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第2课时 化学反应的限度 化学反应条件的控制
1.下列对可逆反应的认识正确的是( )
A.SO2+Br2+2H2OH2SO4+2HBr与2HBr+H2SO4(浓)Br2+SO2↑+2H2O互为可逆反应
B.既能向正反应方向进行,又能向逆反应方向进行的反应叫做可逆反应
C.在同一条件下,同时向正、逆两个方向进行的反应叫做可逆反应
D.电解水生成氢气和氧气与氢气和氧气点燃生成水的反应是可逆反应
解析:理解好可逆反应定义中的“同一条件下”“同时”“正、逆两个方向”等关键字眼。
答案:C
2.下列说法正确的是( )
A.密闭容器中充入1 mol N2和3 mol H2可生成2 mol NH3
B.一定条件下,可逆反应达到平衡状态,该反应就达到了这一条件下的最大限度
C.对于任何反应增大压强,化学反应速率均增大
D.化学平衡是一种动态平衡,条件改变,原平衡状态不会被破坏
解析:N2与H2生成NH3的反应为可逆反应,1 mol N2与3 mol H2不能完全反应生成2 mol NH3,A项错;压强是影响化学反应速率的一个因素,但并不适合于所有的反应,必须有气体参与的反应才适合,C不正确;化学平衡是一种动态平衡,该平衡是建立在一定条件下的平衡,如果条件改变,平衡将发生移动,D项不正确。
答案:B
3.工业炼铁是在高炉中进行的,高炉炼铁的主要反应是:①2C+O22CO;②Fe2O3+3CO2Fe+3CO2。该炼铁工艺中,焦炭的实际用量远远高于按照化学方程式计算所需要的量。其主要原因是( )
A.CO过量
B.CO与铁矿石接触不充分
C.炼铁高炉的高度不够
D.反应①②都有一定限度
解析:研究表明,反应①②都是可逆反应,都有一定的限度,因此反应①中的碳和反应②中的CO不能完全转化,致使焦炭的实际用量远远高于按照化学方程式计算所需要的量。
答案:D
4.(2013·广东珠海高一检测)一定温度下,反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)达到化学平衡状态的标志是( )
A.N2、H2和NH3的质量分数不再改变
B.c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)=1∶3∶2
C.N2与H2的物质的量之和是NH3的物质的量的2倍
D.单位时间里每生成1 mol N2,同时消耗2 mol NH3
解析:化学平衡状态标志的实质是v正=v逆≠0,体现在各组分的浓度(或质量分数)不再改变,而与各组分的浓度比例无关。D中,单位时间里每生成1 mol N2,同时生成2 mol NH3,就达到平衡状态。
答案:A
5.在一密闭容器中进行反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),已知反应过程中某一时刻SO2、O2、SO3的浓度分别为0.2 mol·L-1、0.1 mol·L-1、0.2 mol·L-1,当反应达到平衡时,可能存在的数据是( )
A.SO2为0.4 mol·L-1、O2为0.2 mol·L-1
B.SO2为0.25 mol·L-1
C.SO2、SO3均为0.15 mol·L-1
D.SO3为0.4 mol·L-1
解析:假设该时刻的SO3全部转化为SO2和O2,则SO2、O2的浓度分别将达到0.4 mol·L-1、0.2 mol·L-1;而假设该时刻的SO2和O2全部化合生成SO3,则SO3的浓度将达到0.4 mol·L-1。因为该反应是可逆反应,三种物质必将同时存在(即可逆反应中的物质均不可能100%转化),很显然,A、D是不可能的。要得到C中的数据必须是SO2和SO3同时消耗而减少,这不符合S原子守恒,也是不可能的。
答案:B
6.一定条件下的密闭容器中,可逆反应2A(g)B(g)+3C(g)在下列四种状态中处于平衡状态的是( )
反应速率 A B C D
v正/[mol·(L·min)-1] v(A)=2 v(A)=1 v(A)=1 v(A)=2
v逆/[mol·(L·min)-1] v(B)=2 v(B)=1.5 v(C)=1.5 v(C)=2
解析:根据平衡状态的特点,将以不同物质表示的化学反应速率转化成同一物质向正、逆两个方向的化学反应速率,C项是相等的。
答案:C
7.硫酸是一种重要的化工产品,硫酸的消耗量常被视为一个国家工业发展水平的一种标志。目前硫酸的重要生产方法是“接触法”,有关接触氧化反应2SO2+O22SO3的说法不正确的是( )
A.该反应为可逆反应,故在一定条件下二氧化硫和氧气不可能全部转化为三氧化硫
B.达到平衡后,反应就停止了,故此时正、逆反应速率相等且均为0
C.一定条件下,向某密闭容器中加入2 mol SO2和1 mol O2,则从反应开始到达平衡的过程中,正反应速率不断减小,逆反应速率不断增大,某一时刻,正、逆反应速率相等
D.在利用上述反应生产三氧化硫时,要同时考虑反应所能达到的限度和化学反应速率两方面的问题
解析:对于可逆反应来说,在一定条件下反应物不可能全部转化为产物,反应只能进行到一定限度。在达到平衡的过程中,正反应速率不断减小,逆反应速率不断增大,最终正、逆反应速率相等,即达到平衡,此时反应物和生成物的浓度都不再随时间的变化而变化,但反应并没有停止,正、逆反应都依然进行着。
答案:B
8.在2 L密闭容器中,800 ℃时反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)体系中,n(NO)随时间的变化如下表:
时间/s 0 1 2 3 4 5
n(NO)/mol 0.020 0.010 0.008 0.007 0.007 0.007
(1)上述反应 (填“是”或“不是”)可逆反应。
(2)如图所示,表示NO2变化曲线的是 。用O2表示从0~2 s内该反应的平均速率v= 。
(3)能说明该反应已达到平衡状态的是 (填序号)。
A.v(NO2)=2v(O2)
B.容器内压强保持不变
C.v逆(NO)=2v正(O2)
D.容器内密度保持不变
解析:(1)该反应是可逆反应。
(2)由平衡体系2NO(g)+O2(g)2NO2(g)知,NO2为生成物,n(NO2)=Δn(NO)=0.020 mol-0.007 mol=0.013 mol
c(NO2)==0.006 5 mol·L-1
故表示NO2变化曲线的为b。
v(NO)==
=0.003 mol/(L·s),
则v(O2)=v(NO)=0.001 5 mol/(L·s)。
(3)A项中未指明正、逆反应速率,故无法说明该反应是否达到平衡状态;由于该反应是反应前后气体体积不相等的反应,当容器内压强保持不变时,说明该反应已达到平衡状态,故B项正确;C项中已说明正、逆反应速率相等,故说明该反应已达到平衡状态;由于气体总质量不变,气体总体积也不变,因此,无论该反应是否达到平衡,容器内密度保持不变,故D项无法说明该反应是否达到平衡状态。
答案:(1)是
(2)b 1.5×10-3 mol/(L·s)
(3)BC
9.在2 L容器中有3种物质进行反应,X、Y、Z的物质的量随时间的变化曲线如图。反应在t时刻达到平衡,如图所示:
(1)该反应的化学方程式是 。
(2)反应起始至t,Y的平均反应速率是 。
(3)关于该反应的说法正确的是 (填序号)。
A.到达t时刻该反应已停止
B.在t时刻之前X的消耗速率大于它的生成速率
C.在t时刻正反应速率等于逆反应速率
D.在t时刻达到平衡是因为此时反应物总物质的量与生成物总物质的量相等
解析:(1)由图像知,从0~t,n(X)减小,n(Y)增加,n(Z)增加,可以确定X为反应物,Y、Z为生成物,从0~t,Δn(X)∶Δn(Y)∶Δn(Z)=0.8∶1.2∶0.4=2∶3∶1。故该反应的化学方程式为2X3Y+Z。
(2)v(Y)= mol/(L·min)
(3)化学平衡是一种动态平衡,故A错;在t时刻之前,可逆反应尚未达到化学平衡,此时v正(X)>v逆(X),故B对;在t时刻,可逆反应已达化学平衡,此时正、逆反应速率相等,故C对;在t时刻达到平衡是因为此时反应混合物中各组分的浓度不再变化,故D错。
答案:(1)2X3Y+Z (2) mol/(L·min)
(3)BC
10.在100 ℃时,将0.01 mol的四氧化二氮气体充入0.1 L的密闭容器中,发生反应,隔一定时间对该容器内的物质进行分析,得到如下表格:
时间/s 0 20 40 60 80 100
c(N2O4) 0.100 0.070 0.050 c3 a b
c(NO2) 0 0.060 c2 0.120 0.120 0.120
请填空:
(1)该反应的化学方程式为 。达到平衡时N2O4的转化率为 ,表中c2 c3;a b(填“>”“<”或“=”)。
(2)在0~20 s内,N2O4的平均反应速率为 。
解析:反应方程式为N2O42NO2,在时间为60 s时,c(NO2)为0.120 mol·L-1,此后浓度不再发生改变,即时间为60 s时,反应达到平衡。由N2O42NO2计算,c2=(0.100-0.050)mol·L-1×2=0.100 mol·L-1,c3=(0.100-0.120×)mol·L-1=0.040 mol·L-1,所以c2>c3。因60 s时反应达到平衡,则a=b;N2O4的转化率为×100%=60%。在0~20 s内N2O4的平均反应速率为v(N2O4)=
=0.001 5 mol/(L·s)。
答案:(1)N2O42NO2 60% > =
(2)0.001 5 mol/(L·s)
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第三节 化学反应的速率和限度
第1课时 化学反应速率
1.反应4A(s)+3B(g)2C(g)+D(g),经2 min,B的浓度减少0.6 mol·L-1。对此化学反应速率的正确表示是( )
A.用A表示的反应速率是0.4 mol/(L·min)
B.分别用B、C、D表示反应的速率,其比值是3∶2∶1
C.在2 min末的反应速率,用B表示是0.3 mol/(L·min)
D.在这2 min内,B和C两物质浓度都逐渐减小
解析:A为固体,一般不用固体表示反应速率,因为固体的浓度一般视为常数,所以A项错误;同一反应用不同物质表示的化学反应速率,其比值与化学方程式中化学计量数成正比,故B项正确;v(B)=0.3 mol/(L·min)为平均值,并非2 min末的速率,所以C项错误;B为反应物,C为生成物,两者不可能同时减小,故D项错误。
答案:B
2.(2013·江苏徐州高一检测)已知某反应aA(g)+bB(g)2C(g)的各物质浓度数据如下:
A B C
起始浓度/(mol·L-1) 3.0 1.0 0
2s末浓度/(mol·L-1) 1.8 0.6 0.8
据此可推算出上述方程式中各物质的化学计量数之比是( )
A.9∶3∶4 B.3∶1∶2
C.2∶1∶3 D.3∶2∶1
解析:2 s内A、B、C的浓度变化分别为1.2 mol·L-1、0.4 mol·L-1和0.8 mol·L-1,其比例为1.2∶0.4∶0.8=3∶1∶2,即化学方程式中各物质的化学计量数之比是3∶1∶2。
答案:B
3.我们已经知道,温度、固体表面积、反应物的状态、液体的浓度、催化剂等都可以影响化学反应的速率,我们可以通过这些因素来调控反应速率。实验室用30%左右的硫酸溶液(约3.7 mol·L-1)与锌粒反应制取氢气。下列措施中不可能加大反应速率的是( )
A.适当升高温度
B.将锌粒改为锌粉
C.将所用硫酸加适量水稀释
D.寻找一种合适的催化剂并加入其中
解析:升高温度和使用合适的催化剂,能够加大反应速率;将锌粒改为锌粉,增加了反应物的接触面积,使反应速率加大;将所用硫酸加适量水稀释,浓度降低,反应速率减小。
答案:C
4.如下反应条件的控制中,不恰当的是( )
A.为了防止铁生锈,在其表面涂一层防锈油漆
B.为防止火灾,在面粉厂、加油站等场所要严禁烟火
C.为加快KClO3的分解而加入MnO2
D.为加快H2O2的分解而把反应容器放到冷水中冷却
解析:降低温度会减小反应速率。
答案:D
5.(2013·山东泰安高一检测)NH3和纯净的O2在一定条件下发生反应:4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g)。现向一容积不变的2 L密闭容器中充入4 mol NH3和3 mol O2,4 min后,测得生成的H2O占混合气体体积的40%,则下列表示此段时间内该反应的平均速率的式子中不正确的是( )
A.v(N2)=0.125 mol/(L·min)
B.v(H2O)=0.375 mol/(L·min)
C.v(O2)=0.225 mol/(L·min)
D.v(NH3)=0.250 mol/(L·min)
解析:
4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g)
起始量/mol 4 3 0 0
转化量/mol 4x 3x 2x 6x
4 min后量/mol 4-4x 3-3x 2x 6x
根据题意,则有:=0.4,
解得:x=0.5。
则4 min内H2O的变化浓度为Δc(H2O)==1.5 mol·L-1,v(H2O)==0.375 mol/(L·min),再由各物质表示的反应速率之比等于各物质的化学计量数之比,可得其他各物质表示的反应速率分别为:v(N2)=0.125 mol/(L·min),v(NH3)=0.250 mol/(L·min),v(O2)=0.187 5 mol/(L·min)。
答案:C
6.为了说明影响化学反应快慢的因素,甲、乙、丙、丁四位同学分别设计了如下四个实验,你认为结论不正确的是( )
A.将铜片放入稀硫酸中,无现象。若再向所得溶液中加入硝酸银溶液,一段时间后,由于形成原电池,可看到有氢气生成
B.将相同大小、相同质量的镁条和铝条与相同浓度的盐酸反应,前者的反应速率大于后者的
C.两支试管中分别加入相同质量的氯酸钾,其中一支试管中再加入少量二氧化锰,同时加热,产生氧气的快慢不同
D.相同条件下等质量的块状和粉末状大理石与相同浓度的盐酸反应时,粉末状的反应速率大
解析:A项加入硝酸银溶液后,溶液中含有硝酸,此时不会有氢气生成,故A项不正确;由于镁比铝活泼,在相同条件下,与盐酸反应镁条比铝条要快,B项正确;在用氯酸钾加热制氧气的实验中,加入二氧化锰作为催化剂,反应加快,C项正确;D项考查了接触面积对反应速率的影响,粉末状的大理石比块状的大理石接触面积大,所以反应快。
答案:A
7.下表是各组反应的反应物和反应温度,反应刚开始时,产生H2的速率最大的是( )
编号 酸的浓度及体积 反应温度/℃
A Mg,0.1 6 mol·L-1硝酸 10 mL 60
B Mg,0.1 3 mol·L-1盐酸 10 mL 60
编号 酸的浓度及体积 反应温度/℃
C Fe,0.1 3 mol·L-1盐酸 10 mL 60
D Mg,0.1 3 mol·L-1硫酸 10 mL 60
解析:从影响反应速率的因素来看,硝酸与活泼金属反应不能产生H2,A项不正确;镁比铁活泼,产生H2的速率B>C,B、D相比较,D项中的H+浓度大于B项中的H+浓度,所以D项中的物质产生H2的速率最大。
答案:D
8.某化学兴趣小组为了研究在溶液中进行的反应A+BC+D的反应速率,他们将A、B在一定条件下反应并测定反应中生成物C的浓度随反应时间的变化情况,绘制出如图所示的曲线。据此,请完成以下问题:
(1)在O~t1、t1~t2、t2~t3各相同的时间段里,反应速率最大的时间段是 ,生成C的量最多的时间段是 ;
(2)从反应速率的变化可看出该反应可能是 (填“放热”或“吸热”)反应。
解析:(1)分析图像可知:t1~t2时间段里,C的物质的量浓度的变化值最大,因此该时间段里,生成C的物质的量最大,其反应速率最大。(2)分析图像可知:O~t1时间段C的浓度增加较慢,t1~t2时间段,C的浓度增加很快,由此推知该反应为放热反应,温度升高,反应速率加大,t2后由于A、B浓度减小,反应速率逐渐变小。
答案:(1)t1~t2 t1~t2
(2)放热
9.将4 mol A气体和2 mol B气体在2 L密闭容器中混合并在一定条件下发生反应:2A(g)+B(g)2C(g)。若经2 s后测得C的浓度为0.6 mol·L-1,则:
(1)用物质A表示的反应速率为 。
(2)2 s时物质B的浓度为 。
(3)反应过程中容器内气体的平均相对分子质量如何变化 (填“增大”“减小”或“不变”,下同)。气体的密度如何变化 。
解析: 2A(g)+B(g)2C(g)
c(初)/(mol·L-1) 2 1 0
Δc/(mol·L-1) 0.6 0.3 0.6
c(末)/(mol·L-1) 1.4 0.7 0.6
所以v(A)==0.3 mol/(L·s),
2 s时B的浓度为0.7 mol·L-1。
平均相对分子质量M=,反应时n(g)减小,m(g)不变,则M增大;而密度ρ=,因m(g)和V均不变,则ρ不变。
答案:(1)0.3 mol/(L·s)
(2)0.7 mol·L-1
(3)增大 不变
10.实验室通常用MnO2作催化剂分解H2O2,已知CuSO4溶液对过氧化氢的分解也具有催化作用,某实验兴趣小组同学猜想其他盐溶液也可能在这个反应中起同样的作用,于是他们做了以下探究。请你帮助他们完成实验报告:
(1)实验过程:在一支试管中加入5 mL 5%的H2O2溶液,然后滴入适量的FeCl3溶液,把带火星的木条伸入试管。
实验现象: 。
实验结论:FeCl3溶液可以催化分解H2O2。
(2)已知FeCl3在水中可电离出Fe3+和Cl-,同学们提出以下猜想:
促进H2O2分解的微粒
甲同学 H2O
乙同学 Fe3+
丙同学 Cl-
你认为最不可能的是 同学的猜想,理由是 。
(3)同学们对余下的两个猜想用实验进行了探究,请你仔细分析后填表:
实验过程 实验现象 结论
向盛有5 mL 5%的H2O2溶液的试管中加入少量的盐酸,把带火星的木条伸入试管
向盛有5 mL 5%的H2O2溶液的试管中加入少量的Fe2(SO4)3溶液,把带火星的木条伸入试管
解析:(1)根据实验结论可知,FeCl3溶液可作H2O2溶液分解的催化剂,因此试管中产生氧气,使带火星的木条复燃。(2)根据提出的猜想分析,H2O2溶液中自身有水,因此真正起催化作用的最不可能的是FeCl3溶液中的H2O,甲同学的猜想最不可能。(3)根据前面的实验过程,要验证余下的两个猜想,最关键的是选用恰当的试剂,可选用盐酸验证丙同学的猜想,选用Fe2(SO4)3溶液验证乙同学的猜想。结合CuSO4溶液可作为催化剂的事实分析,FeCl3溶液中真正起催化剂作用的是Fe3+,据此写出相关结论。
答案:(1)试管中有大量气泡产生,带火星的木条复燃
(2)甲 过氧化氢溶液中自身有水,可见水不是催化剂
(3)
实验现象 结论
无明显现象 起催化作用的不是Cl-
试管中有大量气泡产生,带火星的木条复燃 起催化作用的是Fe3+
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