【突破课堂】第2章 化学反应的方向、限度与速率--26版高中同步达标检测卷鲁科版化学选必修1

(
密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线 密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线
密 封 线 内 不 要 答 题
)
(
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　Ca 40。
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.下列说法中,正确的是 (　　)
A.H2O(l)分解成H2(g)和O2(g)是熵增过程,该反应在任何温度下均可自发进行
B.吸热反应一定不能自发进行
C.反应2AB(g) C(g)+3D(g)　ΔH<0一定能自发进行
D.合成氨反应为N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH<0,高温有利于该反应自发进行
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.工业合成氨反应为N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),其能量变化如图所示。在实际生产中,下列有关说法正确的是 (　　)
A.温度越高,氮气的平衡转化率越高
B.使用催化剂,E变小,ΔH不变
C.压强越大越好,可提升化学反应速率与限度
D.若平衡时N2、H2和NH3均为1 mol,则K=1
4.某化学小组查阅资料后,得知NO2(g)+CO(g) NO(g)+CO2(g)的反应历程分两步:①2NO2(g) NO3(g)+NO(g)(慢反应)　②NO3(g)+CO(g) NO2(g)+CO2(g)(快反应)
k正、k逆均为速率常数,两步反应的正、逆反应速率方程分别为:
①v正=·c2(NO2),v逆=·c(NO3)·c(NO);
②v正=·c(NO3)·c(CO),v逆=·c(NO2)·c(CO2)。
下列说法正确的是 (　　)
A.总反应速率取决于反应②
B.反应①的活化能小于反应②的活化能
C.NO2(g)+CO(g) NO(g)+CO2(g)的平衡常数K=
D.若反应①为吸热反应,则升高温度,增大,减小
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.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
7.将NH4Br置于密闭容器中,在某温度下发生反应:①NH4Br(s) NH3(g)+HBr(g),②2HBr(g) Br2(g)+H2(g),2 min达平衡,测知H2的浓度为1 mol·L-1,HBr的浓度为4 mol·L-1,则该温度下反应①的平衡常数为 (　　)
A.24 mol2·L-2　　B.36 mol2·L-2　　C.16 mol2·L-2　　D.10 mol2·L-2
8.反应物(S)转化为产物(P或P·Z)的能量与反应进程的关系如下图所示:
下列有关四种不同反应进程的说法正确的是 (　　)
A.进程Ⅰ是吸热反应
B.平衡时P的产率:Ⅱ>Ⅰ
C.生成P的速率:Ⅲ>Ⅱ
D.进程Ⅳ中,Z没有催化作用
9.铁的配离子{用[L—Fe—H]+表示}催化HCOOH(l) CO2(g)+H2(g)的一种反应机理和相对能量的变化情况如图所示:
下列说法错误的是 (　　)
A.该反应中CO2(g)和H2(g)的总能量比HCOOH(l)低
B.H+是参与该反应过程的循环物质
C.反应过程中决速步为Ⅳ H2+Ⅰ
D.该反应的催化剂是物质Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ
10.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
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.向体积均为1 L的两恒容容器中分别充入2 mol X和1 mol Y发生反应:2X(g)+Y(g) Z(g)　ΔH,其中甲为绝热过程,乙为恒温过程,两反应体系的压强随时间的变化曲线如图所示。下列说法正确的是 (　　)
A.ΔH>0
B.气体的总物质的量:naC.a点平衡常数:K>12 mol-2·L2
D.反应速率:va正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
13.一定条件下,银催化剂表面上存在反应:Ag2O(s) 2Ag(s)+O2(g)　ΔH>0,起始状态Ⅰ中有Ag2O、Ag和O2,经下列过程达到各平衡状态(已知状态Ⅰ和Ⅲ的固体质量相等),下列叙述正确的是 (　　)
A.从Ⅰ到Ⅱ的过程ΔS>0
B.反应的平衡压强:p(Ⅱ)>p(Ⅲ)
C.平衡常数:K(Ⅱ)=K(Ⅳ)
D.若体积V(Ⅲ)=2V(Ⅰ),则Q(Ⅰ)=K(Ⅲ)
14.在3个容积均为10 L的密闭容器a、b、c中分别放入0.2 mol PCl3和0.2 mol Cl2,在不同条件下发生反应:PCl3(g)+Cl2(g) PCl5(g)　ΔH<0。各容器内气体总压强随时间的变化如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.a中从开始至平衡的平均速率v(Cl2)= mol·L-1·min-1
B.与a相比,b中使用了催化剂,c中升高温度
C.a中反应的平衡常数为10 L·mol-1
D.三个容器中Cl2的平衡转化率:c>a=b
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)、0.2 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.(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　　　　。
图1　　　图2
(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。
18.(12分)合成氨是人工固氮最重要的途径,反应为N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH=-92.4 kJ·mol-1。回答下列问题:
(1)下列关于合成氨工艺的说法中,正确的是　　　　(填字母)。
A.控制温度远高于室温,是为了提高平衡转化率
B.不断将NH3移除,利于反应正向进行,同时提高逆反应速率
C.实际生产中,N2适度过量有利于提高H2的转化率,同时有利于提高整体反应速率
(2)为降低合成氨的能耗,我国科学家提出使用M-LiH复合催化剂,催化效果如图1所示,若一定压强下,以相同的投料,350 ℃用Cr-LiH作催化剂、500 ℃用Fe作催化剂和350 ℃用Fe-LiH作催化剂,氨气的产率随时间变化如图2所示,350 ℃用Cr-LiH作催化剂的曲线是　　　(填“a”“b”或“c”),理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
　
(3)压强为20 MPa下,以n(H2)=0.75 mol、n(N2)=0.25 mol进料,反应达平衡时氮气的转化率与温度的关系如图3中曲线b所示。
①若保持压强不变,以n(H2)=0.75 mol、n(N2)=0.25 mol、n(Ar)=0.1 mol进料,则平衡时氮气的转化率与温度的关系是曲线　　　(填“a”或“c”),判断依据是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
②已知:合成氨反应的Kp=,其中p(N2)、p(H2)、p(NH3)分别表示N2(g)、H2(g)、NH3(g)的分压。若保持压强不变,仍以n(H2)=0.75 mol、n(N2)=0.25 mol进料,达平衡时NH3的物质的量分数为0.20,则该温度下,反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)平衡常数Kp=　　　　　　(MPa)-2(化为最简式)。
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)。
(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。
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.(16分)水煤气是H2的主要来源,研究CaO对C-H2O体系制H2的影响,涉及主要反应如下:
C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)　(Ⅰ)　ΔH1>0
CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)　(Ⅱ)　ΔH2<0
CaO(s)+CO2(g) CaCO3(s)　(Ⅲ)　ΔH3<0
回答下列问题:
(1)C(s)+CaO(s)+2H2O(g) CaCO3(s)+2H2(g)的焓变ΔH=　　　　　　　　　。
(2)①压力p下,C-H2O-CaO体系达平衡后,图示温度范围内C(s)已完全反应,CaCO3(s)在T1温度时完全分解。气相中CO、CO2和H2的摩尔分数随温度的变化关系如图所示,则a线对应物种为　　　　(填化学式)。当温度高于T1时,随温度升高c线对应物种摩尔分数逐渐降低的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
②压力p下、温度为T0时,图示三种气体的摩尔分数分别为0.50、0.15、0.05,则反应CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)的平衡常数Kp=　　　　;此时气体总物质的量为4.0 mol,则CaCO3(s)的物质的量为　　　　mol;若向平衡体系中通入少量CO2(g),重新达平衡后,分压p(CO2)将　　　　(填“增大”“减小”或“不变”),p(CO)将　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。
答案全解全析
1.C　H2O(l)分解成H2(g)和O2(g)是熵增、吸热的过程,根据ΔH-TΔS<0反应可自发进行可知,该反应在高温条件下才可自发进行,A项错误;根据ΔH-TΔS<0反应可自发进行可知,反应能否自发进行由焓变、熵变及反应温度共同决定,B项错误;该反应的ΔH<0、ΔS>0,ΔH-TΔS<0,该反应一定能自发进行,C项正确;该反应ΔH<0,ΔS<0,根据ΔH-TΔS<0反应可自发进行可知,低温有利于该反应自发进行,D项错误。
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.B　由题图可知,合成氨反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,氮气的平衡转化率减小,A项错误;使用催化剂,降低活化能,但不改变反应的焓变,故使用催化剂,E变小,ΔH不变,B项正确;压强过高会增加设备的成本,故实际生产中的压强不是越高越好,C项错误;未给出体积,无法计算浓度,无法计算化学平衡常数,D项错误。
4.C　总反应速率取决于慢反应,即反应①,A错误;反应的活化能越大反应越慢,反应①的活化能大于反应②的活化能,B错误;由反应①、②得K1==,K2==,平衡常数K=K1·K2=,C正确;升高温度,正、逆反应速率均变大,故增大,也增大,D错误。
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;由极值法可得06.C　达到平衡时v正=v逆,k正c(X)=k逆c2(Y),得出==K=10 mol/L,则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;恒温恒压下,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。
7.A　NH4Br(s)分解生成的HBr有一部分分解,故剩余的HBr的量为NH4Br分解生成的HBr的量减去HBr分解的量,即c平(HBr)=c生成(HBr)-c分解(HBr),c生成(HBr)=4 mol·L-1+2 mol·L-1=6 mol·L-1,c平(NH3)=c生成(HBr)=6 mol·L-1,则该温度下反应①的平衡常数为K=c平(NH3)×c平(HBr)=6 mol·L-1×4 mol·L-1=24 mol2·L-2,故选A。
8.D　从图像中获取关键信息:
进程Ⅰ反应物能量高,产物能量低,反应放热,A项错误;进程Ⅱ中X作催化剂,催化剂不影响化学平衡,Ⅰ、Ⅱ平衡时P的产率相等,B项错误;Ⅲ反应进程中最大活化能比Ⅱ中的大,故反应速率:Ⅱ>Ⅲ,C项错误;Z作为反应物参与反应,不是催化剂,没有催化作用,D项正确。
9.D　该反应为放热反应,CO2(g)和H2(g)的总能量比HCOOH(l)低,A正确;图中参与循环使用的物质有H+,B正确;在反应过程中,决速步是能垒最大、反应最慢的一步,结合题图可知决速步为Ⅳ H2+Ⅰ,C正确;根据题图可看出物质Ⅰ参与反应过程,最后又生成了Ⅰ,所以物质Ⅰ为该反应的催化剂,Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为中间产物,D错误。
10.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。
11.BC　该反应为气体物质的量减小的反应,甲容器压强先增大后减小,且甲为绝热过程,故该反应ΔH<0,A项错误;a、c两点对应两容器压强相等,甲容器比乙容器温度高,则甲容器比乙容器气体的物质的量少,na2X(g)　+　Y(g)　 　Z(g)
初/mol　　2　　 1　　 0
转/mol　　2m　　 m　 　m
c点/mol　2-2m　 　1-m　　 m
恒温恒容时,气体的物质的量之比等于压强之比,则=,得m=,体积为1 L,Q===12 mol-2·L2,a点反应程度大,故Ka>12 mol-2·L2,C项正确;a、b两点均达平衡状态,a点温度高于b点,反应放热,Kavb正,D项错误。
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.D　从Ⅱ到Ⅲ为体积增大、平衡正向移动的过程,固体质量减小,已知状态Ⅰ和Ⅲ的固体质量相等,所以从Ⅰ到Ⅱ的过程为固体质量增大的过程,说明从Ⅰ到Ⅱ反应逆向进行,为熵减过程,故从Ⅰ到Ⅱ的过程ΔS<0,A项错误;平衡常数Kp=(O2),只受温度的影响,温度不变,化学平衡常数不变,所以p(Ⅱ)=p(Ⅲ),B项错误;该反应的正反应为吸热反应,降低温度,化学平衡逆向移动,导致化学平衡常数减小,故平衡常数:K(Ⅱ)>K(Ⅳ),C项错误;已知状态Ⅰ和Ⅲ的固体质量相等,则氧气的物质的量相等,若体积V(Ⅲ)=2V(Ⅰ),根据阿伏加德罗定律可知,p(O2,Ⅰ)=2p(O2,Ⅲ),Q(Ⅰ)=(O2,Ⅰ),K(Ⅲ)=(O2,Ⅲ),故Q(Ⅰ)=K(Ⅲ),D项正确。
14.CD　a和b中的起始压强为160 kPa,平衡压强为120 kPa,则平衡时混合气体的总物质的量为×0.4 mol=0.3 mol,利用差量法,可求出参加反应的PCl3、Cl2的物质的量都为0.4 mol-0.3 mol=0.1 mol,生成PCl5的物质的量也为0.1 mol,a中从开始至达平衡状态的平均速率v(Cl2)== mol·L-1·min-1,A项正确。c在反应开始前压强比a和b的都大,说明c的温度高;a和b的起始压强、平衡时压强都相同,但b先达平衡,说明b中使用了催化剂,B项正确;结合A项分析得反应的平衡常数K==100 L·mol-1,C项错误;升高温度,该反应平衡逆向移动,与a、b相比,c的温度较高,则其Cl2的平衡转化率较小,a和b的温度、压强相同,b使用了催化剂,Cl2的平衡转化率相同,所以三个容器中Cl2的平衡转化率:c15.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升高温度所达新平衡,升温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,则二者所达平衡状态等效,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,等效于在容器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)、0.2 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,二者之比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;加入催化剂只能改变反应速率,不能改变平衡转化率,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　(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,所以曲线x表示逆反应的速率常数。
18.答案　(每空2分)(1)C　(2)b　350 ℃用Cr-LiH作催化剂的反应速率慢于350 ℃用Fe-LiH作催化剂的速率,且350 ℃时,NH3的平衡产率高于500 ℃时NH3的平衡产率　(3)①a　相同温度下,恒压体系中充入稀有气体,参与反应的各物质分压减小,平衡逆向移动,N2的转化率减小　②
解析　(1)合成氨反应是放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,N2、H2的平衡转化率降低,控制温度远高于室温是为了提高催化剂的活性,加快反应速率,A项错误;不断将NH3移除,平衡正向移动,有利于反应正向进行,但不能提高逆反应速率,B项错误;氮气的浓度增大,反应速率加快,平衡向正反应方向移动,实际生产中,氮气适度过量,有利于提高氢气的转化率和整体反应速率,C项正确。
(2)合成氨反应是放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,氨气的平衡产率降低,图2中c为500 ℃用Fe作催化剂的曲线;使用催化剂,反应速率加快,平衡不移动,由图1可知,350 ℃用Cr-LiH作催化剂的反应速率慢于350 ℃用Fe-LiH作催化剂的速率,所以图2中曲线b表示350 ℃用Cr-LiH作催化剂时氨气的产率随时间变化。
(3)②设达平衡时消耗氮气的物质的量为a mol,列三段式如下:
N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)
起始/mol　　0.25　　0.75　　 0
转化/mol　　a　　 3a　　 2a
平衡/mol　　0.25-a　0.75-3a　　 2a
由平衡时氨气的物质的量分数可得:=0.2,解得a=,所以平衡时氮气、氢气和氨气的物质的量分数分别为0.2、0.6、0.2,反应的平衡常数Kp==(MPa)-2。
19.答案　(每空2分)(1)0.225 mol·L-1·min-1　 mol-2·L2　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-2·L2;若使平衡体系中增大,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)ΔH1+ΔH2+ΔH3　(2)①H2　T1时,CaCO3(s)完全分解,当温度高于T1时,CO2的量只受反应(Ⅱ)影响,反应(Ⅱ)是放热反应,随温度升高平衡逆向移动(4分)　②　0.5　不变　不变
解析　(1)根据盖斯定律,由反应(Ⅰ)+反应(Ⅱ)+反应(Ⅲ)可得目标反应,其ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3。(2)①根据题给信息,C(s)已完全反应,则各气体的摩尔分数随温度变化主要受反应(Ⅱ)和反应(Ⅲ)的影响,二者均是放热反应,温度升高,平衡逆向移动,H2的摩尔分数减少,CO的摩尔分数增加,a线、b线分别表示的是H2、CO的摩尔分数随温度的变化,则c线表示的是CO2的摩尔分数随温度的变化;T1时,CaCO3(s)完全分解,当温度高于T1时,CO2的量只受反应(Ⅱ)影响,反应(Ⅱ)是放热反应,随温度升高平衡逆向移动,因此随温度升高c线对应的CO2的摩尔分数逐渐降低。②压力p下、温度为T0时H2、CO和CO2的摩尔分数分别为0.50、0.15、0.05,则此时H2O的摩尔分数为0.30,反应(Ⅱ)的Kp,Ⅱ==。气体总物质的量为4.0 mol,则H2、CO、CO2和H2O的物质的量分别为2 mol、0.6 mol、0.2 mol和1.2 mol,设T0时,反应(Ⅰ)、反应(Ⅱ)和反应(Ⅲ)含C物质变化的物质的量分别为x mol、y mol、z mol,即
C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)
变化量/mol　　x　　 x　 　x　 　x
CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)
变化量/mol　　y　　 y　 　y　　 y
CaO(s)+CO2(g) CaCO3(s)
变化量/mol　　 z　　 z　　 z
平衡时,n(H2)=x mol+y mol=2 mol,n(CO)=x mol-y mol=0.6 mol,n(CO2)=y mol-z mol=0.2 mol,解得z=0.5,则此时CaCO3(s)的物质的量为0.5 mol。反应(Ⅲ)的Kp,Ⅲ=,若向平衡体系中加入少量CO2气体,温度不变,Kp不变,则重新达平衡后,p(CO2)不变。由反应(Ⅰ)得Kp,Ⅰ=,由反应(Ⅱ)得Kp,Ⅱ=,=,Kp,Ⅰ、Kp,Ⅱ、p(CO2)不变,则p(CO)也不变。