1、专题2化学反应速率与化学平衡 测评(A)(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.合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义。哈伯法合成氨需要在20 MPa50 MPa的高氢气合成出氨。下列说法正确的是()。A.哈伯法合成氨是吸热反应,新法合成氨是放热反应B.新法合成比哈伯法合成,能节约能源,具有很好的发展前景C.新法合成能在常温下进行是因为不需要断裂化学键D.加压不利于新法合成氨答案:B解析:合成氨反应是放热反应,与反应采用何种催化剂无关,A项错误。新法合成氨在常温下进行,能节约能源,应具有很
2、好的发展前景,B项正确。化学反应的实质是旧化学键断裂,新化学键生成,C项错误。新法只是解决速率问题,加压仍有利于合成氨的平衡向正反应方向移动,D项错误。2.在一定条件下,将A2和B2两种气体通入1 L密闭容器中,发生反应:xA2(g)+yB2(g)2C(g)。2 s内的反应速率:v(A2)=0.5 molL-1s-1,v(B2)=1.5 molL-1s-1,v(C)=1 molL-1s-1。则x和y的值分别为()。A.2和3B.3和2C.3和1D.1和3答案:D解析:同一反应中用不同物质表示的反应速率之比等于其化学计量数之比,由于v(A2)v(B2)v(C)=132,因此xy2=132,则x=
3、1,y=3。3.下列说法正确的是()。A.凡是放热反应都是自发的,因为吸热反应都是非自发的B.自发反应的熵一定增大,非自发反应的熵一定减小C.常温下,反应C(s)+CO2(g)2CO(g)不能自发进行,则该反应的H0D.反应2Mg(s)+CO2(g)C(s)+2MgO(s)能自发进行,则该反应的H0答案:C解析:反应的自发性是由熵变和焓变共同决定的,若H0,则一定自发;若H0,S0,则一定不能自发;若H0,S0,S0,则能否自发和温度有关,A、B项错误。C项中反应的S0,若H0,正确。D项中反应的S0,能自发,说明HCAB.ABCC.CABD.BAC答案:A解析:将B、C两个容器内的反应速率用
4、H2来表示时,B容器中v(H2)=9molL-1min-1、C容器中v(H2)=6molL-1min-1,反应速率越大,单位时间内生成的产物越多,放出的热量越多。5.某可逆反应的正反应是放热反应,则温度对此反应的正、逆反应速率影响的曲线(如图所示)中,正确的是()。答案:B解析:速率曲线交叉点对应的是平衡状态,由于这个可逆反应的正反应是放热反应,升高温度,逆反应速率加快的幅度大于正反应速率加快的幅度,故B项符合题意。6.合成氨反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H=-92.4 kJmol-1,在反应过程中,正反应速率的变化如下图:下列说法正确的是()。A.t1时升高了温度B.t2时使用
5、了催化剂C.t3时增大了压强D.t4时降低了温度答案:B解析:升温,正、逆反应速率同时升高,但由于合成氨反应的正反应是放热反应,逆反应速率增加的幅度更大一些,A项错误;加压,正、逆反应速率同时增加,C项错误;降温,正、逆反应速率瞬间降低,D项错误。7.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,两个反应为N2+3H22NH3和N2+O22NO。根据图中的数据判断下列说法正确的是()。A.反应和均为放热反应B.升高温度,反应的反应速率减小C.在常温下,利用反应固氮和利用反应固氮反应程度相差很大D.在1 000 时,
6、反应和反应体系中N2的浓度一定相等答案:C解析:反应的K值随温度升高而减小,反应是放热反应,反应的K值随温度升高而增大,反应是吸热反应,A项错误;升高温度,两个反应的反应速率都增大,B项错误;在常温下,反应的K=1010,反应的K=10-30,相差很大,故利用反应固氮和利用反应固氮反应程度相差很大,C项正确;在1000时,反应、反应的K值相等,即c2(NH3)c(N2)c3(H2)=c2(NO)c(N2)c(O2),而体系中N2的浓度不一定相等,D项错误。8.工业上,利用CO与H2合成二甲醚:3CO(g)+3H2(g)CH3OCH3(g)+CO2(g),为了寻找合适的反应温度,研究者进行了多次
7、实验,每次实验保持原料气组成(3 mol CO、3 mol H2)、容积(10 L)、反应时间等因素不变,实验结果如图所示。下列说法正确的是()。A.X、Y两点对应的CO正反应速率相等B.合成二甲醚的正反应H0C.反应温度适宜控制在240260 之间D.选择合适的催化剂可以提高CO的转化率答案:C解析:X、Y两点对应的反应物浓度相同、温度不同,反应速率不同,A项错误;由题图可知,CO转化率达到最高点之后,升高温度,转化率降低,说明升高温度使平衡逆向移动,正反应为放热反应,H0,B项错误;240260之间CO的转化率最高,C项正确;催化剂不影响平衡移动,CO的转化率不变,D项错误。9.下列说法不
8、正确的是()。A.图甲中曲线可以表示催化剂降低了反应的活化能B.图乙中HI分子发生了有效碰撞C.盐酸和氢氧化钠溶液反应的活化能接近于零D.增大反应物浓度,单位体积内活化分子数增多,单位时间内有效碰撞次数增加答案:B解析:催化剂可降低反应的活化能,A项正确。能够发生化学反应的碰撞才是有效碰撞,由图乙可知碰撞后没有生成新物质,即没有发生化学反应,不是有效碰撞,B项错误。盐酸和氢氧化钠溶液反应的实质是氢离子与氢氧根离子反应生成水,在溶液中氢离子与氢氧根离子已经处于自由移动状态,因此盐酸和氢氧化钠溶液反应的活化能接近于零,C项正确。增大反应物浓度,单位体积内活化分子数增多,单位时间内有效碰撞次数增加,
9、D项正确。10.可逆反应2NO2(g)2NO(g)+O2(g)在容积固定的密闭容器中,达到平衡状态的标志是()。单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO2单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO用NO2、NO、O2表示的反应速率的比为221的状态混合气体的颜色不再改变的状态混合气体的密度不再改变的状态混合气体的压强不再改变的状态混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态A.B.C.D.答案:A解析:从化学平衡判断的依据来理解。一个反应中,用不同物质来表示反应速率时,应注意用相反方向的反应速率,而不用同向的反应速率。对题述可逆反应,达到平衡状态的特征可以为v正(
10、NO2)=2v逆(O2),正确;无论题述反应达到什么程度,每生成nmolO2的同时总会生成2nmolNO,错误;所表达的是化学反应速率与化学方程式中物质的化学计量数的关系,无论反应是否达到平衡,它们的比值是不会改变的。容器的容积是不变的,而容器内的各种物质无论进行怎样的反应,物质的总质量是不会变的,则密度不变,错误。只要未达到平衡,红棕色的NO2的浓度就会发生改变,则混合气体的颜色就会发生改变;同理,因为正反应是气体分子数增大的反应,只要没有达到平衡,气体的压强就会增大,达到平衡后气体的压强就不再改变了,正确。二、选择题(本题包括5小题,每小题4分,共计20分。每小题只有一个或两个选项符合题意
11、。若正确答案只包括一个选项,多选时,该小题得0分;若正确答案包括两个选项,只选一个且正确的得2分,选两个且都正确的得4分,但只要选错一个,该小题就得0分)11.已知:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)H=-197.8 kJmol-1。起始反应物为SO2和O2(物质的量之比为21,且总物质的量不变)。SO2的平衡转化率随温度和压强的变化如下表,下列说法不正确的是()。温度/K压强/(105Pa)1.015.0710.125.350.767399.2%99.6%99.7%99.8%99.9%72397.5%98.9%99.2%99.5%99.6%77393.5%96.9%97.8%98.6%
12、99.0%A.一定压强下升高温度,SO2的转化率增大B.在不同温度、压强下,转化相同物质的量的SO2所需要的时间相等C.使用催化剂可以缩短反应达到平衡所需的时间D.工业生产通常不采取加压措施是因为常压下SO2的转化率已相当高答案:AB解析:由表格数据及勒夏特列原理知,对于放热反应,一定压强下升高温度,平衡逆向移动,故反应物SO2的转化率减小,A项错误。由于在不同温度、压强下,化学反应速率不一定相等,故转化相同物质的量的SO2所需要的时间不一定相等,B项错误。催化剂对化学平衡移动无影响,但可以缩短到达平衡所需的时间,C项正确。由图中数据可知,在1.01105Pa(常压)下,673K、723K、7
13、73K时SO2的转化率分别为99.2%、97.5%、93.5%,已经相当高了,且加压后转化率升高并不明显,所以没有必要通过加压提高转化率,D项正确。12.已知X(g)和Y(g)可以相互转化:2X(g)Y(g)H0。现将一定量X(g)和Y(g)的混合气体通入一容积为1 L的恒温密闭容器中,反应物及生成物的浓度随时间变化的关系如图所示。则下列说法不正确的是()。A.若混合气体的压强不变,则说明反应已达化学平衡状态B.M、N、P、Q四个点表示的反应体系中,表示化学反应处于平衡状态的只有N点C.2530 min内用X表示的平均化学反应速率是0.08 molL-1min-1D.反应进行至25 min时,
14、曲线发生变化的原因是增加Y的浓度答案:D解析:A项,正反应是气体分子数减小的反应,所以当压强不再发生变化时,可以说明反应已经达到平衡状态,A项正确。B项,根据图像可知,只有N点表示的反应体系中,各物质的浓度不再发生变化,所以只有N点表示反应处于平衡状态,B项正确。C项,2530min内X的浓度变化量是0.4molL-1,所以用X表示的平均化学反应速率是0.4molL-15min=0.08molL-1min-1,C项正确。D项,反应进行至25min时,X物质的浓度增大,D项不正确。13.在容积可变的密闭容器中存在如下反应:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)Hp2B.F、G两点对应的
15、平衡常数:KFp1,A项错误;由图像可知该反应为吸热反应,所以温度越高,K越大,B项正确;E点为平衡点,应为3v正(NH3)=2v逆(H2),C项正确;假设E点反应后气体总体积为1L,则N2为0.1L、H2为0.3L,未反应的NH3为0.6L,参加反应的NH3为0.2L,所以氨气的转化率为0.20.6+0.2100%=25%,D项错误。三、非选择题(本题包括5小题,共60分)16.(12分)高炉炼铁过程中发生的主要反应为13Fe2O3(s)+CO(g)23Fe(s)+CO2(g)。已知该反应在不同温度下的平衡常数如下:温度/1 0001 1501 300平衡常数4.03.73.5请回答下列问题
16、。(1)该反应的平衡常数表达式K=,H(填“”“”或“=”)0。(2)在一个容积为10 L的密闭容器中,1 000 时加入Fe2O3、CO各1.0 mol,反应经过10 min后达到平衡。求该时间范围内CO的平衡转化率=。(3)欲提高(2)中CO的平衡转化率,可采取的措施是。A.减少Fe的量B.增加Fe2O3的量C.移出部分CO2D.提高反应温度E.减小容器的容积F.加入合适的催化剂答案:(1)c(CO2)c(CO)(2)80%(3)C解析:(1)该反应的平衡常数K=c(CO2)c(CO);升高温度,平衡常数减小,说明正反应为放热反应,则H0。(2)1000下化学平衡常数K=4.0,设CO的平
17、衡转化率为x,则反应消耗的c(CO)=0.1xmolL-1CO(g)+13Fe2O3(s)23Fe(s)+CO2(g)开始(molL-1)0.10反应(molL-1)0.1x0.1x平衡(molL-1)0.1(1-x)0.1x化学平衡常数K=0.1x0.1(1-x)=4.0,x=80%。(3)减少Fe的量,平衡不移动,A项不能实现目的。增加Fe2O3的量,平衡不移动,B项不能实现目的。移出部分CO2,平衡正向移动,CO转化率增大,C项符合题意。提高反应温度,平衡逆向移动,CO转化率减小,D项不符合题意。减小容器的容积,相当于增大压强,平衡不移动,CO转化率不变,E项不符合题意。加入合适的催化剂
18、,平衡不移动,CO转化率不变,F项不符合题意。17.(12分)工业上合成氨的化学反应为N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H=-92.4 kJmol-1。在容积为10 L的密闭容器中,通入40 mol N2和120 mol H2在一定条件下进行反应,4 s后达到平衡状态,此时N2的浓度为2 molL-1。通过计算回答下列问题:(1)该反应的S0。(2)4 s内,用N2表示的平均反应速率是。(3)在该条件下N2的最大转化率是;此时平衡常数为(结果保留两位有效数字,下同),混合气体中NH3的物质的量分数是。(4)为了提高氨气的平衡产率,可以选择的方法是(填序号)。升高温度增大压强使用催化剂及时分
19、离出NH3答案:(1)(2)0.5 molL-1s-1(3)50%0.03733%(4)解析:(1)因为该反应为气体分子数目减小的反应,所以S”“=”或“(2)bd(3)不是反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,且催化剂活性降低解析:(1)由题意知每消耗1molH2,热量变化是16.3kJ,又由图1中两种温度下CH3OH的物质的量随时间的变化图像可知该反应的正反应为放热反应,则该反应的热化学方程式为CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)H=-48.9kJmol-1;该反应的正反应为放热反应,温度越高该反应的平衡常数越小,所以对应的平衡常数大小关系为KK。(2)一定温度下发生
20、反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)。因为此反应是在恒温恒压容器中进行,容器中压强始终不变,所以压强不变不能判断反应达到化学平衡状态,a不符合题意;因为压强恒定,且化学方程式两边化学计量数之和是不等的,所以H2的体积分数不变能说明反应达到化学平衡状态,b符合题意;c(H2)=3c(CH3OH)不能说明正、逆反应速率相等,所以不能判断化学反应是否达到平衡状态,c不符合题意;容器中密度=mV,反应物和生成物都是气体,因为反应是在恒压容器中进行且反应后气体分子数减小,所以密度不变可以说明反应达到化学平衡状态,d符合题意;CO2和H2都是反应物,只要2个CO断裂的同时就有3个H
21、H断裂,不能说明正反应速率和逆反应速率相等,e不符合题意。(3)在490K之前,甲醇产率随着温度升高而增大的原因是反应尚未达到平衡,温度越高化学反应速率越快;490K之后,甲醇产率下降的原因是反应达到平衡后升高温度,平衡逆向移动,且催化剂活性降低。19.(12分)某实验小组以H2O2分解为例,研究浓度、催化剂、溶液的酸碱性对反应速率的影响。在常温下按照如下方案完成实验。(假设液体混合后体积为混合前体积之和)编号反应物催化剂10 mL 2% H2O2溶液+1 mL水无10 mL 5% H2O2溶液+1 mL水无10 mL 5% H2O2溶液1 mL 0.1 molL-1 FeCl3溶液10 mL
22、 5% H2O2溶液+少量HCl溶液1 mL 0.1 molL-1 FeCl3溶液10 mL 5% H2O2溶液+少量NaOH溶液1 mL 0.1 molL-1 FeCl3溶液(1)实验和实验的目的是。(2)写出实验中发生反应的化学方程式:。(3)实验、的起始反应速率由大到小的顺序为(用实验编号表示)。(4)实验、中,测得生成氧气的体积(折算成标准状况)随时间变化的关系如图所示。分析图示能够得出的结论是。实验在t1t2时间内,以H2O2表示的反应速率为。答案:(1)探究反应物浓度对反应速率的影响(2)2H2O22H2O+O2(3)(4)碱性环境能加快H2O2分解的速率,酸性环境能减慢H2O2分
23、解的速率b-a123.2(t2-t1) molL-1s-1解析:(1)实验和均未使用催化剂,混合液的总体积均为11mL,c(H2O2)不同,则实验目的是探究反应物浓度对反应速率的影响。(2)实验为H2O2在FeCl3催化作用下分解生成H2O和O2的反应,据此写出化学方程式。(3)实验中,c(H2O2)最小且未使用催化剂,则实验中起始反应速率最小;实验和中c(H2O2)相同,实验中加入FeCl3溶液,则实验的起始反应速率大于实验,故反应速率的大小顺序为。(4)与实验相比,实验加入少量HCl溶液,实验加入少量NaOH溶液,其他实验条件均相同,由题图可知,反应速率,据此得出碱性环境能加快H2O2分解
24、的速率,酸性环境能减慢H2O2分解的速率。实验在t1t2时间内,生成标准状况下O2的体积为(b-a)mL,则有n(O2)=(b-a)10-322.4mol,反应中消耗H2O2的物质的量n(H2O2)=2n(O2)=(b-a)10-311.2mol,溶液的总体积为11mL,故以H2O2表示的反应速率v(H2O2)=(b-a)10-311.20.011(t2-t1)molL-1s-1=b-a123.2(t2-t1)molL-1s-1。20.(12分)二氧化硫和氮的氧化物是大气的主要污染物,防止和治理其对环境的污染是环保工作的研究内容之一。(1)一定条件下,发生反应2SO2(g)+O2(g)2SO3
25、(g),向2 L密闭容器中通入2 mol SO2(g)、1 mol O2(g)和0.2 mol SO3(g),2 min后反应达到平衡时,测得SO2的物质的量为1 mol,若向容器中再加入2 mol SO2(g),则重新达到平衡时SO2的总转化率(填“大于”“小于”或“等于”)50%。(2)在一密闭容器中发生反应2NO2(g)2NO(g)+O2(g)H0,反应过程中NO2的浓度随时间变化的情况如图所示。请回答下列问题:依曲线a,反应在前3 min内氧气的平均反应速率为。若曲线a、b分别表示的是该反应在某不同条件下的反应情况,则此条件可能是。A.改变浓度B.改变压强C.改变温度D.催化剂(3)一
26、定温度下,在密闭容器中N2O5可发生下列反应:2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)2NO2(g)2NO(g)+O2(g)若达平衡时,c(NO2)=0.4 molL-1,c(O2)=1.3 molL-1,则反应中NO2的转化率为,N2O5(g)的起始浓度应不低于 molL-1。答案:(1)小于(2)0.011 7 molL-1min-1C(3)80%1解析:(1)增大二氧化硫的浓度,导致自身转化率减小。(2)根据图像分析可知:前3min内氧气浓度增大了0.035molL-1,所以平均反应速率为0.0117molL-1min-1;从图像变化趋势来看,b相对于a来说,反应速率增大,平衡时NO2浓度减小,所以改变的条件只可能是温度。(3)设平衡时反应生成的氧气的物质的量浓度为x,反应生成的氧气的物质的量浓度为y。利用反应和可以求出当c(NO2)=0.4molL-1、c(O2)=1.3molL-1时,2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)4xx2NO2(g)2NO(g)+O2(g)2y2yyx+y=1.3molL-1,4x-2y=0.4molL-1,解得:x=0.5molL-1,y=0.8molL-1。所以反应中NO2的转化率为80%。由反应生成的O2的浓度为0.5molL-1知,N2O5(g)的起始浓度大于1molL-1。12
