量X,X的转化率减小,Y的转化率增大
D.继续加入少量Y,再次平衡时,Y的体积分数比上次平衡小
【解析】选D。在恒容的密闭容器中,充入少量He,容器内压强增大,但反应物浓度和生成物浓度都没有改变,平衡不移动,A项错误;升高温度,平衡向正反应方向移动,X(s)有可能气化,容器内压强不一定减小,B项错误;继续加入少量固体X,平衡不移动,Y的转化率不变,C项错误;继续加入少量Y,相当于在原平衡的基础上增大压强,平衡正向移动,再次平衡时,Y的体积分数比上次平衡小,D项正确。
【加固训练】
下列叙述及解释正确的是 ( )
A.2NO2(g)(红棕色)N2O4(g)(无色) ΔH<0,在平衡后,对平衡体系采取缩小容积、增大压强的措施,因为平衡向正反应方向移动,故体系颜色变浅
B.H2(g)+I2(g)2HI(g) ΔH<0,在平衡后,对平衡体系采取增大容积、减小压强的措施,因为平衡不移动,故体系颜色不变
C.FeCl3+3KSCNFe(SCN)3(红色)+3KCl,在平衡后,加少量KCl,因为平衡向逆反应方向移动,故体系颜色变浅
D.对于N2+3H22NH3,平衡后,压强不变,充入O2,平衡左移
【解析】选D。A项,缩小容积,平衡右移,但c(NO2)浓度仍增大,颜色变深,A错;B项,扩大容积,平衡不移动,但由于c(I2)减小,故体系颜色变浅,B错;C项,由于KCl没有参与反应,故对平衡无影响,C错;D项,压强不变,充入O2,O2不参与反应,体积扩大,平衡左移。
4.(2018·聊城模拟)T ℃时,在一固定容积的密闭容器中发生反应:A(g)+B(g)
C(s) ΔH<0,按照不同配比充入A、B,达到平衡时容器中A、B浓度变化如图中曲线(实线)所示,下列判断正确的是 ( )
A.T ℃时,该反应的平衡常数值为4
B.c点没有达到平衡,此时反应向逆向进行
C.若c点为平衡点,则此时容器内的温度高于T ℃
D.T ℃时,直线cd上的点均为平衡状态
【解析】选C。由A(g)+B(g)C(s) ΔH<0知,平衡常数K===0.25,A错误;依据图象可知,c点浓度商Qc
2HI(g) ΔH=-26.5 kJ·mol-1,各物质的物质的量浓度与时间变化的关系如图所示。下列叙述不正确的是( )
A.该反应达到最大限度的时间内平均反应速率v(HI)=0.316 mol·L-1·s-1
B.该反应达到平衡状态时,放出的热量为26.5 kJ
C.将容器的体积缩小为1 L,重新达到平衡,H2的转化率为79%
D.t ℃时,向上述平衡体系中通入1 mol HI,HI的体积分数不变
【解析】选B。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,A正确;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,B错误;由图可知H2的转化率为[(1.00 -0.21) mol·L-1÷
1.00 mol·L-1]×100%=79%,反应前后气体的物质的量不变,缩小体积增大压强,化学平衡不移动,故反应物的转化率不变,C正确;t ℃时,向上述平衡体系中通入1 mol HI,相当于将容器加压,对平衡状态无影响,故HI的体积分数不变,D正确。
【加固训练】
T0 ℃时,在2 L的密闭容器中发生反应:X(g)+Y(g)Z(g)(未配平),各物质的物质的量随时间变化的关系如图a所示。其他条件相同,温度分别为T1 ℃、T2 ℃时发生反应,X的物质的量随时间变化的关系如图b所示。下列叙述正确的是 ( )
A.该反应的正反应是吸热反应
B.T0 ℃,从反应开始到平衡时:v(X)=0.083 mol·L-1·min-1
C.图a中反应达到平衡时,Y的转化率为37.5%
D.T1℃时,若该反应的平衡常数K=50,则T1
6.(2017·天津高考)常压下羰基化法精炼镍的原理为Ni(s)+4CO(g)
Ni(CO)4(g)。230 ℃时,该反应的平衡常数K=2×10-5。已知:Ni(CO)4的沸点为
42.2 ℃,固体杂质不参与反应。
第一阶段:将粗镍与CO反应转化成气态Ni(CO)4;
第二阶段:将第一阶段反应后的气体分离出来,加热至230 ℃制得高纯镍。
下列判断正确的是 ( )
A.增加c(CO),平衡向正向移动,反应的平衡常数增大
B.第一阶段,在30 ℃和50 ℃两者之间选择反应温度,选50 ℃
C.第二阶段,Ni(CO)4分解率较低
D.该反应达到平衡时,v生成[Ni(CO)4]=4v生成(CO)
【解析】选B。平衡常数只与温度有关,与浓度无关,A错误;50 ℃时,Ni(CO)4以气态存在,有利于分离,从而促使平衡正向移动,B正确;230 ℃时,Ni(CO)4分解的平衡常数为=5×104,可知分解率较高,C错误;平衡时,4v生成[Ni(CO)4]=
v生成(CO),D错误。
7.(能力挑战题)氮气是制备含氮化合物的一种重要物质,而氮的化合物用途广泛。两个常见的固氮反应的平衡常数对数值(lg K)与温度的关系如图所示:
①N2(g)+3H2(g)2NH3(g)和②N2(g)+O2(g)2NO(g),根据图中的数据判断下列说法正确的是 ( )
A.反应①和②均为放热反应
B.升高温度,反应①的反应速率减小
C.在常温下,利用反应①固氮和利用反应②固氮反应程度相差很大
D.在1 000 ℃时,反应①和反应②体系中N2的浓度一定相等
【解析】选C。反应①的K值随温度升高而减小,反应①是放热反应,反应②的K值随温度升高而增大,反应②是吸热反应,A错误;升高温度,两个反应的反应速率都增大,B错误;在常温下,反应①K≈1010,反应②K≈10-30,相差很大,故利用反应①固氮和利用反应②固氮反应程度相差很大,C正确;在1 000 ℃时,反应①、反应②的K值相等,即=,而体系中N2的浓度不一定相等,D错误。
二、非选择题(本题包括4小题,共58分)
8.(12分)在一个容积固定为2 L的密闭容器中,发生反应:aA(g)+bB(g)pC(g)
ΔH=?反应情况记录如下表:
时间
c(A)/mol·L-1
c(B)/mol·L-1
c(C)/mol·L-1
0 min
1
3
0
第2 min
0.8
2.6
0.4
第4 min
0.4
1.8
1.2
第6 min
0.4
1.8
1.2
第8 min
0.1
2.0
1.8
第9 min
0.05
1.9
0.3
请仔细分析,根据表中数据,回答下列问题:
(1)第2 min到第4 min内A的平均反应速率v(A)=________mol·L-1·min-1。
(2)由表中数据可知反应在第4 min到第6 min时处于平衡状态,若在第2 min、第6 min、第8 min 时分别改变了某一反应条件,则改变的条件分别可能是
①第2 min____________或____________;
②第6 min_________________________;
③第8 min_________________________。
(3)若从开始到第4 min建立平衡时反应放出的热量为235.92 kJ,则该反应的ΔH=________。
【解析】(1)A物质的化学反应速率v(A)==(0.8 mol·L-1-0.4 mol·L-1)/
2 min=0.2 mol·L-1·min-1;(2)①在第0～2 min内,A的浓度减小了0.2 mol·L-1,在2～4 min 内A的浓度在原基础上减小了0.4 mol·L-1,化学反应速率加快了,可以是使用催化剂或升高温度;②第6 min到第8 min,作为反应物,浓度应该是减小的趋势,但是B的浓度从1.8 mol·L-1增加到了2.0 mol·L-1,所以可知一定是加入了B物质;③第8 min到第9 min时间段内,C作为生成物,它的浓度应是增大的趋势,但是数据表明,其浓度减小了,一定是减少了C的浓度;
(3)根据热化学方程式,设反应的焓变值为X,则
A(g) + 2B(g) 2C(g) ΔH=-X kJ·mol-1
1 mol X kJ
(1 mol·L-1-0.4 mol·L-1)×2 L 235.92 kJ
则有=,解得X=196.6 kJ·mol-1,则ΔH=-196.6 kJ·mol-1。
答案:(1)0.2 (2)①使用催化剂 升高温度
②增加B的浓度 ③减小C的浓度
(3)-196.6 kJ·mol-1
9.(14分)“低碳循环”引起各国的高度重视,已知煤、甲烷等可以与水蒸气反应生成以CO和H2为主的合成气,合成气有广泛应用。试回答下列问题:
(1)高炉炼铁是CO气体的重要用途之一,其基本反应为FeO(s)+CO(g)
Fe(s)+CO2(g) ΔH>0。已知在1 100 ℃时,该反应的化学平衡常数K=0.263。
①温度升高,化学平衡移动后达到新的平衡,此时平衡常数K值__________(填“增大”“减小”或“不变”);
②1 100 ℃时测得高炉中,c(CO2)=0.025 mol·L-1,c(CO)=0.1 mol·L-1,则在这种情况下,该反应向__________进行(填“左”或“右”),判断依据是__ ______
_____________________。
(2)目前工业上也可用CO2来生产燃料甲醇,有关反应为CO2(g)+3H2(g)
CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-49.0 kJ·mol-1,现向体积为1 L的密闭容器中,充入1 mol CO2和3 mol H2,反应过程中测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间的变化如图所示。
①从反应开始到平衡,氢气的平均反应速率v(H2)=__________。
②反应达到平衡后,下列措施能使增大的是__________。
A.升高温度 B.再充入H2 C.再充入CO2
D.将H2O(g)从体系中分离 E.充入He(g)
【解析】(1)①因为炼铁反应为吸热反应,升高温度,平衡常数增大。
②FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g)在1 100 ℃ 时的平衡常数为0.263,此时Qc===0.25<0.263,说明反应没有达到平衡,反应向右进行。
(2)①根据反应过程中CO2的浓度变化可知,从反应开始到平衡,CO2的浓度变化为0.75 mol·L-1,所以H2的浓度变化为3×0.75 mol·L-1=2.25 mol·L-1,H2的反应速率为=0.225 mol·L-1·min-1。
②使增大,需要使平衡向正反应方向移动,升高温度,平衡向逆反应方向移动,A错;再充入H2,CH3OH的浓度增大,CO2浓度减小,比值增大,B对;再充入CO2,CO2的转化率减小,CO2浓度增大,CH3OH浓度虽然增大,但是不如CO2浓度增大的多,比值减小,C错;将H2O(g)从体系中分离出来,平衡向右移动,CH3OH浓度增大,CO2浓度减小,比值增大,D对;充入He对平衡无影响,比值不变,E错。
答案:(1)①增大 ②右 因为=0.25<0.263
(2)①0.225 mol·L-1·min-1 ②B、D
10.(14分)某密闭容器中充入等物质的量的气体A和B,一定温度下发生反应:
A(g)+xB(g)2C(g)达到平衡后,只改变反应的一个条件,测得容器中物质的浓度、反应速率随时间变化的关系如图所示。
请回答下列问题:
(1)0～20 min,A的平均反应速率为__________;8 min时,v(正)______v(逆)。(填“>”“=” 或“<”)
(2)反应方程式中的x=__________,30 min时改变的反应条件是__________。
(3)20～30 min时反应的平衡常数__________30～40 min时反应的平衡常数。(填“>”“=”或“<”)。
(4)该反应的正反应为__________(填“放热”或“吸热”)反应。
(5)反应过程中B的转化率最大的时间段是__________min。
【解析】(1)0～20 min A从2.0 mol·L-1减小到1.0 mol·L-1,故其反应速率为=0.05 mol·L-1·min-1。8 min时未达到平衡,反应向正反应方向进行,
v(正) >v(逆)。
(2)30 min时条件改变的瞬间,浓度同等倍数的减小,正、逆反应速率减小且相等,平衡不移动,则改变的条件是扩大体积,减小压强,该反应反应前后气体的体积不变,故x=1。
(3)20～30 min和30～40 min两时间段内温度没变,平衡常数不变。
(4)40 min时改变条件后,C的浓度减小,A的浓度增大,说明平衡向逆反应方向进行。从题图可知,条件改变后正、逆反应速率都增大,增大生成物的浓度,增大压强,加催化剂都不符合题意,则改变的条件只有升高温度。升高温度,平衡向逆反应方向移动,则正反应为放热反应。
(5)20～30 min,30～40 min两阶段虽然条件不同,但平衡并未发生移动,40～
54 min阶段平衡向逆反应方向移动B转化率减小,故20～30 min,30～40 min两阶段B的转化率最大。
答案:(1)0.05 mol·L-1·min-1 >
(2)1 扩大容器体积(或减小压强)
(3)= (4)放热 (5)20～40
11.(18分)(能力挑战题)甲醇是重要的化工原料。利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂的作用下合成甲醇,发生的主要反应如下:
①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1
②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2=-58 kJ·mol-1
③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH3=+41 kJ·mol-1
回答下列问题:
(1)CO2的电子式是_____________。
(2)ΔH1=________kJ·mol-1,①反应正向的熵变ΔS________0(填“>”“<”或“=”)。
(3)在容积为2 L的密闭容器中,充入一定量CO2和H2合成甲醇(上述②反应),在其他条件不变时,温度T1、T2对反应的影响如图所示,下列说法正确的是________(填序号)。
①温度为T1时,从反应到平衡,生成甲醇的平均速率为v(CH3OH)=mol·L-1·min-1
②当v(CH3OH) =v(H2O)时,说明反应达到平衡
③混合气体的平均相对分子质量A点大于B点
④处于A点的反应体系从T1变到T2,达到平衡时n(H2)与n(CH3OH)比值增大
(4)在T1温度时,将2 mol CO2和6 mol H2充入2 L密闭容器中,充分反应(上述②反应)达到平衡后,若CO2转化率为50%,则容器内的压强与起始压强之比为________;T1温度,反应CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)的平衡常数数值为________。
【解析】(1)CO2的电子式为。
(2)由已知根据盖斯定律,得②-③=①,故ΔH1=ΔH2-ΔH3=-99 kJ·mol-1,反应①中气体的物质的量减小,属于熵减小的反应。
(3)①温度为T1时,从反应到平衡,生成甲醇的平均速率v(CH3OH)==
mol·L-1·min-1,错误;②v(CH3OH)=v(H2O),没有反映出反应方向,不能说明反应达到平衡,错误;③该反应属于气体物质的量减少的反应,甲醇的物质的量越多,混合气体的物质的量越少,混合气体的平均相对分子质量越大,混合气体的平均相对分子质量A点大于B点,正确;④处于A点的反应体系从T1变到T2,平衡向逆反应方向移动,达到平衡时n(H2)与n(CH3OH)比值增大,正确。
(4)CO2的转化率为50%,转化的二氧化碳为1 mol,则
CO2 (g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
起始(mol) 2 6 0 0
变化(mol) 1 3 1 1
平衡(mol) 1 3 1 1
相同条件下,气体的压强之比等于物质的量之比,容器内的压强与起始压强之比为==,平衡常数===,
CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)的平衡常数与CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)的平衡常数互为倒数,因此CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)的平衡常数为=6.75。
答案:(1) (2)-99 <
(3)③④ (4)3∶4 6.75或
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