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2.2化学平衡
学校:___________姓名:___________班级:___________考号:___________
一、单选题
1.恒温恒容的密闭容器中,在某催化剂表面发生反应:,测得不同起始浓度和催化剂表面积下氨浓度随时间的变化如下表所示,根据下表数据分析,下列说法不正确的是
编号 时间/min 表面积 0 20 40 60 80
① a 2.40 2.00 1.60 1.20 0.80
② a 1.20 0.80 0.40 0.19 0.19
③ 2a 2.40 1.60 0.80 0.40 0.40
A.实验①,0~20min,
B.实验②,反应体系压强不变时,反应达到平衡状态
C.其他条件不变时,增加氨气浓度,化学反应速率一定增大
D.其他条件不变时,0~40min,增加催化剂的表面积,化学反应速率增大
2.工业上制备合成气的工艺主要是水蒸气重整甲烷:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH>0,在一定条件下,向容积为1L的密闭容器中充入1molCH4(g)和1molH2O(g),测得H2O(g)和H2(g)的浓度随时间变化曲线如图所示,下列说法正确的是
A.达平衡时,CH4(g)的转化率为75%
B.0~10min内,v(CO)=0.075mol L-1 min-1
C.该反应的化学平衡常数K=0.1875
D.当CH4(g)的消耗速率与H2O(g)的消耗速率相等时,反应达到平衡
3.下列依据相关数据作出的推断中,不正确的是
A.依据相同温度下可逆反应的Q与K大小的比较,可推断反应进行的方向
B.依据一元弱酸的,可推断它们同温度同浓度稀溶液的大小
C.依据第二周期主族元素电负性依次增大,可推断它们的第一电离能依次增大
D.依据的氢化物分子中氢卤键的键能,可推断它们的热稳定性强弱
4.利用CO2和H2可制得甲烷,实现资源综合利用。
已知:I.CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) △H1=+41.2kJ·mol-1
Ⅱ.CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g) △H2=-165.0kJ·mol-1
在一定的温度和压力下,将按一定比例混合的CO2和H2混合气体通过装有催化剂的反应器,反应相同时间,CO2转化率和CH4选择性随温度变化关系如图所示。
(CH4选择性),下列说法正确的是
A.反应Ⅱ活化能:Ea(正)>Ea(逆)
B.340℃时,其他条件不变,延长反应时间,一定能提高CO2的转化率
C.在260~300℃间,其他条件不变,升高温度CH4的产率增大
D.温度大约320℃时CO2的转化率最大,说明反应I和反应Ⅱ一定都达到了平衡状态
5.在一定温度下的容积不变的密闭容器中发生反应:X(g) + 2Y(g) 3Z(g)。下列叙述中,能说明反应达到化学平衡状态的是
A.单位时间内,消耗3a mol Z,同时生成2a mol Y
B.Y的浓度不再发生变化
C.混合气体的密度不再变化
D.容器内的压强不再变化
6.针对反应速率与平衡产率的矛盾,我国科学家提出了双温—双控—双催化剂的解决方案。使用双催化剂,通过光辐射产生温差(如体系温度为495℃时,的温度为547℃,而的温度为415℃)。
下列说法错误的是
A.氨气在“冷”表面生成,有利于提高氨的平衡产率
B.在“热”表面断裂,有利于提高合成氨反应速率
C.“热”高于体系温度,有利于提高氨的平衡产率
D.“冷”低于体系温度,有利于提高合成氨反应速率
7.物质与同时发生,反应Ⅰ: ,反应Ⅱ: 。反应历程如图,下列说法不正确的是
A.
B.相同条件下,反应Ⅰ更快达到平衡
C.降低温度,平衡时的物质的量分数增大
D.升高温度,反应I、Ⅱ的反应速率都增大
8.合成氨反应,下列图示与对应叙述相符合的是
A. B.达到平衡时的转化率随比值的变化
C. 正、逆反应速率随温度的变化 D.该反应平衡常数随温度的变化
A.A B.B C.C D.D
9.下列关于化学反应速率与限度的说法不正确的是
A.进行工业合成氨反应时,在恒容条件下通入氮气,反应速率加快
B.恒温恒容下发生反应CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g),当3v逆(H2)=v正(CH3OH),说明已达到平衡状态
C.反应中正反应为放热反应,升温平衡逆向移动
D.恒温恒容下发生反应,当压强不再变化,说明已达到平衡状态
10.温度为T时,在三个起始体积均为1L的密闭容器中发生反应:。达到平衡时,下列说法不正确的是
容器编号 容器类型 起始物质的量/mol 平衡时SO3的物质的量/mol
SO2 O2 SO3
Ⅰ 恒温恒容 2 1 0 1.8
Ⅱ 恒温恒压 2 1 0 a
Ⅲ 绝热恒容 0 0 2 b
A.容器Ⅰ中SO2的转化率小于容器Ⅱ中SO2的转化率
B.容器Ⅰ中放出的热量为177.3kJ
C.平衡时SO3的物质的量:a>1.8,b>1.8
D.容器Ⅱ的平衡常数大于容器Ⅲ中的平衡常数
11.对利用甲烷消除污染进行研究,。在密闭容器中,控制不同温度,分别加入和,测得随时间变化的有关实验数据如下表。下列说法正确的是
组别 温度 时间/minn/mol 0 10 20 40 50
① 0.50 0.35 0.25 0.10 0.10
② 0.50 0.30 0.18 0.15
A.组别①中,内,的降解速率为
B.由实验数据可知实验控制的温度
C.时,表格中对应反应已经达到平衡状态
D.平衡常数:
12.氢气可通过下列反应制得: ,为了提高一氧化碳在平衡体系中的转化率,可采取的措施是
A.减小压强 B.降低温度
C.更换更高效催化剂 D.增大CO的浓度
13.催化剂X和Y均能催化反应,其反应历程如图所示,“·”表示反应物或生成物吸附在催化剂表面。其他条件相同时,下列说法不正确的是
A.使用催化剂X、催化剂Y的反应都是分3步进行
B.催化剂X的催化效果催化剂Y的催化效果好
C.反应达到平衡后,降低温度,A的浓度减小
D.反应过程中A·Y所能达到的最高浓度小于A·X
14.清洁能源的开发利用是实现“双碳”目标的重要途径,乙醇-水催化重整可获得H2,其主要反应为:
①C2H5OH(g)+3H2O(g)2CO2(g)+6H2(g) ΔH=+173.3kJ·mol-1;
②CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH=+41.1kJ·mol-1。
在体积为1L的密闭容器中充入1molC2H5OH(g)和3molH2O(g)发生上述反应,平衡时CO2和CO的选择性及H2的产率随温度的变化如题图所示。已知:①CO的选择性=×100%。②700℃时,反应②的平衡常数为1。下列说法不正确的是
A.曲线a表示平衡时CO2的选择性
B.及时分离出CO2能提高平衡时H2产率
C.700℃时,平衡体系中:n(H2)<n(H2O)
D.300℃以后,随着温度的升高,平衡时减小
15.密闭真空容器中(假设容器容积不变,固体试样体积忽略不计),在恒定温度下使其达到平衡:。能判断该反应已经达到化学平衡的是
①
②密闭容器中总压强不变
③密闭容器中混合气体的密度不变
④密闭容器中混合气体的平均相对分子质量不变
⑤密闭容器中混合气体的总物质的量不变
⑥密闭容器中C的体积分数不变
⑦反应热保持不变
A.②④⑤⑥⑦ B.③⑤⑥ C.②③⑤ D.①③④⑤⑦
二、填空题
16.在2 L密闭容器中,800 ℃时反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)体系中,n(NO)随时间的变化如下表所示:
时间/s 0 1 2 3 4 5
n(NO)/mol 0.020 0.010 0.008 0.007 0.007 0.007
(1)写出该反应的平衡常数表达式:K= 。已知:K300℃>K350℃,则该反应是 反应。(填“吸热”或“放热”)
(2)下图中表示NO2的变化的曲线是 。用NO表示从0~2 s内该反应的平均速率v= ,用O2表示从0~2 s内该反应的平均速率v= 。
(3)能说明该反应已达到平衡状态的是 。
a.v(NO2)=2v(O2) b.容器内压强保持不变
c.v逆(NO)=2v正(O2) d.容器内的密度保持不变
(4)为使该反应的反应速率增大,且平衡向正反应方向移动的是 。
a.及时分离出NO2气体 b.适当升高温度
c.增大O2的浓度 d.选择高效催化剂
17.将放入2L,恒容密闭容器中发生反应,平衡体系中的体积分数随温度的变化如图所示
(1)D点 , (填“>”“=”或“<”)
(2)A、B、C点中平衡常数K的值最小的是 点,该反应的 0(填“>”“<”或“=”),时,的平衡转化率为 ;若达平衡时间为,则此时间内的平均反应速率为 。
(3)若其条件不变,在原平衡基础上,再加入一定量,达到新平衡时,与原平衡相比,的体积分数 (填“增大”“不变”或“减小”)。
18.一定条件下,在体积为5L的密闭容器中,气态物质A、B、C的物质的量n(mol)随时间t的变化如图1所示。已知达平衡后,降低温度,A的体积百分含量将减小。
(1)根据上图数据,写出反应的化学方程式 ;从反应开始到平衡时的平均速率v(C)= 。
(2)该反应的ΔH 0(填“>”、“<”或“=”)。
(3)此反应平衡常数的表达式为K= 。
(4)该反应的反应速率v和时间t的关系如图2所示:
①根据上图判断,在t3时刻改变的外界条件是 。
②A的转化率最大的一段时间是 。
③各阶段的平衡常数如表所示:
K1、K2、K3之间的关系为: (用“>”、“<”或“=”连接)。
t2~t3 t4~t5 t5~t6
K1 K2 K3
19.根据所学知识回答下列问题:
(1)某学生为了探究锌与盐酸反应过程中的速率变化,在200mL稀盐酸中加入足量的锌粉,用排水集气法收集反应放出的氢气,实验记录如表(累计值):
时间(min) 1 2 3 4 5
氢气体积(mL)(标准状况) 50 120 232 290 310
上述实验过程中,反应速率最大时间段是 (选填字母作答),该时间段反应速率最大的主要原因是 。
A.0-1min B.1-2min C.2-3min D.3-4min E.4-5min
(2)某温度下在容积为1L密闭容器中,X、Y、Z三种气态物质的物质的量随时间变化曲线如图。
①该反应的化学方程式是 。
②反应进行到2min时,Y的转化率为 。(提示:转化率=×100%)
③3min时,反应 (填“是”或“否”)达到化学平衡。4min时,正反应速率 逆反应速率(填“>”“<”或“=”)。
20.下图表示500℃、60.0 MPa条件下,原料气投料比与平衡时NH3体积分数的关系。根据图中M点数据计算H2的平衡体积分数为 。
21.一定温度下体积为的密闭容器中:的,在此温度下该容器中含有、、、,判断此时反应和的相对大小并说明理由 。
22.氨是氮循环过程中的重要物质,氨的合成是目前普遍使用的人工固氮方法。
(1)根据图提供的信息,写出该反应的热化学方程式 ,在图中曲线 (填“a”或“b”)表示加入铁触媒的能量变化曲线,判断理由是 。
(2)在恒容容器中,下列描述中能说明上述反应已达平衡的是____。
A.
B.单位时间内生成的同时生成
C.混合气体的密度不再改变
D.容器内压强不随时间的变化而变化
(3)一定温度下,向2L密闭容器中充入和,保持体积不变,0.5min后达到平衡,测得容器中有,则平均反应速率 ,的转化率为 ,该温度下的平衡常数 (此空保留3位小数)。
(4)保持温度和体积不变,向上述平衡体系中再加入、、后该反应的速率大小关系为 (填“大于”、“小于”或“等于”)。
(5)反应 ,在下列温度下反应能自发进行的是______。
A.25℃ B.125℃ C.225℃ D.325℃
23.丙烯是重要的石油化工中间体,工业上常用丙烷催化脱氢和甲醇分解两种方法制备。
回答下列问题:
I.丙烷直接脱氢法制丙烯:C3H8(g)C3H6(g)+H2(g) ΔH1=+123.8kJ mol-1
(1)该反应在 (填“高温”低温”或“任意温度”)时可自发进行。
(2)570℃、100kPa下,将n(C3H8):n(H2O)=1:9的混合气进行直接脱氢反应,3h后达到平衡,C3H8的平衡转化率为80%,C3H8分压的平均变化率约为 kPa h-1(保留3位有效数字,下同),脱氢反应的Kp≈ kPa。(Kp为以平衡分压代替平衡浓度表示的平衡常数,分压=总压×物质的量分数)
II.二氧化碳耦合丙烷脱氢制丙烯:CO2(g)+H2(g)H2O(g)+CO(g) ΔH2
CO2(g)+C3H8(g)C3H6(g)+H2O(g)+CO(g) ΔH3=+165kJ mol-1
(3)①ΔH2= kJ mol-1。
②与直接脱氢法相比,相同温度下的恒压密闭容器中,二氧化碳耦合丙烷制丙烯能有效提高C3H8转化率的原因是 、 。
(4)下列能说明该体系在恒温恒压密闭容器中反应达到平衡状态的是 (填序号)。
A.CO2的物质的量分数保持不变
B.n(H2O):n(CO)保持不变
C.气体密度保持不变
D.速率关系:v(C3H8)=v(C3H6)
III.甲醇催化分解:3CH3OH(g)C3H6(g)+3H2O(g)
(5)该反应的实验数据遵循Arhenius经验公式:Rlnk=-+C(Ea为活化能,假设其受温度影响忽略不计,k为速率常数,R和C为常数),此经验公式说明对于某个基元反应,当升高相同温度时,其活化能越大,反应速率增大得 (填“越多”或“越少”)。根据如图曲线a计算该反应的活化能Ea为 kJ mol-1。当改变外界条件时,实验数据如图中的曲线b所示,则实验可能改变的外界条件是 。
24.恒温恒容下,将2 mol A气体和2 mol B气体通入体积为2 L的密闭容器中发生如下反应:2A(g)+B(g)xC(g)+2D(s),2 min时反应达到平衡状态,此时剩余1.2 mol B,并测得C的浓度为1.2 mol·L-1。
(1)从开始反应至达到平衡状态,生成C的平均反应速率为 。
(2)x= 。
(3)A的转化率为 。
(4)下列各项可作为该反应达到平衡状态的标志的是 。
A.压强不再变化
B.气体密度不再变化
C.气体的平均相对分子质量不再变化
D.A的消耗速率与B的消耗速率之比为2∶1
25.向黄色的FeCl3溶液加入无色的KSCN溶液,溶液变成血红色,向上述血红色溶液中加入NaF溶液振荡,只观察到血红色溶液迅速褪成无色,发生该现象的可能原因是 .当其他条件一定时:
(1)向溶液中加入少量的KCl固体,溶液的颜色
(2)向溶液中加入少量KSCN固体,溶液的颜色
(3)加AgNO3溶液时,化学平衡向 移动
(4)加入铜粉,溶液的颜色
参考答案:
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
答案 C C C C B CD A D B D
题号 11 12 13 14 15
答案 C B D C C
1.C
【分析】考查化学反应速率与平衡的计算及判断,熟练掌握化学平衡思想
【详解】A.实验①,0至20min,,根据不同物质的反应速率之比对于计量系数之比可知氮气的速率为v(N2)=1.00×10 5mol L 1 min 1,故A正确;
B. 由于反应是气体体积缩小的反应,当气体压强不变,说明反应达到了平衡,故B正确;
C.实验①、实验②中0~20min、 20 min~40min氨气浓度变化量都是4.00×10-4mol/L,实验②中60min 时反应达到平衡状态,实验①和实验②催化剂表面积相同,实验①中氨气初始浓度是实验② 中氨气初始浓度的两倍,实验①60min时反应未达到平衡状态,相同条件下,增加氨气浓度,反应速率并没有增大,故C错误;
D.结合①的数据,催化剂表面积越大,反应速率越快,则相同条件下,增加催化剂的表面积,反应速率增大,故D正确;
故答案选C。
2.C
【分析】由图可知,在10min时达到平衡,平衡时水、氢气浓度均为0.75mol/L,则,据此解答。
【详解】A.达平衡时,CH4的转化率为,故A错误;
B.0~10min内,v(CO)=0.025mol L-1 min-1,故B错误;
C.平衡常数==0.1875,故C正确;
D.同一物质的消耗速率等于其生成速率时,该反应达到平衡。不同种物质时,需v正=v逆,才能达到平衡,当CH4(g)的消耗速率与H2O(g)的消耗速率相等,此时两个描述的都是v正,故D错误;
答案选C。
3.C
【详解】A.对于可逆反应的Q与K的关系:Q>K,反应向逆反应方向进行;QB.一元弱酸的越大,同温度同浓度稀溶液的酸性越强,电离出的越多,越小,B正确;
C.同一周期从左到右,第一电离能是增大的趋势,但是ⅡA大于ⅢA,VA大于VIA,C不正确;
D.的氢化物分子中氢卤键的键能越大,氢化物的热稳定性越强,D正确;
故选C。
4.C
【详解】A.反应Ⅱ为放热反应,反应Ⅱ活化能:(正)逆),故A错误;
B.时可能是平衡点,延长时间不一定能提高的转化率,故B错误;
C.在间,升高温度的选择性虽然基本不变,但的转化率在上升,所以的产率上升,故C正确;
D.时的转化率最大,可能是因为温度过高而导致催化剂失去活性,从而无法判定此时的转化率就是平衡转化率,则此时两个反应也不一定达到平衡状态,故D错误;
综上所述,本题选C。
5.B
【详解】A.消耗X,平衡逆向进行,生成Y平衡逆向进行,无法作为判断化学平衡状态,A错误;
B.当Y的浓度不再发生变化,说明化学达到平衡,B正确;
C.,根据质量守恒定律,总质量不变,在恒容容器中,体积不变,则密度始终不变,则密度不能作为判断平衡的标志,C错误;
D.反应前后气体总物质的量相等,所以无论反应是否达到平衡,容器内气体压强始终不变,不能据此判断反应是否达到平衡状态,D错误;
故答案为:B。
6.CD
【详解】A.因为合成氨反应的正反应为放热反应,所以低温有利于平衡正向移动,氨气在“冷Ti”表面生成,有利于提高氨的平衡产率,A正确;
B.温度升高,反应速率加快,所以 N≡N 在“热 Fe”表面断裂,有利于提高合成氨反应速率,B正确;
C.合成氨反应的正反应为放热反应,“热 Fe”高于体系温度,不利于提高氨的平衡产率,C错误;
D.温度升高,可提高合成氨反应的速率,所以“冷 Ti”低于体系温度,不利于提高合成氨反应速率,D错误;
故选CD。
7.A
【详解】A.根据图示可知,反应Ⅱ为放热反应,,A错误;
B.过渡态物质的总能量与反应物总能量的差值为活化能,即图中峰值越大则活化能越大,峰值越小则活化能越小,活化能越小反应越快,故相同条件下,反应Ⅰ更快达到平衡,B正确;
C.反应Ⅱ为放热反应,降低温度,则利于反应Ⅱ正向进行,故N的平衡物质的量分数增大,C正确;
D.升高温度,活化分子比例增大,则反应I、Ⅱ反应速率均增大,D正确;
答案选A。
8.D
【详解】A.合成氨反应的焓变ΔH=(2254-2346)kJ mol-1=-92kJ mol-1<0,则题给图示与对应叙述不相符合,故A错误;
B.的比值增大相当于增大氢气的浓度,平衡向正反应方向移动,氮气的转化率增大,但氢气的转化率减小,则题给图示与对应叙述不相符合,故B错误;
C.合成氨反应我放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,逆反应速率大于正反应速率,则题给图示与对应叙述不相符合,故C错误;
D.合成氨反应我放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,反应的平衡常数减小,则题给图示与对应叙述相符合,故D正确;
故选D。
9.B
【详解】A.恒容体系向装置内充入氮气,氮气浓度增大,反应速率加快,A正确;
B.恒温恒容下,对于反应:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g),正、逆反应速率用不同物质表示,当反应速率之比等于化学计量数之比时,速率相等,当3v逆(H2)=v正(CH3OH),此时正逆反应速率不相等,说明未达到平衡状态反应达到平衡状态,B错误;
C.对于反应4HCl(g)+O2(g) 2Cl2(g)+2H2O(g),正反应为放热反应,未说明是恒温,因此体系的温度为变量,当体系的温度保持不变时,表明正逆反应速率相等,该反应达到平衡状态,C正确;
D.恒温恒容下,对于反应,正反应为体积减小的反应,压强不再变化,说明反应已达到平衡状态,D正确;
故答案选B。
10.D
【详解】A.容器Ⅰ为恒温恒容,容器Ⅱ为恒温恒压,起始量相同,Ⅰ容器中达到平衡状态时气体压强减小,Ⅱ容器中随反应进行,气体压强保持恒压,相对于I容器,II相当于增大压强,平衡正向进行,二氧化硫转化率增大,所以容器Ⅰ中SO2的转化率小于容器Ⅱ中SO2的转化率,故A正确;
B.由ΔH=-197kJ mol-1可知,生成2molSO3时,放出热量为197kJ,而容器Ⅰ中达到平衡时,SO3为1.8mol,即放出的热量为197kJ×0.9=177.3kJ,故B正确;
C.由A选项分析可知,II中三氧化硫物质的量a>1.8,Ⅲ中是逆反应达到的平衡状态,且III为绝热容器,随反应进行温度降低,相对于容器I,相当于降温,平衡正向进行,b>1.8,故C正确;
D.容器Ⅱ为恒温恒压,容器Ⅲ为绝热恒容,反应为放热反应,Ⅲ中是逆反应达到的平衡状态,随反应进行温度降低,平衡正向进行,平衡常数增大,所以容器Ⅱ的平衡常数小于容器Ⅲ中的平衡常数,故D错误,
故选D。
11.C
【详解】A.①中0~20min内,v(CH4)=(0.5mol-0.25mol)/(2L×20min)=0.00625mol L-1 min-1,NO2的降解速率为v(NO2)=2v(CH4)=0.0125mol L-1 min-1,故A错误;
B.温度越高反应速率越大,实验数据可知0~20min内,实验①中CH4物质的量的变化量为0.25mol,实验②中CH4的变化量0.32mol,则实验②温度高,由实验数据可知实验控制的温度T1<T2,故B错误;
C.T1、40min时,反应达到平衡,因T2温度较高,平衡时用时更少,所以表格中40min时T2对应反应已经达到平衡状态,故C正确;
D.因为温度T2>T1,根据C项分析可知,时,表格中对应反应已经达到平衡状态,与T1对应的平衡状态下甲烷的物质的量对比可知,升高温度甲烷平衡时的物质的量增大,则证明上述反应为放热反应,所以,D错误;
故选C。
12.B
【详解】A.因反应前后体积不变,则减小压强,平衡不移动,A错误;
B.正反应放热,降低温度,平衡正向移动,能提高一氧化碳在平衡体系中的转化率,B正确;
C.催化剂不影响平衡移动,转化率不变,C错误;
D.增大CO的浓度,平衡正向移动,氢气在平衡体系中的转化率增大,但CO在平衡体系中的转化率却减小,D错误;
故答案为:B。
13.D
【详解】A.由图可知两种催化剂均出现3个波峰,所以使用催化剂X和Y,反应历程都分3步进行,A正确;
B.由图可知,X的最高活化能小于Y的最高活化能,所以使用X时反应速率更快,催化剂X的催化效果更好,B正确;
C.由图可知,该反应是放热反应,所以达平衡时,降低温度平衡正向移动,A的浓度减小,C正确;
D.由图可知,A·X生成B·X的活化能小于A·Y生成B·Y的活化能,则A·Y更难转化为B·Y,故反应过程中A·Y所能达到的最高浓度大于A·X,D错误;
故答案选D。
14.C
【分析】由选择性计算式可知相同条件下CO和CO2选择性之和为1,则b代表平衡时氢气的产率随温度的变化,约300℃左右开始氢气的产率随温度升高而降低,则约300℃开始升高温度对反应①的影响小于对反应②的影响,则约300℃开始升高温度CO的选择性升高,CO2的选择性降低,故a表示CO2的选择性,c代表CO的选择性。
【详解】A.由分析可知a代表平衡时CO2的选择性,故A正确;
B.及时分离出CO2能使反应①平衡正向移动,反应②平衡逆向移动,可以提高平衡时H2产率,故B正确;
C.700℃时,反应②的平衡常数为1,则,700℃时,CO的选择性比CO2大,则,则n(H2)>n(H2O),故C错误;
D.300℃以后,随着温度的升高,反应②占主导,n(H2O)增大,平衡时减小,故D正确;
故选C。
15.C
【详解】①由题干方程式可知,B为液体,通常不用固体和液体的浓度改变来计算反应速率,①不合题意;
②由题干方程式可知,密闭容器中总压强一直改变,故总压强不变能够说明反应达到化学平衡,②符合题意;
③由题干方程式可知,密闭容器中混合气体的质量一直在变即混合气体的密度一直在变,则密闭容器中混合气体的密度不变,说明反应达到化学平衡了,③符合题意;
④由题干方程式可知,密闭容器中只有C、D两种气体,且物质的量始终保持3:4,则混合气体的平均相对分子质量始终保持不变,即混合气体的平均相对分子质量不变不能说明反应达到化学平衡,④不合题意;
⑤由题干方程式可知,反应过程中密闭容器中混合气体的总物质的量一直在改变,则密闭容器中混合气体的总物质的量不变,说明反应达到化学平衡,⑤符合题意;
⑥由题干方程式可知,密闭容器中只有C、D两种气体,且物质的量始终保持3:4,即密闭容器中C的体积分数始终保持不变,则密闭容器中C的体积分数不变不能说明反应达到化学平衡,⑥不合题意;
⑦已知反应热是指1mol反应完全进行时的热效应,与反应的可逆与否和进行程度无关,则反应热保持不变不能说明反应达到化学平衡,⑦不合题意;
综上分析可知,②③⑤符合题意,故答案为:C。
16.(1) 放热
(2) b 3.0×10-3 mol·(L·s)-1 1.5×10-3 mol·(L·s)-1
(3)bc
(4)c
【详解】(1)2NO(g)+O2(g)2NO2(g)反应的平衡常数表达式为K=,因为升温平衡向吸热反应方向进行,已知K(300℃)>K(350℃),温度越高平衡常数越小,升温平衡逆向进行,则该正反应为放热反应。故答案为;放热;
(2)由表中数据可知从3s开始,NO的物质的量为0.007mol,不再变化,说明3s时反应达到平衡。NO2是产物,随反应进行浓度增大。从开始到建立平衡NO浓度的变化量Δc(NO)=(0.020mol 0.007mol)/2L=0.0065mol/L,根据反应方程式,NO2平衡时浓度也为0.0065mol/L,所以图中表示NO2变化的曲线是b;2s内用NO表示的平均反应速率v(NO)=Δn/VΔt=(0.020mol 0.008mol)/(2L × 2s)=3.0×10 3mol L 1 s 1,速率之比等于化学计量数之比,所以v(O2)=1/2v(NO)=1/2×3.0×10 3mol L 1 s 1=1.5×10 3mol L 1 s 1。故答案为b;3.0×10 3mol L 1 s 1;1.5×10 3mol L 1 s 1;
(3)a.未指明正逆速率,若均表示同一方向反应速率,v(NO2)自始至终为v(O2)的2倍,不能说明达到平衡,故a不选;b.容器体积不变,随反应进行,反应混合气体总的物质的量在减小,容器内压强减小,当容器内压强保持不变时,说明反应到达平衡,故b选;c.不同物质表示速率,到达平衡时,正逆速率之比等于化学计量数之比,v逆(NO):v正(O2) =2:1,即v逆(NO)=2v正(O2),故c选;d.混合气体的总质量不变,容器容积为定值,所以密度自始至终不变,容器内密度保持不变不能说明达到平衡,故d不选。故答案为bc;
(4)a.及时分离出NO2气体平衡向右移动,但反应速率减小,故a不选;b.适当升高温度,反应速率增大但平衡向逆反应方向移动,故b不选;c.增大O2的浓度反应速率增大,且该反应向正反应方向移动,故c选;d.选择高效催化剂能增大反应速率,但平衡不移动,故d不选。故答案为c。
17.(1) < <
(2) A > 25%
(3)减小
【详解】(1)T1温度下,D点到平衡点A,N2O4的体积分数增大,反应逆向进行,所以v(正)<v(逆);B点对应的温度高,正逆反应速率相等且都大,D点对应温度低,正逆反应速率都小且逆反应速率大于正反应速率,因此<;
(2)根据图示,升高温度平衡体系中N2O4的体积分数减小,平衡正向移动,则该反应是吸热反应,升高温度,平衡常数增大,A、B、C点中平衡常数K的值最小的是A点;正反应是吸热反应,△H>0;T2时,B点,N2O4的体积分数为60%,设N2O4的浓度变化量为x mol/L,则
,x=0.5,T2时N2O4的平衡转化率为;若平衡时间为10s,则此时间内的N2O4平均反应速率为0.05mol·L-1·s-1;
(3)若其条件不变,在T3原平衡基础上,再加入一定量NO2,相当于加压,平衡逆向移动,NO2的体积分数减小。
18.(1) A(g)+2B(g) 2C(g) 0.04 mol·L-1·min-1
(2)<
(3)
(4) 升高温度 t2~t3 K1>K2=K3
【详解】(1)根据图象可知,A、B为反应物,C为生成物,从反应开始到达平衡的过程中A、B、C的物质的量的变化为0.3 mol、0.6 mol、0.6 mol,则A、B、C的化学计量数依次为1、2、2,反应的化学方程式为A(g)+2B(g) 2C(g);C的平均速率为=0.04mol·L-1·min-1。
(2)反应达到平衡后,降低温度,A的体积百分含量减小,说明降低温度平衡向正反应方向移动,正反应为放热反应, H<0。
(3)该反应的平衡常数表达式为K=
(4)①t3时刻改变条件,正逆反应速率都增大,且平衡向逆反应方向进行,则改变的条件是升高温度。
②t5时刻改变的条件是使用催化剂,A的转化率不变,故整个过程中A的转化率最大的一段时间是t2~t3。
③因为t3升高温度,t5使用催化剂,该反应为放热反应,所以K1>K2=K3。
19.(1) C 因反应放热,温度升高,反应速率增大
(2) 3X+Y2Z 10% 否 >
【详解】(1)根据单位时间内产生的氢气量判断反应速率的快慢,在2-3min内,氢气产生了112mL,故这段时间内的反应速率最快,故答案选C;这段时间反应速率最快的原因是:因反应放热,温度升高,反应速率增大。
(2)①由图像可以知道,随着反应的进行,X和Y的物质的量逐渐减小,Z的物质的量逐渐增大,达到平衡时X的物质的量减少0.6mol,Y的物质的量减少0.2mol,Z的物质的量增加0.4mol,反应物生成物较少或增加的物质的量比与反应的化学计量数比相同,故反应的化学方程式为:3X+Y2Z;
②反应到2min时,Y物质的减少量为0.1mol,Y物质的转化率为×100%=10%;
③反应在5min时达到平衡,因此在3min时没有达到化学平衡状态,反应在4min时还在向正反应方向进行,故此时的正反应速率大于逆反应速率,故答案为:否、>。
20.52%
【详解】M点H2、N2的投料比为4:1,平衡时,氨气的体积分数为40%,列三段式:,,则H2的平衡体积分数为。
21.>,此时浓度积<K,反应正向进行,>
【详解】浓度积<1,故该反应向正向进行,>。
22.(1) b 使用催化剂,降低活化能
(2)BD
(3) 20% 0.058
(4)小于
(5)CD
【详解】(1)由图可知,1molN2(g)与3molH2(g)完全反应生成2molNH3(g)的反应热为508kJ/mol-600kJ/mol=-92kJ/mol;所以合成氨的热化学反应方程式为N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)△H═-92kJ/mol,使用催化剂能降低反应的活化能,b活化能较低,所以b表示加入铁触媒的能量变化曲线;
(2)A.该反应达到平衡状态时,2v(H2)正=3v(NH3)逆,故A错误;B.单位时间内生成n mol N2的同时生成2n molNH3,分别表示正逆反应速率,而且正逆速率之比等于化学计量数之比,所以该反应达到平衡状态,故B正确;C.无论该反应是否达到平衡状态,混合气体的密度始终不变,所以不能判断该反应是否达到平衡状态,故C错误;D.该反应是一个反应前后气体体积减小的可逆反应,当反应达到平衡状态时,容器内压强不随时间的变化而变化,所以能判断反应是否达到平衡状态,故D正确;故答案为:BD;
(3)达到平衡,测得容器中有0.4 mol NH3,列三段式为:,则平均反应速率=;的转化率为;该温度下的平衡常数;
(4)向上述平衡体系中再加入1 mol N2、1 mol H2 、1 mol NH3,此时,平衡逆向移动,则v正小于v逆;
(5)若反应能正向自发进行,△G=ΔH-T△S<0,代入数据,△G=ΔH-T△S=92×103J mol-1 K-1-T×199mol-1 K-1<0,则T>462.3K,将热力学温度转化为摄氏度,T>189.3℃,故选CD。
23.(1)高温
(2) 2.72 29.6
(3) +41.2 CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)反应消耗C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)反应生成的氢气从而促进C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)反应正向进行 反应C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)为气体体积增大的反应,在恒压条件下充入二氧化碳相当于增大了体系的体积,减小各组分分压,也能促进C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)反应正向进行
(4)AC
(5) 越多 31 改用更高效催化剂
【详解】(1)根据C3H8(g)C3H6(g)+H2(g) ΔH1=+123.8kJ mol-1,该反应ΔH>0,ΔS>0,ΔG=ΔH-TΔS<0时反应可自发进行,故需要高温。
(2)根据分析可得平衡时n总=0.2+0.8+0.8+9=10.8,P平(C3H8)=100 kPa×≈1.852 kPa,P始(C3H8)=100 kPa×=10.00 kPa,C3H8分压的平均变化率为(10-1.852)kPa÷3h=2.72 kPa h-1,Kp= kPa≈29.6 kPa,故答案为2.72,29.6。
(3)根据盖斯定律可得:ΔH2=ΔH3-ΔH1=+41.2 kJ mol-1;相同温度下的恒压密闭容器中,二氧化碳耦合脱氢制丙烯能有效提高丙烷的转化率,其原因可能是CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)反应消耗C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)反应生成的氢气从而促进C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)反应正向进行;在恒压条件下充人二氧化碳相当于增大了体系的体积,减小了各组分分压,也能促进C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)反应正向进行。故答案为+41.2,CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)反应消耗C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)反应生成的氢气从而促进C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)反应正向进行,反应C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)为气体体积增大的反应,在恒压条件下充入二氧化碳相当于增大了体系的体积,减小各组分分压,也能促进C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)反应正向进行。
(4)A.反应体系中,CO2的物质的量分数是变量,当CO2的物质的量分数保持不变时,可以说明反应达到平衡状态,A符合题意;
B.H2O、CO为反应中的产物,则n(H2O) : n(CO)始终等于1 : 1,n(H2O) : n(CO)保持不变不能说明反应达到平衡状态,B不符合题意;
C.该反应在恒压容器中进行,且气体的物质的量发生变化,容器容积是变量,气体的总质量是定值,则气体密度是变量,当密度保持不变时,可以说明反应达到平衡状态,C符合题意;
D.选项中未指明速率的正、逆,不能说明反应达到平衡状态,D不符合题意;
故答案为AC。
(5)此经验公式说明对于某个基元反应,当升高相同温度时,其活化能越大,反应速率增大得越多。但是据图象并结合公式可得:9.2=-3. 2×10-3Ea+C,3.0=-3.4×10-3Ea +C,联立方程解得Ea=31kJ/mol。当改变外界条件时,实验数据如图中的曲线b所示,此时满足: 9.2=-3. 2×10-3Ea+C,1.0=-3.6×10-3Ea+C,联立方程解得Ea=-20.5 kJ/mol,活化能减小,则实验可能改变的外界是更换了更高效的催化剂。故答案为越多,31,改用更高效催化剂。
【点睛】本题综合考察了化学平衡、盖斯定律的运用、自发反应进行条件判断、影响化学平衡移动的因素判断以及化学平衡状态的判断。
24. 0.6mol/(L·min) 3 80% BC
【详解】(1)2min达到平衡,C的浓度为1.2mol/L,由v===0.6mol/(L·min),故答案为0.6mol/(L·min);
(2)2min时反应达到平衡状态,此时剩余1.2molB,则消耗0.8molB,所以B的反应速率为 =0.2mol/(L·min),由反应速率之比等于化学计量数之比可知,x=3,故答案为3;
(3)消耗0.8molB,根据方程式2A(g)+B(g)3C(g)+2D(s)可知消耗A是1.6mol,则A的转化率为=80%;
(4)2A(g)+B(g)3C(g)+2D(s),该反应前后气体分子数不变,则
A.该反应中压强始终不变,不能判断平衡,故A错误;B.因气体的质量在变化,则气体密度不再变化,达到平衡,故B正确;C.因气体的质量在变化,则气体的平均相对分子质量不再变化,达到平衡,故C正确;D.A的消耗速率与B的消耗速率均是正反应速率,A的消耗速率与B的消耗速率之比为2:1关系始终存在,不能判断平衡,故D错误;故答案为BC。
25. FeF3比Fe(SCN)2+更难电离(或Fe3+结合F-的能力大于结合SCN-的能力) 不变 变深 逆反应 变浅
【详解】向黄色的FeCl3溶液加入无色的KSCN溶液,溶液变成血红色,发生可逆反应为Fe3++3SCN-Fe(SCN)3;向上述血红色溶液中加入NaF溶液振荡,只观察到血红色溶液迅速褪成无色,说明Fe3+结合F-的能力大于结合SCN-的能力;综上所述,本题答案是:FeF3比Fe(SCN)2+更难电离(或Fe3+结合F-的能力大于结合SCN-的能力)。
(1)根据可逆反应:Fe3++3SCN-Fe(SCN)3,向溶液中加入少量的KCl固体,对平衡无影响,溶液的颜色不变;因此本题答案是:不变。
(2)根据可逆反应:Fe3++3SCN-Fe(SCN)3,向溶液中加入少量KSCN固体,增加了SCN-离子浓度,平衡右移,溶液的颜色变深;因此本题答案是:变深。
(3)加AgNO3溶液时,相当于加水稀释,溶液中离子浓度减小,溶液颜色变浅,化学平衡向逆反应移动;因此本题答案是:逆反应。
(4)根据可逆反应:Fe3++3SCN-Fe(SCN)3,加入铜粉,铁离子和铜发生反应,减小了铁离子浓度,平衡左移,溶液的颜色变浅;因此本题答案是:变浅。
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