单元素养测评卷(二)
1.B [解析] 升高温度使分子的内能增加,原来能量比较低的普通分子也能变为活化分子,提高了活化分子百分数,可加快化学反应速率,但不能降低化学反应的活化能,A错误;反应物浓度增大,单位体积活化分子数增多,单位时间单位空间内的有效碰撞的次数增加,故反应速率增大,B正确;在相同温度下,两个相同的容器中分别充入相同物质的量的F2和Cl2,由于两者的氧化性不同,氧化性强的物质化学反应速率快,因此,它们与等量的氢气反应的化学反应速率不相同,C错误;有气体参加的化学反应,若增大压强(即缩小反应容器的容积),可增加单位体积内活化分子的数目,单位时间单位体积内有效碰撞的次数增加,从而使反应速率加快,但活化分子的百分数不变, D错误。
2.D [解析] 平衡常数是温度的函数,温度不变,平衡常数不变,A错误;升高温度,正、逆反应速率都增大,平衡向吸热反应的方向移动,即平衡正向移动,B错误;恒温恒容充入Ne,参与反应的各物质浓度都不变,v正、v逆均不变,C错误;将容器的容积压缩,容积减小,活化分子的百分数不变,但是单位体积内活化分子数增多,有效碰撞次数增多,化学反应速率加快,D正确。
3.C [解析] B是固体,不用固体的浓度变化表示化学反应速率,A错误;2 min内的化学反应速率用A表示为0.4 mol·L-1·min-1,但2 min末时A的化学反应速率是瞬时速率,不是2 min内的平均速率,B错误;温度升高,该反应活化分子百分比提高,化学反应速率变快,C正确;v正(C)=2v逆(D)表示正、逆反应速率相等,反应达到化学平衡状态,D错误。
4.D [解析] 分析③和②可知,适当减小初始pH,Se去除效果更好,但pH太小时,纳米铁与H+反应速率加快,导致与Se反应的纳米铁的量减少,Se去除率可能下降,A正确;分析①和②可知,适当增加纳米铁质量可加快反应速率,在相同时间内,实验①中Se浓度的变化量大,有利于去除Se,B正确;纳米铁具有还原作用,能将Se还原为Se,减少其毒性和移动性,C正确;实验①中,0~2 h内Se平均反应速率v(Se)=2.0×10-5 mol·L-1·h-1,D错误。
5.A [解析] 反应Fe3++3SCN-Fe(SCN)3已经达到平衡状态,加水稀释,反应物浓度的减小程度大于生成物浓度的减小程度,则Q>K,平衡逆向移动,故A正确;向试管b中加少量铁粉,铁与Fe3+反应,导致c(Fe3+)减小,平衡逆向移动,故B错误;K只与温度有关,温度不变,K不变,故C、D错误。
6.D [解析] 温度升高,化学反应速率加快,双氧水分解速率加快,故A正确;a点c(H2O2)大,反应速率快,故B正确;ab段平均速率v(H2O2)= mol·L-1·s-1=0.01 mol·L-1·s-1,故C正确;由题图可知,双氧水浓度减小一半所用时间均为20 s,即双氧水半衰期为20 s,与起始浓度无关,故D错误。
7.D [解析] 根据表中数据可知,该反应中X、Y、Z的转化量之比为1∶3∶2,则该反应可以表示为X(g)+3Y(g)2Z(g),A项正确;反应达到平衡时,Y的转化率为×100%=75%,平衡常数为K===16,B项正确;恒温恒容条件下,气体的压强之比等于气体的物质的量之比,反应前后压强之比为=,C项正确;K与温度有关,增大压强,该反应平衡正向移动,反应的平衡常数不变,D项错误。
8.A [解析] 增大氧气的浓度,平衡破坏的瞬间,正反应速率增大,逆反应速率应不变,则图Ⅰ应是增大压强的原因,正反应速率增大程度比逆反应大,且平衡正向移动,A错误;图Ⅱ在t1时刻正、逆反应速率都增大,但仍相等,平衡不发生移动,应是加入催化剂的原因,B正确;由题意知,正反应是放热反应,升高温度,反应速率增大,平衡逆向移动,SO2的转化率减小,则温度:T乙>T甲,C正确;2v正(O2)=v逆(SO2)表示正、逆反应速率相等,则反应达化学平衡状态,D正确。
9.D [解析] 由化学计量数可知平衡时A的物质的量的变化量是C的2倍,可知0~2 s内A的物质的量变化量为0.8 mol,故v(A)= mol·L-1·s-1=0.2 mol·L-1·s-1,A正确;对于反应2HI(g)H2(g)+I2(g),增大压强(缩小容器容积)或使用催化剂均可以提高反应速率且平衡不发生移动,B正确;由图丙可知,平衡时升高温度正反应速率比逆反应速率增得更多,说明升高温度平衡正向移动,正反应为吸热反应,升高温度平衡常数增大,C正确;由T1、p1,T1、p2对应曲线可知T1、p2对应反应速率更快,说明压强:p2>p1,高压下C的百分含量增加,说明增大压强平衡正向移动,正反应为气体分子数减小的反应,故m+n>p+q,D错误。
10.C [解析] Ga2O3作催化剂,由题图知,Ga2O3参与第一步反应,A错误;反应X(g)Y(g)+H2(g) ΔH=生成物总能量-反应物总能量=+167 kJ·mol-1,B错误;由题图知,以上反应历程中有4个过渡态,说明以上反应历程中主要包含了四步变化,其中第三步反应的活化能最大,该步反应速率最慢,为决速步骤,C正确;该反应为吸热反应,ΔH=反应物总键能-生成物总键能>0,则1 mol CH3CH2CH3的总键能大于1 mol CH2CHCH3与1 mol H2的总键能之和,D错误。
11.D [解析] t4时刻向溶液中加入2 mL 0.1 mol·L-1 KCl溶液,溶液总体积增大,瞬间Fe3+、SCN-、Fe(SCN)3的浓度同等程度减小,使Q=>K,则Fe3++3SCN-Fe(SCN)3化学平衡逆向移动,A正确;向40 mL 0.05 mol·L-1的FeCl3溶液中一次性加入10 mL 0.15 mol·L-1的KSCN溶液,t=0时刻反应尚未开始,溶液总体积为50 mL,c(Fe3+)==0.04 mol·L-1,E点对应的坐标为(0,0.04),B正确;0~t2过程中平均反应速率v(Fe3+)= mol·L-1·min-1,则v(SCN-)=3v(Fe3+)= mol·L-1·min-1,C正确;Fe3+初始物质的量为0.04 L×0.05 mol·L-1=0.002 mol,SCN-初始物质的量为0.01 L×0.15 mol·L-1=0.001 5 mol,根据反应的方程式可知Fe3+过量,故即使该反应不是可逆反应,加入KSCN固体后,剩余的Fe3+也会与SCN-反应生成Fe(SCN)3,溶液红色加深,无法证明该反应是可逆反应,D错误。
12.C [解析] 温度越高,反应速率越快,反应先达到平衡状态,结合图可知,T1>T2,温度高时x(NO)大,说明升高温度平衡逆向移动,逆反应为吸热反应,正反应为放热反应,ΔH<0,故正、逆反应活化能的大小关系为Ea正
,
则×100%=20%,解得y=50%,B错误;由
v正=k正c(NO)·c(O3),v逆=k逆c(NO2)·c(O2)得,当v正= v逆时,可知==K,T1>T2,ΔH<0,温度高时K值反而小,则T1温度下的T2,c点未达平衡,b点达平衡,正、逆反应速率相等且小于c点,则vc正>vb逆,a、b点达平衡,b点温度和反应物浓度均大于a点,则vb逆>va逆,故化学反应速率:vc正>vb逆>va逆,D错误。
13.D [解析] 合成氨反应为气体分子数减小的反应,加压有利于平衡正向移动,提高原料转化率,也可以提高反应速率,但压强过大对设备要求高,且不经济,A错误;步骤④中反应温度500 ℃时催化剂活性较好,提高至1000 ℃,催化剂的活性下降,B 错误;步骤④加入催化剂只能提高反应速率,不能提高平衡转化率,加压、液化分离出NH3和N2、H2的循环再利用均可以使平衡正向移动,则步骤②⑤⑥有利于提高原料的平衡转化率,步骤④不能,C错误;该反应自发进行的最低温度需使ΔH-TΔS<0,即
-92.4 kJ·mol-1-T×(-0.198 kJ·mol-1·K-1)<0,得T<466.7 K,则保持此反应自发进行的温度应低于466.7 K,D正确。
14.C [解析] 因为v正=k正c2(NO2),则lg v正=lg [k正c2(NO2)]=lg k正+
2lg c(NO2);同理可得lg v逆=lg k逆+lg c(N2O4),由函数关系可知lg v正对应的斜率大于lg v逆,结合图像可知直线Ⅰ应为lg v正~lg c(NO2),直线Ⅱ应为lg v逆~
lg c(N2O4),据此分析解答。由以上分析可知直线Ⅰ表示lg v正~lg c(NO2),故A错误;由以上分析可知直线Ⅱ表示lg v逆~lg c(N2O4),又因为lg v逆=lg k逆+
lg c(N2O4),平衡时c(N2O4)=1 mol·L-1,则lg c(N2O4)=0,lg v逆=lg k逆=a,则k逆=10a,则平衡时v逆=10a,故B错误;直线Ⅰ表示lg v正~lg c(NO2),lg v正=
lg k正+2lg c(NO2),当lg c(NO2)=0时,lg v正=lg k正=a+2,则k正=10a+2,反应达到平衡状态时:v正=v逆,k逆c(N2O4)=k正c2(NO2),K====100,故C正确;某时刻v正=4×10a mol·L-1·min-1,此时c(NO2)== mol·L-1=0.2 mol·L-1,则此时NO2的转化率为×100%=75%,故D错误。
15.(1)2.5×10-3
(2)①插入温度计 ②NaCl(或KCl等氯化物) ③1 mL水改为1 mL 0.2 mol·L-1 KCl溶液或NaCl溶液 ④生成的S作催化剂加快了化学反应速率 ⑤反应物浓度降低,反应速率减慢
[解析] (1)根据实验数据知,该反应在0~4 min的平均反应速率:v(Cl-)==2.5×10-3 mol·L-1·min-1。
(2)①假设Ⅰ提出该反应放热使得速率加快,则应在一开始就测量温度,测量温度需要温度计。
②方案Ⅱ假设生成的Cl-加快了化学反应速率,操作中加入了KCl(或NaCl等氯化物)固体,使溶液中氯离子的浓度变大。
③方案Ⅲ中向烧杯①中加入1 mL水,烧杯②中加入1 mL 0.2 mol·L-1盐酸,两溶液中c(Cl-)不同,则可以将1 mL水改为1 mL 0.2 mol·L-1 KCl溶液(或NaCl溶液),就能使两溶液中氯离子浓度也保持一致。
④催化剂能加快反应速率,反应中生成了S,故除方案Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ外,可能使化学反应速率增大的假设为生成的S作催化剂加快了化学反应速率。
⑤随着化学反应的进行,体系中的各物质浓度都会逐渐降低,则化学反应速率也会逐渐减慢。
16.(1)①1 660.2 CH4(g)+CO2(g)2H2(g)+2CO(g) ΔH=+247.4 kJ·mol-1 ②<
(2) 放
(3)正反应
(4)①④⑤⑥
[解析] (1)①根据反应的焓变等于反应物的键能总和减去生成物的键能总和可得,ΔH=(a+930-3×436-1076) kJ·mol-1= +206.2 kJ·mol-1,解得a=1 660.2;CH4与CO2转化为合成气(H2和CO)的化学反应为CH4(g)+CO2(g)2H2(g)+2CO(g),由能量-反应过程曲线得热化学方程式:
CH4(g)+H2O(g)3H2(g)+CO(g) ΔH=+206.2 kJ·mol-1(ⅰ)
CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g) ΔH=-165 kJ·mol-1(ⅱ)
根据盖斯定律可知,ⅰ×2+ⅱ得过程Ⅰ的热化学方程式:CH4(g)+CO2(g)2H2(g)+2CO(g) ΔH=+247.4 kJ·mol-1;②该反应是气体分子数增大的反应,温度相同时增大压强,平衡逆向移动,CH4的平衡转化率减小,由题图知在p2时CH4转化率较小,则p1(2)平衡常数为生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值,该反应的化学平衡常数K=,由表知温度升高,平衡常数K减小,平衡逆向移动,说明正反应是放热反应。
(3)1000 ℃时该反应的平衡常数K=0.6,某时刻的浓度商Q===0.25,Q(4)第Ⅱ步反应前后气体的化学计量数相等,绝热容器中反应温度变化会导致压强变化,则体系的压强不再发生变化,能判断平衡,①正确;固定容积,容积始终不变,由质量守恒定律,混合气体的总质量不变,则混合气体的密度不变,不能判断平衡,②错误;混合气体的总质量、总物质的量始终不变,则混合气体的平均相对分子质量不变,不能判断平衡,③错误;各组分的物质的量浓度不再改变,为平衡的特征,能判断平衡,④正确;该反应是放热反应,体系的温度不再发生变化,反应达到平衡,⑤正确;v正(CO2)=v逆(H2O),则正、逆反应速率相等,达到平衡,⑥正确。
17.(1)E2>E3>E1
(2)ΔH2-ΔH1+ΔH3
(3)①> ②c
(4)①AC ②小于 温度 正反应为放热反应,升高温度,化学平衡向逆反应方向移动,使φ(CH3OH)减小 ③
[解析] (1)步骤1为化学键的断裂,吸收能量,则E2>E1,步骤2为化学键的形成,释放能量,则E2>E3,碳和水蒸气反应生成CO和氢气,该反应为吸热反应,则E3>E1,因此有E2>E3>E1。
(2)①CH3OH(g)+CO(g)CH3COOH(g) ΔH1;②CH3OH(g)+CO(g)+2H2(g)CH3CH2OH(g)+H2O(g) ΔH2;③CH3CH2OH(g)+O2(g)CH3COOH(g)+H2O(g) ΔH3;根据盖斯定律,②-①+③可得2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH=ΔH2-ΔH1+ΔH3。
(3)①该反应为放热反应,当n(CH3OH)一定时,达到平衡,如果升高温度,平衡逆向移动,CH3NH2的体积分数减小,根据题图可知,T1>T2。
②其他条件不变时,增大CH3OH的物质的量,平衡向正反应方向移动,氨气的转化率增大,根据题图可知,a、b、c三点中c点氨气的转化率最大。
(4)①各组分都是气体,则混合气体的总质量始终保持不变,因此混合气体的总质量保持不变,不能说明反应达到平衡,故A符合题意;用不同物质的反应速率表示达到平衡,要求反应方向是一正一逆,且速率之比等于化学计量数之比,因此CO的消耗速率与CH3OH的消耗速率相等,能说明反应达到平衡,故B不符合题意;起始时通入CO和H2物质的量之比等于反应方程式中化学计量数之比,任何时刻两者转化率都相等,因此不能说明反应已达到平衡,故C符合题意;根据化学平衡的定义,当甲醇的体积分数不再改变,说明反应达到平衡,故D不符合题意。
②根据题意,X轴和Y轴改变的条件分别是温度和压强,该反应为放热反应,如果升高温度,平衡向逆反应方向移动,甲醇的平衡体积分数降低;该正反应是气体分子数减小的反应,增大压强,平衡向正反应方向移动,甲醇的平衡体积分数增大,根据题图可知,X轴代表的外界条件为压强,Y轴代表的外界条件是温度。X轴从左向右,同一温度下,φ(CH3OH)增大,则压强从左向右依次增大,即b>a。
③令达到平衡时,消耗CO的物质的量为x mol,则达到平衡时,n(CO)=(1-x) mol,n(H2)=(2-2x) mol,n(CH3OH)=x mol,M位置所处条件下,甲醇的体积分数为10%,则有×100%=10%,则x=0.25,该温度下压强平衡常数Kp===(kPa)-2。
18.(1)-246.1 低温 ·K2·K3 (2)AB
(3)在1.3×104 kPa下,CO的平衡转化率已经很高,如果继续增大压强,CO的平衡转化率提高不大,而生产成本增加
(4)2.0 (5)①50% ②625 (kPa)2
[解析] (1)已知①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1=-90.7 kJ·mol-1,②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH2=-23.5 kJ·mol-1,③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH3=-41.2 kJ·mol-1,依据盖斯定律①×2+②+③可得3H2(g)+3CO(g)CH3OCH3(g)+CO2(g) ΔH=(-90.7 kJ·mol-1)×2+(-23.5 kJ·mol-1)+(-41.2 kJ·mol-1)=-246.1 kJ·mol-1,则该正反应是气体分子数减小的放热反应,即ΔH<0、ΔS<0,则该反应低温能自发进行,K1=,K2=,K3=,则K==·K2·K3。
(2)由图可知,压强一定时,升高温度,CO的平衡转化率减小,平衡逆向移动,故该正反应为放热反应,ΔH<0,A正确;正反应方向气体分子数减小,增大压强,平衡正向移动,CO的平衡转化率增大,故p1>p2>p3,B正确;若在p3和316 ℃时,起始时=3,增大了氢气的加入量,平衡正向移动,则平衡时CO的平衡转化率增大,α(CO)大于50%,C错误。
(3)由图像可知,250 ℃、1.3×104 kPa下,CO的平衡转化率已较高,再增大压强,CO平衡转化率提高不大,同时生产成本增加,得不偿失。
(4)采用一种新型的催化剂(主要成分是Cu-Mn的合金),利用CO和H2制备二甲醚(DME),观察图像,当约为2.0时最有利于二甲醚的合成。
(5)①设二甲醚反应的物质的量为x,气体压强之比等于气体物质的量之比,由三段式分析:
CH3OCH3(g)CH4(g)+CO(g)+H2(g)
起始量/mol 1 0 0 0
转化量/mol x x x x
平衡量/mol 1-x x x x,
达到平衡时容器的总压强为100 kPa,则有=,解得x=0.5,故CH3OCH3的转化率=×100%=50%。
②由上述分析可知,平衡常数Kp===625 (kPa)2。
19.(1)> 该反应焓变(ΔH)大于0,必须熵变(ΔS)大于0,才能使反应在较高温度下自发进行
(2)(画出斜线趋势逐渐减小即可)
(3)
(4)纳米片
(5)-49.1
(6)A
[解析] (1)反应Ⅰ是吸热反应,ΔH>0,若反应能自发进行,则ΔG=ΔH-TΔS<0,故需要ΔS>0,此时反应在较高温度下能自发进行。
(2)k正和k逆仅受温度影响,结合v正=k正c(CO2)·c(H2),升高温度,k正增大,pk正减小。
(3)反应Ⅰ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g),当CO平衡产率为40%时,列三段式:
此时总压为p,总物质的量为5 mol,由阿伏伽德罗定律知,压强与物质的量成正比,即Kp===。
(4)温度相同时,使用Cu/ZnO纳米片CO2的转化率减小,但甲醇的选择性增大,说明使用Cu/ZnO纳米片使主反应活化能比副反应活化能下降幅度更大,更有利于加快主反应速率,故选择Cu/ZnO纳米片。
(5)根据图知,总热化学反应方程式为CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=(-0.51×1.6×10-19×10-3×6.02×1023) kJ·mol-1≈-49.1 kJ·mol-1。
(6)该反应是一个反应后气体分子数减小的放热反应,低温、高压条件下平衡正向移动,有利于提高CO2转化为甲醇的平衡转化率,A正确;增大CO2与H2的初始投料比,CO2的转化率降低,氢气的转化率提高,B错误;CH2O*+H*CH3O*的能垒最小,反应速率最快,不是该反应的决速步骤,C错误。单元素养测评卷(二)
第二章 化学反应速率与化学平衡
本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分。第Ⅰ卷42分,第Ⅱ卷58分,共100分。
第Ⅰ卷 (选择题 共42分)
一、选择题(本大题共14小题,每小题3分,共42分。每小题只有1个选项符合题意,不选、多选、错选均不给分)
1.[2025·天津耀华中学高二阶段考] 下列关于化学反应速率的说法正确的是 ( )
A.升高温度可降低化学反应的活化能,提高活化分子百分数,加快化学反应速率
B.反应物浓度增大,单位体积活化分子数增多,有效碰撞的次数增加,反应速率增大
C.在相同温度下,两个相同的容器中分别充入相同物质的量的F2和Cl2,让它们与等量的氢气反应,反应速率相同
D.有气体参加的化学反应,若增大压强(即缩小反应容器的容积),可增加活化分子的百分数,从而使反应速率加快
2.[2025·北京顺义一中高二月考] 在一恒容的密闭容器中,反应3A(g)+B(g)
2C(g)+D(g) ΔH>0达到平衡后,改变以下条件,下列说法正确的是 ( )
A.增加A的浓度,平衡正向移动,平衡常数增大
B.升高温度,正反应速率增大,逆反应速率减小,平衡正向移动
C.恒温恒容充入Ne,容器内压强增大,v正、v逆均增大
D.将容器的容积压缩,活化分子的百分数不变,但是单位体积内活化分子数增多,有效碰撞次数增多,化学反应速率加快
3.在容积为1 L的恒容容器内进行反应4A(g)+3B(s)2C(g)+D(g),经2 min后,A的浓度减少了0.8 mol·L-1。下列对化学反应速率的表示正确的是 ( )
A.2 min内,B的化学反应速率是0.3 mol·L-1·min-1
B.2 min末,A的化学反应速率是0.4 mol·L-1·min-1
C.温度升高,该反应活化分子百分比提高,化学反应速率变快
D.若2v正(C)=v逆(D),可证明该反应达到了化学平衡状态
4.[2024·安徽A10联盟高二期中] 我国科学家研究表明,纳米零价铁(nZVI)在厌氧条件下能够在短时间内将Se完全去除,影响因素包括溶液pH、Se的初始浓度、溶液温度以及水中的共存离子等。某团队在实验室里设计并完成了不同条件下c(Se)随时间变化的探究实验如下。
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
下列说法错误的是 ( )
A.初始pH偏小,Se去除率可能会下降
B.适当增加纳米铁质量有利于去除Se
C.纳米铁能将Se还原为Se,减少其毒性和移动性
D.实验①中,0~2 h内平均反应速率v(Se)=0.5 mol·L-1·h-1
5.[2024·天津河西区高二期中] 如图实验对Fe3++3SCN-Fe(SCN)3平衡的影响进行探究,下列说法正确的是 ( )
A.若向试管a中加2 mL水,由Q>K,判断平衡逆向移动
B.向试管b中加少量铁粉,因c(Fe3+)增大,故平衡正向移动
C.向试管b中加少量铁粉,因c(Fe3+)减小,故平衡常数K增大
D.向试管c中滴2滴浓度较大的KSCN溶液,平衡常数K增大
6.在某催化剂作用下双氧水分解:2H2O2(aq)2H2O(l)+O2(g)。向某容器中加入足量双氧水,测得双氧水浓度与反应时间关系如图所示。已知:双氧水浓度减小一半所用时间叫半衰期。下列叙述错误的是 ( )
A.温度升高,双氧水分解速率加快 B.反应速率:a>b
C.ab段平均速率:v(H2O2)=0.01 mol·L-1·s-1 D.此条件下,双氧水半衰期与初始浓度成正比
7.在25 ℃时,恒容密闭容器中X、Y、Z三种气体的初始浓度和平衡浓度如表所示,下列说法不正确的是 ( )
物质 X Y Z
初始浓度/(mol·L-1) 1 2 0
平衡浓度/(mol·L-1) 0.5 0.5 1
A.反应可表示为X(g)+3Y(g)2Z(g) B.Y的平衡转化率为75%,化学平衡常数为16
C.反应前后气体总压强之比为3∶2 D.增大压强,平衡会正向移动,反应的平衡常数增大
8.[2025·河北石家庄二中高二月考] 在容积不变的密闭容器中存在如下反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=-Q kJ·mol-1(Q>0)。当其他条件不变时,改变某一条件对上述反应的影响如图所示,下列分析不正确的是 ( )
A.图Ⅰ中t1时刻增大O2的浓度 B.图Ⅱ中t1时刻加入催化剂
C.由图Ⅲ可知,温度关系为T乙>T甲 D.若2v正(O2)=v逆(SO2),则反应达化学平衡状态
9.[2024·重庆南岸区高二期中] 以下对图像的描述错误的是 ( )
A.若图甲容器的容积为2 L,发生反应2A(g)3B(g)+C(g),则0~2 s内的平均反应速率v(A)=0.2 mol·L-1·s-1
B.图乙:某温度下发生反应2HI(g)H2(g)+I2(g),t1时刻改变的条件可以是加入催化剂或者增大体系压强(缩小容器容积)
C.图丙:对图中反应升高温度,该反应平衡常数增大,正反应为吸热反应
D.图丁:对于反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g) ΔH<0,m+n10.[2025·湖南长沙一中高二检测] 丙烷脱氢是制备丙烯的一种常见方法,Ga2O3催化该过程反应历程及能量变化如图(X为丙烷,Y为丙烯),下列说法正确的是 ( )
A.Ga2O3反应前后质量不变,未参与反应
B.反应X(g)Y(g)+H2(g) ΔH=-167 kJ·mol-1
C.以上反应历程中主要包含了四步变化,其中第三步为决速步骤
D.1 mol CH3CH2CH3的总键能小于1 mol CH2CHCH3与1 mol H2的总键能之和
11.25 ℃时,向40 mL 0.05 mol·L-1的FeCl3溶液中一次性加入10 mL 0.15 mol·L-1的KSCN溶液(混合溶液的体积近似等于所加溶液体积之和),发生反应Fe3++3SCN-Fe(SCN)3,混合溶液中c(Fe3+)与反应时间(t)的关系如图所示。下列说法错误的是 ( )
A.t4时向溶液中加入2 mL 0.1 mol·L-1 KCl溶液,平衡逆向移动
B.E点对应的坐标为(0,0.04)
C.0~t2过程中平均反应速率v(SCN-)= mol·L-1·min-1
D.t4时加入少量KSCN固体,溶液红色加深,说明上述反应是可逆反应
12.[2025·河北石家庄二中高二月考] 已知:NO(g)+O3(g)NO2(g)+O2(g) ΔH。实验测得速率方程为v正=k正c(NO)·c(O3),v逆=k逆c(NO2)·c(O2)(k正、k逆为速率常数,只与温度有关,与浓度无关)。向2 L恒容密闭容器中充入0.4 mol NO(g)和0.6 mol O3(g)发生上述反应,
测得NO的体积分数x(NO)与温度和时间的关系如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.正、逆反应活化能的大小关系为Ea正>Ea逆
B.b点NO的转化率为80%
C.T1温度下的D.化学反应速率:vc正>va逆>vb逆
13.[2025·湖南长郡中学高二期中] 已知N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1,ΔS=-198 J·mol-1·K-1,工业合成氨的流程如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.步骤②中“加压”既可以提高原料的转化率,又可以加快反应速率,所以生产中压强越大越好
B.步骤④中反应温度提高至1000 ℃,反应速率加快且催化剂的活性更高
C.步骤②④⑤⑥均有利于提高原料的平衡转化率
D.若此反应中ΔH和ΔS不随温度变化而变化,则保持此反应自发进行的温度应低于466.7 K
14.T ℃时,存在如下平衡:2NO2(g)N2O4(g)。该反应的正、逆反应速率与NO2、N2O4浓度的关系为v正=k正c2(NO2),v逆=k逆c(N2O4)(k正、k逆是速率常数,只受温度影响),且lg v正~lg c(NO2)与lg v逆~lg c(N2O4)的关系如图所示,下列说法正确的是 ( )
A.图中表示lg v正~lg c(NO2)的是直线Ⅱ
B.T ℃时,向刚性容器中充入一定量NO2,平衡后测得c(N2O4)为1.0 mol·L-1,则平衡时v逆=10a+2
C.T ℃时,该反应的平衡常数K=100
D.T ℃时向2 L恒容密闭容器中充入1.6 mol NO2,某时刻v正=4×10a mol·L-1·
min-1,则此时NO2的转化率为25%
第Ⅱ卷 (非选择题 共58分)
二、非选择题(本大题共5小题,共58分)
15.(9分)[2025·北京顺义一中高二月考] 某化学小组欲测定酸性条件下KClO3溶液与NaHSO3溶液反应的化学反应速率,所用的试剂为10 mL 0.1 mol·L-1 KClO3溶液和10 mL 0.3 mol·L-1 NaHSO3溶液,所得c(Cl-)随时间变化的曲线如图所示。
(1)(1分)根据实验数据可知,该反应在0~4 min的平均反应速率v(Cl-)为 mol·L-1·min-1。
(2)反应过程中,该反应的化学反应速率变化趋势为先增大后减小。
ⅰ.探究化学反应速率增大的影响因素:
已知:Cl+3HSCl-+3S+3H+
方案 假设 具体实验操作
Ⅰ 该反应放热,使溶液温度升高,反应速率加快 向烧杯中依次加入10 mL 0.1 mol·L-1 KClO3溶液和10 mL 0.3 mol·L-1 NaHSO3溶液,
Ⅱ 反应产物Cl-对反应有催化作用 取10 mL 0.1 mol·L-1 KClO3溶液于烧杯中,先加入 固体(填化学式),再加入10 mL 0.3 mol·L-1 NaHSO3溶液
Ⅲ 反应中溶液酸性增强,加快了化学反应速率 分别向2个烧杯中加入10 mL 0.1 mol·L-1 KClO3溶液,再向烧杯①中加入1 mL水,烧杯②中加入1 mL 0.2 mol·L-1盐酸,然后向烧杯中加入10 mL 0.3 mol·L-1 NaHSO3溶液
①(2分)补全方案Ⅰ中横线上的操作: 。
②(1分)方案Ⅱ中所加固体的化学式为 (合理,一种即可)。
③(2分)在证明方案Ⅰ假设不成立的情况下,从控制变量角度思考,方案Ⅲ实验操作设计不严谨,改进措施为 。
④(1分)除方案Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ外,请再提出一个可能使化学反应速率增大的假设:
。
ⅱ.⑤(2分)反应后期,化学反应速率降低的主要原因是 。
16.(11分)[2025·湖南长沙一中高二检测] 工业上有使用石油热裂解的副产物甲烷来制取氢气,其生产流程如下图:
(1)此流程的第Ⅰ步反应为CH4(g)+H2O(g)3H2(g)+CO(g) ΔH=+206.2 kJ·mol-1。
①(3分)已知断开1 mol相关物质所含化学键需要的能量如下表,a= 。
1 mol物质 H2 H2O CH4 CO
断开所有化学键所需能量/kJ 436 930 a 1076
若已知相关反应的能量变化如图甲、乙所示:
则CH4与CO2转化为合成气(H2和CO)的热化学方程式为 。
②(1分)一定条件下CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如图丙所示,则p1 p2(填“<”“>”或“=”)。
(2)(3分)此流程的第Ⅱ步反应为CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g),则该反应的化学平衡常数K= (用式子表示)。
反应的平衡常数随温度的变化如表所示:
温度/℃ 400 500 830 1000
平衡常数K 10 9 1 0.6
从表中可以推断:此反应是 (填“吸”或“放”)热反应。
(3)(2分)此流程的第Ⅱ步反应:CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g),在1000 ℃时,某时刻反应混合物中CO、H2O、H2、CO2的物质的量浓度分别为2 mol·L-1、2 mol·L-1、1 mol·L-1、1 mol·L-1,此时反应向 (填“正反应”或“逆反应”)方向进行。
(4)(2分)一个绝热恒容的容器中,判断此流程的第Ⅱ步反应达到平衡的标志是 (填序号)。
①体系的压强不再发生变化 ②混合气体的密度不变
③混合气体的平均相对分子质量不变 ④各组分的物质的量浓度不再改变
⑤体系的温度不再发生变化 ⑥v正(CO2)=v逆(H2O)
17.(12分)一碳化学是指以分子中只含一个碳原子的化合物如CO、CO2、CH4、CH3OH等为原料,用化工方法制造产品的化学体系的总称,其主要目的是用较少的碳原料生成较多的燃料。
(1)(1分)碳和水蒸气发生反应生成CO、H2的途径和三个状态的能量如图所示,该反应为吸热反应,则E1、E2、E3由大到小的顺序为 。
(2)(2分)以CH3OH和CO为原料合成CH3COOH涉及的主反应和部分副反应如下:
CH3OH(g)+CO(g)CH3COOH(g) ΔH1
CH3OH(g)+CO(g)+2H2(g)CH3CH2OH(g)+H2O(g) ΔH2
又知乙醇氧化为乙酸的反应为CH3CH2OH(g)+O2(g)CH3COOH(g)+H2O(g) ΔH3
则2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH= (用ΔH1、ΔH2、ΔH3表示)。
(3)CH3OH(g)和NH3(g)在一定条件下反应可制得甲胺CH3NH2(g):CH3OH(g)+NH3(g)CH3NH2(g)+H2O(g) ΔH=-12 kJ·mol-1。
在某恒容密闭容器中进行该反应,在其他条件不变的情况下,分别测得起始时CH3OH(g)的物质的量和温度(T)对平衡时CH3NH2(g)的体积分数的影响如图所示。
①(1分)据图分析,T1 (填“>”“<”或“=”)T2。
②(1分)图中 (填“a”“b”或“c”)点对应的平衡状态中反应物NH3(g)的转化率最大。
(4)甲醇在工业上可利用水煤气来合成:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH<0。将1 mol CO和2 mol H2通入密闭容器中进行反应,在一定温度和压强下达到平衡时甲醇的体积分数φ(CH3OH)的变化趋势如图所示。
①(1分)下列不能判断该反应达到化学平衡状态的是 (填字母)。
A.体系中气体的总质量保持不变 B.CO的消耗速率与CH3OH的消耗速率相等
C.体系中CO的转化率和H2的转化率相等 D.体系中CH3OH的体积分数保持不变
②(4分)X轴上a (填“大于”或“小于”)b。图中Y轴表示的外界条件为 ,判断的理由是 。
③(2分)在M位置所处的温度和压强(p0 kPa)下,反应经20 min达到平衡时φ(CH3OH)=10%,该温度下反应的压强平衡常数Kp= (kPa)-2(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
18.(13分)二甲醚(DME)被誉为“21世纪的清洁燃料”,由合成气制备二甲醚的主要原理如下:
①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1=-90.7 kJ·mol-1 K1
②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH2=-23.5 kJ·mol-1 K2
③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH3=-41.2 kJ·mol-1 K3
回答下列问题:
(1)(3分)反应3H2(g)+3CO(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)的ΔH= kJ·mol-1;该反应在 (填“低温”或“高温”)下能够自发进行,反应的平衡常数K= (用含K1、K2、K3的式子表示)。
(2)(2分)将合成气以=2通入1 L的反应器中,一定条件下发生反应:4H2(g)+2CO(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH,其中CO的平衡转化率随温度、压强的变化关系如图甲所示,下列说法正确的是 (填字母)。
A.ΔH<0
B.p1>p2>p3
C.若在p3和316 ℃时,起始时=3,则平衡时,α(CO)小于50%
(3)(2分)CO合成甲醇时,在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图乙所示。实际生产条件控制在250 ℃、1.3×104 kPa左右,选择此压强的理由是 。
(4)(2分)采用一种新型的催化剂(主要成分是Cu-Mn的合金),利用CO和H2制备二甲醚(DME)。观察如图丙,当约为 时最有利于二甲醚的合成。
(5)高温时二甲醚蒸气发生分解反应:CH3OCH3CH4+CO+H2。迅速将二甲醚引入一个504 ℃的抽成真空的瓶中,在不同时刻测定瓶内压强p总如下表:
t/min 0 10 20 30 40 50
p总/kPa 50.0 78.0 92.0 99.0 100 100
①(2分)该反应达到平衡状态时,二甲醚的转化率为 。
②(2分)该反应的平衡常数Kp= 。(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)
19.(13分)[2025·浙江浙东北联盟高二期中联考] 合理利用温室气体是当前能源与环境研究的热点。CO2催化加氢可缓解CO2对温室效应的影响,其原理如下:
反应Ⅰ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH1=+41.2 kJ·mol-1
反应Ⅱ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2
(1)(3分)反应Ⅰ的ΔS 0(填“>”“<”或“=”),说明理由: 。
(2)(2分)反应Ⅰ中,v正=k正c(CO2)·c(H2),v逆=k逆c(CO)·c(H2O),其中v正和v逆分别为正、逆反应速率,k正和k逆分别为正、逆反应速率常数,k正和k逆仅受温度影响。请在下图中画出pk正随T的变化斜线。(pk=-lg k,T表示温度)
(3)(2分)在0.1 MPa下,将1 mol CO2和4 mol H2充入2 L刚性密闭容器中,假设只发生反应Ⅰ,当CO平衡产率为40%时,此时总压为p,计算该温度下反应Ⅰ的平衡常数Kp= 。(计算结果用分数表示)
(4)(2分)某实验室控制CO2和H2初始投料比为1∶2.2,经过相同时间测得四组实验数据如表所示。
反应序号 T/K 催化剂 CO2转化率/% 甲醇选择性/%
① 543 Cu/ZnO纳米棒 12.3 42.3
② 543 Cu/ZnO纳米片 10.9 72.7
③ 553 Cu/ZnO纳米棒 15.3 39.1
④ 553 Cu/ZnO纳米片 12.0 71.6
结合实验数据,选择Cu/ZnO (填“纳米棒”或“纳米片”)更有利于提高甲醇产率。
(5)(2分)下图为CO2和H2在某催化剂M表面发生反应Ⅱ得到单分子甲醇的反应历程(*表示吸附态),则CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2= kJ·mol-1(“eV”表示电子伏特,指一个电子的电位差加速后所获得的动能,1 eV=1.6×10-19 J,NA=6.02
×1023 mol-1)。(保留三位有效数字)
(6)(2分)对于反应Ⅱ,下列说法正确的是 。
A.低温、高压有利于提高CO2转化为甲醇的平衡转化率
B.增大CO2与H2的初始投料比,有利于提高CO2转化为甲醇的平衡转化率
C.使用催化剂M生成甲醇的反应历程中,CH2O*+H*CH3O*是该反应的决速步