第7讲 化学反应速率与化学平衡
一、选择题(本题包括7个小题,每小题7分,共49分)
1.(2017北京朝阳模拟)2017年2月3日国务院总理李克强主持召开国务院常务会议。通过“十三五”国家食品和药品安全规划,有效保障人民健康福祉。下列食品添加剂中,其使用目的与反应速率有关的是( ) A.抗氧化剂 B.调味剂 C.着色剂 D.增稠剂
2.(2017吉林四平模拟)下列有关颜色的变化不能用勒夏特列原理解释的是( ) A.平衡状态的H2、I2、HI混合气体体积压缩时颜色变深
B.平衡状态的NO2和N2O4混合气体体积压缩时颜色先变深后变浅 C.平衡状态的NO2、CO、NO、CO2混合气体升温时颜色变深 D.向Fe(SCN)3溶液中滴加几滴浓KSCN溶液后颜色变深
3.(2017辽宁大连二模)大量燃烧化石燃料产生的CO2被视为全球变暖的“元凶”,但在催化剂作用下,用CO2和H2可制备用途广泛的甲醇。已知下列三个热化学方程式:
①H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g) ΔH1 ②2H2(g)+CO(g)CH3OH(g) ΔH2 ③3H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CH3OH(g) ΔH3
三个反应的平衡常数分别为K1、K2、K3,这些平衡常数与温度的关系如表所示:
平衡常数 温度/℃ 500 800 K1 1.00 2.50 K2 2.50 0.15 K3 下列说法正确的是( ) A.反应②为吸热反应 B.K3(500 ℃)=3.50 C.K3(800 ℃)=2.35 D.ΔH3=ΔH1+ΔH2
4.(2017江苏徐州模拟)一定温度下,在3个体积均为1.0 L的恒容密闭容器中反应2H2(g)+CO(g)容器 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 400 400 500 CH3OH(g)达到平衡,下列说法正确的是( ) c(H2) 0.20 0.40 0 c(CO) 0.10 0.20 0 c(CH3OH) 0 0 0.10
A.该反应的正反应吸热
B.达到平衡时,容器Ⅰ中反应物转化率比容器Ⅱ中的大 C.达到平衡时,容器Ⅱ中c(H2)大于容器Ⅲ中c(H2)的两倍 D.达到平衡时,容器Ⅲ中的正反应速率比容器Ⅰ中的大 5.(2017海南高考,11)已知反应CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g) ΔH<0。在一定温度和压强下于
物质的平衡浓度/(mol·L-1) c(CH3OH) 0.080 0.025 密闭容器中,反应达到平衡。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
?导学号40414034?
6.(2017重庆万州一模)在一密闭容器中有反应:aX(g)+bY(s)nW(g) ΔH=Q kJ·mol-1。某化学兴趣小组的同学根据此反应在不同条件下的实验数据,做出了如下曲线图:
其中,w(W)表示W在气体混合物中的百分含量,t表示反应时间。其他条件不变时,下列分析正确的是( )
A.图Ⅰ可能是不同压强对反应的影响,且p2>p1,a B.图Ⅱ可能是在同温同压下催化剂对反应的影响,且2使用的催化剂效果好 C.图Ⅱ可能是不同压强对反应的影响,且p1>p2,n=a+b D.图Ⅲ可能是不同温度对反应的影响,且T1>T2,Q<0 7.(2017四川雅安模拟)一定量的CO2与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应:C(s)+CO2(g)2CO(g),平衡时,体系中气体体积分数与温度的关系如图所示。已知:气体分压(p分)=气体总压(p总)×体积分数。下列说法正确的是( ) A.550 ℃时,若充入惰性气体,v(正)、v(逆)均减小,平衡不移动 B.650 ℃时,反应达平衡后CO2的转化率为25.0% C.T ℃时,若充入等体积的CO2和CO,平衡向逆反应方向移动 D.925 ℃时,用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp=24.0p总 二、非选择题(包括4个小题,共51分) 8.(2017浙江温州二模)(11分)催化还原CO2是解决温室效应及能源问题的重要手段之一。研究表明,在Cu/ZnO催化剂存在下,CO2和H2可发生两个平行反应,分别生成CH3OH和CO。反应的热化学方程式如下: CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-53.7 kJ·mol-1 Ⅰ CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2 Ⅱ 某实验室控制CO2和H2初始投料比为1∶2.2,在相同压强下,经过相同反应时间测得如下实验数据: T/K 543 543 553 553 催化剂 Cat.1 Cat.2 Cat.1 Cat.2 CO2转化率/% 12.3 10.9 15.3 12.0 甲醇选择性/% 42.3 72.7 39.1 71.6 【备注】Cat.1:Cu/ZnO纳米棒;Cat.2:Cu/ZnO纳米片;甲醇选择性:转化的CO2中生成甲醇的百分比 已知:①CO和H2的燃烧热分别为283.0 kJ·mol-1和285.8 kJ·mol-1 ②H2O(l)H2O(g) ΔH3=44.0 kJ·mol-1 请回答(不考虑温度对ΔH的影响): (1)反应Ⅰ的平衡常数表达式K= ;反应Ⅱ的ΔH2= kJ·mol-1。 (2)有利于提高CO2转化为CH3OH平衡转化率的措施有 。 A.使用催化剂Cat.1 B.使用催化剂Cat.2 C.降低反应温度 D.投料比不变,增加反应物的浓度 E.增大CO2和H2的初始投料比 (3)表中实验数据表明,在相同温度下不同的催化剂对CO2转化成CH3OH的选择性有显著的影响,其原因是 。 (4)在图中分别画出反应Ⅰ在无催化剂、有Cat.1和有Cat.2三种情况下“反应过程—能量”示意图。 9.(2017陕西西北九校一模)(14分)丙烷、乙烯等有机物在工业上有广泛的应用,回答下列问题: (1)已知下图为各组物质能量总和及相互间转化的能量关系,写出丙烷气体(C3H8)分解得到石墨(C)和氢气的热化学方程式: 。 (2)在两个容积均为1 L的密闭容器中以不同的氢碳比[n(H2)/n(CO2)]充入H2和CO2,在一定条件下发生反应:2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) ΔH。CO2的平衡转化率α(CO2)与温度的关系如下图所示。 ①此反应的平衡常数表达式K= ,P点对应温度下,K的值为 。 ②该反应的ΔH (填“>”“<”或“=”)0,判断的理由是 。 ③氢碳比:X (填“>”“<”或“=”)2.0。 ④在氢碳比为2.0时,Q点v(逆) (填“>”“<”或“=”)P点的v(逆)。 ?导学号40414035? 10.(2017安徽合肥一模,节选)(14分)自从德国化学家哈伯研究出合成氨的方法以来,氮的固定的相关研究获得了不断地发展。 (1)下表列举了不同温度下大气固氮的部分平衡常数K值。 反应 温度/ ℃ 大气固氮N2(g)+O2(g)27 2 260 2NO(g) K 3.84×10-31 1 ①分析数据可知:大气固氮反应属于 (填“吸热”或“放热”)反应。 ②2 260 ℃时,向2 L密闭容器中充入0.3 mol N2和0.3 mol O2,20 s时反应达到平衡。则此时得到NO mol,用N2表示的平均反应速率为 。 (2)已知工业固氮反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0,在其他条件相同时,分别测定此反应中N2的 平衡转化率随压强和温度(T)变化的曲线如图A、B所示,其中正确的是 (填“A”或“B”),T1 (填“>”或“<”)T2。 A B 11.(2017江西赣州二模节选)(12分)在容积为1.00 L的容器中,通入一定量的N2O4,发生反应N2O4(g)2NO2(g),随温度升高,混合气体的颜色变深。 回答下列问题: (1)反应的ΔH (填“大于”或“小于”)0。 (2)100 ℃时达平衡后,改变反应温度为T,c(N2O4)以0.002 0 mol·L-1·s-1的平均速率降低,经10 s后又达到平衡。 T (填“大于”或“小于”)100 ℃,判断理由是 。 (3)温度T时反应达平衡后,将反应容器的容积减少一半,平衡向 (填“正反应”或“逆反应”)方向移动,判断理由是 。 第7讲 化学反应速率与化学平衡 1.A 解析 抗氧化剂属于还原剂,比食品更易与氧气反应,从而降低氧气浓度,减缓食品被氧化的反应速率,A项符合。 2.A 解析 对反应H2(g)+I2(g)2HI(g)而言,改变容器体积不能改变其平衡状态,故A项不能用勒夏特列原理解释。 3.D 解析 由表格中平衡常数数据可知K2(500 ℃)>K2(800 ℃),升高温度平衡逆向移动,故反应②的正反应为放热反应,A错误。K3=K1·K2,故K3(500 ℃)=2.50,K3(800 ℃)=0.375,B、C错误。由盖斯定律可知,①+②=③,D正确。 4.D 解析 对比容器Ⅰ和Ⅲ可知两者投料量相当,若温度相同,最终建立等效平衡,但Ⅲ温度高,平衡时c(CH3OH)小,说明平衡向逆反应方向移动,即逆反应为吸热反应,正反应为放热反应,A错误;Ⅱ相对于Ⅰ成比例增加投料量,相当于加压,平衡正向移动,转化率提高,所以Ⅱ中转化率高,B错误;不考虑温度,Ⅱ中投料量是Ⅲ的两倍,相当于加压,平衡正向移动,所以Ⅱ中c(H2)小于Ⅲ中c(H2)的两倍,且Ⅲ的温度比Ⅱ高,相对于Ⅱ,平衡向逆反应方向移动,c(H2)增大,C错误;对比Ⅰ和Ⅲ,温度相同时,两者建立等效平衡,两容器中速率相等,但Ⅲ温度高,速率加快,D正确。 5.D 解析 此反应的正反应是放热反应,升高温度平衡向逆反应方向进行,化学平衡常数只受温度的影响,即升高温度,K值减小,A错误。反应前后气体的化学计量数之和相等,因此减小压强,平衡不移动,即n(CO2)不变,B错误。催化剂对化学平衡移动无影响,因此CO的转化率不变,C错误。恒压下,充入N2,容器的体积增大,组分浓度降低,但化学反应前后气体的化学计量数之和不变,因此化学平衡不移动,n(H2)不变,D正确。 6.A 解析 反应中Y是固体,如果图Ⅰ表示压强的影响,2用的时间短,说明速率快,压强大,p2>p1,增大压强,w(W)减小,说明平衡向逆反应方向移动,增大压强时平衡向气体分子数减小的方向进行,故a 7.B 解析 因容器体积可变,故充入惰性气体,体积增大,与反应有关的气体浓度减小,平衡正向移动,A错误。设650 ℃反应达平衡时气体总物质的量为100 mol,则有 C(s)+CO2(g)2CO(g) 平衡/mol 60 40 反应/mol 20 40 故CO2的转化率为 ×100%=25.0%,B正确。由图像可知T ℃时,CO和CO2的 体积分数相等,故充入等体积的这两种气体,平衡不移动,C错误。Kp=8.答案 (1) (2)CD =23.04p总,D错误。 +41.2
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