第2章 化学反应的方向、限度与速率 测评卷-《精讲精练》26版高中同步新教材化学鲁科版（2019）选必修1

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密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线 密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线
密 封 线 内 不 要 答 题
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姓名 班级 考号
密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线 密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线
密 封 线 内 不 要 答 题
)
第2章　化学反应的方向、限度与速率
注意事项
1.全卷满分100分。考试用时90分钟。
2.可能用到的相对原子质量:H 1　C 12　N 14　O 16　Na 23　Zn 65。
一、选择题(本题共10小题,每小题2分,共20分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的)
1.下列对于化学反应方向的说法正确的是 (　　)
A.一定温度下,反应2NaCl(s) 2Na(s)+Cl2(g)的ΔH<0,ΔS>0
B.反应2H2O(l) 2H2(g)+O2(g)　ΔH>0,则该反应在低温下能自发进行
C.常温下反应2Na2SO3(s)+O2(g) 2Na2SO4(s)能自发进行,则ΔH<0
D.反应2Mg(s)+CO2(g) C(s)+2MgO(s)在一定条件下能自发进行,则该反应的ΔH>0
2.下列事实中,不能应用化学平衡移动原理来解释的是 (　　)
a.对NO2加压后,气体颜色先变深后变浅
b.700 K比室温更有利于合成氨反应
c.开启啤酒瓶后,瓶中马上泛起大量泡沫
d.对于反应2HI(g) H2(g)+I2(g)达平衡后,缩小容器容积可使体系颜色变深
e.可用浓氨水和NaOH固体快速制氨气
f.加入催化剂,加快氮气和氢气转化为氨气的速率
A.abe　　B.abd　　C.bde　　D.bdf
3.某温度下,一反应平衡常数K=。恒容时该反应达到平衡后,升高温度,H2浓度减小。下列说法正确的是 (　　)
A.升温,逆反应速率减小　　B.加压(减小反应容器容积),H2浓度减小
C.增加H2,K减小　　D.该反应的正反应是吸热反应
4.已知某反应体系中只有CO2、CO、H2O、H24种物质,化学反应的平衡常数表达式为K=,不同温度下该反应的平衡常数如下表所示。
T/℃ 700 800 830 1 000 1 200
K 1.67 1.11 1.00 0.60 0.38
某温度下,若平衡浓度符合关系式,则此时的温度为 (　　)
A.800 ℃　　B.830 ℃　　C.1 000 ℃　　D.1 200 ℃
5.一定条件下,对于可逆反应X(g)+3Y(g) 2Z(g),若X、Y、Z的起始浓度分别为c1、c2、c3(均不为零),达到平衡时,X、Y、Z的浓度分别为0.1 mol·L-1、0.3 mol·L-1、0.08 mol·L-1,则下列判断不合理的是 (　　)
A.c1∶c2=1∶3
B.X、Y的转化率相等
C.平衡时,Y和Z的生成速率之比为2∶3
D.c1的取值范围为06.一定条件下,合成乙烯的反应为6H2(g)+2CO2(g) C2H4(g)+4H2O(g)。已知温度对CO2的平衡转化率和催化剂催化效率的影响如图所示,下列说法正确的是 (　　)
A.该反应的逆反应为放热反应
B.生成乙烯的速率:v(N)一定大于v(M)
C.增大压强,平衡正向移动,平衡常数K增大
D.当温度高于250 ℃,升高温度,催化剂的催化效率降低
7.NO和O2转化为NO2的反应机理如下:
①2NO(g) N2O2(g)(快反应)　ΔH1<0,平衡常数为K1
②N2O2(g)+O2(g) 2NO2(g)(慢反应)　ΔH2<0,平衡常数为K2
下列说法正确的是 (　　)
A.反应①是总反应2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)的决速步骤
B.2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)的平衡常数K=
C.2NO2(g) 2NO(g)+O2(g)　ΔH=-(ΔH1+ΔH2)
D.反应过程中的能量变化可用下图表示
8.在一恒温体积可变的密闭容器中发生反应:A(g)+B(g) 2C(g)　ΔH<0,t1时刻达到平衡后,在t2时刻改变条件,其反应过程如图所示。下列说法正确的是 (　　)
A.Ⅰ、Ⅱ两过程达平衡时,无法确定Ⅰ、Ⅱ中A的物质的量哪个多
B.0~t2时,v正>v逆
C.t2时刻改变的条件可能是使用催化剂
D.t2时刻改变的条件可能是升高温度
9.在一定温度下的可逆反应X(g) 2Y(g)　ΔH>0,v正=k正c(X),v逆=k逆c2(Y),若该温度下的平衡常数K=10 mol/L,下列说法错误的是 (　　)
A.该温度下k正与k逆的数值之比为10
B.升高温度,k正增大的倍数大于k逆增大的倍数
C.使用高效催化剂可以提高Y的平衡产率
D.恒压条件下,向平衡体系中充入惰性气体He,X的转化率增大
10.已知反应:2NO2(红棕色) N2O4(无色)　ΔH<0。将一定量的NO2充入注射器中后封口,如图是在拉伸和压缩注射器的过程中气体透光率随时间的变化(气体颜色越深,透光率越小)。下列说法正确的是 (　　)
A.b点的操作是拉伸注射器
B.d点:v(正)>v(逆)
C.c点与a点相比,c(NO2)增大,c(N2O4)减小
D.若不忽略体系温度变化,且没有能量损失,则T(c)>T(d)
二、选择题(本题共5小题,每小题4分,共20分。每小题有一个或两个选项符合题意,全部选对得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
11.反应S2(aq)+3I-(aq) 2S(aq)+(aq)　ΔH<0的速率方程可表示为v=k·cm(S2)·cn(I-),其中k为速率常数,常温下,实验测得反应的数据如下:
实验编号 c(S2)/(mol·L-1) c(I-)/(mol·L-1) v/(mol·L-1·min-1)
① 1.0×10-4 1.0×10-2 6.5×10-7
② 2.0×10-4 1.0×10-2 1.3×10-6
③ 4.0×10-4 1.0×10-2 2.6×10-6
④ 2.0×10-4 2.0×10-2 2.6×10-6
下列说法错误的是 (　　)
A.m=1,n=3　　　　B.k=0.65 L·mol-1·min-1
C.增大压强,该反应速率不变　　　　D.升高温度,速率常数k增大
12.如图所示,隔板Ⅰ固定不动,活塞Ⅱ可自由移动,M、N两个容器中均发生反应:A(g)+3B(g) 2C(g)　ΔH=-192 kJ· mol-1。向M、N中,分别通入x mol A和y mol B的混合气体,初始M、N容积相同,保持温度不变。下列说法正确的是 (　　)
A.若平衡时A气体在两容器中的体积分数相等,则x一定等于y
B.若x∶y=1∶2,则平衡时M中的转化率:A>B
C.若x∶y=1∶3,当M中放出热量172.8 kJ时,A的转化率为90%
D.若x=1.4,y=1,N中达到平衡时容积为2 L,C为0.4 mol,则反应起始时N的容积为2.6 L
13.可逆反应aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(s)　ΔH=Q kJ·mol-1,反应过程中,当其他条件不变时,物质C的质量(m)与温度(T)、反应时间(t),反应速率(v)与压强(p)的关系如图所示。据图分析,以下说法正确的是 (　　)
A.T10
B.增大压强,B的转化率减小
C.若混合气体的密度不再变化,则该反应达到平衡状态
D.a+b>c+d
14.三氯氢硅(SiHCl3)是制备硅烷、多晶硅的重要原料,2SiHCl3(g) SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)的反应速率v=v正-v逆=k正·x2(SiHCl3)-k逆·x(SiH2Cl2)·x(SiCl4),k正、k逆分别为正、逆反应速率常数,x为物质的量分数。采用大孔弱碱性阴离子交换树脂作催化剂,在323 K和343 K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。下列说法错误的是 (　　)
A.该反应的正反应活化能小于逆反应活化能
B.a、b处反应速率大小:va>vb
C.温度一定时,使用更优质的催化剂可使k正、k逆增大,k正与k逆的比值增大
D.343 K时反应的平衡常数K=
15.在3个初始温度均为T ℃的密闭容器中发生反应:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)(正反应放热)。下列说法正确的是 (　　)
容器 编号 容器类型 初始 容积/L 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 1.0 2 1 0 1.6
Ⅱ 绝热恒容 1.0 2 1 0 a
Ⅲ 恒温恒压 0.5 0 0 1 b
A.a<1.6
B.b>0.8
C.平衡时v正(SO2):v(Ⅰ)D.若起始时向容器Ⅰ中充入1.0 mol SO2(g)、0.20 mol O2(g)和4.0 mol SO3(g),则反应将向正反应方向进行
三、非选择题(本题共5小题,共60分)
16.(10分)在容积为2.0 L的恒容密闭容器中,通入一定量的N2O4,发生反应:N2O4(g) 2NO2(g)　ΔH>0。100 ℃时,各物质浓度随时间变化如图所示。
(1)0~60 s内,v(N2O4)=　　　　。
(2)下列叙述中,能说明该反应达到化学平衡状态的是　　　(填字母)。
A.NO2的生成速率是N2O4的生成速率的2倍
B.单位时间内消耗a mol N2O4,同时生成2a mol NO2
C.容器内的压强不再变化
D.容器内混合气体的密度不变
(3)欲提高N2O4的平衡转化率,理论上可以采取的措施为　　　　。
A.增大压强(缩小容器体积)　　　　B.升高温度
C.加入催化剂　　　　D.恒温恒压条件下充入Ar
(4)100 ℃时,在容器中按初始浓度c(N2O4)=0.10 mol/L、c(NO2)=0.10 mol/L投料,反应　　　　进行(填“正向”或“逆向”)。
17.(14分)根据下列实验设计,回答问题。
(1)利用实验Ⅰ探究锌与0.1 mol/L硫酸溶液和2 mol/L硫酸溶液反应的速率,可以测定收集一定体积氢气所用的时间。此方法需要控制的变量有(写出1项):　　　　 　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
Ⅰ
(2)实验Ⅱ的目的是探究浓度对化学平衡的影响。
已知:Cr2(橙色)+H2O 2Cr(黄色)+2H+,推测D试管中实验现象为　　　　　　　　　,用平衡移动原理解释原因:　　　　 　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
Ⅱ
Ⅲ
(3)实验Ⅲ的目的是探究浓度对反应速率的影响,实验中反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,推测该实验设计　　　(填“能”或“不能”)达到实验目的,判断理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
18.(8分)在汽车排气系统中安装三元催化转化器,可发生下列反应:2NO(g)+2CO(g) 2CO2(g)+N2(g)。
(1)①假设在密闭容器中发生上述反应,达到平衡时,下列措施能增大NO转化率的是　　　　(填字母)。
A.选用更有效的催化剂　　　　B.加入N2
C.加入CO　　　　D.缩小容器的容积
②在某恒容密闭容器中通入等物质的量的CO和NO。在不同温度(T)下发生上述反应时,c(CO)随时间(t)的变化曲线如图1所示。若平衡后,对该反应体系升温,未达到新平衡之前,v正　　　v逆(填“>”“<”或“=”);若温度为T1,平衡时CO和CO2的物质的量之比为　　　　。
(2)已知:v正=k1·c2(NO)·c2(CO),v逆=k2·c(N2)·c2(CO2)(k1、k2为速率常数)。速率常数随温度变化如图2所示,其中曲线x表示　　　　(填“正”或“逆”)反应的速率常数。
图1　　　图2
19.(14分)甲醇是一种可再生能源,具有广阔的开发和应用前景。
(1)利用工业废气中的CO2可制取甲醇,其反应为CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH<0。为探究用CO2生产燃料甲醇的反应原理,进行如下实验:在恒温条件下,向一容积为1 L的密闭容器中,充入1 mol CO2和3 mol H2,进行上述反应。测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化的曲线如图1所示。从反应开始到平衡状态,v(H2)=　　　　　　　;该温度下的平衡常数K=　　　　　　,能使平衡体系中增大的措施有　　　　　　　(任写一条)。
图1
(2)工业上利用甲醇制备氢气的常用方法有两种。
①甲醇部分氧化法。在一定温度下以Ag/CeO2-ZnO为催化剂时,原料气比例对反应的选择性(选择性越大,表示生成的该物质越多)影响关系如图2所示。
图2
则当=0.25时,CH3OH与O2发生的主要反应的化学方程式为2CH3OH+O2　　　　+　　　　,在制备H2时最好控制=　　　　。
②甲醇蒸气重整法。主要反应为CH3OH(g) CO(g)+2H2(g)。设在容积为2.0 L的密闭容器中充入0.60 mol CH3OH(g),体系压强为p1,在一定条件下达到平衡状态时,体系压强为p2,且=2.2,则该条件下CH3OH(g)的平衡转化率为　　　　。
20.(14分)氢气是一种清洁能源,氢气的制取与储存是氢能源利用领域的研究热点。
(1)已知:CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)　ΔH=+206.2 kJ/mol
CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g)　ΔH=+247.4 kJ/mol
以甲烷为原料制取氢气是工业上常用的制氢方法。CH4(g)与H2O(g)反应生成CO2(g)和H2(g)的热化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)工业上可用H2和CO2制备甲醇,其反应的化学方程式为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所示:
时间/h 1 2 3 4 5 6
0.90 0.85 0.83 0.81 0.80 0.80
①用H2表示的前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300 ℃、8 MPa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(2)中反应,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Kp=　　　　(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)的关系。
①该反应的ΔH　　　　0(填“>”或“<”)。
②曲线c表示的物质为　　　　(填化学式)。
答案与解析
1.C 2.D 3.D 4.C 5.C 6.D 7.C 8.A
9.C 10.D 11.A 12.A 13.C 14.AC 15.AC
1.C　A项,该反应是分解反应,为吸热反应,ΔH>0,错误;B项,该反应的ΔS>0,ΔH>0,ΔG=ΔH-TΔS<0时反应可自发进行,可知该反应在高温下才能自发进行,错误;C项,该反应的ΔS<0,由常温下反应可自发进行知常温下ΔG=ΔH-TΔS<0,ΔH<0,正确;该反应的ΔS<0,由ΔG=ΔH-TΔS<0时反应可自发进行可知,ΔH<0,D错误。
2.D　合成氨反应是放热反应,从平衡移动角度考虑,700 K与室温相比不利于提高氨的平衡转化率,但700 K时催化剂的活性大,可以加快反应速率,提高平衡前单位时间内反应物的转化率;对于反应2HI(g) H2(g)+I2(g),达平衡后,缩小容器容积,平衡不发生移动,但c(I2)增大,所以体系颜色变深;加入催化剂,平衡不发生移动,但可加快氮气和氢气转化为氨气的速率;b、d、f不能应用化学平衡移动原理来解释,故选D。
3.D　由平衡常数的表达式可知,该反应为CO2(g)+H2(g) H2O(g)+CO(g),升高温度,正、逆反应速率均增大,故A错误;该反应为反应前后气体分子数不变的反应,所以加压(减小反应容器容积)平衡不移动,氢气浓度增大,故B错误;增加H2,平衡正向移动,但确定反应的K只与温度有关,温度不变,K不变,故C错误;升高温度,H2浓度减小,则升高温度平衡正向移动,正反应为吸热反应,故D正确。
4.C　由平衡常数表达式可推知反应的化学方程式为CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g),由该温度下平衡浓度的关系式为可知,反应的平衡常数K==0.60,所以由表格数据可知,反应温度为1000 ℃,C正确。
5.C　设X转化的浓度为x,列出“三段式”:
X(g)　　+　　3Y(g)　 　　2Z(g)
初始 c1　　　 c2　　　　　 c3
转化 x　　　　　 3x　　　　　　 2x
平衡 0.1 mol·L-1 0.3 mol·L-1　 0.08 mol·L-1
则c1∶c2=(x+0.1 mol·L-1)∶(3x+0.3 mol·L-1)=1∶3,A正确;由A项可知,X的转化率为×100%,Y的转化率为×100%,c1∶c2=1∶3,则X、Y的转化率相等,B正确;平衡时,正、逆反应速率相等,则Y和Z的生成速率之比为3∶2,C错误;由极端假设法可得06.D　升高温度,二氧化碳的平衡转化率减小,说明升高温度平衡向逆反应方向移动,则正反应为放热反应,逆反应为吸热反应,A错误;温度越高化学反应速率越大,催化剂的催化效率越高化学反应速率越大,根据题图可知,M点催化剂的催化效率大于N点,但M点温度小于N点,则v(M)不一定小于v(N),B错误;确定反应的化学平衡常数只与温度有关,温度不变,化学平衡常数不变,C错误;根据题图可知,温度高于250 ℃,升高温度,催化剂的催化效率降低,D正确。
7.C　慢反应是总反应的决速步骤,A错误;2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)可由反应①+反应②得到,故平衡常数K=K1K2,B错误;由盖斯定律可知2NO2(g) 2NO(g)+O2(g)　ΔH=-(ΔH1+ΔH2),C正确;反应过程中的能量变化应体现出两步反应均是生成物能量低于反应物能量,且第二步反应活化能高于第一步,D错误。
8.A　t2时刻改变条件再达到新平衡时,正、逆反应速率与原平衡相等,说明和原平衡等效,若t2时刻改变的条件是加入C,Ⅰ、Ⅱ两过程达平衡时,A的物质的量:Ⅰ<Ⅱ;若t2时刻改变的条件是缩小容器体积(随反应进行又恢复到原体积),Ⅰ、Ⅱ两过程达平衡时,A的物质的量:Ⅰ=Ⅱ,A正确。0~t1时反应正向进行,即v正>v逆,t1~t2时,反应达到平衡状态,即v正=v逆,B错误。若t2时刻使用催化剂,则最终达到平衡时的正、逆反应速率比原平衡大,若t2时刻升高温度,则最终达到平衡时的正、逆反应速率比原平衡大,C错误,D错误。
9.C　达到平衡时v正=v逆,k正c(X)=k逆c2(Y),得出=K=10 mol/L,得出k正与k逆的数值之比为10,A正确;该反应是吸热反应,升高温度平衡正向移动,故k正增大的倍数大于k逆增大的倍数,B正确;催化剂不能使化学平衡移动,不能提高Y的平衡产率,C错误;恒压下,向平衡体系中充入惰性气体,容器体积增大,相当于减压,平衡正向移动,X的转化率增大,D正确。
10.D　b点时,透光率突然下降,说明c(NO2)突然增大,则操作是压缩注射器,A错误;d点,平衡逆向移动,v(正)T(d),D正确。
11.A　将实验①、②数据代入速率方程,联立计算可得m=1,将实验②、④数据代入速率方程,联立计算可得n=1,故A错误;将实验①数据带入速率方程,则k==0.65 L·mol-1·min-1,B正确;该反应没有气体参与,故改变压强,反应速率不变,C正确;升高温度,速率常数k增大,D正确。
12.A　设平衡时M中消耗了a mol A,N中消耗了b mol A,有,0　　　　　　 A(g)　+　3B(g) 2C(g)
起始量(mol) 1.4 1 0
转化量(mol) 0.2 0.6 0.4
平衡量(mol) 1.2 0.4 0.4
所以反应起始时N的容积为×2 L=2.4 L,D错误。
13.C　根据“先拐先平数值大”可知,T2>T1,温度越高,平衡时物质C的质量(m)越小,故此反应的正反应为放热反应,Q<0,A项错误;由题图分析压强和反应速率的关系可知,增大压强,平衡正向移动,则该反应的正反应为气体物质的量减小的反应,增大压强,B的转化率增大,B项错误;由于D是固体,所以反应过程中气体质量是变量,混合气体的密度不再变化即达到平衡状态,C项正确;该反应的正反应为气体物质的量减小的反应,则a+b>c,但a+b与c+d的大小无法判断,D项错误。
14.AC　温度越高化学反应速率越快,达到平衡时所用时间越短,所以点a所在的曲线对应的温度为343 K,点b所在的曲线对应的温度为323 K,据此分析。由题图可知,升高温度,平衡正向移动,则正反应为吸热反应,吸热反应的正反应活化能大于逆反应活化能,A项错误;a点温度高于b点,a、b两点对应的SiHCl3转化率相同,即xa(SiHCl3)=xb(SiHCl3),xa(SiH2Cl2)=xb(SiH2Cl2)、xa(SiCl4)=xb(SiCl4),温度越高,速率常数k正、k逆也越大,则温度越高反应速率越快,故va>vb,B项正确;催化剂能加快反应速率,但不影响平衡移动,温度一定时,使用更优质的催化剂可使k正、k逆增大,但k正与k逆的比值不变,C项错误;343 K时SiHCl3的平衡转化率为22%,设SiHCl3的起始浓度为c mol/L,则:
　　　　　　　　　　2SiHCl3(g) SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)
初始浓度/(mol/L) c 0 0
转化浓度/(mol/L) 0.22c 0.11c 0.11c
平衡浓度/(mol/L) 0.78c 0.11c 0.11c
平衡常数K=,D项正确。
15.AC　容器Ⅰ与容器Ⅱ初始投料相同,容器Ⅱ为绝热恒容容器,该反应为放热反应,随着反应的进行容器Ⅱ中温度升高,平衡时相当于对容器Ⅰ升高温度,平衡向逆反应方向移动,则平衡时SO3的物质的量比容器Ⅰ小,即a<1.6,故A正确;对于容器Ⅰ中,反应开始时n(SO2)=2 mol,n(O2)=1 mol,平衡时n(SO3)=1.6 mol,若容器Ⅲ中反应是在恒温恒容下进行,初始投料是容器Ⅰ的一半,容器的容积也是容器Ⅰ的一半,则二者为等效平衡,平衡时SO3的物质的量是0.8 mol,但由于该反应的正反应是反应前后气体分子数减小的反应,容器Ⅲ中从逆反应方向进行,反应在恒温恒压下进行,相当于在容器Ⅰ平衡的基础上减小压强,压强减小化学平衡逆向移动,因此容器Ⅲ中反应达到平衡时SO3的物质的量小于0.8 mol,即b<0.8,故B错误;容器Ⅱ为绝热恒容容器,随着反应的进行容器内温度升高,升高温度反应速率加快,则平衡时v正(SO2):v(Ⅰ)　　　　　　　　　　2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)
起始浓度/(mol/L) 2 1 0
变化浓度/(mol/L) 1.6 0.8 1.6
平衡浓度/(mol/L) 0.4 0.2 1.6
平衡常数K= (mol/L)-1=80 (mol/L)-1,若起始时向容器Ⅰ中充入1.0 mol SO2(g)、0.20 mol O2(g)和4.0 mol SO3(g),浓度商Q= (mol/L)-1=80 (mol/L)-1=K,反应处于平衡状态,故D错误。
16.答案　(除标注外,每空2分)(1)0.001 mol/(L·s)　(2)AC　(3)BD　(4)正向(4分)
解析　(1)由题图可知,0~60 s内N2O4浓度的变化量为0.06 mol/L,v(N2O4)==0.001 mol/(L·s)。
(2)NO2的生成速率和N2O4的生成速率分别表示正、逆反应速率,其比值等于对应物质的化学计量数之比,该反应达到平衡状态,A正确;单位时间内消耗a mol N2O4,同时生成2a mol NO2,反应不一定达到平衡状态,B错误;该反应反应前后气体物质的量不相等,恒温恒容条件下,容器内的压强是个变量,当容器内的压强不再变化说明该反应达到平衡状态,C正确;该反应在恒容容器内发生,气体总质量和体积一直不变,容器内混合气体的密度不变,不一定达到化学平衡状态,D错误。
(3)增大压强(缩小容器体积),平衡逆向移动,N2O4的平衡转化率减小,A错误;该反应的正反应是吸热反应,升高温度,平衡正向移动,N2O4的平衡转化率增大,B正确;加入催化剂只能加快反应速率,不能提高平衡转化率,C错误;恒温恒压条件下充入Ar,容器体积增大,相当于减压,平衡正向移动,N2O4的平衡转化率增大,D正确。
(4)100 ℃,在容积为2.0 L的恒容密闭容器中充入0.10 mol/L N2O4,达平衡时N2O4的浓度为0.04 mol/L,列“三段式”如下:
　　　　　　　　　N2O4(g) 2NO2(g)
起始浓度(mol/L) 0.1 0
转化浓度(mol/L) 0.06 0.12
平衡浓度(mol/L) 0.04 0.12
则平衡常数K==0.36 mol/L;
若100 ℃时,在容器中按初始浓度c(N2O4)=0.10 mol/L、c(NO2)=0.10 mol/L投料,浓度商Q==0.1 mol/L17.答案　(除标注外,每空2分)(1)温度(合理即可)　(2)溶液由橙色变为黄色　加入NaOH溶液,使c(H+)减小,平衡右移,c(Cr)增大(4分)　(3)2Mn+5H2C2O4+6H+ 2Mn2++8H2O+10CO2↑　不能　草酸的量太少,不足以使KMnO4酸性溶液褪色
解析　(1)测定收集一定体积氢气所用的时间,需要保证反应温度、锌粒大小等都相同。
(2)在D试管中加入NaOH溶液,使c(H+)减小,平衡右移,c(Cr)增大,所以实验现象为溶液由橙色变为黄色。
(3)酸性KMnO4溶液和H2C2O4溶液反应的离子方程式为2Mn+5H2C2O4+6H+ 2Mn2++8H2O+10CO2↑;草酸的量太少,不足以使KMnO4酸性溶液褪色,所以实验Ⅲ探究浓度对反应速率影响的设计不合理。
18.答案　(每空2分)(1)①CD　②<　1∶4　(2)逆
解析　(1)①A项,选用更有效的催化剂,化学反应速率加快,但平衡不移动,NO的转化率不变;B项,加入N2,平衡向逆反应方向移动,NO的转化率减小;C项,加入CO,平衡向正反应方向移动,NO的转化率增大;D项,该反应是气体分子数减小的反应,缩小容器的容积,压强增大,平衡向正反应方向移动,NO的转化率增大。②由图1可知,温度为T1时,反应先达到平衡,所以反应温度T1大于T2,升高温度,CO的平衡浓度增大,说明升温平衡向逆反应方向移动,该反应为放热反应,若平衡后,对该反应体系升温,平衡向逆反应方向移动,则未达到新平衡之前,逆反应速率大于正反应速率;由图1可知,温度为T1的条件下反应达到平衡时,一氧化碳的浓度为0.4 mol·L-1,由碳原子守恒可知,二氧化碳的浓度为(2-0.4) mol·L-1=1.6 mol·L-1,此时CO和CO2的物质的量浓度之比为0.4 mol·L-1∶1.6 mol·L-1=1∶4,故平衡时CO和CO2的物质的量之比为1∶4。
(2)该反应为放热反应,升高温度,正、逆反应速率常数都增大,但逆反应的速率常数增大程度大于正反应的,所以x表示逆反应的速率常数。
19.答案　(每空2分)(1)0.225 mol·L-1·min-1　 (mol·L-1)-2　降低温度[增大压强、增大H2的量或将H2O(g)从体系中分离等]　(2)①2HCHO　2H2O　0.5　②60%
解析　(1)反应CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH<0,从反应开始到平衡状态,v(CH3OH)==0.075 mol·L-1·min-1,v(H2)=3v(CH3OH)=0.225 mol·L-1·min-1;列出三段式:
　　　　　　　　　　　CO2(g)+3H2(g) H2O(g)+CH3OH(g)
起始浓度/(mol·L-1) 1 3 0 0
转化浓度/(mol·L-1) 0.75 2.25 0.75 0.75
平衡浓度/(mol·L-1) 0.25 0.75 0.75 0.75
该温度下的平衡常数K= (mol·L-1)-2= (mol·L-1)-2;若使平衡体系中增大,应使平衡向正反应方向移动,可以采用降温、加压、增大氢气的量、将H2O(g)从体系中分离等措施。
(2)①由题图2可知,当=0.25时,CH3OH与O2发生的主要反应为甲醇催化氧化生成甲醛,化学方程式为2CH3OH+O22HCHO+2H2O,在制备H2时最好控制=0.5,此时氢气的选择性最大。②设在容积为2.0 L的密闭容器中充入0.60 mol CH3OH(g),体系压强为p1,在一定条件下达到平衡状态时,体系压强为p2,且=2.2,令平衡时生成x mol CO,列出三段式:
　　　　　　　　　CH3OH(g) CO(g)+2H2(g)
起始/mol 0.60 0 0
转化/mol x x 2x
平衡/mol 0.60-x x 2x
=2.2,x=0.36,则该条件下CH3OH(g)的平衡转化率为×100%=60%。
20.答案　(除标注外,每空2分)(1)CH4(g)+2H2O(g) CO2(g)+4H2(g)　ΔH=+165.0 kJ/mol(3分)
(2)①0.225 mol·L-1·h-1　②40%　
(3)(MPa)-2(3分)
(4)①<　②C2H4
解析　(1)已知:①CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)　ΔH=+206.2 kJ/mol,②CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g)　ΔH=+247.4 kJ/mol;根据盖斯定律,①×2-②得CH4(g)+2H2O(g) CO2(g)+4H2(g)　ΔH=+165.0 kJ/mol。
(2)①恒温恒容时,气体压强之比等于其物质的量之比,2 h时=0.85,设消耗CO2的物质的量为x mol。
　　　　　CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)
起始/mol 1　　　　 3 0　　　 0
转化/mol x　　　 3x x x
2 h时/mol 1-x 3-3x x x
则有=0.85,解得x=0.3,故前2 h的平均反应速率v(H2)==0.225 mol·L-1·h-1。②该温度下,反应进行5 h时处于平衡状态,此时=0.80,设消耗CO2的物质的量为y mol,则有=0.80,解得y=0.4,故CO2的平衡转化率为×100%=40%。
(3)设开始时投入CO2和H2的物质的量分别为1 mol、3 mol,CO2的平衡转化率为50%,则有:
CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)
起始/mol　　 1　　　　 3　　　　　 0　　　　 0
转化/mol　　 0.5　　　 1.5　　　　 0.5　　　 0.5
平衡/mol　　 0.5　　　 1.5　　　　 0.5　　　 0.5
平衡时p(CO2)=8 MPa× MPa,p(H2)=8 MPa×=4 MPa,p(CH3OH)=8 MPa× MPa,p(H2O)=8 MPa× MPa,Kp=(MPa)-2。
(4)①由题图可知,随温度升高,n(H2)增大,说明升高温度平衡逆向移动,则正反应为放热反应,ΔH<0。②由题图可知,随温度升高,n(H2)增大,因H2为反应物,则另一条n增大的曲线a代表CO2,C2H4、H2O都是生成物,随温度升高,平衡逆向移动,二者的物质的量逐渐减小,由化学计量数关系可知曲线b代表H2O,曲线c代表C2H4。