2024鲁科版新教材高中化学选择性必修1同步练习--第2章　化学反应的方向、限度与速率复习提升（含解析）

2024鲁科版新教材高中化学选择性必修1
本章复习提升
易混易错练
易错点1　忽略物质的聚集状态及恒容条件而错误判断化学平衡状态
1.一定温度下,对于反应2A(g)+B(g) 3C(g)+D(s),向容积为2 L的固定容器中通入2 mol A和1 mol B,3 min后达到平衡,A的物质的量是0.8 mol。下列说法正确的是(　　)
A.反应在3 min后达到平衡时的反应速率v(D)为0.1 mol·L-1·min-1
B.当压强不变时,说明反应达到平衡状态
C.如果此时再向容器中通入少量C,平衡逆向移动,再次平衡时C的体积分数增大
D.反应达到平衡时,v(A)∶v(B)∶v(C)=2∶1∶3
易错点2　不能正确理解平衡移动原理
2.一定温度下,某体积可变的密闭容器中加入足量碳酸钙,发生反应:CaCO3(s) CaO(s)+CO2(g),一段时间后达到平衡。下列说法正确的是(　　)
A.保持容器体积不变,充入He,平衡向逆反应方向移动
B.将体积增大为原来的2倍,再次达到平衡时,气体密度不变
C.增加CaCO3(s)的量,平衡向正反应方向移动,CO2的浓度增大
D.将体积缩小为原来的一半,当体系再次达到平衡时,CO2的浓度变为原来的2倍
易错点3　计算反应速率、平衡常数时忽略体系的体积
3.700 ℃时,向容积为2 L的恒容密闭容器中充入一定量的CO和H2O,发生反应:CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)　ΔH,反应过程中测定的部分数据见表(表中t2>t1):
反应时间/min n(CO)/mol n(H2O)/mol
0 1.2 0.6
t1 0.8
t2 0.2
下列说法正确的是(　　)
A.0~t1 min内v(H2)= mol·L-1·min-1
B.保持其他条件不变,开始时向容器中充入0.6 mol CO和1.2 mol H2O,达到平衡时n(CO2)=0.4 mol
C.保持其他条件不变,向平衡体系中再通入0.2 mol H2O,与原平衡相比,达到新平衡时CO转化率不变,H2O的体积分数不变
D.温度升高至800 ℃,上述反应平衡常数为0.64,则该反应的正反应为吸热反应
易错点4　化学平衡的相关图像分析不到位
4.一定压强下,向10 L密闭容器中充入1 mol S2Cl2和1 mol Cl2,发生反应S2Cl2(g)+Cl2(g) 2SCl2(g)。Cl2与SCl2的消耗速率(v)与温度(T)的关系如图所示,下列说法中不正确的是(　　)
A.正反应的活化能大于逆反应的活化能
B.达到平衡后再加热,平衡向逆反应方向移动
C.A、B、C、D四点对应状态下,达到平衡状态的为B、D点
D.一定温度下,在恒容密闭容器中,达到平衡后缩小容器体积,重新达到平衡后,Cl2的平衡转化率不变
思想方法练
用数形结合的思想探究化学平衡图像问题
方法概述
化学平衡图像类试题的特点是把所要考查的化学知识与图像结合,具有简明、直观、形象等特点。此类试题一般的解题思路是确定横、纵坐标表示的量的意义,分析曲线的走向和变化趋势,找准特殊点,根据理论知识,结合图像解答问题。
1.(2021安徽六安一中开学)一定条件下,向密闭容器中加入X物质,发生反应3X(g) Y(g)+Z(s)　ΔH<0,反应一段时间后改变某一个外界条件,反应中各时刻X物质的浓度如图所示。下列说法中不正确的是(　　)
A.0~5 min时,该反应的速率为v(X)=0.12 mol/(L·min)
B.5 min时反应达到第一次平衡,该温度下的平衡常数为0.625 (mol/
L)-2
C.15 min时改变的条件可能是升高温度
D.从开始到17 min时,X的转化率为30%
2.(2021黑龙江大庆实验中学月考)在三个容积均为1 L的密闭容器中以不同的氢碳比[]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的平衡转化率与温度的关系如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.该反应的ΔH>0
B.氢碳比:①<②
C.在氢碳比为2.0时,Q点:v(正)D.若起始时,CO2、H2浓度分别为0.5 mol·L-1和1.0 mol·L-1,则可得P点对应温度的平衡常数为512 (mol·L-1)-3
3.(双选)某温度下在2 L密闭容器中加入一定量A,发生反应:2A(g) B(g)+C(g)　ΔH=-48.25 kJ·mol-1,反应过程中B、A的浓度比与时间有如图所示关系,若测得第15 min时c(B)=1.6 mol·
L-1,下列结论正确的是(　　)
A.该温度下此反应的平衡常数为3.2
B.A的初始物质的量为8 mol
C.反应达到平衡时,放出的热量是193 kJ
D.反应达到平衡时,A的转化率为80%
4.(2021辽宁省实验中学期中)(1)25 ℃时,制备亚硝酰氯所涉及的热化学方程式和平衡常数如下表:
热化学方程式 平衡常数
① 2NO2(g)+NaCl(s) NaNO3(s)+NOCl(g)　ΔH1=a kJ/mol K1
② 4NO2(g)+2NaCl(s) 2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g)　ΔH2=b kJ/mol K2
③ 2NO(g)+Cl2(g) 2NOCl(g)　ΔH3 K3
则该温度下,ΔH3=　　　　kJ/mol(用a和b表示)。
(2)25 ℃时,在体积为2 L的恒容密闭容器中通入0.08 mol NO和
0.04 mol Cl2发生上述反应③,若反应开始与结束时温度相同,数字压强仪显示反应过程中压强(p)随时间(t)的变化如图Ⅰ实线所示,则ΔH3　　　　(填“>”“<”或“=”)0;若其他条件相同,仅改变某一条件,测得其压强随时间的变化如图Ⅰ虚线所示,则改变的条件是　　　　。图Ⅱ是甲、乙两同学描绘上述反应③的平衡常数的对数值(lg K)与温度的变化关系图,其中正确的曲线是　　　(填“甲”或“乙”),a值为　　　　。25 ℃时测得反应③在某时刻,NO(g)、Cl2(g)、NOCl(g)的浓度分别为0.8 mol/L、0.1 mol/L、0.3 mol/L,则此时v正　　　　v逆(填“>”“<”或“=”)。
5.已知A和B反应的化学方程式为A(g)+2B(g) C(g)。回答下列问题:
(1)图1是上述反应在不同温度下A的转化率随时间变化的曲线。
图1
①该反应的ΔH　　(填“>”“<”或“=”)0。
②T1和T2温度下的平衡常数大小关系是K1　　　(填“>”“<”或“=”)K2。在T1温度下,向体积为1 L的密闭容器中,充入1 mol A(g)和2 mol B(g),测得A(g)和C(g)的浓度随时间变化如图2所示。则T1温度下,该反应的平衡常数为　　　　。
图2
③若容器容积不变,下列措施可增大A的转化率的是　　　(填字母)。
a.升高温度
b.将C(g)从体系中分离
c.使用合适的催化剂
d.充入He,使体系总压强增大
(2)在容积为1 L的恒容密闭容器中,分别研究在230 ℃、250 ℃和270 ℃三种温度下的上述反应。三种温度下B与A的物质的量之比与A的平衡转化率的关系如图3所示。曲线Z对应的温度是　　　　℃,该温度下,若反应物A的起始物质的量为1 mol,则该反应的化学平衡常数为　　　　　　。曲线上a、b、c点对应的化学平衡常数分别为K1、K2、K3,则K1、K2、K3的大小关系为　　　　　　　　　　。
图3
综合拔高练
五年高考练
考点1　化学反应速率及其影响因素
1.(2021浙江1月选考,19)取50 mL过氧化氢水溶液,在少量I-存在下分解:2H2O2 2H2O+O2↑。在一定温度下,测得O2的放出量,转换成H2O2浓度(c)如下表:
t/min 0 20 40 60 80
c/(mol·L-1) 0.80 0.40 0.20 0.10 0.050
下列说法不正确的是(　　)
A.反应20 min时,测得O2体积为224 mL(标准状况)
B.20~40 min,消耗H2O2的平均速率为0.010 mol·L-1·min-1
C.第30 min时的瞬时速率小于第50 min时的瞬时速率
D.H2O2分解酶或Fe2O3代替I-也可以催化H2O2分解
2.(双选)(2020山东,14)1,3-丁二烯与HBr发生加成反应分两步:第一步H+进攻1,3-丁二烯生成碳正离子();第二步Br-进攻碳正离子完成1,2-加成或1,4-加成。反应进程中的能量变化如下图所示。已知在0 ℃和40 ℃时,1,2-加成产物与1,4-加成产物的比例分别为70∶30和15∶85。下列说法正确的是(　　)
A.1,4-加成产物比1,2-加成产物稳定
B.与0 ℃相比,40 ℃时1,3-丁二烯的转化率增大
C.从0 ℃升至40 ℃,1,2-加成正反应速率增大,1,4-加成正反应速率减小
D.从0 ℃升至40 ℃,1,2-加成正反应速率的增大程度小于其逆反应速率的增大程度
3.(2021河北,13)室温下,某溶液初始时仅溶有M和N且浓度相等,同时发生以下两个反应:①M+NX+Y;②M+NX+Z。反应①的速率可表示为v1=k1c2(M),反应②的速率可表示为v2=k2c2(M)(k1、k2为速率常数)。反应体系中组分M、Z的浓度随时间变化情况如图。下列说法错误的是(　　)
A.0~30 min时间段内,Y的平均反应速率为6.67×10-3 mol·L-1·min-1
B.反应开始后,体系中Y和Z的浓度之比保持不变
C.如果反应能进行到底,反应结束时62.5%的M转化为Z
D.反应①的活化能比反应②的活化能大
考点2　化学平衡及其影响因素
4.(双选)(2020江苏单科,15)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)　ΔH=247.1 kJ·mol-1
H2(g)+CO2(g) H2O(g)+CO(g)　ΔH=41.2 kJ·mol-1
在恒压、反应物起始物质的量比n(CH4)∶n(CO2)=1∶1条件下,CH4和CO2的平衡转化率随温度变化的曲线如图所示。下列有关说法正确的是(　　)
A.升高温度、增大压强均有利于提高CH4的平衡转化率
B.曲线B表示CH4的平衡转化率随温度的变化
C.相同条件下,改用高效催化剂能使曲线A和曲线B相重叠
D.恒压、800 K、n(CH4)∶n(CO2)=1∶1条件下,反应至CH4转化率达到X点的值,改变除温度外的特定条件继续反应,CH4转化率能达到Y点的值
5.(双选)(2021湖南,11)已知:A(g)+2B(g)3C(g)　ΔH<0,向一恒温恒容的密闭容器中充入1 mol A和3 mol B发生反应,t1时达到平衡状态Ⅰ,在t2时改变某一条件,t3时重新达到平衡状态Ⅱ,正反应速率随时间的变化如图所示。下列说法正确的是　(　　)
A.容器内压强不变,表明反应达到平衡
B.t2时改变的条件:向容器中加入C
C.平衡时A的体积分数φ:φ(Ⅱ)>φ(Ⅰ)
D.平衡常数K:K(Ⅱ)6.(2020课标Ⅲ,28)二氧化碳催化加氢合成乙烯是综合利用CO2的热点研究领域。回答下列问题:
(1)CO2催化加氢生成乙烯和水的反应中,产物的物质的量之比n(C2H4)∶n(H2O)=　　　　。当反应达到平衡时,若增大压强,则
n(C2H4)　　　　(填“变大”“变小”或“不变”)。
(2)理论计算表明,原料初始组成n(CO2)∶n(H2)=1∶3,在体系压强为0.1 MPa,反应达到平衡时,四种组分的物质的量分数x随温度T的变化如图所示。
图中,表示C2H4、CO2变化的曲线分别是　　　、　　　。CO2催化加氢合成C2H4反应的ΔH　　　　0(填“大于”或“小于”)。
(3)根据图中点A(440 K,0.39),计算该温度时反应的平衡常数Kp=
　　　　　　　　　　(MPa)-3(列出计算式。以分压表示,分压=总压×物质的量分数)。
(4)二氧化碳催化加氢合成乙烯反应往往伴随副反应,生成C3H6、C3H8、C4H8等低碳烃。一定温度和压强条件下,为了提高反应速率和乙烯选择性,应当　　　　　　　　　。
考点3　化学平衡常数及其应用
7.(双选)(2019江苏单科,15)在恒压、NO和O2的起始浓度一定的条件下,催化反应相同时间,测得不同温度下NO转化为NO2的转化率如图中实线所示(图中虚线表示相同条件下NO的平衡转化率随温度的变化)。下列说法正确的是(　　)
A.反应2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)的ΔH>0
B.图中X点所示条件下,延长反应时间能提高NO转化率
C图中Y点所示条件下,增加O2的浓度不能提高NO转化率
D.380 ℃下,c起始(O2)=5.0×10-4 mol·L-1,NO平衡转化率为50%,则平衡常数K>2 000
8.(2020课标Ⅱ,28节选)天然气的主要成分为CH4,一般还含有C2H6等烃类,是重要的燃料和化工原料。
(1)乙烷在一定条件可发生如下反应:C2H6(g)C2H4(g)+H2(g)　ΔH1,相关物质的燃烧热数据如下表所示:
物质 C2H6(g) C2H4(g) H2(g)
燃烧热ΔH/ (kJ·mol-1) -1 560 -1 411 -286
①ΔH1=　　　　kJ·mol-1。
②提高该反应平衡转化率的方法有　　　　　、　　　　　。
③容器中通入等物质的量的乙烷和氢气,在等压下(p)发生上述反应,乙烷的平衡转化率为α。反应的平衡常数Kp=　　　　　　　　　(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
9.(2021全国甲,28节选)二氧化碳催化加氢制甲醇,有利于减少温室气体二氧化碳。回答下列问题:
(1)二氧化碳加氢制甲醇的总反应可表示为:
CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)
该反应一般认为通过如下步骤来实现:
①CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)　ΔH1=+41 kJ·mol-1
②CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)　ΔH2=-90 kJ·mol-1
总反应的ΔH=　　　　kJ·mol-1。
(2)合成总反应在起始物n(H2)/n(CO2)=3时,在不同条件下达到平衡,设体系中甲醇的物质的量分数为x(CH3OH),在t=250 ℃下的x(CH3OH)~p、在p=5×105 Pa下的x(CH3OH)~t如图所示。
①用各物质的平衡分压表示总反应的平衡常数,表达式Kp=　　　　　　
　　　　　　　　　　;
②图中对应等压过程的曲线是　　　　,判断的理由是　　　 　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;
③当x(CH3OH)=0.10时,CO2的平衡转化率α=　　　　,反应条件可能为　　　　　　　　或　　　　　　　　。
考点4　反应速率、化学平衡的综合应用
10.(2020课标Ⅰ,28节选)硫酸是一种重要的基本化工产品。接触法制硫酸生产中的关键工序是SO2的催化氧化:SO2(g)+O2(g) SO3(g)　ΔH=-98 kJ·mol-1。回答下列问题:
(2)当SO2(g)、O2(g)和N2(g)起始的物质的量分数分别为7.5%、10.5%和82%时,在0.5 MPa、2.5 MPa和5.0 MPa压强下,SO2平衡转化率α随温度的变化如图所示。反应在5.0 MPa、550 ℃时的α=　　　,判断的依据是　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　
　　　　。影响α的因素有　　　　　　　　　　　　　。
(3)将组成(物质的量分数)为2m% SO2(g)、m% O2(g)和q% N2(g)的气体通入反应器,在温度t、压强p条件下进行反应。平衡时,若SO2转化率为α,则SO3压强为　　　　　,平衡常数Kp=　　 　
　　　　　　(以分压表示,分压=总压×物质的量分数)。
(4)研究表明,SO2催化氧化的反应速率方程为:
v=k(-1)0.8(1-nα')
式中:k为反应速率常数,随温度t升高而增大;α为SO2平衡转化率,α'为某时刻SO2转化率,n为常数。在α'=0.90时,将一系列温度下的k、α值代入上述速率方程,得到v~t曲线,如图所示。
曲线上v最大值所对应温度称为该α'下反应的最适宜温度tm。ttm后,v逐渐下降。原因是　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
考点5　化学反应条件的优化
11.(2020天津,16节选)利用太阳能光解水,制备的H2用于还原CO2合成有机物,可实现资源的再利用。
Ⅱ.用H2还原CO2可以在一定条件下合成CH3OH(不考虑副反应)
CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH<0
(4)恒压下,CO2和H2的起始物质的量比为1∶3时,该反应在无分子筛膜时甲醇的平衡产率和有分子筛膜时甲醇的产率随温度的变化如图所示,其中分子筛膜能选择性分离出H2O。
①甲醇平衡产率随温度升高而降低的原因为　　 　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　。
②P点甲醇产率高于T点的原因为　　　　　　　 　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
③根据题图,在此条件下采用该分子筛膜时的最佳反应温度为　　　　℃。
三年模拟练
应用实践
1.(2021山西长治二中期中)T ℃时,A气体与B气体反应生成C气体。反应过程中A、B、C浓度变化如图(Ⅰ)所示,若保持其他条件不变,温度分别为T1 ℃和T2 ℃时,B的体积分数与时间的关系如图(Ⅱ)所示,则下列结论正确的是(　　)
图(Ⅰ)
图(Ⅱ)
A.在(t1+10) min时,保持其他条件不变,增大压强,平衡向逆反应方向移动
B.(t1+10) min时,保持容器总压强不变,通入稀有气体,平衡向正反应方向移动
C.T ℃时,在相同容器中,若由0.3 mol·L-1A、0.1 mol·L-1 B和
0.4 mol·L-1C反应,达到平衡后,C的浓度仍为0.4 mol·L-1
D.其他条件不变,升高温度,正、逆反应速率均增大,且A的平衡转化率增大
2.(2021天津静海一中期末)下列有关化学平衡的描述,不正确的是(　　)
A.向反应体系Cl2(aq)+H2O(l) HCl(aq)+HClO(aq)中加入NaOH溶液,颜色变浅
B.恒容条件下,升高反应体系2NO2(g) N2O4(g)　ΔH<0的温度,颜色变深
C.一定温度下,向体积不变的反应体系2HI(g) H2(g)+I2(g)中加入HI,颜色变深
D.一定温度下,向体积不变的反应体系CaCO3(s) CaO(s)+CO2(g)中通入CO2,平衡后c(CO2)增大
3.(2022山东潍坊期中监测)将一定量的Ag2SO4固体置于1 L容积不变的密闭容器中,在一定温度下加入催化剂后发生下列反应:①Ag2SO4(s) Ag2O(s)+SO3(g);②2SO3(g) 2SO2(g)+O2(g)。反应经过10 min后达到了平衡状态,测得c(SO3)=0.4 mol·L-1,c(SO2)
=0.1 mol·L-1。下列说法不正确的是(　　)
A.SO3(g)的分解率为20%
B.此温度下反应①的平衡常数K=0.4 mol·L-1
C.在0~10 min时间段内的平均反应速率v(O2)=0.005 mol·L-1·min-1
D.若温度不变,体积缩小为原来的一半,n(SO2)不变
4.光气(COCl2)是重要的有机合成原料,其分解反应为COCl2(g) Cl2(g)+CO(g)　ΔH=+108 kJ·mol-1。该反应体系达到平衡后,各物质的浓度在不同条件下的变化情况如图所示(每次只改变一个条件;第10~14 min的COCl2浓度变化曲线未画出)。下列说法错误的是(　　)
A.第4 min时改变的条件是升高反应体系温度
B.第4~10 min内的平均反应速率v(Cl2)=2.5×10-3 mol·L-1·min-1
C.第8 min时的平衡常数为0.233 75 mol·L-1
D.第10~14 min时c(COCl2)逐渐增大
5.(2021湖南益阳调研)氨是一种重要的化工产品,也是一种重要的化工原料。氨的合成在化工生产中具有重要的意义。
(1)某温度下,在容积均为2 L的甲、乙两个密闭容器中发生反应:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH=-92.0 kJ·mol-1,相关数据如下表:
容器 甲 乙
反应物投入量 1 mol N2(g)和 3 mol H2(g) 2 mol NH3(g)
平衡时c(NH3) c1 c2
平衡时能量变化 放出18.4 kJ 吸收a kJ
①下列情况能说明甲容器中的反应一定达到平衡状态的是　 　
(填字母)。
A.3v(N2)=v(H2)
B.容器内混合气体的平均相对分子质量不变
C.容器内混合气体密度保持不变
D.N2和NH3的浓度之比不再随时间改变
②c1　　　c2(填“>”“<”或“=”)。
③该反应的平衡常数K=　　　　　　　(只列算式不计算)。
(2)合成氨也可以采用电化学法,其原理如图1所示,则阳极的电极反应是　　　　　　　　　。
图1
(3)已知氨在某催化剂催化氧化过程中主要有以下两个竞争反应:
反应Ⅰ:4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g)　ΔH=-906 kJ·mol-1
反应Ⅱ:4NH3(g)+3O2(g) 2N2(g)+6H2O(g)　ΔH=-1 267 kJ·mol-1
①该条件下,N2和O2反应生成NO的热化学方程式为　　 　　
　　　　　。
②为分析催化剂对反应的选择性,在1 L密闭容器中充入1 mol NH3和2 mol O2,在一定时间内测得有关物质的物质的量随温度变化如图2所示。该催化剂在较低温度时主要选择　　　(填“反应Ⅰ”或“反应Ⅱ”);当温度高于840 ℃时,反应Ⅰ中NO的物质的量减少的原因可能是　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;
520 ℃时,A点NH3的转化率为　　　。
图2
6.(2022安徽示范高中联赛)一定条件下,在体积为3 L的密闭容器中化学反应CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)达到平衡状态。在不同温度下,CH3OH的物质的量随时间的变化关系如图所示。
(1)500 ℃时,从反应开始到平衡状态,以H2的浓度变化表示的化学反应速率是　　　　　　mol·L-1·min-1(用nB、tB表示)。
(2)判断该可逆反应达到化学平衡状态的标志是　　　　　　。
a.v生成(CH3OH)=v消耗(CO)
b.混合气体的平均相对分子质量不再改变
c.混合气体的密度不再改变
d.CH3OH的浓度不再变化
(3)已知CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)是放热反应,为了增加甲醇产量,工厂应采取的措施是　　　。
A.高温、高压
B.适宜温度、高压、催化剂
C.低温、低压
D.低温、高压、催化剂
(4)控制变量方法是研究化学变化规律的重要思想方法。请仔细观察下表中50 mL稀盐酸和1 g碳酸钙反应的实验数据:
实验 序号 碳酸钙 状态 c(HCl)/ (mol/L) 溶液温度/℃ 碳酸钙 消失所 用的时 间/s
反应前 反应后
1 粒状 0.5 20 39 400
2 粉末 0.5 20 40 60
3 粒状 0.6 20 41 280
4 粒状 0.8 20 40 200
5 粉末 0.8 20 40 30
6 粒状 1.0 20 40 120
7 粒状 1.0 30 50 40
分析上述数据,回答下列问题:
①该反应属于　　　　反应(填“吸热”或“放热”)。
②根据实验1、3、4、6可以得出外界条件对反应速率的影响规律是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
7.CO在工农业生产及科学研究中有着重要应用。
(1)CO催化脱氮:在一定温度下,向2 L的恒容密闭容器中充入4.0 mol NO2和4.0 mol CO,在催化作用下发生反应:2NO2(g)+4CO(g) N2(g)+4CO2(g)　ΔH=-1 227.8 kJ/mol,测得相关数据如下:
时间/min浓度/(mol/L)物质 0 5 10 15 20
NO2 2.0 1.7 1.56 1.5 1.5
N2 0 0.15 0.22 0.25 0.25
①其他条件不变,若不使用催化剂,则0~5 min内NO2的转化率将　　　　。(填“变大”“变小”或“不变”)
②下列表述能说明该反应已达到平衡状态的是　　　　。(填字母)
A.CO的化学反应速率为N2的4倍
B.气体的颜色不再变化
C.化学平衡常数K不再变化
D.混合气体的密度不再变化
③有利于提高该反应中NO2的平衡转化率的条件是　　　。(填字母)
A.高温低压　　B.低温高压
C.高温高压　　D.低温低压
(2)CO与Ni发生羰化反应形成的络合物可作为烯烃反应的催化剂。Ni的羰化反应为Ni(s)+4CO(g) Ni(CO)4(g)　ΔH<0,T0温度下,将足量的Ni粉和3.7 mol CO加入恒容密闭容器中,10 min时反应达到平衡,测得体系的压强为原来的。则:
①0~10 min内平均反应速率v(Ni)=　　　　　　g/min。
②研究表明,正反应速率v正=k正·x4(CO),逆反应速率v逆=k逆·
x[Ni(CO)4](k正和k逆分别表示正反应和逆反应的速率常数,x为物质的量分数),计算T0温度下的=　　　。
③T1温度下通过测得的实验数据,计算得到v正~x(CO)和v逆~x[Ni(CO)4]的关系如图所示。当降低温度时,反应重新达到平衡,v正~x(CO)和v逆~x[Ni(CO)4]相对应的点分别为　　　、　　　。(填字母)
迁移创新
8.二氧化碳的捕集和转化是科学研究中的热点问题。我国科研人员提出了以Ni/Al2O3为催化剂,由CO2(g)和H2(g)转化为CH4(g)和H2O(g)的反应历程,其示意图如下:
(1)该可逆反应的化学方程式为　　　　　　　　　　 　　　
　　　　。使用催化剂Ni/Al2O3　　　(填“能”或“不能”)提髙CO2的平衡转化率。
(2)300 ℃时,在一恒容密闭容器中充入一定量的CO2与H2,发生上述反应,一段时间后反应达到平衡状态,若其他条件不变,温度从300 ℃升至500 ℃,反应重新达到平衡时,H2的体积分数增大。下列说法错误的是　　　(填字母)。
A.该反应的ΔH<0
B.平衡常数大小:K(500 ℃)>K(300 ℃)
C.300 ℃时,减小,CO2的平衡转化率升高
D.反应达到平衡时v正(H2)=2v逆(H2O)
(3)在一定条件下,反应体系中CO2的平衡转化率α(CO2)与L和X的关系如图1所示,L和X表示温度、压强中的一种。
图1
①X表示的物理量是　　　　　。
②L1　　　L2(填“<”或“>”),判断理由是　　　　　　 　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)向1 L恒容密闭容器中加入4.0 mol H2(g)、1.0 mol CO2,控制条件(催化剂为Ni/Al2O3、温度为T1)使之发生上述反应,测得容器内气体的压强随时间的变化如图2所示。
图2
①4 min时CO2的转化率为　　　。
②T1温度下该反应的化学平衡常数为　　　　　(mol/L)-2。
答案全解全析
易混易错练
1.D 2.B 3.B 4.A
1.D　D为固体,一般不用固体来表示化学反应速率,故A错误;该反应为反应前后气体体积不变的反应,压强始终不变,则压强不变不能说明反应达到平衡状态,故B错误;达到平衡后,再向容器中通入少量C,平衡逆向移动,与原平衡等效,所以再次平衡时C的体积分数不变,故C错误;化学反应速率之比等于化学计量数之比,所以反应达到平衡时,v(A)∶v(B)∶v(C)=2∶1∶3,故D正确。
易错分析
　　解题时若忽略了D为固体,误认为反应前后气体体积不相等,从而误认为当压强不变时反应达到了平衡状态而错选B。
2.B　保持容器体积不变,充入He,由于气体的浓度不变,所以平衡不移动,故A错误;将体积增大为原来的2倍,压强减小,平衡正向移动,再次达到平衡时温度不变,则K不变,K=c平(CO2),即c平(CO2)不变,容器内气体的密度不变,故B正确;CaCO3(s)为固体,增加固体的量,平衡不移动,CO2的浓度不变,故C错误;将体积缩小为原来的一半,压强增大,平衡逆向移动,但由于K不变,所以平衡时二氧化碳的浓度不变,故D错误。
易错分析
　　误认为充入He,压强增大,平衡向气体体积减小的方向移动,即平衡向逆反应方向移动而错选A,其原因是没有考虑温度一定、容器的体积不变时充入惰性气体,虽然压强增大了,但实际参加化学反应的二氧化碳的浓度不变,平衡不移动。
B　0~t1 min内v(CO)== mol·L-1·min-1,v(CO)∶
v(H2)=1∶1,则v(H2)= mol·L-1·min-1,A项错误;t1 min时,n(CO)=0.8 mol,n(H2O)=0.6 mol-0.4 mol=0.2 mol,t2 min时n(H2O)=0.2 mol,说明t1 min时反应已经达到化学平衡状态,n(CO2)=n(H2)=0.4 mol,K===1,起始充入0.6 mol CO和1.2 mol H2O,假设反应达到平衡时n(CO2)=0.4 mol,则n(CO)=0.6 mol-0.4 mol=0.2 mol,n(H2O)=1.2 mol-0.4 mol=0.8 mol,
n(H2)=n(CO2)=0.4 mol,Q==1=K,说明此时该反应达到化学平衡状态,假设成立,B项正确;保持其他条件不变,向平衡体系中再通入0.2 mol H2O,平衡向正反应方向移动,达到新平衡时CO转化率增大,H2O的体积分数会增大,C项错误;温度升高至800 ℃,该反应的平衡常数为0.64,由B项知700 ℃时,该反应的平衡常数为1,升高温度,平衡向逆反应方向移动,则该反应的正反应是放热反应,D项错误。
易错分析
　　忽略了容器的容积而错把物质的量当作物质的量浓度计算氢气的化学反应速率而错选A。
4.A　125 ℃时,Cl2与SCl2的消耗速率相等,则反应未达到平衡状态;250 ℃时,Cl2的消耗速率v消耗(Cl2)=0.03 mol·L-1·min-1,SCl2的消耗速率v消耗(SCl2)=0.06 mol·L-1·min-1,2v消耗(Cl2)=v消耗(SCl2),说明正、逆反应速率相等,则反应达到平衡状态;继续升高温度,SCl2的消耗速率大于Cl2的消耗速率的二倍,则平衡逆向移动,说明该反应的正反应为放热反应。由上述分析可知,该反应的正反应为放热反应,则正反应的活化能小于逆反应的活化能,A不正确;达到平衡后再加热,由于该反应的正反应为放热反应,所以平衡向逆反应方向移动,B正确;由上述分析可知,A、C两点对应状态下,反应未达到平衡状态,达到平衡状态的为B、D点,C正确;一定温度下,在恒容密闭容器中,达到平衡后缩小容器体积,压强增大,该反应为反应前后气体体积不变的反应,所以平衡不发生移动,Cl2的平衡转化率不变,D正确。
易错分析
　　图中250 ℃时Cl2的消耗速率与SCl2的消耗速率之比等于化学计量数之比,据此可以判断这两个点处于化学平衡状态。
思想方法练
1.B 2.D 3.BD
B　由图可知,0~5 min内X的浓度变化量为1 mol/L-0.4 mol/L=
0.6 mol/L,所以v(X)==0.12 mol/(L·min),故A正确;根据图像,列出三段式:
3X(g) Y(g)+Z(s)
起始浓度(mol/L)　　1　　 0
转化浓度(mol/L)　　0.6　　 0.2
平衡浓度(mol/L)　　0.4　　 0.2
所以该温度下平衡常数K==3.125 (mol/L)-2,故B错误;由图可知,改变外界条件,X的浓度增大,说明平衡逆向移动,该反应的正反应是放热反应,所以改变的条件可能为升高温度,故C正确;从开始到17 min时,X的浓度变化量为1 mol/L-0.7 mol/L=0.3 mol/L,则X的转化率为×100%=30%,故D正确。
方法点津
　　本题为利用数形结合思想进行化学平衡移动的判断和计算型题,解答该类试题要先看图像中纵、横坐标的意义,然后看线的走向和变化趋势、特殊点(起点、拐点、终点);根据特殊点的数据结合化学反应速率和化学平衡的相关知识进行计算;最后联想平衡移动原理,分析外界条件对化学反应速率、化学平衡移动的影响并作出判断。
2.D　由图可知,随温度升高CO2的平衡转化率减小,说明升高温度平衡逆向移动,则正反应为放热反应,故A错误;氢碳比越大,二氧化碳的平衡转化率越大,由图可知,氢碳比:①>②,故B错误;相同温度下,在氢碳比为2.0时,Q点二氧化碳的转化率小于平衡时的转化率,说明Q点未达到平衡,反应向正反应方向进行,则Q点:v(正)>v(逆),故C错误;列出三段式:
2CO2(g)+6H2(g) C2H4(g)+4H2O(g)
起始浓度(mol·L-1)　　0.5　　1.0　　 0　　 0
转化浓度(mol·L-1)　　0.25　　0.75　　0.125　　0.5
平衡浓度(mol·L-1)　　0.25　　0.25　　0.125　　0.5
K==512 (mol·L-1)-3,故D正确。
方法点津
　　本题为利用图像综合考查化学平衡移动原理的应用题型。解答该类试题分三个步骤:第一步看图像中纵横坐标的意义、线的走向和变化趋势、特殊点(起点、拐点、终点)、量的变化(如浓度变化、温度变化、体积分数变化等);第二步想规律,联想平衡移动原理,分析外界条件对化学反应速率、化学平衡移动的影响;第三步作出判断,利用化学平衡移动原理并结合图像,对相关问题进行判断。
3.BD　由图可知,反应到15 min时达到平衡,设起始A的物质的量浓度为a mol·L-1,列出三段式:
2A(g) B(g)　+　C(g)
起始(mol·L-1)　　a　　 0　 　0
转化(mol·L-1)　　3.2　　 1.6　　 1.6
平衡(mol·L-1)　　a-3.2　　1.6　　 1.6
平衡时,B、A的浓度之比等于2,即a-3.2=,a=4,则A的初始物质的量为4 mol·L-1×2 L=8 mol,该温度下此反应的平衡常数为=4,故A错误,B正确;根据热化学方程式可知,生成1 mol B放出热量48.25 kJ,反应达到平衡时生成3.2 mol B,放出的热量是48.25 kJ×3.2=154.4 kJ,故C错误;反应达到平衡时,A的转化率为×100=80%,故D正确。
4.答案　(1)(2a-b)
(2)﹤　加催化剂　乙　2　﹥
解析　(1)根据盖斯定律,③=2×①-②,故ΔH3=2ΔH1-ΔH2=
(2a-b) kJ/mol。
(2)由于反应开始,压强增大,而结束时压强降低,可知开始时由于升温而导致压强增大,故该反应为放热反应,ΔH3<0;改变某一条件后,反应速率增大,平衡不移动,故改变的条件是加催化剂;由于反应放热,故升温K减小,lg K减小,曲线乙正确;设该反应达到平衡时Cl2转化的物质的量为x mol,列出三段式:
2NO(g)+Cl2(g) 2NOCl(g)
起始物质的量/mol　　0.08　 0.04
转化物质的量/mol　　2x　　 x　　 2x
平衡物质的量/mol　　0.08-2x　0.04-x　　 2x
恒温恒容条件下,气体的压强之比等于物质的量之比,则反应达到平衡时,混合气体的物质的量为0.12 mol×=0.1 mol,则(0.08-
2x) mol+(0.04-x) mol+2x mol=0.1 mol,解得x=0.02,则平衡时c(NO)= mol/L=0.02 mol/L,c(Cl2)= mol/L=
0.01 mol/L,c(NOCl)= mol/L=0.02 mol/L,故K=100 (mol/L)-1,
a=lg K=2;若c(NO)=0.8 mol/L,c(Cl2)=0.1 mol/L,c(NOCl)=0.3 mol/
L,Q= (mol/L)-1<100 (mol/L)-1,反应正向进行,v正>v逆。
5.答案　(1)①<　②>　12 L2·mol-2　③b
(2)270　4 L2·mol-2　K1=K2解析　(1)①由题图1可知,T2>T1,升高温度,A的平衡转化率降低,即升高温度,平衡逆向移动,因此该反应的正反应为放热反应,ΔH<0。②该反应的正反应为放热反应,升高温度,平衡常数减小,所以K1>K2。根据题图2列出三段式:
A(g)+2B(g) C(g)
起始(mol·L-1)　　1　　 2　　 0
转化(mol·L-1)　　0.75　1.5　　0.75
平衡(mol·L-1)　　0.25　0.5　　0.75
该反应的平衡常数K===12 L2·
mol-2。③升高温度,平衡逆向移动,A的转化率减小,a不符合题意;将C(g)从体系中分离,减小了生成物的浓度,平衡正向移动,A的转化率增大,b符合题意;使用合适的催化剂,反应速率加快,但平衡不移动,A的转化率不变,c不符合题意;充入He,使体系总压强增大,但参加化学反应的各物质的浓度不变,平衡不移动,A的转化率不变,d不符合题意。
(2)该反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,A的平衡转化率降低,因此X曲线对应的温度为230 ℃,Y曲线对应的温度为250 ℃,Z曲线对应的温度为270 ℃;在270 ℃时,a点处=1.5,A的平衡转化率为50%,则:
A(g)+2B(g)C(g)
起始(mol·L-1)　　1　　1.5　　0
转化(mol·L-1)　　0.5　1　　 0.5
平衡(mol·L-1)　　0.5　0.5　　0.5
平衡常数K===4 L2·mol-2;a、b两点在同一曲线上,所对应的温度相同,均为270 ℃,平衡常数相同,c点所对应的温度为230 ℃,温度越高,平衡常数越小,因此K1=K2综合拔高练
五年高考练
1.C 2.AD 3.A 4.BD 5.BC 7.BD
C　A项,20 min时,消耗H2O2:(0.80 mol·L-1-0.40 mol·L-1)×
0.05 L=0.02 mol,由2H2O2 2H2O+O2↑知,生成O20.01 mol×
22.4 L·mol-1=0.224 L=224 mL,正确;B项,20~40 min,v(H2O2)=
=0.010 mol·L-1·min-1,正确;C项,随着H2O2浓度的下降,反应逐渐变慢,故第30 min时的瞬时速率大于第50 min时的瞬时速率,错误;D项,Fe2O3或H2O2分解酶对H2O2的分解均有催化作用,故可代替I-作催化剂,正确。
2.AD　根据题给反应进程中的能量关系,1,3-丁二烯与HBr的加成反应为放热反应,两种温度下,1,4-加成产物比1,2-加成产物的能量低,所以1,4-加成产物更稳定,A项正确;1,3-丁二烯与HBr的加成反应为放热反应,升温,平衡向逆反应方向移动,1,3-丁二烯的转化率降低,且说明正反应速率的增大程度小于其逆反应速率的增大程度,B项错误,D项正确;升温时,1,2-加成正反应速率和1,4-加成正反应速率都增大,C项错误。
3.A　A项,由图像可知0~30 min时间段内,M的浓度变化为(0.500-0.300) mol·L-1=0.200 mol·L-1,Z的浓度变化为0.125 mol·
L-1,即反应②中M的浓度变化为0.125 mol·L-1,故反应①中M的浓度变化为(0.200-0.125) mol·L-1=0.075 mol·L-1,即Y的浓度变化为0.075 mol·L-1,所以0~30 min时间段内,Y的平均反应速率v(Y)===2.5×10-3 mol·L-1·min-1,A项错误;B项,由v=可得:Δc=v·Δt,且v1=k1c2(M),v2=k2c2(M),则Y、Z的浓度变化之比Δc(Y)∶Δc(Z)=v1∶v2= k1∶k2,所以反应开始后,Y、Z的浓度变化保持不变,B项正确;C项,根据A项计算,参加反应②的M所占的比例为×100%=62.5%,故如果反应能进行到底,反应结束时62.5%的M转化为Z,C项正确;D项,反应②的速率较大,所以反应①的活化能比反应②的活化能大,D项正确。
4.BD　A项,结合题给信息及图像可知,反应CH4(g)+CO2(g) 2H2(g)+2CO(g)为气体分子数增大的吸热反应,故要提高CH4的平衡转化率,可以通过升高温度或减小压强来使平衡正向移动,错误;B项,通过两个反应可知,相同条件下,CO2的消耗量比CH4的大,转化率也会比CH4的高,故通过图像可知曲线A表示CO2的平衡转化率,曲线B表示CH4的平衡转化率,正确;C项,相同条件下,高效催化剂只能加快化学反应速率,不影响平衡的移动,故转化率不变,错误;D项,转化率由X提高到Y,可以通过适当减小压强、增大CO2的浓度等方法来实现,正确。
5.BC　A项,该反应反应前后气体物质的量不变,随着反应的进行,压强始终不变,因此压强不变不能作为达到平衡状态的标志,错误;B项,t2时刻条件改变瞬间正反应速率不变,后逐渐增大,说明反应向逆反应方向进行,即加入了C,正确;C项,状态Ⅰ的初始投料n(A)∶n(B)=1∶3,向体系中加入C时,相当于投料n(A)∶n(B)=1∶2,状态Ⅰ和状态Ⅱ不是等效平衡,状态Ⅱ达到状态Ⅰ的等效平衡需再加入一定量B,即状态Ⅱ平衡正向移动才能达到状态Ⅰ的等效平衡,因此A的体积分数φ(Ⅱ)>φ(Ⅰ),正确;D项,化学平衡常数只与温度有关,状态Ⅰ和状态Ⅱ温度相同,所以平衡常数相同,错误。
6.答案　(1)1∶4　变大
(2)d　c　小于
(3)×或×等
(4)选择合适催化剂等
解析　(1)由题意可知,CO2催化加氢合成C2H4的化学方程式为2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g),产物的物质的量之比n(C2H4)∶n(H2O)=1∶4;反应达平衡时,增大压强,平衡向右移动,n(C2H4)变大。(2)原料初始组成n(CO2)∶n(H2)=1∶3,符合化学计量数之比,故反应体系中x(CO2)∶x(H2)始终为1∶3,x(C2H4)∶x(H2O)始终为1∶4,结合题图中曲线起点的x值可知,曲线a、c分别对应H2、CO2,曲线b、d分别对应H2O、C2H4;由曲线变化可知,升高温度,平衡向左移动,故反应的ΔH小于0。(3)题图中A点x(H2)=0.39、x(H2O)=0.39,则x(CO2)=,x(C2H4)=,体系压强为0.1 MPa,该温度下Kp==(MPa)-3=× (MPa)-3。(4)催化剂可以提高反应速率及反应的选择性。
BD　从虚线可知,随温度升高NO平衡转化率逐渐降低,说明平衡逆向移动,则NO与O2生成NO2的反应为放热反应,ΔH<0,A项错误;图像中实线的最高点为恰好平衡点,X点未达到平衡,延长时间反应继续向右进行,NO转化率增大,B项正确;Y点为平衡点,增大O2浓度,平衡正向移动,可以提高NO转化率,C项错误;该反应的平衡常数表达式为K=,因该温度下NO转化率为50%,则K=>=
2 000,D项正确。
8.答案　(1)①137　②升高温度　减小压强(增大体积)　③×p
解析　(1)①根据题意可知:
ⅰ.C2H6(g) C2H4(g)+H2(g)　ΔH1
ⅱ.C2H6(g)+O2(g) 2CO2(g)+3H2O(l)　DH2=-1 560 kJ·mol-1
ⅲ.C2H4(g)+3O2(g) 2CO2(g)+2H2O(l)　DH3=-1 411 kJ·mol-1
ⅳ.H2(g)+O2(g) H2O(l)　DH4=-286 kJ·mol-1
根据盖斯定律,反应ⅰ=ⅱ-ⅲ-ⅳ,则DH1=DH2-DH3-DH4=137 kJ·mol-1。
②由①及反应方程式知,该反应为气体分子数增大的吸热反应,温度升高,平衡正向移动;减小压强或增大体积,平衡正向移动。
③假设起始n(C2H6)为1 mol,则C2H6的转化量为1 mol×α=α mol。根据题意,列三段式:
C2H6(g) C2H4(g)+H2(g)
起始量　　1 mol　　 0　　 1 mol
转化量　　α mol　　 α mol α mol
平衡量　　(1-α)mol　　α mol　　(1+α)mol
平衡时气体总物质的量n总=(2+α)mol,故p(C2H6)=×p,p(C2H4)=×p,p(H2)=×p,则Kp==
=×p。
9.答案　(1)-49　
(2)①
②b　总反应ΔH<0,升高温度时平衡向逆反应方向移动,甲醇的物质的量分数变小
③33.3%　5×105 Pa,210 ℃　9×105 Pa,250 ℃
解析　(1)根据盖斯定律,总反应=反应①+反应②,则ΔH=ΔH1+ΔH2=-49 kJ·mol-1。
(2)①结合总反应的化学方程式可知Kp=。
②总反应为反应前后气体体积减小的放热反应,当其他条件不变,升高温度或减小压强时,平衡逆向移动,x(CH3OH)减小,则a为250 ℃下的x(CH3OH)~p曲线,b为p=5×105 Pa下的x(CH3OH)~t曲线。
③当x(CH3OH)=0.10时,设CO2、H2起始物质的量分别为a mol、3a mol,
CO2转化了b mol,列三段式:
CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)
始/mol　　a　　 3a　 　0　　 0
转/mol　　b　　 3b　　 b　　 b
平/mol　　a-b　　3a-3b　　 b　　 b
x(CH3OH)==0.10,得a=3b,CO2的平衡转化率α=×100%≈33.3%;分析题给图像,x(CH3OH)=0.10时,曲线a相应的点表示温度250 ℃、压强9×105 Pa,曲线b相应的点表示压强5×
105 Pa、温度210 ℃。
答案　(2)0.975　该反应气体分子数减少,增大压强,α提高。
5.0 MPa>2.5 MPa=p2,所以p1=5.0 MPa　温度、压强和反应物的起始浓度(组成)
(3)p　
(4)升高温度,k增大使v逐渐提高,但α降低使v逐渐下降。ttm后,k增大对v的提高小于α引起的降低
解析　(2)该反应的正反应是气体分子数减小的反应,压强增大,平衡正向移动,SO2的平衡转化率变大,故在相同温度下,压强越大,SO2的平衡转化率越高,则p1=5.0 MPa,由题图可知在550 ℃、5.0 MPa时,α=0.975;由该反应的正反应是气体分子数减小的放热反应可知,影响α的因素有压强、温度和反应物的起始浓度等。
(3)设充入气体的总物质的量为100 mol,则SO2为2m mol,O2为m mol,N2为(100-3m)mol,SO2的转化率为α,列三段式为:
SO2(g)　+　O2(g) SO3(g)
n(起始)/mol　　2m　　 m　　 0
n(转化)/mol　　2mα　　 mα　　 2mα
n(平衡)/mol　　2m-2mα　　m-mα　　2mα
故平衡时容器中的气体的总物质的量为(2m-2mα+m-mα+2mα+100-3m)mol=(100-mα)mol。各物质的分压分别为p(SO2)=p ,p(O2)=p,p(SO3)=p,故Kp==。
(4)由反应的速率方程可知,当α'=0.90时,(1-nα')是常数,温度大于tm后,温度升高,k增大,而v逐渐下降,原因是SO2(g)+O2(g) SO3(g)是放热反应,升高温度时平衡逆向移动,α减小,(-1)0.8减小,k增大对v的提高小于α引起的降低。
11.答案　(4)①该反应为放热反应,温度升高,平衡逆向移动(或平衡常数减小)　②分子筛膜从反应体系中不断分离出H2O,有利于反应正向进行,甲醇产率升高　③210
解析　(4)①由题给热化学方程式知,该反应为放热反应,升高温度平衡向吸热方向移动,即平衡逆向移动,导致甲醇产率降低;②已知分子筛膜能够选择性分离出产物H2O,使用分子筛膜有利于反应正向进行,使产率增大;③根据题图可知,使用分子筛膜在210 ℃下甲醇产率最大。
三年模拟练
1.C 2.D 3.D 4.D
C　由图(Ⅰ)可知,反应达到平衡时,Δc(A)∶Δc(B)∶Δc(C)=
0.2 mol·L-1∶0.6 mol·L-1∶0.4 mol·L-1=1∶3∶2,所以反应的化学方程式为A(g)+3B(g) 2C(g);在(t1+10)min时,保持其他条件不变,增大压强,平衡向气体体积减小的方向移动,即平衡向正反应方向移动,故A错误;(t1+10) min时,保持容器总压强不变,通入稀有气体,体积增大,气体A、B、C的分压减小,所以平衡向逆反应方向移动,故B错误;T ℃时,在相同容器中,若由0.3 mol·L-1 A、0.1 mol·L-1 B和0.4 mol·L-1 C反应,根据化学方程式中的化学计量数比换算成同一半边的物质时,相当于0.5 mol·L-1 A和0.7 mol·L-1 B反应,则与图(Ⅰ)中反应的平衡为等效平衡,达到平衡后,C的浓度仍为0.4 mol·
L-1,故C正确;由图(Ⅱ)可知T1 ℃>T2 ℃,升高温度B的体积分数增大,说明升高温度平衡向逆反应方向移动,所以A的平衡转化率减小,故D错误。
素养解读
　　本题通过化学平衡图像考查学生利用外界条件对化学平衡的影响规律推测平衡移动的方向以及浓度的变化,体现了变化观念与平衡思想的学科核心素养。
2.D　向反应体系Cl2(aq)+H2O(l) HCl(aq)+HClO(aq)中加入NaOH溶液,平衡正向移动,颜色变浅,A正确;2NO2(g) N2O4(g)的ΔH<0,为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,颜色变深,B正确;一定温度下,向体积不变的反应体系2HI(g) H2(g)+I2(g)中加入HI,I2浓度变大,颜色变深,C正确;一定温度下,向体积不变的反应体系CaCO3(s) CaO(s)+CO2(g)中通入CO2,由于平衡常数K=c平(CO2),温度不变,平衡常数不变,则平衡后c(CO2)不变,D错误。
3.D　已知①Ag2SO4(s) Ag2O(s)+SO3(g),②2SO3(g) 2SO2(g)+O2(g),平衡时c(SO2)=0.1 mol·L-1,则反应②消耗0.1 mol·
L-1SO3,测得平衡时c(SO3)=0.4 mol·L-1,则反应①共生成SO3的浓度为0.4 mol·L-1+0.1 mol·L-1=0.5 mol·L-1。由上述分析可知,反应②中SO3的分解率为×100%=20%,A正确;反应①中只有SO3为气体,平衡时c(SO3)=0.4 mol·L-1,则反应①的平衡常数K=0.4 mol·L-1,B正确;0~10 min时间段内v(SO2)==0.01 mol·L-1·min-1,
v(O2)=v(SO2)=0.005 mol·L-1·min-1,C正确;温度不变,体积缩小为原来的一半,体系的压强增大,平衡向气体体积减小的方向移动,最终达到平衡时n(SO2)减小,D错误。
D　该反应为吸热反应,升高温度,平衡正向移动,COCl2浓度逐渐降低,CO、Cl2浓度逐渐升高,故A正确;第4~10 min内,Δc(Cl2)=0.11 mol·
L-1-0.095 mol·L-1=0.015 mol·L-1,平均反应速率v(Cl2)=
=2.5×10-3 mol·L-1·min-1,故B正确;由图可知,第8 min时,c(CO)=0.085 mol·L-1,c(COCl2)=0.04 mol·L-1,c(Cl2)=0.11 mol·
L-1,化学平衡常数K==0.233 75 mol·L-1,故C正确;第10 min时改变的条件应为移走一部分CO,平衡正向移动,COCl2的浓度应逐渐减小,故D错误。
素养解读
　　本题通过观察图像中各物质的浓度变化来判断化学平衡移动及计算化学反应速率,体现了变化观念与平衡思想的学科核心素养。
5.答案　(1)①BD　②=　③ (mol·L-1)-2
(2)H2-2e- 2H+
(3)①N2(g)+O2(g) 2NO(g)　ΔH=+180.5 kJ·mol-1　②反应Ⅱ　反应Ⅰ为放热反应,在840 ℃时,反应达到平衡状态,继续升高温度,平衡逆向移动,从而使NO的物质的量减少　60%
解析　(1)①A项,3v(N2)=v(H2),不能说明正、逆反应速率相等,不能说明反应达到平衡状态;B项,反应前后气体的总质量不变,物质的量变化,则混合气体的平均相对分子质量为变量,混合气体的平均相对分子质量不变能说明反应达到平衡状态;C项,反应前后气体的总质量不变,体积不变,容器中气体的密度始终不变,因此容器内混合气体密度保持不变,不能说明反应达到平衡状态;D项,随着反应的进行,N2的浓度不断减小,NH3的浓度不断增大,N2和NH3的浓度之比不断减小,当N2和NH3的浓度之比不再随时间改变,说明反应达到平衡状态。②恒温恒容下投入1 mol N2(g)和3 mol H2(g)与投入2 mol NH3(g)达到的平衡为完全等效平衡,所以平衡时甲、乙容器中c(NH3)相等,即c1=c2。③根据N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH=-92.0 kJ·mol-1可知,平衡时放出18.4 kJ的热量,反应生成NH3的物质的量为0.4 mol,浓度为
0.2 mol·L-1,再根据表格中的数据,列出三段式:
N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)
初始浓度(mol·L-1)　　0.5　　1.5　 　0
转化浓度(mol·L-1)　　0.1　　0.3　　 0.2
平衡浓度(mol·L-1)　　0.4　　1.2　　 0.2
反应的平衡常数K= (mol·L-1)-2。
(2)根据图1分析可知,阳极上氢气失去电子生成氢离子,电极反应为H2-2e- 2H+。
(3)①反应Ⅰ:4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g)　ΔH=-906 kJ·
mol-1,反应Ⅱ:4NH3(g)+3O2(g) 2N2(g)+6H2O(g)　ΔH=-1 267 kJ·
mol-1,根据盖斯定律,将(Ⅰ-Ⅱ)×得N2(g)+O2(g) 2NO(g)　ΔH=+180.5 kJ·mol-1。②由图2可知,该催化剂在较高温度时,生成的NO的物质的量大于氮气的物质的量,在较低温度时,生成的N2的物质的量大于NO的物质的量,所以该催化剂在较高温度下主要选择反应Ⅰ,在较低温度下主要选择反应Ⅱ;反应Ⅰ为放热反应,在840 ℃时,反应达到平衡状态,继续升高温度,平衡逆向移动,从而使NO的物质的量减少;在1 L密闭容器中充入1 mol NH3和2 mol O2,520 ℃时n(NO)=n(N2)=0.2 mol,则:
4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g)
转化物质的量(mol)　　0.2　　0.25　 　0.2　　0.3
4NH3(g)+3O2(g) 2N2(g)+6H2O(g)
转化物质的量(mol)　　0.4　　0.3　　 0.2　　0.6
所以NH3的转化率为×100%=60%。
素养解读
　　本题通过对合成氨问题的考查,增强了将化学反应原理应用于生产的意识,提高学生理论联系实际的能力,体现了科学态度与社会责任的学科核心素养。
6.答案　(1)
(2)bd
(3)B
(4)①放热　②反应物浓度越大,反应速率越快
解析　(1)500 ℃时,从反应开始到平衡状态,CH3OH的物质的量在
tB min内增加了nB mol,其反应速率为 mol·L-1·min-1,不同物质的反应速率之比等于化学计量数之比,则以H2的浓度变化表示的化学反应速率是 mol·L-1·min-1。
v生成(CH3OH)表示正反应速率,v消耗(CO)也表示正反应速率,
v生成(CH3OH)=v消耗(CO)不能判断反应达到化学平衡状态,a不符合题意;该反应为反应前后气体体积减小的反应,混合气体的总质量不变,则混合气体的平均相对分子质量不再改变时,表明该可逆反应达到化学平衡状态,b符合题意;混合气体的总质量不变,容器体积恒定,则混合气体的密度始终不变,c不符合题意;CH3OH的浓度不再变化时,表明该可逆反应达到化学平衡状态,d符合题意。
(3)CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)是放热反应,为了增加甲醇产量,则要使该反应的平衡正向移动,升高体系的温度,平衡逆向移动,减小压强,平衡逆向移动,都不利于增加甲醇含量,而降低温度,反应速率减小,所以工厂应采取的措施是适宜温度、高压、催化剂。
(4)①根据表中的数据分析可知,反应后体系温度高于反应前温度,说明该反应属于放热反应;②根据实验1、3、4、6的数据分析可知,其他条件均相同情况下,盐酸浓度越大,碳酸钙消失所用的时间越短,即反应速率越快。
7.答案　(1)①变小　②B　③B
(2)①5.31　②9×103(或9 000)　③D　B
解析　(1)①根据表格数据可知,反应在15 min时达到平衡状态,由于在0~5 min内反应未达到平衡,所以若不使用催化剂,反应速率减慢,则0~5 min内NO2的转化率将变小。②反应2NO2(g)+4CO(g) N2(g)+4CO2(g)　ΔH=-1 227.8 kJ/mol的正反应是反应前后气体体积减小的放热反应;A项,无论反应是否达到平衡状态,CO的化学反应速率均为N2的4倍,因此不能说明反应达到平衡状态;B项,反应在恒容密闭容器中进行,反应混合物中只有NO2是有色气体,因此若混合气体的颜色不再变化,说明反应达到了平衡状态;C项,化学平衡常数K只与温度有关,温度不变,K不变,因此不能说明反应达到平衡状态;D项,反应在恒容密闭容器中进行,反应混合物都是气体,气体的体积、质量始终不变,因此气体密度始终不变,不能说明反应达到平衡状态。③根据平衡移动原理,增大压强,平衡向气体体积减小的方向移动,降低温度,化学平衡向放热反应方向移动,由于该反应的正反应是反应前后气体体积减小的放热反应,因此要提高该反应中NO2的平衡转化率,可采取的措施是低温高压,故选B。
①相同温度时,在恒容密闭容器中,气体的压强之比等于气体的物质的量之比,在反应开始时加入了3.7 mol CO,反应达到平衡时测得体系的压强为原来的,所以平衡时气体的物质的量为×
3.7 mol=1 mol,假设平衡时反应产生Ni(CO)4的物质的量为x mol,则反应消耗CO物质的量为4x mol,平衡时CO物质的量为(3.7-4x) mol,则(3.7-4x) mol+x mol=1 mol,解得x=0.9,由化学方程式可知消耗Ni的物质的量与反应产生的Ni(CO)4的物质的量相同,所以10 min内反应消耗Ni的物质的量为0.9 mol,其质量是m(Ni)=0.9 mol×59 g/
mol=53.1 g,故0~10 min内平均反应速率v(Ni)=53.1 g÷10 min=
5.31 g/min。②当反应达到平衡时v正=v逆,由于正反应速率v正=k正·
x4(CO),逆反应速率v逆=k逆·x[Ni(CO)4],所以k正·x4(CO)=k逆·
x[Ni(CO)4],=,根据①可知平衡时n[Ni(CO)4]=
0.9 mol,n(CO)=1 mol-0.9 mol=0.1 mol,所以x(CO)==,
x[Ni(CO)4]==,所以==9×103(或 9 000)。③该反应是放热反应,降低温度平衡正向移动,同时正反应速率、逆反应速率均减小,x(CO)减小,x[Ni(CO)4]增大,所以反应重新达到平衡时,v正~x(CO)和v逆~x[Ni(CO)4]相对应的点分别为D、B。
8.答案　(1)CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)　不能
(2)BC
(3)①温度　②>　L表示压强,增大压强,平衡正向移动,α(CO2)增大
(4)①75%　②6.75
解析　(1)由题意可知,该可逆反应的化学方程式为CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g);催化剂能改变反应速率,不能提高CO2的平衡转化率。
(2)对于该可逆反应,若其他条件不变,温度从300 ℃升至500 ℃,重新达到平衡时,H2的体积分数增大,说明正反应为放热反应,故A正确;正反应为放热反应,所以升高温度平衡逆向移动,K(500 ℃)(3)①根据化学方程式CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)及反应的ΔH<0可知,其他条件一定时,升高温度,CO2的平衡转化率降低,其他条件一定时,增大压强,CO2的平衡转化率升高,所以X表示的物理量是温度。②L表示压强,由于增大压强,平衡正向移动,α(CO2)增大,所以L1>L2。
(4)①根据题图2可知,4 min时反应达到平衡状态,此时气体总压强为0.7p0,设发生反应的CO2为x mol,列出三段式:
CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)
起始物质的量(mol)　　 1.0　　4.0　 　0　　0
转化物质的量(mol)　　 x　　 4x　 　x　　2x
平衡物质的量(mol)　　1.0-x　　4.0-4x　　 x　　2x
在温度相同、体积相同的条件下压强与物质的量成正比,所以=,解得x=0.75,α(CO2)=×100%=75%。②T1温度下该反应的化学平衡常数K== (mol/L)-2
=6.75(mol/L)-2。
素养解读
　　本题考查化学反应历程分析、化学平衡的影响因素、化学平衡常数计算以及化学平衡的图像分析,注意平衡常数的表达式及计算方法,明确化学平衡的影响因素。能依据图形信息建构模型,建立解决复杂化学问题的思维框架,体现了证据推理与模型认知的学科核心素养。
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