第二章 化学反应速率与化学平衡
(满分:100 分 时间:75 分)
一、选择题(本题共 14 小题,每小题 3 分,共 42 分。每小题只有一个选项符合题意)
1.下列关于化学反应速率的说法正确的是( )
A.升高温度可降低化学反应的活化能,提高活化分子百分数,加快化学反应速率
B.反应物浓度增大,单位体积内活化分子数增多,有效碰撞的几率增加,反应速率增大
C.在相同温度下,两个相同的容器中分别充入相同物质的量的 F2和 Cl2,让它们与等量的氢气反应,反应
速率相同
D.有气体参加的化学反应,若增大压强(即缩小反应容器的容积),可增加活化分子的百分数,从而使反应
速率加快
2.合成氨工艺是人工固氮最重要的途径,已知 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)ΔH=-92.4 kJ mol-1,实际工业生
产中,合成氨的原料气 N2可通过分离空气得到,H2可通过天然气和水蒸气转化制得,原料气中 N2和 H2物
质的量之比为 1:2.8,常用工艺条件:铁触媒作催化剂,控制温度 773 K、压强 3.0×107 Pa。假设起始反应
物 N2和 H2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 NH3
的物质的量分数如表所示:
400℃ 450℃ 500℃ 600℃
20 MPa 0.387 0.274 0.189 0.088
30 MPa 0.478 0.358 0.260 0.129
下列说法正确的是( )
A.上述任何条件下,反应达到平衡时 N2和 H2的转化率之比均为 1
B.体系中 NH3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 92.4 kJ
D.600℃、30 MPa 条件下加入更高效的催化剂,平衡时 NH3的物质的量分数大于 0.129
3.中国科学家研究在 Pd/SVG 催化剂上 H2还原 NO 生成 N2和 NH3的路径,各基元反应及活化能 Ea(kJ·mol
-1)如图所示,下列说法错误的是( )
A.生成 NH3的各基元反应中,N 元素均被还原
B.在 Pd/SVG 催化剂上,NO 更容易被 H2还原为 NH3
C.决定 NO 生成 NH3速率的基元反应为 NH2NO→NHNOH
Pd/SVG
D.生成 NH3的总反应方程式为 2NO+5H2 ==== ==== 2NH3+2H2O
4.在一个绝热的、容积固定的密闭容器中,发生可逆反应 mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)(m、n、p、q 为
任意正整数)。下列能说明该可逆反应达到平衡状态的是( )
①混合气体的密度不再发生变化 ②体系的温度不再发生变化 ③A 的转化率不再改变
④各组分的百分含量不再改变 ⑤反应速率 v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=m∶n∶p∶q
A.②③④ B.①③⑤
C.②④⑤ D.①②③④⑤
5.在容积一定的密闭容器中发生可逆反应 A(g)+B(g) C(g)ΔH>0,平衡移动关系如图所示。下列说法正
确的是( )
选项 压强 纵坐标
A p1>p2 B 的转化率
B p1<p2 C 的物质的量浓度
C p1<p2 混合气体的平均摩尔质量
D p1>p2 A 的质量分数
6.两个容积相同的带活塞的容器,分别盛有一定质量的 NO2和 Br2(g),都为一样的红棕色,迅速将两容器同
时压缩到原容积的一半(如图),假设气体不液化,则下列说法正确的是( )
A.a→a′过程中,颜色突然加深,然后逐渐变浅,最终颜色比原来的深
B.a′、b′的颜色一样深
C.a′、b′的压强分别为 a、b 的压强的 2 倍
D.a′中的 c(NO2)一定比 b′中的 c(Br2)小
7.紫外光照射时,不同催化剂作用下将 CO2和 H2O(g)转化为 CH4和 O2,CH4产量随光照时间的变化如图
1,以 TiO2/Cu2Al2O4 为催化剂,可以将 CO2 和 CH4 直接转化成乙酸,不同温度下催化剂的催化效率与乙酸
的生成速率的关系如图 2。下列有关说法正确的是( )
A.由图 1 知,在 0~15 h 内,CH4的平均生成速率从大到小的顺序:Ⅲ>Ⅱ> I
B.由图 1 知,在 0~35 h 内,CH4的平均生成速率从大到小的顺序:Ⅱ>Ⅲ>I
C.由图 2 知,250 ℃时催化剂的活性最高
D.由图 2 知,乙酸的生成最佳温度范围:400 ℃以上
8.反应 2H2(g)+2NO(g)===2H2O(g)+N2(g)的速率方程为 v=kcα(H2)cβ(NO),该反应在不同条件下的反应速率
如下:
温度 c(H2)/(mol L-1) c(NO)/(mol L-1) 反应速率
T1 0.1 0.1 v
T1 0.2 0.2 8v
T1 0.3 0.2 12v
T2 0.3 0.2 16v
下列说法正确的是( )
A.T2
B.α=2,β=1
C.其他条件不变时,反应体系中四种物质浓度的改变,只有反应物浓度改变对 v 有影响,且 c(NO)影响较大
D.T 、c(NO)=0.1 mol L-12 条件下,反应速率为 8v,则 c(H2)=0.3 mol L-1
9.乙醇是重要的有机化工原料,可由乙烯水化法生产,反应的化学方程式如下: C2H4(g)+H2O(g)
C2H5OH(g), 下图为乙烯的平衡转化率与温度(T)、压强(p) 的关系[ 起始 n(C2H4):n(H2O)=1:1]。下列有关
叙述正确的是( )
1
A.Y 对应的乙醇的物质的量分数为
9
B.X、Y、Z 对应的反应速率:v(X)>v(Y)>v(Z)
C.X、Y、Z 对应的平衡常数数值:KXD.增大压强、升高温度均可提高乙烯的平衡转化率
10.CH4与 CO2重整生成 H2和 CO 的过程中主要发生下列反应。
CH4(g)+CO2(g)===2H2(g)+2CO(g)ΔH=247.1 kJ mol-1
H2(g)+CO2(g)===H2O(g)+CO(g)ΔH=41.2 kJ mol-1
在恒压、反应物起始物质的量比 n(CH4):n(CO2)=1:1 条件下,CH4和 CO2的平衡转化率随温度变化的曲
线如图所示。下列有关说法正确的是( )
A.升高温度、增大压强均有利于提高 CH4的平衡转化率
B.曲线 A 表示 CH4的平衡转化率随温度的变化
C.相同条件下,改用高效催化剂能使曲线 A 和曲线 B 相重叠
D.恒压、800 K、n(CH4):n(CO2)=1:1 条件下,反应至 CH4转化率达到 X 点的值,改变除温度外的特定条
件继续反应,CH4转化率能达到 Y 点的值
11.已知反应 N2O4(g) 2NO2(g) ΔH>0 的平衡体系中,物质的总质量(m 总)与总物质的量(n 总)之比 M(M=
m 总
)在不同温度下随压强的变化曲线如图所示。下列说法正确的是( )
n 总
A.温度:T1<T2
B.平衡常数:K(a)=K(b)<K(c)
C.反应速率:vb<va
D.当 M=69 g·mol-1时,n(NO2)∶n(N2O4)=1∶1
12.我国科学家研究出在 S-In 催化剂上实现高选择性、高活性电催化还原 CO2 制甲酸。图 1 表示不同催
化剂及活性位上生成 H*的能量变化,图 2 表示反应历程,其中吸附在催化剂表面的物种用*标注。下列说法
错误的是( )
A.S-In/S 表面更容易生成 H*
B.S2-与 K+(H2O)n微粒间的静电作用促进了 H2O 的活化
C.CO -2经两步转化生成 HCOO
1
D.H*+OH-―→ H *2+ +OH-相对能量变化越小,越有利于抑制 H*复合成 H2 2
1
13.在保持体系总压为 105 Pa 的条件下进行反应:SO2(g)+ O2(g) SO3(g),原料气中 SO2和 O2的物质的2
n SO2
量之比 m= 不同时,SO2的平衡转化率与温n O2
度(T)的关系如图所示。图中 A 点原料气的成分是 n(SO2)=10 mol,n(O2)=24.4 mol,n(N2)=70 mol,下列
有关说法正确的是(已知:用分压表示的平衡常数为 Kp,分压=总压×物质的量分数)( )
A.该反应是吸热反应
B.m1C.A 点时 SO2的分压 p(SO2)=4.0×103 Pa
1
-
D.在 500 ℃、m3的条件下,该反应的平衡常数 K ≈5.2×10-2 Pa 2p
14.室温下,某溶液初始时仅溶有 M 和 N 且浓度相等,同时发生以下两个反应:①M+N===X+Y;②M+
N===X+Z,反应①的速率可表示为 v1=k1c2(M),反应②的速率可表示为 v2=k2c2(M)(k1、k2 为速率常数)。
反应体系中组分 M、Z 的浓度随时间变化情况如图,下列说法错误的是( )
A.0~30 min 时间段内,Y 的平均反应速率为 6.67×10-3 mol·L-1·min-1
B.反应开始后,体系中 Y 和 Z 的浓度之比保持不变
C.如果反应能进行到底,反应结束时 62.5%的 M 转化为 Z
D.反应①的活化能比反应②的活化能大
二、非选择题(本题共 4 小题,共 55 分)
15.(14 分)现甲、乙两化学小组安装两套如图所示的相同装置,用以探究影响 H2O2分解速率的因素。
(1)仪器 a 的名称为是________。
(2)MnO2催化下 H2O2分解的化学方程式为_________________________________。
(3)甲小组有如下实验设计方案,请帮助他们完成表格中未填部分。
实验编号 实验目的 T/K 催化剂 浓度
甲组实验Ⅰ 作实验参照 298 3 滴 FeCl3溶液 10 mL 2% H2O2
甲组实验Ⅱ ①__________ 298 ②__________ 10 mL 5% H2O2
(4)甲、乙两小组得出如图数据。
①由甲组实验数据可得出结论:___________________________________。
②由乙组研究的酸、碱对 H2O2 分解影响因素的数据分析:相同条件下,Na2O2 和 K2O2 溶于水放出气体速
率较快的是______________;乙组提出可以用 BaO2 固体与 H2SO4 溶液反应制 H2O2,其化学方程式为
_______________________;
支持这一方案的理由是______________________________________________________。
16.(15 分)2021 年中国科学技术大学物理化学系曾杰教授及其团队首次实现甲烷在温和条件下高选择性氧化
为甲醇。请回答下列问题:
(1)常温下,甲烷和甲醇的标准燃烧热分别为-890.3 kJ mol-1和-726.5 kJ mol-1,1 mol 甲醇气化需要吸收
82.0 kJ 的热量,则 CH4在 Cu 催化作用下被氧气氧化为气态甲醇的热化学方程式为 。
(2)在 Cu 催化作用下,甲烷氧化合成甲醇的总反应分两步进行;
第一步为 (写化学方程式);
第二步为*CuH2+2—CH3+O2===Cu+2CH3OH。
第二步反应几乎不影响总反应达到平衡所用的时间,由此推知,第二步反应活化能 (填“大于”“小于”
或“等于”)第一步反应活化能。
(3)一定温度下,恒容密闭容器中,CH4和 O2按物质的量 2:1 混合合成气态甲醇。下列事实能说明该反应
达到平衡状态的是 (填选项字母)。
A.CH4和 O2的转化率之比不再改变
B.平衡常数不再改变
C.气体密度不再改变
D.甲烷的体积分数不再改变
(4)将等物质的量的 CH4和 O2的混合气体充入密闭容器中,体系中的 CH4平衡转化率(α)与温度和压强的关
系如图所示。
①压强的大小关系为 (用“p1”“p2”或“p3”表示)。
②α(CH4)值随温度升高而减小,其原因是 。
③a、b、c 三点的平衡常数大小关系为 (用 Ka、Kb、Kc表示)。
17.(14 分)环戊二烯( )是重要的有机化工原料,广泛用于农药、橡胶、塑料等生产。
已知: (g) === (g)+H2(g)ΔH1=100.3 kJ mol-1①,H2(g)+ I2(g) 2HI(g)ΔH2=-11.0 kJ mol-
1②,对于反应: (g)+ I2(g) === (g)+2HI(g)ΔH3③。
(1)ΔH3= kJ mol-1。
(2)某温度下,等物质的量的碘和环戊烯( )在刚性容器内发生反应③,起始总压为 105 Pa,平衡时总压增
加了 20%,环戊烯的转化率为 ,该反应的平衡常数 Kp= Pa。达到平衡后,欲增加环戊烯的
平衡转化率,可采取的措施有 (填标号)。
A.通入惰性气体 B.提高温度
C.增加环戊烯浓度 D.增加碘浓度
(3)环戊二烯容易发生聚合生成二聚体,该反应为可逆反应。不同温度下,溶液中环戊二烯浓度与反应时间
的关系如图所示,下列说法正确的是 (填标号)。
A.T1>T2
B.a 点的反应速率小于 c 点的反应速率
C.a 点的正反应速率大于 b 点的逆反应速率
D.b 点时二聚体的浓度为 0.45 mol L-1
18.(15 分)二甲醚(DME)被誉为“21 世纪的清洁燃料”,由合成气制备二甲醚的主要原理如下:
①CO(g)+2H2(g) CH -13OH(g) ΔH1=-90.7 kJ·mol K1
②2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH2=-23.5 kJ·mol-1 K2
③CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) ΔH -13=-41.2 kJ·mol K3
回答下列问题:
(1)反应 3H2(g)+3CO(g) CH3OCH3(g)+CO2(g)的 ΔH=________kJ·mol - 1;该反应的平衡常数 K=
________(用 K1、K2、K3表示)。
(2)下列措施中,能提高(1)中 CH3OCH3产率的有________(填字母)。
A.使用过量的 CO B.升高温 C.增大压强
(3)一定温度下,将 0.2 mol CO 和 0.1 mol H2O(g)通入 2 L 恒容密闭容器中,发生反应③,5 min 后达到化学
平衡,平衡后测得 H2的体积分数为 0.1。则 0~5 min 内 v(H2O)=________,CO 的转化率为________。
n H2
(4)将合成气以 =2 通入 1 L 的反应器中,一定条件下发生反应:4H (g)+2CO(g) CH OCH (g)+
n CO 2 3 3
H2O(g) ΔH,其中 CO 的平衡转化率随温度、压强的变化关系如图 1 所示,下列说法正确的是______(填字
母)。
A.ΔH<0
B.p1>p2>p3
n H2
C.若在 p3和 316 ℃时,起始时 =3,则平衡时,α(CO)小于 50%n CO
n Mn
(5)采用一种新型的催化剂(主要成分是Cu Mn的合金),利用CO和H2制备二甲醚(DME)。观察图2,当n Cu
约为______时最有利于二甲醚的合成。第二章 化学反应速率与化学平衡
(满分:100 分 时间:75 分)
一、选择题(本题共 14 小题,每小题 3 分,共 42 分。每小题只有一个选项符合题意)
1.下列关于化学反应速率的说法正确的是( )
A.升高温度可降低化学反应的活化能,提高活化分子百分数,加快化学反应速率
B.反应物浓度增大,单位体积内活化分子数增多,有效碰撞的几率增加,反应速率增大
C.在相同温度下,两个相同的容器中分别充入相同物质的量的 F2和 Cl2,让它们与等量的氢气反应,反应
速率相同
D.有气体参加的化学反应,若增大压强(即缩小反应容器的容积),可增加活化分子的百分数,从而使反应
速率加快
【答案】B
【解析】 升高温度使分子的内能增加,提高了活化分子百分数,可加快化学反应速率,但不能降低化学
反应的活化能,A 不正确;反应物浓度增大,单位体积内活化分子数增多,有效碰撞的几率增加,故反应
速率增大,B 正确;由于 F2和 Cl2的氧化性不同,氧化性强的化学反应速率快,C 不正确;有气体参加的化
学反应,若增大压强(即缩小反应容器的容积),可增加单位体积内活化分子的数目,从而使反应速率加快,
但活化分子的百分数不变, D 不正确。
2.合成氨工艺是人工固氮最重要的途径,已知 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)ΔH=-92.4 kJ mol-1,实际工业生
产中,合成氨的原料气 N2可通过分离空气得到,H2可通过天然气和水蒸气转化制得,原料气中 N2和 H2物
质的量之比为 1:2.8,常用工艺条件:铁触媒作催化剂,控制温度 773 K、压强 3.0×107 Pa。假设起始反应
物 N2和 H2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 NH3
的物质的量分数如表所示:
400℃ 450℃ 500℃ 600℃
20 MPa 0.387 0.274 0.189 0.088
30 MPa 0.478 0.358 0.260 0.129
下列说法正确的是( )
A.上述任何条件下,反应达到平衡时 N2和 H2的转化率之比均为 1
B.体系中 NH3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 92.4 kJ
D.600℃、30 MPa 条件下加入更高效的催化剂,平衡时 NH3的物质的量分数大于 0.129
【答案】A
【解析】 A 项,转化量之比等于物质的化学计量数之比,初始时氢气和氮气的物质的量之比为 3:1,转
化量之比也为 3:1,故转化率相同,正确;B 项,反应是否先达到平衡与温度、压强、浓度、催化剂有关,
错误;C 项,该反应为可逆反应,无法确定反应的 N2和 H2的物质的量,因此无法计算平衡时反应放出的热
量,错误;D 项,催化剂不能改变平衡状态,错误。
3.中国科学家研究在 Pd/SVG 催化剂上 H2还原 NO 生成 N2和 NH3的路径,各基元反应及活化能 Ea(kJ·mol
-1)如图所示,下列说法错误的是( )
A.生成 NH3的各基元反应中,N 元素均被还原
B.在 Pd/SVG 催化剂上,NO 更容易被 H2还原为 NH3
C.决定 NO 生成 NH3速率的基元反应为 NH2NO→NHNOH
Pd/SVG
D.生成 NH3的总反应方程式为 2NO+5H2 ==== ==== 2NH3+2H2O
【答案】C
【解析】 由图示可知,生成氨气的过程为 NO→HNO→NH2O→NH2OH→NH2→NH3,每步反应中 N 元素
化合价均降低,被还原,A 正确;由图示可知,NO 被还原为 N2 的活化能明显大于还原生成 NH3 的活化能,
故在该催化剂作用下,NO 更容易被还原为 NH3,B 正确;由图示分析可知,生成 NH3的基元反应中,NH2O
+H→NH2OH 这一步活化能最大,相同条件下反应速率最慢,是决定 NO 生成 NH3速率的基元反应,C 错
Pd/SVG
误;NO 与 H2反应生成 NH3和 H2O,总反应的化学方程式:2NO+5H2 ==== ==== 2NH3+2H2O,D 正确。
4.在一个绝热的、容积固定的密闭容器中,发生可逆反应 mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)(m、n、p、q 为
任意正整数)。下列能说明该可逆反应达到平衡状态的是( )
①混合气体的密度不再发生变化 ②体系的温度不再发生变化 ③A 的转化率不再改变
④各组分的百分含量不再改变 ⑤反应速率 v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=m∶n∶p∶q
A.②③④ B.①③⑤
C.②④⑤ D.①②③④⑤
【答案】A
【解析】 ①因反应前后气体质量不变,容器容积不变,混合气体的密度一直不变,则混合气体密度不再
改变不能说明反应达到平衡状态;②绝热的密闭容器中,体系的温度不再改变,说明正、逆反应速率相等,
反应达到平衡状态;③A 的转化率不再改变,说明消耗 A 与生成 A 的速率相等,反应达到平衡状态;④各
组分的百分含量不再改变,说明正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态;⑤无论反应是否达到平衡状态,
均有 v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=m∶n∶p∶q。
5.在容积一定的密闭容器中发生可逆反应 A(g)+B(g) C(g)ΔH>0,平衡移动关系如图所示。下列说法正
确的是( )
选项 压强 纵坐标
A p1>p2 B 的转化率
B p1<p2 C 的物质的量浓度
C p1<p2 混合气体的平均摩尔质量
D p1>p2 A 的质量分数
【答案】A
【解析】 该反应是分子数减小的反应,压强增大,平衡正向移动,B 的转化率增大,同温下,若 p1>p2,
p1时 B 的转化率大,故 A 正确;反应是分子数减小的反应,压强增大,平衡正向移动,C 的物质的量浓度
增大,若 p1<p2,同温下 p2时 C 的物质的量浓度大,故 B 错误;反应是分子数减小的反应,压强增大,平
衡正向移动,B 的转化率增大,若 p1<p2,同温下 p2压强大气体总物质的量小,混合气体的平均摩尔质量
大,故 C 错误;反应是分子数减小的反应,压强增大,平衡正向移动,A 的转化率增大,若 p1>p2,压强
增大 A 的质量分数减小,故 D 错误。故选 A。
6.两个容积相同的带活塞的容器,分别盛有一定质量的 NO2和 Br2(g),都为一样的红棕色,迅速将两容器同
时压缩到原容积的一半(如图),假设气体不液化,则下列说法正确的是( )
A.a→a′过程中,颜色突然加深,然后逐渐变浅,最终颜色比原来的深
B.a′、b′的颜色一样深
C.a′、b′的压强分别为 a、b 的压强的 2 倍
D.a′中的 c(NO2)一定比 b′中的 c(Br2)小
【答案】A
【解析】 a→a′过程中,容积缩小为原来的一半,各物质物质的量浓度迅速增大为原来的两倍,颜色突然
加深,后 2NO2(g) N2O4(g)平衡正向移动,增大压强,不论平衡怎样移动,新平衡时各物质(气体)的浓
度均比旧平衡的大,最终颜色比原来深,A 正确;a 在压缩中有一定量的 NO2转化成 N2O4,a′颜色应比 b′中
的浅,B 错误;a′中气体的物质的量比 a 中要少,a′的压强比 a 的压强 2 倍要小,b 和 b′中物质的量相等,b′
的压强为 b 的压强的 2 倍,C 错误;二者颜色一样深,并不意味着 c(NO2)和 c(Br2)相等,a′中的 c(NO2)不一
定比 b′中的 c(Br2)小,D 错误。故选 A。
7.紫外光照射时,不同催化剂作用下将 CO2和 H2O(g)转化为 CH4和 O2,CH4产量随光照时间的变化如图
1,以 TiO2/Cu2Al2O4 为催化剂,可以将 CO2 和 CH4 直接转化成乙酸,不同温度下催化剂的催化效率与乙酸
的生成速率的关系如图 2。下列有关说法正确的是( )
A.由图 1 知,在 0~15 h 内,CH4的平均生成速率从大到小的顺序:Ⅲ>Ⅱ> I
B.由图 1 知,在 0~35 h 内,CH4的平均生成速率从大到小的顺序:Ⅱ>Ⅲ>I
C.由图 2 知,250 ℃时催化剂的活性最高
D.由图 2 知,乙酸的生成最佳温度范围:400 ℃以上
【答案】C
【解析】 由图 1 知,在 0~15 h 内,Ⅱ的甲烷产量最大,则 CH4的平均生成速率从大到小的顺序:
Ⅱ>Ⅲ>Ⅰ,A 错误;由图 1 知,在 0~35 h 内,Ⅲ的甲烷产量最大,则 CH4 的平均生成速率从大到小的顺序:
Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ,B 错误;由图 2 知,250 ℃时催化剂的催化效率最高,C 正确;由图 2 知,乙酸的生成速率在
300 ℃后逐渐增大,催化剂逐渐失去活性,则乙酸的生成最佳温度在 250 ℃左右,此时催化剂的催化活性最
高,乙酸的生成速率也较快,D 错误。
8.反应 2H2(g)+2NO(g)===2H α β2O(g)+N2(g)的速率方程为 v=kc (H2)c (NO),该反应在不同条件下的反应速率
如下:
温度 c(H2)/(mol L-1) c(NO)/(mol L-1) 反应速率
T1 0.1 0.1 v
T1 0.2 0.2 8v
T1 0.3 0.2 12v
T2 0.3 0.2 16v
下列说法正确的是( )
A.T2B.α=2,β=1
C.其他条件不变时,反应体系中四种物质浓度的改变,只有反应物浓度改变对 v 有影响,且 c(NO)影响较大
D.T2、c(NO)=0.1 mol L-1条件下,反应速率为 8v,则 c(H2)=0.3 mol L-1
【答案】C
【解析】 当 c(H -1 -12)=0.3 mol L ,c(NO)=0.2 mol L 时,T2时的速率大于 T1时的速率,所以 T2>T1,A 错
误;把 c(H )=0.1 mol L-12 ,c(NO)=0.1 mol L-1 代入速率公式 v=kcα(H2)cβ(NO),再把 c(H2)=0.2 mol L-1,
α β α β (α+v k(0.1) (0.1) 1 1 1 β)
c(NO)=0.2 mol L-1代入速率公式 v=kcα(H2) cβ(NO),得 = = = =8v k(0.2)α (0.2)β (2 ) (2 ) (2 )
1 3( ) ,α+β=3,把 T1时 c(H2)=0.2 mol L-1,c(NO)=0.2 mol L-1代入速率公式 v=kcα(H )cβ2 (NO),再把2
8v k(0.2)α (0.2)β
T 时 c(H )=0.3 mol L-1,c(NO)=0.2 mol L-11 2 代入速率公式 v=kcα(H2)cβ(NO),得 = =12v k(0.3)α (0.2)β
α α
(2 ) 2 2 (1)β=( ) = ,α=1,α+β=3,β=2,B 错误;其他条件不变时,因为 β=2,反应体系中四3 3 3
种物质浓度改变,只有反应物浓度的改变对 v 有影响,且 c(NO)影响较大,C 正确;T 、c(NO)=0.1 mol L-2
1条件下,反应速率为 8v,则 c(H2)=0.6 mol L-1,D 错误。
9.乙醇是重要的有机化工原料,可由乙烯水化法生产,反应的化学方程式如下: C2H4(g)+H2O(g)
C2H5OH(g), 下图为乙烯的平衡转化率与温度(T)、压强(p) 的关系[ 起始 n(C2H4):n(H2O)=1:1]。下列有关
叙述正确的是( )
1
A.Y 对应的乙醇的物质的量分数为
9
B.X、Y、Z 对应的反应速率:v(X)>v(Y)>v(Z)
C.X、Y、Z 对应的平衡常数数值:KXD.增大压强、升高温度均可提高乙烯的平衡转化率
【答案】A
【解析】 Y 点乙烯的转化率为 20%,
C2H4(g)+H2O(g) C2H5OH(g)
起始/mol a a 0
转化/mol 0.2a 0.2a 0.2a
平衡/mol 0.8a 0.8a 0.2a
0.2a 1
Y 对应的乙醇的物质的量分数为 = ,故 A 正确;C H
0.8a 0.8a 0.2a 9 2 4
(g)+H2O(g) C2H5OH(g)正反应
+ +
气体物质的量减小,增大压强,乙烯转化率增大,所以 p1升高,对应的反应速率:v(X)数减小,X、Y、Z 对应的平衡常数数值:KX>KY>KZ,故 C 错误;根据图像可知,升高温度乙烯的平衡转
化率减小,故 D 错误。故选 A。
10.CH4与 CO2重整生成 H2和 CO 的过程中主要发生下列反应。
CH4(g)+CO2(g)===2H2(g)+2CO(g)ΔH=247.1 kJ mol-1
H2(g)+CO2(g)===H2O(g)+CO(g)ΔH=41.2 kJ mol-1
在恒压、反应物起始物质的量比 n(CH4):n(CO2)=1:1 条件下,CH4和 CO2的平衡转化率随温度变化的曲
线如图所示。下列有关说法正确的是( )
A.升高温度、增大压强均有利于提高 CH4的平衡转化率
B.曲线 A 表示 CH4的平衡转化率随温度的变化
C.相同条件下,改用高效催化剂能使曲线 A 和曲线 B 相重叠
D.恒压、800 K、n(CH4):n(CO2)=1:1 条件下,反应至 CH4转化率达到 X 点的值,改变除温度外的特定条
件继续反应,CH4转化率能达到 Y 点的值
【答案】D
【解析】 甲烷和二氧化碳反应是吸热反应,升高温度,平衡向吸热反应即正向移动,甲烷转化率增大,
甲烷和二氧化碳反应是体积增大的反应,增大压强,平衡逆向移动,甲烷转化率减小,故 A 错误;根据两
个反应情况,加入的 CH4与 CO2物质的量相等,CO2消耗量大于 CH4,因此 CO2的转化率大于 CH4,因此
曲线 B 表示 CH4 的平衡转化率随温度变化,故 B 错误;使用高效催化剂,只能提高反应速率,但不能改变
平衡转化率,故 C 错误;800 K 时甲烷的转化率为 X 点,可以通过改变二氧化碳的量来提高甲烷的转化率
达到 Y 点的值,故 D 正确。
11.已知反应 N2O4(g) 2NO2(g) ΔH>0 的平衡体系中,物质的总质量(m 总)与总物质的量(n 总)之比 M(M=
m 总
)在不同温度下随压强的变化曲线如图所示。下列说法正确的是( )
n 总
A.温度:T1<T2
B.平衡常数:K(a)=K(b)<K(c)
C.反应速率:vb<va
D.当 M=69 g·mol-1时,n(NO2)∶n(N2O4)=1∶1
【答案】D
【解析】 已知 m 总不变,该反应为吸热反应,升高温度,平衡正向移动,n 总增大,故 M 减小,由图可知
T1>T2,A 项错误;化学平衡常数与温度有关,该反应为吸热反应,温度越高,平衡常数越大,则 K(a)=
K(c)<K(b),B 项错误;温度越高,压强越大,化学反应速率越大,则 vb>va,C 项错误;设 n(NO2)∶n(N2O4)
46x+92y
=x mol∶y mol, =69,所以 x∶y=1∶1,D 项正确。
x+y
12.我国科学家研究出在 S-In 催化剂上实现高选择性、高活性电催化还原 CO2 制甲酸。图 1 表示不同催
化剂及活性位上生成 H*的能量变化,图 2 表示反应历程,其中吸附在催化剂表面的物种用*标注。下列说法
错误的是( )
A.S-In/S 表面更容易生成 H*
B.S2-与 K+(H2O)n微粒间的静电作用促进了 H2O 的活化
C.CO2经两步转化生成 HCOO-
1
D.H*+OH-―→ H2+*+OH-相对能量变化越小,越有利于抑制 H*复合成 H2 2
【答案】C
【解析】 根据图 1,S-In/S 表面生成 H*的活化能最低,因此更容易生成 H*,A 项正确;根据图 2,可知
S2-与 K+(H2O)n 微粒间的静电作用促进了 H2O 的活化,B 项正确;根据图 2,CO2 生成 HCOO-的步骤为:
CO2→CO2* →HCOO*→HCOO-,经过三步转化,C 项错误;H*+OH-―→
1
H *2+ +OH-为放热过程,其相对能量变化越小,放出热量越少,越不易使反应物分子活化,因此越有利于2
抑制 H*复合成 H2,D 项正确。
1
13.在保持体系总压为 105 Pa 的条件下进行反应:SO2(g)+ O2(g) SO3(g),原料气中 SO2 2
和 O2的物质的
n SO2
量之比 m= 不同时,SO 的平衡转化率与温
n O2
2
度(T)的关系如图所示。图中 A 点原料气的成分是 n(SO2)=10 mol,n(O2)=24.4 mol,n(N2)=70 mol,下列
有关说法正确的是(已知:用分压表示的平衡常数为 Kp,分压=总压×物质的量分数)( )
A.该反应是吸热反应
B.m1C.A 点时 SO 的分压 p(SO )=4.0×1032 2 Pa
1
-
D.在 500 ℃、m3的条件下,该反应的平衡常数 Kp≈5.2×10-2 Pa 2
【答案】D
【解析】 由图可知,m 相同时,温度越高,SO2的平衡转化率越小,则升高温度平衡逆向移动,该反应为
放热反应,A 项错误;相同条件下,增大氧气的量可增大二氧化硫的平衡转化率,则 m 越小,SO2 的平衡
转化率越大,则 m1>m2>m3,B 项错误;A 点原料气的成分是 n(SO2)=10 mol,n(O2)=24.4 mol,n(N2)=70
mol,二氧化硫的平衡转化率为 88%,则:
1
SO2(g)+ O2(g) SO2 3
(g)
起始量/mol 10 24.4 0
转化量/mol 8.8 4.4 8.8
平衡量/mol 1.2 20 8.8
1.2 20 8.8
平衡时 SO2、O2、SO3的分压分别为 ×105 Pa、 ×105 Pa、 ×105 Pa,即 p(SO2)=1 200 Pa,C 项错误;平衡100 100 100
8.8 × 105 Pa
常数与 m 无关,则 500 ℃ m 100、 -3 的条件下,该反应的平衡常数 Kp= ≈5.2×10
1.2 × 105 Pa × 20 5100 100 × 10 Pa
1
-
2 Pa 2 ,D 项正确。
14.室温下,某溶液初始时仅溶有 M 和 N 且浓度相等,同时发生以下两个反应:①M+N===X+Y;②M+
N===X+Z,反应①的速率可表示为 v1=k 21c (M),反应②的速率可表示为 v2=k2c2(M)(k1、k2 为速率常数)。
反应体系中组分 M、Z 的浓度随时间变化情况如图,下列说法错误的是( )
A.0~30 min 时间段内,Y 的平均反应速率为 6.67×10-3 mol·L-1·min-1
B.反应开始后,体系中 Y 和 Z 的浓度之比保持不变
C.如果反应能进行到底,反应结束时 62.5%的 M 转化为 Z
D.反应①的活化能比反应②的活化能大
【答案】A
【解析】 由图中数据可知,30 min 时,M、Z 的浓度分别为 0.300 mol·L-1和 0.125 mol·L-1,则 M 的变化量为
0.5 mol·L-1-0.300 mol·L-1=0.200 mol·L-1,其中转化为 Y 的变化量为 0.200 mol·
0.075 mol·L-1
L-1-0.125 mol·L-1=0.075 mol·L-1。因此,0~30 min 时间段内,Y 的平均反应速率为 =0.002
30 min
k1
5 mol·L-1·min-1,A 说法不正确;由题中信息可知,反应①和反应②的速率之比为 ,Y 和 Z 分别为反应①
k2
和反应②的产物,且两者与 M 的化学计量数相同(化学计量数均为 1),因此反应开始后,体系中 Y 和 Z 的
k1
浓度之比等于 ,由于 k1、k2 为速率常数,故该比值保持不变,B 说法正确; 结合 A、B 的分析可知,此k2
k1 0.075 mol·L-1 3
反应开始后,在相同的时间内体系中 Y 和 Z 的浓度之比等于 = = ,因此,如果反应能进行
k2 0.125 mol·L-1 5
5
到底,反应结束时有 的 M 转化为 Z,即 62.5%的 M 转化为 Z,C 说法正确;由以上分析可知,在相同的时
8
间内生成 Z 较多、生成 Y 较少,因此,反应①的化学反应速率较小,在同一体系中,活化能较小的化学反
应速率较快,故反应①的活化能比反应②的活化能大,D 说法正确。
二、非选择题(本题共 4 小题,共 55 分)
15.(14 分)现甲、乙两化学小组安装两套如图所示的相同装置,用以探究影响 H2O2分解速率的因素。
(1)仪器 a 的名称为是________。
(2)MnO2催化下 H2O2分解的化学方程式为_________________________________。
(3)甲小组有如下实验设计方案,请帮助他们完成表格中未填部分。
实验编号 实验目的 T/K 催化剂 浓度
甲组实验Ⅰ 作实验参照 298 3 滴 FeCl3溶液 10 mL 2% H2O2
甲组实验Ⅱ ①__________ 298 ②__________ 10 mL 5% H2O2
(4)甲、乙两小组得出如图数据。
①由甲组实验数据可得出结论:___________________________________。
②由乙组研究的酸、碱对 H2O2 分解影响因素的数据分析:相同条件下,Na2O2 和 K2O2 溶于水放出气体速
率较快的是______________;乙组提出可以用 BaO2 固体与 H2SO4 溶液反应制 H2O2,其化学方程式为
_______________________;
支持这一方案的理由是______________________________________________________。
MnO
【答案】(1)分液漏斗 (2)2H2O
2
2, ==== ==== 2H2O + O2↑ (3)①探究反应物浓度对反应速率的影响 ②3
滴 FeCl3 溶液 (4)①在其他条件不变时,反应物浓度越大,反应速率越快 ②K2O2 BaO2 +
H2SO4===BaSO4+H2O2 制备 H2O2的环境为酸性环境,H2O2的分解速率较慢
【解析】 (3)①甲组实验Ⅰ与甲组实验Ⅱ的变量是 H2O2浓度,分别为 2%、5%,因此甲组实验Ⅱ的实验目的
为探究反应物浓度对反应速率的影响。②单一变量原则,除自变量外的无关变量必须一致,因此催化剂与
甲组实验Ⅰ一致:3 滴 FeCl3溶液。
(4)①由甲组实验两条曲线可知,甲组实验Ⅱ斜率大,因此在其他条件不变时,反应物浓度越大,反应速率
越快。②由乙组数据分析可知碱性越强,放出气体的速率越快,而相同条件下,KOH 的碱性强于 NaOH 的
碱性,因此 K2O2溶于水放出气体速率较快。
16.(15 分)2021 年中国科学技术大学物理化学系曾杰教授及其团队首次实现甲烷在温和条件下高选择性氧化
为甲醇。请回答下列问题:
(1)常温下,甲烷和甲醇的标准燃烧热分别为-890.3 kJ mol-1和-726.5 kJ mol-1,1 mol 甲醇气化需要吸收
82.0 kJ 的热量,则 CH4在 Cu 催化作用下被氧气氧化为气态甲醇的热化学方程式为 。
(2)在 Cu 催化作用下,甲烷氧化合成甲醇的总反应分两步进行;
第一步为 (写化学方程式);
第二步为*CuH2+2—CH3+O2===Cu+2CH3OH。
第二步反应几乎不影响总反应达到平衡所用的时间,由此推知,第二步反应活化能 (填“大于”“小于”
或“等于”)第一步反应活化能。
(3)一定温度下,恒容密闭容器中,CH4和 O2按物质的量 2:1 混合合成气态甲醇。下列事实能说明该反应
达到平衡状态的是 (填选项字母)。
A.CH4和 O2的转化率之比不再改变
B.平衡常数不再改变
C.气体密度不再改变
D.甲烷的体积分数不再改变
(4)将等物质的量的 CH4和 O2的混合气体充入密闭容器中,体系中的 CH4平衡转化率(α)与温度和压强的关
系如图所示。
①压强的大小关系为 (用“p1”“p2”或“p3”表示)。
②α(CH4)值随温度升高而减小,其原因是 。
③a、b、c 三点的平衡常数大小关系为 (用 Ka、Kb、Kc表示)。
【答案】(1)2CH4(g)+O2(g)===2CH3OH(g) ΔH=-163.6 kJ mol-1
(2)2CH4+Cu===*CuH2+2—CH3 小于
(3)D
(4)p1<p2<p3 ΔH<0,温度升高,平衡逆向移动,α(CH4)减小 Ka>Kb=Kc
【解析】(1)甲烷和甲醇的标准燃烧热分别为-890.3 kJ mol-1和-726.5 kJ mol-1,则有①CH4(g)+
3
2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l)ΔH=-890.3 kJ mol-1,②CH3OH(l)+ O2(g)===CO2(g)+2H2O(l)ΔH=-726.5 2
kJ mol-1;1 mol 甲醇气化需要吸收 82.0 kJ 的热量,则有③CH3OH(l)===CH3OH(g)ΔH=82.0 kJ mol-1;CH4
在 Cu 催化作用下被氧气氧化为气态甲醇的化学方程式为 2CH4(g)+O2(g)===2CH3OH(g),根据盖斯定律
2×(①-②+③)可得其 ΔH=[2×(-890.3)-2×(-726.5)+2×82.0] kJ mol-1=-163.6 kJ mol-1,故热化学方
程式为 2CH4(g)+O2(g)===2CH3OH(g)ΔH=-163.6 kJ mol-1。(2)甲烷氧化合成甲醇的总反应减去第二步反
应可得第一步的化学方程式为 2CH4+Cu===*CuH2+2—CH3;第二步反应几乎不影响总反应达到平衡所用
的时间,由此推知,第二步反应很快,第二步反应活化能小于第一步反应活化能。(3)CH4和 O2按物质的量
2:1 混合,与计量数之比相等,所以无论是否平衡二者转化率都相等,A 不符合题意;温度不变,平衡常
数始终不变,B 不符合题意;反应过程中混合气体的质量不变,恒容容器,密度始终不变,C 不符合题意;
正向建立平衡,甲烷的体积分数不断减小,甲烷的体积分数不再改变时,说明反应达到平衡,D 符合题意。
(4)①该反应为气体系数之和减小的反应,温度一定时压强越大 CH4的转化率越大,故压强大小关系为 p1<
p2<p3;②该反应 ΔH<0,为放热反应,升高温度平衡逆向移动,甲烷的转化率减小;③平衡常数只与温
度有关,与压强无关,温度越高,平衡正向进行的程度越小,平衡常数越小,故 a、b、c 三点的平衡常数大
小关系为 Ka>Kb=Kc。
17.(14 分)环戊二烯( )是重要的有机化工原料,广泛用于农药、橡胶、塑料等生产。
已知: (g) === (g)+H2(g)ΔH1=100.3 kJ mol-1①,H2(g)+ I2(g) 2HI(g)ΔH2=-11.0 kJ mol-
1②,对于反应: (g)+ I2(g) === (g)+2HI(g)ΔH3③。
(1)ΔH3= kJ mol-1。
(2)某温度下,等物质的量的碘和环戊烯( )在刚性容器内发生反应③,起始总压为 105 Pa,平衡时总压增
加了 20%,环戊烯的转化率为 ,该反应的平衡常数 Kp= Pa。达到平衡后,欲增加环戊烯的
平衡转化率,可采取的措施有 (填标号)。
A.通入惰性气体 B.提高温度
C.增加环戊烯浓度 D.增加碘浓度
(3)环戊二烯容易发生聚合生成二聚体,该反应为可逆反应。不同温度下,溶液中环戊二烯浓度与反应时间
的关系如图所示,下列说法正确的是 (填标号)。
A.T1>T2
B.a 点的反应速率小于 c 点的反应速率
C.a 点的正反应速率大于 b 点的逆反应速率
D.b 点时二聚体的浓度为 0.45 mol L-1
【答案】(1) 89.3
(2)40% 3.56×104 BD
(3)CD
【解析】(1)已知: (g)=== (g)+H (g)ΔH =100.3 kJ mol-12 1 ①,H2(g)+I2(g) 2HI(g)ΔH2=-11.0
kJ mol-1②,根据盖斯定律,①+②得③ (g)+I2(g)=== (g)+2HI(g)ΔH3=100.3 kJ mol-1+(-11.0
kJ mol-1)=89.3 kJ mol-1。
(2)设碘和环戊烯( )的初始物质的量都为 n mol,转化的物质的量为 x mol,
(g)+I2(g)=== (g)+2HI(g)
初始/mol) n n 0 0
转化/mol) x x x 2x
平衡/mol) n-x n-x x 2x
(n-x+n-x+x+2x)mol
刚性容器内气体的压强与物质的量成正比,则 =1+20%,解得 x=0.4n,平衡时环
(n+n)mol
0.4n mol
戊烯的转化率为 ×100%=40%;平衡时混合气体的压强为 105 Pa×(1+20%)=1.2×105 Pa,混合气体
n mol
总物质的量为(n-0.4n+n-0.4n+0.4n+0.4n×2)mol=2.4n mol,平衡时各组分所占压强分别为 p( )=p(I2)
(n-0.4n)mol 0.4n mol 0.4n mol × 2
= ×1.2×105 Pa=3×104 Pa,p( )= ×1.2×105 Pa=2×104 Pa,p(HI)= ×1.2×105
2.4n mol 2.4n mol 2.4n mol
(2 × 104 Pa) × (4 × 104 Pa)2
Pa=4×104 Pa,该反应的平衡常数 Kp= ≈3.56×104 Pa;通入惰性气体,各组分浓度(3 × 104 Pa) × (3 × 104 Pa)
不变,平衡不移动,则环戊烯的转化率不变,故 A 错误;该反应为吸热反应,提高温度平衡正向移动,环
戊烯的转化率增大,故 B 正确;增加环戊烯浓度,环戊烯的转化率减小,故 C 错误;增加碘浓度,反应物
浓度增大,平衡向着正向移动,环戊烯的转化率增大,故 D 正确。故答案为 BD。(3)温度越高反应速率越
快,根据图示可知,在温度 T2(虚线)的反应速率较大,则 T1<T2,故 A 错误;根据图像可知,a 点切线斜率
的绝对值大于 c 点切线的绝对值,则 a 点速率大于 c 点,故 B 错误;a 到 b 的过程为正反应速率逐渐减小,
且 b 点 v(正)>v(逆),则 a 点的正反应速率大于 b 点的逆反应速率,故 C 正确;b 点时环戊二烯的浓度变化
1
为 1.5 mol L-1-0.6 mol L-1=0.9 mol L-1,环戊二烯的二聚体的浓度为环戊二烯浓度变化的 ,则 b 点时二
2
1
聚体的浓度为 0.9 mol L-1× =0.45 mol L-1,故 D 正确。故答案为 CD。
2
18.(15 分)二甲醚(DME)被誉为“21 世纪的清洁燃料”,由合成气制备二甲醚的主要原理如下:
①CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH1=-90.7 kJ·mol-1 K1
②2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H -12O(g) ΔH2=-23.5 kJ·mol K2
③CO(g)+H O(g) CO -12 2(g)+H2(g) ΔH3=-41.2 kJ·mol K3
回答下列问题:
(1)反应 3H2(g)+3CO(g) CH3OCH3(g)+CO2(g)的 ΔH=________kJ·mol - 1;该反应的平衡常数 K=
________(用 K1、K2、K3表示)。
(2)下列措施中,能提高(1)中 CH3OCH3产率的有________(填字母)。
A.使用过量的 CO B.升高温 C.增大压强
(3)一定温度下,将 0.2 mol CO 和 0.1 mol H2O(g)通入 2 L 恒容密闭容器中,发生反应③,5 min 后达到化学
平衡,平衡后测得 H2的体积分数为 0.1。则 0~5 min 内 v(H2O)=________,CO 的转化率为________。
n H2
(4)将合成气以 =2 通入 1 L 的反应器中,一定条件下发生反应:4H2(g)+2CO(g) CH3OCH3(g)+n CO
H2O(g) ΔH,其中 CO 的平衡转化率随温度、压强的变化关系如图 1 所示,下列说法正确的是______(填字
母)。
A.ΔH<0
B.p1>p2>p3
n H2
C.若在 p3和 316 ℃时,起始时 =3,则平衡时,α(CO)小于 50%n CO
n Mn
(5)采用一种新型的催化剂(主要成分是Cu Mn的合金),利用CO和H2制备二甲醚(DME)。观察图2,当n Cu
约为______时最有利于二甲醚的合成。
【答案】 (1)-246.1 K12·K2·K3 (2)AC (3)0.003 mol·L-1·min-1 15% (4)AB (5)2.0
【解析】 (1)根据盖斯定律可知,①×2+②+③得到 3H2(g)+3CO(g) CH3OCH3(g)+CO2(g) ΔH=-
246.1 kJ·mol-1,K=K21·K2·K3。
(2)为提高 CH3OCH3的产率,应使平衡正向移动。
(3)设 0~5 min,CO 转化的物质的量为 x mol,则
CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)
开始/mol 0.2 0.1 0 0
转化/mol x x x x
平衡/mol 0.2-x 0.1-x x x
x Δc
平衡后测得 H2 的体积分数为 0.1,则 =0.1,解得 x=0.03,结合 v= 、转化率=0.2-x+0.1-x+x+x Δt
转化的量
×100%分别计算 0~5 min 内 v(H2O)和 CO 的转化率。
开始的量
(4)由题图 1 可知升高温度 CO 的平衡转化率减小,可知升高温度平衡逆向移动,故 ΔH<0,A 项正确;该反
应为反应前后气体体积减小的反应,增大压强平衡正向移动,CO 的平衡转化率增大,则 p1>p2>p3,B 项正
n H2
确;若起始时 增大,其他条件不变,则平衡时 CO 的转化率增大,C 项错误。
n CO