第2课时 化学反应的限度 化学反应条件的控制
新知探究(一)——化学反应的限度
1.可逆反应
(1)定义
在同一条件下正反应方向和逆反应方向均能进行的化学反应。书写可逆反应的化学方程式时,不用“”,用“”。
(2)特征
双向性 反应物生成物
双同性 正、逆反应是在 下同时进行的
共存性 反应物和生成物 存在,任一反应物的转化率 100%
[微思考] 2H2+O22H2O与2H2O2H2↑+O2↑互为可逆反应吗
2.化学平衡
(1)化学平衡的建立
在一定条件下,向反应容器中加入N2和H2发生反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)。
项目 浓度 速率变化 v正、v逆关系
开始 反应物浓度最大 v正最大 v正 v逆
生成物浓度为0 v逆为0
变化 反应物浓度减小 v正减小 v正 v逆
生成物浓度增大 v逆增大
平衡 反应物浓度不变 v正不变 v正 v逆
生成物浓度不变 v逆不变
化学平衡建立过程中的速率—时间(v t)图像如图所示。
(2)化学平衡和限度
化学 平衡状态 在一定条件下, 反应进行到一定程度时, 和 相等,反应物的浓度和生成物的浓度都不再改变,达到一种表面静止的状态,简称化学平衡
化学反应 的限度 化学平衡状态是可逆反应在一定条件下所能达到的或完成的
3.化学平衡的特征
逆 化学平衡研究的对象是可逆反应
等 达到化学平衡状态时,正反应速率和逆反应速率相等
动 化学平衡是一种表面静止状态,反应并未停止,是一种动态平衡
定 达到化学平衡状态后,各组分浓度保持不变,不随时间变化而变化
变 外界条件发生改变时,原平衡状态可能被打破,再在新条件下建立新的平衡状态
[题点多维训练]
1.在某密闭容器中发生可逆反应Cl2(g)+PCl3(g)PCl5(g),达到平衡后通入37Cl2,再次达到平衡时37Cl存在于 ( )
A.Cl2中 B.Cl2、PCl3中
C.PCl5中 D.PCl5、Cl2、PCl3中
2.(1)恒容密闭容器中的可逆反应2NO2(g)2NO(g)+O2(g),单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO,能否说明该反应已达到平衡状态 若混合气体的颜色不再改变呢 能否说明 请说明理由。
(2)2HI(g)H2(g)+I2(g)在温度和体积一定时,容器内压强不再变化。能否说明该反应已达到平衡状态,请说明理由。
3.在紫外线的作用下,氧气可生成臭氧:3O2(g)2O3(g)。在一恒容密闭容器中发生该反应,能说明该反应达到平衡状态的是 ( )
A.单位时间内生成2 mol O3,同时消耗3 mol O2
B.O2的消耗速率为0.2 mol·L-1·s-1,O3的消耗速率为0.3 mol·L-1·s-1
C.气体的平均相对分子质量不再改变
D.气体密度不再改变
4.(2024·湖北黄冈高一期中)在一密闭容器中进行反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),已知反应过程中某一时刻SO2、O2、SO3的浓度分别为0.4 mol·L-1、0.2 mol·L-1、0.4 mol·L-1,当反应达到平衡时,可能存在的数据是 ( )
A.SO2为0.6 mol·L-1,O2为0.4 mol·L-1
B.SO2为0.6 mol·L-1
C.SO2、SO3均为0.3 mol·L-1
D.SO3为0.8 mol·L-1
5.在2 L密闭容器内,800 ℃时反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)体系中,n(NO)随时间的变化如表:
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)上述反应 (填“是”或“不是”)可逆反应,在第5 s时,NO的转化率为 。
(2)如图中表示NO2变化曲线的是 。用O2表示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.容器内密度保持不变
|归纳拓展|平衡状态的判断依据
直接判断依据 v正=v逆 同一物质 生成速率等于消耗速率
不同物质 化学反应速率之比等于化学计量数之比,且表示不同方向(即“一正一逆”)
间接判断依据 某些 物理量 各组成成分的质量、物质的量、分子数、物质的量浓度保持不变
各组成成分的质量分数、物质的量分数、气体的体积分数保持不变
[注意] 利用某些物理量不变作判据时,要用建立平衡的过程中“变化”的物理量不变作判据。
新知探究(二)——化学反应条件的控制
1.条件控制的意义
(1)促进有利反应
(2)抑制有害反应
2.条件控制在工业合成氨中的应用
(1)化学理论:
低温、高压时有利于提高氨的产率。
(2)工业实际:
温度 温度低,氨的产率高,反应速率小,达到化学平衡所需时间长,生产成本高,工业上通常选择在400~500 ℃下进行
压强 压强越大,氨的产率越高,对动力和生产设备的要求也越高,采用的压强通常为10 MPa~30 MPa
3.提高燃料燃烧效率的条件调控
(1)煤燃烧时,将煤块粉碎成煤粉目的是增大其与空气中O2的接触面积,煤粉燃烧更充分,反应更快;通入适当过量的空气的目的是使煤充分燃烧,放出更多能量;若空气不足,会造成的结果为燃烧不完全,生成有毒气体CO,造成污染且热量产生少。
(2)选择保温隔热且耐热的炉(灶)膛材料的主要目的是防止热量散失。
(3)充分利用煤燃烧后的废气中的热量可采取的措施是将燃烧后的废气通过热交换装置,供其他使用。
[微点拨] 反应条件调控的措施
①改变化学反应速率:改变反应体系的温度、物质的浓度、气体的压强、固体的表面积以及催化剂的合理使用等。
②改变可逆反应进行的限度:改变可逆反应体系的温度、物质的浓度、气体的压强等。
[题点多维训练]
1.正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)将肉类食品进行低温冷藏,能使其永远不会腐败变质。 ( )
(2)并不是所有化工生产都必须使用催化剂。 ( )
(3)夏天面粉的发酵速率与冬天面粉的发酵速率相差不大。 ( )
(4)茶叶使用真空包装,能显著延长茶叶的储存时间。 ( )
(5)工业合成氨的条件是高温低压和使用催化剂。 ( )
2. 以下是2SO2+O22SO3在不同条件下达到平衡状态时SO2的转化率。
温度/℃ 压强/MPa
0.1 0.5 1 10
400 99.2% 99.6% 99.7% 99.9%
500 93.5% 96.9% 97.8% 99.3%
600 73.7% 85.8% 89.5% 96.4%
从以上数据分析,要实现SO2转化率为93.5%,需控制的反应条件是 ,
不使用高压的原因是 。
3.下列措施可以提高燃料燃烧效率的是 ( )
①提高燃料的着火点 ②降低燃料的着火点
③将固体燃料粉碎 ④将液体燃料雾化
⑤将煤气化处理⑥通入适当过量的空气
A.①③④⑤ B.②③⑤⑥
C.③④⑤⑥ D.①②③④
4.下图所示为工业合成氨的流程图。下列有关生产条件的调控作用分析正确的是 (填序号)。
(1)步骤①中“净化”可以防止杂质与催化剂作用,降低其活性
(2)步骤②中“加压”可以加快反应速率
(3)步骤②采用的压强是2×107 Pa,因为在该压强下铁触媒的活性最大
(4)步骤③选择高效催化剂是合成氨反应的重要条件
(5)目前,步骤③一般选择控制反应温度为700 ℃左右
(6)步骤④⑤有利于提高原料的利用率,能节约生产成本
命题热点——反应速率与平衡的基本图像分析
[典例] 在2.0 L恒温恒容密闭容器中充入1.0 mol HCl和0.3 mol O2,加入催化剂发生反应:4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g),HCl、O2的物质的量随时间的变化曲线如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.t2时,v正=v逆
B.t3时已处于平衡状态,升高温度平衡状态不会发生改变
C.0~t3时间内v(HCl)= mol·L-1·min-1
D.t3时,容器中c(Cl2)=c(H2O)=0.4 mol·L-1
听课记录:
|思维建模|反应速率与平衡图像分析思路
[题点多维训练]
1.一定温度下,在2 L的密闭容器中,X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示。下列描述正确的是 ( )
A.t min时该反应达到化学平衡状态
B.反应开始到10 min,用X表示的反应速率为0.079 mol·L-1·min-1
C.反应开始到10 min时,Y的转化率为79%
D.反应的化学方程式为X(g)+2Y(g)3Z(g)
2.一定温度下,在容积为1 L的密闭容器中进行某一反应,容器内M、N两种气体的物质的量随时间的变化曲线如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.该反应的化学方程式为N(g)2M(g)
B.t1~t2时间内,v(N)= mol·L-1·min-1
C.t2时,正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态
D.平衡时,物质N的转化率为75%
第2课时 化学反应的限度 化学反应条件的控制
新知探究(一)
1.(2)同一条件 同时 小于
[微思考]
提示:不是。两个化学反应的条件不同。
2.(1)> > = (2)可逆 正反应速率 逆反应速率 最大程度
[题点多维训练]
1.选D 当反应达到平衡后,向容器中通入37Cl2,化学平衡正向移动,反应产生的PCl5中含有37Cl,该反应是可逆反应,含有37Cl的PCl5会部分分解产生Cl2、PCl3,因此Cl2、PCl3中也存在37Cl,则最终反应再次达到平衡时37Cl存在于PCl5、Cl2、PCl3中。
2.(1)单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO,其中描述的都是正反应方向的速率,不能说明反应是否处于平衡状态。混合气体的颜色不变,即c(NO2)保持不变,说明反应处于平衡状态。
(2)不能。在该反应中,反应前后的气体的总物质的量不变,反应无论是否达到化学平衡,反应容器内压强都不随时间变化。
3.选C A项,生成O3和消耗O2均是正反应方向,不能说明反应达到平衡状态;B项,消耗O2是正反应方向,消耗O3是逆反应方向,且两者速率之比不等于化学计量数之比,反应未达到平衡状态;C项,根据反应特点m不变,n是变化的,故M=不再改变,说明n不再变化,说明已达平衡状态;D项,该反应在体积不变的容器中进行时,气体密度为定值,不能说明反应达到平衡状态。
4.选B 根据反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)可知,若SO2浓度为0.6 mol·L-1,则O2、SO3浓度分别为0.3 mol·L-1、0.2 mol·L-1,存在这种可能,故B正确,A错误;根据题干可知,SO2浓度为0.3 mol·L-1时,SO3浓度为0.5 mol·L-1,反之SO3浓度为0.3 mol·L-1时,SO2浓度为0.5 mol·L-1,故C错误;SO3浓度为0.8 mol·L-1时,SO2和O2完全反应,但是该反应为可逆反应,SO2和O2不可能反应完全,故D错误。
5.解析:(1)由表格中数据可知反应进行至3 s时,NO的物质的量保持不变,可说明该反应为可逆反应。反应至5 s时,消耗n(NO)=0.020 mol-0.007 mol=0.013 mol,即NO的转化率=×100%=65%。(2)随着反应不断进行,c(NO2)逐渐增大,达到平衡时消耗0.013 mol NO,即c(NO2)最大值为0.013 mol÷2 L=0.006 5 mol·L-1,即曲线b可表示NO2浓度变化。0~2 s内反应中消耗0.020 mol-0.008 mol=0.012 mol NO,则消耗0.006 mol O2,v(O2)==1.5×10-3 mol·L-1·s-1。(3)未指明反应进行的方向,无法判断是否达到平衡,a错误;反应前后体积不同,当压强保持不变时,达到平衡状态,b正确;NO和O2的速率符合化学计量数关系且方向不同,达到平衡状态,c正确;容器内密度始终保持不变,不能判断是否达到平衡状态,d错误。
答案:(1)是 65%
(2)b 1.5×10-3 mol·L-1·s-1 (3)bc
新知探究(二)
1.(1)× (2)√ (3)× (4)√ (5)×
2.500 ℃、0.1 MPa 高压条件要求设备强度高,成本增大,且转化率增大的不大
3.选C 着火点是物质本身的属性,不能提高也不能降低。
4.(1)(2)(4)(6)
命题热点
[典例] 选C 从图像知,t3时反应物的物质的量不再变化,为平衡状态,v正=v逆。t2不是平衡状态,v正≠v逆,A项错误;升高温度,平衡状态发生改变,B项错误;0~t3时间内v(HCl)==mol·L-1·min-1,C项正确;t3时c(Cl2)=c(H2O)==0.2 mol·L-1,D项错误。
[题点多维训练]
1.选C t min时v正≠v逆,A错误;由图像知,v(X)==0.039 5 mol·L-1·min-1,B错误;由图像知,X、Y为反应物,Z为生成物,即X∶Y∶Z=1∶1∶2,则化学方程式为X(g)+Y(g)2Z(g),D错误。
2.选D 达到平衡时N减少8 mol-2 mol=6 mol,M增加5 mol-2 mol=3 mol,根据变化量之比是化学计量数之比可知该反应的化学方程式为2N(g)M(g),A错误;t1~t2时间内N减少6 mol-4 mol=2 mol,浓度是2 mol·L-1,则v(N)= mol·L-1·min-1,B错误;t2时M和N的物质的量仍然在变化,正、逆反应速率不相等,反应没有达到平衡状态,C错误;达到平衡时N减少8 mol-2 mol=6 mol,则平衡时,物质N的转化率为×100%=75%,D正确。(共83张PPT)
第2课时 化学反应的限度
化学反应条件的控制
目录
新知探究(一)——化学反应的限度
新知探究(二)——化学反应条件的控制
课时跟踪检测
命题热点——反应速率与平衡的基本图像分析
新知探究(一)
化学反应的限度
1.可逆反应
(1)定义
在同一条件下正反应方向和逆反应方向均能进行的化学反应。书写可逆反应的化学方程式时,不用“===”,用“ ”。
(2)特征
[微思考] 2H2+O2 2H2O与2H2O 2H2↑+O2↑互为可逆反应吗
提示:不是。两个化学反应的条件不同。
双向性 反应物 生成物
双同性 正、逆反应是在 下同时进行的
共存性 反应物和生成物 存在,任一反应物的转化率 100%
同一条件
同时
小于
2.化学平衡
(1)化学平衡的建立
在一定条件下,向反应容器中加入N2和H2发生反应:N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)。
项目 浓度 速率变化 v正、v逆关系
开始 反应物浓度最大 v正最大 v正 v逆
生成物浓度为0 v逆为0
>
变化 反应物浓度减小 v正减小 v正 v逆
生成物浓度增大 v逆增大
平衡 反应物浓度不变 v正不变 v正 v逆
生成物浓度不变 v逆不变
续表
>
=
化学平衡建立过程中的速率—时间(v t)图像如图所示。
(2)化学平衡和限度
化学 平衡状态 在一定条件下, 反应进行到一定程度时, 和 ___________相等,反应物的浓度和生成物的浓度都不再改变,达到一种表面静止的状态,简称化学平衡
化学反应 的限度 化学平衡状态是可逆反应在一定条件下所能达到的或完成的
_________
可逆
正反应速率
逆反应速率
最大程度
3.化学平衡的特征
逆 化学平衡研究的对象是可逆反应
等 达到化学平衡状态时,正反应速率和逆反应速率相等
动 化学平衡是一种表面静止状态,反应并未停止,是一种动态平衡
定 达到化学平衡状态后,各组分浓度保持不变,不随时间变化而变化
变 外界条件发生改变时,原平衡状态可能被打破,再在新条件下建立新的平衡状态
1.在某密闭容器中发生可逆反应Cl2(g)+PCl3(g) PCl5(g),达到平衡后通入37Cl2,再次达到平衡时37Cl存在于( )
A.Cl2中 B.Cl2、PCl3中
C.PCl5中 D.PCl5、Cl2、PCl3中
[题点多维训练]
√
解析:当反应达到平衡后,向容器中通入37Cl2,化学平衡正向移动,反应产生的PCl5中含有37Cl,该反应是可逆反应,含有37Cl的PCl5会部分分解产生Cl2、PCl3,因此Cl2、PCl3中也存在37Cl,则最终反应再次达到平衡时37Cl存在于PCl5、Cl2、PCl3中。
2.(1)恒容密闭容器中的可逆反应2NO2(g) 2NO(g)+O2(g),单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO,能否说明该反应已达到平衡状态 若混合气体的颜色不再改变呢 能否说明 请说明理由。
答案:单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO,其中描述的都是正反应方向的速率,不能说明反应是否处于平衡状态。混合气体的颜色不变,即c(NO2)保持不变,说明反应处于平衡状态。
(2)2HI(g) H2(g)+I2(g)在温度和体积一定时,容器内压强不再变化。能否说明该反应已达到平衡状态,请说明理由。
答案:不能。在该反应中,反应前后的气体的总物质的量不变,反应无论是否达到化学平衡,反应容器内压强都不随时间变化。
3.在紫外线的作用下,氧气可生成臭氧:3O2(g) 2O3(g)。在一恒容密闭容器中发生该反应,能说明该反应达到平衡状态的是( )
A.单位时间内生成2 mol O3,同时消耗3 mol O2
B.O2的消耗速率为0.2 mol·L-1·s-1,O3的消耗速率为0.3 mol·L-1·s-1
C.气体的平均相对分子质量不再改变
D.气体密度不再改变
√
解析:A项,生成O3和消耗O2均是正反应方向,不能说明反应达到平衡状态;B项,消耗O2是正反应方向,消耗O3是逆反应方向,且两者速率之比不等于化学计量数之比,反应未达到平衡状态;C项,根据反应特点m不变,n是变化的,故M=不再改变,说明n不再变化,说明已达平衡状态;D项,该反应在体积不变的容器中进行时,气体密度为定值,不能说明反应达到平衡状态。
4.(2024·湖北黄冈高一期中)在一密闭容器中进行反应:
2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g),已知反应过程中某一时刻SO2、O2、SO3的浓度分别为0.4 mol·L-1、0.2 mol·L-1、0.4 mol·L-1,当反应达到平衡时,可能存在的数据是( )
A.SO2为0.6 mol·L-1,O2为0.4 mol·L-1
B.SO2为0.6 mol·L-1
C.SO2、SO3均为0.3 mol·L-1
D.SO3为0.8 mol·L-1
√
解析:根据反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)可知,若SO2浓度为0.6 mol·L-1,则O2、SO3浓度分别为0.3 mol·L-1、0.2 mol·L-1,存在这种可能,故B正确,A错误;根据题干可知,SO2浓度为0.3 mol·L-1时,SO3浓度为0.5 mol·L-1,反之SO3浓度为0.3 mol·L-1时,SO2浓度为0.5 mol·L-1,故C错误;SO3浓度为0.8 mol·L-1时,SO2和O2完全反应,但是该反应为可逆反应,SO2和O2不可能反应完全,故D错误。
5.在2 L密闭容器内,800 ℃时反应2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)体系中,
n(NO)随时间的变化如表:
(1)上述反应 (填“是”或“不是”)可逆反应,在第5 s时,NO的转化率为 。
时间/s 0 1 2 3 4 5
n(NO)/mol 0.020 0.010 0.008 0.007 0.007 0.007
是
65%
解析:由表格中数据可知反应进行至3 s时,NO的物质的量保持不变,可说明该反应为可逆反应。反应至5 s时,消耗n(NO)=0.020 mol-0.007 mol=0.013 mol,即NO的转化率=×100%=65%。
(2)如图中表示NO2变化曲线的是 。用O2表示0~2 s内该反应的平均速率v =
。
解析:随着反应不断进行,c(NO2)逐渐增大,达到平衡时消耗0.013 mol NO,即c(NO2)最大值为0.013 mol÷2 L=0.006 5 mol·L-1,即曲线b可表示NO2浓度变化。0~2 s内反应中消耗0.020 mol-0.008 mol=0.012 mol NO,则消耗0.006 mol O2,v(O2)==1.5×10-3 mol·L-1·s-1。
b
1.5×10-3 mol·L-1·s-1
(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.容器内密度保持不变
解析:未指明反应进行的方向,无法判断是否达到平衡,a错误;反应前后体积不同,当压强保持不变时,达到平衡状态,b正确;NO和O2的速率符合化学计量数关系且方向不同,达到平衡状态,c正确;容器内密度始终保持不变,不能判断是否达到平衡状态,d错误。
bc
|归纳拓展|平衡状态的判断依据
直接判断依据 v正=v逆 同一物质 生成速率等于消耗速率
不同物质 化学反应速率之比等于化学计量数之比,且表示不同方向(即“一正一逆”)
间接判断依据 某些 物理量 各组成成分的质量、物质的量、分子数、物质的量浓度保持不变
各组成成分的质量分数、物质的量分数、气体的体积分数保持不变
[注意] 利用某些物理量不变作判据时,要用建立平衡的过程中“变化”的物理量不变作判据。
新知探究(二)
化学反应条件的控制
1.条件控制的意义
(1)促进有利反应
(2)抑制有害反应
2.条件控制在工业合成氨中的应用
(1)化学理论:
低温、高压时有利于提高氨的产率。
(2)工业实际:
温度 温度低,氨的产率高,反应速率小,达到化学平衡所需时间长,生产成本高,工业上通常选择在400~500 ℃下进行
压强 压强越大,氨的产率越高,对动力和生产设备的要求也越高,采用的压强通常为10 MPa~30 MPa
3.提高燃料燃烧效率的条件调控
(1)煤燃烧时,将煤块粉碎成煤粉目的是增大其与空气中O2的接触面积,煤粉燃烧更充分,反应更快;通入适当过量的空气的目的是使煤充分燃烧,放出更多能量;若空气不足,会造成的结果为燃烧不完全,生成有毒气体CO,造成污染且热量产生少。
(2)选择保温隔热且耐热的炉(灶)膛材料的主要目的是防止热量散失。
(3)充分利用煤燃烧后的废气中的热量可采取的措施是将燃烧后的废气通过热交换装置,供其他使用。
[微点拨] 反应条件调控的措施
①改变化学反应速率:改变反应体系的温度、物质的浓度、气体的压强、固体的表面积以及催化剂的合理使用等。
②改变可逆反应进行的限度:改变可逆反应体系的温度、物质的浓度、气体的压强等。
1.正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)将肉类食品进行低温冷藏,能使其永远不会腐败变质。( )
(2)并不是所有化工生产都必须使用催化剂。( )
(3)夏天面粉的发酵速率与冬天面粉的发酵速率相差不大。( )
(4)茶叶使用真空包装,能显著延长茶叶的储存时间。( )
(5)工业合成氨的条件是高温低压和使用催化剂。( )
[题点多维训练]
×
√
×
√
×
2. 以下是2SO2+O2 2SO3在不同条件下达到平衡状态时SO2的转化率。
温度/℃ 压强/MPa
0.1 0.5 1 10
400 99.2% 99.6% 99.7% 99.9%
500 93.5% 96.9% 97.8% 99.3%
600 73.7% 85.8% 89.5% 96.4%
从以上数据分析,要实现SO2转化率为93.5%,需控制的反应条件是 ,不使用高压的原因是______________________
。
500 ℃、0.1 MPa
高压条件要求设备强
度高,成本增大,且转化率增大的不大
√
3.下列措施可以提高燃料燃烧效率的是 ( )
①提高燃料的着火点 ②降低燃料的着火点 ③将固体燃料粉碎
④将液体燃料雾化 ⑤将煤气化处理 ⑥通入适当过量的空气
A.①③④⑤ B.②③⑤⑥
C.③④⑤⑥ D.①②③④
解析:着火点是物质本身的属性,不能提高也不能降低。
4.下图所示为工业合成氨的流程图。下列有关生产条件的调控作用分析正确的是 (填序号)。
(1)步骤①中“净化”可以防止杂质与催化剂作用,降低其活性
(2)步骤②中“加压”可以加快反应速率
(1)(2)(4)(6)
(3)步骤②采用的压强是2×107 Pa,因为在该压强下铁触媒的活性最大
(4)步骤③选择高效催化剂是合成氨反应的重要条件
(5)目前,步骤③一般选择控制反应温度为700 ℃左右
(6)步骤④⑤有利于提高原料的利用率,能节约生产成本
命题热点
反应速率与平衡的基本图像分析
[典例] 在2.0 L恒温恒容密闭容器中充入1.0 mol HCl和0.3 mol O2,加入催化剂发生反应:4HCl(g)+O2(g) 2Cl2(g)+2H2O(g),HCl、O2的物质的量随时间的变化曲线如图所示。下列说法正确的是( )
A.t2时,v正=v逆
B.t3时已处于平衡状态,升高温度平衡状态不会发生改变
C.0~t3时间内v(HCl)= mol·L-1·min-1
D.t3时,容器中c(Cl2)=c(H2O)=0.4 mol·L-1
√
[解析] 从图像知,t3时反应物的物质的量不再变化,为平衡状态,v正=v逆。t2不是平衡状态,v正≠v逆,A项错误;升高温度,平衡状态发生改变,B项错误;0~t3时间内v(HCl)==mol·L-1·min-1,C项正确;t3时c(Cl2)=c(H2O)==0.2 mol·L-1,D项错误。
|思维建模|反应速率与平衡图像分析思路
1.一定温度下,在2 L的密闭容器中,X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示。下列描述正确的是 ( )
[题点多维训练]
A.t min时该反应达到化学平衡状态
B.反应开始到10 min,用X表示的反应速率为0.079 mol·L-1·min-1
C.反应开始到10 min时,Y的转化率为79%
D.反应的化学方程式为X(g)+2Y(g) 3Z(g)
解析:t min时v正≠v逆,A错误;由图像知,v(X)==0.039 5 mol·L-1·min-1,B错误;由图像知,X、Y为反应物,Z为生成物,即X∶Y∶Z=1∶1∶2,则化学方程式为X(g)+Y(g) 2Z(g),D错误。
√
2.一定温度下,在容积为1 L的密闭容器中进行某一反应,容器内M、N两种气体的物质的量随时间的变化曲线如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.该反应的化学方程式为N(g) 2M(g)
B.t1~t2时间内,v(N)= mol·L-1·min-1
C.t2时,正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态
D.平衡时,物质N的转化率为75%
√
解析:达到平衡时N减少8 mol-2 mol=6 mol,M增加5 mol-2 mol=
3 mol,根据变化量之比是化学计量数之比可知该反应的化学方程式为2N(g) M(g),A错误;t1~t2时间内N减少6 mol-4 mol=2 mol,浓度是2 mol·L-1,则v(N)= mol·L-1·min-1,B错误;t2时M和N的物质的量仍然在变化,正、逆反应速率不相等,反应没有达到平衡状态,C错误;达到平衡时N减少8 mol-2 mol=6 mol,则平衡时,物质N的转化率为×
100%=75%,D正确。
课时跟踪检测
(选择题每小题3分,本检测满分50分)
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1.化学反应条件的控制具有重要的现实意义。下列选项中,反应条件的控制不恰当的是 ( )
A.为防止铁生锈,在其表面涂一层防锈油漆
B.为防止火灾,在面粉厂、加油站等场所要严禁烟火
C.为加快KClO3的分解速率而加入MnO2
D.降温可加快H2O2的分解速率
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2.(2024·丽江月考)下列不属于可逆反应的是 ( )
A.二氧化硫与氧气反应生成三氧化硫
B.N2与H2在一定条件下可以生成NH3,同时NH3又可分解为N2和H2
C.电解水生成H2和O2,氢气和氧气转化为H2O
D.SO2溶于水和H2SO3分解
解析:反应条件不同,不是可逆反应。
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3.(2024·太原期中)在一定条件下,某可逆反应X2+Y2 2XY的正反应速率和逆反应速率随时间变化的曲线如图所示。下列有关说法正确的是( )
A.t1时刻,反应逆向进行
B.t2时刻,反应停止进行
C.t3时刻,反应已达该条件下的限度
D.t1~t2时刻,反应物的量逐渐增多
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解析: t1时刻,正反应速率大于逆反应速率,反应正向进行,A项错误;t2时刻,反应达到平衡状态,正、逆反应速率相等且不为0,反应没有停止,B项错误;t3时刻,反应已达到平衡状态,即达到了该条件下的限度,C项正确;t1~t2时刻,反应正向进行,反应物的量逐渐减少,D项错误。
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4.为了探究FeCl3溶液和KI溶液的反应是否为可逆反应,向5 mL 0.1 mol·L-1KI溶液中滴加5~6滴0.1 mol·L-1FeCl3溶液,充分反应。下列实验操作能说明该反应是可逆反应的是 ( )
A.再滴加AgNO3溶液,有黄色沉淀产生
B.再加入CCl4振荡后,下层液体显紫红色
C.再加入CCl4振荡后,取上层清液,滴加AgNO3溶液,有白色沉淀产生
D.再加入CCl4振荡后,取上层清液,滴加KSCN溶液,溶液呈血红色
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解析:根据2I-+2Fe3+===I2+2Fe2+和I-、Fe3+的量分析,Fe3+少量,若反应后Fe3+仍存在,说明上述反应可逆。
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5.(2024·河南卫辉调研)已知SO2和O2反应生成4 mol SO3时放出的热量为Q kJ,那么2 mol SO2和1 mol O2在一有催化剂的密闭容器中发生反应时,放出的热量为 ( )
A.大于Q kJ B.等于Q kJ
C.小于0.5Q kJ D.无法确定
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解析:由于SO2和O2反应生成4 mol SO3时放出的热量为Q kJ,所以生成1 mol SO3时放出的热量为Q kJ,假定2 mol SO2和1 mol O2反应生成SO3,根据化学方程式2SO2+O2 2SO3可知,能生成2 mol SO3,放出的热量为2×Q kJ=Q kJ。由于该反应是可逆反应,2 mol SO2和1 mol O2不能完全反应,所以放出的热量小于Q kJ。
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6.(2024·北京西城区高一期中)工业上可利用CO和H2合成二甲醚:3CO(g)+3H2(g) CH3OCH3(g)+CO2(g)。一定温度下,在恒容、密闭容器中发生上述反应,当反应达到化学平衡状态时,下列说法正确的是( )
A.正、逆反应速率相等且等于零
B.CO、H2、CH3OCH3、CO2的浓度不再变化
C.CO和H2全部转化为CH3OCH3和CO2
D.CO、H2、CH3OCH3、CO2的浓度一定相等
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解析:化学平衡是一种动态平衡,则当反应达到化学平衡状态时,正、逆反应速率相等且不等于零,故A错误;当CO、H2、CH3OCH3、CO2的浓度不再变化时,说明该反应已达到化学平衡状态,故B正确;该反应是可逆反应,反应物不能完全转化为生成物,则当反应达到化学平衡时,CO和H2不能完全转化为CH3OCH3和CO2,故C错误;当反应达到化学平衡状态,只能说明各组分浓度不再改变,不能说明CO、H2、CH3OCH3、CO2的浓度一定相等,故D错误。
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7.一定温度下,已知反应N2O4(g) 2NO2(g)。现将1 mol N2O4充入一恒压密闭容器中,下列示意图正确且能说明反应达到平衡状态的是( )
A.①② B.②③ C.③④ D.①④
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解析:①恒压条件下,反应正向进行,气体体积增大,气体的总质量不变,故密度是变量,其不变反应达到平衡状态;②恒压条件下,压强是恒量,不能作为判断平衡状态的标志;③题给反应充入1 mol N2O4,正反应速率应逐渐减小直到不变,不符合题意;④随反应的进行,N2O4的转化率是变量,其不变说明反应达到平衡状态。
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8.(2024·济南高一期末)在一定温度下的恒容密闭真空容器中,使一定量纯净的NH2COONH4发生反应(固体试样体积忽略不计):
NH2COONH4(s) 2NH3(g)+CO2(g)。下列能说明该反应达到平衡状态的是( )
A.CO2的体积分数不再改变
B.混合气体的密度不再改变
C.混合气体的平均相对分子质量不再改变
D.2v正(NH3)=v逆(CO2)
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解析:混合气体中氨气、二氧化碳物质的量之比为定值2∶1,自反应开始二氧化碳的体积分数就不变,故A错误;该反应是固体的分解反应,且容器体积不变,则密闭容器中混合气体的密度为变量,当混合气体的密度不变时,表明达到平衡状态,故B正确;密闭容器中氨气和二氧化碳的物质的量之比不变,所以混合气体的平均摩尔质量始终不变,无法判断平衡状态,故C错误;v正(NH3)=2v逆(CO2),表示的是正逆反应速率,且满足化学计量数关系,说明达到平衡状态,故D错误。
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9.(2024·桂林高一月考)在2 L的恒容密闭容器中同时进行下列两个可逆反应:
①C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g);
②CO(g)+2H2O(g) CH3OH(g)+O2(g)。
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下列叙述不能说明容器内的反应达到平衡状态的是( )
A.容器内压强不再发生变化
B.容器内气体的密度不再发生变化
C.CH3OH的体积分数不再发生变化
D.单位时间内,消耗的CO与生成的O2的物质的量之比为1∶1
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解析:两边的气体计量数不相等,若容器内压强保持不变,说明达平衡状态,故A错误;在恒容体系中混合气体的密度不变,说明气体的质量不变,正逆反应速率相等,故B错误;CH3OH的体积分数不再发生变化,说明各物质的物质的量不变,反应达到平衡状态,故C错误;化学反应达到平衡时,v正=v逆,消耗CO与生成O2两者都指正反应速率,故D正确。
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10.在容积为1 L的密闭容器中(容积不变)充入1 mol CO2和3 mol H2,一定条件下发生反应:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)。测得CO2(g)和CH3OH(g)的浓度随时间的变化如图所示。下列说法正确的是( )
√
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A.反应进行到3 min时,正反应速率和逆反应速率相等
B.10 min后容器中各物质的浓度不再改变
C.达到平衡状态后,升高温度,正反应速率增大、逆反应速率减小
D.0~3 min内,v正>v逆,3 min后,v正解析:反应进行到3 min时,物质的浓度仍然是变化的,则正反应速率和逆反应速率不相等,A项错误;10 min后反应达到平衡状态,则容器中各物质的浓度不再改变,B项正确;达到平衡状态后,升高温度,正、逆反应速率均增大,C项错误;在反应达到平衡状态前,v正>v逆,D项错误。
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11.在一定条件下,将3 mol A和1 mol B两种气体混合于固定容积为2 L的密闭容器中,发生反应:3A(g)+B(g) xC(g)+2D(g),2 min末该反应达到平衡,生成0.8 mol D,并测定C的浓度为0.2 mol·L-1。下列判断错误的是( )
A.x=1
B.2 min内A的平均反应速率为0.3 mol·L-1·min-1
C.B的转化率为60%
D.若混合气体的压强不变,则表明该反应已达到平衡状态
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解析:根据题中数据结合三段式法可得
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容器容积为2 L,平衡时c(C)=0.2 mol·L-1,则n(C)=0.2 mol·L-1×2 L=0.4 mol,即0.4=0.4x,解得x=1,A项正确;2 min内A的平均反应速率为=0.3 mol·L-1·min-1,B项正确;B的转化率是×100%
=40%,C项错误;反应前后气体的物质的量发生变化,故压强是变化的,当压强不再发生变化时,则表明该反应已达到平衡状态,D项正确。
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12.反应(g) 2NH3(g)在某密闭容器中进行,下列有关说法正确的是( )
A.0~3 s内,v(N2)=0.1 mol·L-1·s-1,则6 s时,生成2.4 mol NH3
B.若该反应在不同条件下进行,相同时间内①v(N2)=0.5 mol·L-1·min-1、
②v(H2)=1.0 mol·L-1·min-1,②的反应速率更快
C.向容器中再充入一定量的H2,N2的消耗速率将增大
D.当v消耗(N2)=3v生成(H2)时,反应达到平衡状态
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解析:题中未给出容器的容积,无法计算生成氨气的物质的量,A项错误;在同一个反应中,用不同物质表示的反应速率之比等于化学计量数之比,则①v(H2)=3v(N2)=1.5 mol·L-1·min-1、②v(H2)=1.0 mol·L-1·min-1,①的反应速率更快,B项错误;向容器中再充入一定量的H2,反应物的浓度增大,则N2的消耗速率将增大,C项正确;3v消耗(N2)=3v生成(N2)=v生成(H2),正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态,D项错误。
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13.一定温度下,在容积为2 L的恒容密闭容器中发生反应X(g)+
2Y(g) 3Z(g)。反应过程中的部分数据如表所示,下列说法正确的是( )
t/min n(X)/mol n(Y)/mol n(Z)/mol
0 2.0 2.4 0
5 0.9
10 1.6
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A.平衡时Y被消耗了20%
B.平衡时c(Z)=0.6 mol·L-1,且不再发生变化
C.0~5 min内,用X表示的平均反应速率为0.09 mol·L-1·min-1
D.若单位时间内生成a mol X的同时消耗3a mol Z,则该反应达到平衡状态
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解析:由题意及所给信息可补全表格:
t/min n(X)/mol n(Y)/mol n(Z)/mol
0 2.0 2.4 0
5 1.7 1.8 0.9
10 1.6 1.6 1.2
15 1.6 1.6 1.2
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10 min时,反应已达到平衡状态,此时Y被消耗了[(2.4 mol-1.6 mol)÷2.4 mol]×100%≈33.3%,A项错误;平衡时c(Z)=1.2 mol÷2 L=0.6 mol·L-1,且不再发生变化,B项正确;0~5 min内,用X表示的平均反应速率为(2.0-1.7)mol÷2 L÷5 min=0.03 mol·L-1·min-1,C项错误;单位时间内生成a mol X和消耗3a mol Z均表示逆反应方向,不能说明反应达到平衡状态,D项错误。
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高阶思维训练(选做题)
14.(2024·黄冈高一期末)在一定温度下,向某恒容密闭容器中充入一定量X(g)和Y(g),二者发生可逆反应生成Z(g),测得各物质的浓度与时间的关系如图所示(已知:净反应速率等于正、逆反应速率之差)。下列说法错误的是( )
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A.a点:正反应速率大于逆反应速率
B.b点:净反应速率等于零
C.上述可逆反应中X(g)、Y(g)、Z(g)的化学计量数之比为3∶1∶2
D.达到平衡时,Y的转化率为60%
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解析:由图分析知,a点反应仍在进行,正反应速率大于逆反应速率,b点达到平衡状态后,正、逆反应速率相等,净反应速率等于零,故A、B项正确;同一反应中,化学反应速率之比等于化学计量数之比,则X(g)、Y(g)、Z(g)的化学计量数之比为0.6∶0.2∶0.4=3∶1∶2,C项正确;达到平衡时Y转化了0.2 mol·L-1,则Y的转化率为40%,D项错误。
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15.(8分)合成氨的反应对人类解决粮食问题贡献巨大,反应为N2(g)
+3H2(g) 2NH3(g)。
(1)一定温度下,向恒容的密闭容器中充入一定量的N2和H2发生反应,测得各组分浓度随时间变化如图所示。
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①表示c(N2)变化的曲线是 (填“A”“B”或“C”)。
解析:C的物质的量浓度增加、A和B的物质的量浓度减小,所以A和B是反应物、C是生成物,物质的量浓度变化值之比等于化学计量数之比,即A、B与C的化学计量数之比为1∶3∶2,则表示c(N2)变化的是曲线A;
A
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②0~t0时用H2表示的化学反应速率:
v(H2)= mol·L-1·min-1。
解析:0~t0时用H2表示的化学反应速率:v(H2)=
== mol·L-1·min-1;
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③下列能说明该反应达到平衡状态的是 (填字母)。
a.容器中的压强不随时间变化
b.2c(H2)=3c(NH3)
c.容器中混合气体的密度不随时间变化
d.断裂3 mol H—H的同时断裂6 mol N—H
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解析:合成氨反应中,气体的物质的量与压强会随着反应的进行而变化,容器内压强不随时间变化,说明气体的物质的量不随时间变化,则说明反应已达平衡,a正确;由图知,平衡时c(H2)=c(NH3),而2c(H2)=
3c(NH3)时,该反应没有达到平衡状态,b错误;恒容密闭容器中,气体密度=,气体质量、容器容积始终不变,故气体密度不变不能说明反应已达到平衡,c错误;断裂3 mol H—H的同时断裂6 mol N—H,即v正(H2)∶v逆(NH3)=3∶2,不同物质的正反应和逆反应速率之比等于化学计量数之比,则说明反应已达平衡,d正确。
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(2)人们曾认为N2+3H2 2NH3化学反应速率小,原料利用率低,不可能用于工业化生产。化学家们不断地研究和改进该反应的条件,如催化剂、温度、压强等,并更新设备,成功地开发了合成氨的生产工艺。下列反应条件的改变对反应速率的影响正确的是 (填字母)。
A.增大N2的浓度能加快反应速率
B.充入稀有气体增大压强能加快反应速率
C.升高温度能减慢反应速率
D.使用催化剂对反应速率无影响
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解析:增大反应物如N2的浓度能加快反应速率,A正确;充入稀有气体增大压强,但是属于无效增压,反应相关各气体的浓度没有改变,故不能加快反应速率,B错误;升高温度能加快反应速率,C错误;使用催化剂,可降低反应的活化能,加快反应速率,D错误。课时跟踪检测(十三) 化学反应的限度 化学反应条件的控制
(选择题每小题3分,本检测满分50分)
1.化学反应条件的控制具有重要的现实意义。下列选项中,反应条件的控制不恰当的是 ( )
A.为防止铁生锈,在其表面涂一层防锈油漆
B.为防止火灾,在面粉厂、加油站等场所要严禁烟火
C.为加快KClO3的分解速率而加入MnO2
D.降温可加快H2O2的分解速率
2.(2024·丽江月考)下列不属于可逆反应的是 ( )
A.二氧化硫与氧气反应生成三氧化硫
B.N2与H2在一定条件下可以生成NH3,同时NH3又可分解为N2和H2
C.电解水生成H2和O2,氢气和氧气转化为H2O
D.SO2溶于水和H2SO3分解
3.(2024·太原期中)在一定条件下,某可逆反应X2+Y22XY的正反应速率和逆反应速率随时间变化的曲线如图所示。下列有关说法正确的是 ( )
A.t1时刻,反应逆向进行
B.t2时刻,反应停止进行
C.t3时刻,反应已达该条件下的限度
D.t1~t2时刻,反应物的量逐渐增多
4.为了探究FeCl3溶液和KI溶液的反应是否为可逆反应,向5 mL 0.1 mol·L-1KI溶液中滴加5~6滴0.1 mol·L-1FeCl3溶液,充分反应。下列实验操作能说明该反应是可逆反应的是 ( )
A.再滴加AgNO3溶液,有黄色沉淀产生
B.再加入CCl4振荡后,下层液体显紫红色
C.再加入CCl4振荡后,取上层清液,滴加AgNO3溶液,有白色沉淀产生
D.再加入CCl4振荡后,取上层清液,滴加KSCN溶液,溶液呈血红色
5.(2024·河南卫辉调研)已知SO2和O2反应生成4 mol SO3时放出的热量为Q kJ,那么2 mol SO2和1 mol O2在一有催化剂的密闭容器中发生反应时,放出的热量为 ( )
A.大于Q kJ B.等于Q kJ
C.小于0.5Q kJ D.无法确定
6.(2024·北京西城区高一期中)工业上可利用CO和H2合成二甲醚:3CO(g)+3H2(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)。一定温度下,在恒容、密闭容器中发生上述反应,当反应达到化学平衡状态时,下列说法正确的是 ( )
A.正、逆反应速率相等且等于零
B.CO、H2、CH3OCH3、CO2的浓度不再变化
C.CO和H2全部转化为CH3OCH3和CO2
D.CO、H2、CH3OCH3、CO2的浓度一定相等
7.一定温度下,已知反应N2O4(g)2NO2(g)。现将1 mol N2O4充入一恒压密闭容器中,下列示意图正确且能说明反应达到平衡状态的是 ( )
A.①② B.②③ C.③④ D.①④
8.(2024·济南高一期末)在一定温度下的恒容密闭真空容器中,使一定量纯净的NH2COONH4发生反应(固体试样体积忽略不计):NH2COONH4(s)2NH3(g)+CO2(g)。下列能说明该反应达到平衡状态的是 ( )
A.CO2的体积分数不再改变
B.混合气体的密度不再改变
C.混合气体的平均相对分子质量不再改变
D.2v正(NH3)=v逆(CO2)
9.(2024·桂林高一月考)在2 L的恒容密闭容器中同时进行下列两个可逆反应:
①C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g);
②CO(g)+2H2O(g)CH3OH(g)+O2(g)。
下列叙述不能说明容器内的反应达到平衡状态的是 ( )
A.容器内压强不再发生变化
B.容器内气体的密度不再发生变化
C.CH3OH的体积分数不再发生变化
D.单位时间内,消耗的CO与生成的O2的物质的量之比为1∶1
10.在容积为1 L的密闭容器中(容积不变)充入1 mol CO2和3 mol H2,一定条件下发生反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)。测得CO2(g)和CH3OH(g)的浓度随时间的变化如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.反应进行到3 min时,正反应速率和逆反应速率相等
B.10 min后容器中各物质的浓度不再改变
C.达到平衡状态后,升高温度,正反应速率增大、逆反应速率减小
D.0~3 min内,v正>v逆,3 min后,v正11.在一定条件下,将3 mol A和1 mol B两种气体混合于固定容积为2 L的密闭容器中,发生反应:3A(g)+B(g)xC(g)+2D(g),2 min末该反应达到平衡,生成0.8 mol D,并测定C的浓度为0.2 mol·L-1。下列判断错误的是 ( )
A.x=1
B.2 min内A的平均反应速率为0.3 mol·L-1·min-1
C.B的转化率为60%
D.若混合气体的压强不变,则表明该反应已达到平衡状态
12.反应(g)2NH3(g)在某密闭容器中进行,下列有关说法正确的是 ( )
A.0~3 s内,v(N2)=0.1 mol·L-1·s-1,则6 s时,生成2.4 mol NH3
B.若该反应在不同条件下进行,相同时间内①v(N2)=0.5 mol·L-1·min-1、②v(H2)=1.0 mol·L-1·min-1,②的反应速率更快
C.向容器中再充入一定量的H2,N2的消耗速率将增大
D.当v消耗(N2)=3v生成(H2)时,反应达到平衡状态
13.一定温度下,在容积为2 L的恒容密闭容器中发生反应X(g)+2Y(g)3Z(g)。反应过程中的部分数据如表所示,下列说法正确的是 ( )
t/min n(X)/mol n(Y)/mol n(Z)/mol
0 2.0 2.4 0
5 0.9
10 1.6
15 1.6
A.平衡时Y被消耗了20%
B.平衡时c(Z)=0.6 mol·L-1,且不再发生变化
C.0~5 min内,用X表示的平均反应速率为0.09 mol·L-1·min-1
D.若单位时间内生成a mol X的同时消耗3a mol Z,则该反应达到平衡状态
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14.(2024·黄冈高一期末)在一定温度下,向某恒容密闭容器中充入一定量X(g)和Y(g),二者发生可逆反应生成Z(g),测得各物质的浓度与时间的关系如图所示(已知:净反应速率等于正、逆反应速率之差)。下列说法错误的是 ( )
A.a点:正反应速率大于逆反应速率
B.b点:净反应速率等于零
C.上述可逆反应中X(g)、Y(g)、Z(g)的化学计量数之比为3∶1∶2
D.达到平衡时,Y的转化率为60%
15.(8分)合成氨的反应对人类解决粮食问题贡献巨大,反应为N2(g)+3H2(g)2NH3(g)。
(1)一定温度下,向恒容的密闭容器中充入一定量的N2和H2发生反应,测得各组分浓度随时间变化如图所示。
①表示c(N2)变化的曲线是 (填“A”“B”或“C”)。
②0~t0时用H2表示的化学反应速率:
v(H2)= mol·L-1·min-1。
③下列能说明该反应达到平衡状态的是 (填字母)。
a.容器中的压强不随时间变化
b.2c(H2)=3c(NH3)
c.容器中混合气体的密度不随时间变化
d.断裂3 mol H—H的同时断裂6 mol N—H
(2)人们曾认为N2+3H22NH3化学反应速率小,原料利用率低,不可能用于工业化生产。化学家们不断地研究和改进该反应的条件,如催化剂、温度、压强等,并更新设备,成功地开发了合成氨的生产工艺。下列反应条件的改变对反应速率的影响正确的是 (填字母)。
A.增大N2的浓度能加快反应速率
B.充入稀有气体增大压强能加快反应速率
C.升高温度能减慢反应速率
D.使用催化剂对反应速率无影响
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1.D
2.选C 反应条件不同,不是可逆反应。
3.选C t1时刻,正反应速率大于逆反应速率,反应正向进行,A项错误;t2时刻,反应达到平衡状态,正、逆反应速率相等且不为0,反应没有停止,B项错误;t3时刻,反应已达到平衡状态,即达到了该条件下的限度,C项正确;t1~t2时刻,反应正向进行,反应物的量逐渐减少,D项错误。
4.选D 根据2I-+2Fe3+I2+2Fe2+和I-、Fe3+的量分析,Fe3+少量,若反应后Fe3+仍存在,说明上述反应可逆。
5.选C 由于SO2和O2反应生成4 mol SO3时放出的热量为Q kJ,所以生成1 mol SO3时放出的热量为Q kJ,假定2 mol SO2和1 mol O2反应生成SO3,根据化学方程式2SO2+O22SO3可知,能生成2 mol SO3,放出的热量为2×Q kJ=Q kJ。由于该反应是可逆反应,2 mol SO2和1 mol O2不能完全反应,所以放出的热量小于Q kJ。
6.选B 化学平衡是一种动态平衡,则当反应达到化学平衡状态时,正、逆反应速率相等且不等于零,故A错误;当CO、H2、CH3OCH3、CO2的浓度不再变化时,说明该反应已达到化学平衡状态,故B正确;该反应是可逆反应,反应物不能完全转化为生成物,则当反应达到化学平衡时,CO和H2不能完全转化为CH3OCH3和CO2,故C错误;当反应达到化学平衡状态,只能说明各组分浓度不再改变,不能说明CO、H2、CH3OCH3、CO2的浓度一定相等,故D错误。
7.选D ①恒压条件下,反应正向进行,气体体积增大,气体的总质量不变,故密度是变量,其不变反应达到平衡状态;②恒压条件下,压强是恒量,不能作为判断平衡状态的标志;③题给反应充入1 mol N2O4,正反应速率应逐渐减小直到不变,不符合题意;④随反应的进行,N2O4的转化率是变量,其不变说明反应达到平衡状态。
8.选B 混合气体中氨气、二氧化碳物质的量之比为定值2∶1,自反应开始二氧化碳的体积分数就不变,故A错误;该反应是固体的分解反应,且容器体积不变,则密闭容器中混合气体的密度为变量,当混合气体的密度不变时,表明达到平衡状态,故B正确;密闭容器中氨气和二氧化碳的物质的量之比不变,所以混合气体的平均摩尔质量始终不变,无法判断平衡状态,故C错误;v正(NH3)=2v逆(CO2),表示的是正逆反应速率,且满足化学计量数关系,说明达到平衡状态,故D错误。
9.选D 两边的气体计量数不相等,若容器内压强保持不变,说明达平衡状态,故A错误;在恒容体系中混合气体的密度不变,说明气体的质量不变,正逆反应速率相等,故B错误;CH3OH的体积分数不再发生变化,说明各物质的物质的量不变,反应达到平衡状态,故C错误;化学反应达到平衡时,v正=v逆,消耗CO与生成O2两者都指正反应速率,故D正确。
10.选B 反应进行到3 min时,物质的浓度仍然是变化的,则正反应速率和逆反应速率不相等,A项错误;10 min后反应达到平衡状态,则容器中各物质的浓度不再改变,B项正确;达到平衡状态后,升高温度,正、逆反应速率均增大,C项错误;在反应达到平衡状态前,v正>v逆,D项错误。
11.选C 根据题中数据结合三段式法可得
容器容积为2 L,平衡时c(C)=0.2 mol·L-1,则n(C)=0.2 mol·L-1×2 L=0.4 mol,即0.4=0.4x,解得x=1,A项正确;2 min内A的平均反应速率为=0.3 mol·L-1·min-1,B项正确;B的转化率是×100%=40%,C项错误;反应前后气体的物质的量发生变化,故压强是变化的,当压强不再发生变化时,则表明该反应已达到平衡状态,D项正确。
12.选C 题中未给出容器的容积,无法计算生成氨气的物质的量,A项错误;在同一个反应中,用不同物质表示的反应速率之比等于化学计量数之比,则①v(H2)=3v(N2)=1.5 mol·L-1·min-1、②v(H2)=1.0 mol·L-1·min-1,①的反应速率更快,B项错误;向容器中再充入一定量的H2,反应物的浓度增大,则N2的消耗速率将增大,C项正确;3v消耗(N2)=3v生成(N2)=v生成(H2),正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态,D项错误。
13.选B 由题意及所给信息可补全表格:
t/min n(X)/mol n(Y)/mol n(Z)/mol
0 2.0 2.4 0
5 1.7 1.8 0.9
10 1.6 1.6 1.2
15 1.6 1.6 1.2
10 min时,反应已达到平衡状态,此时Y被消耗了[(2.4 mol-1.6 mol)÷2.4 mol]×100%≈33.3%,A项错误;平衡时c(Z)=1.2 mol÷2 L=0.6 mol·L-1,且不再发生变化,B项正确;0~5 min内,用X表示的平均反应速率为(2.0-1.7)mol÷2 L÷5 min=0.03 mol·L-1·min-1,C项错误;单位时间内生成a mol X和消耗3a mol Z均表示逆反应方向,不能说明反应达到平衡状态,D项错误。
14.选D 由图分析知,a点反应仍在进行,正反应速率大于逆反应速率,b点达到平衡状态后,正、逆反应速率相等,净反应速率等于零,故A、B项正确;同一反应中,化学反应速率之比等于化学计量数之比,则X(g)、Y(g)、Z(g)的化学计量数之比为0.6∶0.2∶0.4=3∶1∶2,C项正确;达到平衡时Y转化了0.2 mol·L-1,则Y的转化率为40%,D项错误。
15.解析:(1)①C的物质的量浓度增加、A和B的物质的量浓度减小,所以A和B是反应物、C是生成物,物质的量浓度变化值之比等于化学计量数之比,即A、B与C的化学计量数之比为1∶3∶2,则表示c(N2)变化的是曲线A;②0~t0时用H2表示的化学反应速率:v(H2)=== mol·L-1·min-1;③合成氨反应中,气体的物质的量与压强会随着反应的进行而变化,容器内压强不随时间变化,说明气体的物质的量不随时间变化,则说明反应已达平衡,a正确;由图知,平衡时c(H2)=c(NH3),而2c(H2)=3c(NH3)时,该反应没有达到平衡状态,b错误;恒容密闭容器中,气体密度=,气体质量、容器容积始终不变,故气体密度不变不能说明反应已达到平衡,c错误;断裂3 mol H—H的同时断裂6 mol N—H,即v正(H2)∶v逆(NH3)=3∶2,不同物质的正反应和逆反应速率之比等于化学计量数之比,则说明反应已达平衡,d正确。(2)增大反应物如N2的浓度能加快反应速率,A正确;充入稀有气体增大压强,但是属于无效增压,反应相关各气体的浓度没有改变,故不能加快反应速率,B错误;升高温度能加快反应速率,C错误;使用催化剂,可降低反应的活化能,加快反应速率,D错误。
答案:(1)①A ② ③ad (2)A
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