第二章 化学反应速率与化学平衡复习提升-《精讲精练》26版高中同步新教材化学人教A版（2019）选必修1

第二章　化学反应速率与化学平衡
本章复习提升
易混易错练
易错点1　混淆外界因素对化学反应速率和化学平衡的影响
1.关于一定条件下的化学平衡H2(g)+I2(g) 2HI(g)　ΔH<0,下列说法正确的是 (　　)
A.恒温恒容,充入H2,v(正)增大,平衡右移
B.恒温恒容,充入He,v(正)增大,平衡右移
C.加压(缩小容器容积),v(正)、v(逆)不变,平衡不移动
D.升温,v(正)减小,v(逆)增大,平衡左移
2.湿法烟气脱氮工艺中常用到尿素,其反应原理为NO(g)+NO2(g)+CO(NH2)2(s) 2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)　ΔH<0,达到平衡后改变某一条件,反应速率(v)与时间(t)的关系如图所示,下列说法错误的是 (　　)
A.t4~t5引起变化的原因可能是升高温度
B.CO2含量最高的时间段是t1~t2
C.t2~t3引起变化的原因可能是增加反应物浓度
D.t6时引起变化的原因可能是加入催化剂
易错点2　错误理解化学平衡移动方向与转化率的关系
3.在一定条件下,取一定量的A和B在恒容密闭容器中发生反应:aA(g)+bB(s)mM(g)+nN(g)　ΔH=Q kJ·mol-1,达到平衡状态时,M的浓度与温度和容器容积的关系如图所示。下列有关判断一定正确的是(　　)
A.a>m+n
B.达到平衡状态后,增大B的量将会提高A的转化率
C.E点的平衡常数小于F点的平衡常数
D.Q<0
4.在恒压、NO和O2的起始浓度一定的条件下,催化反应相同时间,测得不同温度下NO转化为NO2的转化率如图中实线所示(图中虚线表示相同条件下NO的平衡转化率随温度的变化)。下列说法正确的是　 (　　)
A.反应2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)的ΔH>0
B.图中X点所示条件下,延长反应时间能提高NO转化率
C.图中Y点所示条件下,增加O2的浓度不能提高NO转化率
D.380 ℃下,c起始(O2)=5.0×10-4 mol·L-1,NO平衡转化率为50%,则平衡常数K<2 000
思想方法练
利用变化观念与平衡思想破解化学平衡及其移动
方法概述
　　化学变化需要一定的条件,并遵循一定的规律,化学变化有一定限度、速率,是可以调控的。能多角度、动态地分析化学变化,运用化学反应原理解决简单的实际问题。可逆反应不是处于化学平衡状态,就是在建立平衡状态的过程中。结合外界条件和可逆反应的特点,根据相关叙述或图示,利用化学平衡移动原理,从定性和定量两个角度进行分析,运用“三段式”法计算相关的物理量。
1.如图所示,用50 mL注射器吸入20 mL NO2和N2O4的混合气体,存在平衡:2NO2(g) N2O4(g),此时注射器活塞位于Ⅰ处,将细管端用橡胶塞封闭。然后把活塞拉到Ⅱ处,观察管内混合气体颜色的变化。当反复将活塞从Ⅱ处推到Ⅰ处及从Ⅰ处拉到Ⅱ处时,观察管内混合气体颜色的变化。下列说法正确的是 (　　)
A.将活塞从Ⅰ处拉到Ⅱ处时,NO2物质的量增多,管内混合气体颜色变深
B.若将活塞控制在Ⅱ处,将注射器放入热水中,注射器中混合气体的颜色变深,则说明ΔH>0
C.将活塞从Ⅰ处拉到Ⅱ处时,气体颜色变浅,证明了其他条件不变时,增大压强,平衡向气体体积减小的方向移动
D.将活塞从Ⅱ处推到Ⅰ处时,混合气体的颜色先瞬间变深,然后又稍微变浅
2.可逆反应A(g)+xB(g) 2C(g) 达平衡后,只改变反应的一个条件,测得容器中部分物质的浓度、反应速率随时间变化如图所示。下列说法中正确的是(　　)
A.8 min时反应达到平衡状态
B.该反应正反应为吸热反应
C.x=1
D.30~40 min间使用了催化剂
3.CH4/CO2催化重整的反应为
①CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g)　ΔH1
其中,积碳是导致催化剂失活的主要原因。产生积碳的反应有:
②CH4(g) C(s)+2H2(g)　ΔH2=+74.6 kJ·mol-1
③2CO(g) C(s)+CO2(g)　ΔH3=-172.5 kJ·mol-1
科研人员研究压强对催化剂活性的影响:在1 073 K时,将恒定组成的CO2、CH4混合气体,以恒定流速通过反应器,测得数据变化如图所示:
下列各项不正确的是 (　　)
A.ΔH1=+247.1 kJ·mol-1
B.其他条件相同时,压强越大,Ra降低越快,其主要原因是反应①平衡逆向移动
C.保持其他条件不变,适当增大时,可减缓Ra的衰减
D.研究表明“通入适量O2有利于重整反应”,因为O2能与C反应并放出热量
4.一定条件下,在0.5 L的恒容密闭容器中进行反应:Cl2(g)+CO(g) COCl2(g),反应过程中的有关数据见表:
时间/min n(Cl2)/mol n(CO)/mol n(COCl2)/mol
0 1.2 1 0
2 0.8
6 0.1
8 0.3
下列说法正确的是 (　　)
A.反应在前2 min内,用CO表示的化学反应速率为0.4 mol·L-1·s-1
B.该温度下,该反应的平衡常数为30
C.保持其他条件不变,升高温度,平衡时c(COCl2)=1.5 mol·L-1,则反应的ΔH<0
D.若保持其他条件不变,8 min时再充入1.2 mol Cl2和1.0 mol CO气体,再次平衡时,COCl2的体积分数小于原平衡COCl2的体积分数
5.将CO2转化为碳基燃料,可有效减少碳排放。CO2和H2在催化剂作用下,可实现二氧化碳甲烷化。可能发生反应:
ⅰ.CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)　ΔH1
ⅱ.CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)　ΔH2=+41.2 kJ·mol-1
ⅲ.CO(g)+3H2(g) H2O(g)+CH4(g)　ΔH3=-206.1 kJ·mol-1
(1)利用不同催化剂,在一定温度和相同反应时间内,测得产物的生成速率与催化剂的关系如图1所示,有利于制甲烷的催化剂是　　　　　　　　。
图1
图2
(2)不同条件下,按照n(CO2)∶n(H2)=1∶4投料,发生上述反应,CO2的平衡转化率与温度的关系如图2。升高温度,反应ⅰ的化学平衡常数　　　　(填“增大”或“减小”);p1、p2、p3由大到小的顺序是　　　　。压强为p1的条件下,温度高于600 ℃,随着温度升高CO2的平衡转化率增大的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)①在某温度下,向恒容密闭容器中充入7 mol CO2和12 mol H2,初始压强为19 kPa,反应经10 min达到平衡,此时气体的总物质的量为17 mol,p(CO)=3 kPa,则v(CH4)=　　　　kPa/min,该温度下反应ⅱ的化学平衡常数K=　　　　。
②若保持温度不变压缩容器的体积,CH4的物质的量　　　　(填“增大”“减小”或“不变”),反应ⅰ的平衡将　　　　(填“正向”“逆向”或“不”)移动。
答案与分层梯度式解析
易混易错练
1.A 2.B 3.C 4.B
1.A　恒温恒容,充入H2,H2浓度增大,v(正)增大,平衡右移,A正确;恒温恒容,充入He,反应体系中各组分浓度都不变,v(正)、v(逆)不变,平衡不移动,B错误;缩小容器容积,反应体系中各组分浓度均增大,v(正)、v(逆)都增大,C错误;升温,v(正)、v(逆)均增大,正反应放热,所以平衡左移,D错误。
易错分析
　　本题考查影响反应速率和化学平衡的因素;注意向恒容容器通入稀有气体,由于反应体系中各组分浓度不变,反应速率不变,平衡不移动;恒压条件下通入稀有气体,容器容积变大,反应体系中各气体浓度减小,相当于减压。
2.B　t4时正、逆反应速率均增大,且t4~t5平衡逆向移动,该反应为放热反应,引起变化的原因可能是升高温度,A正确;二氧化碳为生成物,二氧化碳含量最高的时间段是t3~t4,B错误;t2~t3平衡正向移动,t2时刻v(正)突变,v(逆)不变,引起变化的原因可能是增加反应物浓度,C正确;t6时刻反应速率增大,平衡不移动,引起变化的原因可能是加入催化剂,D正确。
3.C　由题图可知,E点对应温度下,2 L容器中M的浓度约为0.7 mol·L-1,6 L容器中M的浓度约为0.37 mol·L-1,将容器的容积由6 L压缩至2 L,M的浓度不是3倍关系,因此,平衡逆移,所以a0,F点所处温度高于E点,所以E点的平衡常数小于F点的平衡常数,C正确、D错误。
易错分析
　　误认为化学平衡正向移动,反应物的转化率一定增大而错选。通过改变外界条件使化学平衡正向移动,反应物的转化率不一定增大,如气体反应物有两种及两种以上,增大其中一种气体的浓度,可增大其他气态反应物的转化率,而自身的转化率降低。
4.B　从虚线可知,随温度升高NO平衡转化率逐渐降低,说明平衡逆向移动,则NO与O2生成NO2的反应为放热反应,ΔH<0,A项错误;X点未达到平衡,延长时间反应继续向右进行,NO转化率增大,B项正确;Y点为平衡点,增大O2浓度,平衡正向移动,可以提高NO转化率,C项错误;该反应的平衡常数表达式为K=,因该温度下NO转化率为50%,则K=>=2 000,D项错误。
思想方法练
1.D 2.C 3.B 4.C
1.D　在该密闭容器中存在:2NO2(g) N2O4(g),当将活塞由Ⅰ处拉到Ⅱ处时,气体浓度减小,混合气体颜色变浅,由于气体浓度减小,化学平衡向逆反应方向移动,使n(NO2)有所增大,但根据勒夏特列原理可知平衡移动只能减弱这种改变而不能抵消,所以管内混合气体的颜色比最初的颜色浅,A错误;若将活塞控制在Ⅱ处,将注射器放入热水中,注射器中混合气体的颜色变深,说明升高温度,平衡逆向移动,2NO2(g) N2O4(g)反应的正反应为放热反应,即ΔH<0,B错误;将活塞从Ⅰ处拉到Ⅱ处时体系压强减小,C错误;将活塞从Ⅱ处推回Ⅰ处过程中由于体积缩小,注射器中混合气体的颜色先变深,后由于平衡正向移动,颜色又稍微变浅,D正确。
方法点津
　　根据平衡移动原理,如果改变影响平衡的一个因素,平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。平衡移动的结果是“减弱”外界条件的影响,而不是“消除”外界条件的影响,更不是“扭转”外界条件的影响。例如本题A项,将活塞从Ⅰ处拉到Ⅱ 处时,混合气体的体积增大,压强减小,物质的量浓度减小,使化学平衡向逆反应方向移动,n(NO2)有所增加,但c(NO2)比“改变条件”之前要小一些。
2.C　将图示信息与外界因素对化学反应速率、化学平衡的影响结合分析。
方法点津
　　①从化学反应速率的变化趋势分析外界条件的变化;②从化学反应速率改变后正反应速率、逆反应速率的相对大小,判断化学平衡的移动方向。最后结合化学平衡移动原理,对相关问题进行准确判断。
3.B　根据盖斯定律,得①=②-③,则ΔH1=ΔH2-ΔH3=+247.1 kJ·mol-1,A正确;其他条件相同时,压强越大,Ra降低越快,说明催化剂活性降低越快,由“积碳是导致催化剂失活的主要原因”可知,压强越大,积碳越多,其主要原因是反应③的正反应为气体体积减小的反应,加压平衡正向移动,使得积碳增多,B错误;保持其他条件不变,适当增大时,CO2浓度增大,使反应③平衡逆向移动,可减少积碳,减缓Ra的衰减,C正确;通入适量O2,O2能与C反应并放出大量的热,可减少积碳,减缓Ra的衰减,同时反应放热使得反应①正向移动,有利于重整反应,D正确。
4.C　前2 min内Δc(Cl2)= mol·L-1=0.8 mol·L-1,根据化学方程式中化学计量数关系,可知前2 min内Δc(CO)也为0.8 mol·L-1,则用CO表示的化学反应速率v(CO)==0.4 mol·L-1·min-1,A错误;根据表格数据可知,前6 min内Δn(CO)=0.9 mol,则反应消耗0.9 mol Cl2,即6 min时反应处于平衡状态,此时c(Cl2)==0.6 mol·L-1,c(CO)==0.2 mol·L-1,c(COCl2)==1.8 mol·L-1,该温度下,平衡常数K===15,B错误;平衡时c(COCl2)=1.8 mol·L-1,若升高温度,再平衡时c(COCl2)=1.5 mol·L-1<1.8 mol·L-1,则平衡逆向移动,正反应是放热反应,反应的ΔH<0,C正确;保持其他条件不变,8 min时再充入1.2 mol Cl2和1.0 mol CO气体,与开始时加入气体的量相同,相当于增大体系压强,平衡正向移动,再次平衡时,COCl2的体积分数大于原平衡COCl2的体积分数,D错误。
5.答案　(1)Pt@h-BN3
(2)减小　p3>p2>p1　CO2平衡转化率为反应ⅰ和反应ⅱ的CO2平衡转化率之和,ⅰ为放热反应,ⅱ为吸热反应,温度高于600 ℃,CO2平衡转化率主要取决于反应ⅱ
(3)①0.1　1　②增大　正向
解析　(1)由题可知,其合成目标产物是CH4,则CH4生成速率越大,副产物CO生成速率越小的催化剂越好,根据题图1可判断 Pt@h-BN3较适宜。
(2)根据盖斯定律ⅰ=ⅱ+ⅲ得CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)　ΔH1=+41.2 kJ·mol-1-206.1 kJ·mol-1=-164.9 kJ·mol-1,反应ⅰ正反应放热,升高温度,化学平衡常数减小;其他条件不变,增大压强,反应ⅰ正向移动,CO2的平衡转化率增大,所以p1、p2、p3由大到小的顺序是p3>p2>p1。CO2平衡转化率为反应ⅰ和反应ⅱ的CO2平衡转化率之和,ⅰ为放热反应,ⅱ为吸热反应,温度高于600 ℃,CO2平衡转化率主要取决于反应ⅱ,所以温度高于600 ℃,随着温度的升高,CO2的平衡转化率增大。
(3)①恒温恒容时,压强之比等于物质的量之比,则平衡时气体总压强为=17 kPa,从而推出n(CO)=3 mol,设10 min内,反应ⅰ中消耗的n(CO2)为x mol,反应ⅱ中消耗的n(CO2)为y mol,反应ⅲ中消耗的n(CO)为z mol,列三段式如下:
反应ⅰ CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)　Δn
1 4 1 2 2
开始/mol 7 12 0 0
变化/mol x 4x x 2x 2x
反应ⅱ CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)
开始/mol 7 12 0 0
变化/mol y y y y
反应ⅲ CO(g)+3H2(g) H2O(g)+CH4(g)　Δn
1 3 1 1 2
开始/mol y 12 0 0
变化/mol z 3z z z 2z
因气体总量减少2 mol,则2x+2z=2,甲烷的平衡量为(x+z) mol=1 mol;由碳元素守恒,剩余的CO2的物质的量为(7-1-3) mol=3 mol,则有7-x-y=3,x+y=4;n(H2O)=(2x+y+z) mol=[(x+y)+(x+z)] mol=(4+1) mol=5 mol;n(H2)=[12-(4x+y+3z)] mol=[12-3(x+z)+(x+y)] mol=(12-3-4) mol=5 mol。
所以v(CH4)==0.1 kPa/min;平衡时容器中n(CO)=3 mol、n(H2)=5 mol、n(CO2)=3 mol、n(H2O)=5 mol,设容器的容积为V L,则该温度下反应ⅱ的化学平衡常数K= =1。②若保持温度不变,压缩容器的体积,反应ⅰ、ⅲ均正向移动,CH4的物质的量增大。
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