1、专题2 化学反应速率与化学平衡一、选择题(本题共15小题,每小题3分,共45分)1.(2020安徽宿州十三校高二上期中)下列过程属于非自发的是()A.气体从高密度处向低密度处扩散B.水由高处向低处流C.煤气的燃烧D.室温下水结成冰2.(2021河北邢台巨鹿中学高二上月考)碘及其化合物在合成杀菌剂、药物方面具有广泛用途。H2(g)+I2(g) 2HI(g)在1 L的恒温密闭容器中进行,反应过程中部分数据见下表。反应时间t/minH2(g)/molI2(g)/molHI(g)/mol044052.5102若在起始时总压为p0 kPa,反应速率若用单位时间内分压的变化表示,而气态物质分压=总压气态物
2、质的物质的量分数,则10 min内H2(g)的反应速率为()A.0.25p0 kPamin-1B.0.025p0 kPamin-1C.0.005p0 kPamin-1D.0.016p0 kPamin-13.(2020江苏盐城中学高二下期中)工业上通常将水蒸气喷入灼热的炭层以生产水煤气,反应为C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)H0。下列有关说法正确的是()A.该反应平衡常数K=c(CO)c(H2)B.高压条件有利于工业生产水煤气C.在较高温度时该反应可以自发进行D.该反应的正反应为熵增反应,故任何温度下都能自发进行4.(2020北京101学校高二下期末)对于反应3Fe(s)+4H2O
3、(g) Fe3O4(s)+4H2(g),下列措施能使反应速率加快的是()A.恒容条件下通入HeB.减小容器容积C.增加Fe的质量D.降低体系温度5.(2021河南豫南九校高二上联考)H2与ICl的反应分两步进行,其能量变化曲线如图所示,下列有关说法错误的是()A.反应、反应均为放热反应B.反应、反应均为氧化还原反应C.反应比反应的速率慢,与相应正反应的活化能无关D.反应、反应的焓变之和为H=-218 kJmol-16.(2021河南郑州八校高二上期中)下列装置或操作能达到目的的是()A.仅由装置可测定生成氢气的速率B.装置依据单位时间内颜色变化来比较浓度对反应速率的影响C.用装置进行中和反应反
4、应热的测定实验D.装置依据出现浑浊的快慢比较温度对反应速率的影响7.(2021河南重点高中高二上阶段性测试)NO2是一种常见的大气污染物,碘蒸气可促进NO2分解为无毒气体,反应历程为:第一步:I2(g) 2I(g)(快反应)第二步:I(g)+NO2(g) N2O(g)+IO(g)(慢反应)第三步:IO(g)+N2O(g) N2(g)+O2(g)+I2(g)(快反应)下列关于以上反应历程的判断错误的是()A.IO(g)为反应的催化剂B.第二步反应的活化能最大C.第一步一定要吸收能量D.总反应为2NO2(g) N2(g)+2O2(g)8.(2020江苏启东中学高二上期末)下列事实中,不能用勒夏特列
5、原理解释的是(易错)A.冰镇的啤酒打开后泛起泡沫B.对于反应N2+3H2 2NH3,使用铁触媒可加快合成氨反应的速率C.工业制金属钾的反应原理为Na(l)+KCl(l) NaCl(l)+K(g),选取适宜的温度,使K成蒸气从反应混合物中分离出来D.工业上生产硫酸的过程中使用过量的空气以提高二氧化硫的利用率9.2021福建福州八县(市)一中高二上期中在一绝热的恒容密闭容器中,发生反应:2A(g)+B(s) C(g)+D(g)H,下列描述中不能表明该反应已达到平衡状态的是()A.单位时间内生成n mol D,同时生成n mol AB.混合气体的密度不再改变C.容器中的温度不再变化D.C(g)的物质
6、的量浓度不再改变10.(2021河南豫南九校高二上联考)O3是一种很好的消毒剂,具有高效、洁净、方便、经济等优点。O3可溶于水,在水中易分解,产生的O为游离氧原子,有很强的杀菌消毒能力。常温常压下发生反应如下。反应O3(aq) O2(aq)+O(aq)H0,平衡常数为K1反应O(aq)+O3(aq) 2O2(aq)H0,平衡常数为K2总反应2O3(aq) 3O2(aq)H0,平衡常数为K下列叙述正确的是()A.降低温度,K减小B.K=K1+K2C.适当升温,可提高消毒效率D.压强增大,K2减小11.某恒容密闭容器中充入一定量SO2和O2进行反应:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)Hv(
7、b)C.图甲中,d点时,混合气体的平均摩尔质量不再改变D.图乙中,c点的正、逆反应速率:v逆v正12.(双选)(2021湖北随州高二上联考)向某密闭容器中通入0.3 mol A、0.1 mol C和一定量的B三种气体,一定条件下发生反应:3A(g) B(g)+2C(g),各物质的浓度随时间变化如图所示t0t1阶段的c(B)变化未画出。下列说法正确的是()A.若t0t1历时15 s,则用A的浓度变化表示t0t1阶段的平均反应速率为0.006 molL-1s-1B.t1时该反应达到平衡状态,A的转化率为60%C.该容器的容积为2 L,B的起始的物质的量为0.02 molD.t0t1阶段,此过程中放
8、出热量a kJ,该反应的热化学方程式为3A(g) B(g)+2C(g)H=-50a kJmol-113.(2021重庆第一中学高二上月考)用CO和H2合成CH3OH的反应为CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)HT2T3B.正反应速率:v(a)v(c),v(b)v(d)C.平衡常数:K(a)K(c),K(b)=K(d)D.平均摩尔质量:M(a)M(c),M(b)0),获得如下数据。时间/s020406080100c(NO2)/molL-100.120.200.260.300.30下列判断正确的是()A.升高温度该反应的平衡常数K增大B.2040 s内,v(N2O4)=0.004 molL-
9、1s-1C.100 s时再通入0.40 mol N2O4,达新平衡时N2O4的转化率增大D.反应达平衡时,吸收的热量为0.15Q kJ15.(双选)(2021江苏苏北三校高三上联考)CH4与CO2重整生成H2和CO的过程中主要发生下列反应。CH4(g)+CO2(g) 2H2(g)+2CO(g)H=+247.1 kJmol-1H2(g)+CO2(g) H2O(g)+CO(g)H=+41.2 kJmol-1在恒压、反应物起始物质的量比为n(CH4)n(CO2)=11条件下,CH4和CO2的平衡转化率随温度变化的曲线如图所示。下列有关说法不正确的是()A.曲线A表示CH4的平衡转化率随温度的变化B.
10、反应:3CO2(g)+CH4(g) 2H2O(g)+4CO(g)H=+329.5 kJmol-1C.升高温度、减小压强均有利于提高CH4的平衡转化率D.恒压、800 K、n(CH4)n(CO2)=11条件下,反应至CH4转化率达到X点的值,可通过改变CO2的量或使用高效催化剂等特定条件继续反应,使CH4转化率达到Y点的值二、非选择题(本题共5小题,共55分)16.(8分)某探究性学习小组利用H2C2O4溶液和酸性KMnO4溶液之间的反应来探究外界条件改变对化学反应速率的影响。实验如下。实验序号实验温度/KKMnO4溶液(含硫酸)H2C2O4溶液H2O溶液颜色褪至无色时所需时间/sV/mLc/m
11、olL-1V/mLc/molL-1V/mLA29320.0250.13t1BT120.0230.1V18C31320.02V20.15t2(1)通过实验A、B,可探究(填外部因素)的改变对反应速率的影响,其中V1=,T1=;通过实验可探究温度变化对化学反应速率的影响。(2)若t1”或“”“=”或“”或“”“”“”或“=”)。在其他条件不变的情况下,再增加2 mol CO与5 mol H2,达到新平衡时,CO的转化率(填“增大”“减小”或“不变”)。下列不能说明该反应已达到平衡状态的是。a.CH3OH的质量不再改变b.混合气体的平均相对分子质量不再改变c.v逆(CO)=2v正(H2)d.混合气体
12、的密度不再发生改变在一定压强下,容积为V L的容器充入a mol CO与2a mol H2,在催化剂作用下反应生成甲醇,CO的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。则p1p2(填“大于”“小于”或“等于”,下同),H0。答案全解全析1.D水结成冰这个变化,虽然是放热的(H0),但是同时也是熵减的(S0,反应的熵变S0,在较高温度时H-TS0,反应可以自发进行,C项正确,D项错误。4.B恒容条件下通入He,各组分的浓度不变,反应速率不变,A项错误;减小容器容积,增大了反应物和生成物的浓度,加快了反应速率,B项正确;增加固体反应物的用量对反应速率无影响,C项错误;其他条件相同时,降低温度会减慢化学
13、反应速率,D项错误。5.C由题图知反应和反应中反应物的总能量大于生成物的总能量,说明反应和反应均是放热反应,A项正确;反应中H的化合价由0价+1价,部分碘元素化合价降低,属于氧化还原反应,反应中,I的化合价发生变化,属于氧化还原反应,B项正确;反应中正反应的活化能较大,反应中正反应的活化能较小,反应比反应的速率慢,与相应正反应的活化能有关,C项错误;根据盖斯定律,反应的焓变只与始态和终态有关,与反应的途径无关,H=-218 kJmol-1,D项正确。6.C仅由装置不能测定生成氢气的速率,A项错误;装置两种高锰酸钾溶液的浓度不同,颜色不同,应保证高锰酸钾溶液的浓度、体积相同,用等体积的不同浓度的
14、草酸溶液来做实验,B项错误;装置可以减少热量损失,可以用来进行中和反应反应热的测定实验,C项正确;装置两种硫代硫酸钠溶液的浓度不同,两种硫酸溶液的浓度也不同,D项错误。7.A由反应历程可知,总反应为在I2(g)作为催化剂条件下,二氧化氮分解生成氮气和氧气,A项错误;第二步反应为慢反应,则第二步反应的活化能最大,B项正确;第一步为碘分子发生化学键断裂转化为碘原子的过程,需要吸收能量,C项正确;由反应历程可知,总反应的化学方程式为2NO2(g) N2(g)+2O2(g),故D项正确。8.B因啤酒中存在二氧化碳的溶解平衡,开启啤酒瓶后,压强减小,二氧化碳逸出,能用勒夏特列原理解释,A项错误;催化剂能
15、增大化学反应速率,但不引起平衡移动,所以不能用勒夏特列原理解释,B项正确;工业制金属钾的反应是可逆反应,让K成蒸气从反应混合物中分离出来,减小生成物的浓度能使平衡正向移动,能用勒夏特列原理解释,C项错误;工业上生产硫酸的过程中使用过量的空气使平衡2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)向正反应方向移动,可以提高二氧化硫的利用率,能用勒夏特列原理解释,D项错误。易错警示勒夏特列原理是指如果改变影响平衡的一个条件(如浓度、压强或温度等),平衡就向能够减弱这种改变的方向移动,勒夏特列原理适用的对象应存在可逆过程,若与可逆过程的平衡移动无关,则不能用勒夏特列原理解释。9.A单位时间内生成n mol
16、D,同时生成n mol A说明正、逆反应速率不相等,表明该反应未达到平衡状态,A项正确;B为固体,正向是气体质量增大的反应,在恒容密闭容器中进行该反应,则混合气体的密度不变说明正、逆反应速率相等,表明该反应已达到平衡状态,B项错误;在绝热恒容容器中,温度不再变化,说明正、逆反应速率相等,表明该反应已达到平衡状态,C项错误;生成物C(g)的物质的量浓度不变说明正、逆反应速率相等,表明该反应已达到平衡状态,D项错误。10.C由总反应2O3(aq) 3O2(aq)H0可知,该反应的正反应为放热反应,则降低温度平衡向正反应方向移动,平衡常数增大,A项错误;由盖斯定律可知反应+可得总反应,则K=K1K2
17、,B项错误;对于确定的反应,平衡常数只受温度的影响,温度不变,平衡常数不变,D项错误。11.C2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)H0,正反应放热,达平衡后升高温度,平衡逆向移动,逆反应速率大于正反应速率,则曲线1表示逆反应速率与温度的关系,A项错误;温度恒定时,b点对应的压强较a点大,压强越大,反应速率越快,a、b两点对应的反应速率:v(a)v正,D项错误。12.ABt0t1阶段,A的浓度变化为0.15 molL-1-0.06 molL-1=0.09 molL-1,t0t1阶段的平均反应速率为0.09molL-115 s=0.006 molL-1s-1,A项正确;t1时该反应达到平衡,
18、A的转化率为0.09molL-10.15molL-1100%=60%,B项正确;根据反应3A(g) B(g)+2C(g)可知,反应达平衡后,c(A)=0.09 molL-1,c(B)=0.03 molL-1,由图像可知反应达平衡后,c(B)=0.05 molL-1,所以B的起始浓度为0.02 molL-1,B的起始物质的量为0.02 molL-12 L=0.04 mol,C项错误;t0t1阶段,c(A)=0.09 molL-1,n(A)=0.09 molL-12 L=0.18 mol,此时放热a kJ,如果有3 mol A完全反应,放热为50a3 kJ,即3A(g) B(g)+2C(g)H=-
19、50a3 kJmol-1,D项错误。13.C该反应为放热反应,其他条件相同时温度越低,CO的平衡转化率越大,则T1T2T3,A项错误。由图可知,a、c两点所处压强相同,温度T1T3,温度越高,反应速率越快,故v(a)v(d),B项错误。该反应H0,升温平衡逆向移动,K减小,又T1K(c),平衡常数只与温度有关,b、d两点所处温度相同,平衡常数相同,则K(b)=K(d),C项正确。CO的平衡转化率越大,由M=m总n总可知n总越小,M越大,则M(a)M(c),M(b)M(d),D项错误。14.AD对于确定的反应,平衡常数只与温度有关,根据题意H0,为吸热反应,升高温度平衡正向移动,则升高温度该反应
20、的平衡常数K增大,A项正确;2040 s内,化学反应速率与化学计量数成正比,则v(N2O4)=12v(NO2)=0.20molL-1-0.12 molL-120 s12=0.002 molL-1s-1,B项错误;100 s时再通入0.40 mol N2O4,可看成达到平衡时压缩容器容积,压强增大,平衡逆向移动,则达新平衡时N2O4的转化率减小,C项错误;由表格中信息可知,80 s时达到平衡状态,物质的量与热量成正比,则反应达平衡时,吸收的热量为0.30molL-11 L2Q kJmol-1=0.15Q kJ,D项正确。15.AD由题给方程式可知,甲烷只参与一个反应,而二氧化碳参与两个反应,反应
21、中二氧化碳的消耗量一定大于甲烷的消耗量,相同条件下二氧化碳的转化率一定大于甲烷的转化率,则曲线B表示CH4的平衡转化率随温度的变化,A项错误;将已知反应依次编号为,由盖斯定律,+2得反应3CO2(g)+CH4(g) 2H2O(g)+4CO(g)H=+247.1 kJmol-1+41.2 kJmol-12=+329.5 kJmol-1,B项正确;反应是一个气体体积增大的吸热反应,升高温度或减小压强,平衡均向正反应方向移动,有利于提高CH4的平衡转化率,C项正确;使用高效催化剂,化学平衡不移动,CH4转化率不会改变,D项错误。16.答案(1)浓度5293B、C(2)其他条件相同时,增大反应物浓度,
22、反应速率增大0.000 5 molL-1s-1解析(1)分析表中数据知,本实验是探究浓度、温度变化对反应速率产生的影响。实验中,探究浓度(温度)对反应速率的影响时,就要确保影响反应速率的其他因素相同。实验A、B中H2C2O4溶液的浓度不同,故温度应相同,则T1=293;A、B两组实验中KMnO4溶液浓度应相同,则溶液总体积均应为10 mL,V1=5。实验C的温度与实验A、B不相同,加水量与实验B相同,故实验B、C是探究温度变化对化学反应速率的影响,则V2=3。(2)对比实验A、B可知,若t18,则可以得出的结论:其他条件相同时,增大反应物浓度,反应速率增大;利用实验B中数据计算,用KMnO4的
23、浓度变化表示的反应速率为0.02molL-12 mL10 mL8 s=0.000 5 molL-1s-1。17.答案(1)K1K2(2)(3)(4)0.10 mol/(Lmin)625解析(1)K1=c(CH3OH)c2(H2)c(CO),K2=c(H2O)c(CO)c(CO2)c(H2),K3=c(CH3OH)c(H2O)c(CO2)c3(H2),则有K3=K1K2。(2)500 时,K3=2.5,800 时,K3=0.375,温度升高,平衡常数减小,可知反应的正反应为放热反应,HK3(500 ),反应逆向进行,即v正反应是气体物质的量减小的反应,温度一定时,增大压强使平衡正向移动,H2SO
24、4的物质的量增大,体系总物质的量减小,H2SO4的物质的量分数增大(3)0.4验证H+单独存在时不具有催化作用,但H+可以加快歧化反应速率解析(1)根据图示,反应为3SO2(g)+2H2O(g) 2H2SO4(l)+S(s);将-反应-反应得3SO2(g)+2H2O(g) 2H2SO4(l)+S(s),H=-(+551 kJmol-1)-(-297 kJmol-1)=-254 kJmol-1,标准状况下6.72 L的SO2的物质的量为6.72 L22.4 Lmol-1=0.3 mol,因此0.3 mol SO2发生反应释放的能量为0.3mol3254 kJmol-1=25.4 kJ。(2)相同
25、温度下,增大压强,3SO2(g)+2H2O(g) 2H2SO4(l)+S(s)平衡正向移动,导致硫酸在平衡体系中物质的量分数增大,根据题图知,相同温度下,达到平衡状态时硫酸的物质的量分数:p1p1。(3)C是A的对比实验,所用KI溶液浓度应该相等,否则无法得出正确结论,所以a=0.4;比较A、B、C,反应快慢顺序是CAB,且B中没有明显现象,说明未发生反应,C中含有酸导致其反应速率加快,因此设计实验B、C的目的是验证H+单独存在时不具有催化作用,但H+可以加快歧化反应速率。19.答案.(1)AC(2)1.1C向逆反应方向移动.(1)(2)K1K232解析.(1)该反应中所有物质均为气体,故反应
26、前后气体的质量不变,该反应反应前后气体物质的量发生变化,由M=m总(g)n总(g)可知,随着反应的进行,容器内气体的平均摩尔质量是变量,当容器内气体的平均摩尔质量不变时,可说明该反应达到了化学平衡状态,A正确;2v正(NH3)=v逆(N2)时反应未达到化学平衡状态,B错误;该反应在恒温恒容容器中进行,气体物质的量之比等于其压强之比,当容器内气体的压强保持不变时,可说明该反应达到了化学平衡状态,C正确;起始投料量未知,当容器内N2、H2、NH3的物质的量之比为123时,反应不一定达到了化学平衡状态,D错误。(2)设平衡时N2转化了x mol/L,由反应列三段式:N2(g)+3H2(g) 2NH3
27、(g)起始浓度(mol/L)0.40.80转化浓度(mol/L)x3x2x平衡浓度(mol/L)0.4-x0.8-3x2x平衡时NH3的体积分数为2x0.4-x+0.8-3x+2x=0.2,解得x=0.1,平衡常数K=0.220.30.531.1。氢气的转化率还与氮气、氢气的投入量等有关,K大,氢气转化率不一定高,A错误;氨气的产率与氮气、氢气的投入量等有关,K大,氨气的产率不一定大,B错误;K越大,表示反应进行程度越大,即正反应进行得越完全,C正确;K越大,表示反应进行程度越大,与化学反应速率无关,D错误。向该容器中充入0.40 mol N2和0.40 mol NH3瞬间,c(N2)=0.5
28、 mol/L,c(NH3)=0.4 mol/L,c(H2)=0.5 mol/L,Qc=0.420.50.53=2.56K,故平衡将向逆反应方向移动。.(1)由表格可知,升高温度,平衡正向移动,升高温度,平衡将向吸热方向移动,故该反应正向为吸热反应,a0;因气体混乱程度大于液体,该反应正向为熵增反应,故S0。(2)N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)K12H2(g)+O2(g) 2H2O(l)K2-32可得N2(g)+3H2O(l) 2NH3(g)+32O2(g)K=K1K232。20.答案(1)ac(2)50.5(3)增大cd小于小于解析(1)15 min后,只改变某一条件,反应重新达到平
29、衡,由题表数据分析可知一氧化氮、氮气浓度都增大。该反应前后是气体体积不变的反应,适当缩小容器的容积,平衡不移动,但气体物质的浓度均增大,a项符合;加入适量的活性炭,对平衡无影响,b项不符合;通入适量的NO,平衡正向移动,重新达到平衡后,一氧化氮、氮气的浓度均增大,c项符合;适当升高温度,平衡逆向移动,一氧化氮浓度增大,氮气的浓度减小,d项不符合。(2)若起始压强为101 kPa,达到平衡时转化率为50.0%,设起始甲醇物质的量为1 mol,可列出三段式:CH3OH(g) HCHO(g)+H2(g)起始量(mol)100转化量(mol)0.50.50.5平衡量(mol)0.50.50.5根据恒温
30、恒容时,压强之比等于物质的量之比,得到101 kPap平=1mol1.5mol,解得平衡时混合气体的总压强p平=151.5 kPa,则各气体的分压为p(CH3OH)=p(HCHO)=p(H2)=13p平=50.5 kPa,则Kp=p(HCHO)p(H2)p(CH3OH)=50.5 kPa50.5 kPa50.5 kPa=50.5 kPa。(3)某温度时,将2 mol CO与5 mol H2的混合气体充入容积为2 L的密闭容器中,经过5 min后,反应达到平衡状态,依据化学方程式可知转移电子4 mol,消耗CO物质的量为1 mol,此时转移电子6 mol,则消耗CO物质的量为1.5 mol,可列
31、出三段式:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)起始量(mol)250转化量(mol)1.531.5平衡量(mol)0.521.5即平衡时CO(g)、H2(g)和CH3OH(g)的浓度分别为0.25 mol/L、1 mol/L、0.75 mol/L,则平衡常数K=c(CH3OH)c2(H2)c(CO)=0.75120.25=3,若保持体积不变,再充入2 mol CO和1.5 mol CH3OH,此时c(CO)=1.25 mol/L,c(H2)=1 mol/L,c(CH3OH)=1.5 mol/L,此时Qc=c(CH3OH)c2(H2)c(CO)=1.5121.25=1.2v逆。在其他条件不
32、变的情况下,再增加2 mol CO与5 mol H2,同等程度改变反应物的用量,新平衡与原平衡相比,相当于增大压强,CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)平衡正向移动,一氧化碳的转化率增大。CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)的正反应是气体体积减小的反应,反应达到平衡的标志是正、逆反应速率相等,各组分含量保持不变。CH3OH的质量不再改变,说明反应达到平衡状态,a项不符合;反应前后气体质量不变,反应前后气体物质的量变化,则平均相对分子质量会随着反应的进行变化,当混合气体的平均相对分子质量不再改变,说明反应达到平衡状态,b项不符合;达到化学平衡时,正、逆反应速率相等,指的是用同种物质表示的正、逆反应速率相等,根据用不同物质表示的反应速率之比等于化学计量数之比可知,任意时刻均有2v正(CO)=v正(H2),当v正(CO)=v逆(CO)时,达到平衡状态,则应用2v逆(CO)=v正(H2)表示反应达到平衡
