专题2　化学反应速率与化学平衡 综合拔高练习 （含解析）高中化学苏教版（2019）选择性必修一

专题2　化学反应速率与化学平衡 综合拔高练
五年高考练
考点1　化学反应速率及其影响因素
1.(2022浙江1月选考,19)在恒温恒容条件下,发生反应A(s)+2B(g) 3X(g),c(B)随时间的变化如图中曲线甲所示。下列说法不正确的是(　　)
A.从a、c两点坐标可求得从a到c时间间隔内该化学反应的平均速率
B.从b点切线的斜率可求得该化学反应在反应开始时的瞬时速率
C.在不同时刻都存在关系:2v(B)=3v(X)
D.维持温度、容积、反应物起始的量不变,向反应体系中加入催化剂,c(B)随时间变化关系如图中曲线乙所示
2.(2024海南,7)已知298 K,101 kPa时,CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH=-49.5 kJ·mol-1。该反应在密闭的刚性容器中分别于T1、T2温度下进行,CO2的初始浓度为0.4 mol·L-1,c(CO2)-t关系如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.T1>T2
B.T1下反应达到平衡时c(CH3OH)=0.15 mol·L-1
C.使用催化剂1的反应活化能比催化剂2的大
D.使用催化剂2和催化剂3的反应历程相同
3.(2024安徽,12)室温下,为探究纳米铁去除水样中Se的影响因素,测得不同条件下Se浓度随时间变化关系如下图。
实验序号 水样 体积/mL 纳米铁 质量/mg 水样 初始pH
① 50 8 6
② 50 2 6
③ 50 2 8
下列说法正确的是(　　)
A.实验①中,0~2小时内平均反应速率v(Se)=2.0 mol·L-1·h-1
B.实验③中,反应的离子方程式为2Fe+Se+8H+ 2Fe3++Se+4H2O
C.其他条件相同时,适当增加纳米铁质量可加快反应速率
D.其他条件相同时,水样初始pH越小,Se的去除效果越好
4.(2022河北,13,改编)恒温恒容条件下,向密闭容器中加入一定量X,发生反应的方程式为①X Y;②Y Z。反应①的速率v1=k1c(X),反应②的速率v2=k2c(Y),式中k1、k2为速率常数。图a为该体系中X、Y、Z浓度随时间变化的曲线,图b为反应①和②的lnk~曲线。下列说法正确的是(　　)
　
A.随c(X)的减小,反应①、②的速率均降低
B.体系中v(X)=v(Y)+v(Z)
C.欲提高Y的产率,需提高反应温度且控制反应时间
D.温度低于T1时,总反应速率由反应①决定
考点2　化学平衡及平衡移动原理
5.(2023湖南,13)向一恒容密闭容器中加入1 mol CH4和一定量的H2O,发生反应:CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)。CH4的平衡转化率按不同投料比x[x=]随温度的变化曲线如图所示①。下列说法错误的是(　　)
A.x1B.反应速率:vb正C.点a、b、c对应的平衡常数:KaD.反应温度为T1 K,当容器内压强不变②时,反应达到平衡状态
①辅助设问a.温度升高,CH4的平衡转化率增大,说明什么
b.增大投料比x,CH4的平衡转化率如何变化
②模型建构思考恒温恒容条件下,压强不变能说明反应达到平衡的模型
6.(2024江西,9)温度T下,向1 L真空刚性容器中加入1 mol (CH3)2CHOH,反应达到平衡时,c(Y)=0.4 mol/L。下列说法正确的是(　　)
(CH3)2CHOH(g) (CH3)2CO(g)+H2(g)
　　　X　　　　　　　　　Y　　　　Z
A.再充入1 mol X和1 mol Y,此时v正B.再充入1 mol X,平衡时,c(Y)=0.8 mol/L
C.再充入1 mol N2,平衡向右移动
D.若温度升高,X的转化率增加,则上述反应ΔH<0
7.(2023江苏,13)二氧化碳加氢制甲烷过程中的主要反应为
CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)　ΔH=-164.7 kJ·mol-1
CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)　ΔH=+41.2 kJ·mol-1
在密闭容器中,1.01×105 Pa、n起始(CO2)∶n起始(H2)=1∶4时,CO2平衡转化率、在催化剂作用下反应相同时间所测得的CO2实际转化率随温度的变化如图所示。CH4的选择性可表示为×100%①。下列说法正确的是　(　　)
A.反应2CO(g)+2H2(g) CO2(g)+CH4(g)的焓变ΔH=-205.9 kJ·mol-1
B.CH4的平衡选择性随着温度的升高而增加
C.用该催化剂催化二氧化碳反应的最佳温度范围约为480~530 ℃
D.450 ℃时,提高的值或增大压强,均能使CO2平衡转化率达到X点的值
①辅助设问a.温度升高,CH4的平衡选择性如何变化 b.在催化剂作用下,反应相同时间,CO2的实际转化率最大,说明什么
8.(2024江苏,13)二氧化碳加氢制甲醇过程中的主要反应(忽略其他副反应)为
①CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)　ΔH1=+41.2 kJ·mol-1
②CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)　ΔH2
225 ℃、8×106 Pa下,将一定比例CO2、H2混合气匀速通过装有催化剂的绝热反应管。装置及L1、L2、L3…位点处(相邻位点距离相同)的气体温度、CO和CH3OH的体积分数如图所示。下列说法正确的是　(　　)
A.L4处与L5处反应①的平衡常数K相等
B.反应②的焓变ΔH2>0
C.L6处的H2O的体积分数大于L5处
D.混合气从起始到通过L1处,CO的生成速率小于CH3OH的生成速率
9.(2023湖北,19)纳米碗C40H10是一种奇特的碗状共轭体系。高温条件下,C40H10可以由C40H20分子经过连续5步氢抽提和闭环脱氢反应生成。
C40H20(g) C40H18(g)+H2(g)的反应机理和能量变化如下:
回答下列问题:
(1)已知C40Hx中的碳氢键和碳碳键的键能分别为431.0 kJ·mol-1和298.0 kJ·mol-1,H—H键能为436.0 kJ·mol-1。估算C40H20(g) C40H18(g)+H2(g)的ΔH=　　　　kJ·mol-1。
(2)图示历程包含　　　个基元反应,其中速率最慢的是第　　　个。
(3)C40H10纳米碗中五元环和六元环结构的数目分别为　　　、　　　。
(4)1 200 K时,假定体系内只有反应C40H12(g) C40H10(g)+H2(g)发生,反应过程中压强恒定为p0 (即C40H12的初始压强),平衡转化率为α,该反应的平衡常数Kp为　　　　　　(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
(5)40H19(g) C40H18(g)+H·(g)及40H11(g) C40H10(g)+H·(g)反应的lnK(K为平衡常数)随温度倒数的关系如图所示。已知本实验条件下,lnK=-+c(R为理想气体常数,c为截距)。图中两条线几乎平行,从结构的角度分析其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(6)下列措施既能提高反应物的平衡转化率,又能增大生成C40H10的反应速率的是　　　(填标号)。
a.升高温度　　　　
b.增大压强
c.加入催化剂
10.(2024湖南,18节选)丙烯腈()是一种重要的化工原料。工业上以N2为载气,用TiO2作催化剂生产的流程如下:
已知:①进料混合气进入两釜的流量恒定,两釜中反应温度恒定;
②反应釜Ⅰ中发生的反应:
ⅰ.HOCH2CH2COOC2H5(g)
+H2O(g)　ΔH1
③反应釜Ⅱ中发生的反应:
ⅱ.+NH3(g)
+C2H5OH(g)　ΔH2
ⅲ.
+H2O(g)　ΔH3
④在此生产条件下,酯类物质可能发生水解。
回答下列问题:
(2)进料混合气中n(HOCH2CH2COOC2H5)∶n(C2H5OH)=1∶2,出料中四种物质(、、C2H5OH、H2O)的流量(单位时间内出料口流出的物质的量)随时间变化关系如图:
①表示的曲线是　　　　(填“a”“b”或“c”)。
②反应釜Ⅰ中加入C2H5OH的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
③出料中没有检测到的原因是　　　　　　　　　　　　　　　。
④反应11 h后,a、b、c曲线对应物质的流量逐渐降低的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)催化剂TiO2再生时会释放CO2,可用氨水吸收获得NH4HCO3。现将一定量的NH4HCO3固体(含0.72 g水)置于密闭真空容器中,充入CO2和NH3,其中CO2的分压为100 kPa,在27 ℃下进行干燥。为保证NH4HCO3不分解,NH3的分压应不低于　　　kPa[已知p(H2O)=2.5×102 kPa·mol-1×n(H2O),NH4HCO3分解的平衡常数Kp=4×104(kPa)3]。
三年模拟练
应用实践
1.(2024四川重庆阶段检测)一定条件下,发生反应:X(g)+2Y(g) 2Z(g)。现有三个容积均为2 L的恒容密闭容器甲、乙、丙,起始投料如下:
X(g) Y(g) Z(g)
甲 1 mol 2 mol 0
乙 0 0 2 mol
丙 2 mol 4 mol 0
三个容器置于同一恒温环境中进行反应。下列判断不正确的是(　　)
A.三个容器中平衡常数大小:甲<乙<丙
B.三个容器中X的平均反应速率不相等
C.达到平衡时,丙容器中的n(Z)大于甲容器中的2倍
D.若平衡时丙容器中X的转化率为80%,则平衡常数K为80
2.(2024安徽淮北期中)一定条件下,发生反应6H2(g)+2CO2(g) C2H5OH(g)+3H2O(g),CO2平衡转化率随温度变化如图所示。对a、b、c三点对应情况的分析,正确的是(　　)
反应物起始物质的量之比:
曲线Ⅰ:n(H2)/n(CO2)=2
曲线Ⅱ:n(H2)/n(CO2)=1.5
A.CO2物质的量分数:a>b
B.C2H5OH物质的量分数:aC.平衡常数:Ka>Kc>Kb
D.反应速率:va(CO2)3.燃煤电厂锅炉尾气中含有氮氧化物(主要成分为NO),可通过主反应4NH3(g)+4NO(g)+O2(g) 4N2(g)+6H2O(g)　ΔH=-1 627.7 kJ·mol-1除去。温度高于300 ℃时会发生副反应:4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g)　ΔH=-904.74 kJ·mol-1。在恒压、反应物起始物质的量之比一定的条件下,反应相同时间,NO的转化率在不同催化剂作用下随温度变化的曲线如图所示。下列有关说法一定正确的是(　　)
A.升高温度、增大压强均可提高主反应中NO的平衡转化率
B.N2(g)+O2(g) 2NO(g)　ΔH=-180.74 kJ·mol-1
C.图中X点所示条件下,反应时间足够长,NO的转化率能达到Y点的值
D.图中Z点到W点NO的转化率降低的原因是主反应的平衡逆向移动
4.(2024江苏连云港期中)使用丙烯(C3H6)可将汽车尾气中的NOx还原为N2除去,主要反应如下:
反应Ⅰ:2C3H6(g)+18NO(g) 6CO2(g)+9N2(g)+6H2O(g)　ΔH=-5 202 kJ·mol-1
反应Ⅱ:4C3H6(g)+18NO2(g) 12CO2(g)+9N2(g)+12H2O(g)　ΔH=-1 890 kJ·mol-1
反应Ⅲ:2C3H6(g)+9O2(g) 6CO2(g)+6H2O(g)　ΔH=-3 141 kJ·mol-1
将一定比例C3H6、NO2、NO、O2的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应管,C3H6、NOx(NO和NO2)的转化率和N2的选择性[×100%]与温度的关系如图所示。下列说法不正确的是(　　)
A.反应2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)的焓变ΔH=-717 kJ·mol-1
B.高效去除汽车尾气中的NOx,合适的温度为300~500 ℃
C.350~400 ℃,NOx的转化率迅速下降的主要原因是催化剂的活性下降
D.400~550 ℃,以反应Ⅲ为主
5.(2024山东模拟预测)将CaCO3加热至T ℃,部分发生分解,达到平衡时Kp=p0 kPa。T ℃,在一真空密闭容器中加入过量的CaCO3,再充入一定量的H2,加入催化剂使其发生反应:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)(忽略其他副反应),测得该反应中物质分压如图所示(t1时刻前,CO2的分压未给出),则下列说法错误的是(　　)
A.t2时向容器中充入一定量CO2气体,CO2的物质分压变化曲线为①
B.a点的坐标为(t1,p0)
C.平衡时H2的平衡转化率为50%
D.反应CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)的压强平衡常数Kp=10
6.(2024江苏苏锡常镇四市第二次调研)用草酸二甲酯(H3COOCCOOCH3)和氢气为原料制备乙二醇的反应原理如下:
H3COOCCOOCH3(g)+2H2(g) H3COOCCH2OH(g)(乙醇酸甲酯)+CH3OH(g)　ΔH=-16.3 kJ·mol-1
H3COOCCH2OH(g)+2H2(g) HOH2CCH2OH(g)+CH3OH(g)　ΔH=-14.8 kJ·mol-1
在2 MPa条件下,将氢气和草酸二甲酯体积比(氢酯比)为80∶1的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应管,草酸二甲酯的转化率、产物的选择性与温度的关系如图所示。
产物的选择性=×100%,下列说法正确的是(　　)
A.曲线Ⅰ表示乙二醇的选择性随温度的变化
B.其他条件不变,增大压强或升高温度,草酸二甲酯的平衡转化率均增大
C.其他条件不变,在190~195 ℃范围,随着温度升高,出口处乙醇酸甲酯的量不断减小
D.其他条件不变,在190~210 ℃范围,随着温度升高,出口处甲醇和乙二醇的物质的量之比[]减小
7.(2024江西宜春月考)在一定条件下,向某2 L恒容密闭容器中充入2 mol CO2、4 mol H2,发生反应CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g),测得反应10 min时,不同温度下氢气的转化率如图所示。[已知:该反应的速率方程v正=k正·p4(H2)·p(CO2),v逆=k逆·p2(H2O)·p(CH4),k正、k逆只与温度有关]
下列说法错误的是(　　)
A.图中a、b、c三点对应的v逆(CH4)由大到小的顺序为c>b>a
B.该反应的ΔH<0
C.T2 K温度下,起始时容器内的压强为3 MPa,k逆=2(MPa)-2·min-1,则该温度k正≈33.3(MPa)-4·min-1
D.升高温度或增大压强,都可以提高反应物的平衡转化率
8.(2024吉林一模)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2.5×10-3 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37.5%的M转化为Z
D.反应①的活化能比反应②的活化能大
9.随着经济全球化,我国已于2020年全面脱贫,家用汽车得到普及,有效处理汽车排放的尾气是需要进行研究的一项重要课题。利用催化技术可将尾气中的NO和CO转化成CO2和N2,化学方程式为2NO(g)+2CO(g) 2CO2(g)+N2(g),为研究如何提高该转化过程反应速率,某课题组进行了实验探究。
资料查阅:①不同的催化剂对同一反应的催化效率不同;
②使用相同的催化剂,当催化剂质量相等时,催化剂的比表面积对催化效率有影响。
实验设计:课题组为探究某些外界条件对汽车尾气转化反应速率的影响规律,设计了以下对比实验。
(1)完成以下实验设计表格:
实验编号 Ⅰ Ⅱ Ⅲ
实验目的 为实验 Ⅱ、Ⅲ作 参照　 ①　　　　　　　　　　 探究温度对 尾气转化速 率的影响　
温度/℃ 280 280 360
NO初始浓 度/(mol/L) 6.50×10-3 6.50×10-3 6.50×10-3
CO初始浓 度/(mol/L) 4.00×10-3 4.00×10-3 4.00×10-3
同质量的同种 催化剂的比表 面积/(m2/g) 80 120 ②　
图像分析与结论:利用气体传感器测定了三组实验中CO浓度随时间变化的曲线图。
(2)第Ⅱ组实验中,达平衡时NO的浓度为　　　　　　。
(3)由曲线Ⅰ、Ⅱ可知,增大催化剂比表面积,汽车尾气转化速率　　　　　　　　(填“增大”“减小”或“无影响”)。
迁移创新
10.(2024江苏徐州部分学校开学考)甲烷水蒸气催化重整是制备高纯氢的方法之一,反应如下:
反应ⅰ:CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)　ΔH1=+206 kJ·mol-1
反应ⅱ:CH4(g)+2H2O(g) CO2(g)+4H2(g)　ΔH2=+165 kJ·mol-1
(1)反应ⅲ:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)的ΔH3=　　　　;若在一定温度下的容积固定的密闭容器中进行该反应,则可以提高CO2转化率的措施为　　　　　　　　　　　　,下列说法可以证明该反应已达到平衡状态的是　　　　(填字母)。
a.v正(CO2)=v正(H2)
b.容器内气体压强不再改变
c.H2的浓度不再改变
d.CO和H2O的浓度之比为1∶1
(2)对于反应ⅰ,向体积为2 L的恒容密闭容器中,按=1∶1投料。
①若在恒温条件下,反应达到平衡时CH4的转化率为50%,则平衡时容器内的压强与起始压强之比为　　　　(最简单整数比)。
②其他条件相同时,在不同催化剂(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)作用下,反应相同时间,CH4的转化率随反应温度的变化如图所示。a点　　　　(填“是”或“不是”)化学平衡状态,CH4的转化率:c点>b点,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
某科研小组研究了反应ⅱ的动力学,获得其速率方程v=k·cm(CH4)·c0.5(H2O),k为速率常数(受温度影响),m为CH4的反应级数。在某温度下进行实验,测得各组分初浓度和反应初速率如下:
实验 序号 c(H2O)/ (mol·L-1) c(CH4)/ (mol·L-1) v/(mol·L-1·s-1)
1 0.100 0.100 1.2×10-2
2 0.100 0.200 2.4×10-2
CH4的反应级数m=　　　　,当实验2进行到某时刻,测得c(H2O)=0.040 mol·L-1,则此时的反应速率v=　　　　mol·L-1·s-1(已知≈0.3)。
(4)甲烷、水蒸气催化重整制备高纯氢只发生反应ⅰ、反应ⅱ。在恒温、恒压条件下,1 mol CH4(g)和1 mol H2O(g)反应达平衡时,CH4(g)的转化率为a,CO2(g)的物质的量为b mol,则反应ⅰ的平衡常数Kx=　　　　　　　　　[写出含有a、b的计算式;对于反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),Kx=,x为物质的量分数]。
答案与分层梯度式解析
综合拔高练
五年高考练
1.C　任何时刻都存在关系:3v(B)=2v(X),C项错误。
2.D　平衡时,T1温度下的CO2浓度比T2温度下的大,说明T1到T2平衡正向移动了,而该反应为放热反应,降低温度平衡正向移动,即T1>T2,A正确;T1温度下达到平衡时CO2的浓度为0.25 mol·L-1,则CO2的浓度改变量为(0.40-0.25) mol·L-1=0.15 mol·L-1,浓度变化量之比等于化学计量数之比,结合题给化学方程式可知,T1下反应达到平衡时c(CH3OH)=0.15 mol·L-1,B正确;在温度均为T1时,使用催化剂1达到平衡所需要的时间比催化剂2的长,即使用催化剂1时的反应速率比催化剂2时的慢,说明使用催化剂1的反应活化能比催化剂2的大,C正确;反应使用催化剂2和催化剂3分别在不同温度下达到平衡所需要的时间是相同的,但温度不同,反应速率也不同,说明使用催化剂2和催化剂3的反应历程不相同,才能保证反应在不同温度下达到平衡所用时间相同,D错误。
3.C　由题图知,实验①中,0~2小时内浓度变化为(5.0-1.0)×10-5 mol·L-1=4.0×10-5 mol·L-1,故v(Se=2.0×10-5 mol·L-1·h-1,A错误;实验③的初始pH为8,Fe3+在此环境下以Fe(OH)3形式存在,B错误;由题图知实验①的反应速率大于实验②,实验①的纳米铁质量大,故其他条件相同时,适当增加纳米铁质量可加快反应速率,C正确;其他条件相同时,若水样初始pH太小,H+可能会与Fe反应而降低Se的去除效果,D错误。
4.C　由图a可知,浓度随时间增加逐渐减小的曲线代表的是X,浓度随时间增加逐渐增大的曲线代表的是Z,浓度随时间增加先增大后减小的曲线代表的是Y;由图b可知,反应①的速率常数随温度升高增大的幅度小于反应②的。由图a可知,随c(X)的减小,c(Y)先增大后减小,因此,反应①的速率随c(X)的减小而减小,而反应②的速率随c(X)的减小先增大后减小,A错误。根据体系中发生的反应可知,在Y的浓度达到最大值之前,单位时间内X的减少量等于Y和Z的增加量,故v(X)=v(Y)+v(Z),但在Y的浓度达到最大值之后,单位时间内Z的增加量等于X和Y的减少量,故v(X)+v(Y)=v(Z),B错误。由图a可知,Y的浓度先增大后减小,故要控制反应时间;升高温度可以加快反应速率,提高单位时间内Y的产率;故欲提高Y的产率,需提高反应温度且控制反应时间,C正确。由图b可知,温度低于T1时,k1>k2,反应②为慢反应,因此,总反应速率由反应②决定,D错误。
知识拓展　连续反应是指某两个可逆反应有着关联,第一个反应的某一生成物,是第二个反应的反应物。解题时要注意如果该物质是第一个反应的生成物,第二个反应的反应物,则在进行有关计算时,可假设第一个反应达到平衡后第二个反应再进行,则该物质在第一个反应中的平衡量为第二个反应中的初始量。
5.B
真题降维　①辅助设问答案:a.题给正反应为吸热反应→快速判断C选项;b.增大投料比x,即减小H2O(g)浓度,CH4的平衡转化率减小→快速判断A选项和B选项。
②模型构建示例:恒温恒容条件下,压强不变若能说明反应达到平衡,则该反应有气体参与,且反应前后气体的物质的量不相等→用于判断D选项。
T1 K时,b点(对应投料比x1)CH4平衡转化率大于c点(对应投料比x2),根据上述分析可知x1vc正,B错误;题给反应的正反应为吸热反应,随温度升高,K增大,则Ka高考风向　此类题的外观特征是有主题的四个相关联选项正误的判断,可简称为“1+4”型,常出现在近几年自主命题省份的试卷中。四个选项一般会涉及化学反应速率、化学平衡的定性判断和定量计算、外界条件对反应速率的影响、平衡常数等相关知识,常以情境信息为载体,结合给定的图像进行考查,同学们只要在平时训练中积累相似试题的解题方法,逐步培养建模思想即可顺利解题。
6.A　由题意可知,平衡时Y的浓度为0.4 mol/L,浓度变化量之比等于化学计量数之比,则由题给方程式可知,平衡时c(X)=(1-0.4) mol/L=0.6 mol/L、c(Z)=0.4 mol/L,则T温度下,反应的平衡常数K=≈0.27。向1 L真空刚性容器中再充入1 mol X和1 mol Y时,反应的浓度商Qc==0.35>K,则反应向逆反应方向进行,则v正0,D错误。
7.D
真题降维　①辅助设问答案:a.温度升高,CO2与H2生成CH4和H2O的反应平衡逆向移动,CH4的平衡选择性减小→快速判断B选项。b.相同时间内,反应物的转化率最大,说明反应速率最快,催化剂的催化活性最强→快速判断C选项。
①CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)　ΔH1=-164.7 kJ·mol-1,②CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)　ΔH2=+41.2 kJ·mol-1,根据盖斯定律,目标化学方程式=①-2×②,则ΔH=ΔH1-2ΔH2=-164.7 kJ·mol-1-2×41.2 kJ·mol-1=-247.1 kJ·mol-1,A错误。CO2与H2生成CH4的反应为放热反应,温度升高,平衡逆向移动,CO2与H2生成CO的反应为吸热反应,温度升高,平衡正向移动,因此随温度升高,CH4的平衡选择性减小,B错误。由题图可知,用该催化剂催化二氧化碳反应的最佳温度范围约为350~400 ℃,C错误。450 ℃时,提高的值,可增大n(H2),会使反应①和反应②平衡正向移动,CO2的平衡转化率增大;反应①为气体分子数减小的反应,反应②为气体分子数不变的反应,增大压强可以使反应①平衡正向移动,CO2的平衡转化率增大,D正确。
高考风向　(1)本题与2019年江苏高考化学卷第15题较相似,二者均是结合转化率—温度图像考查反应热、转化率、平衡移动等相关知识,解题思路大体相同,但本题的难度相对较高,原因在于本题涉及的反应是竞争反应,温度对本题中两反应的影响不同。(2)同一省份往年高考真题具有一定的延续性和借鉴性,同学们在平时学习过程中需注重对以往高考真题的练习。
8.C
陷阱突破　本题出现了陌生的名称“位点”,做题时不必纠结“位点”的含义,只需将图像横坐标—“位点”看成常规图像中横坐标—时间对待即可快速解题。
9.答案　(1)128
(2)3　3
(3)6　10
(4)p0
(5)两反应断键和成键数目相同,故ΔH相同,则lnK随变化率几乎相同
(6)a
解析　(1)由反应机理可知,反应C40H20(g) C40H18(g)+H2(g)断裂2 mol C—H键时,形成1 mol C—C键和1 mol H—H键,故ΔH=431.0 kJ·mol-1×2-(298.0 kJ·mol-1+436.0 kJ·mol-1)=+128.0 kJ·mol-1。
(2)由题给反应历程图可知,图示历程包含3个基元反应;正反应活化能越大,反应速率越慢,第3个反应正反应活化能最大,即反应速率最慢。
(3)C40H20中有10个六元环和1个五元环,C40H10是由C40H20经过5步氢抽提和闭环脱氢形成的,结合反应机理可知,每脱2个H形成1个五元环,则C40H20→C40H10过程中形成5个五元环,故C40H10中有6个五元环和10个六元环。
(4)设C40H12初始物质的量为1 mol ,可列出三段式:
　　　　　C40H12(g) C40H10(g)+H2(g)
起始/mol 1 0 0
转化/mol α α α
平衡/mol 1-α α α
平衡时气体总物质的量为(1-α+α+α) mol=(1+α) mol,总压为p0,则Kp=p0。
(6)由(1)分析推知,生成C40H10的反应为吸热反应,故升高温度既可提高反应物平衡转化率,又能加快反应速率,a项正确;该反应为气体分子数增大的反应,增大压强可提高反应速率,但反应物的平衡转化率会减小,b项错误;加入催化剂能加快反应速率,但不改变平衡转化率,c项错误。
10.答案　(2)①c
②抑制HOCH2CH2COOC2H5、水解
③反应ⅲ平衡常数大,反应进行完全
④催化剂TiO2活性降低
(3)40
解析　(2)①进料混合气中C2H5OH的含量较大,且反应ⅱ也生成了C2H5OH,所以出料中C2H5OH流量最大,a曲线表示C2H5OH;反应ⅰ和反应ⅲ都生成H2O,反应ⅲ中生成等物质的量的H2O和CH2CHCN,所以b曲线表示H2O,c曲线表示CH2CHCN。②题给生产条件下,酯类物质可能发生水解,反应釜Ⅰ中加入C2H5OH的作用是抑制HOCH2CH2COOC2H5、水解。③出料中没有检测到CH2CHCONH2的原因可能是反应ⅲ平衡常数大,CH2CHCONH2完全转化为和H2O。④反应11 h后,a、b、c曲线对应物质的流量逐渐降低的原因是催化剂TiO2活性降低。
(3)NH4HCO3固体中含有0.72 g水,n(H2O)==0.04 mol,由NH4HCO3(s) CO2(g)+NH3(g)+H2O(g)可知,Kp=p(CO2)·p(NH3)·p(H2O),为保证NH4HCO3不分解,Qc>Kp,则有100 kPa×p(NH3)×2.5×102 kPa·mol-1×0.04 mol>4×104 (kPa)3,解得p(NH3)>40 kPa。
名师点津　在工业生产中,必须从反应限度和反应速率两个角度选择适宜的反应条件,既要考虑尽量增大反应物的转化率,充分利用原料,又要选择较快的反应速率,提高单位时间内的产量,同时还要考虑设备的要求和技术条件。
三年模拟练
1.A　平衡常数与温度有关,同一温度下,平衡常数相等,则三个容器中反应的平衡常数大小相等,A错误;三个容器中起始物质的浓度不相同,则在体积相同的容器中,同一温度下反应速率不相等,B正确;丙容器等效于两个甲容器加压,由题给反应为气体分子数减小的反应可知,平衡向正反应方向移动,则平衡时丙容器中n(Z)大于甲容器中的2倍,C正确;若平衡时丙容器中X的转化率为80%,列三段式:
　　　　　　X(g)+2Y(g) 2Z(g)
起始/mol 2 4 0
变化/mol 1.6 3.2 3.2
平衡/mol 0.4 0.8 3.2
容器容积为2 L,则达到平衡时c(X)=0.2 mol·L-1,c(Y)=0.4mol·L-1,
c(Z)=1.6 mol·L-1,则平衡常数K==80,D正确。
D　根据题图可看出,CO2的平衡转化率:a>b,投料比相同的情况下,CO2的平衡转化率越大,剩余的CO2的物质的量越少, CO2的物质的量分数也就越小,所以CO2的物质的量分数:a6H2(g)+2CO2(g) C2H5OH(g)+3H2O(g)
起始/mol 2m m 0 0
转化/mol 1.8m 0.6m 0.3m 0.9m
平衡/mol 0.2m 0.4m 0.3m 0.9m
平衡时C2H5OH的物质的量分数为×100%≈16.7%;设c点起始二氧化碳物质的量为n mol,则起始氢气物质的量为1.5n mol,可列三段式:
6H2(g)+2CO2(g) C2H5OH(g)+3H2O(g)
起始/mol 1.5n n 0 0
转化/mol 1.35n 0.45n 0.225n 0.675n
平衡/mol 0.15n 0.55n 0.225n 0.675n
平衡时C2H5OH的物质的量分数为×100%≈14.1%,所以C2H5OH物质的量分数:a>c,B错误;其他条件相同时,升高温度,二氧化碳的平衡转化率降低,平衡逆向移动,则平衡常数变小,平衡常数:Ka=Kc>Kb,C错误;其他条件相同时,升高温度,化学反应速率加快,反应速率:va(CO2)3.C　主反应的ΔH<0,为放热反应,且反应前后气体体积增大,故升高温度、增大压强平衡均逆向移动,NO的平衡转化率减小,A错误;根据盖斯定律,×(副反应-主反应)可得N2(g)+O2(g) 2NO(g)　ΔH=×[-904.74 kJ·mol-1-(-1 627.7 kJ·mol-1)]=+180.74 kJ·mol-1,B错误;据题图可知X点的转化率低于相同温度下的Y点,说明测定转化率时X点还未达到平衡,反应时间足够长,NO的转化率能达到Y点的值,C正确;催化剂不影响平衡转化率,W点的转化率低于相同温度下另一催化剂条件下的转化率,说明W点并没有处于平衡状态,所以转化率降低不可能是平衡移动的结果,D错误。
4.B　根据盖斯定律,可得目标反应2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)　ΔH==-717 kJ·mol-1,A正确;去除汽车尾气中的NOx,应选择NOx转化率高和N2选择性高的温度条件,300 ℃左右最合适,B错误;350~400 ℃,NOx的转化率迅速下降,说明反应速率明显减小,催化剂催化能力减弱,活性降低,C正确;400~550 ℃,C3H6的转化率未有明显下降,NOx的转化率及N2的选择性有明显下降,说明C3H6的转化以反应Ⅲ为主,D正确。
5.A　由反应CaCO3(s) CaO(s)+CO2(g)的平衡常数Kp=p0 kPa可知,a点CO2的分压为p0 kPa,则a点的坐标为(t1,p0),t2时向容器中充入一定量CO2气体,则CO2的分压突然增大,但温度不变达到平衡时CO2的分压应仍为p0,则曲线①不是CO2的物质分压变化曲线,A错误、B正确;由题图可知,平衡时H2的转化率为×100%=50%,C正确;由题图可知,在T ℃下,平衡时CO2、H2、CO、H2O的平衡分压分别为p0 kPa、10p0 kPa、10p0 kPa、10p0 kPa,则压强平衡常数Kp==10,D正确。
6.D　根据题意可知,乙醇酸甲酯的选择性与乙二醇的选择性之和为100%,故曲线Ⅱ为乙二醇的选择性随温度的变化,A项错误;由于反应Ⅰ、Ⅱ为放热反应,故其他条件不变,升高温度,草酸二甲酯的平衡转化率减小,B项错误;根据题图,在190~195 ℃范围内,随温度升高,乙醇酸甲酯的选择性变化不大,而同时草酸二甲酯的转化率(曲线Ⅰ)明显增大,故出口处乙醇酸甲酯的量增加,C项错误;设出口处含乙醇酸甲酯a mol,乙二醇b mol,则n(CH3OH)=(a+2b) mol,+2,根据题图可知随温度升高,变小,故出口处甲醇和乙二醇的物质的量之比减小,D项正确。
7.D　从题图可看出,T2 K之前H2的转化率随温度的升高而增大,T2 K之后H2的转化率随温度的升高而减小,温度越高,化学反应速率越快,达到平衡所需时间越短,可判断T2 K之前反应未达到平衡状态,T2 K之后反应达到平衡状态,升高温度,平衡逆向移动,则题述反应ΔH<0;温度:c>b>a,升高温度正、逆反应速率都增大,故v逆(CH4)由大到小的顺序为c>b>a,A、B正确。T2 K时,反应达到平衡状态,氢气的转化率为80%,起始时充入2 mol CO2、4 mol H2,压强为3 MPa,可以推出起始时CO2分压为1 MPa,H2分压为2 MPa,恒容条件下可列三段式:
CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)
起始/MPa 1 2 0 0
变化/MPa 0.4 1.6 0.4 0.8
平衡/MPa 0.6 0.4 0.4 0.8
Kp= (MPa)-2= (MPa)-2,根据平衡时v正=v逆,推出Kp=,则k正=k逆×Kp=2×(MPa)-4·min-1≈33.3(MPa)-4·min-1,C正确。题述反应ΔH<0,升高温度,平衡逆向移动,反应物的平衡转化率减小,D错误。
C　由题图中数据可知,30 min时,M、Z的浓度分别为0.3 mol·L-1和0.125 mol·L-1,则M的变化量为0.5 mol·L-1-0.3 mol·L-1=0.2 mol·L-1,其中转化为Y的变化量为0.2 mol·L-1-0.125 mol·L-1=
0.075 mol·L-1,则0~30 min时间段内,Y的平均反应速率为=2.5×10-3 mol·L-1·min-1,A正确;由v1=k1c2(M)、v2=k2c2(M)得,反应①和反应②的速率之比破题关键,而Y和Z分别为反应①和反应②的产物,且2个反应中各物质的化学计量数均为1,则反应开始后,体系中Y和Z的浓度之比=,而k1、k2为速率常数,则保持不变,即反应开始后,体系中Y和Z的浓度之比保持不变,B正确;由上述分析得,反应体系中Y和Z的浓度之比始终为,则反应能进行到底时,M转化为Z的转化率为×100%=62.5%,C错误;由上述分析得,,则v19.答案　(1)①探究催化剂比表面积对尾气转化速率的影响　②80
(2)3.50×10-3 mol/L　
(3)增大
解析　(1)①由题表中数据可知,实验Ⅱ的目的是探究催化剂比表面积对尾气转化速率的影响;②实验Ⅲ的目的是探究温度对尾气转化速率的影响,则催化剂的比表面积为80 m2/g。(2)通过图像可知,平衡时CO的浓度改变量Δc(CO)=4.00×10-3 mol/L-1.00×10-3 mol/L=3.00×10-3 mol/L,则NO的浓度改变量Δc(NO)=3.00×10-3 mol/L,NO的平衡浓度c(NO)=6.50×10-3 mol/L-3.00×10-3 mol/L=3.50×10-3 mol/L。(3)由曲线Ⅰ、Ⅱ可知,Ⅱ先达到平衡,则增大催化剂比表面积,汽车尾气转化速率增大。
10.答案　(1)+41 kJ·mol-1　增大H2浓度,将CO或H2O从体系中移出　c
(2)①3∶2　②不是　两点均未达到化学平衡状态,从b点到c点,随温度升高,反应速率加快,相同时间内CH4转化率增大
(3)1　0.013 6
(4)
解析　(1)根据盖斯定律,反应ⅲ可以由反应ⅰ-反应ⅱ得到,则ΔH3=ΔH1-ΔH2=(+206 kJ·mol-1)-(+165 kJ·mol-1)=+41 kJ·mol-1。在一定温度下,因该反应为分子数不变的反应,不能通过改变压强使平衡移动,为了提高二氧化碳的转化率,可以增大H2浓度,将CO或H2O从体系中移出。两个都描述的是正反应速率,不能判断反应是否达到平衡,a错误;该反应为分子数不变的反应,压强始终不变,b错误;体系中任一物质的浓度不变,则反应达到平衡,c正确;CO和H2O均为生成物且化学计量数之比为1∶1,即整个过程中CO和H2O的浓度之比始终为1∶1,d错误。(2)①根据题意=1∶1,设开始时n(H2O)=n(CH4)=1 mol,反应达平衡时CH4的转化率为50%,即平衡时CH4转化1 mol×50%=0.5 mol,列三段式:
　　　　　CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)
起始/mol 1 1 0 0
变化/mol 0.5 0.5 0.5 1.5
平衡/mol 0.5 0.5 0.5 1.5
恒温恒容条件下,压强之比等于物质的量之比,则。②从题图中可以看出,三种催化剂对应的反应速率不同,其中催化剂Ⅰ对应的反应速率最快,催化剂Ⅲ对应的反应速率最慢,但平衡时甲烷的转化率相同,所以a点不是平衡状态;b、c两点均未达到化学平衡状态,从b点到c点,随温度升高,反应速率加快,相同时间内CH4转化率增大。(3)根据题意,实验1和实验2对应的浓度不同,测得的反应速率不同,将实验1和实验2数据代入速率方程可得m=1、k的数值约为0.4;当实验2进行到某时刻,测得c(H2O)=0.040 mol·L-1,则c(CH4)=0.200 mol·L-1-=0.17 mol·L-1,代入v=kc1(CH4)·c0.5(H2O)得v=0.013 6 mol·L-1·s-1。(4)根据C原子守恒,平衡时,n(CO2)+n(CO)=n转化(CH4)=1 mol×a=a mol,n(CO)=(a-b) mol,则:
　　　　　CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)
转化/mol a-b a-b a-b 3(a-b)
　　　　　CH4(g)+2H2O(g) CO2(g)+4H2(g)
转化/mol b 2b b 4b
平衡时,n(CH4)=(1-a) mol,n(H2O)=(1-a-b) mol,n(H2)=(3a+b) mol,
n总=(2+2a) mol,则Kx=。
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