1、专题2化学反应速率与化学平衡 测评(B)(时间:90分钟满分:100分)一、选择题(本题包括10小题,每小题2分,共20分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的)1.下列有关反应限度的说法错误的是()。A.可逆反应的限度不随反应条件的改变而改变B.化学反应的限度决定了反应物在该条件下的最大转化率C.炼铁高炉尾气中CO含量不随高炉高度改变而改变,是因为有关反应达到了限度D.某条件下可逆反应达到限度之前,逆反应速率逐渐增大可能与生成物浓度逐渐增大有关答案:A解析:可逆反应的限度会随温度、压强、催化剂等条件的改变而改变,A项错误。反应物在平衡状态下的转化率最大,产物的产率最高,B项正确
2、。有关反应达到了平衡状态,各组分的含量不会随着时间的改变而变化,C项正确。某条件下可逆反应达到限度之前,生成物浓度逐渐增大,逆反应速率会加快,即逆反应速率逐渐增大可能与生成物浓度逐渐增大有关,D项正确。2.已知“凡气体分子总数增多的反应一定是熵增大的反应”。根据所学知识判断,下列反应中,在所有温度下都不自发进行的是()。A.2O3(g)3O2(g)H0C.N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H0答案:B解析:当H0、S0,反应不能自发进行,故B项符合题意。3.可逆反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)的v-t图像如图甲所示,若其他条件都不变,只是在反应前加入合适的催化剂,则其v-t
3、图像如图乙所示。a1=a2;a1a2;b1=b2;b1t2;t1=t2;两图中阴影部分面积相等;图乙中阴影部分面积更大。以上所述正确的为()。A.B.C.D.答案:A解析:加入催化剂后,正、逆反应速率都增大,缩短了达到平衡的时间,由此可得a1a2、b1t2,但加入催化剂不能使平衡发生移动。阴影部分的面积为反应物浓度的变化,由于催化剂不能使平衡移动,则两图中阴影部分面积相等,符合题意的选项有;综上所述,A项正确。4.如图表示某可逆反应在其他条件相同时使用和未使用催化剂时反应过程和能量的对应关系。下列说法一定正确的是()。A.该反应为吸热反应B.a与b相比,a的反应速率更快C.a与b相比,反应的平
4、衡常数一定不同D.反应物的总能量大于生成物的总能量答案:D解析:由题图可知,生成物的总能量低于反应物的总能量,所以该反应是放热反应,A项错误,D项正确。活化能越小,反应速率越快,a与b相比,b的活化能更小,b的反应速率更快,B项错误。可逆反应的平衡常数只与温度有关,温度相同,平衡常数相同,C项错误。5.已知反应2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)H=-746.8 kJmol-1,利用该反应可净化汽车尾气,如果要同时提高该反应的速率和NO的转化率,采取的措施是()。A.降低温度B.增大压强同时加催化剂C.升高温度同时充入N2D.及时将CO2和N2从反应体系中移走答案:B解析:该反
5、应为气体分子数减少的放热反应,降温,平衡右移,NO的转化率提高,但反应速率降低,A项不符合题意。增大压强,平衡右移,NO的转化率提高,加入催化剂可大幅度加快反应速率,B项符合题意。升温和充入N2,平衡都左移,NO的转化率降低,C项不符合题意。移走CO2和N2,平衡右移,但反应速率降低,D项不符合题意。6.对于可逆反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)HT1)压强(p)对化学平衡常数的影响图示续表选项CD研究目的温度(T)对反应的影响压强(p)对反应的影响(p2p1)图示答案:C解析:A项,T2T1,则T2时反应速率快,T2时曲线应比T1时先拐平,错误;B项,增大压强,平衡常数不变,错误;C
6、项,升高温度,反应速率加快,N2的体积分数减小,达到平衡时N2的体积分数最小,再升高温度,平衡向左移动,N2的体积分数又增大,正确;D项,p2p1,所以p2条件下先达到平衡,增大压强,平衡向右移动,NH3的体积分数增大,所以p2时平衡线应在p1条件下平衡线的上面,错误。7.如图是反应2A(g)+B(g)2C(g)在不同温度下的平衡曲线,x轴表示温度,y轴表示B的转化率,图中有X、Y、Z三点,则下列描述正确的是()。A.该反应是放热反应B.Y点时混合气体的平均摩尔质量不再变化C.T1温度下若由X点达到平衡,可以采取增大压强的方法D.Z点:v正v逆,D项错误。8.已知某化学反应的平衡常数表达式为K
7、=c(CO2)c(H2)c(CO)c(H2O),在不同的温度下该反应的平衡常数如下表所示:T/7008008301 0001 200K1.671.111.000.600.38下列有关叙述不正确的是()。A.该反应的化学方程式是CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)B.上述反应的正反应是放热反应C.如果在一定容积的密闭容器中加入CO2和H2各1 mol,5 min后温度升高到830 ,此时测得CO2为0.4 mol时,该反应达到平衡状态D.某温度下,如果平衡浓度符合下列关系式:c(CO2)3c(CO)=c(H2O)5c(H2),判断此时的温度是1 000 答案:C解析:平衡常数的表达式
8、中,分子中的物质是生成物,分母中的物质是反应物,A项正确。由表中数据可知该反应的平衡常数随着温度的升高而降低,故该反应是放热反应,B项正确。利用化学反应方程式确定各种物质的物质的量,代入平衡常数表达式可知该反应没有达到平衡,C项错误。将所给关系式进行变化,可知该条件下平衡常数为0.60,D项正确。9.常压下羰基化法精炼镍的原理:Ni(s)+4CO(g)Ni(CO)4(g)。230 时,该反应的平衡常数K=210-5。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
9、。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.该反应达到平衡时,v生成Ni(CO)4=4v生成(CO)C.第一阶段,在 30 和 50 两者之间选择反应温度,选50 D.第二阶段,Ni(CO)4分解率较低答案:C解析:平衡常数是温度的函数,温度不变,平衡常数不变,所以增加c(CO),虽然平衡向正向移动,但反应的平衡常数不变,A项错误。反应的速率之比等于气体物质的化学计量数之比,所以平衡时有4v生成Ni(CO)4=v生成(CO),B项错误。Ni(CO)4的沸点为42.2,温度应选择大于其沸点,便于分离出Ni(CO)4,则第一阶段,在30和50两者之间选择反应温
10、度,选50,C项正确。根据题给信息,将第一阶段反应后的气体分离出来,加热至230制得高纯镍,可知第二阶段Ni(CO)4分解率较大,D项错误。10.可逆反应A(?)+aB(g)C(g)+D(g)。反应过程中,当其他条件不变时,C的质量分数与温度(T)和压强(p)的关系如下图所示。下列说法不正确的是()。A.若a=1,则A为液体或固体B.该反应正反应为放热反应C.T2T1,p2p1D.其他条件不变,增加B的物质的量,化学平衡向正反应方向移动,化学平衡常数K增大答案:D解析:由C的质量分数与压强(p)的关系图,可以确定p2p1,增大压强,C的质量分数减小,平衡向逆反应方向移动,故气体反应物的化学计量
11、数之和小于气体产物的化学计量数之和,若a=1,则A为液体或固体,A项正确。由C的质量分数与温度(T)的关系图,可以确定T2T1,温度升高,C的质量分数降低,说明正反应是放热反应,即Hv逆D.若不忽略体系温度变化,且没有能量损失,则T(B)T(C)答案:C解析:由图1现象可知,NO2球浸泡在热水中颜色变深,NO2球浸泡在冰水中颜色变浅,说明该反应为放热反应,A项正确。图2中B点后透光率降至最低后又有所反弹,说明B点的操作是压缩注射器,气体的压强变大、体积变小,故其中各组分的浓度变大,气体的颜色变深,透光率减小,但是由于化学平衡向正反应方向移动,故气体的颜色又有所变浅,透光率又变大了一点,但仍比压
12、缩之前小,B项正确。由图中信息可知,D点处在透光率减小的过程中,平衡正在向逆反应方向移动,故v正v逆,C项不正确。由B中分析可知,B到C的过程是平衡向正反应移动的过程,由于正反应为放热反应,若不忽略体系温度变化,且没有能量损失,则平衡混合物的温度升高,即T(B)T(C),D项正确。13.据报道,北京航空航天大学教授团队与中科院高能物理研究所合作,合成了Y、Sc(Y1/NC,Sc1/NC)单原子催化剂,用于常温常压下的电化学催化氢气还原氮气的反应。反应历程与相对能量模拟计算结果如图所示(*表示稀土单原子催化剂)。下列说法正确的是()。A.Y1/NC比Sc1/NC更有利于吸附氮气B.实际生产中将催
13、化剂的尺寸处理成纳米级颗粒可提高氨气的平衡转化率C.使用Sc1/NC单原子催化剂的反应历程中,最大能垒的反应过程可表示为*N2+H*NNHD.升高温度一定可以提高氨气单位时间内的产率答案:C解析:从图中可以看出,使用Sc1/NC吸附氮气的活化能更低,更有利于吸附氮气,A项错误。催化剂只能改变反应速率,不能影响化学平衡移动,故实际生产中将催化剂的尺寸处理成纳米级颗粒不能提高氨气的平衡转化率,B项错误。从图中可以看出,使用Sc1/NC单原子催化剂的反应历程中,最大能垒的反应过程可表示为*N2+HNNH,C项正确。从图中可知,合成氨的反应为放热反应,升高温度平衡逆向移动,且温度越高,催化剂吸附N2更
14、困难,故升高温度虽然可以加快反应速率,但不一定可以提高氨气单位时间内的产率,D项错误。14.一定温度下,在三个容积相同的恒容密闭容器中按不同方式投入反应物,发生反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)(正反应放热),测得反应的相关数据如下:容器编号容器1容器2容器3反应温度T/K700700800反应物投入量2 mol SO2、1 mol O24 mol SO32 mol SO2、1 mol O2平衡v正(SO2)(molL-1s-1)v1v2v3平衡c(SO3)(molL-1)c1c2c3平衡体系总压强p/Pap1p2p3物质的平衡转化率1(SO2)2(SO3)3(SO2)平衡常数KK1
15、K2K3下列说法正确的是()。A.v1v2,c2K3,p22p3C.v13(SO2)D.c22c3,2(SO3)+3(SO2)2c1,A项错误。平衡常数仅与温度有关,容器3中温度高,而该反应为放热反应,升温平衡逆向移动,平衡常数减小,则K1K3;容器1和容器2中温度相同,投料量不同,平衡时p22p1,升温平衡逆向移动,则平衡时p1p3,故p2v1;升高温度,平衡逆向移动,SO2的平衡转化率减小,即1(SO2)3(SO2),C项正确。平衡时c22c1,c1c3,故c22c3;假设容器2中投入2molSO3且保持容器2和容器3的反应温度相同,则两容器中的反应达到的平衡完全等效,则有2(SO3)+3
16、(SO2)=1,对于容器2而言,相当于对容器3加压并降低温度,该反应是气体分子数减小的放热反应,加压、降温均会使平衡正向移动,则2(SO3)减小,所以2(SO3)+3(SO2)0。每隔一段时间对该容器内的物质进行分析,得到如下数据:时间/s020406080100n(N2O4)/mol0.40a0.20cden(NO2)/mol00.24b0.520.600.60(1)计算2040 s内用N2O4表示的平均反应速率为;计算在80 时该反应的平衡常数K=。(2)反应进行至100 s后将反应混合物的温度降低,混合气体的颜色(填“变浅”“变深”或“不变”)。要增大该反应的K,可采取的措施有(填字母)
17、;若要重新达到平衡后,使c(NO2)c(N2O4)值变小,可采取的措施有(填字母)。A.增大N2O4的起始浓度B.向混合气体中通入NO2C.使用高效催化剂D.升高温度(3)如图是80 时容器中N2O4的物质的量随时间的变化曲线,请在该图上补画出该反应在60 时 N2O4的物质的量随时间的变化曲线。答案:(1)0.002 molL-1s-11.8(2)变浅DAB(3)如图解析:(1)根据反应N2O4(g)2NO2(g),再结合表中数据,可求出a=0.28,b=0.40,c=0.14,d=e=0.10,则2040s内v(N2O4)=0.28-0.20220molL-1s-1=0.002molL-1
18、s-1,K=c2(NO2)c(N2O4)=0.3020.05=1.8。(2)若降低温度,则化学平衡向放热反应方向移动,即向逆反应方向移动,生成无色的四氧化二氮,故混合气体的颜色变浅。K只与温度有关,与浓度、催化剂等无关,所以要增大该反应的K,必须使平衡向正反应方向移动,升温可使该平衡向正反应方向移动。由于该反应的反应物和产物都只有一种,所以在恒容容器中增加反应物浓度或生成物浓度,都相当于给原平衡体系加压,平衡向气体分子数减少的方向移动,即平衡向生成四氧化二氮的方向移动。(3)60时温度较低,反应速率较慢,达到平衡所需时间较长且平衡时N2O4的物质的量较大,因此,画图时注意两点:一是达到平衡所需
19、时间较长;二是平衡时四氧化二氮的物质的量较大。17.(14分)甲醇来源丰富、价格低廉、运输贮存方便,是一种重要的化工原料,有着重要的用途和应用前景。(1)若在恒温、恒容的容器内进行反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g),则可用来判断该反应达到平衡状态的标志有(填字母)。A.CO的百分含量保持不变B.容器中H2的浓度与CO的浓度相等C.容器中混合气体的密度保持不变D.CO的生成速率与CH3OH的生成速率相等(2)工业上利用甲醇制备氢气的常用方法有两种:甲醇蒸气重整法。该法中的一个主要反应为CH3OH(g)CO(g)+2H2(g),此反应能自发进行的原因是。甲醇部分氧化法。在一定温度下以Ag
20、/CeO2-ZnO为催化剂时原料气比例对反应的选择性(选择性越大,表示生成的该物质越多)影响关系如图所示。则当n(O2)n(CH3OH)=0.25时,CH3OH与O2发生的主要反应方程式为;在制备H2时最好控制n(O2)n(CH3OH)=。答案:(1)AD(2)该反应是一个熵增的反应(或S0)2CH3OH+O22HCHO+2H2O0.5解析:(1)浓度相等不能说明其浓度不再变化,B项错误;气体总质量一定、容器容积一定,密度始终不变,C项错误。(2)该反应是一个熵增的反应,若是放热反应,则一定能自发进行;若是吸热反应,则一定条件下能自发进行。n(O2)n(CH3OH)=0.25时,主要生成甲醛。
21、制备H2时要求H2的选择性要好,由图可知在n(O2)n(CH3OH)=0.5时,H2的选择性接近100%。18.(9分)用酸性KMnO4溶液与H2C2O4(草酸)溶液的反应研究温度对化学反应速率的影响,该反应的离子方程式为2MnO4-+5H2C2O4+6H+2Mn2+10CO2+8H2O。一实验小组欲通过测定单位时间内生成CO2的速率来探究某种影响化学反应速率的因素,设计实验方案如下(KMnO4溶液已被酸化):实验序号A溶液B溶液20 mL 0.1 molL-1 H2C2O4溶液30 mL 0.01 molL-1 KMnO4溶液20 mL 0.2 molL-1 H2C2O4溶液30 mL 0.
22、01 molL-1 KMnO4溶液(1)该实验探究的是(填影响因素)对化学反应速率的影响。相同时间内针筒中所得CO2体积的大小关系是(填“”“”或“=”)。(2)若实验在2 min末收集了4.48 mL CO2(标准状况下),则在2 min末,c(MnO4-)=molL-1。(假设溶液混合后的体积为混合前的体积之和)(3)除通过测定一定时间内CO2的体积来比较化学反应速率外,本实验还可通过测定来比较化学反应速率。(4)小组同学发现反应速率随时间的变化如图所示,其中t1t2时间段内速率变快的主要原因可能是该反应放热;。答案:(1)浓度(2)0.005 2(3)KMnO4溶液完全褪色所需的时间(或
23、产生相同体积气体所需的时间)(4)产物Mn2+是该反应的催化剂解析:(1)对比实验可探究反应物浓度对化学反应速率的影响;中A溶液的浓度比中的大,反应速率大,相同时间内所得CO2的体积大,所以。(2)CO2的物质的量为4.4810-3L22.4Lmol-1=0.0002mol,设2min末消耗了xmolMnO4-,则2MnO4-+5H2C2O4+6H+2Mn2+10CO2+8H2O210xmol0.0002mol解得x=0.00004,2min末剩余MnO4-的物质的量为3010-3L0.01molL-1-0.00004mol=0.00026mol,则c(MnO4-)=0.00026mol0.0
24、5L=0.0052molL-1。(3)通过测定酸性KMnO4溶液完全褪色所需时间或产生相同体积气体所需时间来比较化学反应速率。(4)催化剂能增大反应速率,产物Mn2+可能是反应的催化剂。19.(15分)研究NOx、COx的消除和再利用对改善生态环境、构建生态文明具有重要的意义。.反应N2(g)+O2(g)2NO(g)H1=180.5 kJmol-1,汽车尾气中的NO(g)和CO(g)在一定条件下可发生反应2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)H2。(1)已知CO的燃烧热为H=-283.0 kJmol-1,则H2=。(2)某科研小组尝试利用固体表面催化工艺进行NO的分解。若用和分别
25、表示O2、NO、N2和固体催化剂,在固体催化剂表面分解NO的过程如图所示。从吸附到解吸过程中的能量状态最低的是(填字母)。图1(3)另一研究小组探究催化剂对CO、NO转化的影响。将NO和CO以一定的流速通过两种不同的催化剂进行反应,相同时间内脱氮率(即NO的转化率)随温度的变化关系如图1所示。图中低于200 ,脱氮率随温度升高而变化不大的主要原因是;A点(填“是”或“不是”)对应温度下的平衡脱氮率,理由是。.向容积可变的密闭容器中充入1 mol CO和2.2 mol H2,在恒温恒压条件下发生反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)H0,平衡时CO的转化率随温度、压强的变化情况如图2所示。
26、图2(4)反应速率:N点v正(CO)(填“大于”“小于”或“等于”)M点v逆(CO)。(5)M点时,H2的转化率为(计算结果精确到0.1%);用平衡分压代替平衡浓度计算该反应的平衡常数Kp=(用含p1的最简表达式表达,分压=总压物质的量分数)。答案:(1)-746.5 kJmol-1(2)C(3)温度较低时,催化剂的活性偏低不是因为该反应为放热反应,A点对应温度的平衡脱氮率应高于40%(4)小于(5)54.5%6p12解析:.(1)由CO的燃烧热为H=-283.0kJmol-1,可得到热化学方程式:CO(g)+12O2(g)CO2(g)H3=-283.0kJmol-1。N2(g)+O2(g)2
27、NO(g)H1=180.5kJmol-1,根据盖斯定律:2-得到2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)H2=-746.5kJmol-1。(2)由图可知,首先A状态中,NO被吸附到催化剂表面;B状态为NO变成N原子和O原子,这个过程为断键,需要吸收能量;C状态为N原子和N原子结合变成N2,O原子和O原子结合变成O2,这个过程为成键过程,需要放出能量,则从整个反应过程来看,反应是2NON2+O2,由题中信息可知,此反应的逆反应是吸热反应,则此反应是放热反应,反应焓变Hp2,故M点温度和压强均大于N点的,则N点CO的反应速率小于M点。(5)M点时,CO的转化率为60%,进行三段式分析:
28、CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)起始/mol12.20转变/mol0.61.20.6平衡/mol0.410.6则氢气的转化率为1.22.2100%=54.5%,Kp=0.62p10.42p1(12p1)2=6p12。20.(12分)(2020山东卷)探究CH3OH合成反应化学平衡的影响因素,有利于提高CH3OH的产率。以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下:.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)H1=-49.5 kJmol-1.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)H2=-90.4 kJmol-1.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)H3
29、回答下列问题:(1)H3= kJmol-1。(2)一定条件下,向容积为V L的恒容密闭容器中通入1 mol CO2和3 mol H2发生上述反应,达到平衡时,容器中CH3OH(g)为a mol,CO为b mol,此时H2O(g)的浓度为 molL-1(用含a、b、V的代数式表示,下同),反应的平衡常数为。(3)不同压强下,按照n(CO2)n(H2)=13投料,实验测定CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率随温度的变化关系如下图所示。甲乙已知:CO2的平衡转化率=n(CO2)初始-n(CO2)平衡n(CO2)初始100%CH3OH的平衡产率=n(CH3OH)平衡n(CO2)初始100%其中纵坐
30、标表示CO2平衡转化率的是图(填“甲”或“乙”);压强p1、p2、p3由大到小的顺序为;图乙中T1温度时,三条曲线几乎交于一点的原因是。(4)为同时提高CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率,应选择的反应条件为(填字母)。A.低温、高压B.高温、低压C.低温、低压D.高温、高压答案:(1)40.9(2)a+bVb(a+b)(1-a-b)(3-3a-b)(3)乙p1、p2、p3T1时以反应为主,反应前后气体分子数相等,压强改变对平衡没有影响(4)A解析:本题利用科研文献中图像、曲线及数据设题,要求考生在陌生情景中进行热力学分析,有一定难度。(1)根据盖斯定律可得-=,则H3=40.9kJmol
31、-1。(2)反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)转化/molx3xxx反应:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)转化/mola-x2a-2xa-x反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)转化/molyyyyn(CO)=ymol-amol+xmol=bmol,则x+y=a+b。则c(H2O)=x+yVmolL-1=a+bVmolL-1K=c(CO)c(H2O)c(CO2)c(H2)=b(a+b)V21-x-yV3-3x-y-2a+2xV=b(a+b)(1-a-b)(3-3a-b)。(3)从图乙中看到在T1时,p不同时三条曲线交于一点,说明压强的改变对平衡无影响。而反应前后分子数不变,反应以为主,所以升高温度平衡向正方向移动,CO2的转化率升高。图乙纵坐标表示CO2的平衡转化率,图甲纵坐标表示CH3OH的平衡产率,反应、都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,故p1p2p3。(4)由反应的方程式可知,低温、高压可提高CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率。14