第2章 化学反应的方向限度与速率 分层作业（课件版+文档版）鲁科版（2019）高中化学选择性必修1

(共36张PPT)
分层作业11　化学反应速率
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A 级 必备知识基础练
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1.下列有关化学反应速率的说法中正确的是(　　)
A.对任何化学反应来说,反应速率越大,反应现象就越明显
B.化学反应速率通常用单位时间内任何一种反应物浓度的减少或任何一种反应产物浓度的增加来表示
C.若某化学反应的反应速率为0.5 mol·L-1
D.化学反应速率是用来衡量化学反应进行快慢的物理量
D
解析 中和反应速率很快,但有的没有明显现象,A错误;在化学反应中,由于固体和纯液体的浓度视为常数,其浓度变化值为零,故不能用它们表示反应速率,B错误;C项中反应速率单位错误。
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2.在密闭容器里,A与B反应生成C,其反应速率分别用v(A)、v(B)、v(C)表示,已知3v(B)=2v(A)、2v(C)=3v(B),则此反应可表示为(　　)
A.2A+3B═2C B.A+3B═2C
C.3A+2B═3C D.A+B═C
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3.在一定温度下,向一个2 L的真空密闭容器中(预先装入催化剂)通入1 mol N2和3 mol H2,经过一段时间后,测得容器内压强是起始时的0.9倍。在此时间段内H2的平均反应速率为0.1 mol· L-1·min-1,则经过时间为(　　)
A.2 min B.3 min C.4 min D.5 min
B
解析 列三段式: N2　+　3H2 2NH3
起始/mol 1 3 0
转化/mol x 3x 2x
剩余/mol 1-x 3-3x 2x
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4.已知反应4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g)在10 L 密闭容器中进行,半分钟后,水蒸气的物质的量增加了0.45 mol,则此反应的平均速率v(X)可表示为(　　)
A.v(NH3)=0.010 mol·L-1·s-1
B.v(O2)=0.001 0 mol·L-1·s-1
C.v(NO)=0.001 0 mol·L-1·s-1
D.v(H2O)=0.045 mol·L-1·s-1
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5.(2023四川成都高二期中)有关草酸溶液与酸性高锰酸钾溶液反应的实验,下列说法正确的是(　　)
A.高锰酸钾溶液需用盐酸酸化
B.表示该反应原理的离子方程式为
C.用3 mL 0.1 mol· L-1酸性高锰酸钾溶液分别与5 mL 0.1 mol· L-1草酸溶液和5 mL 0.01 mol· L-1草酸溶液反应,观察褪色时间来比较反应速率
D.实验过程中观察到反应开始较慢,后来加快,可能是因为生成的Mn2+对反应有催化作用
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解析 高锰酸钾溶液不能用盐酸酸化,因为KMnO4会氧化Cl-,应该用硫酸酸化,故A错误;表示该反应原理的离子方程式为5H2C2O4+2 +6H+═ 10CO2↑+2Mn2++8H2O,故B错误;该实验方案中酸性高锰酸钾溶液过量,无法观察到明显的褪色现象,故C错误;随着反应的进行,Mn2+浓度增加,反应速率加快,这是由于反应中Mn2+起到了催化剂的作用,故D正确。
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6.在一定温度下的容积不变的容器中进行反应:2X(g)═2Y(g)+Z(g),若Y的浓度由0.048 mol·L-1增加到0.12 mol·L-1需18 s,那么由0.12 mol·L-1增加到0.2 mol·L-1,需要反应的时间是(　　)
A.等于20 s B.等于18 s
C.大于20 s D.大于18 s
C
解析 如果反应速率一直不变,则反应产物浓度的增加量应该与反应时间成正比,根据题意计算Y的浓度由0.12 mol·L-1增加到0.2 mol·L-1所需时间应为20 s;但随着反应的进行反应物浓度会变小,反应速率变慢,因此实际所需时间应该大于20 s,C项正确。
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7.已知:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH=-49.0 kJ·mol-1。一定条件下,向容积为1 L的恒容密闭容器中充入1 mol CO2和3 mol H2,测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化曲线如图所示。下列叙述中正确的是(　　)
A.3 min时,用CO2的浓度表示的正反应速率等于用CH3OH的浓度表示的逆反应速率
B.从反应开始到平衡,H2的平均反应速率v(H2)=0.225 mol·L-1·min-1
C.13 min时,向容器中充入2 mol氦气,该反应的化学反应速率增加
D.13 min时,反应停止
B
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解析 3 min时反应还没有平衡,A项错误。达到平衡时,v(H2)=3v(CO2)= 0.225 mol·L-1·min-1,B项正确。由于容器的容积没有变化,所以通入2 mol氦气各成分的浓度没有变化,化学反应速率不变,C项错误。13 min 时反应达到平衡,正、逆反应速率相等,但不等于零,D项错误。
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8.某温度时,在2 L的容器中X、Y、Z三种物质的物质的量随时间的变化关系曲线如图所示。
(1)由图中的数据分析,容器中发生反应的化学方程式为_______________。
(2)反应开始至2 min末、5 min末时Z的平均反应速率分别为
__________________、__________________。
(3)5 min后Z的生成速率与5 min末Z的生成速率相比________ (填“增大”“减小”或“不变”)。
3X+Y 2Z
0.05 mol·L-1·min-1
0.04 mol·L-1·min-1
不变
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解析 (1)根据题给图示,反应达到平衡时X减少了0.6 mol,Y减少了0.2 mol,Z生成了0.4 mol,故X、Y、Z的物质的量变化之比为3∶1∶2,因5 min后三者共存且物质的量不再变化,故反应的化学方程式为3X+Y 2Z。
(2)根据题图中数据,依据反应速率计算公式可计算出反应速率,需注意Z的初始物质的量是0.1 mol。
(3)5 min后Z的物质的量不再变化,与5 min末Z的反应速率相等。
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B 级 关键能力提升练
以下选择题有1~2个选项符合题意。
9.用纯净的CaCO3固体与100 mL稀盐酸反应制取CO2,反应过程中溶液体积变化忽略不计,实验过程中CO2的体积变化如图所示(CO2的体积已折算为标准状况下的体积)。下列分析正确的是(　　)
A.0E段表示的平均反应速率最大
B.EF段,用HCl表示该反应的平均反应速率为0.4 mol·L-1·min-1
C.0E、EF、FG三段中,该反应用CO2表示的平均反应速率之比为2∶6∶7
D.0~3 min内,该反应的平均反应速率为v(HCl)≈0.23 mol·L-1·min-1
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10.已知某条件下,合成氨反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)的数据如下:
物质 N2 H2 NH3
起始浓度/(mol·L-1) 1.0 3.0 0.2
2 s末浓度/(mol·L-1) 0.6 1.8 1.0
4 s末浓度/(mol·L-1) 0.4 1.2 1.4
当用氨气浓度的增加来表示该反应的化学反应速率时,下列说法错误的是
(　　)
A.2~4 s内的平均反应速率为0.2 mol·L-1·s-1
B.前4 s内的平均反应速率为0.3 mol·L-1·s-1
C.前2 s内的平均反应速率为0.4 mol·L-1·s-1
D.2 s末的反应速率为0.4 mol·L-1·s-1
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解析 化学反应速率是表示一段时间内的平均反应速率而不是某一时刻的瞬时速率,D项错误。
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11.将固体NH4I置于2 L密闭容器中,在某一温度下,发生反应:NH4I(s) NH3(g)+HI(g),2HI(g) H2(g)+I2(g)。2 min后测知H2为1 mol,HI为8 mol,若NH4I的分解速率用v(NH3)表示,下列速率正确的是(　　)
A.1.25 mol·L-1·min-1 B.2 mol·L-1·min-1
C.2.5 mol·L-1·min-1 D.5 mol·L-1·min-1
C
解析 2 min后,容器中H2和HI的浓度分别为0.5 mol·L-1、4 mol·L-1。根据反应可知,碘化铵分解生成的氨气浓度与碘化氢浓度相等,碘化铵分解生成的碘化氢的浓度为4 mol·L-1+2×0.5 mol·L-1=5 mol·L-1,所以2 min后碘化铵分解生成的氨气的浓度:c(NH3)=5 mol·L-1,氨气的平均反应速率为
2.5 mol·L-1·min-1,所以C项正确。
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12.(2023四川成都高二期中)常温下,在一固定容积为2 L的密闭容器中X、Y、Z三种气体的物质的量随时间的变化关系如表所示,当反应到达2 min时放出的热量为Q1 kJ。下列说法正确的是(　　)
时间/min 0 2 4
n(X)/mol 1.0 0.7 0.7
n(Y)/mol 1.0 0.9 0.9
n(Z)/mol 0 0.2 0.2
A.该反应的化学方程式为X(g)+3Y(g)═2Z(g)
B.反应开始至2 min,Z的平均反应速率为0.1 mol· L-1·min-1
C.若使用催化剂,反应到达2 min时放出的热量将大于Q1 kJ
D.反应初始与4 min时容器内压强之比为10∶9
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13.某温度下,在2 L密闭容器中投入一定量的A、B发生反应:3A(g)+bB(g)
cC(g)　ΔH=-Q kJ·mol-1(Q>0)。12 s时反应达到平衡,生成C的物质的量为0.8 mol,反应过程中A、B的物质的量浓度随时间的变化关系如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.前12 s内,A的平均反应速率为0.05 mol·L-1·s-1
B.12 s后,A的消耗速率等于B的生成速率
C.化学计量数之比b∶c=1∶2
D.12 s内,A和B反应放出的热量为0.2Q kJ
AC
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14.一定温度下,在2 L的密闭容器中,X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示。下列描述正确的是(　　)
A.反应开始到10 s末,用Z表示的反应速率为0.158 mol·L-1·s-1
B.反应开始到10 s末,X的物质的量浓度减少了0.79 mol·L-1
C.反应开始到10 s末,Y的转化率为79.0%
D.反应的化学方程式为X(g)+Y(g) Z(g)
C
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15.在一定温度下,10 mL 0.40 mol·L-1 H2O2溶液发生催化分解。不同时刻测得生成O2的体积(已折算为标准状况)如下表:
t/min 0 2 4 6 8 10
V(O2)/mL 0.0 9.9 17.2 22.4 26.5 29.9
下列叙述不正确的是(溶液体积变化忽略不计)(　　)
A.0~6 min的平均反应速率:v(H2O2)≈3.3×10-2 mol·L-1·min-1
B.6~10 min的平均反应速率:v(H2O2)<3.3×10-2 mol·L-1·min-1
C.反应至6 min时,c(H2O2)=0.30 mol·L-1
D.反应至6 min时,H2O2分解了50%
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解析 H2O2的催化分解反应为2H2O2 2H2O+O2↑,根据生成氧气的体积确定过氧化氢的物质的量,6 min时,n(O2)=1×10-3 mol,消耗的H2O2的物质的量n(H2O2)=2×10-3 mol,则剩余H2O2的浓度c(H2O2)=0.20 mol·L-1,C错误;0~6 min,Δc(H2O2)=0.20 mol·L-1,v(H2O2)=0.20 mol·L-1÷6 min≈3.3×
10-2 mol·L-1·min-1,A正确;随着反应进行,过氧化氢浓度减小,反应速率减小,故B正确;开始n(H2O2)=4×10-3 mol,0~6 min消耗了2×10-3 mol,分解率为50%,D正确。
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16.900 ℃时,向2.0 L恒容密闭容器中充入0.40 mol乙苯,发生反应:
经一段时间后达到平衡。反应过程中测定的部分数据见下表:
时间/min 0 10 20 30 40
n(乙苯)/mol 0.40 0.30 0.24 n2 n3
n(苯乙烯)/mol 0.00 0.10 n1 0.20 0.20
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下列说法不正确的是(　　)
A.保持其他条件不变,向容器中充入不参与反应的水蒸气作为稀释剂,则反应速率不变
B.反应在前20 min内的平均速率为v(H2)=0.04 mol·L-1·min-1
C.保持其他条件不变,升高温度,平衡时乙苯的浓度为0.2 mol·L-1
D.30 min后反应达到平衡状态
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17.在2 L密闭容器中进行反应:mX(g)+nY(g) pZ(g)+qQ(g),式中m、n、p、q为物质系数。在0~3 min内,各物质物质的量的变化如下表所示:
时间 物质 X Y Z Q
起始/mol 0.7 1
2 min末/mol 0.8 2.7 0.8 2.7
3 min末/mol 0.8
已知2 min内v(Q)=0.075 mol·L-1·min-1, 。
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(1)试确定以下物质的相关量:起始时n(Y)= ________,n(Q)= ________。
(2)方程式中m=________,n=________,p=________,q=________。
(3)用Z表示2 min内的反应速率__________________。
(4)2 min末Q的转化率为________。
(5)试判断在2 min内v(正) ________ (填“>”“<”或“=”)v(逆),在2 min末~3 min末v(正) ________ (填“>”“<”或“=”)v(逆)。
2.3 mol
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解析 对比X的起始量和2 min末的量可知,起始时反应逆向进行。Δn(Q)=v(Q)·V·Δt=0.075 mol·L-1·min-1×2 L×2 min=0.3 mol。
利用“三段式”法对反应过程分析如下:
　　　 mX +　nY 　 pZ +　qQ
起始/mol 0.7 n(Y) 1 n(Q)
转化/mol Δn(X) Δn(Y) Δn(Z) Δn(Q)
2 min末/mol 0.8 2.7 0.8 2.7
故Δn(X)=0.8 mol-0.7 mol=0.1 mol,Δn(Z)=1 mol-0.8 mol=0.2 mol,
n(Q)=0.3 mol+2.7 mol=3 mol。
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(2)m∶n∶p∶q=Δn(X)∶Δn(Y)∶Δn(Z)∶Δn(Q)
=0.1 mol∶0.4 mol∶0.2 mol∶0.3 mol=1∶4∶2∶3。
(5)起始时反应逆向进行,至2 min末Z的物质的量不再变化,达到平衡状态,故2 min内v(正)1
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C 级 学科素养拔高练
18.某酸性工业废水中含有K2Cr2O7。光照下草酸(H2C2O4)能将其中的
转化为Cr3+。某课题组研究发现,少量铁明矾
[Al2Fe(SO4)4·24H2O]即可对该反应起催化作用。为进一步研究有关因素对该反应速率的影响,探究如下:
(1)在25 ℃下,控制光照强度、废水样品初始浓度和催化剂用量相同,调节不同的初始pH和一定浓度草酸溶液用量,进行下列对比实验。
实验编号 初始pH 废水样品体积/mL 草酸溶液体积/mL 蒸馏水体积/mL
① 4 60 10 30
② 5 60 10 30
③ 5 60 V1 V2
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测得实验①和②溶液中的 浓度随时间变化关系如图所示。
则表格中V1=________,V2=________。
(2)上述反应后草酸被氧化为________ (填化学式)。
(3)实验①和②的结果表明________________________;
实验①中0~t1 min反应速率v(Cr3+)=________ mol·L-1·min-1(用代数式表示)。
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CO2
溶液pH对该反应的速率有影响或溶液pH越小,反应速率越大
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解析 (1)实验①②中初始pH不同,则探究的是pH对反应速率的影响。因此实验②③为探究一定浓度草酸溶液用量对反应速率的影响,实验②③中试剂总体积应相同。
(2)草酸中C元素为+3价,则其被氧化为CO2。分层作业11　化学反应速率
A级必备知识基础练
1.下列有关化学反应速率的说法中正确的是(　　)
A.对任何化学反应来说,反应速率越大,反应现象就越明显
B.化学反应速率通常用单位时间内任何一种反应物浓度的减少或任何一种反应产物浓度的增加来表示
C.若某化学反应的反应速率为0.5 mol·L-1
D.化学反应速率是用来衡量化学反应进行快慢的物理量
2.在密闭容器里,A与B反应生成C,其反应速率分别用v(A)、v(B)、v(C)表示,已知3v(B)=2v(A)、2v(C)=3v(B),则此反应可表示为(　　)
A.2A+3B═2C B.A+3B═2C
C.3A+2B═3C D.A+B═C
3.在一定温度下,向一个2 L的真空密闭容器中(预先装入催化剂)通入1 mol N2和3 mol H2,经过一段时间后,测得容器内压强是起始时的0.9倍。在此时间段内H2的平均反应速率为0.1 mol· L-1·min-1,则经过时间为(　　)
A.2 min B.3 min
C.4 min D.5 min
4.已知反应4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)在10 L 密闭容器中进行,半分钟后,水蒸气的物质的量增加了0.45 mol,则此反应的平均速率v(X)可表示为 (　　)
A.v(NH3)=0.010 mol·L-1·s-1
B.v(O2)=0.001 0 mol·L-1·s-1
C.v(NO)=0.001 0 mol·L-1·s-1
D.v(H2O)=0.045 mol·L-1·s-1
5.(2023四川成都高二期中)有关草酸溶液与酸性高锰酸钾溶液反应的实验,下列说法正确的是(　　)
A.高锰酸钾溶液需用盐酸酸化
B.表示该反应原理的离子方程式为5C2+2Mn+16H+═10CO2↑+2Mn2++8H2O
C.用3 mL 0.1 mol· L-1酸性高锰酸钾溶液分别与5 mL 0.1 mol· L-1草酸溶液和5 mL 0.01 mol· L-1草酸溶液反应,观察褪色时间来比较反应速率
D.实验过程中观察到反应开始较慢,后来加快,可能是因为生成的Mn2+对反应有催化作用
6.在一定温度下的容积不变的容器中进行反应:2X(g)═2Y(g)+Z(g),若Y的浓度由0.048 mol·L-1增加到0.12 mol·L-1需18 s,那么由0.12 mol·L-1增加到0.2 mol·L-1,需要反应的时间是(　　)
A.等于20 s B.等于18 s
C.大于20 s D.大于18 s
7.已知:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH=-49.0 kJ·mol-1。一定条件下,向容积为1 L的恒容密闭容器中充入1 mol CO2和3 mol H2,测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化曲线如图所示。下列叙述中正确的是(　　)
A.3 min时,用CO2的浓度表示的正反应速率等于用CH3OH的浓度表示的逆反应速率
B.从反应开始到平衡,H2的平均反应速率v(H2)=0.225 mol·L-1·min-1
C.13 min时,向容器中充入2 mol氦气,该反应的化学反应速率增加
D.13 min时,反应停止
8.某温度时,在2 L的容器中X、Y、Z三种物质的物质的量随时间的变化关系曲线如图所示。
(1)由图中的数据分析,容器中发生反应的化学方程式为________________。
(2)反应开始至2 min末、5 min末时Z的平均反应速率分别为________、________。
(3)5 min后Z的生成速率与5 min末Z的生成速率相比________ (填“增大”“减小”或“不变”)。
B级关键能力提升练
以下选择题有1~2个选项符合题意。
9.用纯净的CaCO3固体与100 mL稀盐酸反应制取CO2,反应过程中溶液体积变化忽略不计,实验过程中CO2的体积变化如图所示(CO2的体积已折算为标准状况下的体积)。下列分析正确的是(　　)
A.0E段表示的平均反应速率最大
B.EF段,用HCl表示该反应的平均反应速率为0.4 mol·L-1·min-1
C.0E、EF、FG三段中,该反应用CO2表示的平均反应速率之比为2∶6∶7
D.0~3 min内,该反应的平均反应速率为v(HCl)≈0.23 mol·L-1·min-1
10.已知某条件下,合成氨反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的数据如下:
物质 N2 H2 NH3
起始浓度/(mol·L-1) 1.0 3.0 0.2
2s末浓度/(mol·L-1) 0.6 1.8 1.0
4s末浓度/(mol·L-1) 0.4 1.2 1.4
当用氨气浓度的增加来表示该反应的化学反应速率时,下列说法错误的是(　　)
A.2~4 s内的平均反应速率为0.2 mol·L-1·s-1
B.前4 s内的平均反应速率为0.3 mol·L-1·s-1
C.前2 s内的平均反应速率为0.4 mol·L-1·s-1
D.2 s末的反应速率为0.4 mol·L-1·s-1
11.将固体NH4I置于2 L密闭容器中,在某一温度下,发生反应:NH4I(s)NH3(g)+HI(g),2HI(g)H2(g)+I2(g)。2 min后测知H2为1 mol,HI为8 mol,若NH4I的分解速率用v(NH3)表示,下列速率正确的是(　　)
A.1.25 mol·L-1·min-1
B.2 mol·L-1·min-1
C.2.5 mol·L-1·min-1
D.5 mol·L-1·min-1
12.(2023四川成都高二期中)常温下,在一固定容积为2 L的密闭容器中X、Y、Z三种气体的物质的量随时间的变化关系如表所示,当反应到达2 min时放出的热量为Q1 kJ。下列说法正确的是(　　)
时间/min 0 2 4
n(X)/mol 1.0 0.7 0.7
n(Y)/mol 1.0 0.9 0.9
n(Z)/mol 0 0.2 0.2
A.该反应的化学方程式为X(g)+3Y(g)═2Z(g)
B.反应开始至2 min,Z的平均反应速率为0.1 mol· L-1·min-1
C.若使用催化剂,反应到达2 min时放出的热量将大于Q1 kJ
D.反应初始与4 min时容器内压强之比为10∶9
13.某温度下,在2 L密闭容器中投入一定量的A、B发生反应:3A(g)+bB(g)cC(g)　ΔH=-Q kJ·mol-1(Q>0)。12 s时反应达到平衡,生成C的物质的量为0.8 mol,反应过程中A、B的物质的量浓度随时间的变化关系如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.前12 s内,A的平均反应速率为0.05 mol·L-1·s-1
B.12 s后,A的消耗速率等于B的生成速率
C.化学计量数之比b∶c=1∶2
D.12 s内,A和B反应放出的热量为0.2Q kJ
14.一定温度下,在2 L的密闭容器中,X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示。下列描述正确的是(　　)
A.反应开始到10 s末,用Z表示的反应速率为0.158 mol·L-1·s-1
B.反应开始到10 s末,X的物质的量浓度减少了0.79 mol·L-1
C.反应开始到10 s末,Y的转化率为79.0%
D.反应的化学方程式为X(g)+Y(g)Z(g)
15.在一定温度下,10 mL 0.40 mol·L-1 H2O2溶液发生催化分解。不同时刻测得生成O2的体积(已折算为标准状况)如下表:
t/min 0 2 4 6 8 10
V(O2)/mL 0.0 9.9 17.2 22.4 26.5 29.9
下列叙述不正确的是(溶液体积变化忽略不计)(　　)
A.0~6 min的平均反应速率:v(H2O2)≈3.3×10-2 mol·L-1·min-1
B.6~10 min的平均反应速率:v(H2O2)<3.3×10-2 mol·L-1·min-1
C.反应至6 min时,c(H2O2)=0.30 mol·L-1
D.反应至6 min时,H2O2分解了50%
16.900 ℃时,向2.0 L恒容密闭容器中充入0.40 mol乙苯,发生反应:
(g)+H2(g)　ΔH=a kJ·mol-1,经一段时间后达到平衡。反应过程中测定的部分数据见下表:
时间/min 0 10 20 30 40
n(乙苯)/mol 0.40 0.30 0.24 n2 n3
n(苯乙烯)/mol 0.00 0.10 n1 0.20 0.20
下列说法不正确的是(　　)
A.保持其他条件不变,向容器中充入不参与反应的水蒸气作为稀释剂,则反应速率不变
B.反应在前20 min内的平均速率为v(H2)=0.04 mol·L-1·min-1
C.保持其他条件不变,升高温度,平衡时乙苯的浓度为0.2 mol·L-1
D.30 min后反应达到平衡状态
17.在2 L密闭容器中进行反应:mX(g)+nY(g)pZ(g)+qQ(g),式中m、n、p、q为物质系数。在0~3 min内,各物质物质的量的变化如下表所示:
时间 物质
X Y Z Q
起始/mol 0.7 1
2 min末/mol 0.8 2.7 0.8 2.7
3 min末/mol 0.8
已知2 min内v(Q)=0.075 mol·L-1·min-1,。
(1)试确定以下物质的相关量:起始时n(Y)= ________,n(Q)= ________。
(2)方程式中m=________,n=________,p=________,q=________。
(3)用Z表示2 min内的反应速率________。
(4)2 min末Q的转化率为________。
(5)试判断在2 min内v(正) ________ (填“>”“<”或“=”)v(逆),在2 min末~3 min末v(正) ________ (填“>”“<”或“=”)v(逆)。
C级学科素养拔高练
18.某酸性工业废水中含有K2Cr2O7。光照下草酸(H2C2O4)能将其中的Cr2转化为Cr3+。某课题组研究发现,少量铁明矾
[Al2Fe(SO4)4·24H2O]即可对该反应起催化作用。为进一步研究有关因素对该反应速率的影响,探究如下:
(1)在25 ℃下,控制光照强度、废水样品初始浓度和催化剂用量相同,调节不同的初始pH和一定浓度草酸溶液用量,进行下列对比实验。
实验编号 初始pH 废水样品体积/mL 草酸溶液体积/mL 蒸馏水体积/mL
① 4 60 10 30
② 5 60 10 30
③ 5 60 V1 V2
测得实验①和②溶液中的Cr2浓度随时间变化关系如图所示。
则表格中V1=________,V2=________。
(2)上述反应后草酸被氧化为________ (填化学式)。
(3)实验①和②的结果表明________________________;
实验①中0~t1 min反应速率v(Cr3+)=________ mol·L-1·min-1(用代数式表示)。
分层作业11　化学反应速率
1.D　解析 中和反应速率很快,但有的没有明显现象,A错误;在化学反应中,由于固体和纯液体的浓度视为常数,其浓度变化值为零,故不能用它们表示反应速率,B错误;C项中反应速率单位错误。
2.C　解析 由3v(B)=2v(A)、2v(C)=3v(B)可推出:,即v(A)∶v(B)∶v(C)=3∶2∶3,反应速率之比等于方程式中化学式前的系数之比。
3.B　解析 列三段式:
　　　N2　+ 　3H2 2NH3
起始/mol 1 3 0
转化/mol x 3x 2x
剩余/mol 1-x 3-3x 2x
由题意得:=0.9,x=0.2mol 。
v(H2)==0.1mol·L-1·min-1,t=3min。
4.C　解析 先求出v(H2O)。由题意可知,v(H2O)==0.0015mol·L-1·s-1,D错误。再根据反应速率与方程式中物质化学式前的系数的关系求出v(NH3)、v(O2)、v(NO):
v(NH3)=v(H2O)=×0.0015mol·L-1·s-1=0.0010mol·L-1·s-1
v(O2)=v(H2O)=×0.0015mol·L-1·s-1=0.00125mol·L-1·s-1
v(NO)=v(NH3)=0.0010mol·L-1·s-1
可见,A、B错误,C正确。
5.D　解析 高锰酸钾溶液不能用盐酸酸化,因为KMnO4会氧化Cl-,应该用硫酸酸化,故A错误;表示该反应原理的离子方程式为5H2C2O4+2Mn+6H+10CO2↑+2Mn2++8H2O,故B错误;该实验方案中酸性高锰酸钾溶液过量,无法观察到明显的褪色现象,故C错误;随着反应的进行,Mn2+浓度增加,反应速率加快,这是由于反应中Mn2+起到了催化剂的作用,故D正确。
6.C　解析 如果反应速率一直不变,则反应产物浓度的增加量应该与反应时间成正比,根据题意计算Y的浓度由0.12mol·L-1增加到0.2mol·L-1所需时间应为20s;但随着反应的进行反应物浓度会变小,反应速率变慢,因此实际所需时间应该大于20s,C项正确。
7.B　解析 3min时反应还没有平衡,A项错误。达到平衡时,v(H2)=3v(CO2)=0.225mol·L-1·min-1,B项正确。由于容器的容积没有变化,所以通入2mol氦气各成分的浓度没有变化,化学反应速率不变,C项错误。13min 时反应达到平衡,正、逆反应速率相等,但不等于零,D项错误。
8.答案 (1)3X+Y2Z
(2)0.05 mol·L-1·min-1　0.04 mol·L-1·min-1
(3)不变
解析 (1)根据题给图示,反应达到平衡时X减少了0.6mol,Y减少了0.2mol,Z生成了0.4mol,故X、Y、Z的物质的量变化之比为3∶1∶2,因5min后三者共存且物质的量不再变化,故反应的化学方程式为3X+Y2Z。
(2)根据题图中数据,依据反应速率计算公式可计算出反应速率,需注意Z的初始物质的量是0.1mol。
(3)5min后Z的物质的量不再变化,与5min末Z的反应速率相等。
9.BD　解析 由题图可知EF段表示的平均反应速率最大,故A项错误;由题图可知EF段生成的二氧化碳的体积为672mL-224mL=448mL,所以标准状况下,二氧化碳的物质的量为=0.02mol,根据反应CaCO3+2HClCaCl2+CO2↑+H2O可知,参与反应的HCl的物质的量为0.04mol,所以EF段用HCl表示该反应的平均反应速率为=0.4mol·L-1·min-1,故B项正确;0E、EF、FG三段生成的二氧化碳体积分别为224mL、448mL、112mL,所以0E、EF、FG三段中,该反应用CO2表示的平均反应速率之比为224mL∶448mL∶112mL=2∶4∶1,故C项错误;0~3min内,该反应的平均反应速率为v(HCl)=≈0.23mol·L-1·min-1,故D项正确。
10.D　解析 化学反应速率是表示一段时间内的平均反应速率而不是某一时刻的瞬时速率,D项错误。
11.C　解析 2min后,容器中H2和HI的浓度分别为0.5mol·L-1、4mol·L-1。根据反应可知,碘化铵分解生成的氨气浓度与碘化氢浓度相等,碘化铵分解生成的碘化氢的浓度为4mol·L-1+2×0.5mol·L-1=5mol·L-1,所以2min后碘化铵分解生成的氨气的浓度:c(NH3)=5mol·L-1,氨气的平均反应速率为2.5mol·L-1·min-1,所以C项正确。
12.D　解析 0~2min过程中Δn(X)=1.0mol-0.7mol=0.3mol,Δn(Y)=1.0mol-0.9mol=0.1mol,Δn(Z)=0.2mol,根据变化的物质的量与化学计量数成正比,该反应的化学方程式为3X(g)+Y(g)2Z(g),此反应是可逆反应,A错误;反应开始至2min,Z的平均反应速率为v(Z)==0.05mol·L-1·min-1,B错误;催化剂只改变反应速率,不改变反应热,若使用催化剂,反应到达2min时放出的热量将也等于Q1kJ,C错误;等温等容下,压强与物质的量成正比,反应初始时物质的量为2.0mol,4min时物质的量为1.8mol,则压强之比为2.0∶1.8=10∶9,D正确。
13.AC　解析 由题图分析可知,前12s内A的浓度变化量为Δc(A)=0.8mol·L-1-0.2mol·L-1=0.6mol·L-1,反应速率v(A)==0.05mol·L-1·s-1,A正确;前12s内B的浓度变化为Δc(B)=0.5mol·L-1-0.3mol·L-1=0.2mol·L-1,反应速率v(B)=mol·L-1·s-1,依据题意v(C)=mol·L-1·s-1,速率之比等于化学式前系数之比,则3∶b∶c=0.05∶,b=1,c=2,b∶c=1∶2,C正确;由上述分析可知,该反应的化学方程式为3A(g)+B(g)2C(g),其中A、B化学式前系数不同,12s后达到平衡状态,A的消耗速率不等于B的生成速率,B错误;3molA完全反应放热QkJ,12s内A反应的物质的量为(0.8mol·L-1-0.2mol·L-1)×2L=1.2mol,则1.2molA反应放出热量0.4QkJ,D错误。
14.C　解析 v(Z)==0.079mol·L-1·s-1,A项错误;反应开始到10s末,X物质的量浓度减少量为=0.395mol·L-1,B项错误;反应进行到10s末Y的转化率为×100%=79.0%,C项正确;X、Y、Z三物质的系数比为(1.20-0.41)∶(1.00-0.21)∶1.58=1∶1∶2,故该反应化学方程式为X(g)+Y(g)2Z(g),D项错误。
15.C　解析 H2O2的催化分解反应为2H2O22H2O+O2↑,根据生成氧气的体积确定过氧化氢的物质的量,6min时,n(O2)=1×10-3mol,消耗的H2O2的物质的量n(H2O2)=2×10-3mol,则剩余H2O2的浓度c(H2O2)=0.20mol·L-1,C错误;0~6min,Δc(H2O2)=0.20mol·L-1,v(H2O2)=0.20mol·L-1÷6min≈3.3×10-2mol·L-1·min-1,A正确;随着反应进行,过氧化氢浓度减小,反应速率减小,故B正确;开始n(H2O2)=4×10-3mol,0~6min消耗了2×10-3mol,分解率为50%,D正确。
16.BC　解析 由题给表格中数据可知,30min后苯乙烯的物质的量不再变化,说明反应已达到平衡状态,D项正确;水蒸气对该反应体系来说为“惰性气体”,恒容下充入水蒸气不影响反应速率,A项正确;前20min内v(H2)==0.004mol·L-1·min-1,B项错误;900℃平衡时,乙苯的浓度为=0.1mol·L-1,C项错误。
17.答案 (1)2.3 mol　3 mol　(2)1　4　2　3
(3)0.05 mol·L-1·min-1　(4)10%　(5)<　=
解析 对比X的起始量和2min末的量可知,起始时反应逆向进行。Δn(Q)=v(Q)·V·Δt=0.075mol·L-1·min-1×2L×2min=0.3mol。
利用“三段式”法对反应过程分析如下:
　　　mX + 　nY pZ +　qQ
起始/mol 0.7 n(Y) 1 n(Q)
转化/mol Δn(X) Δn(Y) Δn(Z) Δn(Q)
2min末/mol 0.8 2.7 0.8 2.7
故Δn(X)=0.8mol-0.7mol=0.1mol,Δn(Z)=1mol-0.8mol=0.2mol,n(Q)=0.3mol+2.7mol=3mol。
(1)因,则Δn(Y)=0.4mol,n(Y)=2.7mol-0.4mol=2.3mol。
(2)m∶n∶p∶q=Δn(X)∶Δn(Y)∶Δn(Z)∶Δn(Q)=0.1mol∶0.4mol∶0.2mol∶0.3mol=1∶4∶2∶3。
(3),v(Q)=0.075mol·L-1·min-1,故v(Z)=0.05mol·L-1·min-1。
(4)Q的转化率α(Q)=×100%=×100%=10%。
(5)起始时反应逆向进行,至2min末Z的物质的量不再变化,达到平衡状态,故2min内v(正)18.答案 (1)20　20(或其他合理答案)　(2)CO2
(3)溶液pH对该反应的速率有影响或溶液pH越小,反应速率越大　
解析 (1)实验①②中初始pH不同,则探究的是pH对反应速率的影响。因此实验②③为探究一定浓度草酸溶液用量对反应速率的影响,实验②③中试剂总体积应相同。
(2)草酸中C元素为+3价,则其被氧化为CO2。
(3)根据图像分析,实验①和②表明pH越小,则Cr2转化为Cr3+的反应速率越大;实验①中0~t1min反应速率v(Cr3+)=2v(Cr2)=mol·L-1·min-1。分层作业9　化学平衡常数　平衡转化率
A级必备知识基础练
1.关于化学平衡常数的叙述正确的是(　　)
A.只与化学反应本身和温度有关
B.只与反应的温度有关
C.与化学反应本身和温度有关,并且会受到初始浓度的影响
D.只与化学反应本身有关,与其他任何条件无关的一个不变的常数
2.在一个6 L的密闭容器中放入3 mol X和2 mol Y,在一定条件下发生反应4X(g)+3Y(g)2Q(g)+nR(g),达到平衡后,容器内的压强比原来增加5%,X浓度减小,则该反应化学方程式中的n值是(　　)
A.3 B.4
C.5 D.6
3.对于化学反应N2O4(g)2NO2(g)　ΔH>0,要使该反应的平衡常数增大,可以采取的措施有(　　)
A.增大N2O4的浓度
B.增大NO2的浓度
C.升高体系的温度
D.减小压强
4.将固体NH4I置于密闭容器中,在一定温度下发生下列反应:①NH4I(s)NH3(g)+HI(g);②2HI(g)H2(g)+I2(g),达到平衡时,c平(H2)=0.5 mol·L-1,c平(HI)=4 mol·L-1,则此温度下反应①的平衡常数为 (　　)
A.9 mol2·L-2 B.16 mol2·L-2
C.20 mol2·L-2 D.25 mol2·L-2
5.加热N2O5,依次发生的分解反应为①N2O5(g)N2O3(g)+O2(g),②N2O3(g)N2O(g)+O2(g);在2 L密闭容器中充入6 mol N2O5,加热到t℃,达到平衡状态后O2为8 mol ,N2O3为3.2 mol 。则t℃时反应①的平衡常数为(　　)
A.10.7 mol·L-1 B.8.5 mol·L-1
C.32 mol·L-1 D.64 mol·L-1
6.在一定温度下,将2 mol SO2和1 mol O2充入一定容积的密闭容器中,在催化剂作用下发生反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)　ΔH=-197 kJ·mol-1,当反应达到化学平衡状态时,下列说法中正确的是(　　)
A.v正(O2)=2v逆(SO2)
B.SO2和SO3共2 mol
C.放出197 kJ热量
D.SO2和O2浓度相等
7.在298 K时,密闭容器中X、Y、Z三种气体的初始浓度和平衡浓度如下表:
物质 X Y Z
初始浓度/(mol·L-1) 0.1 0.2 0
平衡浓度/(mol·L-1) 0.05 0.05 0.1
下列说法错误的是(　　)
A.反应达到平衡时,X的转化率为50%
B.反应可表示为X+3Y2Z,其平衡常数为1 600 mol-2·L2
C.增大压强,平衡常数增大
D.改变温度可以改变此反应的平衡常数
8.某温度下,向容积为2 L的密闭反应器中充入0.10 mol SO3,当反应器中的气体压强不再变化时测得SO3的转化率为20%,则该温度下反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)的平衡常数为(　　)
A.3.2×103 mol-1·L B.1.6×103 mol-1·L
C.8.0×102 mol-1·L D.4.0×102 mol-1·L
9.某硫酸厂的基本反应是2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),现将0.05 mol SO2(g)和0.03 mol O2注入容积为1.0 L的密闭容器中,并置于某较高温度的恒温环境中,达化学平衡后,测得反应器中有0.04 mol SO3(g),求:
(1)该温度下反应的平衡常数　　　　　　　　mol-1·L。
(2)SO2、O2的平衡转化率分别为　　　　、　　　　。
B级关键能力提升练
以下选择题有1~2个选项符合题意。
10.在一定温度下,可逆反应2NO22NO+O2在容积固定的密闭容器中进行,反应达到平衡状态的标志是 (　　)
①单位时间内生成n mol O2,同时生成2n mol NO2
②单位时间内生成n mol O2,同时生成2n mol NO
③用NO2、NO、O2的物质的量浓度变化表示的反应速率之比为2∶2∶1
④混合气体的密度不再改变
⑤混合气体的颜色不再改变
A.只有①⑤ B.只有①③⑤
C.只有②④ D.全部
11.一定条件下,将一定量的A、B的混合气体充入密闭容器中发生下列反应:2A(g)+2B(g)C(g)+D(g)　ΔH>0。当由M点平衡到N点平衡过程中,温度与对应变化及M、N平衡混合气中某些气体的物质的量如图所示。则平衡M点到平衡N点过程中B的转化率是(　　)
A.24% B.30%
C.60% D.48%
12.在容积为1 L的恒容密闭容器中,充入1 mol CO2和3 mol H2,一定条件下发生反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),测得CO2和CH3OH的浓度随时间的变化如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.0~9 min内,用H2表示的平均反应速率v(H2)=0.25 mol·L-1·min-1
B.3 min时正逆反应速率相等,反应刚好达到平衡
C.该温度下的平衡常数为4 mol-2·L2
D.9 min时的v逆(CH3OH)小于3 min时的
v正(CH3OH)
13.(2023江苏南通高二期末统考)温度为T℃时,向2.0 L恒容密闭容器中充入1.0 mol PCl3和1.0 mol Cl2,发生反应:PCl3(g)+Cl2(g)PCl5(g),反应过程中PCl5的物质的量与部分时间的关系如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.0~50 s时,Cl2的平均速率v(Cl2)=0.003 2 mol· L-1·s-1
B.25 s时,容器中PCl5的物质的量可能为0.08 mol
C.T℃时,起始向容器中充入2.0 mol PCl3和2.0 mol Cl2,达平衡时,PCl5的物质的量大于0.40 mol
D.T℃时,起始向容器中充入0.20 mol PCl3、0.20 mol Cl2和1.0 mol PCl5,反应向正反应方向进行
14.低温脱硝技术可用于处理废气中的氮氧化物,发生的化学反应为2NH3(g)+NO(g)+NO2(g)2N2(g)+3H2O(g)　ΔH<0,在恒容的密闭容器中,下列有关说法正确的是(　　)
A.平衡时,其他条件不变,升高温度可使该反应的平衡常数增大
B.平衡时,其他条件不变,增加NH3的浓度,废气中氮氧化物的转化率减小
C.单位时间内消耗NO和N2的物质的量之比为1∶2时,反应达到平衡
D.其他条件不变,使用高效催化剂,可使废气中氮氧化物的转化率增大
15.某温度时,向容积为1 L的恒容密闭容器中加入1.8 mol X(g),发生反应:2X(g)M(g)。其中M(g)的物质的量浓度随时间的变化曲线如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.从反应开始到刚达到平衡的时间内,v(X)=0.01 mol·L-1·s-1
B.容器内气体的平均摩尔质量不变,可说明该反应达到化学平衡状态
C.该温度下,该反应的平衡常数K=1 mol-1·L
D.a、b两时刻生成X的速率:v(a)C级学科素养拔高练
16.已知:MgCO3(s)MgO(s)+CO2(g)　ΔH>0,在密闭容器中投入过量碳酸镁在温度T时反应达到平衡,p平(CO2)=4 MPa。
(1)该平衡常数表达式K=________。
(2)若反应体系的体积不变,升高温度,再次达到平衡时p平(CO2)将________ (填“增大”“减小”或“不变”)。
(3)若反应温度T不变,将反应容器的容积缩小至原来的一半,则再次达到平衡时p平(CO2)= ________。
分层作业9　化学平衡常数　平衡转化率
1.A　解析 化学平衡常数决定于两个方面的因素:化学反应本身和反应体系的温度,与初始浓度等其他外界条件没有任何关系。
2.D　解析 平衡体系存在于一个恒容的密闭容器中,根据阿伏加德罗定律可知气体的物质的量之比等于压强之比。压强比原来增加5%,说明物质的量比原来增加5%,初始时有3molX和2molY,X浓度减小,说明反应中消耗X的物质的量为1mol,根据方程式由差量法可知,当消耗4molX时,气体物质的量增加(2mol+nmol)-(4mol+3mol)=(n-5)mol,所以=(2+3)×5%,解得n=6。
3.C　解析 浓度、压强不影响平衡常数,题给反应正反应为吸热反应,升高温度时平衡正向移动,平衡常数增大。故选C。
4.C　解析 根据反应②2HI(g)H2(g)+I2(g)可知,消耗的c(HI)=2c平(H2)=1mol·L-1,再结合反应①NH4I(s)NH3(g)+HI(g)可知,c平(NH3)=c始(HI)=1mol·L-1+4mol·L-1=5mol·L-1。因此该温度下,反应①的平衡常数K=c平(NH3)·c平(HI)=5mol·L-1×4mol·L-1=20mol2·L-2。
5.C　解析 设平衡时混合前气体中N2O5的物质的量为xmol,N2O的物质的量为ymol 。根据氮原子和氧原子守恒,可得
x+y+3.2=6,
5x+y+3.2×3+8×2=6×5,
解得x=0.4,y=2.4。
所以平衡后N2O5、N2O3、O2浓度依次为
c平(N2O5)=mol·L-1=0.2mol·L-1;
c平(N2O3)=mol·L-1=1.6mol·L-1;
c平(O2)=mol·L-1=4mol·L-1;
反应①的平衡常数K=mol·L-1=32mol·L-1,故答案选C。
6.B　解析 题给反应存在反应限度,当正、逆反应速率相等时,反应达到平衡状态,此时存在2v正(O2)=v逆(SO2),故A错误;在化学反应中各元素的原子遵循原子守恒,所以达到化学平衡状态时二氧化硫和三氧化硫中硫原子的物质的量之和等于反应初始时二氧化硫的物质的量,故B正确;可逆反应存在反应限度,反应物不可能完全转化为反应产物,当正、逆反应速率相等时,反应达到平衡状态,所以将2molSO2和1molO2充入一定容积的密闭容器中,SO2和O2不可能完全转化为三氧化硫,放出的热量小于197kJ,故C错误;可逆反应达到平衡时,各组分浓度不再变化,但是将2molSO2和1molO2充入一定容积的密闭容器中,二者按照2∶1的比例反应,达到平衡时,二者的浓度一定不相等,故D错误。
7.C　解析 首先根据表中数据(0.1-0.05)∶(0.2-0.05)∶(0.1-0)=1∶3∶2推导出可逆反应:X+3Y2Z。设平衡时转化的X的物质的量浓度为xmol·L-1,依题意可得:
　　　　　　　　　X(g)+3Y(g)2Z(g)
起始浓度/(mol·L-1)0.10.2 0
转化浓度/(mol·L-1)x3x 2x
平衡浓度/(mol·L-1)0.050.05 0.1
则x=0.05,显然X的转化率为50%,A正确。
反应X(g)+3Y(g)2Z(g)的平衡常数K=,代入数据K=1600mol-2·L2,B正确;增大压强不可能使平衡常数增大,C错误;K只与温度有关,因此改变温度可以改变此反应的平衡常数,D正确。
8.A　解析 　　　　　　　2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)
起始浓度/(mol·L-1)0 00.05
转化浓度/(mol·L-1)0.01 0.0050.01
平衡浓度/(mol·L-1)0.01 0.0050.04
则平衡常数K=,代入数据可得K=3.2×103mol-1·L,A正确。
9.答案 (1)1 600
(2)80%　66.7%
解析 　　　　　　　　2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)
起始浓度/(mol·L-1)0.050.030
变化浓度/(mol·L-1)0.040.020.04
平衡浓度/(mol·L-1)0.010.010.04
(1)K===1600mol-1·L。
(2)α(SO2)=×100%=80%。
α(O2)=×100%≈66.7%。
10.A　解析 ①单位时间内生成nmolO2,同时生成2nmolNO2,说明正逆反应速率相等,反应达到平衡;②单位时间内生成nmolO2,同时生成2nmolNO,描述的都是正反应,不能说明反应已达平衡;③化学反应速率之比等于化学式前系数之比,不能说明反应已达平衡;④容器容积和气体质量始终不变,则混合气体的密度始终不变,因此不能说明反应已达平衡;⑤混合气体的颜色不再改变,说明NO2浓度不变,反应已达平衡;综上所述,可作为平衡标志的有①⑤,A正确。
11.A　解析 由图像知Δn(A)=Δn(B)=1.5mol-0.3mol=1.2mol,所以Δn(B)=1.2mol,α(B)=×100%=×100%=24%,故A正确。
12.BC　解析 从反应开始到平衡生成甲醇0.75mol·L-1,根据反应方程式可知消耗氢气2.25mol·L-1,则用H2表示的平均反应速率v(H2)==0.25mol·L-1·min-1,故A正确;3min时物质的浓度仍然在发生变化,正逆反应速率不相等,反应没有达到平衡,故B错误;结合题图可以计算,平衡时c平(CH3OH)=c平(H2O)=0.75mol·L-1,c平(CO2)=0.25mol·L-1,c平(H2)=0.75mol·L-1,因此平衡常数K=mol-2·L2,故C错误;3min时没有达到平衡状态,反应正向进行,v正(CH3OH)>v逆(CH3OH),9min时反应达到平衡状态,v正(CH3OH)=v逆(CH3OH),由于3min时的v正(CH3OH)大于9min时的v正(CH3OH),因此9min时的v逆(CH3OH)小于3min时的v正(CH3OH),故D正确。
13.C　解析 0~50s时,Cl2的平均速率v(Cl2)=v(PCl5)==0.0016mol·L-1·s-1,A错误;50s时反应容器中PCl5的物质的量为0.16mol,0~50s反应过程中,PCl3和Cl2的浓度不断降低、反应速率变慢,则前25s生成的PCl5较多、后25s生成的PCl5较少,故25s时容器中PCl5的物质的量大于0.08mol,B错误;T℃时,起始向容器中充入2.0molPCl3和2.0molCl2,投料为原来的2倍,达到的平衡等效于原平衡增压时向右移动所致,则PCl5的物质的量大于2×0.20mol=0.40mol,C正确;T℃时,反应达到平衡时,存在三段式:
　　　　PCl3(g) + Cl2(g) PCl5(g)
起始/mol 1.0 1.0 0
转化/mol 0.20 0.20 0.20
平衡/mol 0.80 0.80 0.20
该温度下平衡常数K=mol-1·L。起始向容器中充入0.20molPCl3、0.20molCl2和1.0molPCl5,浓度商Q=mol-1·L=K,则反应向逆反应方向进行,D错误。
14.C　解析 升高温度时平衡向逆反应方向移动,平衡常数的值减小,A错误。增大NH3的浓度时,氮氧化物转化率增大,B错误。当v正(NO)∶v逆(N2)=1∶2时,反应达到平衡,C正确。使用催化剂不能改变化学平衡,故使用高效催化剂时氮氧化物转化率不变,D错误。
15.BD　解析 从反应开始到刚达到平衡的时间内,v(X)=2v(M)=2×=0.02mol·L-1·s-1,故A错误;根据公式M=m/n,反应过程中混合气体的质量m不变,物质的量n逐渐减小,平均摩尔质量M不变,则说明n不再变化,则反应达到化学平衡状态,故B正确;该温度下,该反应的平衡常数K=mol-1·L,故C错误;a点M的浓度小,生成X的速率小,a、b两时刻生成X的速率:v(a)16.答案 (1)c平(CO2)　(2)增大　(3)4 MPa
解析 (1)题给反应中只有CO2是气体,其他物质为固体,固体不列入平衡常数表达式。
(2)碳酸镁分解反应是吸热反应,升高温度,平衡向右移动,p平(CO2)增大。
(3)由于温度不变,平衡常数不变,CO2的浓度不变,则达到新平衡时p平(CO2)=4MPa。分层作业13　化学反应条件的优化——工业合成氨
A级必备知识基础练
1.德国化学家哈伯发明了以低成本制造大量氨的方法,从而大大满足了当时日益增长的人口对粮食的需求。下列是哈伯法合成氨的流程图,其中为提高原料转化率而采取的措施是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A.①②③ B.②④⑤
C.①③⑤ D.②③④
2.合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义。对于密闭容器中的反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g),673 K,30 MPa下,n(NH3)和n(H2)随时间变化的关系如图所示。下列叙述正确的是(　　)
A.点a的正反应速率比点b的小
B.点c处反应达到平衡
C.点d(t1时刻)和点e(t2时刻)处n(N2)不一样
D.其他条件不变,773 K条件下反应至t1时刻,n(H2)比图中d点的值大
3.对于合成氨工业,只从提高原料转化率看,下列条件中选择最适宜的组合是(　　)
①高温　②低温　③低压　④高压　⑤催化剂⑥加氨　⑦分离出氨
A.②④⑤ B.②④⑦
C.①④⑤ D.②③⑥
4.合成氨反应通常控制在20 MPa~50 MPa的压强和500 ℃左右的温度,且进入合成塔的氮气和氢气的体积比为1∶3,经科学测定,在相应条件下氮气和氢气反应所得氨的平衡浓度(体积分数)如下表所示:
温度 压强
20 MPa 60 MPa
500 ℃ 19.1% 42.2%
而实际从合成塔出来的混合气体中含有氨约为15%,这表明(　　)
A.表中所测数据有明显误差
B.生产条件控制不当
C.氨的分解速率大于预测值
D.合成塔中的反应并未达到平衡
5.将氮气和氢气的混合气体通入合成塔中,反应1小时达到平衡以后,N2、H2、NH3的浓度分别为3 mol·L-1、7 mol·L-1、4 mol·L-1,则下列结果不正确的是 (　　)
A.从开始到平衡时v(H2)=7 mol·L-1·h-1
B.c始(H2)=13 mol·L-1
C.c始(N2)=5 mol·L-1
D.H2的平衡转化率为46.2%
6.(2023河北邯郸魏县五中高二期中)平衡移动原理在工农业生产和日常生活中有许多重要应用,下列事实能用勒·夏特列原理解释的是(　　)
A.2HI(g)H2(g)+I2(g),加压,体系颜色变深
B.已知反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)
ΔH<0,高温比低温更有利于NH3的生成
C.工业上用SO2合成SO3,增加氧气的量可提高SO2的利用率
D.工业上合成氨,使用铁触媒可提高NH3日产量
7.已知合成氨反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH=-92.2 kJ·mol-1,在反应过程中,正反应速率的变化如图:
下列说法正确的是(　　)
A.t1时升高了温度
B.t2时使用了催化剂
C.t3时增大了压强
D.t4时降低了温度
8.在一定温度和压强下,在密闭容器中充入H2、N2、NH3,开始时其物质的量之比为3∶1∶1,反应达平衡后,H2、N2、NH3的物质的量之比为9∶3∶4,则此时氮气的转化率为(　　)
A.10%
B.20%
C.15%
D.30%
9.在一定温度下,在恒压容器a和恒容容器b中,分别充入体积比1∶3的N2和H2。开始时体积相同,达到平衡时两容器中N2的转化率比较(　　)
A.a大
B.b大
C.a、b一样大
D.无法判断
10.N2和H2生成NH3的反应为N2(g)+H2(g)NH3(g)　ΔH(298 K)=-46.2 kJ·mol-1,在Fe催化剂作用下的反应历程如下(*表示吸附态):
化学吸附:N2(g)→2N*;H2(g)→2H*
表面反应:N*+H*NH*;NH*+H*N;N+H*N
脱附:NNH3(g)
其中,N2吸附分解反应活化能高、速率慢,决定了合成氨的整体反应速率。请回答:
(1)利于提高合成氨平衡产率的条件有　　　　(填字母)。
A.低温 B.高温
C.低压 D.高压
E.催化剂
(2)实际生产中,常用Fe作催化剂,控制温度773 K,压强3.0×107 Pa,原料中N2和H2物质的量之比为1∶2.8。分析说明原料气中N2过量的两个理由: ________________________、 ________________________。
(3)关于合成氨工艺的下列理解,正确的是________(填字母)。
A.合成氨反应在不同温度下的ΔH和ΔS都小于零
B.当温度、压强一定时,在原料气(N2和H2的比例不变)中添加少量惰性气体,有利于提高平衡转化率
C.基于NH3有较强的分子间作用力可将其液化,不断将液氨移去,有利于反应正向进行
D.分离空气可得N2,通过天然气和水蒸气转化可得H2,原料气须经过净化处理,以防止催化剂“中毒”
B级关键能力提升练
以下选择题有1~2个选项符合题意。
11.在密闭容器中进行如下反应:N2+3H22NH3　ΔH<0,当反应达到平衡时,其他条件不变,若压缩容器容积使其变为原来的一半,则下列说法中正确的是 (　　)
A.平衡不移动
B.平衡向正反应方向移动
C.平衡向逆反应方向移动
D.NH3的百分含量增加
12.合成氨反应达到平衡时,NH3的体积分数与温度、压强的关系如图所示。根据此图分析合成氨工业最有前途的研究方向是(　　)
A.提高分离技术
B.研制耐高压的合成塔
C.研制低温催化剂
D.探索不用N2和H2合成氨的新途径
13.合成氨反应的正反应是气体体积减小的放热反应。合成氨工业的生产流程如下:
关于合成氨工业的说法中不正确的是(　　)
A.混合气体进行循环利用遵循绿色化学思想
B.合成氨反应须在低温下进行
C.对原料气进行压缩是为了增大原料气的转化率
D.使用催化剂可以提高反应的速率,但是不能使平衡向正反应方向移动
14.对于可逆反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)(正反应为放热反应),下列说法中正确的是(　　)
A.达到平衡后,加入N2,当重新达到平衡时,NH3的浓度比原平衡的大,N2的浓度比原平衡的小
B.达到平衡后,升高温度,既加快了正、逆反应速率,又提高了NH3的产率
C.达到平衡后,缩小容器容积,既有利于加快正、逆反应速率,又有利于提高氢气的转化率
D.加入催化剂可以缩短达到平衡的时间,是因为催化剂改变反应途径,降低反应的活化能
15.下列是关于N2+3H22NH3的反应速率与时间的关系图像,纵坐标为反应速率v,横坐标为时间t。当反应达到平衡后,条件发生改变与速率变化的关系不符合实际的是(　　)
16.合成氨工业对化学工业和国防工业具有重要意义,对我国实现农业现代化也起着重要作用。根据已学知识回答下列问题[已知N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH=-92.4 kJ·mol-1]:
(1)合成氨工业采取的下列措施不可用平衡移动原理解释的是________ (填序号)。
A.采用较高压强(20 MPa~50 MPa)
B.采用500 ℃的高温
C.用铁触媒作催化剂
D.将生成的氨液化并及时从体系中分离出来
(2)合成氨工业中采用了较高压强(20 MPa~50 MPa),而没有采用100 MPa或者更大压强,试解释没有这么做的理由________________________。
(3)在容积均为2 L(容器体积不可变)的甲、乙两个容器中,分别加入2 mol N2、6 mol H2和1 mol N2、3 mol H2,在相同温度、催化剂下使其反应。最终达到平衡后,两容器N2转化率分别为α甲、α乙,则甲容器中平衡常数为________ (用含α甲的代数式表示),此时α甲________ (填“>”“<”或“=”)α乙。
C级学科素养拔高练
17.电催化N2还原制NH3的一种反应机理如图所示(H的来源省略),其中吸附在催化剂表面的物种用*表示,下列说法不正确的是(　　)
A.N2生成NH3是通过多步还原反应实现的
B.两个氮原子上的加氢过程同时进行
C.析氢反应(H*+H*H2)会影响NH3的生成
D.NH3的及时脱附有利于提高催化剂活性
18.合成氨工艺是人工固氮最重要的途径。
N2和H2生成NH3的反应为:N2(g)+H2(g)NH3(g)　ΔH(298 K)=-46.2 kJ·mol-1,标准平衡常数Kθ=,其中pθ为标准压强(1×105 Pa),p平(NH3)、p平(N2)和p平(H2)为各组分的平衡分压,如p平(NH3)=x(NH3)p平,p平为平衡总压,x(NH3)为平衡体系中NH3的物质的量分数。
(1)N2和H2起始物质的量之比为1∶3,反应在恒定温度和标准压强下进行,NH3的平衡产率为w,则标准平衡常数Kθ=　　　　　　　　　　　　　　(用含w的最简式表示)。
(2)下图中可以示意标准平衡常数Kθ随温度(T)变化趋势的是　　　　　。
分层作业13　化学反应条件的优化——工业合成氨
1.B　解析 合成氨反应为N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0,加压、降温、减小NH3的浓度均有利于平衡向正反应方向移动,②④符合题意;将原料气循环利用也可提高原料的转化率,⑤符合题意。
2.D　解析 a点的反应物浓度大于b点,所以反应速率a更快;c点之后各种物质的浓度仍在变化,并没有达到平衡;而d、e两点时达到平衡,浓度不再变化;升高温度,平衡逆向移动,氢气的浓度变大。
3.B　解析 合成氨反应为N2+3H22NH3　ΔH<0,因而可知降低温度有利于反应向生成氨气的方向进行;从气体各物质化学式前的系数来看,加压有利于反应向生成氨气的方向进行;加催化剂只会改变速率却无法改变转化率;及时分离反应产物也有利于反应向生成氨气的方向进行。故综上所述②④⑦符合题意。
4.D　解析 表中数据为通过科学实验所得,不可能有明显误差;合成氨连续操作,不可能对生产条件控制不当;平衡浓度问题与速率的大小没有直接关系,因此D项符合题意。这说明合成氨工业考虑单位时间的产量问题,并未让合成氨反应达到平衡,因为让反应达到平衡需要一定的时间,时间太长得不偿失。
5.A　解析 由题知,起始NH3浓度为0,达到平衡后NH3的浓度为4mol·L-1,说明转化了4mol·L-1,则由化学方程式中化学式前面的系数关系知N2消耗了2mol·L-1,H2消耗了6mol·L-1,所以v(H2)=6mol·L-1·h-1,c始(H2)=13mol·L-1,c始(N2)=5mol·L-1,H2的平衡转化率为×100%≈46.2%。
6.C　解析 对于气体分子数不变的反应,加压时平衡不移动,体系颜色变深是有色气体浓度增大造成的,不能用勒·夏特列原理解释,A项不符合题意;合成氨反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,故高温不利于NH3的生成,不能用勒·夏特列原理解释,B项不符合题意;对于反应2SO2+O22SO3,增加氧气的量,平衡正向移动,可提高SO2的利用率,可以用勒·夏特列原理解释,C项符合题意;使用铁触媒作催化剂,可以加快反应速率,但平衡不移动,不能用勒·夏特列原理解释,D项不符合题意。
7.B　解析 若t1时升高了温度,则随后v(正)应增大至平衡,A错误;若t3时增大了压强,v(正)应增大,而不会减小,故C错误;若t4时降低了温度,则v(正)应突然减小,曲线不应相连,D错误。
8.A　解析 由题意设开始时H2、N2、NH3的物质的量分别为3mol、1mol、1mol。平衡时N2转化了amol,则根据“三段式”分析:
　　　　　　　N2(g)+3H2(g)2NH3(g)
初始物质的量/mol 13 1
转化物质的量/mol a3a 2a
平衡物质的量/mol 1-a3-3a 1+2a
则,解之得a=0.1。
N2的转化率为×100%=10%。
9.A　解析 先假设a容器开始时也保持容积不变,则达到平衡时容器a中N2的转化率与容器b中N2的转化率相等,但达到平衡时,a容器的压强比开始变小了。由于容器a恒压,若要保持开始时的压强,必然要缩小容器a的容积,则平衡会正向移动。因此再次达平衡时,N2的转化率会增大。
10.答案 (1)AD
(2)原料气中N2相对易得,适度过量有利于提高H2的转化率　N2的吸附分解是决定反应速率的步骤,适度过量有利于提高整体反应速率
(3)ACD
解析 (1)N2(g)+H2(g)NH3(g)
ΔH(298K)=-46.2kJ·mol-1是气体体积减小的放热反应,低温有利于平衡正向移动,提高NH3的平衡产率,A正确、B错误;降低压强平衡逆向移动,不利于提高NH3的平衡产率,C错误、D正确;催化剂只改变反应速率,不改变化学平衡,不能提高NH3的平衡产率,E错误。
(3)N2(g)+H2(g)NH3(g)　ΔH(298K)=-46.2kJ·mol-1是气体体积减小的放热反应,该反应在不同温度下的ΔH和ΔS都小于零,A正确;NH3易液化,不断将液氨移去,有利于反应正向移动,C正确;合成氨的反应在合成塔中发生,原料气中的N2是从空气中分离得到的,原料气须经过净化处理,以防止催化剂“中毒”,D正确。
11.BD　解析 压缩容器容积使其变为原来的一半,则平衡向气体体积减小的方向移动,故平衡向正反应方向移动,使NH3的百分含量增加。
12.C　解析 由题图可知,NH3的体积分数随着温度的升高而显著下降,故要提高NH3的体积分数,必须降低温度,但目前所用催化剂铁触媒的活性最高时的温度较高,故最有前途的研究方向为研制低温催化剂。
13.B　解析 低温虽然有利于平衡正向移动,但低温会导致反应速率降低,不利于提高生产效率,B项错误。
14.CD　解析 达到平衡后,加入N2,平衡向正反应方向移动,达到新平衡后,NH3的浓度会增大,而N2的浓度比原平衡的大,A项错误;达到平衡后,升高温度,正、逆反应速率都增大,但平衡向逆反应方向移动,不利于NH3的生成,B项错误;达到平衡后,缩小容器容积即增大压强,正、逆反应速率都增大,平衡向正反应方向移动,有利于提高H2的转化率,C项正确;加入催化剂,改变了反应途径,降低了反应的活化能,从而缩短反应达到平衡的时间,D项正确。
15.A　解析 合成氨反应是气体体积减小的放热反应,所以加压和降温有利于化学平衡向着生成氨气的方向移动。达到化学平衡后,若升高温度,化学平衡左移,实际上此时是逆反应速率大于正反应速率,所以A项错误;如果给体系加压,体系中所有物质的浓度都增大,所以正、逆反应速率都增大,但正反应速率增大的幅度大于逆反应速率增大的幅度,所以B项正确;使用催化剂不会使化学平衡发生移动,只能改变化学反应速率,所以C项正确;补充N2和H2,则平衡体系中反应物的浓度增大,所以正反应速率增大,分离出NH3,反应产物的浓度减小,所以逆反应速率减小,所以D项正确。
16.答案 (1)BC
(2)采用更大压强会要求使用能耐更大压强的设备,从而增加生产成本(其他合理答案也可)
(3)　>
解析 (1)反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)是气体体积减小的反应,增大压强,平衡正向移动;500℃高温较室温不利于平衡向合成氨方向移动,采用500℃不仅考虑到温度对反应速率的影响,更主要的是500℃时催化剂活性最大。催化剂只改变反应速率,不改变平衡移动;将生成的氨液化并分离出来,减少体系中氨的浓度,平衡正向移动。
(2)采用更大压强,需要使用承受更大压强的设备,会增加生产成本,不经济。
(3)在甲容器中,反应的N2为2mol×α甲,则有
　　　　　N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
初始物质的量/mol 1 3 0
转化物质的量/mol α甲 3α甲 2α甲
平衡物质的量/mol 1-α甲 3-3α甲 2α甲
则K=。
甲与乙相比,相当于在乙平衡的基础上增大压强,平衡正向移动,即甲容器中的平衡正向移动的程度更大,所以α甲>α乙。
17.B　解析 由图可知,N2生成NH3是通过N2→*N2→*NNH……NH3多步还原反应实现的,故A不符合题意;由图可知,加氢过程是分步进行的(*N2→*NNH→*NHNH),故B符合题意;析氢反应(H*+H*H2)会导致生成NH3时H不足,从而影响NH3的生成,故C不符合题意;NH3的及时脱附,能够增加催化剂与反应物的接触面积,即有利于增加催化剂活性,故D不符合题意。
18.答案 (1)　(2)A
解析 (1)Kθ==
反应过程分析如下:
　　N2(g)+H2(g)NH3(g)
起始/mol 0
平衡/mol aa a
根据题意得:=w
Kθ==
=。
(2)温度升高,平衡左移,标准平衡常数减小,应选A。(共34张PPT)
分层作业12　外界条件对化学反应速率的影响
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A 级 必备知识基础练
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1.运用“光触媒”技术,在路面涂上一种光催化剂涂料,可将汽车尾气中45%的NO和CO转化成无污染的物质。下列对此反应的叙述中正确的是(　　)
A.使用光催化剂不改变反应速率
B.改变压强对反应速率无影响
C.升高温度能加快反应速率
D.该反应生成NO2和C,控制了大气污染
C
解析 由题意可知发生的反应为2NO+2CO N2+2CO2,故D错;对该反应而言,光催化剂的使用,压强的改变,都会改变反应速率,故A、B错。
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2.下列说法不正确的是(　　)
A.具有较高能量的反应物分子称为活化分子
B.升高温度增大了活化分子百分数
C.催化剂能够改变化学反应的途径
D.缩小体积增大压强能提高活化分子的浓度
A
解析 能量高不一定是活化分子;温度升高,可使一部分分子变成活化分子,增大了活化分子百分数;催化剂能降低反应所需的活化能,所以改变了化学反应途径;增大压强,体积缩小,所以提高了活化分子浓度但不会改变活化分子百分数。
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3.决定化学反应速率的主要因素是(　　)
①温度　②压强　③催化剂　④浓度　⑤反应物本身的性质
A.①②③④⑤　　　　　 B.⑤
C.①④ D.①②③④
B
解析 决定化学反应速率的主要因素是反应物本身的性质,温度、压强、催化剂和浓度均为影响化学反应速率的外因,B正确。
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4.研究发现,腐蚀严重的青铜器表面大都存在CuCl。关于CuCl在青铜器腐蚀过程中的催化作用,下列叙述正确的是(　　)
A.降低了反应的活化能
B.减缓了反应的速率
C.降低了反应的焓变
D.增大了反应的平衡常数
A
解析 CuCl作为催化剂降低了反应的活化能,从而加快金属的腐蚀。
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5.某小组设计如图所示实验(夹持仪器已省略),探究影响H2O2分解速率的因素。下列分析错误的是(　　)
A.该实验探究的是温度对反应速率的影响
B.该实验要控制MnO2的质量、颗粒大小相同
C.实验中,H2O2溶液的浓度不宜过大
D.温度相同时,若用FeCl3代替MnO2,反应速率相同
D
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解析 两个装置的温度不同,其他条件相同,所以该实验探究的是温度对反应速率的影响,A项正确;由于二氧化锰是催化剂,且探究的是温度对反应速率的影响,所以该实验要控制MnO2的质量、颗粒大小相同,B项正确;H2O2溶液的浓度过大,反应速率过快,不易控制,所以实验中H2O2溶液的浓度不宜过大,C项正确;温度相同时,若用FeCl3代替MnO2,则反应速率不同,D项错误。
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6.(2023河北邯郸魏县五中高二期中)一定量的锌粉和6 mol·L-1的过量盐酸反应,当向其中加入少量的下列物质时,能够加快反应速率,又不影响产生H2的总量的是(　　)
①石墨粉　②CuO　③铜粉　④铁粉　⑤浓盐酸
A.①②⑤ B.①③⑤
C.③④⑤ D.①③④
B
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解析 ①石墨、锌及盐酸可构成原电池,锌是负极,能加快反应速率,生成H2的总量不变,符合题意;②氧化铜溶于盐酸生成氯化铜,CuCl2和锌发生置换反应,生成铜,Zn、Cu与盐酸构成原电池,加快反应速率,但由于与盐酸反应的Zn减少,生成的氢气减少,不符合题意;③Zn、Cu与盐酸构成原电池,加快反应速率,生成H2的总量不变,符合题意;④铁能和盐酸反应产生氢气,产生H2总量增多,不符合题意;⑤增大氢离子浓度,反应速率增大,生成H2的总量不变,符合题意;答案选B。
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7.据报道,在300 ℃、70 MPa下由二氧化碳和氢气合成乙醇已成为现实: 2CO2(g)+6H2(g) CH3CH2OH(g)+3H2O(g),下列叙述错误的是(　　)
A.使用Cu-Zn-Fe催化剂可大大提高生产效率
B.反应需在300 ℃下进行可推测该反应是吸热反应
C.充入大量CO2气体可提高H2的转化率
D.从平衡混合气体中分离出CH3CH2OH和H2O可提高CO2和H2的利用率
B
解析 使用催化剂可加快反应速率,提高生产效率,A正确;只根据反应所需温度无法确定该反应是吸热反应还是放热反应,B错误;增大反应物CO2的浓度,可提高H2的转化率,C正确;从平衡混合气体中分离出CH3CH2OH和H2O,减小反应产物的浓度,可使平衡正向移动,提高CO2和H2的利用率,D正确。
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8.在一定条件下,容积为2 L的密闭容器中,将2 mol L气体和3 mol M气体混合,发生如下反应:2L(g)+3M(g)═xQ(g)+3R(g),10 s末,生成2.4 mol R,并测得Q的浓度为0.4 mol·L-1。计算:
(1)10 s末L的物质的量浓度为_____________。
(2)前10 s内用M表示的化学反应速率为_____________。
(3)化学方程式中x值为________。
(4)在恒温恒容条件下,往容器中加入1 mol氦气,反应速率________ (填“增大”“减小”或“不变”,下同)。
(5)在恒温恒压条件下,往容器中加入1 mol氦气,反应速率________。
0.2 mol·L-1
0.12 mol·L-1·s-1
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解析 根据题给信息可得:
　　　　 2L(g)+3M(g)═xQ(g)+3R(g)
起始/mol 2 3 0 0
10 s末/mol 0.4 0.6 0.8 2.4
(4)恒温、恒容条件下通入He,反应物和反应产物的浓度均不变,反应速率不变。
(5)恒温、恒压条件下通入He,容器容积增大,反应物和反应产物的浓度减小,反应速率减小。
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B 级 关键能力提升练
以下选择题有1~2个选项符合题意。
9.在容积不变的密闭容器中存在如下反应:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)　ΔH<0,某研究小组研究了其他条件不变时,改变某一条件对上述反应的影响,下列分析正确的是(　　)
A.图Ⅰ表示的是t0时刻增大O2的物质的量浓度对反应速率的影响
B.图Ⅱ表示的是t0时刻加入催化剂后对反应速率的影响
C.图Ⅲ表示的是催化剂对平衡的影响,且甲的催化效率比乙高
D.图Ⅲ表示的是压强对化学平衡的影响,且乙的压强较高
B
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解析 若增大O2的浓度,正反应速率突然变大,逆反应速率瞬间不变,随后逐渐变大,故A项错误;加入催化剂,正、逆反应速率同等程度增大,v'(正)= v'(逆),故B项正确;加入催化剂,正、逆反应速率同等程度增大,v(正)=v(逆),化学平衡不移动,SO2的转化率不变,故C项错误;乙达到平衡时所用时间短,则反应速率快,乙的压强较甲高,但增大压强平衡右移,SO2的转化率会增大,故D项错误。
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10.2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)是制备硫酸的重要反应。下列叙述正确的是(　　)
A.催化剂V2O5不改变该反应的逆反应速率
B.增大反应体系的压强,化学反应速率一定增大
C.该反应是放热反应,降低温度将缩短反应达到平衡的时间
D.在t1、t2时刻,SO3(g)的浓度分别是c1、c2,则时间间隔t1~t2内,生成SO3(g)的平均反应速率
D
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解析 V2O5作为催化剂,能同等程度改变正、逆化学反应的速率,A项错误;压强并不是影响化学反应速率的唯一因素,只有当其他条件不变时增大压强,化学反应速率才有可能增大,B项错误;不管是吸热反应还是放热反应,降低温度时化学反应速率均减小,使达到平衡所需的时间增多,C项错误;根据 可知,D项正确。
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11.向四个容积相同的密闭容器中分别充入一定量的SO2和O2,开始反应时,按反应速率由大到小顺序排列正确的是(　　)
甲.在500 ℃时,10 mol SO2和10 mol O2
乙.在500 ℃时,用V2O5作催化剂,10 mol SO2和10 mol O2
丙.在450 ℃时,8 mol SO2和5 mol O2
丁.在500 ℃时,8 mol SO2和5 mol O2
A.甲、乙、丙、丁　　 B.乙、甲、丙、丁
C.乙、甲、丁、丙 D.丁、丙、乙、甲
C
解析 甲、乙相比较,乙使用催化剂,反应速率乙>甲;丙、丁相比较,丁温度高,反应速率丁>丙;甲与丁相比较,甲反应物浓度大,反应速率甲>丁,故C项正确。
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12.对于化学反应A(s)+aB(g) bC(g)在不同温度和压强(p1(　　)
①正反应是放热反应　②正反应是吸热反应　
③a>b　④aA.①③ B.②④ C.②③ D.①④
C
解析 升高温度时B的体积分数减小,平衡向正反应方向移动,升温时平衡向吸热的方向移动,则正反应为吸热反应,②正确;由图像可知,压强增大时B的体积分数减小,平衡向正反应方向移动,压强增大平衡向气体分子数减小的方向移动,即正反应方向气体分子数减小,A为固体,则a>b,③正确;综上C项正确。
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13.相同温度下,有容积相同的甲、乙两个恒容容器,甲容器中充入1 g N2和1 g H2,乙容器中充入2 g N2和2 g H2,分别进行合成氨反应。下列叙述中错误的是(　　)
A.化学反应速率:乙>甲
B.平衡后N2的浓度:乙>甲
C.H2的平衡转化率:乙<甲
D.平衡混合气体中H2的体积分数:乙>甲
CD
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解析 因为乙容器中的原料投入量正好是甲的2倍,故A项正确;假设开始时乙容器的容积也是甲的2倍(如图所示),则此时甲、乙两容器中达到的平衡是等效平衡。再将乙容器的容积压缩至与甲相等(如图中丙),则在此过程中化学平衡要向正反应方向移动,即N2、H2的平衡转化率增大,它们在平衡混合气体中的体积分数减小,故C项、D项错误;平衡后,丙中N2、H2、NH3的浓度分别比甲中N2、H2、NH3浓度大,但丙中N2、H2的浓度要分别小于甲中N2、H2浓度的2倍,而丙中NH3的浓度要大于甲中NH3浓度的2倍,B项正确。
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14.如图所示,某刚性容器内有一活塞和弹簧,B为真空,A内已充入2 mol SO2和1 mol O2,在一定条件下发生可逆反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)　ΔH1=-Q kJ·mol-1(Q>0),一段时间后活塞已保持静止,SO2的反应速率为v0。再往A内迅速充入2 mol SO2和1 mol O2,当活塞再次保持静止时,SO2的反应速率为v,在此过程中,下列说法正确的是(　　)
A.活塞先下移,后上移到原静止位置,v>v0
B.活塞先下移,后上移但不到原静止位置,v>v0
C.活塞先下移,后上移到原静止位置,v=v0
D.活塞先下移,后上移但不到原静止位置,v=v0
B
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解析 再往A内充入2 mol SO2和1 mol O2后,压强增大,先将弹簧压下,随着反应的进行,压强减小(平衡正向移动),弹簧又伸长,但最终压强比原来大,所以反应速率比原来大。
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15.向某密闭容器中加入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,各物质浓度随时间变化如甲图所示[t0~t1阶段c(B)未画出]。图乙为t2时刻后改变条件平衡体系中反应速率随时间变化的情况,且四个阶段都各改变一种不同的条件。已知,t3~t4阶段为使用催化剂。下列说法正确的是(　　)
A.若t1=15,反应产物C在t0~t1时间段的反应速率为0.004 mol·L-1·s-1
B.t4~t5阶段改变的条件为降低反应温度
C.B的起始物质的量为0.02 mol
D.t5~t6阶段可能是升高温度
AD
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16.如图表示25 ℃时,N2、H2与NH3的平均能量与合成氨反应的活化能的曲线图,据图回答下列问题:
(1)若反应中生成2 mol NH3,则反应______ (填“吸热”或“放热”) ______kJ。
(2)图中曲线________ (填“a”或“b”)表示加入铁触媒的能量变化曲线,铁触媒能加快反应速率的原理是___________________________________。
放热
92
b
降低了合成氨反应的活化能
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(3)合成氨反应中平衡混合物中氨气的体积分数与压强、温度的关系如图所示。若曲线a对应的温度为500 ℃,则曲线b对应的温度可能是________ (填字母)。
A.600 ℃ B.550 ℃
C.500 ℃ D.450 ℃
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解析 (1)由题图中能量状态可知N2(g)与3H2(g)具有的总能量高于2NH3(g)所具有的能量,故该反应为放热反应,并且反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)每生成2 mol NH3放出热量(600-508) kJ=92 kJ。
(2)合成氨反应中,加入铁触媒后,使反应的活化能降低,从而加快了反应速率,故曲线b代表加催化剂后的能量变化曲线。
(3)对于合成氨反应,当其他条件不变时,升高温度,平衡向逆反应方向移动,平衡混合物中NH3的体积分数降低。题图中,当压强不变时,曲线b对应的温度下平衡混合物中NH3的体积分数大于曲线a对应的NH3的体积分数,所以曲线b对应的温度低于曲线a对应的温度。
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C 级 学科素养拔高练
17.反应2NO(g)+2H2(g)═N2(g)+2H2O(g)中,每生成7 g N2,放出166 kJ的热量,该反应的速率表达式为v=k·cm(NO)·cn(H2)(k、m、n待测),其反应包含下列两步:①2NO+H2═N2+H2O2(慢) ②H2O2+H2═2H2O(快)
T ℃时测得有关实验数据如下:
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下列说法错误的是(　　)
A.整个反应速率由第①步反应决定
B.正反应的活化能一定是①<②
C.该反应速率表达式:v=5 000 c2(NO)·c(H2)
D.该反应的热化学方程式为2NO(g)+2H2(g)═N2(g)+2H2O(g)　ΔH=-664 kJ·mol-1
B
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解析 由①、②两反应知,反应过程中反应慢的反应决定整个反应速率,整个反应速率由第①步反应决定,A正确;反应①慢,说明反应①的活化能高,正反应的活化能一定是①>②,B错误;比较实验Ⅰ、Ⅱ数据可知,NO浓度不变,实验Ⅱ氢气浓度增大一倍,反应速率增大一倍,比较实验Ⅲ、Ⅳ数据可知,H2浓度不变,实验Ⅳ中NO浓度增大一倍,反应速率增大四倍,据此得到速率方程:v=kc2(NO)·c(H2),依据实验Ⅰ中数据计算k=5 000,则题给反应的速率表达式为v=5 000 c2(NO)·c(H2),C正确;反应2NO(g)+2H2(g)═N2(g)+ 2H2O(g)中,每生成7 g N2放出166 kJ的热量,生成28 g N2应放热664 kJ,则热化学方程式为2NO(g)+2H2(g)═N2(g)+2H2O(g)　ΔH=-664 kJ·mol-1,D正确。
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18.为了研究外界条件对过氧化氢分解速率的影响,某同学做了以下实验,请回答下列问题。
编号 操作 实验现象
① 分别在试管A、B中加入5 mL 5%H2O2溶液,各滴入2滴1 mol·L-1FeCl3溶液。待试管中均有适量气泡出现时,将试管A放入盛有5 ℃左右冷水的烧杯中浸泡;将试管B放入盛有40 ℃左右热水的烧杯中浸泡 试管A中产生气泡速率变慢;试管B中产生气泡速率加快
② 另取两支试管分别加入5 mL 5% H2O2溶液和5 mL10% H2O2溶液 试管A、B中均未明显见到有气泡产生
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(1)过氧化氢分解的化学方程式为________________________________。
(2)实验①的目的是________________________________。实验中滴加FeCl3溶液的目的是____________________________________________。
(3)实验②未观察到预期的实验现象,为了帮助该同学达到实验目的,你提出的对上述操作的改进意见是_______________________ (用实验中所提供的几种试剂)。
2H2O2 2H2O+O2↑
研究温度对H2O2分解速率的影响
加快H2O2分解速率,使实验现象易于观察
将两支试管同时放入盛有相同温度热水的烧杯中,或向两支试管中同时滴入2滴1 mol·L-1FeCl3溶液,观察产生气泡的速率
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(4)某同学在50 mL一定浓度的H2O2溶液中加入一定量的二氧化锰,放出气体的体积(标准状况)与反应时间的关系如图所示,则A、B、C三点所表示的瞬时反应速率最慢的是________。
C
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解析 影响化学反应速率的因素有多种,在探究相关规律时,需要控制其他条件不变,只改变某一个条件,探究这一条件对反应速率的影响,这种探究方法称为控制变量法。解答此类题时,首先要认真审题,清楚实验目的,弄清要探究的外界条件有哪些。然后分析题给图表,确定一个变化的量,弄清在其他几个量不变的情况下,这个变化量对实验结果的影响,进而总结出规律。然后再确定另一个变量,重新进行相关分析。但在分析相关数据时,要注意题给数据的有效性。题中实验①控制浓度和其他条件相同,探究温度对反应速率的影响。实验②控制温度相同,探究浓度对反应速率的影响。(3)若实验②未观察到预期的实验现象,根据②的实验条件,应同时升高温度或滴入FeCl3溶液,以便加快反应速率。(4)分析图像可知斜率越大,反应速率越快,所以C点反应速率最慢。(共39张PPT)
分层作业13　化学反应条件的优化——工业合成氨
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A 级 必备知识基础练
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1.德国化学家哈伯发明了以低成本制造大量氨的方法,从而大大满足了当时日益增长的人口对粮食的需求。下列是哈伯法合成氨的流程图,其中为提高原料转化率而采取的措施是(　　)
A.①②③ B.②④⑤
C.①③⑤ D.②③④
B
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解析 合成氨反应为N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH<0,加压、降温、减小NH3的浓度均有利于平衡向正反应方向移动,②④符合题意;将原料气循环利用也可提高原料的转化率,⑤符合题意。
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2.合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义。对于密闭容器中的反应:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),673 K,30 MPa下,n(NH3)和n(H2)随时间变化的关系如图所示。下列叙述正确的是(　　)
A.点a的正反应速率比点b的小
B.点c处反应达到平衡
C.点d(t1时刻)和点e(t2时刻)处n(N2)不一样
D.其他条件不变,773 K条件下反应至t1时刻,n(H2)比图中d点的值大
D
解析 a点的反应物浓度大于b点,所以反应速率a更快;c点之后各种物质的浓度仍在变化,并没有达到平衡;而d、e两点时达到平衡,浓度不再变化;升高温度,平衡逆向移动,氢气的浓度变大。
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3.对于合成氨工业,只从提高原料转化率看,下列条件中选择最适宜的组合是(　　)
①高温　②低温　③低压　④高压　⑤催化剂 ⑥加氨　⑦分离出氨
A.②④⑤ B.②④⑦
C.①④⑤ D.②③⑥
B
解析 合成氨反应为N2+3H2 2NH3　ΔH<0,因而可知降低温度有利于反应向生成氨气的方向进行;从气体各物质化学式前的系数来看,加压有利于反应向生成氨气的方向进行;加催化剂只会改变速率却无法改变转化率;及时分离反应产物也有利于反应向生成氨气的方向进行。故综上所述②④⑦符合题意。
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4.合成氨反应通常控制在20 MPa~50 MPa的压强和500 ℃左右的温度,且进入合成塔的氮气和氢气的体积比为1∶3,经科学测定,在相应条件下氮气和氢气反应所得氨的平衡浓度(体积分数)如下表所示:
温度 压强 20 MPa 60 MPa
500 ℃ 19.1% 42.2%
而实际从合成塔出来的混合气体中含有氨约为15%,这表明(　　)
A.表中所测数据有明显误差
B.生产条件控制不当
C.氨的分解速率大于预测值
D.合成塔中的反应并未达到平衡
D
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解析 表中数据为通过科学实验所得,不可能有明显误差;合成氨连续操作,不可能对生产条件控制不当;平衡浓度问题与速率的大小没有直接关系,因此D项符合题意。这说明合成氨工业考虑单位时间的产量问题,并未让合成氨反应达到平衡,因为让反应达到平衡需要一定的时间,时间太长得不偿失。
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5.将氮气和氢气的混合气体通入合成塔中,反应1小时达到平衡以后,N2、H2、NH3的浓度分别为3 mol·L-1、7 mol·L-1、4 mol·L-1,则下列结果不正确的是(　　)
A.从开始到平衡时v(H2)=7 mol·L-1·h-1
B.c始(H2)=13 mol·L-1
C.c始(N2)=5 mol·L-1
D.H2的平衡转化率为46.2%
A
解析 由题知,起始NH3浓度为0,达到平衡后NH3的浓度为4 mol·L-1,说明转化了4 mol·L-1,则由化学方程式中化学式前面的系数关系知N2消耗了2 mol·L-1,H2消耗了6 mol·L-1,所以v(H2)=6 mol·L-1·h-1,c始(H2)=13 mol·L-1,c始(N2)=5 mol·L-1,H2的平衡转化率为 ×100%≈46.2%。
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6.(2023河北邯郸魏县五中高二期中)平衡移动原理在工农业生产和日常生活中有许多重要应用,下列事实能用勒·夏特列原理解释的是(　　)
A.2HI(g) H2(g)+I2(g),加压,体系颜色变深
B.已知反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0,高温比低温更有利于NH3的生成
C.工业上用SO2合成SO3,增加氧气的量可提高SO2的利用率
D.工业上合成氨,使用铁触媒可提高NH3日产量
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解析 对于气体分子数不变的反应,加压时平衡不移动,体系颜色变深是有色气体浓度增大造成的,不能用勒·夏特列原理解释,A项不符合题意;合成氨反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,故高温不利于NH3的生成,不能用勒·夏特列原理解释,B项不符合题意;对于反应2SO2+O2 2SO3,增加氧气的量,平衡正向移动,可提高SO2的利用率,可以用勒·夏特列原理解释,C项符合题意;使用铁触媒作催化剂,可以加快反应速率,但平衡不移动,不能用勒·夏特列原理解释,D项不符合题意。
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7.已知合成氨反应:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH=-92.2 kJ·mol-1,在反应过程中,正反应速率的变化如图:
下列说法正确的是(　　)
A.t1时升高了温度 B.t2时使用了催化剂
C.t3时增大了压强 D.t4时降低了温度
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解析 若t1时升高了温度,则随后v(正)应增大至平衡,A错误;若t3时增大了压强,v(正)应增大,而不会减小,故C错误;若t4时降低了温度,则v(正)应突然减小,曲线不应相连,D错误。
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8.在一定温度和压强下,在密闭容器中充入H2、N2、NH3,开始时其物质的量之比为3∶1∶1,反应达平衡后,H2、N2、NH3的物质的量之比为9∶3∶4,则此时氮气的转化率为(　　)
A.10% B.20%
C.15% D.30%
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解析 由题意设开始时H2、N2、NH3的物质的量分别为3 mol、1 mol、1 mol。平衡时N2转化了a mol,则根据“三段式”分析:
　　　　　　　 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)
初始物质的量/mol 1 3 1
转化物质的量/mol a 3a 2a
平衡物质的量/mol 1-a 3-3a 1+2a
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9.在一定温度下,在恒压容器a和恒容容器b中,分别充入体积比1∶3的N2和H2。开始时体积相同,达到平衡时两容器中N2的转化率比较(　　)
A.a大 B.b大
C.a、b一样大 D.无法判断
A
解析 先假设a容器开始时也保持容积不变,则达到平衡时容器a中N2的转化率与容器b中N2的转化率相等,但达到平衡时,a容器的压强比开始变小了。由于容器a恒压,若要保持开始时的压强,必然要缩小容器a的容积,则平衡会正向移动。因此再次达平衡时,N2的转化率会增大。
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其中,N2吸附分解反应活化能高、速率慢,决定了合成氨的整体反应速率。请回答:
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解析 ΔH(298 K)=-46.2 kJ· mol-1是气体体积减小的放热反应,低温有利于平衡正向移动,提高NH3的平衡产率,A正确、B错误;降低压强平衡逆向移动,不利于提高NH3的平衡产率,C错误、D正确;催化剂只改变反应速率,不改变化学平衡,不能提高NH3的平衡产率,E错误。
(1)利于提高合成氨平衡产率的条件有_________ (填字母)。
A.低温 B.高温
C.低压 D.高压
E.催化剂
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(2)实际生产中,常用Fe作催化剂,控制温度773 K,压强3.0×107 Pa,原料中N2和H2物质的量之比为1∶2.8。分析说明原料气中N2过量的两个理由: __________________________________________________________、
__________________________________________________________。
原料气中N2相对易得,适度过量有利于提高H2的转化率　
N2的吸附分解是决定反应速率的步骤,适度过量有利于提高整体反应速率
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(3)关于合成氨工艺的下列理解,正确的是________(填字母)。
A.合成氨反应在不同温度下的ΔH和ΔS都小于零
B.当温度、压强一定时,在原料气(N2和H2的比例不变)中添加少量惰性气体,有利于提高平衡转化率
C.基于NH3有较强的分子间作用力可将其液化,不断将液氨移去,有利于反应正向进行
D.分离空气可得N2,通过天然气和水蒸气转化可得H2,原料气须经过净化处理,以防止催化剂“中毒”
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解析 　ΔH(298 K)=-46.2 kJ·mol-1是气体体积减小的放热反应,该反应在不同温度下的ΔH和ΔS都小于零,A正确;NH3易液化,不断将液氨移去,有利于反应正向移动,C正确;合成氨的反应在合成塔中发生,原料气中的N2是从空气中分离得到的,原料气须经过净化处理,以防止催化剂“中毒”,D正确。
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B 级 关键能力提升练
以下选择题有1~2个选项符合题意。
11.在密闭容器中进行如下反应:N2+3H2 2NH3　ΔH<0,当反应达到平衡时,其他条件不变,若压缩容器容积使其变为原来的一半,则下列说法中正确的是(　　)
A.平衡不移动 B.平衡向正反应方向移动
C.平衡向逆反应方向移动 D.NH3的百分含量增加
BD
解析 压缩容器容积使其变为原来的一半,则平衡向气体体积减小的方向移动,故平衡向正反应方向移动,使NH3的百分含量增加。
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12.合成氨反应达到平衡时,NH3的体积分数与温度、压强的关系如图所示。根据此图分析合成氨工业最有前途的研究方向是(　　)
A.提高分离技术
B.研制耐高压的合成塔
C.研制低温催化剂
D.探索不用N2和H2合成氨的新途径
C
解析 由题图可知,NH3的体积分数随着温度的升高而显著下降,故要提高NH3的体积分数,必须降低温度,但目前所用催化剂铁触媒的活性最高时的温度较高,故最有前途的研究方向为研制低温催化剂。
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13.合成氨反应的正反应是气体体积减小的放热反应。合成氨工业的生产流程如下:
关于合成氨工业的说法中不正确的是(　　)
A.混合气体进行循环利用遵循绿色化学思想
B.合成氨反应须在低温下进行
C.对原料气进行压缩是为了增大原料气的转化率
D.使用催化剂可以提高反应的速率,但是不能使平衡向正反应方向移动
B
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解析 低温虽然有利于平衡正向移动,但低温会导致反应速率降低,不利于提高生产效率,B项错误。
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14.对于可逆反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)(正反应为放热反应),下列说法中正确的是(　　)
A.达到平衡后,加入N2,当重新达到平衡时,NH3的浓度比原平衡的大,N2的浓度比原平衡的小
B.达到平衡后,升高温度,既加快了正、逆反应速率,又提高了NH3的产率
C.达到平衡后,缩小容器容积,既有利于加快正、逆反应速率,又有利于提高氢气的转化率
D.加入催化剂可以缩短达到平衡的时间,是因为催化剂改变反应途径,降低反应的活化能
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解析 达到平衡后,加入N2,平衡向正反应方向移动,达到新平衡后,NH3的浓度会增大,而N2的浓度比原平衡的大,A项错误;达到平衡后,升高温度,正、逆反应速率都增大,但平衡向逆反应方向移动,不利于NH3的生成,B项错误;达到平衡后,缩小容器容积即增大压强,正、逆反应速率都增大,平衡向正反应方向移动,有利于提高H2的转化率,C项正确;加入催化剂,改变了反应途径,降低了反应的活化能,从而缩短反应达到平衡的时间,D项正确。
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15.下列是关于N2+3H2 2NH3的反应速率与时间的关系图像,纵坐标为反应速率v,横坐标为时间t。当反应达到平衡后,条件发生改变与速率变化的关系不符合实际的是(　　)
A
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解析 合成氨反应是气体体积减小的放热反应,所以加压和降温有利于化学平衡向着生成氨气的方向移动。达到化学平衡后,若升高温度,化学平衡左移,实际上此时是逆反应速率大于正反应速率,所以A项错误;如果给体系加压,体系中所有物质的浓度都增大,所以正、逆反应速率都增大,但正反应速率增大的幅度大于逆反应速率增大的幅度,所以B项正确;使用催化剂不会使化学平衡发生移动,只能改变化学反应速率,所以C项正确;补充N2和H2,则平衡体系中反应物的浓度增大,所以正反应速率增大,分离出NH3,反应产物的浓度减小,所以逆反应速率减小,所以D项正确。
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16.合成氨工业对化学工业和国防工业具有重要意义,对我国实现农业现代化也起着重要作用。根据已学知识回答下列问题[已知N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH=-92.4 kJ·mol-1]:
(1)合成氨工业采取的下列措施不可用平衡移动原理解释的是________ (填序号)。
A.采用较高压强(20 MPa~50 MPa)
B.采用500 ℃的高温
C.用铁触媒作催化剂
D.将生成的氨液化并及时从体系中分离出来
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解析 反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)是气体体积减小的反应,增大压强,平衡正向移动;500 ℃高温较室温不利于平衡向合成氨方向移动,采用500 ℃不仅考虑到温度对反应速率的影响,更主要的是500 ℃时催化剂活性最大。催化剂只改变反应速率,不改变平衡移动;将生成的氨液化并分离出来,减少体系中氨的浓度,平衡正向移动。
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(2)合成氨工业中采用了较高压强(20 MPa~50 MPa),而没有采用100 MPa或者更大压强,试解释没有这么做的理由________________________。
采用更大压强会要求使用能耐更大压强的设备,从而增加生产成本(其他合理答案也可)
解析 采用更大压强,需要使用承受更大压强的设备,会增加生产成本,不经济。
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(3)在容积均为2 L(容器体积不可变)的甲、乙两个容器中,分别加入2 mol N2、6 mol H2和1 mol N2、3 mol H2,在相同温度、催化剂下使其反应。最终达到平衡后,两容器N2转化率分别为α甲、α乙,则甲容器中平衡常数为________ (用含α甲的代数式表示),此时α甲________ (填“>”“<”或“=”)α乙。
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解析 在甲容器中,反应的N2为2 mol×α甲,则有
　　　　　 N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
初始物质的量/mol 1 3 0
转化物质的量/mol α甲 3α甲 2α甲
平衡物质的量/mol 1-α甲 3-3α甲 2α甲
甲与乙相比,相当于在乙平衡的基础上增大压强,平衡正向移动,即甲容器中的平衡正向移动的程度更大,所以α甲>α乙。
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C 级 学科素养拔高练
17.电催化N2还原制NH3的一种反应机理如图所示(H的来源省略),其中吸附在催化剂表面的物种用*表示,下列说法不正确的是(　　)
A.N2生成NH3是通过多步还原反应实现的
B.两个氮原子上的加氢过程同时进行
C.析氢反应(H*+H*→H2)会影响NH3的生成
D.NH3的及时脱附有利于提高催化剂活性
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解析 由图可知,N2生成NH3是通过N2→*N2→*NNH……NH3多步还原反应实现的,故A不符合题意;由图可知,加氢过程是分步进行的(*N2→*NNH→*NHNH),故B符合题意;析氢反应(H*+H*→H2)会导致生成NH3时H不足,从而影响NH3的生成,故C不符合题意;NH3的及时脱附,能够增加催化剂与反应物的接触面积,即有利于增加催化剂活性,故D不符合题意。
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18.合成氨工艺是人工固氮最重要的途径。
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(1)N2和H2起始物质的量之比为1∶3,反应在恒定温度和标准压强下进行, NH3的平衡产率为w,则标准平衡常数Kθ= ________(用含w的最简式表示)。
(2)下图中可以示意标准平衡常数Kθ随温度(T)变化趋势的是_________。
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(2)温度升高,平衡左移,标准平衡常数减小,应选A。分层作业12　外界条件对化学反应速率的影响
A级必备知识基础练
1.运用“光触媒”技术,在路面涂上一种光催化剂涂料,可将汽车尾气中45%的NO和CO转化成无污染的物质。下列对此反应的叙述中正确的是(　　)
A.使用光催化剂不改变反应速率
B.改变压强对反应速率无影响
C.升高温度能加快反应速率
D.该反应生成NO2和C,控制了大气污染
2.下列说法不正确的是(　　)
A.具有较高能量的反应物分子称为活化分子
B.升高温度增大了活化分子百分数
C.催化剂能够改变化学反应的途径
D.缩小体积增大压强能提高活化分子的浓度
3.决定化学反应速率的主要因素是(　　)
①温度　②压强　③催化剂　④浓度　⑤反应物本身的性质
A.①②③④⑤　　　　　
B.⑤
C.①④
D.①②③④
4.研究发现,腐蚀严重的青铜器表面大都存在CuCl。关于CuCl在青铜器腐蚀过程中的催化作用,下列叙述正确的是(　　)
A.降低了反应的活化能
B.减缓了反应的速率
C.降低了反应的焓变
D.增大了反应的平衡常数
5.某小组设计如图所示实验(夹持仪器已省略),探究影响H2O2分解速率的因素。下列分析错误的是(　　)
A.该实验探究的是温度对反应速率的影响
B.该实验要控制MnO2的质量、颗粒大小相同
C.实验中,H2O2溶液的浓度不宜过大
D.温度相同时,若用FeCl3代替MnO2,反应速率相同
6.(2023河北邯郸魏县五中高二期中)一定量的锌粉和6 mol·L-1的过量盐酸反应,当向其中加入少量的下列物质时,能够加快反应速率,又不影响产生H2的总量的是(　　)
①石墨粉　②CuO　③铜粉　④铁粉　⑤浓盐酸
A.①②⑤
B.①③⑤
C.③④⑤
D.①③④
7.据报道,在300 ℃、70 MPa下由二氧化碳和氢气合成乙醇已成为现实:2CO2(g)+6H2(g)CH3CH2OH(g)+3H2O(g),下列叙述错误的是(　　)
A.使用Cu-Zn-Fe催化剂可大大提高生产效率
B.反应需在300 ℃下进行可推测该反应是吸热反应
C.充入大量CO2气体可提高H2的转化率
D.从平衡混合气体中分离出CH3CH2OH和H2O可提高CO2和H2的利用率
8.在一定条件下,容积为2 L的密闭容器中,将2 mol L气体和3 mol M气体混合,发生如下反应:2L(g)+3M(g)═xQ(g)+3R(g),10 s末,生成2.4 mol R,并测得Q的浓度为0.4 mol·L-1。计算:
(1)10 s末L的物质的量浓度为________。
(2)前10 s内用M表示的化学反应速率为________。
(3)化学方程式中x值为________。
(4)在恒温恒容条件下,往容器中加入1 mol氦气,反应速率________ (填“增大”“减小”或“不变”,下同)。
(5)在恒温恒压条件下,往容器中加入1 mol氦气,反应速率________。
B级关键能力提升练
以下选择题有1~2个选项符合题意。
9.在容积不变的密闭容器中存在如下反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)　ΔH<0,某研究小组研究了其他条件不变时,改变某一条件对上述反应的影响,下列分析正确的是(　　)
A.图Ⅰ表示的是t0时刻增大O2的物质的量浓度对反应速率的影响
B.图Ⅱ表示的是t0时刻加入催化剂后对反应速率的影响
C.图Ⅲ表示的是催化剂对平衡的影响,且甲的催化效率比乙高
D.图Ⅲ表示的是压强对化学平衡的影响,且乙的压强较高
10.2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)是制备硫酸的重要反应。下列叙述正确的是(　　)
A.催化剂V2O5不改变该反应的逆反应速率
B.增大反应体系的压强,化学反应速率一定增大
C.该反应是放热反应,降低温度将缩短反应达到平衡的时间
D.在t1、t2时刻,SO3(g)的浓度分别是c1、c2,则时间间隔t1~t2内,生成SO3(g)的平均反应速率v=
11.向四个容积相同的密闭容器中分别充入一定量的SO2和O2,开始反应时,按反应速率由大到小顺序排列正确的是(　　)
甲.在500 ℃时,10 mol SO2和10 mol O2
乙.在500 ℃时,用V2O5作催化剂,10 mol SO2和10 mol O2
丙.在450 ℃时,8 mol SO2和5 mol O2
丁.在500 ℃时,8 mol SO2和5 mol O2
A.甲、乙、丙、丁　　　　　
B.乙、甲、丙、丁
C.乙、甲、丁、丙
D.丁、丙、乙、甲
12.对于化学反应A(s)+aB(g)bC(g)在不同温度和压强(p1①正反应是放热反应　②正反应是吸热反应　③a>b　④aA.①③ B.②④
C.②③ D.①④
13.相同温度下,有容积相同的甲、乙两个恒容容器,甲容器中充入1 g N2和1 g H2,乙容器中充入2 g N2和2 g H2,分别进行合成氨反应。下列叙述中错误的是(　　)
A.化学反应速率:乙>甲
B.平衡后N2的浓度:乙>甲
C.H2的平衡转化率:乙<甲
D.平衡混合气体中H2的体积分数:乙>甲
14.如图所示,某刚性容器内有一活塞和弹簧,B为真空,A内已充入2 mol SO2和1 mol O2,在一定条件下发生可逆反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)　ΔH1=-Q kJ·mol-1(Q>0),一段时间后活塞已保持静止,SO2的反应速率为v0。再往A内迅速充入2 mol SO2和1 mol O2,当活塞再次保持静止时,SO2的反应速率为v,在此过程中,下列说法正确的是(　　)
A.活塞先下移,后上移到原静止位置,v>v0
B.活塞先下移,后上移但不到原静止位置,v>v0
C.活塞先下移,后上移到原静止位置,v=v0
D.活塞先下移,后上移但不到原静止位置,v=v0
15.向某密闭容器中加入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,各物质浓度随时间变化如甲图所示[t0~t1阶段c(B)未画出]。图乙为t2时刻后改变条件平衡体系中反应速率随时间变化的情况,且四个阶段都各改变一种不同的条件。已知,t3~t4阶段为使用催化剂。下列说法正确的是(　　)
A.若t1=15,反应产物C在t0~t1时间段的反应速率为0.004 mol·L-1·s-1
B.t4~t5阶段改变的条件为降低反应温度
C.B的起始物质的量为0.02 mol
D.t5~t6阶段可能是升高温度
16.如图表示25 ℃时,N2、H2与NH3的平均能量与合成氨反应的活化能的曲线图,据图回答下列问题:
(1)若反应中生成2 mol NH3,则反应________ (填“吸热”或“放热”) ________kJ。
(2)图中曲线________ (填“a”或“b”)表示加入铁触媒的能量变化曲线,铁触媒能加快反应速率的原理是________________________________________。
(3)合成氨反应中平衡混合物中氨气的体积分数与压强、温度的关系如图所示。若曲线a对应的温度为500 ℃,则曲线b对应的温度可能是________ (填字母)。
A.600 ℃ B.550 ℃
C.500 ℃ D.450 ℃
C级学科素养拔高练
17.反应2NO(g)+2H2(g)═N2(g)+2H2O(g)中,每生成7 g N2,放出166 kJ的热量,该反应的速率表达式为v=k·cm(NO)·cn(H2)(k、m、n待测),其反应包含下列两步:
①2NO+H2═N2+H2O2(慢)
②H2O2+H2═2H2O(快)
T℃时测得有关实验数据如下:
序号
Ⅰ 0.006 0 0.001 0 1.8×10-4
Ⅱ 0.006 0 0.002 0 3.6×10-4
Ⅲ 0.001 0 0.006 0 3.0×10-5
Ⅳ 0.002 0 0.006 0 1.2×10-4
下列说法错误的是(　　)
A.整个反应速率由第①步反应决定
B.正反应的活化能一定是①<②
C.该反应速率表达式:v=5 000 c2(NO)·c(H2)
D.该反应的热化学方程式为2NO(g)+2H2(g)═N2(g)+2H2O(g)　ΔH=-664 kJ·mol-1
18.为了研究外界条件对过氧化氢分解速率的影响,某同学做了以下实验,请回答下列问题。
编号 操作 实验现象
① 分别在试管A、B中加入5 mL 5%H2O2溶液,各滴入2滴1 mol·L-1FeCl3溶液。待试管中均有适量气泡出现时,将试管A放入盛有5 ℃左右冷水的烧杯中浸泡;将试管B放入盛有40 ℃左右热水的烧杯中浸泡 试管A中产生气泡速率变慢;试管B中产生气泡速率加快
② 另取两支试管分别加入5 mL 5% H2O2溶液和5 mL10% H2O2溶液 试管A、B中均未明显见到有气泡产生
(1)过氧化氢分解的化学方程式为________________________________。
(2)实验①的目的是________________________________________________。实验中滴加FeCl3溶液的目的是________________________________。
(3)实验②未观察到预期的实验现象,为了帮助该同学达到实验目的,你提出的对上述操作的改进意见是_______________________ (用实验中所提供的几种试剂)。
(4)某同学在50 mL一定浓度的H2O2溶液中加入一定量的二氧化锰,放出气体的体积(标准状况)与反应时间的关系如图所示,则A、B、C三点所表示的瞬时反应速率最慢的是________。
分层作业12　外界条件对化学反应速率的影响
1.C　解析 由题意可知发生的反应为2NO+2CON2+2CO2,故D错;对该反应而言,光催化剂的使用,压强的改变,都会改变反应速率,故A、B错。
2.A　解析 能量高不一定是活化分子;温度升高,可使一部分分子变成活化分子,增大了活化分子百分数;催化剂能降低反应所需的活化能,所以改变了化学反应途径;增大压强,体积缩小,所以提高了活化分子浓度但不会改变活化分子百分数。
3.B　解析 决定化学反应速率的主要因素是反应物本身的性质,温度、压强、催化剂和浓度均为影响化学反应速率的外因,B正确。
4.A　解析 CuCl作为催化剂降低了反应的活化能,从而加快金属的腐蚀。
5.D　解析 两个装置的温度不同,其他条件相同,所以该实验探究的是温度对反应速率的影响,A项正确;由于二氧化锰是催化剂,且探究的是温度对反应速率的影响,所以该实验要控制MnO2的质量、颗粒大小相同,B项正确;H2O2溶液的浓度过大,反应速率过快,不易控制,所以实验中H2O2溶液的浓度不宜过大,C项正确;温度相同时,若用FeCl3代替MnO2,则反应速率不同,D项错误。
6.B　解析 ①石墨、锌及盐酸可构成原电池,锌是负极,能加快反应速率,生成H2的总量不变,符合题意;②氧化铜溶于盐酸生成氯化铜,CuCl2和锌发生置换反应,生成铜,Zn、Cu与盐酸构成原电池,加快反应速率,但由于与盐酸反应的Zn减少,生成的氢气减少,不符合题意;③Zn、Cu与盐酸构成原电池,加快反应速率,生成H2的总量不变,符合题意;④铁能和盐酸反应产生氢气,产生H2总量增多,不符合题意;⑤增大氢离子浓度,反应速率增大,生成H2的总量不变,符合题意;答案选B。
7.B　解析 使用催化剂可加快反应速率,提高生产效率,A正确;只根据反应所需温度无法确定该反应是吸热反应还是放热反应,B错误;增大反应物CO2的浓度,可提高H2的转化率,C正确;从平衡混合气体中分离出CH3CH2OH和H2O,减小反应产物的浓度,可使平衡正向移动,提高CO2和H2的利用率,D正确。
8.答案 (1)0.2 mol·L-1　(2)0.12 mol·L-1·s-1
(3)1　(4)不变　(5)减小
解析 根据题给信息可得:
　　　　2L(g) + 3M(g) xQ(g) + 3R(g)
起始/mol 2 3 0 0
10s末/mol 0.4 0.6 0.8 2.4
(1)c(L)==0.2mol·L-1。
(2)v(M)==0.12mol·L-1·s-1。
(3),x=1。
(4)恒温、恒容条件下通入He,反应物和反应产物的浓度均不变,反应速率不变。
(5)恒温、恒压条件下通入He,容器容积增大,反应物和反应产物的浓度减小,反应速率减小。
9.B　解析 若增大O2的浓度,正反应速率突然变大,逆反应速率瞬间不变,随后逐渐变大,故A项错误;加入催化剂,正、逆反应速率同等程度增大,v'(正)=v'(逆),故B项正确;加入催化剂,正、逆反应速率同等程度增大,v(正)=v(逆),化学平衡不移动,SO2的转化率不变,故C项错误;乙达到平衡时所用时间短,则反应速率快,乙的压强较甲高,但增大压强平衡右移,SO2的转化率会增大,故D项错误。
10.D　解析 V2O5作为催化剂,能同等程度改变正、逆化学反应的速率,A项错误;压强并不是影响化学反应速率的唯一因素,只有当其他条件不变时增大压强,化学反应速率才有可能增大,B项错误;不管是吸热反应还是放热反应,降低温度时化学反应速率均减小,使达到平衡所需的时间增多,C项错误;根据v=可知,D项正确。
11.C　解析 甲、乙相比较,乙使用催化剂,反应速率乙>甲;丙、丁相比较,丁温度高,反应速率丁>丙;甲与丁相比较,甲反应物浓度大,反应速率甲>丁,故C项正确。
12.C　解析 升高温度时B的体积分数减小,平衡向正反应方向移动,升温时平衡向吸热的方向移动,则正反应为吸热反应,②正确;由图像可知,压强增大时B的体积分数减小,平衡向正反应方向移动,压强增大平衡向气体分子数减小的方向移动,即正反应方向气体分子数减小,A为固体,则a>b,③正确;综上C项正确。
13.CD　解析 因为乙容器中的原料投入量正好是甲的2倍,故A项正确;假设开始时乙容器的容积也是甲的2倍(如图所示),则此时甲、乙两容器中达到的平衡是等效平衡。再将乙容器的容积压缩至与甲相等(如图中丙),则在此过程中化学平衡要向正反应方向移动,即N2、H2的平衡转化率增大,它们在平衡混合气体中的体积分数减小,故C项、D项错误;平衡后,丙中N2、H2、NH3的浓度分别比甲中N2、H2、NH3浓度大,但丙中N2、H2的浓度要分别小于甲中N2、H2浓度的2倍,而丙中NH3的浓度要大于甲中NH3浓度的2倍,B项正确。
14.B　解析 再往A内充入2molSO2和1molO2后,压强增大,先将弹簧压下,随着反应的进行,压强减小(平衡正向移动),弹簧又伸长,但最终压强比原来大,所以反应速率比原来大。
15.AD　解析 v(C)==0.004mol·L-1·s-1,A正确;在t4~t5阶段,平衡没有移动,反应速率减小,则是减小了压强;由图分析可知反应方程式是3A(g)B(g)+2C(g),再由化学式前的系数之比等于Δc之比,求出Δc(B)=0.03mol·L-1,则B起始浓度为0.02mol·L-1,根据开始时A的浓度可求出容器容积为2L,则B的起始物质的量为0.04mol,B和C错误;t5~t6阶段改变的条件可能是升高温度,D正确。
16.答案 (1)放热　92
(2)b　降低了合成氨反应的活化能
(3)D
解析 (1)由题图中能量状态可知N2(g)与3H2(g)具有的总能量高于2NH3(g)所具有的能量,故该反应为放热反应,并且反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)每生成2molNH3放出热量(600-508)kJ=92kJ。
(2)合成氨反应中,加入铁触媒后,使反应的活化能降低,从而加快了反应速率,故曲线b代表加催化剂后的能量变化曲线。
(3)对于合成氨反应,当其他条件不变时,升高温度,平衡向逆反应方向移动,平衡混合物中NH3的体积分数降低。题图中,当压强不变时,曲线b对应的温度下平衡混合物中NH3的体积分数大于曲线a对应的NH3的体积分数,所以曲线b对应的温度低于曲线a对应的温度。
17.B　解析 由①、②两反应知,反应过程中反应慢的反应决定整个反应速率,整个反应速率由第①步反应决定,A正确;反应①慢,说明反应①的活化能高,正反应的活化能一定是①>②,B错误;比较实验Ⅰ、Ⅱ数据可知,NO浓度不变,实验Ⅱ氢气浓度增大一倍,反应速率增大一倍,比较实验Ⅲ、Ⅳ数据可知,H2浓度不变,实验Ⅳ中NO浓度增大一倍,反应速率增大四倍,据此得到速率方程:v=kc2(NO)·c(H2),依据实验Ⅰ中数据计算k=5000,则题给反应的速率表达式为v=5000c2(NO)·c(H2),C正确;反应2NO(g)+2H2(g)N2(g)+2H2O(g)中,每生成7gN2放出166kJ的热量,生成28gN2应放热664kJ,则热化学方程式为2NO(g)+2H2(g)N2(g)+2H2O(g)　ΔH=-664kJ·mol-1,D正确。
18.答案 (1)2H2O22H2O+O2↑
(2)研究温度对H2O2分解速率的影响　加快H2O2分解速率,使实验现象易于观察
(3)将两支试管同时放入盛有相同温度热水的烧杯中,或向两支试管中同时滴入2滴1 mol·L-1FeCl3溶液,观察产生气泡的速率
(4)C
解析 影响化学反应速率的因素有多种,在探究相关规律时,需要控制其他条件不变,只改变某一个条件,探究这一条件对反应速率的影响,这种探究方法称为控制变量法。解答此类题时,首先要认真审题,清楚实验目的,弄清要探究的外界条件有哪些。然后分析题给图表,确定一个变化的量,弄清在其他几个量不变的情况下,这个变化量对实验结果的影响,进而总结出规律。然后再确定另一个变量,重新进行相关分析。但在分析相关数据时,要注意题给数据的有效性。题中实验①控制浓度和其他条件相同,探究温度对反应速率的影响。实验②控制温度相同,探究浓度对反应速率的影响。(3)若实验②未观察到预期的实验现象,根据②的实验条件,应同时升高温度或滴入FeCl3溶液,以便加快反应速率。(4)分析图像可知斜率越大,反应速率越快,所以C点反应速率最慢。分层作业10　反应条件对化学平衡的影响
A级必备知识基础练
1.能引起化学平衡移动的是(　　)
A.化学反应速率发生了变化
B.有气态物质参加的反应达到平衡后,改变了压强
C.由于某一条件的改变,使平衡混合物中各组分的浓度发生了不同程度的变化
D.改变了反应物浓度
2.对处于化学平衡的体系,由化学平衡与化学反应速率的关系可知(　　)
A.化学反应速率变化时,化学平衡一定发生移动
B.化学平衡发生移动时,化学反应速率一定变化
C.正反应进行的程度大,正反应速率一定大
D.改变压强,化学反应速率一定改变,平衡一定发生移动
3.用氮化硅(Si3N4)陶瓷代替金属制造发动机的耐热部件,能大幅度提高发动机的热效率。工业上用化学气相沉积法制备氮化硅,其反应为3SiCl4(g)+2N2(g)+6H2(g)Si3N4(s)+12HCl(g)。一定条件下,在恒容密闭容器中,能表示上述反应达到化学平衡状态的是(　　)
A.3v(N2)=v(H2)
B.v正(HCl)=4v正(SiCl4)
C.混合气体密度保持不变
D.c(N2)∶c(H2)∶c(HCl)=1∶3∶6
4.将5 mL 0.005 mol·L-1 FeCl3溶液和5 mL 0.015 mol·L-1 KSCN溶液混合,达到平衡后呈血红色,再将混合液分为5份,分别进行如下实验:
试管①:滴加4滴水,振荡 试管②:滴加4滴饱和FeCl3溶液,振荡 试管③:滴加4滴1 mol·L-1 KCl溶液,振荡 试管④:滴加4滴1 mol·L-1 KSCN溶液,振荡 试管⑤:滴加4滴1 mol·L-1 NaOH溶液,振荡
下列说法不正确的是(　　)
A.对比试管①和②,为了证明增大反应物浓度,平衡正向移动
B.对比试管①和③,为了证明增大反应产物浓度,平衡逆向移动
C.对比试管①和④,为了证明增大反应物浓度,平衡正向移动
D.对比试管①和⑤,为了证明减小反应物浓度,平衡逆向移动
5.如图为一带可移动隔板的密闭容器,某温度下,左、右两侧反应均达到平衡,此时隔板处于容器中央。若保持温度不变,向左侧容器中充入一定量的H2,下列说法正确的是(　　)
A.两侧平衡均向正反应方向移动
B.左侧平衡向逆反应方向移动
C.右侧平衡向逆反应方向移动
D.两侧平衡均向逆反应方向移动
6.已知:NO和O2转化为NO2的反应机理如下:
①2NO(g)N2O2(g)(快)　ΔH1<0　平衡常数K1
②N2O2(g)+O2(g)2NO2(g)(慢)　ΔH2<0　平衡常数K2
下列说法正确的是(　　)
图a
A.2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的ΔH=-(ΔH1+ΔH2)
B.反应②的速率大小决定2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的反应速率
C.反应过程中的能量变化可用图a表示
D.2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的平衡常数K=
7.某温度下,容积一定的密闭容器中发生如下可逆反应:2X(g)+Y(s)3Z(g)　ΔH=Q kJ·mol-1,下列说法正确的是(　　)
A.消耗2 mol X同时生成3 mol Z,说明反应达到了平衡状态
B.加入少量Y,正反应速率加快
C.气体的密度不变时,说明反应达到了平衡状态
D.加入少量X,Q变大
8.铁在高温下可以与CO2或水蒸气反应,化学方程式及对应的平衡常数如下:
①Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g)　K'
②Fe(s)+H2O(g)FeO(s)+H2(g)　K″
请回答下列各题:
(1)反应①的平衡常数K'的表达式为________。
(2)在不同温度下,K'和K″的值如下表所示:
T/K K' K″
973 1.47 2.36
1 173 2.15 1.67
a.反应①是________ (填“吸热”或“放热”,下同)反应,反应②是________反应。
b.现有可逆反应③:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g),其正反应的焓变ΔH________ (填“>”或“<”)0。
(3)要使反应③在一定条件下建立的平衡正向移动,可采取的措施为________ (填字母)。
A.缩小容器容积　　B.降低温度
C.升高温度 D.使用合适的催化剂
B级关键能力提升练
以下选择题有1~2个选项符合题意。
9.一定温度下的密闭容器中,反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)达到平衡。缩小容器容积,下列叙述不正确的是(　　)
A.使平衡常数K增大
B.使平衡向正反应方向移动
C.使SO2、O2浓度减小,SO3的浓度增大
D.使正反应速率大于逆反应速率
10.工业上利用Ga与NH3在高温条件下合成半导体材料氮化镓(GaN)固体,同时有氢气生成。反应中,每生成3 mol H2时放出30.8 kJ的热量。在恒温恒容密闭体系内进行上述反应,下列有关表达正确的是(　　)
A.Ⅰ图像中如果纵坐标为正反应速率,则t时刻改变的条件可以为升温或加压
B.Ⅱ图像中纵坐标可以表示镓的转化率
C.Ⅲ图像中纵坐标可以表示化学反应速率
D.Ⅳ图像中纵坐标可以表示体系内混合气体平均相对分子质量
11.(2023四川成都高二期中)下列实验的实验目的与实验操作或现象均正确的是(　　)
选项 实验目的 实验操作或现象
A 探究浓度对化学平衡的影响 试管中盛有0.1 mol· L-1 K2Cr2O7溶液,溶液中存在平衡Cr2+H2O2Cr+2H+,向其中滴加10滴6 mol· L-1 NaOH溶液,观察到溶液橙色加深
B 探究不同催化剂对反应速率的影响 向两支试管中均加入5 mL淀粉溶液和两滴碘水,向其中一支试管中加入1 mL 2 mol· L-1的硫酸溶液(必要时可加热),向另一支试管中加入1 mL唾液,观察现象
C 证明KI溶液与FeCl3溶液反应是可逆反应 取1 mL 0.1 mol· L-1 KI溶液置于试管中,加入5 mL 0.1 mol· L-1 FeCl3溶液,充分反应后滴入5滴KSCN溶液
D 证明压强对平衡移动产生影响 向充有NO2和N2O4混合气体的恒容透明密闭容器中充入氦气增大压强,观察现象
12.在一个不导热的密闭反应器中,只发生两个反应:
a(g)+b(g)2c(g)　ΔH1<0
x(g)+3y(g)2z(g)　ΔH2>0
进行相关操作且达到平衡后(忽略体积改变所做的功),下列叙述错误的是(　　)
A.等压时,通入稀有气体,c的物质的量不变
B.等压时,通入z气体,反应器中温度升高
C.等容时,通入稀有气体,各反应速率不变
D.等容时,通入z气体,y的物质的量浓度增大
13.将等物质的量的N2、H2充入某密闭容器中,在一定条件下,发生如下反应并达到平衡:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0。当改变某个条件并维持新条件直至达到新的平衡时,下表中关于新平衡与原平衡的比较正确的是(　　)
选项 改变条件 新平衡与原平衡比较
A 增大压强 N2的浓度一定减小
B 升高温度 N2的转化率减小
C 充入一定量H2 H2的转化率不变,N2的转化率增大
D 使用适当催化剂 NH3的体积分数增大
14.一定温度下,密闭容器中进行反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)　ΔH<0。测得v正(SO2)随反应时间(t)的变化如图所示。下列有关说法正确的是(　　)
A.t2时改变的条件:只加入一定量的SO2
B.在t1时平衡常数K1等于t3时平衡常数K3
C.t1时平衡混合气的平均相对分子质量大于t3时的平均相对分子质量
D.t1时平衡混合气中SO3的体积分数等于t3时平衡混合气中SO3的体积分数
15.在一定温度下,向固定容积的容器中加入a mol A和b mol B,发生反应:A(g)+2B(g)2C(g)一段时间后达到平衡,生成n mol C。则下列说法中不正确的是 (　　)
A.再充入少量A,平衡向正反应方向移动,但K值增大
B.起始时刻和达到平衡后容器中的压强之比为(a+b)∶(a+b-)
C.当2v正(A)=v逆(B)时,反应一定达到平衡状态
D.充入惰性气体(如Ar)增大压强,平衡向正反应方向移动
16.在水溶液中橙红色的Cr2与黄色的Cr有下列平衡关系:
Cr2+H2O2Cr+2H+。把重铬酸钾(K2Cr2O7)溶于水配成的稀溶液是橙色的。
(1)向上述溶液中加入NaOH溶液,溶液呈________色,因为________________________________________。
(2)向已加入NaOH溶液的(1)溶液中再加入过量稀硫酸,则溶液呈________色,因为________________________________________。
(3)向原溶液中加入Ba(NO3)2溶液(已知BaCrO4为黄色沉淀),则平衡________ (填“向左移动”或“向右移动”),溶液颜色将________________________。
C级学科素养拔高练
17.煤化工中常需研究不同温度下平衡常数、投料比及热值等问题。已知:CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)的平衡常数随温度的变化如下表。
温度/℃ 400 500 800
平衡常数K 9.94 9 1
试回答下列问题。
(1)上述正向反应是　　　　　(填“放热”或“吸热”)反应。
(2)在800 ℃发生上述反应,按下表中的物质的量投入恒容反应器,其中反应向正反应方向进行的有　　　(填“A”“B”“C”“D”或“E”)。
选项 n(CO) n(H2O) n(H2) n(CO2)
A 1 5 2 3
B 2 2 1 1
C 3 3 0 0
D 0.5 2 1 1
E 3 1 2 1
(3)已知在一定温度下,下列反应的平衡常数:
C(s)+CO2(g)2CO(g)　K;
C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)　K1;
CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)　K2。
则K、K1、K2之间的关系是　　　　　。
(4)若反应在500 ℃时进行,设起始时CO和H2O的浓度均为0.02 mol·L-1,则该条件下CO的平衡转化率为　　　　　　。
分层作业10　反应条件对化学平衡的影响
1.C　解析 对于反应前后气体物质的量不变的反应,体积改变时,压强、反应速率、浓度均发生变化,但平衡不移动。
2.B　解析 如果正、逆反应速率改变幅度一样大,则平衡不移动,A错误;化学平衡发生移动,则速率一定改变,B正确;反应进行的程度与反应速率无关,C错误;改变压强,化学反应速率不一定改变(如固液反应或向容器容积不变的反应体系中充入“惰性”气体),平衡也不一定发生移动,D错误。
3.C　解析 A项没有指明是正反应速率还是逆反应速率,不能说明反应达到平衡状态;B项中都表示正反应速率,等式任何时刻都成立,不能说明反应达到平衡状态;C项在恒容密闭容器中,混合气体的密度保持不变说明混合气体的总质量不变,可以说明反应达到平衡状态;D项平衡时浓度关系与起始浓度、转化率有关,浓度之比等于化学计量数之比不能说明反应达到平衡状态。
4.B　解析 试管②与①对比,只改变了Fe3+浓度,A正确;FeCl3溶液和KSCN溶液反应的本质是Fe3++3SCN-Fe(SCN)3,改变钾离子或氯离子的浓度对平衡没有影响,B错误;试管④与①对比,只改变了SCN-的浓度,C正确;在原平衡体系中加入NaOH溶液,Fe3+与OH-反应生成Fe(OH)3沉淀,溶液中Fe3+的浓度减小,D正确。
5.A　解析 向左侧容器中通入H2,H2的浓度增大,平衡右移,但总压强增大,隔板右移,右侧压强增大,使右侧反应平衡右移。
6.B　解析 根据盖斯定律分析,①+②即可得到反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g),故反应热为ΔH=ΔH1+ΔH2,故A错误;慢反应的速率决定总反应速率,所以反应②的速率大小决定2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的反应速率,故B正确;题图a表示前者为吸热,与题中信息不符合,故C错误;因为反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)为①+②的结果,所以其平衡常数K=K1K2,故D错误。
7.C　解析 根据化学方程式可知,不管反应是否达到平衡,每消耗2molX同时会生成3molZ,A错误;Y为固体,固体的浓度可视为常数,故加入少量Y后,正、逆反应速率均不变,B错误;随着反应的进行,气体的质量发生变化,气体的密度也一直变化,当气体的密度不变时,说明反应达到了平衡状态,C正确;改变反应物浓度不影响ΔH,故加入少量X后Q不变,D错误。
8.答案 (1)K'=　(2)a.吸热　放热　b.>
(3)C
解析 由表中数据知:反应①随温度升高,K'值增大,说明反应①为吸热反应;同理可知反应②为放热反应。即有
①Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g)　ΔH'>0
②Fe(s)+H2O(g)FeO(s)+H2(g)　ΔH″<0
用①式减去②式整理得反应③:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH=ΔH'-ΔH″>0。
9.AC　解析 化学平衡常数只与温度有关,该反应温度不变,平衡常数K不变,故A错误;缩小容器容积,压强增大,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B正确;缩小容器容积,虽然平衡向正反应方向移动,但平衡时SO2、O2、SO3浓度均比缩小容器容积前增大,故C错误;平衡向正反应方向移动,所以正反应速率大于逆反应速率,故D正确。
10.A　解析 由题意可知,反应的热化学方程式为2Ga(s)+2NH3(g)2GaN(s)+3H2(g)　ΔH=-30.8kJ·mol-1,Ⅰ图像中如果纵坐标为正反应速率,升高温度或增大压强,反应速率增大,图像符合题意,A项正确;反应容器恒容,增大压强时平衡可能不移动,即镓的转化率不一定增大,B项错误;Ga是固体,其质量不影响反应速率,C项错误;压强不变,升高温度,平衡逆向移动,平均相对分子质量增大;温度不变,增大压强,平衡逆向移动,平均相对分子质量增大,D项错误。
11.B　解析 滴加10滴6mol·L-1NaOH溶液,H+浓度降低,Cr2+H2O2Cr+2H+平衡正向移动,实验现象应是黄色加深,故A错误;向两支试管中均加入5mL淀粉溶液和两滴碘水,向其中一支试管中加入1mL2mol·L-1的硫酸溶液(必要时可加热),向另一支试管中加入1mL唾液,根据溶液褪色时间长短可知不同催化剂的催化效果,故B正确;FeCl3过量,不能用检验Fe3+的存在来证明是可逆反应,故C错误;恒容容器中充入氦气增大总压强,NO2和N2O4的浓度不变,平衡不移动,故D错误。
12.A　解析 等压时,通入稀有气体后,第二个反应平衡向逆反应方向移动,反应器内温度升高,第一个反应平衡向逆反应方向移动,c的物质的量减小,A错误;等压时,通入z气体,第二个反应平衡向逆反应方向(放热反应方向)移动,所以体系温度升高,B正确;由于容器容积不变,通入稀有气体不影响各种物质的浓度,所以各反应速率不变,C正确;等容时,通入z气体,第二个反应平衡向逆反应方向移动,y的物质的量浓度增大,D正确。
13.B　解析 正反应是气体体积减小的反应,依据勒·夏特列原理可知增大压强平衡向正反应方向移动,但氮气的浓度仍然比原平衡大,A项不正确;正反应是放热反应,则升高温度平衡向逆反应方向移动,氮气的转化率减小,B项正确;充入一定量的氢气,平衡向正反应方向移动,氮气的转化率增大,而氢气的转化率减小,C项不正确;催化剂只能改变反应速率而不能改变平衡状态,D项不正确。
14.BD　解析 t2时,v正(SO2)突然增大,且达到平衡后速率恢复至原来的速率,如果只加入一定量的SO2,达到新的平衡后,反应速率会大于原来的速率,A错误;平衡常数只与温度有关,一定温度下,K值不变,B正确;平衡状态相同,各物质的百分含量相同,平均摩尔质量相同,故C错误、D正确。
15.AD　解析 再充入少量A,增大反应物浓度,平衡向正反应方向移动,温度不变,则K值不变,A错误;分析B项:
A(g)　+　　2B(g)2C(g)
起始量/mol a b0
转化量/mol 0.5n nn
平衡量/mol a-0.5n b-nn
所以起始时刻与达到平衡后容器中的压强之比为(a+b)∶(a+b-0.5n),B正确;当2v正(A)=v逆(B)时,v正(B)=v逆(B),因此反应一定达到平衡状态,C正确;充入惰性气体(如Ar)增大压强,平衡不移动,D错误。
16.答案 (1)黄　OH-与H+结合生成水,使平衡向右移动,Cr浓度增大,溶液由橙色变为黄色
(2)橙　H+的浓度增大,平衡向左移动,Cr2的浓度增大,溶液又由黄色变为橙色
(3)向右移动　逐渐变浅,直至无色
解析 加碱中和溶液中的H+,平衡右移,溶液中Cr的浓度增大;加酸使平衡左移,溶液中Cr2的浓度增大;加Ba(NO3)2溶液发生的反应为Ba2++CrBaCrO4(黄色)↓,平衡向右移动,溶液颜色将由橙色逐渐变浅,直至无色。
17.答案 (1)放热　(2)BCE　(3)K=　(4)75%
解析 (1)由题表中数据知,化学平衡常数随温度的升高而减小,说明正反应为放热反应。
(2)当Q(3)由反应C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)减去反应CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)即可得反应:C(s)+CO2(g)2CO(g),则K=。
(4)设平衡时CO转化了xmol·L-1,则:
　　　　CO(g)+　H2O(g) H2(g) + CO2(g)
0.02 0.02 0 0
x x x x
0.02-x 0.02-x x x
K===9
解得x=0.015
CO的平衡转化率=×100%=75%。(共33张PPT)
分层作业10　反应条件对化学平衡的影响
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A 级 必备知识基础练
1.能引起化学平衡移动的是(　　)
A.化学反应速率发生了变化
B.有气态物质参加的反应达到平衡后,改变了压强
C.由于某一条件的改变,使平衡混合物中各组分的浓度发生了不同程度的变化
D.改变了反应物浓度
C
解析 对于反应前后气体物质的量不变的反应,体积改变时,压强、反应速率、浓度均发生变化,但平衡不移动。
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2.对处于化学平衡的体系,由化学平衡与化学反应速率的关系可知(　　)
A.化学反应速率变化时,化学平衡一定发生移动
B.化学平衡发生移动时,化学反应速率一定变化
C.正反应进行的程度大,正反应速率一定大
D.改变压强,化学反应速率一定改变,平衡一定发生移动
B
解析 如果正、逆反应速率改变幅度一样大,则平衡不移动,A错误;化学平衡发生移动,则速率一定改变,B正确;反应进行的程度与反应速率无关,C错误;改变压强,化学反应速率不一定改变(如固液反应或向容器容积不变的反应体系中充入“惰性”气体),平衡也不一定发生移动,D错误。
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3.用氮化硅(Si3N4)陶瓷代替金属制造发动机的耐热部件,能大幅度提高发动机的热效率。工业上用化学气相沉积法制备氮化硅,其反应为3SiCl4(g)+2N2(g)+6H2(g) Si3N4(s)+12HCl(g)。一定条件下,在恒容密闭容器中,能表示上述反应达到化学平衡状态的是(　　)
A.3v(N2)=v(H2)
B.v正(HCl)=4v正(SiCl4)
C.混合气体密度保持不变
D.c(N2)∶c(H2)∶c(HCl)=1∶3∶6
C
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解析 A项没有指明是正反应速率还是逆反应速率,不能说明反应达到平衡状态;B项中都表示正反应速率,等式任何时刻都成立,不能说明反应达到平衡状态;C项在恒容密闭容器中,混合气体的密度保持不变说明混合气体的总质量不变,可以说明反应达到平衡状态;D项平衡时浓度关系与起始浓度、转化率有关,浓度之比等于化学计量数之比不能说明反应达到平衡状态。
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4.将5 mL 0.005 mol·L-1 FeCl3溶液和5 mL 0.015 mol·L-1 KSCN溶液混合,达到平衡后呈血红色,再将混合液分为5份,分别进行如下实验:
试管①:滴加4滴水,振荡 试管②:滴加4滴饱和FeCl3溶液,振荡 试管③:滴加4滴1 mol·L-1 KCl溶液,振荡 试管④:滴加4滴1 mol·L-1 KSCN溶液,振荡 试管⑤:滴加4滴1 mol·L-1 NaOH溶液,振荡
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下列说法不正确的是(　　)
A.对比试管①和②,为了证明增大反应物浓度,平衡正向移动
B.对比试管①和③,为了证明增大反应产物浓度,平衡逆向移动
C.对比试管①和④,为了证明增大反应物浓度,平衡正向移动
D.对比试管①和⑤,为了证明减小反应物浓度,平衡逆向移动
B
解析 试管②与①对比,只改变了Fe3+浓度,A正确;FeCl3溶液和KSCN溶液反应的本质是Fe3++3SCN- Fe(SCN)3,改变钾离子或氯离子的浓度对平衡没有影响,B错误;试管④与①对比,只改变了SCN-的浓度,C正确;在原平衡体系中加入NaOH溶液,Fe3+与OH-反应生成Fe(OH)3沉淀,溶液中Fe3+的浓度减小,D正确。
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5.如图为一带可移动隔板的密闭容器,某温度下,左、右两侧反应均达到平衡,此时隔板处于容器中央。若保持温度不变,向左侧容器中充入一定量的H2,下列说法正确的是(　　)
A.两侧平衡均向正反应方向移动
B.左侧平衡向逆反应方向移动
C.右侧平衡向逆反应方向移动
D.两侧平衡均向逆反应方向移动
A
解析 向左侧容器中通入H2,H2的浓度增大,平衡右移,但总压强增大,隔板右移,右侧压强增大,使右侧反应平衡右移。
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6.已知:NO和O2转化为NO2的反应机理如下:
①2NO(g) N2O2(g)(快)　ΔH1<0　平衡常数K1
②N2O2(g)+O2(g) 2NO2(g)(慢)　ΔH2<0　平衡常数K2
下列说法正确的是(　　)
图a
A.2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)的ΔH=-(ΔH1+ΔH2)
B.反应②的速率大小决定2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)的反应速率
C.反应过程中的能量变化可用图a表示
D.2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)的平衡常数
B
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解析 根据盖斯定律分析,①+②即可得到反应2NO(g)+O2(g) 2NO2(g),故反应热为ΔH=ΔH1+ΔH2,故A错误;慢反应的速率决定总反应速率,所以反应②的速率大小决定2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)的反应速率,故B正确;题图a表示前者为吸热,与题中信息不符合,故C错误;因为反应2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)为①+②的结果,所以其平衡常数K=K1K2,故D错误。
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7.某温度下,容积一定的密闭容器中发生如下可逆反应:2X(g)+Y(s) 3Z(g)　ΔH=Q kJ·mol-1,下列说法正确的是(　　)
A.消耗2 mol X同时生成3 mol Z,说明反应达到了平衡状态
B.加入少量Y,正反应速率加快
C.气体的密度不变时,说明反应达到了平衡状态
D.加入少量X,Q变大
C
解析 根据化学方程式可知,不管反应是否达到平衡,每消耗2 mol X同时会生成3 mol Z,A错误;Y为固体,固体的浓度可视为常数,故加入少量Y后,正、逆反应速率均不变,B错误;随着反应的进行,气体的质量发生变化,气体的密度也一直变化,当气体的密度不变时,说明反应达到了平衡状态,C正确;改变反应物浓度不影响ΔH,故加入少量X后Q不变,D错误。
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8.铁在高温下可以与CO2或水蒸气反应,化学方程式及对应的平衡常数如下:①Fe(s)+CO2(g) FeO(s)+CO(g)　K'
②Fe(s)+H2O(g) FeO(s)+H2(g)　K″
请回答下列各题:
(1)反应①的平衡常数K'的表达式为_____________。
(2)在不同温度下,K'和K″的值如下表所示:
T/K K' K″
973 1.47 2.36
1 173 2.15 1.67
a.反应①是_______ (填“吸热”或“放热”,下同)反应,反应②是_______反应。
b.现有可逆反应③:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g),其正反应的焓变ΔH______ (填“>”或“<”)0。
吸热
放热
>
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(3)要使反应③在一定条件下建立的平衡正向移动,可采取的措施为________ (填字母)。
A.缩小容器容积　　B.降低温度
C.升高温度 D.使用合适的催化剂
C
解析 由表中数据知:反应①随温度升高,K'值增大,说明反应①为吸热反应;同理可知反应②为放热反应。即有
①Fe(s)+CO2(g) FeO(s)+CO(g)　ΔH'>0
②Fe(s)+H2O(g) FeO(s)+H2(g)　ΔH″<0
用①式减去②式整理得反应③:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)　ΔH=ΔH'-ΔH″>0。
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B 级 关键能力提升练
以下选择题有1~2个选项符合题意。
9.一定温度下的密闭容器中,反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)达到平衡。缩小容器容积,下列叙述不正确的是(　　)
A.使平衡常数K增大
B.使平衡向正反应方向移动
C.使SO2、O2浓度减小,SO3的浓度增大
D.使正反应速率大于逆反应速率
AC
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解析 化学平衡常数只与温度有关,该反应温度不变,平衡常数K不变,故A错误;缩小容器容积,压强增大,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B正确;缩小容器容积,虽然平衡向正反应方向移动,但平衡时SO2、O2、SO3浓度均比缩小容器容积前增大,故C错误;平衡向正反应方向移动,所以正反应速率大于逆反应速率,故D正确。
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10.工业上利用Ga与NH3在高温条件下合成半导体材料氮化镓(GaN)固体,同时有氢气生成。反应中,每生成3 mol H2时放出30.8 kJ的热量。在恒温恒容密闭体系内进行上述反应,下列有关表达正确的是(　　)
A.Ⅰ图像中如果纵坐标为正反应速率,则t时刻改变的条件可以为升温或加压
B.Ⅱ图像中纵坐标可以表示镓的转化率
C.Ⅲ图像中纵坐标可以表示化学反应速率
D.Ⅳ图像中纵坐标可以表示体系内混合气体平均相对分子质量
A
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解析 由题意可知,反应的热化学方程式为2Ga(s)+2NH3(g) 2GaN(s)+ 3H2(g)　ΔH=-30.8 kJ·mol-1,Ⅰ图像中如果纵坐标为正反应速率,升高温度或增大压强,反应速率增大,图像符合题意,A项正确;反应容器恒容,增大压强时平衡可能不移动,即镓的转化率不一定增大,B项错误;Ga是固体,其质量不影响反应速率,C项错误;压强不变,升高温度,平衡逆向移动,平均相对分子质量增大;温度不变,增大压强,平衡逆向移动,平均相对分子质量增大, D项错误。
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11.(2023四川成都高二期中)下列实验的实验目的与实验操作或现象均正确的是(　　)
选项 实验目的 实验操作或现象
A 探究浓度对化学平衡的影响 试管中盛有0.1 mol· L-1 K2Cr2O7溶液,溶液中存在平衡
,向其中滴加10滴6 mol· L-1 NaOH溶液,观察到溶液橙色加深
B 探究不同催化剂对反应速率的影响 向两支试管中均加入5 mL淀粉溶液和两滴碘水,向其中一支试管中加入1 mL 2 mol· L-1的硫酸溶液(必要时可加热),向另一支试管中加入1 mL唾液,观察现象
C 证明KI溶液与FeCl3溶液反应是可逆反应 取1 mL 0.1 mol· L-1 KI溶液置于试管中,加入5 mL 0.1 mol· L-1 FeCl3溶液,充分反应后滴入5滴KSCN溶液
D 证明压强对平衡移动产生影响 向充有NO2和N2O4混合气体的恒容透明密闭容器中充入氦气增大压强,观察现象
B
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解析 滴加10滴6 mol· L-1 NaOH溶液,H+浓度降低,
平衡正向移动,实验现象应是黄色加深,故A错误;向两支试管中均加入5 mL淀粉溶液和两滴碘水,向其中一支试管中加入1 mL 2 mol· L-1的硫酸溶液(必要时可加热),向另一支试管中加入1 mL唾液,根据溶液褪色时间长短可知不同催化剂的催化效果,故B正确;FeCl3过量,不能用检验Fe3+的存在来证明是可逆反应,故C错误;恒容容器中充入氦气增大总压强,NO2和N2O4的浓度不变,平衡不移动,故D错误。
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12.在一个不导热的密闭反应器中,只发生两个反应:
a(g)+b(g) 2c(g)　ΔH1<0
x(g)+3y(g) 2z(g)　ΔH2>0
进行相关操作且达到平衡后(忽略体积改变所做的功),下列叙述错误的是
(　　)
A.等压时,通入稀有气体,c的物质的量不变
B.等压时,通入z气体,反应器中温度升高
C.等容时,通入稀有气体,各反应速率不变
D.等容时,通入z气体,y的物质的量浓度增大
A
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解析 等压时,通入稀有气体后,第二个反应平衡向逆反应方向移动,反应器内温度升高,第一个反应平衡向逆反应方向移动,c的物质的量减小,A错误;等压时,通入z气体,第二个反应平衡向逆反应方向(放热反应方向)移动,所以体系温度升高,B正确;由于容器容积不变,通入稀有气体不影响各种物质的浓度,所以各反应速率不变,C正确;等容时,通入z气体,第二个反应平衡向逆反应方向移动,y的物质的量浓度增大,D正确。
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13.将等物质的量的N2、H2充入某密闭容器中,在一定条件下,发生如下反应并达到平衡:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH<0。当改变某个条件并维持新条件直至达到新的平衡时,下表中关于新平衡与原平衡的比较正确的是(　　)
选项 改变条件 新平衡与原平衡比较
A 增大压强 N2的浓度一定减小
B 升高温度 N2的转化率减小
C 充入一定量H2 H2的转化率不变,N2的转化率增大
D 使用适当催化剂 NH3的体积分数增大
B
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解析 正反应是气体体积减小的反应,依据勒·夏特列原理可知增大压强平衡向正反应方向移动,但氮气的浓度仍然比原平衡大,A项不正确;正反应是放热反应,则升高温度平衡向逆反应方向移动,氮气的转化率减小,B项正确;充入一定量的氢气,平衡向正反应方向移动,氮气的转化率增大,而氢气的转化率减小,C项不正确;催化剂只能改变反应速率而不能改变平衡状态,D项不正确。
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14.一定温度下,密闭容器中进行反应:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)　ΔH<0。测得v正(SO2)随反应时间(t)的变化如图所示。下列有关说法正确的是(　 )
A.t2时改变的条件:只加入一定量的SO2
B.在t1时平衡常数K1等于t3时平衡常数K3
C.t1时平衡混合气的平均相对分子质量大于t3时的平均相对分子质量
D.t1时平衡混合气中SO3的体积分数等于t3时平衡混合气中SO3的体积分数
BD
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解析 t2时,v正(SO2)突然增大,且达到平衡后速率恢复至原来的速率,如果只加入一定量的SO2,达到新的平衡后,反应速率会大于原来的速率,A错误;平衡常数只与温度有关,一定温度下,K值不变,B正确;平衡状态相同,各物质的百分含量相同,平均摩尔质量相同,故C错误、D正确。
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15.在一定温度下,向固定容积的容器中加入a mol A和b mol B,发生反应: A(g)+2B(g) 2C(g)一段时间后达到平衡,生成n mol C。则下列说法中不正确的是(　　)
A.再充入少量A,平衡向正反应方向移动,但K值增大
B.起始时刻和达到平衡后容器中的压强之比为(a+b)∶(a+b- )
C.当2v正(A)=v逆(B)时,反应一定达到平衡状态
D.充入惰性气体(如Ar)增大压强,平衡向正反应方向移动
AD
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解析 再充入少量A,增大反应物浓度,平衡向正反应方向移动,温度不变,则K值不变,A错误;分析B项:
A(g)　+　　2B(g) 2C(g)
起始量/mol a b 0
转化量/mol 0.5n n n
平衡量/mol a-0.5n b-n n
所以起始时刻与达到平衡后容器中的压强之比为(a+b)∶(a+b-0.5n),B正确;当2v正(A)=v逆(B)时,v正(B)=v逆(B),因此反应一定达到平衡状态,C正确;充入惰性气体(如Ar)增大压强,平衡不移动,D错误。
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把重铬酸钾(K2Cr2O7)溶于水配成的稀溶液是橙色的。
(1)向上述溶液中加入NaOH溶液,溶液呈________色,因为_____________
_________________________________________________________。
(2)向已加入NaOH溶液的(1)溶液中再加入过量稀硫酸,则溶液呈_____色,因为________________________________________________________。
(3)向原溶液中加入Ba(NO3)2溶液(已知BaCrO4为黄色沉淀),则平衡________ (填“向左移动”或“向右移动”),溶液颜色将_________________。
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黄
OH-与H+结合
生成水,使平衡向右移动, 浓度增大,溶液由橙色变为黄色
橙
H+的浓度增大,平衡向左移动, 的浓度增大,溶液又由黄色变为橙色
向右移动
逐渐变浅,直至无色
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C 级 学科素养拔高练
17.煤化工中常需研究不同温度下平衡常数、投料比及热值等问题。已知:CO(g)+H2O(g) H2(g)+CO2(g)的平衡常数随温度的变化如下表。
温度/℃ 400 500 800
平衡常数K 9.94 9 1
试回答下列问题。
(1)上述正向反应是________(填“放热”或“吸热”)反应。
放热
解析 由题表中数据知,化学平衡常数随温度的升高而减小,说明正反应为放热反应。
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(2)在800 ℃发生上述反应,按下表中的物质的量投入恒容反应器,其中反应向正反应方向进行的有________ (填“A”“B”“C”“D”或“E”)。
选项 n(CO) n(H2O) n(H2) n(CO2)
A 1 5 2 3
B 2 2 1 1
C 3 3 0 0
D 0.5 2 1 1
E 3 1 2 1
BCE
解析 当Q1
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(3)已知在一定温度下,下列反应的平衡常数:
C(s)+CO2(g) 2CO(g)　K;
C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)　K1;
CO(g)+H2O(g) H2(g)+CO2(g)　K2。
则K、K1、K2之间的关系是________。
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(4)若反应在500 ℃时进行,设起始时CO和H2O的浓度均为0.02 mol·L-1,则该条件下CO的平衡转化率为________。
75%(共23张PPT)
分层作业8　化学反应的方向
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A 级 必备知识基础练
1.下列过程属于非自发过程的是(　　)
A.水由高处向低处流
B.天然气的燃烧
C.铁在潮湿的空气中生锈
D.室温下液态水结成冰
D
解析 自然界中的水由高处向低处流、天然气的燃烧、铁在潮湿的空气中生锈、室温下冰的融化都是自发过程,其逆向都是非自发的。因此D项符合题意。
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2.下列说法正确的是(　　)
A.凡是放热反应都是自发的
B.自发反应的现象一定非常明显,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ΔH>0
D.反应2Mg(s)+CO2(g)═C(s)+2MgO(s)能自发进行,则该反应的ΔH>0
C
解析 不能仅仅根据焓变判断反应的自发性,放热反应ΔH<0,ΔS<0时低温自发进行,高温非自发进行,A项错误;自发进行的反应,其现象不一定非常明显,非自发反应的熵不一定减小,B项错误;根据反应C(s)+CO2(g) 2CO(g)不能自发进行可知,该反应的ΔH-TΔS>0,又因该反应ΔS>0,则该反应的ΔH>0,C项正确;反应2Mg(s)+CO2(g)═C(s)+2MgO(s)能自发进行,则ΔH-TΔS<0,因ΔS<0,则ΔH<0,D项错误。
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3.下列关于焓变与反应方向的叙述中正确的是(　　)
A.反应的方向与化学反应的焓变无关
B.化学反应的焓变直接决定了反应的方向
C.反应焓变为正值时不利于反应自发进行
D.焓变为负值的反应都能自发进行
C
解析 反应的方向由化学反应的焓变和熵变共同决定,A项错误;焓变对反应方向有影响,但不能决定反应进行的方向,B项错误;焓变为负值的反应多数能自发进行,D项错误;焓变为正值,吸收热量,体系能量升高,不利于反应自发进行,C项正确。
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4.汽车尾气(含烃类、CO、NO与SO2等)是城市主要污染源之一,治理的办法之一是在汽车排气管上装催化转化器,它使NO与CO反应生成可参与大气生态循环的无毒气体,其反应原理是2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g),在298 K、100 kPa下,ΔH=-113 kJ·mol-1,ΔS=-145 J·mol-1·K-1。下列说法中错误的是(　　)
A.该反应中反应物的总能量高于反应产物的总能量
B.该反应常温下不能自发进行,因此需要高温和催化剂条件
C.该反应常温下能自发进行,高温和催化剂条件只是加快反应的速率
D.汽车尾气中的这两种气体会与血红蛋白结合而使人中毒
B
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解析 题给反应是放热反应,所以A正确;常温下,题给反应ΔH-TΔS<0,反应可以自发进行,高温和催化剂条件能加快反应速率,所以B不正确,C正确;NO、CO都可与血红蛋白结合而使人中毒,D正确。
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5.已知:(NH4)2CO3(s)═NH4HCO3(s)+NH3(g)　ΔH=+74.9 kJ·mol-1,下列说法正确的是(　　)
A.该反应中熵变、焓变皆大于0
B.该反应是吸热反应,因此一定不能自发进行
C.碳酸盐分解反应中熵增加,因此任何条件下所有碳酸盐分解一定能自发进行
D.能自发进行的反应一定是放热反应,不能自发进行的反应一定是吸热反应
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解析 根据题给反应可知该反应中熵变、焓变都大于0,A项正确;该反应是吸热反应,但也是熵增大的反应,所以有可能自发进行,B项错误;碳酸盐分解反应中熵增加,但不是在任何条件下碳酸盐分解都能够自发进行,如CaCO3的分解仅在高温下自发,C项错误;能自发进行的反应不一定是放热反应,不能自发进行的反应也不一定是吸热反应,D项错误。
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6.分析下列反应在任何温度下均能自发进行的是(　　)
A.2N2(g)+O2(g)═2N2O(g)　ΔH=+163 kJ·mol-1
B.Ag(s)+ Cl2(g)═AgCl(s)　ΔH=-127 kJ·mol-1
C.H2O2(l)═ O2(g)+H2O(l)　ΔH=-98 kJ·mol-1
D.HgO(s)═Hg(l)+ O2(g)　ΔH=+91 kJ·mol-1
C
解析 反应在任何温度下均能自发进行,则说明该反应的ΔH<0,ΔS>0,A、D中ΔH>0,故A、D错误;B中ΔS<0,B错误,C正确。
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7.(2021年6月浙江卷)相同温度和压强下,关于物质熵的大小比较,合理的是
(　　)
A.1 mol CH4(g)<1 mol H2(g)
B.1 mol H2O(g)<2 mol H2O(g)
C.1 mol H2O(s)>1 mol H2O(l)
D.1 mol C(s,金刚石)>1 mol C(s,石墨)
B
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解析 CH4(g)和H2(g)物质的量相同,且均为气态,CH4(g)含有的原子总数多, CH4(g)的摩尔质量大,所以熵值1 mol CH4(g)>1 mol H2(g),A错误;相同状态的相同物质,物质的量越大,熵值越大,所以熵值1 mol H2O(g)<2 mol H2O(g), B正确;等量的同物质,熵值关系为:S(g)>S(l)>S(s),所以熵值1 mol H2O(s)<1 mol H2O(l),C错误;从金刚石和石墨的结构组成上来看,金刚石的微观结构更有序,熵值更低,所以熵值1 mol C(s,金刚石)<1 mol C(s,石墨),D错误。
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8.(1)汽车燃油不完全燃烧时产生CO,有人设想按下列反应除去CO: 2CO(g)═2C(s)+O2(g)。已知该反应的ΔH>0,简述该设想能否实现的依据:
____________________________________________________。
(2)超音速飞机在平流层飞行时,尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转化成CO2和N2,化学方程式为2NO+2CO 2CO2+N2,反应能够自发进行,则反应的ΔH__________ (填“>”“<”或“=”)0。
该反应是吸热、熵减的反应,任何温度下均不自发进行
<
解析 (1)反应2CO(g)═2C(s)+O2(g)是吸热、熵减的反应,ΔH-TΔS>0,该反应不能实现。
(2)反应2NO+2CO 2CO2+N2能够自发进行,由于ΔS<0,则一定有ΔH<0。
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B 级 关键能力提升练
以下选择题有1~2个选项符合题意。
9.下列对熵的理解不正确的是(　　)
A.同种物质气态时熵值最大,固态时熵值最小
B.体系越有序,熵值越小;越混乱,熵值越大
C.与外界隔离的体系,自发过程将导致体系的熵减小
D.25 ℃、1.01×105 Pa时,2N2O5(g)═4NO2(g)+O2(g)是熵增反应
C
解析 体系都有从有序自发转变为无序的倾向,此过程为熵增过程,故C错误。
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10.灰锡结构松散,不能用于制造器皿,而白锡结构坚固,可以制造器皿。试分析现把白锡制成的器皿放在0 ℃、100 kPa的室内存放,它会不会变成灰锡而不能再继续使用 (　　)
已知:在0 ℃、100 kPa条件下白锡转化为灰锡反应的焓变和熵变分别为ΔH=-2.180 9 kJ·mol-1,ΔS=-6.6 J·mol-1·K-1。
A.会变
B.不会变,但是降温后会变
C.不会变,且改变温度也不会变
D.不会变,但是升温后会变
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解析 根据ΔG=ΔH-TΔS,在0 ℃、100 kPa下,代入数据求得,ΔG=-2 180.9 J·mol-1-273 K×(-6.6 J·mol-1·K-1)=-379.1 J·mol-1<0,在0 ℃、100 kPa下白锡会转化为灰锡,A项正确。
【易错提醒】 运用公式ΔG=ΔH-TΔS进行反应自发性的计算时,应注意题中所提供的数据ΔH的单位通常是kJ·mol-1,而ΔS的单位通常为J·mol-1·K-1,应注意单位中kJ和J的换算。
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11.在图甲中的A、B两容器里,分别收集着两种互不反应的理想气体。若将中间活塞打开(如图乙所示),两种气体分子立即都分布在两个容器中。这是一个不伴随能量变化的自发过程。关于此过程的下列说法不正确的是(　　)
A.此过程为无序程度小向无序程度大的方向的变化过程,即熵增大的过程
B.此过程为自发过程,而且没有热量的吸收或放出
C.此过程前后分子间距离不变
D.此过程是自发可逆的
D
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解析 由题意知ΔH=0,ΔS>0,则该过程是自发的,其逆过程ΔS<0,ΔH-TΔS>0,不能自发进行,所以D错误。
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12.(2022湖南化学,17节选)已知ΔG=ΔH-TΔS,ΔG的值只决定于反应体系的始态和终态,忽略ΔH、ΔS随温度的变化。若ΔG<0,则该反应可以自发进行。根据下图判断:600 ℃时,下列反应不能自发进行的是(　　)
A.C(s)+O2(g)═CO2(g)
B.2C(s)+O2(g)═2CO(g)
C.TiO2(s)+2Cl2(g)═TiCl4(g)+O2(g)
D.TiO2(s)+C(s)+2Cl2(g)═TiCl4(g)+CO2(g)
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解析 由题图可知,600 ℃时C(s)+O2(g)═CO2(g)和2C(s)+O2(g)═2CO(g)的ΔG<0,反应自发进行,故A、B不符合题意;TiO2(s)+2Cl2(g)═TiCl4(g)+O2(g)的ΔG>0,反应不能自发进行,故C符合题意;TiO2(s)+C(s)+2Cl2(g)═ TiCl4(g)+CO2(g)可由C(s)+O2(g)═CO2(g)和TiO2(s)+2Cl2(g)═TiCl4(g)+O2(g)相加得到,则600 ℃时其ΔG<0,反应自发进行,故D不符合题意。
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13.已知①碳酸钙的分解反应CaCO3(s)═CaO(s)+CO2(g)　ΔH1仅在高温下自发进行;②氯酸钾的分解反应2KClO3(s)═2KCl(s)+3O2(g)　ΔH2在任何温度下都能自发进行,下面有几组焓变数据,其中可能正确的是(　　)
A.ΔH1=-178.32 kJ·mol-1　ΔH2=-78.3 kJ·mol-1
B.ΔH1=178.32 kJ·mol-1　ΔH2=-78.3 kJ·mol-1
C.ΔH1=-178.32 kJ·mol-1　ΔH2=78.3 kJ·mol-1
D.ΔH1=178.32 kJ·mol-1　ΔH2=78.3 kJ·mol-1
B
解析 题中两个反应的熵变均大于0,CaCO3的分解反应在高温下自发进行,则ΔH1>0;氯酸钾的分解反应在任何温度下都能自发进行,根据ΔH-TΔS<0时反应自发可知,ΔH2<0,B正确。
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14.下列内容与结论对应的是(　　)
选项 内容 结论
A H2O(g)变成H2O(l) 该过程的ΔS>0
B 硝酸铵溶于水可自发进行 因为ΔS>0
C 一个反应的ΔH>0、ΔS>0 该反应一定不能自发进行
D H2(g)+F2(g)═2HF(g)　ΔH=-271 kJ·mol-1、ΔS=8 J·mol-1·K-1 该反应在任何温度下均可自发进行
BD
解析 H2O(g)变成H2O(l),ΔS<0,A错误;硝酸铵溶于水是一个可自发进行的吸热过程,硝酸铵发生电离:NH4NO3═ ,自由移动的离子数目增多,则有ΔS>0,B正确;若一个反应的ΔH>0、ΔS>0,则高温下该反应能自发进行,C错误;对于反应H2(g)+F2(g)═2HF(g) ΔH<0、ΔS>0,则有ΔH-TΔS<0,该反应在任何温度下均可自发进行,D正确。
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C 级 学科素养拔高练
15.二氧化碳捕集、存储和转化是当今化学研究的热点问题之一。
(1)用钌的配合物作为催化剂,一定条件下可直接光催化分解CO2,发生反应: 2CO2(g) 2CO(g)+O2(g),该反应的ΔH________ (填“>”“<”或“=”,下同)0,ΔS________0,在低温下,该反应________ (填“能”或“不能”)自发进行。
(2)CO2转化途径之一是利用太阳能或生物质能分解水制H2,然后将H2与CO2转化为甲醇或其他化学品。你认为该方法需要解决的技术问题有________ (填字母)。
a.开发高效光催化剂
b.将光催化制取的氢气从反应体系中有效分离,并与CO2发生催化转化
c.二氧化碳及水资源的供应
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不能
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解析 (1)CO燃烧时放热,所以反应2CO2(g) 2CO(g)+O2(g)是吸热反应,即ΔH>0,因气体的物质的量增多,所以ΔS>0。ΔH-TΔS<0时,反应可自发进行,所以在低温下,该反应不能自发进行。
(2)根据实际情况分析可知,实现CO2的转化需要解决的技术问题有a、b。分层作业8　化学反应的方向
A级必备知识基础练
1.下列过程属于非自发过程的是(　　)
A.水由高处向低处流
B.天然气的燃烧
C.铁在潮湿的空气中生锈
D.室温下液态水结成冰
2.下列说法正确的是(　　)
A.凡是放热反应都是自发的
B.自发反应的现象一定非常明显,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ΔH>0
D.反应2Mg(s)+CO2(g)═C(s)+2MgO(s)能自发进行,则该反应的ΔH>0
3.下列关于焓变与反应方向的叙述中正确的是(　　)
A.反应的方向与化学反应的焓变无关
B.化学反应的焓变直接决定了反应的方向
C.反应焓变为正值时不利于反应自发进行
D.焓变为负值的反应都能自发进行
4.汽车尾气(含烃类、CO、NO与SO2等)是城市主要污染源之一,治理的办法之一是在汽车排气管上装催化转化器,它使NO与CO反应生成可参与大气生态循环的无毒气体,其反应原理是2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g),在298 K、100 kPa下,ΔH=-113 kJ·mol-1,ΔS=-145 J·mol-1·K-1。下列说法中错误的是 (　　)
A.该反应中反应物的总能量高于反应产物的总能量
B.该反应常温下不能自发进行,因此需要高温和催化剂条件
C.该反应常温下能自发进行,高温和催化剂条件只是加快反应的速率
D.汽车尾气中的这两种气体会与血红蛋白结合而使人中毒
5.已知:(NH4)2CO3(s)═NH4HCO3(s)+NH3(g)　ΔH=+74.9 kJ·mol-1,下列说法正确的是(　　)
A.该反应中熵变、焓变皆大于0
B.该反应是吸热反应,因此一定不能自发进行
C.碳酸盐分解反应中熵增加,因此任何条件下所有碳酸盐分解一定能自发进行
D.能自发进行的反应一定是放热反应,不能自发进行的反应一定是吸热反应
6.分析下列反应在任何温度下均能自发进行的是(　　)
A.2N2(g)+O2(g)═2N2O(g)　ΔH=+163 kJ·mol-1
B.Ag(s)+Cl2(g)═AgCl(s)　ΔH=-127 kJ·mol-1
C.H2O2(l)═O2(g)+H2O(l)　ΔH=-98 kJ·mol-1
D.HgO(s)═Hg(l)+O2(g)　ΔH=+91 kJ·mol-1
7.(2021年6月浙江卷)相同温度和压强下,关于物质熵的大小比较,合理的是(　　)
A.1 mol CH4(g)<1 mol H2(g)
B.1 mol H2O(g)<2 mol H2O(g)
C.1 mol H2O(s)>1 mol H2O(l)
D.1 mol C(s,金刚石)>1 mol C(s,石墨)
8.(1)汽车燃油不完全燃烧时产生CO,有人设想按下列反应除去CO:2CO(g)═2C(s)+O2(g)。已知该反应的ΔH>0,简述该设想能否实现的依据:__________________________________________。
(2)超音速飞机在平流层飞行时,尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转化成CO2和N2,化学方程式为2NO+2CO2CO2+N2,反应能够自发进行,则反应的ΔH________________ (填“>”“<”或“=”)0。
B级关键能力提升练
以下选择题有1~2个选项符合题意。
9.下列对熵的理解不正确的是(　　)
A.同种物质气态时熵值最大,固态时熵值最小
B.体系越有序,熵值越小;越混乱,熵值越大
C.与外界隔离的体系,自发过程将导致体系的熵减小
D.25 ℃、1.01×105 Pa时,2N2O5(g)═4NO2(g)+O2(g)是熵增反应
10.灰锡结构松散,不能用于制造器皿,而白锡结构坚固,可以制造器皿。试分析现把白锡制成的器皿放在0 ℃、100 kPa的室内存放,它会不会变成灰锡而不能再继续使用 (　　)
已知:在0 ℃、100 kPa条件下白锡转化为灰锡反应的焓变和熵变分别为ΔH=-2.180 9 kJ·mol-1,ΔS=-6.6 J·mol-1·K-1。
A.会变
B.不会变,但是降温后会变
C.不会变,且改变温度也不会变
D.不会变,但是升温后会变
11.在图甲中的A、B两容器里,分别收集着两种互不反应的理想气体。若将中间活塞打开(如图乙所示),两种气体分子立即都分布在两个容器中。这是一个不伴随能量变化的自发过程。关于此过程的下列说法不正确的是(　　)
A.此过程为无序程度小向无序程度大的方向的变化过程,即熵增大的过程
B.此过程为自发过程,而且没有热量的吸收或放出
C.此过程前后分子间距离不变
D.此过程是自发可逆的
12.(2022湖南化学,17节选)已知ΔG=ΔH-TΔS,ΔG的值只决定于反应体系的始态和终态,忽略ΔH、ΔS随温度的变化。若ΔG<0,则该反应可以自发进行。根据下图判断:600 ℃时,下列反应不能自发进行的是 (　　)
A.C(s)+O2(g)═CO2(g)
B.2C(s)+O2(g)═2CO(g)
C.TiO2(s)+2Cl2(g)═TiCl4(g)+O2(g)
D.TiO2(s)+C(s)+2Cl2(g)═TiCl4(g)+CO2(g)
13.已知①碳酸钙的分解反应CaCO3(s)═CaO(s)+CO2(g)　ΔH1仅在高温下自发进行;②氯酸钾的分解反应2KClO3(s)═2KCl(s)+3O2(g)　ΔH2在任何温度下都能自发进行,下面有几组焓变数据,其中可能正确的是(　　)
A.ΔH1=-178.32 kJ·mol-1　ΔH2=-78.3 kJ·mol-1
B.ΔH1=178.32 kJ·mol-1　ΔH2=-78.3 kJ·mol-1
C.ΔH1=-178.32 kJ·mol-1　ΔH2=78.3 kJ·mol-1
D.ΔH1=178.32 kJ·mol-1　ΔH2=78.3 kJ·mol-1
14.下列内容与结论对应的是(　　)
选项 内容 结论
A H2O(g)变成H2O(l) 该过程的ΔS>0
B 硝酸铵溶于水可自发进行 因为ΔS>0
C 一个反应的ΔH>0、ΔS>0 该反应一定不能自发进行
D H2(g)+F2(g)═2HF(g)　ΔH=-271 kJ·mol-1、ΔS=8 J·mol-1·K-1 该反应在任何温度下均可自发进行
C级学科素养拔高练
15.二氧化碳捕集、存储和转化是当今化学研究的热点问题之一。
(1)用钌的配合物作为催化剂,一定条件下可直接光催化分解CO2,发生反应:2CO2(g)2CO(g)+O2(g),该反应的ΔH________ (填“>”“<”或“=”,下同)0,ΔS________0,在低温下,该反应________ (填“能”或“不能”)自发进行。
(2)CO2转化途径之一是利用太阳能或生物质能分解水制H2,然后将H2与CO2转化为甲醇或其他化学品。你认为该方法需要解决的技术问题有________ (填字母)。
a.开发高效光催化剂
b.将光催化制取的氢气从反应体系中有效分离,并与CO2发生催化转化
c.二氧化碳及水资源的供应
分层作业8　化学反应的方向
1.D　解析 自然界中的水由高处向低处流、天然气的燃烧、铁在潮湿的空气中生锈、室温下冰的融化都是自发过程,其逆向都是非自发的。因此D项符合题意。
2.C　解析 不能仅仅根据焓变判断反应的自发性,放热反应ΔH<0,ΔS<0时低温自发进行,高温非自发进行,A项错误;自发进行的反应,其现象不一定非常明显,非自发反应的熵不一定减小,B项错误;根据反应C(s)+CO2(g)2CO(g)不能自发进行可知,该反应的ΔH-TΔS>0,又因该反应ΔS>0,则该反应的ΔH>0,C项正确;反应2Mg(s)+CO2(g)C(s)+2MgO(s)能自发进行,则ΔH-TΔS<0,因ΔS<0,则ΔH<0,D项错误。
3.C　解析 反应的方向由化学反应的焓变和熵变共同决定,A项错误;焓变对反应方向有影响,但不能决定反应进行的方向,B项错误;焓变为负值的反应多数能自发进行,D项错误;焓变为正值,吸收热量,体系能量升高,不利于反应自发进行,C项正确。
4.B　解析 题给反应是放热反应,所以A正确;常温下,题给反应ΔH-TΔS<0,反应可以自发进行,高温和催化剂条件能加快反应速率,所以B不正确,C正确;NO、CO都可与血红蛋白结合而使人中毒,D正确。
5.A　解析 根据题给反应可知该反应中熵变、焓变都大于0,A项正确;该反应是吸热反应,但也是熵增大的反应,所以有可能自发进行,B项错误;碳酸盐分解反应中熵增加,但不是在任何条件下碳酸盐分解都能够自发进行,如CaCO3的分解仅在高温下自发,C项错误;能自发进行的反应不一定是放热反应,不能自发进行的反应也不一定是吸热反应,D项错误。
6.C　解析 反应在任何温度下均能自发进行,则说明该反应的ΔH<0,ΔS>0,A、D中ΔH>0,故A、D错误;B中ΔS<0,B错误,C正确。
7.B　解析 CH4(g)和H2(g)物质的量相同,且均为气态,CH4(g)含有的原子总数多,CH4(g)的摩尔质量大,所以熵值1molCH4(g)>1molH2(g),A错误;相同状态的相同物质,物质的量越大,熵值越大,所以熵值1molH2O(g)<2molH2O(g),B正确;等量的同物质,熵值关系为:S(g)>S(l)>S(s),所以熵值1molH2O(s)<1molH2O(l),C错误;从金刚石和石墨的结构组成上来看,金刚石的微观结构更有序,熵值更低,所以熵值1molC(s,金刚石)<1molC(s,石墨),D错误。
8.答案 (1)该反应是吸热、熵减的反应,任何温度下均不自发进行
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解析 (1)反应2CO(g)2C(s)+O2(g)是吸热、熵减的反应,ΔH-TΔS>0,该反应不能实现。
(2)反应2NO+2CO2CO2+N2能够自发进行,由于ΔS<0,则一定有ΔH<0。
9.C　解析 体系都有从有序自发转变为无序的倾向,此过程为熵增过程,故C错误。
10.A　解析 根据ΔG=ΔH-TΔS,在0℃、100kPa下,代入数据求得,ΔG=-2180.9J·mol-1-273K×(-6.6J·mol-1·K-1)=-379.1J·mol-1<0,在0℃、100kPa下白锡会转化为灰锡,A项正确。
【易错提醒】 运用公式ΔG=ΔH-TΔS进行反应自发性的计算时,应注意题中所提供的数据ΔH的单位通常是kJ·mol-1,而ΔS的单位通常为J·mol-1·K-1,应注意单位中kJ和J的换算。
11.D　解析 由题意知ΔH=0,ΔS>0,则该过程是自发的,其逆过程ΔS<0,ΔH-TΔS>0,不能自发进行,所以D错误。
12.C　解析 由题图可知,600℃时C(s)+O2(g)CO2(g)和2C(s)+O2(g)2CO(g)的ΔG<0,反应自发进行,故A、B不符合题意;TiO2(s)+2Cl2(g)TiCl4(g)+O2(g)的ΔG>0,反应不能自发进行,故C符合题意;TiO2(s)+C(s)+2Cl2(g)TiCl4(g)+CO2(g)可由C(s)+O2(g)CO2(g)和TiO2(s)+2Cl2(g)TiCl4(g)+O2(g)相加得到,则600℃时其ΔG<0,反应自发进行,故D不符合题意。
13.B　解析 题中两个反应的熵变均大于0,CaCO3的分解反应在高温下自发进行,则ΔH1>0;氯酸钾的分解反应在任何温度下都能自发进行,根据ΔH-TΔS<0时反应自发可知,ΔH2<0,B正确。
14.BD　解析 H2O(g)变成H2O(l),ΔS<0,A错误;硝酸铵溶于水是一个可自发进行的吸热过程,硝酸铵发生电离:NH4NO3N+N,自由移动的离子数目增多,则有ΔS>0,B正确;若一个反应的ΔH>0、ΔS>0,则高温下该反应能自发进行,C错误;对于反应H2(g)+F2(g)2HF(g)
ΔH<0、ΔS>0,则有ΔH-TΔS<0,该反应在任何温度下均可自发进行,D正确。
15.答案 (1)>　>　不能　(2)ab
解析 (1)CO燃烧时放热,所以反应2CO2(g)2CO(g)+O2(g)是吸热反应,即ΔH>0,因气体的物质的量增多,所以ΔS>0。ΔH-TΔS<0时,反应可自发进行,所以在低温下,该反应不能自发进行。
(2)根据实际情况分析可知,实现CO2的转化需要解决的技术问题有a、b。(共27张PPT)
分层作业9　化学平衡常数　平衡转化率
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A 级 必备知识基础练
1.关于化学平衡常数的叙述正确的是(　　)
A.只与化学反应本身和温度有关
B.只与反应的温度有关
C.与化学反应本身和温度有关,并且会受到初始浓度的影响
D.只与化学反应本身有关,与其他任何条件无关的一个不变的常数
A
解析 化学平衡常数决定于两个方面的因素:化学反应本身和反应体系的温度,与初始浓度等其他外界条件没有任何关系。
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2.在一个6 L的密闭容器中放入3 mol X和2 mol Y,在一定条件下发生反应4X(g)+3Y(g) 2Q(g)+nR(g),达到平衡后,容器内的压强比原来增加5%,X浓度减小 ,则该反应化学方程式中的n值是(　　)
A.3 B.4 C.5 D.6
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3.对于化学反应N2O4(g) 2NO2(g)　ΔH>0,要使该反应的平衡常数增大,可以采取的措施有(　　)
A.增大N2O4的浓度
B.增大NO2的浓度
C.升高体系的温度
D.减小压强
C
解析 浓度、压强不影响平衡常数,题给反应正反应为吸热反应,升高温度时平衡正向移动,平衡常数增大。故选C。
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4.将固体NH4I置于密闭容器中,在一定温度下发生下列反应:①NH4I(s) NH3(g)+HI(g);②2HI(g) H2(g)+I2(g),达到平衡时,c平(H2)=0.5 mol·L-1,
c平(HI)=4 mol·L-1,则此温度下反应①的平衡常数为(　　)
A.9 mol2·L-2 B.16 mol2·L-2
C.20 mol2·L-2 D.25 mol2·L-2
C
解析 根据反应②2HI(g) H2(g)+I2(g)可知,消耗的c(HI)=2c平(H2)=1 mol·L-1,再结合反应①NH4I(s) NH3(g)+HI(g)可知,c平(NH3)=c始(HI)=1 mol·L-1+4 mol·L-1=5 mol·L-1。因此该温度下,反应①的平衡常数K=c平(NH3)·c平(HI)=5 mol·L-1×4 mol·L-1=20 mol2·L-2。
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5.加热N2O5,依次发生的分解反应为①N2O5(g) N2O3(g)+O2(g),②N2O3(g) N2O(g)+O2(g);在2 L密闭容器中充入6 mol N2O5,加热到t ℃,达到平衡状态后O2为8 mol ,N2O3为3.2 mol 。则t ℃时反应①的平衡常数为
(　　)
A.10.7 B.8.5
C.32 D.64
C
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解析 设平衡时混合前气体中N2O5的物质的量为x mol,N2O的物质的量为y mol 。根据氮原子和氧原子守恒,可得
x+y+3.2=6,
5x+y+3.2×3+8×2=6×5,
解得x=0.4,y=2.4。
所以平衡后N2O5、N2O3、O2浓度依次为
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6.在一定温度下,将2 mol SO2和1 mol O2充入一定容积的密闭容器中,在催化剂作用下发生反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)　ΔH=-197 kJ·mol-1,当反应达到化学平衡状态时,下列说法中正确的是(　　)
A.v正(O2)=2v逆(SO2)
B.SO2和SO3共2 mol
C.放出197 kJ热量
D.SO2和O2浓度相等
B
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解析 题给反应存在反应限度,当正、逆反应速率相等时,反应达到平衡状态,此时存在2v正(O2)=v逆(SO2),故A错误;在化学反应中各元素的原子遵循原子守恒,所以达到化学平衡状态时二氧化硫和三氧化硫中硫原子的物质的量之和等于反应初始时二氧化硫的物质的量,故B正确;可逆反应存在反应限度,反应物不可能完全转化为反应产物,当正、逆反应速率相等时,反应达到平衡状态,所以将2 mol SO2和1 mol O2充入一定容积的密闭容器中,SO2和O2不可能完全转化为三氧化硫,放出的热量小于197 kJ,故C错误;可逆反应达到平衡时,各组分浓度不再变化,但是将2 mol SO2和1 mol O2充入一定容积的密闭容器中,二者按照2∶1的比例反应,达到平衡时,二者的浓度一定不相等,故D错误。
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7.在298 K时,密闭容器中X、Y、Z三种气体的初始浓度和平衡浓度如下表:
物质 X Y Z
初始浓度/(mol·L-1) 0.1 0.2 0
平衡浓度/(mol·L-1) 0.05 0.05 0.1
下列说法错误的是(　　)
A.反应达到平衡时,X的转化率为50%
B.反应可表示为X+3Y 2Z,其平衡常数为1 600 mol-2·L2
C.增大压强,平衡常数增大
D.改变温度可以改变此反应的平衡常数
C
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解析 首先根据表中数据(0.1-0.05)∶(0.2-0.05)∶(0.1-0)=1∶3∶2推导出可逆反应:X+3Y 2Z。设平衡时转化的X的物质的量浓度为x mol·L-1,依题意可得:
　　　　　　　　　X(g)+3Y(g) 2Z(g)
起始浓度/(mol·L-1) 0.1 0.2 0
转化浓度/(mol·L-1) x 3x 2x
平衡浓度/(mol·L-1) 0.05 0.05 0.1
则x=0.05,显然X的转化率为50%,A正确。
反应X(g)+3Y(g) 2Z(g)的平衡常数K= ,代入数据K=
1 600 mol-2·L2, B正确;增大压强不可能使平衡常数增大,C错误;K只与温度有关,因此改变温度可以改变此反应的平衡常数,D正确。
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8.某温度下,向容积为2 L的密闭反应器中充入0.10 mol SO3,当反应器中的气体压强不再变化时测得SO3的转化率为20%,则该温度下反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)的平衡常数为(　　)
A.3.2×103 mol-1·L B.1.6×103 mol-1·L
C.8.0×102 mol-1·L D.4.0×102 mol-1·L
A
解析 　　　　　　2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)
起始浓度/(mol·L-1) 0 0 0.05
转化浓度/(mol·L-1) 0.01 0.005 0.01
平衡浓度/(mol·L-1) 0.01 0.005 0.04
则平衡常数K= ,代入数据可得K=3.2×103 mol-1·L,A正确。
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9.某硫酸厂的基本反应是2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g),现将0.05 mol SO2(g)和0.03 mol O2注入容积为1.0 L的密闭容器中,并置于某较高温度的恒温环境中,达化学平衡后,测得反应器中有0.04 mol SO3(g),求:
(1)该温度下反应的平衡常数_____________mol-1·L。
(2)SO2、O2的平衡转化率分别为__________、__________。
1 600
80%
66.7%
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B 级 关键能力提升练
以下选择题有1~2个选项符合题意。
10.在一定温度下,可逆反应2NO2 2NO+O2在容积固定的密闭容器中进行,反应达到平衡状态的标志是(　　)
①单位时间内生成n mol O2,同时生成2n mol NO2
②单位时间内生成n mol O2,同时生成2n mol NO
③用NO2、NO、O2的物质的量浓度变化表示的反应速率之比为2∶2∶1
④混合气体的密度不再改变
⑤混合气体的颜色不再改变
A.只有①⑤ B.只有①③⑤
C.只有②④ D.全部
A
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解析 ①单位时间内生成n mol O2,同时生成2n mol NO2,说明正逆反应速率相等,反应达到平衡;②单位时间内生成n mol O2,同时生成2n mol NO,描述的都是正反应,不能说明反应已达平衡;③化学反应速率之比等于化学式前系数之比,不能说明反应已达平衡;④容器容积和气体质量始终不变,则混合气体的密度始终不变,因此不能说明反应已达平衡;⑤混合气体的颜色不再改变,说明NO2浓度不变,反应已达平衡;综上所述,可作为平衡标志的有①⑤,A正确。
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11.一定条件下,将一定量的A、B的混合气体充入密闭容器中发生下列反应:2A(g)+2B(g) C(g)+D(g)　ΔH>0。当由M点平衡到N点平衡过程中,温度与对应变化及M、N平衡混合气中某些气体的物质的量如图所示。则平衡M点到平衡N点过程中B的转化率是(　　)
A.24% B.30%
C.60% D.48%
A
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12.在容积为1 L的恒容密闭容器中,充入1 mol CO2和3 mol H2,一定条件下发生反应CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g),测得CO2和CH3OH的浓度随时间的变化如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.0~9 min内,用H2表示的平均反应速率v(H2)=0.25 mol·L-1·min-1
B.3 min时正逆反应速率相等,反应刚好达到平衡
C.该温度下的平衡常数为4 mol-2·L2
D.9 min时的v逆(CH3OH)小于3 min时的v正(CH3OH)
BC
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13.(2023江苏南通高二期末统考)温度为T ℃时,向2.0 L恒容密闭容器中充入1.0 mol PCl3和1.0 mol Cl2,发生反应:PCl3(g)+Cl2(g) PCl5(g),反应过程中PCl5的物质的量与部分时间的关系如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.0~50 s时,Cl2的平均速率v(Cl2)=0.003 2 mol· L-1·s-1
B.25 s时,容器中PCl5的物质的量可能为0.08 mol
C.T ℃时,起始向容器中充入2.0 mol PCl3和2.0 mol Cl2,达平衡时,PCl5的物质的量大于0.40 mol
D.T ℃时,起始向容器中充入0.20 mol PCl3、0.20 mol Cl2和1.0 mol PCl5,反应向正反应方向进行
C
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解析 0~50 s时,Cl2的平均速率v(Cl2)=v(PCl5)= =0.001 6 mol· L-1·s-1, A错误;50 s时反应容器中PCl5的物质的量为0.16 mol,0~50 s反应过程中, PCl3和Cl2的浓度不断降低、反应速率变慢,则前25 s生成的PCl5较多、后25 s生成的PCl5较少,故25 s时容器中PCl5的物质的量大于0.08 mol,B错误;T ℃时,起始向容器中充入2.0 mol PCl3和2.0 mol Cl2,投料为原来的2倍,达到的平衡等效于原平衡增压时向右移动所致,则PCl5的物质的量大于2×0.20 mol =0.40 mol,C正确;T ℃时,反应达到平衡时,存在三段式:
　　　　 PCl3(g)+Cl2(g) PCl5(g)
起始/mol 1.0 1.0 0
转化/mol 0.20 0.20 0.20
平衡/mol 0.80 0.80 0.20
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14.低温脱硝技术可用于处理废气中的氮氧化物,发生的化学反应为2NH3(g)+NO(g)+NO2(g) 2N2(g)+3H2O(g)　ΔH<0,在恒容的密闭容器中,下列有关说法正确的是(　　)
A.平衡时,其他条件不变,升高温度可使该反应的平衡常数增大
B.平衡时,其他条件不变,增加NH3的浓度,废气中氮氧化物的转化率减小
C.单位时间内消耗NO和N2的物质的量之比为1∶2时,反应达到平衡
D.其他条件不变,使用高效催化剂,可使废气中氮氧化物的转化率增大
C
解析 升高温度时平衡向逆反应方向移动,平衡常数的值减小,A错误。增大NH3的浓度时,氮氧化物转化率增大,B错误。当v正(NO)∶v逆(N2)=1∶2时,反应达到平衡,C正确。使用催化剂不能改变化学平衡,故使用高效催化剂时氮氧化物转化率不变,D错误。
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15.某温度时,向容积为1 L的恒容密闭容器中加入1.8 mol X(g),发生反应: 2X(g) M(g)。其中M(g)的物质的量浓度随时间的变化曲线如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.从反应开始到刚达到平衡的时间内,v(X)=0.01 mol·L-1·s-1
B.容器内气体的平均摩尔质量不变,可说明该反应达到化学平衡状态
C.该温度下,该反应的平衡常数K=1
D.a、b两时刻生成X的速率:v(a)BD
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C 级 学科素养拔高练
16.已知:MgCO3(s) MgO(s)+CO2(g)　ΔH>0,在密闭容器中投入过量碳酸镁在温度T时反应达到平衡,p平(CO2)=4 MPa。
(1)该平衡常数表达式K=________。
(2)若反应体系的体积不变,升高温度,再次达到平衡时p平(CO2)将________ (填“增大”“减小”或“不变”)。
(3)若反应温度T不变,将反应容器的容积缩小至原来的一半,则再次达到平衡时p平(CO2)= ________。
c平(CO2)
增大
4 Mpa
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解析 (1)题给反应中只有CO2是气体,其他物质为固体,固体不列入平衡常数表达式。
(2)碳酸镁分解反应是吸热反应,升高温度,平衡向右移动,p平(CO2)增大。
(3)由于温度不变,平衡常数不变,CO2的浓度不变,则达到新平衡时p平(CO2) =4 MPa。