专题2《化学反应速率与化学平衡》
一、单选题(共13题)
1.在一定温度下,将气体X与气体Y各0.16mol充入10L恒容密闭容器中,发生反应:,一段时间后达到平衡。反应过程中测定的数据如表,下列说法正确的是
t/min 2 4 7 9
n(Y)/mol 0.12 0.11 0.10 0.10
A.反应过程中化学反应速率保持不变
B.其他条件不变,降低温度,反应达到新平衡前v(逆)>v(正)
C.该温度下此反应的平衡常数K=1.44
D.其他条件不变,缩小容器体积,重新达平衡时Z的体积分数增大
2.已知 ,假设起始反应物和物质的量之比为1∶3,且总物质的量不变,在不同压强和温度下,反应达到平衡时,体系中的物质的量分数如下表所示,则下列说法正确的是
400℃ 450℃ 500℃ 600℃
20MPa 0.387 0.274 0.189 0.088
30MPa 0.478 0.358 0.260 0.129
A.上述任何条件下,反应达到平衡时和的转化率之比均为1
B.体系中的物质的量分数越小,反应一定越先达到平衡
C.反应达到平衡时,放出的热量均为92.4kJ
D.600℃、30MPa条件下加入更高效的催化剂,平衡时的物质的量分数大于0.129
3.用如图实验装置进行有关实验,能达到实验目的的是
A.蒸发结晶NaCl B.除去中的
C.干燥 D.测定化学反应速率
4.图中展示的是乙烯催化氧化的过程(部分相关离子未画出),下列描述不正确的是
A.PdCl和Cu2+在反应中都是催化剂
B.该转化过程中,有非极性键的断裂与极性键的形成
C.该转化过程中,涉及反应4Cu+ +O2+4H+=4Cu2++2H2O
D.乙烯催化氧化反应的化学方程式为CH2=CH2+O2CH3CHO+H2O
5.在容积一定、温度一定的密闭容器中发生反应M2(?)+2R2(g) M2R4(g),加入1 mol M2和2 mol R2,反应过程中测得气体的平均相对分子质量随时间的变化如图所示。则下列说法错误的是
A.M2既可能为固体,也可能为气体
B.达到平衡后,保持容器容积和温度不变,再加入1 mol M2和2 mol R2,则R2转化率不变
C.达到平衡后,保持温度不变,将容器容积压缩到原来的一半,当达到新的平衡时,R2的浓度可能是原平衡时的1.8倍
D.若M2为气体,达到平衡后,保持容器容积和温度不变,再加入1 mol M2R4,则新的平衡时气体的平均相对分子质量增大
6.我国科研人员研究了在催化剂上单个加氢制的机理,其反应历程如图所示:
其中,TS表示过渡态、吸附在催化剂表面上的物种用*标注,括号里的数字表示微粒的相对总能量[单位:],下列说法不正确的是
A.该反应的反应热ΔH=-8.16×10-23kJ/mol
B.过程I有H-H键断裂,过程II表示与催化剂脱离
C.等物质的量的和中共用电子对数目之比为
D.催化剂表面发生的反应中决速步骤为
7.一定温度下,在体积为的恒容密闭容器中,某一反应中、、三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示,下列表述中正确的是
A.反应的化学方程式为
B.时,正、逆反应都不再继续进行,反应达到化学平衡
C.若,则内,X的化学反应速率为
D.温度、体积不变,时刻充入使压强增大,正、逆反应速率都增大
8.一定温度下,一定体积的容器加入一定量的A(s)发生反应:3A(s) B(g) +2C(g),下列描述中不能说明该反应达到平衡的是
①v(B)逆=2v(C)正; ②单位时间内生成 a mol B,同时消耗 2a mol C;
③容器中的压强不再变化; ④混合气体的密度不再变化;
⑤B的体积分数不再变化; ⑥混合气体的平均相对分子质量不再变化
A.①②③ B.②③④ C.①⑤ D.①⑤⑥
9.温度为时,在三个容积均为1L的恒容密闭容器中按如图三种投料比进行反应。结果如图,实验测得:,,、为速率常数(仅与温度有关)。下列说法中正确的是
容器编号 物质的起始浓度 物质的平衡浓度
Ⅰ 0.3 0 0 0.2
Ⅱ 0.1 0.3 0.2
Ⅲ 0.3 0 0.1
A.温度为时,该反应的平衡常数为0.2
B.容器Ⅱ中起始时,
C.达平衡时,容器Ⅲ中的体积分数大于50%
D.容器Ⅰ中达平衡后,温度改变为时,若,则
10.中华传统文化蕴含着很多科学知识,下列说法错误的是
A.“丹砂(HgS)烧之成水银,积变又还成丹砂”描述的是可逆反应
B.“水声冰下咽,沙路雪中平”未涉及化学变化
C.“霾尘积聚难见路人”形容的霾尘中有气溶胶,具有丁达尔效应
D.“每红铜六斤,入倭铅四斤,先后入罐熔化,冷定取出,即成黄铜”中的黄铜是合金
11.下列说法正确的是
A.一定温度下,反应的
B.凡是放热反应都是自发的,凡是吸热反应都是非自发的
C.常温下,,即常温下水的分解反应是自发反应
D.对于反应正,加入或升高温度都能加快的生成速率
12.下列现象不能用勒夏特列原理解释的是
A.为了准确测定NO2的相对分子质量,应尽量在高温低压条件下测定
B.实验室制备乙酸乙酯,加入过量的乙醇
C.实验室制备氯气,选用饱和食盐水净化氯气
D.工业上选择高温条件和铁触媒作催化剂合成氨
13.苯与的催化反应历程如图所示。关于该反应历程,下列说法正确的是
A.苯与的催化反应为放热反应
B.该反应历程,苯与的催化反应可生成溴苯、邻二溴苯
C.苯与的催化反应决速步伴随着极性键的断裂与形成
D.从反应速率角度,苯与Br2,的催化反应主反应为取代反应,原因是该反应活化能更低
二、填空题(共10题)
14.苯乙烯()是生产各种塑料的重要单体,可通过乙苯催化脱氢制得:+H2(g)
(1)已知:
化学键 C-H C-C C=C H-H
键能/kJ/mol 412 348 612 436
计算上述反应生成1mol氢气的热效应 (填吸放多少kJ)
(2)工业上,通常在乙苯(EB)蒸气中掺混N2(原料气中乙苯和N2的物质的量之比为1︰10,N2不参与反应),控制反应温度600℃,并保持体系总压为0.1Mpa不变的条件下进行反应。在不同反应温度下,乙苯的平衡转化率和某催化剂作用下苯乙烯的选择性(指除了H2以外的产物中苯乙烯的物质的量分数)示意图。
①A、B两点对应的正反应速率较大的是 。
②控制反应温度为600℃的理由是 。
15.工业上可用H2和CO2制备甲醇,其反应方程式为CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),某温度下,将1 mol CO2和3 mol H2充入体积不变的2 L密闭容器中,发生上述反应,测得不同时刻反应前后的压强关系如下表:
时间/h 1 2 3 4 5 6
0.90 0.85 0.83 0.81 0.80 0.80
(1)用H2表示前2 h 的平均反应速率v(H2)= ;
(2)该温度下,CO2的平衡转化率为 。
(3)在温度为T,压强为P的条件下,将CO2和H2按物质的量之比1∶3 通入一恒压密闭容器中发生上述反应,达到平衡时,测得CO2的平衡转化率为50%,则该反应条件下的平衡常数为Kp= (用含P的表达式表示,其中用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
(4)CO2经催化加氢可合成低碳烯烃:2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) ΔH。在0.1 MPa时,按n(CO2)∶n(H2)=1∶3投料,如图所示为不同温度(T)下,平衡时四种气态物质的物质的量(n)关系。
①该反应的ΔH 0(填“>”或“<”)。
②曲线c表示的物质为 。
③为提高H2的平衡转化率,除改变温度外,还可采取的措施是 。(答出一条即可)
16.氨是最基本的化工原料之一。德国化学家哈伯因研究合成氨反应获1918年诺贝尔化学奖。今天,人类依旧和哈伯当年一样在工业上用和合成氨,反应如下:
(1)从如图可知,合成氨反应的压强越大,的产率越大,但一般选择10MPa到30MPa,原因是 。
(2)合成氨反应是放热反应,理论上分析,温度越低越有利于反应正向进行,而一般采用的温度为 ,原因是 。
(3)合成氨选用的催化剂是 。为防止催化剂中毒,要采取的措施是 。
17.300℃ 时,将2mol A和2mol B两种气体混合加入2L密闭容器中,发生反应3A(g)+B(g)2C(g)+2D(g) ,2min末反应达到平衡,生成0.8mol D。
(1)在2min末,A的平衡浓度为 ,B的转化率为 ;C的体积分数为 。
(2)300℃ 时,将该反应容器体积压缩为1L,则A的转化率 (填“增大”“减小”或"不变"),原因是 。若该条件下平衡常数为K3,则K3 (填“>”,"<"或“=”)K1,原因是 。
(3)判断该反应是否达到化学平衡状态的依据是 (填序号)。
A.容器中压强不变 B.混合气体中c(A)不变 C.v(A)=v(C) D.混合气体密度不变
18.I. 在一定条件下,可逆反应A+BmC变化如图所示。已知纵坐标表示在不同温度和压强下生成物C在混合物中的质量分数,p为反应在T2温度时达到平衡后向容器加压的变化情况。
(1)温度T1 T2(填“大于”“等于”或“小于”)。
(2)正反应是 反应(填“吸热”或“放热”)。
(3)如果A、B、C均为气体,则m 2(填“大于”“等于”或“小于”)。
(4)当温度和容积不变时,如在平衡体系中加入一定量的某稀有气体,则体系的压强 (填“增大”“减小”或“不变”),平衡 移动(填“向正反应方向”“向逆反应方向”或“不”)。
II. CO是生产羰基化学品的基本原料, 850℃时,在恒容密闭容器中通入CO和H2O(g),发生:CO(g)+H2O(g) H2(g)+CO2(g) H<0,测定浓度随时间关系如下表:
t/min c(CO)/ mol·L-1 c(H2O)/ mol·L-1
0 0.30 0.20
2 \ 0.10
3 0.18 \
4 \ 0.08
回答下列问题
(1)t=3min时,υ(正) υ(逆)(选填:“>”,“<”,“=”)。
(2)0~2min,CO的平均反应速率为 。
(3)上述反应中的CO平衡转化率为 。
(4)在一定条件下,发生下列反应:CO(g)+H2O(g) H2(g)+CO2(g),其逆反应的速率随时间变化曲线如图所示,则t1时改变的某种反应条件可能是 (填序号)。
a.增大CO浓度
b.加压
c.恒容时充入氩气
d.使用催化剂
19.利用H2和CO2生产甲醇。某温度下,在容积为2L的密闭容器中充入1molCO2和3.25molH2,在一定条件下反应,测得CO2、CH3OH(g)和H2O(g)的物质的量(n)随时间的变化关系如图所示。
(1)从反应开始到3min时,氢气的平均反应速率v(H2)= 。
(2)下列措施中一定能使CO2的转化率增大的是 。(填序号)
A.在原容器中再充入1molCO2
B.在原容器中再充入1molH2
C.在原容器中再充入1molHe
D.使用更有效的催化剂
E.缩小容器的容积
F.将水蒸气从体系中分离出
20.乙苯催化脱氢制苯乙烯反应:
(1)已知:
化学键 C-H C-C C=C H-H
键能/kJ·molˉ1 412 348 612[ 436
计算上述反应的△H= kJ·mol-1。
(2)维持体系总压强p恒定,在温度T时,物质的量为n、体积为V的乙苯蒸汽发生催化脱氢反应。已知乙苯的平衡转化率为α,则在该温度下反应的平衡常数K= (用含α等字母的代数式表示)。
21.定条件下,发生反应 ,达到平衡后根据下列图像判断:
A. B.C. D.E.
(1)表示升高温度,达到新平衡的是 (填“A”、“B”、“C”、“D”或“E”,下同),新平衡中C的质量分数 (填“增大”、“减小”或“不变”,下同)。
(2)表示降低压强,达到新平衡的是 ,A的转化率 。
(3)表示减少C的浓度,达到新平衡的是 。
(4)增加A的浓度,达到平衡后A的转化率 。
22.二氧化碳减排和再利用技术是促进工业可持续发展和社会环保的重要措施。
(1)将工业废气中的二氧化碳转化为甲醇,其原理是:CO2(g)+3H2(g) H2O(g)+CH3OH(g) △H=-53.7kJ/mol。308K时,向2L密闭容器中通入0.04 mol CO2和0.08 mol H2,测得其压强(p)随时间(t)变化如图1中曲线I所示。
①反应开始至达平衡时,υ(H2)= ;该温度下反应的平衡常数为 。
②若其他条件相同时,只改变某一条件,曲线变化为II,则改变的条件是 。
(2)还可以通过以下途径实现CO2向CH3OH的转化:
反应I:CO2(g)+H2(g) H2O(g)+CO(g) △H<0
反应Ⅱ:2H2(g)+CO(g) CH3OH(g) △H<0
反应I和反应Ⅱ的平衡常数K随温度T的变化如图2所示。
①根据图中数据分析可知,T1 T2(填“>”、“<”或“=”);T2时,CO2(g)+3H2(g) H2O(g)+CH3OH(g)的平衡常数K= 。
②某科研小组采用反应Ⅱ来合成甲醇,在450℃时,研究了n(H2):n(CO)分别为2:1、3:1时CO转化率的变化情况(如图3),则图中表示n(H2):n(CO)=3:1的变化曲线为 (填“曲线a"或“曲线b”)。
(3)某同学将H2、CO2的混合气体充入一个密闭容器中,控制其他条件不变,改变起始物中H2、CO2的物质的量之比(用n表示)进行反应2CO2(g)+6H2(g) CH3CH2OH(g)+3H2O(g) △H=Q kJ/mol,实验结果如图4所示(图中T表示温度):
①若图象中T1>T2,则Q 0
②比较a、b、c三点所处的平衡状态中,反应物CO2的转化率最高的是 ,n=
23.反应aA(g)+bB(g)cC(g)(△H<0)在恒容条件下进行。改变其它反应条件,在I、II、III阶段中各物质浓度随时间变化的曲线如图所示:
(1)化学方程式中a:b:c= 。
(2)A的平均反应速率vI(A)、vII(A)、vIII(A)从大到小的排列顺序为 。
(3)B的平衡转化率aI(B)、aII(B)、aIII(B)中最小的是 ,其值是 (保留2位有效数字)。
(4)由第一次平衡到第二次平衡,平衡向 (填“左”或“右”)移动,采取的措施是 。
(5)其他条件不变,只改变温度,则第II阶段反应温度(T2)和第III阶段反应温度(T3)的高低T2 T3(填“<”“>”或“=”),判断的理由是 。
试卷第1页,共3页
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参考答案:
1.C
【详解】A.反应过程中由于各物质的浓度发生改变,所以速率会变,A错误;
B.该反应焓变小于0,正反应是放热反应,降低温度平衡向正反应移动,反应达到新平衡前v(逆)<v(正),B错误;
C.由表中数据可知7min时,反应到达平衡,平衡时Y的物质的量为0.10mol,容器体积为10L,列三段式有:
平衡常数K==1.44,C正确;
D.该反应前后气体系数之和相等,缩小体积增大压强平衡不移动,重新达平衡时Z的体积分数不变,D错误;
综上所述答案为C。
2.A
【详解】A.根据方程式,反应的氮气和氢气的物质的量之比为1:3,起始反应物中N2和H2的物质的量之比为1:3,因此反应达到平衡时,N2和H2的转化率之比1:1,故A正确;
B.反应是否达到平衡与氨气质量分数大小无关,是否先达到平衡与温度、压强、浓度、催化剂有关,故B错误;
C.无法确定反应的氮气和氢气的物质的量,因此无法计算平衡时放出的热量,故C错误;
D.催化剂不能使平衡发生移动,故加入催化剂氨气的物质的量分数不变,故D错误;
故选A。
3.B
【详解】A.蒸发NaCl溶液需要使用蒸发皿,不能使用坩埚,坩埚用于灼烧固体药品,A错误;
B.Br2与NaOH反应为Br2+2NaOH=NaBr+NaBrO+H2O,NaBr、NaBrO都易溶于水,CCl4不溶于水,因此可以用NaOH溶液洗涤除去CCl4中的Br2,然后进行分液进行处理,B正确;
C.NH3可以与CaCl2发生反应生成CaCl2 8NH3,因此不能用CaCl2干燥NH3,应该用碱石灰干燥,C错误;
D.H2O2分解生成的O2会从长颈漏斗中溢出,无法测量反应速率,应使用分液漏斗,D错误;
故答案为:B。
4.D
【详解】A.过程Ⅳ消耗Cu2+,过程Ⅴ生成Cu2+,过程Ⅰ消耗PdCl,过程Ⅵ生成PdCl,所以PdCl和Cu2+在反应中都起到催化剂的作用,故A正确;
B.由图可知,过程V中氧气转化为水时,存在氧分子中氧氧非极性键断裂,生成水分子时有氢氧极性键形成,故B正确;
C.过程Ⅴ中O2与Cu+反应生成Cu2+,反应的离子方程式为:4Cu++O2+4H+=4Cu2++2H2O,故C正确;
D.反应中,CH2=CH2最终被O2氧化为CH3CHO,则乙烯催化氧化的反应方程式为2CH2=CH2+O22CH3CHO,故D错误;
故选D。
5.B
【详解】A.如果M2为固体,随反应的进行,气体的质量增加,物质的量减小,所以混合气体的相对分子质量增大;如果M2为气体,气体的质量不变,物质的量减小,所以混合气体的相对分子质量增大,达平衡后不变,故A正确;
B.再加入1molM2和2molR2,相当于增大压强,平衡正向移动,则R2转化率变大,故B错误;
C.达到平衡后,保持温度不变,将容器容积压缩到原来的一半,增大压强,平衡正向移动,如果不移动,R2的浓度可能是原平衡时的2倍,平衡正向移动,所以R2的浓度小于2倍,所以可能是1.8倍,故C正确;
D.若M2为气体,达到平衡后,保持容器容积和温度不变,再加入1molM2R4,等效于增大压强,平衡正向移动,气体的质量不变,物质的量减小,所以混合气体的相对分子质量增大,故D正确;
故选:B。
6.A
【详解】A.1个CO2分子和3个H2分子最终生成1个CH3OH分子和1个H2O分子放出能量为0.51 eV,则1 mol CO2(g)和3mol H2(g)反应时放出能量为:0.51×1.60×10-19J×6.02×1023=4.91×104J=49.1kJ,故该反应的反应热△H=-49.1kJ/mol,故A错误;
B.过程I中部分氢气分子转化H原子,有H-H键断裂,过程II中前后物质相同,CH3OH与催化剂脱离,故B正确;
C.CO2分子中有4对共用电子对,而CH3OH中有5对共用电子对,故等物质的量的CO2和CH3OH中共用电子对数目之比为4:5,故C正确;
D.生成CH3OH的决速步骤,指反应历程中反应速率最慢的反应,而活化能越大,反应速率越慢。由微粒相对总能量可知,TS3过渡态的活化能最高,决速步骤为:,故D正确;
故答案为:A。
7.C
【详解】A.根据图示可知:在0~t min内,X减少0.8 mol,Y增加1.2 mol,Z增加0.4 mol,则X是反应物,Y、Z是生成物, X、Y、Z变化的物质的量的比为2:3:1;t min后各种物质都存在且物质的量不变,说明反应是可逆反应,因此该反应方程式为2X3Y+Z,选项A错误;
B.化学平衡是动态平衡,当反应进行到t min时,正、逆反应速率相等,但不等于0 ,因此反应仍然在继续进行,反应达到化学平衡状态,选项B错误;
C.若t=4,则0~t的X的物质的量减小0.8 mol,由于容器容积是2 L,则用X的浓度变化表示的化学反应速率为v(X)==0.1 mol/(L·min),选项C正确;
D.温度、体积不变,t时刻充入1 mol He使压强增大,由于反应混合物的浓度不变,因此正、逆反应速率都不变,选项D错误;
答案选C。
8.D
【分析】根据化学平衡状态的特征解答,当反应达到平衡状态时,用同一物质表示的正、逆反应速率相等;各物质的浓度、百分含量不变;以及由此衍生的一些量也不发生变化,解题时要注意,选择判断的物理量,随着反应的进行发生变化,当该物理量由变化到定值时,说明可逆反应到达平衡状态。
【详解】①平衡时应有2v(B)逆=v(C)正,①错误;
②单位时间内生成 a mol B,等效于生成 2a mol C的同时消耗 2a mol C,C的浓度不变,反应达到平衡状态,②正确;
③该反应是反应前后气体体积改变的反应,若容器中的气体压强不再变化,说明气体的物质的量不变,反应达平衡状态,③正确;
④混合气体的密度不再变化,说明气体的质量不变,反应达到平衡状态,④正确;
⑤因为反应物是固体,生成B和C的物质的量之比始终是一个定值,所以B 的体积分数始终不变,不能据此判断反应是否处于平衡状态,⑤错误;
⑥因为生成B和C的物质的量之比是一个定值,则混合气体的平均相对分子质量一直不变,不能据此判断反应是否处于平衡状态,⑥错误;
综上所述可知:不能说明该反应达到平衡的序号是①⑤⑥,故合理选项是D。
9.B
【详解】A. 由第一组数据可知平衡时=0.2mol·L-1,=0.1mol·L-1,=0.1mol·L-1,温度为时,该反应的平衡常数为K==0.4,故A错误;
B. 容器Ⅱ中Qc=,平衡逆向移动,起始时,,故B正确;
C. 容器Ⅲ中相当于在容器Ⅰ平衡的基础上充入0.1mol的氧气,平衡逆向移动,容器Ⅰ达平衡时,的体积分数等于50%,达平衡时,容器Ⅲ中的体积分数小于50%,故C错误;
D. 因为Kc= ,容器Ⅰ中达平衡后,温度改变为时,若,Kc==1>0.4,,温度升高,平衡正向移动,平衡常数增大,则,故D错误;
故选B。
10.A
【详解】A.根据题意,丹砂(HgS)烧之成水银,即红色的硫化汞(即丹砂)在空气中灼烧有汞生成;汞和硫在一起又生成硫化汞;,由于反应条件不同,所以不属于可逆反应,A错误;
B.“水声冰下咽,沙路雪中平”意思是:流水在冰层下发出低咽的声响,原来崎岖不平的沙路铺上厚厚的积雪显得很平坦,所述未涉及化学变化,B正确;
C.雾霾所形成的气溶胶属于胶体,具有丁达尔效应,C正确;
D.黄铜是铜铅形成的合金,D正确。
故选A。
11.D
【详解】A.镁在氯气中的燃烧是放热反应,氯化镁分解则为吸热反应,的分解是熵值增大的反应,,故A错误;
B.有些吸热反应也可以自发进行,如,故B错误;
C.水在常温常压下电解才能发生分解,即环境对它做功,才能使它发生反应,所以是非自发反应,故C错误;
D.对的分解起催化剂作用、升高温度也能使反应速率加快,故D正确;
选D。
12.D
【详解】A.在NO2气体中存在下列平衡:2NO2(g)N2O4(g) △H<0,高温、低压条件都有利于平衡逆向移动,能够准确测定NO2的相对分子质量,A不符合题意;
B.实验室制备乙酸乙酯,加入过量的乙醇,增大反应物浓度,平衡正向移动,有利于乙酸乙酯的生成,B不符合题意;
C.氯气溶于水后,存在下列平衡:Cl2+H2OH++Cl-+HClO,在饱和食盐水,Cl-浓度较大,能抑制平衡的正向进行,从而降低Cl2的溶解度,减小氯气的溶解损失,C不符合题意;
D. 合成氨反应为放热反应,高温条件不利于平衡的正向移动,但催化剂的活性大,铁触媒作催化剂时,不能使平衡发生移动,但有利于加快反应速率,缩短到达平衡的时间,D符合题意;
故选D。
13.D
【详解】A.由图可知,苯与Br2的加成反应是吸热反应,取代反应是放热反应,故A错误;
B.该反应历程,苯与的催化反应可生成溴苯,但不能生成邻二溴苯,故B错误;
C.由于转化为的活化能最大,反应速率最慢,故是总反应的决速步骤,但步骤中不存在极性键的断裂,故C错误;
D.第三步中取代反应的活化能低,生成物本身所具有的能量低,更稳定,故苯与Br2的催化反应主反应为取代反应,故D正确;
故选D。
14. 吸124kJ B 600℃时,乙苯的转化率和苯乙烯的选择性均较高。温度过低,反应速率慢,转化率低;温度过高,选择性下降。高温还可能使催化剂失活,且能耗更高
【分析】利用反应物的键能总和减去生成物的键能总和的值计算反应的反应热;利用A、B两点压强和温度相同体积不同的特征判断A、B两点的速率大小;根据600℃时反应的转化率和选择性均较高这一特性分析。
【详解】(1)反应的热效应可以利用键能大小计算,利用反应物的键能总和减去生成物的键能总和即可得到反应的热效应,当计算结果为正值时为吸热反应,反之则为放热反应;在本反应中由于苯基在反应前后不变,因此苯基的能量在反应前后相同,只需要计算乙基变成乙烯基的能量变化差值即可,即反应的热效应=(348+412×5)kJ/mol-(612+412×3+436)kJ/mol=124kJ/mol,故反应生成1mol氢气的热效应为吸收124kJ的能量;
(2)①根据图象可知,A、B两点的温度和压强都相等,但B点乙苯的浓度大于A点,反应浓度越大,反应速率越快,正反应速率B点大于A点;
②有图可知,600℃时,乙苯的转化率和苯乙烯的选择性均较高,该反应为吸热反应,温度过低,反应速率较慢,乙苯的平衡转化率低,若温度过高,苯乙烯的转化率下降,高温可能使催化剂的活性降低,且耗能大,所以控制温度在600℃。
15. 0.225 mol·L-1·h-1 40% < C2H4 加压(或不断分离出水蒸气)
【分析】结合三段式并根据恒温恒容条件下气体的压强与物质的量成正比分析;根据平衡状态并结合公式计算;根据浓度、温度和压强对平衡移动的影响分析。
【详解】(1)设反应进行到前2h时参加反应的二氧化碳物质的量为x,气体压强之比等于气体物质的量之比;
P后:P前=0.85=(4-2x):(1+3),解得:x=0.3mol,则用氢气表示前2小时反应平均速率v(H2)==0.225mol/(L h);
(2)反应达到平衡状态时,二氧化碳反应物质的量为y;
P后:P前=0.8=(4-2y):(1+3),解得:y=0.4mol,则该温度下CO2的平衡转化率=×100%=40%;
(3在温度为T,压强为P的条件下二氧化碳和氢气按1:3的比例通入,测得二氧化碳的平衡转化率为50%,则:
根据分压=总压×物质的量分数可知:P(CO2)=P×=,P(H2)=P×=P(CH3OH)=P×=,P(H2O)=P×=,Kp==;
(4))①由图可知,升高温度,氢气物质的量增大,说明平衡逆向移动,则正反应是放热反应,故△H<0;
②根据图知,升高温度,氢气物质的量增大,说明平衡逆向移动,则正反应是放热反应;a曲线随着温度升高,物质的量增大,为二氧化碳,b、c随着温度升高其物质的量降低,为生成物水、乙烯,但水的变化量大于乙烯,所以c曲线代表乙烯;
③由曲线变化可知随着温度升高,氢气的物质的量逐渐增多,说明升高温度平衡逆向移动,则正反应放热,该反应为气态分子数减小的反应,为提高H2的平衡转化率,除改变温度外,还可采取的措施是增大压强,或不断分离出水,平衡向右移动,H2的平衡转化率增大。
【点睛】考查化学平衡的计算和平衡移动的因素,明确实验状态并准确利用三段式是解题关键,注意温度升高平衡向吸热反应方向移动,而增大压强平衡向气体总物质的量减小的方向移动。
16.(1)压强越大,对材料的强度和设备的制造要求就越高,生产成本越高,会降低经济效益
(2) 400~500℃ 温度太低,反应速率太小, 400~500℃对应催化剂的活性最大
(3) 铁触媒 对原料气进行净化
【详解】(1)合成氨反应属于反应前后气体分子数减小的反应,则增大压强平衡正向移动,压强越大 NH3 的产率越大,但压强越大,对材料的强度和设备的制造要求就越高,生产成本越高,会降低经济效益,因此工业上压强通常采用10MPa到30MPa;
(2)合成氨反应正反应方向是放热反应,所以降低温度有利于平衡正向移动。可是温度越低,反应速率越小,达到平衡所需要的时间越长,因此温度也不宜太低,工业上一般采用的温度为400~500℃,同时在该温度下对应催化剂的活性最大;
(3)工业合成氨选用的催化剂是铁触媒,为防止混有的杂质使催化剂中毒,原料气必须经过净化。
17. 0.4mol/L 20% 20% 不变 反应前后气体体积不变,压强不影响平衡移动 = 平衡常数只受温度影响,温度相同,则平衡常数相同 B
【分析】
根据题意列三段式有:
,据此分析。
【详解】
(1)2minΔn(D)=0.8mol,根据方程式可知Δn(A)=1.2mol,所以平衡时n(A)=2mol-1.2mol=0.8mol,容器体积为2L,则c(A)=0.4mol/L;Δn(B)=0.4mol,则=20%;n(C)=0.8mol,则C的体积分数为=20%;
(2)该反应前后气体系数之和相等,所以压强对平衡没有影响,则将该反应容器体积压缩为1L,平衡不移动,A的转化率不变;平衡常数只与温度有关,温度不变则平衡常数不变,所以K3=K1;
(3)A.该反应前后气体系数之和相等,所以无论是否平衡,压强均不发生变化,压强不变不能说明反应平衡,故A不符合题意;
B.平衡时正逆反应速率相等,各物质的浓度不再改变,所以A的浓度不变可以说明反应平衡,故B符合题意;
C.平衡时v正(A)=v逆(A),2v逆(A)=3v逆(C),选项既没有注明正逆,比例关系也不对,所以不能说明反应平衡,故C不符合题意;
D.该反应中反应物和生成物均为气体,所以气体的质量不变,容器恒容则体积不变,所以无论是否平衡密度都不变,故D不符合题意;
综上所述答案为B。
18. 大于 放热 大于 增大 不 = 40% bd
【分析】I.(1)温度越高反应速率越快,到达平衡的时间越短;
(2)由图可知温度T1>T2,温度越高C%越小,故升高温度平衡向逆反应移动;
(3)由图可知,T2温度时达到平衡后向容器加压,C%减小,故增大压强平衡向逆反应移动;
(4)当温度和容积不变时,在平衡体系中加入一定量的某稀有气体,体系压强增大,但反应混合物的浓度不变,平衡不移动;
II.(1)(2)(3)利用三段式进行计算,可以得出3min末c(H2O),说明此时已经达到化学平衡,利用化学反应速率的计算公式不难算出CO的反应速率和,即可以求出CO的转化率,最后(4)结合图示信息和勒夏特列原理进行解答。
【详解】I.(1)由图可知,温度为T1先到达平衡,温度越高反应速率越快,到达平衡的时间越短,故T1>T2,故答案为:大于;
(2)由图可知温度T1>T2,温度越高C%越小,故升高温度平衡向逆反应移动,故正反应为放热反应,故答案为:放热;
(3)由图可知,T2温度时达到平衡后向容器加压,C%减小,故增大压强平衡向逆反应移动,增大压强平衡向气体物质的量减小的方向移动,说明该反应逆反应方向是气体物质的量减小的方向,故m>2,答案为:大于;
(4)当温度和容积不变时,在平衡体系中加入一定量的某稀有气体,因气体的物质的量增大,体系压强增大,但反应混合物的浓度不变,正、逆反应速率不变,平衡不移动,故答案为:增大,不;
II. (1)根据三段式计算,能够很快计算出3min末,c(H2O)=0.08 mol·L-1与4min末一样,说明t=3min时反应已经达到化学平衡,υ(正) = υ(逆),故答案为:=;
(2)根据反应方程式可知,0~2min CO的物质的量浓度变化了0.1 mol·L-1,故平均反应速率为,故答案为:;
(3)从表中数据可知,达到平衡时,CO的平衡浓度为0.18 mol·L-1,故上述反应中的CO平衡转化率为:,故答案为:40%
(4)从图中可知,改变条件后,逆反应速率突然增大,但是增大后平衡不移动。
a.增大CO浓度,正反应速率突然增大,逆反应速率则是慢慢增大后不变,不符合图示信息,a不合题意;
b.由于CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)反应前后气体的物质的量保持不变,故加压使得正、逆反应速率同等幅度地突然增大,平衡不移动,符合图示信息,b符合题意;
c.恒容时充入氩气,体系的压强增大,但是反应物与生成物的浓度均未改变,故正、逆反应速率均不变,不符合图示信息,c不合题意;
d.使用催化剂能够同等幅度地突然增大正、逆反应速率,平衡不移动,符合图示信息,d符合题意;
故答案为:bd。
【点睛】本题综合考查影响化学平衡的因素、平衡图象等,难度中等,注意压强对化学平衡移动的影响,改变压强,若反应混合物的浓度不变,平衡不移动,若同等程度变化,平衡不移动。
19. 0.25 mol L-1 min-1 BEF
【详解】(1)该工业方法制取甲醇原理为二氧化碳与氢气反应生成甲醇和水,反应方程式为CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g),根据三段式可知,
从反应开始到3min时,氢气的平均反应速率v(H2)==0.25 mol L-1 min-1;
(2)CO2的转化率增大,平衡正向移动,则
A.在原容器中再充入1mol CO2,CO2的总物质的量在增加,虽然平衡在正向移动,根据勒夏特列原理可知,CO2的转化率减小,故A错误;
B.在原容器中再充入1mol H2,平衡正向移动,CO2的转化率增大,故B正确;
C.在原容器中再充入1mol He,由于体积不变,各物质的浓度不变,平衡不移动,CO2的转化率不变,故C错误;
D.使用更有效的催化剂,对化学平衡的移动没有影响,故D错误;
E.缩小容器的容积,相当于加压,由于该反应是气体体积减小的反应,所以平衡正向移动,CO2的转化率增大,故E正确;
F.将水蒸气从体系中分离出,减小生成物的浓度,平衡正向移动,CO2的转化率增大,故F正确;
故答案为:BEF。
20. +124kJ·mol-1
【详解】试题分析:(1)反应热=反应物总键能-生成物总能键能,由有机物的结构可知,应是-CH2CH3中总键能与-CH=CH2、H2总键能之差,故△H=(5×412+348-3×412-612-436)kJ mol-1=+124kJ mol-1,故答案为+124;
(2)物质的量为n、体积为V的乙苯蒸气发生催化脱氢反应,参加反应的乙苯为nα mol,则:
开始(mol): n 0 0
转化(mol): nα nα nα
平衡(mol): n(1-α) nα nα
维持体系总压强p恒定,在温度T时,由PV=nRT可知,混合气体总浓度不变,设反应后的体积为V′,则=,故V′=(1+α)V,平衡常数K== =,故答案为。
考点:考查了反应热计算、化学平衡常数计算的相关知识。
21.(1) B 减小
(2) C 减小
(3)E
(4)减小
【详解】(1)升高温度,正、逆反应速率均瞬间增大,化学平衡向吸热反应方向移动,即向逆反应方向移动,逆反应速率大于正反应速率,新平衡中C的质量分数减小,对应图象为B;
故答案是:B;减小;
(2)降低压强,化学平衡向气体分子数增大的方向移动,即向逆反应方向移动,正、逆反应速率均减小,A的转化率也减小,对应图象为C;
故答案是:C;减小;
(3)减少C的量,即减小产物的浓度,正反应速率瞬时不变,逆反应速率瞬时减小,平衡正向移动,对应图象为E;
故答案是:E;
(4)增加A的量,正反应速率瞬时增大,逆反应速率瞬时不变,平衡正向移动,A的转化率减小,另一种反应物B的转化率增大,对应图象为A;
故答案是:减小。
22. 0.006mol/(L﹒min) 104 催化剂 < 8 曲线a < c 3
【分析】(1)①利用平衡时的压强和起始时的压强计算CO2的转化量,进一步计算氢气的反应速率;
②由图可追改变条件只缩短了反应到达平衡状态的时间,压强不发生变化;
(2)①反应I和反应Ⅱ均为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,平衡常数减小;根据反应I和反应Ⅱ的平衡常数推导出反应CO2(g)+3H2(g) H2O(g)+CH3OH(g)的平衡常数;
②增加反应物的量,平衡正向移动,CO的转化率增大;
(3)①升高温度乙醇的百分含量降低,平衡逆向移动;
②由图可知曲线上各点均处于平衡状态,n表示H2、CO2的物质的量之比,达到平衡后,增大氢气的用量,平衡正向移动,CO2的转化率增大;根据b点乙醇的百分含量最大进行分析。
【详解】(1)①设CO2转化了x mol/L
CO2(g) + 3H2(g) H2O(g) + CH3OH(g)
始(mol/L) 0.02 0.04 0 0
转(mol/L) x 3x x x
平(mol/L) 0.02-x 0.04-3x x x
==,解得x=0.01mol/L,υ(H2)===0.006mol/(L﹒min);
K===10000=104;
②由图可知改变条件只缩短了反应到达平衡状态的时间,压强不发生变化,催化剂只改变反应速率,平衡不移动,因此改变的条件是加入催化剂;
(2)①反应I和反应Ⅱ均为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,平衡常数减小,因此有T1②n(H2):n(CO)=3:1相当于增加反应物的量,使平衡正向移动,CO的转化率增大,因此表示n(H2):n(CO)=3:1的变化曲线为曲线a;
(3)①升高温度乙醇的百分数降低,平衡逆向移动,说明正向为放热反应,△H<0,即Q<0;
②由图可知曲线上个点均处于平衡状态,n表示H2、CO2的物质的量之比,达到平衡后,增大氢气的用量,平衡正向移动,CO2的转化率增大,因此a、b、c三点中,转化率最高的是c点;B点时乙醇的含量最高,此时===3。
23. 1:3:2 vI(A)>vⅡ(A)>vⅢ(A) αⅢ 0.19 右 从平衡体系中分离出了C > 因为该反应为放热反应,当其他条件不变时,降温能使平衡正向移动
【分析】根据图示,第二阶段,改变条件后,C的浓度突然变为0,A、B在改变条件的瞬间浓度不变,所以改变的条件是分离出C,平衡正向移动,一段时间后达到平衡II;第三阶段,改变条件后,A、B浓度逐渐减小,C浓度逐渐增大,说明平衡正向移动,A(g)+3B(g)2C(g)正反应放热,所以改变的条件是降低温度,一段时间后达到平衡III;
【详解】(1)根据图示,0~20min 内,A、B、C浓度的变化量分别是(2-1)mol/L、(6-3)mol/L、(2-0)mol/L,化学方程式的化学计量数比等于各物质物质的量浓度的变化之比,所以a:b:c=1:3:2;
(2)II阶段分离出C,C的浓度减小,A的反应速率比I阶段低,III阶段温度降低,A的反应速率比II阶段低,A的平均反应速率vI(A)、vII(A)、vIII(A)从大到小的排列顺序为vI(A)>vⅡ(A)>vⅢ(A);
(3)平衡I 中B的平衡转化率aI(B)= ,反应正向移动达到平衡II;平衡II降低温度,反应正向移动达到平衡III,平衡II中B的平衡转化率aI(B) 、平衡III中B的平衡转化率aI(B) ,aIII(B)中最小的是aIII,其值是0.19;
(4)由第一次平衡后分离出C,平衡向右移动,到第二次平衡;
(5)根据图象可知,第二次平衡到第三次平衡,反应正向移动,A(g)+3B(g)2C(g)正反应放热,若只改变温度,则应该是降温,所以 T2>T3。
【点睛】本题考查化学平衡,正确分析图象是解题关键,熟悉影响平衡移动、影响反应速率的因素,会根据公式计算平衡转化率,注意化学方程式的化学计量数比等于各物质物质的量浓度的变化之比。
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