2024年新教材高考化学第二轮专题练习--专题7　化学反应速率与化学平衡（含答案）

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2024年新教材高考化学第二轮专题
专题七　化学反应速率与化学平衡　
A组　基础巩固练
1.(2023·北京西城区一模)探究影响H2O2分解速率的因素,实验方案如图所示。
下列说法不正确的是(　　)
A.对比①②,可探究FeCl3溶液对H2O2分解速率的影响
B.对比②③④,可探究温度对H2O2分解速率的影响
C.若用MnO2固体代替FeCl3溶液,反应速率不变
D.H2O2易溶于水,主要是由于H2O2与H2O分子之间能形成氢键
2.(2023·福建省名校联盟联考)研究CH3I与自由基Cl原子(用Cl*表示)的反应有助于保护臭氧层。已知:Cl*+CH3I反应有4条反应路径(TS表示过渡态,IM表示中间物)如图所示。基元反应指反应中一步直接转化为产物,下列说法错误的是(　　)
A.路径①的ΔH>0
B.路径②是基元反应
C.路径③的速率最快
D.路径④的逆反应的活化能最大
3.(2023·安徽淮北一模)一定温度下,在密闭容器中发生反应:BaSO4(s)+4H2(g)BaS(s)+4H2O(g)　ΔH>0。下列说法正确的是(　　)
A.在恒容条件下,向平衡体系中充入惰性气体,平衡不移动
B.在恒压条件下,向平衡体系中加入H2,BaSO4的转化率不变
C.混合气体的物质的量不再发生变化可说明反应达到平衡
D.该反应在任何温度下都能自发进行
4.(2023·辽宁葫芦岛一模)活性炭基材料烟气脱硝技术备受当前研究者关注,其反应原理为C(s)+2NO(g)CO2(g)+N2(g)　ΔH>0。下列说法不正确的是(　　)
A.增大压强,平衡向脱硝方向移动
B.上述脱硝反应平衡常数K=
C.若恒容体系内密度恒定不变,反应达到了平衡
D.每处理标准状况下2.24 L NO,转移电子0.2 mol
5.(2023·辽宁鞍山一模)T0时,向容积为5 L的恒容密闭容器中充入一定量的A(g)和B(g),发生反应:2A(g)+B(g)3C(g)+D(g)　ΔH<0。测得反应过程中的部分数据如表所示,下列说法错误的是 (　　)
t/min n(A)/mol n(B)/mol
0 4.0 2.0
5 2.0 1.0
10 2.0 1.0
A.其他条件不变,温度变为T1时,平衡时测得C的浓度为0.8 mol·L-1,则T1>T0
B.8 min时,该反应的v(正)=v(逆)
C.5 min时,该反应达到平衡状态,且A、B的转化率相等
D.平衡时,C的体积分数约为42.9%
6.(2023·吉林通化模拟)在10 L密闭容器中,A、B、C三种气态物质构成了可逆反应的体系;当在某一温度时,A、B、C物质的量与时间的关系如图甲,经过相同时间C的百分含量与温度的关系如图乙。
下列分析正确的是(　　)
A.该反应的化学方程式为2A(g)+B(g)2C(g)
B.0~4 min内,B的平均反应速率为0.05 mol·L-1·min-1
C.由T1向T2变化时,正反应速率大于逆反应速率
D.该反应正反应是吸热反应
7.(2023·安徽省鼎尖名校联考)CO2的有效利用对发展碳循环经济产生了巨大的影响。其中利用CO2和H2,在一定条件下合成乙醇的反应为2CO2(g)+6H2(g)C2H5OH(g)+3H2O(g)　ΔH。向2 L刚性不可变容器中充入1 mol CO2和3 mol H2,单位时间内测得CO2的转化率随温度变化关系如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.上述反应的ΔH>0
B.混合气体的密度保持不变时,说明该反应达平衡状态
C.c点平衡后,向容器中再充入等量原反应气体,达新平衡时,CO2的转化率增大
D.反应从开始到a点需时5 min,5 min内用H2表示的反应速率为0.3 mol·L-1·min-1
8.(2023·河南省豫南地区联考)三氯氢硅(SiHCl3)是制备硅烷、多晶硅的重要原料,在催化剂作用下可发生反应:2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+SiCl4(g),在50 ℃和70 ℃时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。
下列叙述不正确的是(　　)
A.该反应为吸热反应
B.反应速率大小:v(a)>v(b)
C.70 ℃时,平衡常数K≈0.02
D.增大压强,可以提高SiHCl3的平衡转化率,缩短达平衡的时间
9.(2023·广东广州一模)向密闭容器中充入S2Cl2、Cl2和SCl2,发生反应S2Cl2(g)+Cl2(g)2SCl2(g),S2Cl2与SCl2的初始消耗速率(v)与温度(T)的关系如图所示(图中A、B点处于平衡状态),下列说法不正确的是(　　)
A.a为v(SCl2)随温度的变化曲线
B.该反应的ΔH<0
C.200 ℃下反应一段时间,S2Cl2的物质的量增多
D.反应达到平衡后向体系中充入氮气,平衡不移动
10.(2023·河北省名校联盟联考)T ℃时,将2.0 mol A(g)和2.0 mol B(g)充入容积为1 L的密闭容器中,在一定条件下发生反应:A(g)+B(g)2C(g)+D(s)　ΔH<0;t时刻反应达到平衡时,C(g)为2.0 mol。下列说法正确的是(　　)
A.t时刻反应达到平衡时,A(g)的体积分数为20%
B.T ℃时,该反应的化学平衡常数为K=8.0
C.t时刻反应达到平衡后,缩小容器的容积,平衡逆向移动
D.T ℃时,若将A(g)、B(g)各1.0 mol充入同样容器,平衡后,A的转化率α(A)为50%
11.(2023·天津市第一中学二模)一定条件下,CO2(g)+3H2(g)H2O(g)+CH3OH(g)　ΔH=-53.7 kJ·mol-1;向2 L恒容恒温密闭容器中充入1 mol CO2和2.8 mol H2反应,图中过程Ⅰ、Ⅱ是在两种不同催化剂作用下建立平衡的过程中CO2的转化率[α(CO2)]随时间(t)的变化曲线。下列说法不正确的是(　　)
A.m点:v(正)>v(逆)
B.活化能:过程Ⅱ>过程Ⅰ
C.n点时该反应的平衡常数K=50
D.过程Ⅰ,t2时刻改变的反应条件可能是升高温度
12.(2023·湖北襄阳一模)在160 ℃、200 ℃条件下,分别向两个容积为2 L的刚性容器中充入2 mol CO和2 mol N2O,发生反应:CO(g)+N2O(g)CO2(g)+N2(g)　ΔH<0。实验测得两容器中CO或N2的物质的量随时间的变化关系如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.当容器中混合气体的密度不随时间变化时,该反应达到平衡状态
B.ac段N2的平均反应速率为0.10 mol·L-1·min-1
C.逆反应速率:c>b>d
D.160 ℃时,该反应的平衡常数Kp=9
13.(2023·福建师大附中一模)工业上,裂解正丁烷可以获得乙烯、丙烯等化工原料。
反应1:C4H10(g,正丁烷)CH4(g)+C3H6(g)　ΔH1
反应2:C4H10(g,正丁烷)C2H6(g)+C2H4(g)　ΔH2
已知几种共价键的键能如下表:
共价键 C—H CC C—C
键能/(kJ·mol-1) 413 614 347
(1)根据上述数据估算,ΔH1=　　　 kJ·mol-1。
(2)正丁烷和异丁烷之间转化的能量变化如图所示。
图1
①正丁烷气体转化成异丁烷气体的热化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
②下列有关催化剂的叙述错误的是　　　　　(填字母)。
A.能改变反应途径
B.能降低反应焓变
C.能加快反应速率
D.能增大平衡常数
(3)向密闭容器中投入一定量的正丁烷,发生反应1和反应2,测得正丁烷的平衡转化率(α)与压强(p)、温度(T)的关系如图所示。
图2
①p1、p2、p3由小到大的顺序为 　　　　　　　　　。
②随着温度升高,三种不同压强下正丁烷的平衡转化率趋向相等,原因是 　　　　　　　　　。
(4)在一定温度下,向恒容密闭容器中投入正丁烷,同时发生反应1和反应2,测得部分物质的浓度与时间的关系如图,平衡时压强为17a kPa。
图3
①7 min时改变的条件可能是　　　(填字母)。
A.增大压强
B.增大正丁烷的浓度
C.加入催化剂
②该温度下,反应1的平衡常数Kp=　　　 kPa。(提示:组分分压=总压×体积分数)
B组　能力提升练
1.(2023·江苏泰州中学调研)高炉炼铁的反应为Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g)　ΔH=-23.5 kJ·mol-1。下列有关说法正确的是(　　)
A.该反应一定能自发进行,则该反应的ΔS>0
B.升高温度使反应物活化分子数增多,能提高反应速率和CO平衡转化率
C.增加炼铁炉高度,延长CO和铁矿石接触时间,能降低平衡时尾气中CO的体积分数
D.制备的生铁中含少量FexC,相同条件下与酸反应放出氢气的速率比纯铁慢
2.(2023·河南省名校联盟联考)常温常压下,在3种不同碳负载的铜微粒(a、b和c)上,选择性电催化乙炔加氢制乙烯(H+电还原为H2的反应可同时发生),相对能量变化如图,下列说法错误的是(　　)
A.析氢反应是电催化乙炔加氢制乙烯的竞争反应
B.析氢反应的能力:a>c>b
C.吸附C2H2的能力:aD.ⅰ生成ⅱ是乙炔加氢制乙烯反应历程中的决速步骤
3.(2023·山东烟台诊断)某密闭容器中充入等物质的量的A和B,一定温度下发生反应A(g)+xB(g)2C(g),达到平衡后,在不同的时间段内反应物的浓度随时间的变化如甲图所示,正、逆反应速率随时间的变化如乙图所示。下列说法错误的是(　　)
A.前20 min B的平均反应速率为0.05 mol·L-1·min-1
B.30~40 min间该反应使用了催化剂
C.化学方程式中的x=1,正反应为放热反应
D.30 min、40 min时分别改变的条件是减小压强、升高温度
4.(2023·天津十二区重点校联考)某温度下,在2 L的密闭容器中,加入1 mol X(g)和2 mol Y(g)发生反应:X(g)+mY(g)3Z(g),平衡时,X、Y、Z的体积分数分别为30%、60%、10%。在此平衡体系中加入1 mol Z(g),再次达到平衡后,X、Y、Z的体积分数不变。下列叙述不正确的是(　　)
A.m=2
B.两次平衡的平衡常数相同
C.X与Y的平衡转化率之比为1∶1
D.第二次平衡时,Z的浓度为0.4 mol·L-1
5.(2023·北京东城区一模)某温度下,H2(g)+I2(g)2HI(g)的平衡常数K=4。该温度下,在甲、乙、丙、丁4个相同的恒容密闭容器中进行该反应,起始浓度如下表所示。
编号 甲 乙 丙 丁
c(H2)/(mol·L-1) 0.01 0.02 0.01 0.02
c(I2)/(mol·L-1) 0.01 0.01 0.01 0.01
c(HI)/(mol·L-1) 0 0 0.02 0.02
下列判断不正确的是(　　)
A.化学反应速率:乙>甲
B.平衡时,甲中I2的转化率为50%
C.平衡时,丙中c(I2)=0.01 mol·L-1
D.平衡时,乙和丁中相等
6.(2023·辽宁葫芦岛协作校联考)某温度下,在1 L恒容密闭容器中投入10 mol N2O5发生反应N2O5(g)N2O(g)+2O2(g),有关数据如下表所示。下列说法正确的是(　　)
时间/s 0~10 10~20 20~30 30~40
产物O2的平均生成速 率/(mol·L-1·s-1) 0.20 0.16 0.10 0.00
A.O2的平均生成速率越来越小是因为容器的压强越来越小
B.15 s若向体系中充入N2O,平衡一定逆向移动
C.20 s时N2O5的转化率为8%
D.35 s时,向体系中又充入N2O5,再次平衡时,其体积分数将增大
7.(2023·湖北省部分重点校联考)恒温密闭容器发生可逆反应:Z( )+W( )X(g)+Y( )　ΔH,在t1时刻反应达到平衡,在t2时刻缩小容器体积,t3时刻再次达到平衡状态后不再改变条件。下列有关说法中,正确的是(　　)
A.该条件下,Z和W中的一种可能为气态
B.t1~t2时间段与t3时刻后,两时间段反应体系中气体的平均摩尔质量不相等
C.若在该温度下该反应的平衡常数表达式为K=c(X),则t1~t2时间段与t3时刻后的X浓度不相等
D.若该反应ΔH>0,则该反应的平衡常数K随温度升高而增大
8.(2023·广东东莞一模)恒温恒容条件下,向密闭容器中加入一定量X,发生反应:①X(g)Y(g);②Y(g)Z(g)。已知v=kc(反应物),k为速率常数,如图表明三种物质浓度随时间的变化以及k受温度的影响。下列说法不正确的是(　　)
A.反应过程体系的压强始终不变
B.c(Y)随时间先增大后减小
C.随c(X)的减小,反应①、②的速率均逐渐降低
D.温度对反应②的k影响更大
9.(2023·湖南郴州一模)T0时,在2 L的密闭容器中发生反应:X(g)+Y(g)Z(g)(未配平),各物质的物质的量随时间变化的关系如图a所示。其他条件相同,温度分别为T1、T2时发生反应,X的物质的量随时间变化的关系如图b所示。下列叙述中正确的是(　　)
A.该反应的正反应是吸热反应
B.T0时,从反应开始到平衡时:v(X)=0.083 mol·L-1·min-1
C.图a中反应达到平衡时,Y的转化率为37.5%
D.T1时,若该反应的平衡常数K的值为50,则T110.(2023·北京延庆区一模)在一定温度下,将1 mol CO2和3 mol H2充入容积为1 L的恒容密闭容器中发生反应并达到平衡:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH<0,测得平衡混合气体中CH3OH的物质的量分数为25%。下列说法不正确的是(　　)
A.平衡混合气体中C原子的物质的量是1 mol
B.该反应的反应物的总能量高于生成物的总能量
C.该反应的化学平衡常数K=
D.其他条件相同时,若起始充入2 mol CO2和6 mol H2,达到平衡时CH3OH的物质的量分数大于25%
11.(2023·河南洛阳六校联考)氢气是一种清洁能源,工业上用水煤气两步法制氢气,第①、②步的反应原理及反应的lg Kp-T关系如图所示。下列有关说法正确的是(　　)
A.反应C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)　ΔH1<0
B.NiFe2O4能降低反应的活化能,提高平衡转化率
C.某温度下,将CO和H2O(g)各1 mol通入容积为1 L的密闭容器中反应,达到平衡状态,若该反应的平衡常数是9,则CO的转化率为75%
D.1 300 ℃时,反应C(s)+2H2O(g)CO2(g)+2H2(g)的平衡常数Kp=8
12.(2023·湖南省名校联合体联考)一定条件下,分别向容积为1 L的密闭容器中充入气体,发生反应:X(g)+Y(g)Z(g),测得实验①、②、③反应过程中体系压强随时间的变化曲线如图所示。下列说法正确的是(　　)
实验 充入气体量 反应过程条件
① 2 mol X+1 mol Y 恒温
② 1 mol Z 恒温
③ 1 mol Z 绝热
A.曲线Ⅰ对应实验②
B.正反应为吸热反应
C.气体的总物质的量:n(c)D.b点平衡常数比c点平衡常数小
13.(2023·山西忻州一模)为了实现碳达峰和碳中和目标,二氧化碳的高效利用成为研究的热点。某研究小组采用双合金团簇催化甲烷干法重整法(DRM)取得了良好的效果。已知:CH4、H2、CO的燃烧热分别为-890.3 kJ·mol-1、-285.8 kJ·mol-1和-283 kJ·mol-1。
(1)甲烷干法重整法(DRM)反应为CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)　ΔH,则ΔH=　 　　　　　　　　。
(2)通过大量的研究Pt12Ni、Sn12Ni、Cu12Ni三种双合金团簇可用于催化DRM反应,在催化剂表面涉及多个基元反应,分别为过程1:甲烷逐步脱氢,过程2:CO2的活化(包括直接活化和氢诱导活化),过程3:C*和CH*的氧化,过程4:扩散吸附反应。其反应机理如图1所示。则CO2的氢诱导活化反应方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,过程3的最终产物为　　　　　,过程4发生扩散吸附的微粒为　　　　　。
图1
(3)三种催化剂催化甲烷脱氯过程的能量变化如图2所示:
图2
①甲烷脱氢过程中最大活化能步骤为　　　　　　　　　　　　　　　　　(用反应方程式表示)。
②Sn12Ni、Pt12Ni、Cu12Ni三种催化剂催化甲烷脱氢过程的脱氢速率分别为v1、v2、v3,则脱氢速率由大到小的顺序为　　　　　。
③Sn12Ni双合金团簇具有良好的抗积碳作用,有效抑制碳沉积对催化剂造成的不良影响,请结合图示解释原因:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)已知:甲烷干法重整法(DRM)过程中发生副反应CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH>0,T ℃时,在恒压反应器中,通入2 mol CH4和1 mol CO2,总压强为p0,平衡时甲烷的转化率为40%,H2O的分压为p。
①关于上述平衡体系,下列说法正确的是　　　　(填字母)。
A.n(CH4)∶n(CO2)=2∶1
B.将H2O(g)液化,可以提高主反应的速率
C.若反应在恒容条件下进行,甲烷转化率小于40%
D.若降低反应温度,主、副反应均逆向进行
②DRM反应的Kp= 　　　　　　　　(列出计算式即可,分压=总压×物质的量分数)。
参考答案
专题七　化学反应速率与化学平衡
A组　基础巩固练
1.C　MnO2和Fe3+都能催化H2O2的分解反应,但不同催化剂的催化效果不同,故反应速率不同,C错误。
2.B　路径②所示反应中有中间产物生成,没有一步直接转化为产物,不是基元反应,B错误。
3.A　在恒容条件下,向平衡体系中充入惰性气体,反应体系中各物质的浓度不变,平衡不移动,A正确;在恒压条件下,向平衡体系中加入H2,平衡正向移动,BaSO4的转化率变大,B错误;该反应是反应前后气体总体积不变的反应,故混合气体的物质的量不变不能说明反应达到平衡,C错误;该反应的ΔH>0、ΔS=0,由于反应吸热,并非在任何温度下都能自发进行,D错误。
4.A　该反应反应前后气体体积不变,改变压强,不影响平衡状态,A错误。
5.A　升高温度,平衡逆向移动,根据图表数据,T0时达到平衡,消耗1 mol B,则生成3 mol C,C的浓度为0.6 mol·L-1,其他条件不变,温度变为T1时,平衡时测得C的浓度为0.8 mol·L-1,说明平衡正向移动,则T1　　　2A(g)+B(g)3C(g)+D(g)
初始/mol 4 2 0 0
转化/mol 2 1 3 1
平衡/mol 2 1 3 1
则平衡时,C的体积分数约为×100%≈42.9%,D正确。
6.C　由题图可知,该反应是可逆反应,A、B、C的物质的量变化量之比=(2.4-1.6)∶(1.6-1.2)∶(0.4-0)=2∶1∶1,故该反应的化学方程式为2A(g)+B(g)C(g),A错误;0~4 min时,A减少(2.4-2.0) mol,则有v(B)==0.005 mol·L-1·min-1,B错误;由T1向T2变化时,C的百分含量增大,平衡正向进行,故正反应速率大于逆反应速率,C正确;T3时反应达到平衡,T3之后,升高温度,平衡逆向移动,逆反应是吸热反应,则正反应是放热反应,D错误。
7.C　根据题图知,b点之前,单位时间内,随着温度的升高,速率加快,所以二氧化碳的转化率增大,但b点之后,温度升高,不利于平衡正向移动,导致二氧化碳的平衡转化率降低,则该反应为放热反应,ΔH<0,A错误;2 L刚性不可变容器中发生反应,气体的总质量不变,容器的容积不变,气体的密度始终不变,不能判断是否达到平衡状态,B错误;c点平衡后,向容器中再充入等量原反应气体,等效于增大压强,则会使平衡正向移动,达新平衡时,CO2的转化率增大,C正确;a点时CO2的转化率为50%,则转化的CO2为0.5 mol,转化的H2为0.5 mol×3=1.5 mol,则有v(H2)=0.15 mol·L-1·min-1,D错误。
8.D　升高温度,SiHCl3的平衡转化率增大,则该反应为吸热反应,A正确;a、b两点的浓度相同,a点的温度大于b点,则反应速率大小:v(a)>v(b),B正确;70 ℃时,达到平衡SiHCl3的平衡转化率为22%,设起始c(SiHCl3)=1 mol·L-1,利用“三段式”计算:
　　　　　　　　2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)
起始浓度/(mol·L-1) 1 0 0
转化浓度/(mol·L-1) 0.22 0.11 0.11
平衡浓度/(mol·L-1) 0.78 0.11 0.11
则平衡常数K=≈0.02,C正确;增大压强,平衡不移动,不能提高SiHCl3的平衡转化率,D错误。
9.C　化学反应速率与反应的系数成正比,由化学方程式可知,平衡时S2Cl2与SCl2的反应速率为1∶2,结合图像可知,图中A、B点处于平衡状态,则正逆反应速率相等,a为v(SCl2)随温度的变化曲线,A正确;随着温度升高,SCl2的消耗速率更大,反应逆向进行,则正反应为放热反应,ΔH<0,B正确;题图中A、B点处于平衡状态,200 ℃下反应没有达到平衡,此时逆反应速率小于正反应速率,反应正向进行,故反应一段时间,S2Cl2的物质的量减小,C错误;反应达到平衡后向体系中充入氮气,不影响反应中各物质的浓度,平衡不移动,D正确。
10.D　t时刻反应达到平衡时,C(g)为2.0 mol,则反应消耗1.0 mol A和1.0 mol B,故A(g)的体积分数为×100%=25%,A错误;T ℃时,A、B、C的平衡浓度(mol·L-1)分别为1.0、1.0和2.0,则该反应的化学平衡常数为K==4.0,B错误;t时刻反应达到平衡后,缩小容器的容积,平衡不移动,C错误;T ℃时,若将A(g)、B(g)各1.0 mol充入同样容器,保持物质的量不变,压缩体积是等效平衡,故A的转化率α(A)为×100%=50%,D正确。
11.C　m点CO2的转化率不是最大,反应向正反应方向进行,则有v(正)>v(逆),A正确;过程Ⅰ先达到平衡状态,说明反应速率快,因此活化能:过程Ⅱ>过程Ⅰ,B正确;n点时CO2的转化率为80%,列出“三段式”:
　　　　CO2(g)+3H2(g)H2O(g)+CH3OH(g)
0.5 1.4 0 0
0.4 1.2 0.4 0.4
0.1 0.2 0.4 0.4
则该反应的平衡常数K==200,C错误;过程Ⅰ,t2时刻转化率降低,说明反应向逆反应方向进行,由于正反应放热,改变的反应条件可能是升高温度,D正确。
12.D　该反应前后气体的物质的量不变,恒温恒容时,容器的压强保持不变,故当容器中混合气体的密度不随时间变化时,不能说明该反应达到平衡状态,A错误;ac段N2的平均反应速率为v==0.05 mol·L-1·min-1,B错误;随着反应的进行,N2的物质的量增大,CO的物质的量减小,故ac曲线表示N2的物质的量随时间的变化,bd曲线表示CO的物质的量随时间的变化,由图中可知ac先达到平衡,说明ac对应的温度更高,故逆反应速率c>d,由d点生成物浓度高于b点,故逆反应速率d>b,因此逆反应速率:c>d>b,C错误;bd曲线对应温度为160 ℃,由题图中数据可知160 ℃时,d点达到平衡,平衡时CO的物质的量为0.5 mol,列出“三段式”分析:
　　　CO(g)+N2O(g)CO2(g)+N2(g)
起始量/mol 2 2 0 0
转化量/mol 1.5 1.5 1.5 1.5
平衡量/mol 0.5 0.5 1.5 1.5
该反应的平衡常数为Kp==9,D正确。
13.答案 (1)+80　(2)①C4H10(g,正丁烷)C4H10(g,异丁烷)　ΔH=-7 kJ·mol-1　②BD
(3)①p1(4)①B　②3a
解析 (1)根据键能计算反应热,ΔH1=(347×2-614) kJ·mol-1=+80 kJ·mol-1。
(2)②催化剂参与化学反应,改变了反应途径,A正确;反应热与产物、反应物的相对能量有关,催化剂同等程度降低正、逆反应活化能,不改变反应热,B错误;催化剂能够加快反应速率,C正确;催化剂同倍数改变正、逆反应速率,平衡不移动,平衡常数不变,D错误。
(3)①正反应是气体分子数增大的反应,减小压强,平衡向正反应方向移动,正丁烷的平衡转化率增大,则p1②压强与温度对正丁烷的平衡转化率都有影响,且结果相反,随着温度升高,平衡转化率最终相同,说明压强对平衡的影响逐渐减小,平衡转化率主要由温度决定。
(4)①增大压强,即缩小容器容积,瞬时CH4浓度增大,随后CH4浓度减小,A错误;增大正丁烷的浓度,平衡向正反应方向移动,CH4浓度增大,B正确;加入催化剂,平衡不移动,甲烷的浓度不变,C错误。②根据题图3,同时发生反应1和反应2,平衡时生成了0.3 mol·L-1的CH4,消耗了0.7 mol·L-1的C4H10,说明反应2生成了0.4 mol·L-1的C2H6,平衡体系中各组分的浓度分别是c(CH4)=c(C3H6)=0.3 mol·L-1,c(C2H6)=c(C2H4)=0.4 mol·L-1,c(C4H10)=0.3 mol·L-1,各组分的分压:p(CH4)=p(C3H6)=×17a kPa=3a kPa,p(C2H6)=p(C2H4)=4a kPa,p(C4H10)=3a kPa,反应1的平衡常数Kp==3a kPa。
B组　能力提升练
1.A　该反应的反应热ΔH<0,要使反应自发进行,要满足ΔH-TΔS<0,则该反应的ΔS>0,A正确;升高温度,使反应物活化分子数增多,能提高反应速率,但由于该反应是放热反应,升高温度,化学平衡会向逆反应方向移动,导致CO平衡转化率降低,B错误;增加炼铁炉高度,延长CO和铁矿石接触时间,不改变其他外界条件,化学平衡不移动,故不能改变平衡时混合气体中CO的体积分数,C错误;制备生铁中若含少量FexC,Fe、FexC及酸溶液构成原电池,使Fe与酸反应放出氢气的速率比纯铁快,D错误。
2.B　选择性电催化乙炔加氢制乙烯和H+电还原为H2的反应可同时发生,均为得到电子被还原的过程,故析氢反应是电催化乙炔加氢制乙烯的竞争反应,A正确;a对应的活化能最大,b对应的活化能最小,活化能越大反应越难进行,即析氢反应的能力:a3.B　前20 min B的平均反应速率为=0.05 mol·L-1·min-1,A正确;30 min时,C和A、B的浓度都下降,而催化剂只会改变反应速率,不会瞬间改变反应物的浓度,B错误;A、B的浓度变化相同,故A、B的化学计量数相同,则x=1,40 min时正逆反应速率都增大,则改变的条件为升高温度,而条件改变后C浓度减小,A、B浓度增大,说明平衡发生了逆向移动,则正反应为放热反应,C正确;30 min时,C和A、B的浓度都下降了,反应速率也减小,但是平衡不移动,经分析x=1,该反应前后气体分子数目不变,则改变的条件为减小压强,D正确。
4.D　向平衡体系中加入1 mol Z(g),再次达到平衡后,X、Y、Z的体积分数不变,说明两种平衡相同,该反应前后气体的总体积不变,则有m+1=3,m=2,A正确;平衡常数只与温度有关,两次平衡温度不变,故两次平衡的平衡常数相同,B正确;起始量X与Y之比为1∶2,等于其化学计量数之比,故X与Y的平衡转化率之比为1∶1,C正确;该反应为反应前后气体总量不变的反应,故第二次平衡时Z的物质的量为4 mol×10%=0.4 mol,c(Z)==0.2 mol·L-1,D错误。
5.D　据题表中数据可知,其他条件相同,乙中c(H2)为甲中的2倍,乙中反应速率较大,A正确;设甲中I2的转化率为x,根据“三段式”有:
　　　　　　H2(g)　+　I2(g)　2HI(g)
起始/(mol·L-1) 0.01 0.01 0
变化/(mol·L-1) 0.01x 0.01x 0.02x
平衡/(mol·L-1) 0.01(1-x) 0.01(1-x) 0.02x
则有K==4,解得x=50%,B正确;根据丙中各数据,浓度商为Q==4=K,平衡不移动,c(I2)=0.01 mol·L-1,C正确;乙中始终保持2∶1,而丁中Q==22,D错误。
6.D　O2的平均生成速率越来越小,主要是N2O5的浓度减小,A错误;15 s时,该体系还没有达到平衡状态,如果N2O的量很少,在一定温度下,若Q7.D　根据题图可知,正反应速率不随反应时间和压强的改变而改变,故Z和W都不是气体,A错误;结合题图可知,X是气体,Y可能不是气体,也可能是气体,若Y不是气体,产物只有X,反应过程中气体的摩尔质量始终不变,若Y是气体,由于生成的X和Y是按照比例生成的,气体平均摩尔质量不会改变,所以两时间段反应体系中气体的平均摩尔质量一定相等,B错误;由于化学平衡常数只与温度有关,该温度下平衡常数的表达式K=c(X)是定值,则t1~t2时间段与t3时刻后的c(X)相等,C错误;该反应ΔH>0则该反应是吸热反应,升高温度平衡正向移动,平衡常数增大,D正确。
8.C　由题图1中信息可知,浓度随时间变化逐渐减小的曲线为X,浓度随时间变化逐渐增大的曲线为Z,浓度随时间变化先增大后减小的曲线为Y。由题图2中信息可知,反应①的速率常数随温度升高增大的幅度小于反应②。两反应中,反应物和生成物都只有一种,且化学计量数都为1,故反应过程中气体的物质的量始终不变,压强始终不变,A正确;c(Y)随时间先增大后减小,B正确;随c(X)的减小,c(Y)先增大后减小,c(Z)不断增大,则反应①的速率逐渐降低,但反应②的速率先升高后降低,C错误;随着温度的升高,反应②的速率常数增大的幅度更大,故温度对反应②的k影响更大,D正确。
9.D　根据“先拐先平,数值大”规律推知,T1>T2,温度越高,X的物质的量越大,则平衡逆向移动,正反应是放热反应,A错误;开始至平衡时间内,v(X)=≈0.042 mol·L-1·min-1,B错误;Y的转化率为×100%=62.5%,C错误;由题图a可知,X、Y、Z物质的量变化之比为1∶1∶2,则反应为X(g)+Y(g)2Z(g),则T0时平衡常数的值约为33.3<50,平衡常数越小,温度越高,D正确。
10.C　根据质量守恒定律可知,1 mol CO2参与反应,平衡时混合气体中C原子的物质的量仍为1 mol,A正确;该反应的ΔH<0,则该反应的反应物的总能量高于生成物的总能量,B正确;设CO2的转化浓度为x mol·L-1,利用“三段式”计算:
　　　　CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
1 3 0 0
x 3x x x
1-x 3(1-x) x x
CH3OH的物质的量分数为25%,则有×100%=25%,解得x=,计算可得该反应的化学平衡常数K=,C错误;其他条件相同时,若起始充入2 mol CO2和6 mol H2,相当于在原平衡基础上缩小容积至原来的,而缩小容积,平衡正向移动,CH3OH的物质的量分数增大,大于25%,D正确。
11.C　对于反应①,升高温度,lg Kp增大,说明升高温度,该反应正向移动,则该反应是吸热反应,ΔH1>0,A错误;NiFe2O4是反应的催化剂,催化剂能降低反应的活化能,但不能改变转化率,B错误;设CO的转化量为x mol,根据已知条件列出“三段式”:
　　　　CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
起始/mol 1 1 0 0
转化/mol x x x x
平衡/mol 1-x 1-x x x
则平衡常数K==9,解得x=0.75,则CO的转化率为×100%=75%,C正确;由题图可知,1 300 ℃时,反应C(s)+2H2O(g)CO2(g)+2H2(g)的lg Kp=6,则有Kp=106,D错误。
12.D　恒温恒容条件下,气体的压强之比等于其物质的量之比,故起始时实验②与③的压强相等,实验①的压强是实验②、③的3倍,则曲线Ⅰ对应实验①,且m=3p,A错误;若实验②与③的温度相等,最终会达到相同的平衡状态,气体压强应相同,实际上曲线Ⅱ的压强大于曲线Ⅲ,说明Ⅱ对应反应气体的总物质的量大,绝热体系不利于Z的分解反应,故该反应正反应是放热反应,B错误;c、d两点的压强相同,体积相同,由于反应吸热,体系③温度低,c点的温度比d点低,则c点的气体物质的量更多,故气体的总物质的量:n(c)>n(d),C错误;该反应是放热反应,温度越低,平衡常数越大,故b点平衡常数小于c点,D正确。
13.答案 (1)+247.3 kJ·mol-1
(2)CO2*+H*CO*+OH*　CO*　H*和OH*
(3)①CH3*CH2*+H*　②v2>v3>v1
③脱氢反应第4步为CH*C*+H*,发生该步反应,三种催化剂中Sn12Ni需要克服的活化能最大,反应不易发生,故产生的积碳较少
(4)①CD　②
解析 (1)由CH4、H2、CO的燃烧热可得热化学方程式如下:
①CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)　ΔH1=-890.3 kJ·mol-1;
②H2(g)+O2(g)H2O(l)　ΔH2=-285.8 kJ·mol-1;
③CO(g)+O2(g)CO2(g)　ΔH3=-283 kJ·mol-1;根据盖斯定律,由①-2×②-2×③可得反应CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g),则ΔH=ΔH1-2ΔH2-2ΔH3=+247.3 kJ·mol-1。
(2)CO2的活化包括直接活化和氢诱导活化,在氢诱导活化中,CO2*+H*→COOH*→CO*+OH*,则CO2的氢诱导活化反应方程式为CO2*+H*CO*+OH*。由题图可知,过程3的最终产物为CO*,过程1甲烷逐步脱氢生成H*,过程3 CO2的活化过程中生成OH*,故过程4发生扩散吸附的微粒为H*和OH*。
(3)①活化能最大的过程为反应的决速步骤,由题图可知,过渡态为TS2的反应为决速步骤,对应反应为CH3*CH2*+H*;②催化剂能够降低反应的活化能,活化能越低,则化学反应速率越大,则有v2>v3>v1;③由题图可知,脱氢反应第4步为CH*C*+H*,发生该步反应,三种催化剂中Sn12Ni需要克服的活化能最大,反应不易发生,故产生的积碳较少。
(4)①投入量n(CH4)∶n(CO2)=2∶1,主反应消耗量n(CH4)∶n(CO2)=1∶1,副反应消耗CO2,因此主副反应消耗量n(CH4)∶n(CO2)≠2∶1,则平衡时体系中n(CH4)∶n(CO2)≠2∶1,A错误;将H2O(g)液化,副反应正向移动,导致CO2和H2浓度减小,CO浓度增大,则主反应的速率减慢,B错误;主反应正向为体积增大的反应,若反应在恒容条件下进行,等效于在恒压的基础上,缩小容积加压,主反应平衡逆向移动,则甲烷转化率小于40%,C正确;由于主、副反应正反应均为吸热反应,则若降低反应温度,主、副反应均逆向进行,D正确。
②对主反应列出“三段式”:
　　　CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)
起始量/mol 2 1 0 0
变化量/mol 0.8 0.8 1.6 1.6
平衡量/mol 1.2 0.2 1.6 1.6
平衡时,设水的物质的量为x mol,根据副反应列“三段式”:
　　　H2(g)+CO2(g)CO(g)+H2O(g)
起始量/mol 1.6 0.2 1.6 0
变化量/mol x x x x
平衡量/mol 1.6-x 0.2-x 1.6+x x
平衡时水的分压为p,在恒温恒压体系下,压强之比等于物质的量之比,则有,x=,n(总)=4.6 mol,则平衡时,p(CH4)=,p(CO2)=×p0,p(CO)=×p0,p(H2)=×p0,故平衡常数为Kp=。
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