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专题七 化学反应速率与化学平衡
A组 基础巩固练
1.(2023·宁夏银川六盘山高级中学期末)某温度下,反应CH2=CH2(g)+H2O(g)
CH3CH2OH(g)在密闭容器中达到平衡,下列说法正确的是( )
A.增大压强,v正>v逆,平衡常数增大
B.加入催化剂,平衡时CH3CH2OH(g)的浓度增大
C.恒容下,充入一定量的H2O(g),平衡向正反应方向移动
D.恒容下,充入一定量的CH2=CH2(g),CH2=CH2(g)的平衡转化率增大
C
解析 该反应是一个气体分子数减少的反应,增大压强可以加快化学反应速率,正反应速率增大的幅度大于逆反应速率增大的幅度,故v正>v逆,平衡向正反应方向移动,但是因为温度不变,故平衡常数不变,A不正确;催化剂不影响化学平衡状态,因此,加入催化剂不影响平衡时CH3CH2OH(g)的浓度,B不正确;恒容下,充入一定量的H2O(g),H2O(g)的浓度增大,平衡向正反应方向移动,C正确;恒容下,充入一定量的CH2=CH2(g),平衡向正反应方向移动,但是CH2=CH2(g)的平衡转化率减小,D不正确。
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
B
解析 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.(2023·陕西西安铁一中学期末)一定温度下,将0.16 mol X和0.16 mol Y加入10 L的恒容密闭容器中,发生反应X(s)+2Y(g) 2Z(g) ΔH<0,一段时间后达到平衡。反应过程中测定的数据如表:
t/min 2 4 7 9
n(Y)/mol 0.12 0.11 0.10 0.10
下列说法正确的是( )
A.温度升高,此反应的化学平衡常数K>0.36
B.当容器内气体的密度不变时,反应达到化学平衡状态
C.反应前2 min的平均反应速率v(Z)=4.0×10-3 mol·L-1·min-1
D.其他条件不变,再充入0.6 mol Z,平衡时Z的体积分数增大
B
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
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
A
解析 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.(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%
A
解析 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.(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
C
解析 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.(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
C
解析 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.(2023·四川达州二诊)工业上常用甲烷和水蒸气催化重整制备H2,该工艺同时发生如下反应:
反应Ⅰ:CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g) ΔH1
反应Ⅱ:CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) ΔH2
(1)反应Ⅰ和反应Ⅱ以物质的量分数表示的平衡常数Kx与温度T变化关系如图甲所示,则ΔH1-ΔH2 (填“>”“<”或“=”)0。
图甲
>
(2)恒容密闭容器中,按质量比为8∶9加入CH4和H2O,下列说法正确的是 。
A.达平衡时,CH4和H2O的转化率相等
B.反应Ⅰ在低温时容易自发进行
C.当压强不再发生改变时,反应Ⅰ和反应Ⅱ均达到了平衡
D.单位时间内,若有2 mol H—O键断裂,同时有3 mol H—H键断裂,则反应Ⅰ处于平衡状态
C
(3)某科研小组研究了反应Ⅰ的动力学,获得其速率方程
v正=k正·cm(CH4)·cn(H2O),k正为速率常数(只受温度影响),反应级数是反应的速率方程式中各反应物浓度的指数之和。在某温度下进行实验,测得各组分初始浓度和反应初始速率如下:
实验序号 1 2 3
CH4浓度/(mol·L-1) 0.100 0 0.200 0 0.200 0
H2O浓度/(mol·L-1) 0.100 0 0.100 0 0.200 0
速率/(mol·L-1·s-1) 3.75×10-4 1.50×10-3 3.00×10-3
若某时刻,测得c(CH4)=0.400 0 mol·L-1,c(H2O)=0.400 0 mol·L-1,则此时的反应速率v正= 。
0.024 mol·L-1·s-1
(4)在2.4 MPa下,将CH4和H2O(g)按照物质的量之比1∶3的比例通入反应器中。平衡时各组分的物质的量分数与温度的关系如图乙所示。
图乙
①600 ℃时,若经过t min,反应达到平衡。该条件下,反应Ⅰ的
Kp= (MPa)2(列出计算式即可)。
②H2的含量在740 ℃左右出现峰值的原因为
。
740 ℃前,反应Ⅰ正向进行程度大;740 ℃后,则是反应Ⅱ逆向进行程度大
(5)某工厂用电解原理除去H2中的杂质CH4、CO和CO2,其装置如图丙所示:
图丙
①CH4参与的电极反应为
。
②经测定,原料气中各气体的体积分数为
气体 H2 CH4 CO CO2
体积分数 82% 3% 5% 10%
若电解过程中消耗了100 m3的原料气,则可得到相同条件下纯净H2
m3。
CH4-8e-+10OH- ══ +7H2O
99
(2)A.CH4和H2O物质的量投料比为1∶1,反应Ⅰ中甲烷与水系数比为1∶1,水还参与反应Ⅱ,故达平衡时,CH4和H2O的转化率不相等,A错误;B.结合图像可知,随着温度升高,lnK1增大,反应Ⅰ为吸热反应,反应Ⅰ为熵增反应,故在高温时容易自发进行,B错误;C.反应Ⅰ为气体分子数改变的反应,且2个反应同时进行,当压强不再发生改变时,说明平衡不再移动,反应Ⅰ和反应Ⅱ均达到了平衡,C正确;D.由于反应Ⅱ中也存在氢氧键断裂、氢氢键断裂,故单位时间内,若有2 mol H—O键断裂,同时有3 mol H—H键断裂,不说明反应Ⅰ中正、逆反应速率相等,不能说明反应Ⅰ处于平衡状态,D错误;故选C。
(3)由3组实验数据得:
①3.75×10-4=k正·0.100 0m·0.100 0n
②1.50×10-3=k正·0.200 0m·0.100 0n
③3.00×10-3=k正·0.200 0m·0.200 0n
解得m=2,n=1,k正=0.375
当c(CH4)=0.400 0 mol·L-1,c(H2O)=0.400 0 mol·L-1时,v正=0.375×0.400 02 ×0.400 0 mol·L-1·s-1=0.024 mol·L-1·s-1。
(4)①600 ℃时,在2.4 MPa下,将CH4和H2O(g)按照物质的量之比1∶3的比例通入反应器中,假设甲烷、水投料分别为1 mol、3 mol:
CH4(g)+H2O(g) CO(g) + 3H2(g)
起始/mol 1 3 0 0
转化/mol a a a 3a
平衡/mol
CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)
起始/mol
转化/mol b b b b
平衡/mol
②等量水参与反应,反应Ⅰ生成氢气更多,740 ℃前,反应Ⅰ正向进行程度大,740 ℃后,则是反应Ⅱ逆向进行程度大,导致H2的含量在740 ℃左右出现峰值。
(5)①CH4在阳极失去电子发生氧化反应生成碳酸根离子,参与的电极反应为CH4-8e-+10OH- ══ +7H2O。
②用电解原理除去H2中的杂质CH4、CO和CO2,混合气中CO2被氢氧化钠吸收,不是氧化还原反应,CH4、CO在阳极发生氧化反应均生成碳酸根离子,根据电子守恒可知,CH4~8e-~4H2、CO~2e-~H2,则甲烷、一氧化碳生成氢气分别为100 m3×3%×4=12 m3、100 m3×5%×1=5 m3,原混合气中有氢气82 m3,故共得到相同条件下纯净H2 99 m3。
9.(2023·陕西铜川二模)碳排放问题是第26届联合国气候变化大会讨论的焦点。我国向国际社会承诺2030年实现“碳达峰”,2060年实现“碳中和”。为了实现这个目标,加强了对CO2转化的研究,因此CO2的捕集、利用与封存成为科学家研究的重要课题。根据信息回答下列问题。
Ⅰ.研究表明CO2与CH4在催化剂存在下可发生反应制得合成气:
CO2(g)+CH4(g) 2CO(g)+2H2(g) ΔH
一定压强下,由最稳定单质生成1 mol化合物的焓变为该物质的摩尔生成焓。
(1)已知CO2(g)、CH4(g)、CO(g)的摩尔生成焓分别为-395 kJ·mol-1、
-74.9 kJ·mol-1、-110.4 kJ·mol-1,则上述反应的ΔH= kJ·mol-1。
Ⅱ.研究表明CO2与H2能发生下列反应:
反应1:CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g) ΔH1=-154 kJ·mol-1
反应2:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2=-49 kJ·mol-1
+249.1
(2)在573 K时,容积为2 L的恒容容器中投入2 mol CO2和6 mol H2发生反应2达到平衡。
①为了提高CH3OH产率可以采取的措施有 、
(任写两项措施)。
②图1中能表示该反应的平衡常数的对数lnK与 (T表示温度)之间的变化关系的曲线是 (填“m”或“n”)。
图1
增大体系压强
通入H2
n
③测得在相同时间内,不同温度下的H2转化率如图2所示,
v(a)逆 (填“>”“<”或“=”)v(c)逆;T2温度下该反应的平衡常数K值为
(保留两位小数)。
图2
<
14.81
(3)在恒容密闭容器中,反应1按进料浓度比c(CO2)∶c(H2)分别等于1∶2、1∶5、1∶7时,CO2的平衡转化率随条件X的变化关系如图3所示:
①曲线a的进料浓度比c(CO2)∶c(H2)为 。
②条件X是 (填“温度”或
“压强”),依据是
。
图3
1∶2
压强
该反应的正反应气体分子数减小,增大压强,平衡向正反应方向移动,CO2的平衡转化率增大,与图3曲线一致
(4)我国学者探究了BiIn合金催化剂电化学还原CO2生产HCOOH的催化性能及机理,并通过DFT计算催化剂表面该还原过程的物质的相对能量,如图4所示(带“*”表示物质处于吸附态)。试从图4分析,采用BiIn合金催化剂既优于单金属Bi催化剂,又优于单金属In催化剂的原因是
图4
相对于单金属Bi催化剂,BiIn合金催化剂能够促进CO2的吸附,增强对*OCHO中间体的吸附;相对于单金属In催化剂,BiIn合金催化剂能够降低*OCHO脱附形成*HCOOH的活化能
。
解析 (1)CH4(g)与CO2(g)反应生成CO(g)和H2(g)的方程式:CO2(g)+CH4(g)
2CO(g)+2H2(g),在一定温度和压强下,由最稳定单质生成1 mol化合物的焓变称为该物质的摩尔生成焓。根据此定义,稳定单质的摩尔生成焓为0,CO2(g)、CH4(g)、CO(g)的摩尔生成焓分别为-395 kJ·mol-1、
-74.9 kJ·mol-1、-110.4 kJ·mol-1,则反应焓变ΔH=2×(-110.4 kJ·mol-1)
-[-395 kJ·mol-1+(-74.9 kJ·mol-1)]=+249.1 kJ·mol-1。
(2)①反应2:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)是气体体积减小的放热反应,增大体系压强、通入H2、降低温度等可以提高CH3OH产率。
③温度越高,反应速率越快,Tc>Ta,则v(a)逆 CO2(g) + 3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g)
(3)①反应1为CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g),c(H2)增大,平衡正向移动,CO2的转化率增大,则c(CO2)∶c(H2)的数值越大,CO2的转化率越小,曲线a的进料浓度比c(CO2)∶c(H2)为1∶2。
②该反应的正反应气体分子数减小,增大压强,平衡向正反应方向移动,CO2的平衡转化率增大,与图3曲线一致,条件X是压强。
(4)相对于单金属Bi催化剂,BiIn合金催化剂能够促进CO2的吸附,增强对*OCHO中间体的吸附;相对于单金属In催化剂,BiIn合金催化剂能够降低*OCHO脱附形成*HCOOH的活化能,则采用BiIn合金催化剂既优于单金属Bi催化剂,又优于单金属In催化剂。
10.(2023·四川成都一诊)直接将CO2转化为有机物并非植物的“专利”,科学家通过多种途径实现了CO2合成甲醛,总反应为CO2(g)+2H2(g) HCHO(g)+H2O(g) ΔH。转化步骤如图1所示:
图1
(1)原料CO2可通过捕捉技术从空气中或工业尾气中获取,写出一种常见的可作为CO2捕捉剂的廉价试剂 。
(2)已知2H2(g)+O2(g) ══ 2H2O(g) ΔH4,则总反应的ΔH=
(用图1中焓变以及ΔH4表示)。
Na2CO3溶液或氨水或石灰乳
ΔH1+ΔH2+ΔH3/2-ΔH4/2
(3)T ℃,在容积为2 L的恒容密闭容器中充入1 mol CO2和一定量H2,只发生可逆反应①。若起始时容器内气体压强为1.2 kPa,达到平衡时,CH3OH(g)的分压与起始投料比 的变化关系如图2所示。
图2
(ⅰ)若5 min时到达c点,则0~5 min时的平均反应速率v(H2)= mol·L-1·min-1;
(ⅱ)Kp(b)= (写计算表达式);
(ⅲ)c点时,再加入CO2(g)和H2O(g),使两者分压均增大0.05 kPa,H2的平衡转化率 (填“增大”“不变”或“减小”)。
0.18
增大
(4)在恒温恒容条件下只发生反应②。关于该步骤的下列说法错误的是 。
A.若反应②正向为自发反应,需满足ΔH2<0
B.若气体的平均相对分子质量保持不变,说明反应②体系已经达到平衡
C.增大O2的浓度,HCHO(g)的平衡物质的量分数一定增大
D.反应②体系存在v正(H2O2)=v正(CH3OH)
(5)已知Arrhenius公式:Rlnk= +C(Ea为活化能,k为速率常数,R和C为常数)。反应①②的有关数据分别如图3所示,Ea相对较小的是 ;研究表明,加入某极性介质有助于加快整个反应的合成速率,原因可能是 。
图3
C
反应②
极性介质使反应①的活化能降低
解析 总反应CO2(g)+2H2(g) HCHO(g)+H2O(g) ΔH可以根据盖斯定律计算出该反应的活化能;根据平衡常数的表达式能计算出用分压表示的平衡常数,根据勒夏特列原理分析平衡移动的情况;根据反应的活化能和速率成反比,可以根据反应的活化能判断反应速率的相对大小。
(1)能与CO2反应的,均可以作为CO2捕获剂,一般选择碱性物质,结合题目要求需要选择廉价并常见的试剂,可以是Na2CO3溶液或氨水或石灰乳。
CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)
初始/mol 1 2 0 0
转化/mol 0.6 1.8 0.6 0.6
平衡/mol 0.4 0.2 0.6 0.6
(4)根据图1反应②CH3OH(g)+O2(g) HCHO(g)+H2O2(l),A.若反应②正向为自发反应,则说明ΔH-TΔS<0,该反应是气体分子数减小的反应,故ΔS<0,需满足ΔH2<0才能自发进行,A正确;B.该反应随着反应的进行,n(HCHO)增大,气体的平均相对分子质量逐渐减小,B正确;C.增大O2的浓度,平衡正向移动,则HCHO(g)的平衡物质的量一定增大,物质的量分数不一定增大,C错误;D.反应②中每消耗1 mol CH3OH,生成1 mol H2O2,D正确;故选C。
(5)根据图示,反应②的斜率比反应①小,根据公式Rlnk=- +C,斜率即Ea的大小,所以活化能较小的是反应②;总反应的决速步骤一般是反应速率较慢的那个反应,加入某极性介质有助于加快整个反应的合成速率,根据图示分析,反应速率较慢的是反应①,所以可能是极性介质使反应①的活化能降低,从而加快了总反应的速率。
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
A
解析 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.(2023·宁夏银川六盘山高级中学期末)在NO催化下,丙烷与氧气反应制备丙烯的部分反应机理如图所示。下列说法错误的是( )
A.含N分子参与的反应一定有电子转移
B.由NO生成HONO的反应历程有2种
C.增大NO的量,C3H8的平衡转化率增大
D.当主要发生包含②的历程时,最终生成的水不变
C
解析 根据反应机理的图示知,含N分子发生的反应有NO+·OOH ══ NO2+·OH、NO+NO2+H2O ══ 2HONO、NO2+·C3H7 ══ C3H6+HONO、HONO ══ NO+·OH,含N分子NO、NO2、HONO中N元素的化合价依次为+2价、+4价、+3价,上述反应中均有元素化合价的升降,都为氧化还原反应,一定有电子转移,A项正确;根据图示,由NO生成HONO的反应历程有2种,B项正确;NO是催化剂,增大NO的量,C3H8的平衡转化率不变,C项错误;无论反应历程如何,在NO催化下丙烷与O2反应制备丙烯的总反应都为2C3H8+O2 2C3H6+2H2O,当主要发生包含②的历程时,最终生成的水不变,D项正确。
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
答案 B
解析 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.(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
D
解析 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.(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
D
解析 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
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
D
解析 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.(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
D
解析 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.(2023·四川成都二诊)汽车尾气的氮氧化物是大气污染物的主要来源,研究汽车尾气处理是环境保护的重要课题。试回答下列问题:
(1)有关汽车尾气的生成
已知:①N2(g)+O2(g) ══ 2NO(g) ΔH1=+180.50 kJ·mol-1
②2NO(g)+O2(g) ══ 2NO2(g) ΔH2=-144.14 kJ·mol-1
③2N2O(g) 2N2(g)+O2(g) ΔH3=-244.10 kJ·mol-1
则3NO(g) ══ N2O(g)+NO2(g) ΔH= 。
-130.52 kJ·mol-1
(2)用CO消除汽车尾气在催化剂a作用下将尾气转化为无污染的气体而除去。向密闭容器中充入10 mol CO(g)和8 mol NO(g)发生反应2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g) ΔH,测得平衡时NO体积分数与温度、压强的关系如图。
①已知T2>T1,则反应ΔH (填“>”“=”或“<”)0。
②该反应达到平衡后,为了同时提高反应速率
和NO的平衡转化率,可采取的措施有 (填字母)。
a.改用高效催化剂
b.恒温恒容条件下,按投料比增大反应物浓度
c.移去CO2
d.升高温度
e.缩小反应容器的容积
<
be
③在温度为T1、容器容积为4 L的条件下,反应进行到10 min时恰好在D点达到平衡。则从反应开始到平衡时,NO平均反应速率v(NO)=
;若其他条件不变,升高温度,用分压表示的平衡常数
Kp (填“变大”“变小”或“不变”)。
④在X点,对反应容器升温的同时扩大容积使体系压强减小,重新达到平衡状态可能为图中 (填A~F)点。
0.1 mol·L-1·min-1
变小
A
(3)用NH3消除汽车尾气
新型催化剂b在含有少量O2条件下,能催化NH3和NOx反应生成N2,且高温下活性很强。在盛有催化剂b的管式反应容器[如图(一)]中按一定比例匀速通入NH3、NOx、O2发生反应。NOx的除去率随反应温度变化曲线如图(二)所示。
图(一)
图(二)
①在50 ℃之前,NOx的除去率随温度升高而缓慢上升的原因是 。
②当温度高于300 ℃时,NOx除去率迅速下降的原因是 。
催化剂的活性较小,温度升高速率增加缓慢
O2与NH3反应生成NO
(2)①根据图中信息可知,过X点的等压线上,已知T2>T1,温度越高,NO的体积分数越大,说明平衡逆向移动,逆方向为吸热反应,正方向为放热反应,则反应ΔH<0。
②a.改用高效催化剂,化学反应速率增大,但催化剂不能使平衡移动,NO的转化率不变;b.恒温恒容条件下,按投料比增大反应物浓度,相当于增大压强,化学反应速率增大,平衡向气体体积缩小的正反应方向移动,NO的转化率增大;c.移去CO2,生成物的浓度减小,反应速率减小,平衡正向移动,NO的转化率增大;d.升高温度,化学反应速率增大,但正反应为放热反应,平衡逆向移动,NO的转化率减小;e.缩小反应容器的容积,相当于增大压强,化学反应速率增大,平衡向气体体积缩小的正反应方向移动,NO的转化率增大。
③向密闭容器中充入10 mol CO(g)和8 mol NO(g)发生反应2NO(g)+2CO(g)
N2(g)+2CO2(g),设NO转化率为x,根据三段式有:
2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g)
起始量/mol 8 10 0 0
变化量/mol 8x 8x 4x 8x
平衡量/mol 8-8x 10-8x 4x 8x
若其他条件不变,升高温度,平衡逆向移动,生成物的平衡分压减小,反应物的平衡分压增大,用分压表示的平衡常数Kp变小。
④由图结合反应可知,升温会使反应逆向移动,导致NO的体积分数增加,减压也会使反应逆向移动,导致NO的体积分数增加,所以升温和减压后,NO的体积分数必然增加,达到平衡状态时,NO的体积分数一定比X点对应的体积分数大,符合条件的只有A点。
(3)①已知新型催化剂b在高温下活性很强,随温度的升高,催化剂b活性增强,但由于温度仍然较低,活性提高程度不大,反应速率加快但不明显,故50 ℃之前NOx的除去率缓慢增大。
②已知新型催化剂b在高温下活性很强,当温度高于300 ℃时NOx的除去率迅速下降与催化剂活性无关,所通气体为NOx、NH3和O2的混合物,当温度高于300 ℃时,NH3与O2可能发生副反应:4NH3+5O2 4NO+6H2O,氨的浓度减小,导致NOx除去率迅速下降。
9.(2023·陕西汉中二模)有效去除大气中的H2S、SO2以及废水中的硫化物是环境保护的重要课题。
(1)氨水可以脱除烟气中的SO2。氨水脱硫的相关热化学方程式如下:
2NH3(g)+H2O(l)+SO2(g) ══(NH4)2SO3(aq) ΔH=a kJ·mol-1
2NH4HSO3(aq) ══(NH4)2SO3(aq)+H2O(l)+SO2(g) ΔH=b kJ·mol-1
2(NH4)2SO3(aq)+O2(g) ══ 2(NH4)2SO4(aq) ΔH=c kJ·mol-1
反应2NH3(g)+2NH4HSO3(aq)+O2(g) ══ 2(NH4)2SO4(aq)的
ΔH= kJ·mol-1(用含a、b、c的代数式表示)。
a+b+c
(2)H2S与CO2在高温下发生反应:H2S(g)+CO2(g) COS(g)+H2O(g)。在610 K时,将0.40 mol H2S与0.20 mol CO2充入5 L的空钢瓶中,反应达到平衡后水的物质的量分数为0.2。
①上述条件下H2S的平衡转化率α1= %。
②若在620 K重复实验,平衡后水的物质的量分数为0.3,该反应的ΔH
(填“<”“>”或“=”)0。
③在610 K时反应H2S(g)+CO2(g) COS(g)+H2O(g)平衡建立的基础上,改变下列一种条件,能使H2S平衡转化率增大的是 (填字母)。
A.向容器中通入H2S B.向容器中通入CO2
C.加入催化剂 D.缩小容器的容积
30
>
B
(3)在气体总压强分别为p1和p2时,反应2SO3(g) 2SO2(g)+O2(g)在不同温度下达到平衡,测得SO3(g)及SO2(g)的物质的量分数如图所示:
①压强:p2 (填“>”或“<”)p1,判断的理由是___________________
___________________________________________________________________________________________。
<
其他条件相同时,增大压强平衡向气体体积减小的方向移动,再达平衡时SO3物质的量分数增大,SO2物质的量分数减小
②若p1=8.1 MPa,起始时充入a mol
SO3(g)发生反应,计算Q点对应温度下
该反应的平衡常数Kp= MPa(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
0.6
解析 (1)①2NH3(g)+H2O(l)+SO2(g) ══(NH4)2SO3(aq) ΔH=a kJ·mol-1
②2NH4HSO3(aq) ══(NH4)2SO3(aq)+H2O(l)+SO2(g) ΔH=b kJ·mol-1
③2(NH4)2SO3(aq)+O2(g) ══ 2(NH4)2SO4(aq) ΔH=c kJ·mol-1
根据盖斯定律①+②+③得2NH3(g)+2NH4HSO3(aq)+O2(g) ══ 2(NH4)2SO4(aq)的ΔH=(a+b+c) kJ·mol-1。
(2)① H2S(g)+CO2(g) COS(g)+H2O(g)
初始/mol 0.4 0.2 0 0
转化/mol x x x x
平衡/mol 0.4-x 0.2-x x x
②若在620 K重复实验,平衡后水的物质的量分数为0.3,说明升高温度,平衡正向移动,该反应的ΔH>0。
③A.向容器中通入H2S,平衡正向移动,CO2平衡转化率增大,但H2S平衡转化率减小;B.向容器中通入CO2,平衡正向移动,H2S平衡转化率增大;C.加入催化剂,平衡不移动,H2S平衡转化率不变;D.反应前后气体系数和相同,缩小容器的容积,平衡不移动,H2S平衡转化率不变。
(3)①增大压强平衡向气体体积减小的方向移动,增大压强,2SO3(g) 2SO2(g)+O2(g)平衡逆向移动,SO3(g)的物质的量分数增大,所以压强p2② 2SO3(g) 2SO2(g)+O2(g)
初始/mol a 0 0
转化/mol 2x 2x x
平衡/mol a-2x 2x x中小学教育资源及组卷应用平台
专题七 化学反应速率与化学平衡
A组 基础巩固练
1.(2023·宁夏银川六盘山高级中学期末)某温度下,反应CH2CH2(g)+H2O(g)CH3CH2OH(g)在密闭容器中达到平衡,下列说法正确的是( )
A.增大压强,v正>v逆,平衡常数增大
B.加入催化剂,平衡时CH3CH2OH(g)的浓度增大
C.恒容下,充入一定量的H2O(g),平衡向正反应方向移动
D.恒容下,充入一定量的CH2CH2(g),CH2CH2(g)的平衡转化率增大
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·陕西西安铁一中学期末)一定温度下,将0.16 mol X和0.16 mol Y加入10 L的恒容密闭容器中,发生反应X(s)+2Y(g)2Z(g) ΔH<0,一段时间后达到平衡。反应过程中测定的数据如表:
t/min 2 4 7 9
n(Y)/mol 0.12 0.11 0.10 0.10
下列说法正确的是( )
A.温度升高,此反应的化学平衡常数K>0.36
B.当容器内气体的密度不变时,反应达到化学平衡状态
C.反应前2 min的平均反应速率v(Z)=4.0×10-3 mol·L-1·min-1
D.其他条件不变,再充入0.6 mol Z,平衡时Z的体积分数增大
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.(2023·四川达州二诊)工业上常用甲烷和水蒸气催化重整制备H2,该工艺同时发生如下反应:
反应Ⅰ:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH1
反应Ⅱ:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH2
(1)反应Ⅰ和反应Ⅱ以物质的量分数表示的平衡常数Kx与温度T变化关系如图甲所示,则ΔH1-ΔH2 (填“>”“<”或“=”)0。
图甲
(2)恒容密闭容器中,按质量比为8∶9加入CH4和H2O,下列说法正确的是 。
A.达平衡时,CH4和H2O的转化率相等
B.反应Ⅰ在低温时容易自发进行
C.当压强不再发生改变时,反应Ⅰ和反应Ⅱ均达到了平衡
D.单位时间内,若有2 mol H—O键断裂,同时有3 mol H—H键断裂,则反应Ⅰ处于平衡状态
(3)某科研小组研究了反应Ⅰ的动力学,获得其速率方程v正=k正·cm(CH4)·cn(H2O),k正为速率常数(只受温度影响),反应级数是反应的速率方程式中各反应物浓度的指数之和。在某温度下进行实验,测得各组分初始浓度和反应初始速率如下:
实验序号 1 2 3
CH4浓度/(mol·L-1) 0.100 0 0.200 0 0.200 0
H2O浓度/(mol·L-1) 0.100 0 0.100 0 0.200 0
速率/(mol·L-1·s-1) 3.75×10-4 1.50×10-3 3.00×10-3
若某时刻,测得c(CH4)=0.400 0 mol·L-1,c(H2O)=0.400 0 mol·L-1,则此时的反应速率v正= 。
(4)在2.4 MPa下,将CH4和H2O(g)按照物质的量之比1∶3的比例通入反应器中。平衡时各组分的物质的量分数与温度的关系如图乙所示。
图乙
①600 ℃时,若经过t min,反应达到平衡。该条件下,反应Ⅰ的Kp= (MPa)2(列出计算式即可)。
②H2的含量在740 ℃左右出现峰值的原因为 。
(5)某工厂用电解原理除去H2中的杂质CH4、CO和CO2,其装置如图丙所示:
图丙
①CH4参与的电极反应为 。
②经测定,原料气中各气体的体积分数为
气体 H2 CH4 CO CO2
体积分数 82% 3% 5% 10%
若电解过程中消耗了100 m3的原料气,则可得到相同条件下纯净H2 m3。
9.(2023·陕西铜川二模)碳排放问题是第26届联合国气候变化大会讨论的焦点。我国向国际社会承诺2030年实现“碳达峰”,2060年实现“碳中和”。为了实现这个目标,加强了对CO2转化的研究,因此CO2的捕集、利用与封存成为科学家研究的重要课题。根据信息回答下列问题。
Ⅰ.研究表明CO2与CH4在催化剂存在下可发生反应制得合成气:
CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH
一定压强下,由最稳定单质生成1 mol化合物的焓变为该物质的摩尔生成焓。
(1)已知CO2(g)、CH4(g)、CO(g)的摩尔生成焓分别为-395 kJ·mol-1、-74.9 kJ·mol-1、-110.4 kJ·mol-1,则上述反应的ΔH= kJ·mol-1。
Ⅱ.研究表明CO2与H2能发生下列反应:
反应1:CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g) ΔH1=-154 kJ·mol-1
反应2:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
ΔH2=-49 kJ·mol-1
(2)在573 K时,容积为2 L的恒容容器中投入2 mol CO2和6 mol H2发生反应2达到平衡。
①为了提高CH3OH产率可以采取的措施有 、 (任写两项措施)。
②图1中能表示该反应的平衡常数的对数lnK与(T表示温度)之间的变化关系的曲线是 (填“m”或“n”)。
图1
图2
③测得在相同时间内,不同温度下的H2转化率如图2所示,v(a)逆 (填“>”“<”或“=”)v(c)逆;T2温度下该反应的平衡常数K值为 (保留两位小数)。
(3)在恒容密闭容器中,反应1按进料浓度比c(CO2)∶c(H2)分别等于1∶2、1∶5、1∶7时,CO2的平衡转化率随条件X的变化关系如图3所示:
①曲线a的进料浓度比c(CO2)∶c(H2)为 。
②条件X是 (填“温度”或“压强”),依据是 。
(4)我国学者探究了BiIn合金催化剂电化学还原CO2生产HCOOH的催化性能及机理,并通过DFT计算催化剂表面该还原过程的物质的相对能量,如图4所示(带“*”表示物质处于吸附态)。试从图4分析,采用BiIn合金催化剂既优于单金属Bi催化剂,又优于单金属In催化剂的原因是 。
图3
图4
10.(2023·四川成都一诊)直接将CO2转化为有机物并非植物的“专利”,科学家通过多种途径实现了CO2合成甲醛,总反应为CO2(g)+2H2(g)HCHO(g)+H2O(g) ΔH。转化步骤如图1所示:
图1
(1)原料CO2可通过捕捉技术从空气中或工业尾气中获取,写出一种常见的可作为CO2捕捉剂的廉价试剂 。
(2)已知2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH4,则总反应的ΔH= (用图1中焓变以及ΔH4表示)。
(3)T℃,在容积为2 L的恒容密闭容器中充入1 mol CO2和一定量H2,只发生可逆反应①。若起始时容器内气体压强为1.2 kPa,达到平衡时,CH3OH(g)的分压与起始投料比[]的变化关系如图2所示。
图2
(ⅰ)若5 min时到达c点,则0~5 min时的平均反应速率v(H2)= mol·L-1·min-1;
(ⅱ)Kp(b)= (写计算表达式);
(ⅲ)c点时,再加入CO2(g)和H2O(g),使两者分压均增大0.05 kPa,H2的平衡转化率 (填“增大”“不变”或“减小”)。
(4)在恒温恒容条件下只发生反应②。关于该步骤的下列说法错误的是 。
A.若反应②正向为自发反应,需满足ΔH2<0
B.若气体的平均相对分子质量保持不变,说明反应②体系已经达到平衡
C.增大O2的浓度,HCHO(g)的平衡物质的量分数一定增大
D.反应②体系存在v正(H2O2)=v正(CH3OH)
(5)已知Arrhenius公式:Rlnk=-+C(Ea为活化能,k为速率常数,R和C为常数)。反应①②的有关数据分别如图3所示,Ea相对较小的是 ;研究表明,加入某极性介质有助于加快整个反应的合成速率,原因可能是 。
图3
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·宁夏银川六盘山高级中学期末)在NO催化下,丙烷与氧气反应制备丙烯的部分反应机理如图所示。下列说法错误的是( )
A.含N分子参与的反应一定有电子转移
B.由NO生成HONO的反应历程有2种
C.增大NO的量,C3H8的平衡转化率增大
D.当主要发生包含②的历程时,最终生成的水不变
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.(2023·四川成都二诊)汽车尾气的氮氧化物是大气污染物的主要来源,研究汽车尾气处理是环境保护的重要课题。试回答下列问题:
(1)有关汽车尾气的生成
已知:①N2(g)+O2(g)2NO(g) ΔH1=+180.50 kJ·mol-1
②2NO(g)+O2(g)2NO2(g) ΔH2=-144.14 kJ·mol-1
③2N2O(g)2N2(g)+O2(g) ΔH3=-244.10 kJ·mol-1
则3NO(g)N2O(g)+NO2(g) ΔH= 。
(2)用CO消除汽车尾气
在催化剂a作用下将尾气转化为无污染的气体而除去。向密闭容器中充入10 mol CO(g)和8 mol NO(g)发生反应2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) ΔH,测得平衡时NO体积分数与温度、压强的关系如图。
①已知T2>T1,则反应ΔH (填“>”“=”或“<”)0。
②该反应达到平衡后,为了同时提高反应速率和NO的平衡转化率,可采取的措施有 (填字母)。
a.改用高效催化剂
b.恒温恒容条件下,按投料比增大反应物浓度
c.移去CO2
d.升高温度
e.缩小反应容器的容积
③在温度为T1、容器容积为4 L的条件下,反应进行到10 min时恰好在D点达到平衡。则从反应开始到平衡时,NO平均反应速率v(NO)= ;若其他条件不变,升高温度,用分压表示的平衡常数Kp (填“变大”“变小”或“不变”)。
④在X点,对反应容器升温的同时扩大容积使体系压强减小,重新达到平衡状态可能为图中 (填A~F)点。
(3)用NH3消除汽车尾气
新型催化剂b在含有少量O2条件下,能催化NH3和NOx反应生成N2,且高温下活性很强。在盛有催化剂b的管式反应容器[如图(一)]中按一定比例匀速通入NH3、NOx、O2发生反应。NOx的除去率随反应温度变化曲线如图(二)所示。
图(一)
图(二)
①在50 ℃之前,NOx的除去率随温度升高而缓慢上升的原因是 。
②当温度高于300 ℃时,NOx除去率迅速下降的原因是 。
9.(2023·陕西汉中二模)有效去除大气中的H2S、SO2以及废水中的硫化物是环境保护的重要课题。
(1)氨水可以脱除烟气中的SO2。氨水脱硫的相关热化学方程式如下:
2NH3(g)+H2O(l)+SO2(g)(NH4)2SO3(aq) ΔH=a kJ·mol-1
2NH4HSO3(aq)(NH4)2SO3(aq)+H2O(l)+SO2(g) ΔH=b kJ·mol-1
2(NH4)2SO3(aq)+O2(g)2(NH4)2SO4(aq) ΔH=c kJ·mol-1
反应2NH3(g)+2NH4HSO3(aq)+O2(g)2(NH4)2SO4(aq)的ΔH= kJ·mol-1(用含a、b、c的代数式表示)。
(2)H2S与CO2在高温下发生反应:H2S(g)+CO2(g)COS(g)+H2O(g)。在610 K时,将0.40 mol H2S与0.20 mol CO2充入5 L的空钢瓶中,反应达到平衡后水的物质的量分数为0.2。
①上述条件下H2S的平衡转化率α1= %。
②若在620 K重复实验,平衡后水的物质的量分数为0.3,该反应的ΔH (填“<”“>”或“=”)0。
③在610 K时反应H2S(g)+CO2(g)COS(g)+H2O(g)平衡建立的基础上,改变下列一种条件,能使H2S平衡转化率增大的是 (填字母)。
A.向容器中通入H2S
B.向容器中通入CO2
C.加入催化剂
D.缩小容器的容积
(3)在气体总压强分别为p1和p2时,反应2SO3(g)2SO2(g)+O2(g)在不同温度下达到平衡,测得SO3(g)及SO2(g)的物质的量分数如图所示:
①压强:p2 (填“>”或“<”)p1,判断的理由是 。
②若p1=8.1 MPa,起始时充入a mol SO3(g)发生反应,计算Q点对应温度下该反应的平衡常数Kp= MPa(用平衡分压代替平衡浓度计算,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 该反应是一个气体分子数减少的反应,增大压强可以加快化学反应速率,正反应速率增大的幅度大于逆反应速率增大的幅度,故v正>v逆,平衡向正反应方向移动,但是因为温度不变,故平衡常数不变,A不正确;催化剂不影响化学平衡状态,因此,加入催化剂不影响平衡时CH3CH2OH(g)的浓度,B不正确;恒容下,充入一定量的H2O(g),H2O(g)的浓度增大,平衡向正反应方向移动,C正确;恒容下,充入一定量的CH2CH2(g),平衡向正反应方向移动,但是CH2CH2(g)的平衡转化率减小,D不正确。
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.B 由表中数据可知,7min与9min时n(Y)相等,说明7min时反应达到平衡状态,平衡时,Y为0.10mol,反应的Y为0.06mol,根据X(s)+2Y(g)2Z(g),生成的Z为0.06mol,该温度下此反应的平衡常数K==0.36,又该反应的正反应为放热反应,温度升高,平衡逆向移动,平衡常数减小,K<0.36,A错误;该反应属于气体质量增大的反应,反应容器的容积不变,当容器内气体的密度不变时,表示反应达到化学平衡状态,B正确;反应前2min内,v(Z)=v(Y)==2.0×10-3mol·L-1·min-1,C错误;其他条件不变,再充入0.6molZ,相当于增大压强,由于反应前后气体的体积不变,则平衡时Z的体积分数不变,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1molB,则生成3molC,C的浓度为0.6mol·L-1,其他条件不变,温度变为T1时,平衡时测得C的浓度为0.8mol·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;0~4min时,A减少(2.4-2.0)mol,则有v(B)==0.005mol·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;2L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0.5mol,转化的H2为0.5mol×3=1.5mol,则有v(H2)=0.15mol·L-1·min-1,D错误。
8.答案 (1)> (2)C (3)0.024 mol·L-1·s-1
(4)① ②740 ℃前,反应Ⅰ正向进行程度大;740 ℃后,则是反应Ⅱ逆向进行程度大
(5)①CH4-8e-+10OH-C+7H2O ②99
解析 (1)根据盖斯定律,反应Ⅰ-反应Ⅱ得:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g),平衡常数为,则ln=lnK1-lnK2,结合图像可知,随着温度升高,lnK2减小、lnK1增大,则随着温度升高ln=lnK1-lnK2>0,则反应吸热,焓变ΔH1-ΔH2大于零。
(2)A.CH4和H2O物质的量投料比为1∶1,反应Ⅰ中甲烷与水系数比为1∶1,水还参与反应Ⅱ,故达平衡时,CH4和H2O的转化率不相等,A错误;B.结合图像可知,随着温度升高,lnK1增大,反应Ⅰ为吸热反应,反应Ⅰ为熵增反应,故在高温时容易自发进行,B错误;C.反应Ⅰ为气体分子数改变的反应,且2个反应同时进行,当压强不再发生改变时,说明平衡不再移动,反应Ⅰ和反应Ⅱ均达到了平衡,C正确;D.由于反应Ⅱ中也存在氢氧键断裂、氢氢键断裂,故单位时间内,若有2molH—O键断裂,同时有3molH—H键断裂,不说明反应Ⅰ中正、逆反应速率相等,不能说明反应Ⅰ处于平衡状态,D错误;故选C。
(3)由3组实验数据得:
①3.75×10-4=k正·0.1000m·0.1000n
②1.50×10-3=k正·0.2000m·0.1000n
③3.00×10-3=k正·0.2000m·0.2000n
解得m=2,n=1,k正=0.375
当c(CH4)=0.4000mol·L-1,c(H2O)=0.4000mol·L-1时,v正=0.375×0.40002×0.4000mol·L-1·s-1=0.024mol·L-1·s-1。
(4)①600℃时,在2.4MPa下,将CH4和H2O(g)按照物质的量之比1∶3的比例通入反应器中,假设甲烷、水投料分别为1mol、3mol:
CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)
起始/mol 1 3 0 0
转化/mol a a a 3a
平衡/mol
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
起始/mol
转化/mol b b b b
平衡/mol
600℃时,若经过tmin,反应达到平衡,总的物质的量为(4+2a)mol,氢气、水的物质的量分数分别为0.35、0.45,则=0.35、=0.45,解得a=0.5、b=0.25,则平衡时总的物质的量为5mol,甲烷、一氧化碳分别为0.5mol、0.25mol,其物质的量分数分别为0.1、0.05,故该条件下,反应Ⅰ的Kp=(MPa)2。
②等量水参与反应,反应Ⅰ生成氢气更多,740℃前,反应Ⅰ正向进行程度大,740℃后,则是反应Ⅱ逆向进行程度大,导致H2的含量在740℃左右出现峰值。
(5)①CH4在阳极失去电子发生氧化反应生成碳酸根离子,参与的电极反应为CH4-8e-+10OH-C+7H2O。
②用电解原理除去H2中的杂质CH4、CO和CO2,混合气中CO2被氢氧化钠吸收,不是氧化还原反应,CH4、CO在阳极发生氧化反应均生成碳酸根离子,根据电子守恒可知,CH4~8e-~4H2、CO~2e-~H2,则甲烷、一氧化碳生成氢气分别为100m3×3%×4=12m3、100m3×5%×1=5m3,原混合气中有氢气82m3,故共得到相同条件下纯净H299m3。
9.答案 (1)+249.1
(2)①增大体系压强 通入H2 ②n ③< 14.81
(3)①1∶2 ②压强 该反应的正反应气体分子数减小,增大压强,平衡向正反应方向移动,CO2的平衡转化率增大,与图3曲线一致
(4)相对于单金属Bi催化剂,BiIn合金催化剂能够促进CO2的吸附,增强对*OCHO中间体的吸附;相对于单金属In催化剂,BiIn合金催化剂能够降低*OCHO脱附形成*HCOOH的活化能
解析 (1)CH4(g)与CO2(g)反应生成CO(g)和H2(g)的方程式:CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g),在一定温度和压强下,由最稳定单质生成1mol化合物的焓变称为该物质的摩尔生成焓。根据此定义,稳定单质的摩尔生成焓为0,CO2(g)、CH4(g)、CO(g)的摩尔生成焓分别为-395kJ·mol-1、-74.9kJ·mol-1、-110.4kJ·mol-1,则反应焓变ΔH=2×(-110.4kJ·mol-1)-[-395kJ·mol-1+(-74.9kJ·mol-1)]=+249.1kJ·mol-1。
(2)①反应2:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)是气体体积减小的放热反应,增大体系压强、通入H2、降低温度等可以提高CH3OH产率。
②反应2是放热反应,升高温度平衡逆向移动,K值减小,则减小。图1中能表示该反应的平衡常数的对数lnK与之间的变化关系的曲线是n。
③温度越高,反应速率越快,Tc>Ta,则v(a)逆 CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
1 3 0 0
0.8 2.4 0.8 0.8
0.2 0.6 0.8 0.8
平衡常数K==14.81。
(3)①反应1为CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g),c(H2)增大,平衡正向移动,CO2的转化率增大,则c(CO2)∶c(H2)的数值越大,CO2的转化率越小,曲线a的进料浓度比c(CO2)∶c(H2)为1∶2。
②该反应的正反应气体分子数减小,增大压强,平衡向正反应方向移动,CO2的平衡转化率增大,与图3曲线一致,条件X是压强。
(4)相对于单金属Bi催化剂,BiIn合金催化剂能够促进CO2的吸附,增强对*OCHO中间体的吸附;相对于单金属In催化剂,BiIn合金催化剂能够降低*OCHO脱附形成*HCOOH的活化能,则采用BiIn合金催化剂既优于单金属Bi催化剂,又优于单金属In催化剂。
10.答案 (1)Na2CO3溶液或氨水或石灰乳
(2)ΔH1+ΔH2+ΔH3/2-ΔH4/2
(3)(ⅰ)0.18 (ⅱ) (ⅲ)增大
(4)C
(5)反应② 极性介质使反应①的活化能降低
解析 总反应CO2(g)+2H2(g)HCHO(g)+H2O(g) ΔH可以根据盖斯定律计算出该反应的活化能;根据平衡常数的表达式能计算出用分压表示的平衡常数,根据勒夏特列原理分析平衡移动的情况;根据反应的活化能和速率成反比,可以根据反应的活化能判断反应速率的相对大小。
(1)能与CO2反应的,均可以作为CO2捕获剂,一般选择碱性物质,结合题目要求需要选择廉价并常见的试剂,可以是Na2CO3溶液或氨水或石灰乳。
(2)根据图1及盖斯定律,总反应CO2(g)+2H2(g)HCHO(g)+H2O(g)是①+②+×③-×④得到的,则反应热ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3/2-ΔH4/2。
(3)根据图1反应①为CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g):
(ⅰ)起始时容器内气体的总压强为1.2kPa,若5min时反应到达c点,c点CH3OH的物质的量为xmol,,x=0.6,则反应消耗氢气的物质的量为1.8mol,v(H2)==0.18mol·L-1·min-1。
(ⅱ)b点和c点在同一温度下,所以b点平衡常数与c点一样,根据c点数据列三段式:
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
初始/mol 1 2 0 0
转化/mol 0.6 1.8 0.6 0.6
平衡/mol 0.4 0.2 0.6 0.6
甲醇压强为0.24kPa,则二氧化碳的压强为0.16kPa、氢气的压强为0.08kPa、水蒸气的压强为0.24kPa,b点时反应的平衡常数Kp=。
(ⅲ)c点时,再加入CO2(g)和H2O(g),使二者分压均增大0.05kPa,Qc=(4)根据图1反应②CH3OH(g)+O2(g)HCHO(g)+H2O2(l),A.若反应②正向为自发反应,则说明ΔH-TΔS<0,该反应是气体分子数减小的反应,故ΔS<0,需满足ΔH2<0才能自发进行,A正确;B.该反应随着反应的进行,n(HCHO)增大,气体的平均相对分子质量逐渐减小,B正确;C.增大O2的浓度,平衡正向移动,则HCHO(g)的平衡物质的量一定增大,物质的量分数不一定增大,C错误;D.反应②中每消耗1molCH3OH,生成1molH2O2,D正确;故选C。
(5)根据图示,反应②的斜率比反应①小,根据公式Rlnk=-+C,斜率即Ea的大小,所以活化能较小的是反应②;总反应的决速步骤一般是反应速率较慢的那个反应,加入某极性介质有助于加快整个反应的合成速率,根据图示分析,反应速率较慢的是反应①,所以可能是极性介质使反应①的活化能降低,从而加快了总反应的速率。
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.C 根据反应机理的图示知,含N分子发生的反应有NO+·OOHNO2+·OH、NO+NO2+H2O2HONO、NO2+·C3H7C3H6+HONO、HONONO+·OH,含N分子NO、NO2、HONO中N元素的化合价依次为+2价、+4价、+3价,上述反应中均有元素化合价的升降,都为氧化还原反应,一定有电子转移,A项正确;根据图示,由NO生成HONO的反应历程有2种,B项正确;NO是催化剂,增大NO的量,C3H8的平衡转化率不变,C项错误;无论反应历程如何,在NO催化下丙烷与O2反应制备丙烯的总反应都为2C3H8+O22C3H6+2H2O,当主要发生包含②的历程时,最终生成的水不变,D项正确。
3.B 前20minB的平均反应速率为=0.05mol·L-1·min-1,A正确;30min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=1,40min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;30min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1molZ(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4mol×10%=0.4mol,c(Z)==0.2mol·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)=0.01mol·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;15s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.答案 (1)-130.52 kJ·mol-1
(2)①< ②be ③0.1 mol·L-1·min-1 变小 ④A
(3)①催化剂的活性较小,温度升高速率增加缓慢 ②O2与NH3反应生成NO
解析 (1)已知:①N2(g)+O2(g)2NO(g) ΔH1=+180.50kJ·mol-1
②2NO(g)+O2(g)2NO2(g) ΔH2=-144.14kJ·mol-1
③2N2O(g)2N2(g)+O2(g) ΔH3=-244.10kJ·mol-1
根据盖斯定律,由②×-①-③×得反应3NO(g)N2O(g)+NO2(g) ΔH=-144.14kJ·mol-1×-180.50kJ·mol-1+244.10kJ·mol-1×=-130.52kJ·mol-1。
(2)①根据图中信息可知,过X点的等压线上,已知T2>T1,温度越高,NO的体积分数越大,说明平衡逆向移动,逆方向为吸热反应,正方向为放热反应,则反应ΔH<0。
②a.改用高效催化剂,化学反应速率增大,但催化剂不能使平衡移动,NO的转化率不变;b.恒温恒容条件下,按投料比增大反应物浓度,相当于增大压强,化学反应速率增大,平衡向气体体积缩小的正反应方向移动,NO的转化率增大;c.移去CO2,生成物的浓度减小,反应速率减小,平衡正向移动,NO的转化率增大;d.升高温度,化学反应速率增大,但正反应为放热反应,平衡逆向移动,NO的转化率减小;e.缩小反应容器的容积,相当于增大压强,化学反应速率增大,平衡向气体体积缩小的正反应方向移动,NO的转化率增大。
③向密闭容器中充入10molCO(g)和8molNO(g)发生反应2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g),设NO转化率为x,根据三段式有:
2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)
起始量/mol 8 10 0 0
变化量/mol 8x 8x 4x 8x
平衡量/mol 8-8x 10-8x 4x 8x
平衡时NO的体积分数为25%,则有
×100%=25%,解得x=50%,则NO平均反应速率v(NO)==0.1mol·L-1·min-1。
若其他条件不变,升高温度,平衡逆向移动,生成物的平衡分压减小,反应物的平衡分压增大,用分压表示的平衡常数Kp变小。
④由图结合反应可知,升温会使反应逆向移动,导致NO的体积分数增加,减压也会使反应逆向移动,导致NO的体积分数增加,所以升温和减压后,NO的体积分数必然增加,达到平衡状态时,NO的体积分数一定比X点对应的体积分数大,符合条件的只有A点。
(3)①已知新型催化剂b在高温下活性很强,随温度的升高,催化剂b活性增强,但由于温度仍然较低,活性提高程度不大,反应速率加快但不明显,故50℃之前NOx的除去率缓慢增大。
②已知新型催化剂b在高温下活性很强,当温度高于300℃时NOx的除去率迅速下降与催化剂活性无关,所通气体为NOx、NH3和O2的混合物,当温度高于300℃时,NH3与O2可能发生副反应:4NH3+5O24NO+6H2O,氨的浓度减小,导致NOx除去率迅速下降。
9.答案 (1)a+b+c
(2)①30 ②> ③B
(3)①< 其他条件相同时,增大压强平衡向气体体积减小的方向移动,再达平衡时SO3物质的量分数增大,SO2物质的量分数减小 ②0.6
解析 (1)①2NH3(g)+H2O(l)+SO2(g)(NH4)2SO3(aq) ΔH=akJ·mol-1
②2NH4HSO3(aq)(NH4)2SO3(aq)+H2O(l)+SO2(g) ΔH=bkJ·mol-1
③2(NH4)2SO3(aq)+O2(g)2(NH4)2SO4(aq) ΔH=ckJ·mol-1
根据盖斯定律①+②+③得2NH3(g)+2NH4HSO3(aq)+O2(g)2(NH4)2SO4(aq)的ΔH=(a+b+c)kJ·mol-1。
(2)① H2S(g)+CO2(g)COS(g)+H2O(g)
初始/mol 0.4 0.2 0 0
转化/mol x x x x
平衡/mol 0.4-x 0.2-x x x
=0.2。
x=0.12;上述条件下H2S的平衡转化率α1=×100%=30%。
②若在620K重复实验,平衡后水的物质的量分数为0.3,说明升高温度,平衡正向移动,该反应的ΔH>0。
③A.向容器中通入H2S,平衡正向移动,CO2平衡转化率增大,但H2S平衡转化率减小;B.向容器中通入CO2,平衡正向移动,H2S平衡转化率增大;C.加入催化剂,平衡不移动,H2S平衡转化率不变;D.反应前后气体系数和相同,缩小容器的容积,平衡不移动,H2S平衡转化率不变。
(3)①增大压强平衡向气体体积减小的方向移动,增大压强,2SO3(g)2SO2(g)+O2(g)平衡逆向移动,SO3(g)的物质的量分数增大,所以压强p2② 2SO3(g)2SO2(g)+O2(g)
初始/mol a 0 0
转化/mol 2x 2x x
平衡/mol a-2x 2x x
=0.5,x=0.2a,p1=8.1MPa,Kp==0.6MPa。
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