化学反应的方向、限度与速率测评A
(基础过关卷)
(时间:90分钟 满分:100分)
可能用到的相对原子质量:H—1 C—12 N—14 O—16
Na—23 S—32
一、选择题(本题共12小题,每小题4分,共48分。每小题只有一个选项符合题意)
1.锡是古老金属,锡之为器,自上古而延绵至今。锡素有“盛水水清甜,盛酒酒香醇,储茶味不变,插花花长久”的美称。金属锡的冶炼常用焦炭作还原剂:SnO2+2CSn+2CO↑,反应过程中能量的变化如图所示。下列有关该反应的ΔH、ΔS的说法中正确的是( )
A.ΔH<0 ΔS<0 B.ΔH>0 ΔS<0
C.ΔH<0 ΔS>0 D.ΔH>0 ΔS>0
解析:由于生成物所具有的能量大于反应物所具有的能量,故该反应为吸热反应,即ΔH>0;该反应为气态物质系数增大的反应,故ΔS>0。
答案:D
2.在2 L密闭容器内,某气体反应物在2 s内由8 mol变为7.2 mol,则该反应的平均反应速率为( )
A.0.4 mol·L-1·s-1
B.0.3 mol·L-1·s-1
C.0.2 mol·L-1·s-1
D.0.1 mol·L-1·s-1
解析:v==0.2mol·L-1·s-1。
答案:C
3.下列可逆反应一定处于平衡状态的是( )
A.2HBr(g)Br2(g)+H2(g),气体物质的量保持不变
B.N2(g)+3H2(g)2NH3(g),测得正反应速率v(N2)=0.02 mol·L-1·min-1,逆反应速率v(NH3)=0.01 mol·L-1·min-1
C.2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),在3 min后SO2的转化率一直为49%
D.2CO(g)+O2(g)2CO2(g),混合物中CO、O2、CO2的物质的量之比为2∶1∶2
解析:A项中的反应为气体物质的量不变的反应,无论反应进行到什么程度,气体物质的量均保持不变,该项不符合题意;B项中v逆(N2)=v逆(NH3)=×0.01mol·L-1·min-1=0.005mol·L-1·min-1,v(正)>v(逆),反应正向进行,未达平衡状态;D项中各组分的物质的量之比等于系数之比,不能说明反应是否达到平衡状态。
答案:C
4.向酸性硫酸铬溶液中加入适量氢氧化钠溶液使其pH变为4.6时,溶液中有蓝灰色沉淀出现,此时溶液中存在如下平衡:Cr3+(紫色)+3OH-Cr(OH)3(蓝灰色)H++Cr(绿色)+H2O。将上述混合液分为两份,其中一份加入少量氢氧化钠溶液,另一份加入少量稀硫酸,则此两份混合液的颜色分别为( )
A.紫色、绿色 B.蓝灰色、绿色
C.蓝色、紫色 D.绿色、紫色
解析:加入少量NaOH溶液,题给平衡向右移动,[Cr]增大,[Cr3+]减小,溶液颜色变为绿色;同理,加入少量稀硫酸,题给平衡向左移动,[Cr3+]增大,[Cr]减小,混合溶液呈紫色。
答案:D
5.下面是某化学研究小组探究外界条件对化学反应速率和化学平衡影响时所画的图像,其中图像和实验结论表达均正确的是( )
A.①是其他条件一定时,反应速率随温度变化的图像,正反应ΔH<0
B.②是在平衡体系的溶液中溶入少量KCl晶体后化学反应速率随时间变化的图像
C.③是在有、无催化剂存在下建立平衡过程的图像,a表示使用催化剂时的曲线
D.④是一定条件下,向含有一定量A的容器中逐渐加入B时的图像,压强p1>p2
解析:根据图像①,升高温度,平衡正向移动,正反应ΔH>0,A错;②反应实质是Fe3++3SCN-Fe(SCN)3,K+和Cl-不参加化学反应,KCl浓度增大不影响化学平衡,B错;③使用催化剂,反应速率增大,先达到平衡,C正确;④反应为反应前后气态物质系数不变的化学反应,改变压强不影响平衡状态,即不影响A的转化率,且不断加入B,A的转化率增大,D错。
答案:C
6.处于平衡状态的反应2H2S(g)2H2(g)+S2(g) ΔH>0,不改变其他条件的情况下,下列说法合理的是 ( )
A.加入催化剂,反应途径将发生改变,ΔH也将随之改变
B.升高温度,正、逆反应速率都增大,H2S的分解率也增大
C.增大压强,平衡逆向移动,将引起体系温度降低
D.若体系恒容,充入一些H2后达新平衡,H2浓度将减小
解析:ΔH与反应的始态、终态有关,与反应发生的途径无关,A项错误;升高温度,正、逆反应速率均增大,因该反应的正反应是吸热反应,故平衡正向移动,分解率增大,B项正确;该反应是气态物质系数增大的反应,增大压强平衡逆向移动,逆反应是放热反应,会使体系温度升高,C项错误;体系中充入H2,平衡将向H2浓度减小的方向移动,但不能消除H2浓度的增大,达到平衡后H2的浓度比原平衡中的大,D项错误。
答案:B
7.相同温度下,容积均为0.25 L的两个恒容密闭容器中发生可逆反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.2 kJ·mol-1。实验测得起始时的有关数据如表所示:
容器 编号 起始时各物质的物质的量/mol 达到平衡时体 系能量的变化
N2 H2 NH3
① 1 3 0 放出热量:23.05 kJ
② 0.9 2.7 0.2 放出热量:Q
下列叙述错误的是( )
A.容器①②中反应的平衡常数相等
B.平衡时,两个容器中NH3的体积分数均为
C.容器②中达到平衡时放出的热量Q=23.05 kJ
D.若容器①的容积为0.5 L,则平衡时放出的热量小于23.05 kJ
解析:对于给定反应,平衡常数只与温度有关,温度相同,平衡常数相同,A正确。由①中放出的热量可知,参加反应的N2为0.25mol,则有
N2(g)+3H2(g)2NH3(g)
n(起始物质的量)/mol 1 3 0
n(转化物质的量)/mol 0.25 0.75 0.5
n(平衡物质的量)/mol 0.75 2.25 0.5
则①中NH3的体积分数为,由于①和②中建立的平衡是相同的,所以两容器中NH3的体积分数均为,B正确。①和②建立的平衡是相同的,②中起始时充入0.9molN2,达到平衡时相当于有0.15molN2参加反应,则平衡时放出的热量小于23.05kJ,C不正确。若容器①的容积为0.5L,相当于在原来的基础上减小压强,平衡逆向移动,则平衡时放出的热量小于23.05kJ,D正确。
答案:C
8.在容积为2 L的恒容密闭容器中发生反应xA(g)+yB(g)zC(g),图1表示200 ℃时容器中A、B、C的物质的量随时间的变化关系,图2表示不同温度下达到平衡时C的体积分数随起始的变化关系。则下列结论正确的是( )
A.200 ℃时,反应从开始到平衡的平均速率v(B)=0.04 mol·L-1·min-1
B.由图2可知反应xA(g)+yB(g)zC(g)的ΔH<0,且a=2
C.若在图1所示的平衡状态下,再向体系中充入He,重新达到平衡前v(正)>v(逆)
D.200 ℃时,向容器中充入2 mol A和1 mol B,达到平衡时,A的体积分数小于0.5
解析:由图1可知,反应从开始到平衡v(B)==0.02mol·L-1·min-1,A错误。由图1知,达到平衡时,A、B、C的物质的量的变化量分别为0.4mol、0.2mol、0.2mol,A、B、C的化学计量数之比为2∶1∶1,所以a=2,且平衡时,C的体积分数最大,但根据图2可知,n(A)∶n(B)一定时,温度升高,平衡时C的体积分数增大,说明升高温度,平衡正向移动,正反应是吸热反应,ΔH>0,B错误。向恒容的反应体系中充入He,平衡不移动,C错误。由图1知,起始充入0.8molA、0.4molB,达到平衡时A、B、C的物质的量分别是0.4mol、0.2mol、0.2mol,A的体积分数是=0.5,现充入2molA和1molB,相当于增大压强,平衡正向移动,所以反应达到平衡时,A的体积分数小于0.5,D正确。
答案:D
9.利用催化氧化反应将SO2转化为SO3是工业上生产硫酸的关键步骤。已知:SO2(g)+O2(g)SO3(g) ΔH<0。向一带活塞的密闭容器中充入2.0 mol SO2和1.0 mol O2,反应达到平衡后,改变下列条件,能使SO2(g)的平衡浓度比原来减小的是( )
A.保持温度和容器容积不变,充入1.0 mol O2
B.保持温度和容器内压强不变,充入1.0 mol SO3
C.保持容器容积不变,升高温度
D.移动活塞压缩气体
解析:保持温度和容器容积不变,充入1.0molO2,O2的浓度增大,平衡正向移动,重新达到平衡后SO2(g)的浓度减小,A项正确;保持温度和容器内压强不变,充入1.0molSO3,重新达到的平衡与原平衡等效,体系中各物质浓度不变,B项错误;该反应放热,保持容器容积不变,升高温度,平衡逆向移动,重新达到平衡后,SO2(g)的浓度增大,C项错误;移动活塞压缩气体,能使平衡正向移动,但容器容积减小,根据勒·夏特列原理可知,SO2(g)的浓度增大,D项错误。
答案:A
10.800 ℃时,在密闭容器内发生反应:2NO(g)+O2(g)2NO2(g) ΔH<0,下列图像与该反应体系相符的是 ( )
A B C D
压强对反应的影响 温度对反应的影响 容器容积不变,向平衡体系中充入O2对反应的影响 催化剂对反应的影响
解析:由图示可知,压强为p1时,反应先达到平衡,故p1>p2,对于题给反应,增大压强,平衡正向移动,平衡时NO2体积分数增大,A错;反应放热,升高温度使平衡逆向移动,反应物的转化率减小,B错;容器容积不变,向平衡体系中充入O2,正反应速率增大,后逐渐减小,逆反应速率瞬时不变,后逐渐增大,平衡正向移动,正、逆反应速率相等时,达到新的平衡状态,C正确;加入催化剂,反应速率增大,达到平衡所需时间缩短,D错。
答案:C
11.已知甲醇是一种重要的工业原料,由甲醇脱氢可制取甲醛CH3OH(g)HCHO(g)+H2(g),甲醇的平衡转化率随温度变化的曲线如图所示(已知反应在1 L的密闭容器中进行)。
下列有关说法正确的是( )
A.甲醇脱氢反应的ΔH<0
B.600 K时,Y点甲醇的v(正)C.从Y点到Z点可通过减小压强
D.在T1条件下,该反应的平衡常数为8.1 mol·L-1
解析:由曲线可知,温度升高,甲醇的平衡转化率增大,所以平衡正向移动,正反应为吸热反应,ΔH>0,A选项错误;600K时,Y点表示的甲醇的转化率偏高,反应逆向进行,v(正)答案:B
12.向某密闭容器中加入0.3 mol A、0.1 mol C和一定量的B三种气体,在一定条件下发生反应,各物质的物质的量浓度随时间变化的情况如图1所示。图2为t2时刻后改变反应条件,平衡体系中化学反应速率随时间变化的情况,四个阶段都各改变一种条件,且所改变的条件均不相同。已知t3~t4阶段为使用催化剂。
下列说法错误的是( )
A.若t1=15,生成物C在t0~t1时间段的平均反应速率为0.004 mol·L-1·s-1
B.t4~t5阶段改变的条件为减小压强,t5~t6阶段改变的条件是升高温度
C.B的起始物质的量为0.02 mol
D.该反应的化学方程式为3A(g)B(g)+2C(g)
解析:若t1=15,生成物C在t0~t1时间段的平均反应速率v(C)==0.004mol·L-1·s-1,故A选项正确;t3~t4阶段为使用催化剂,t4~t5阶段,正、逆反应速率都减小,且化学平衡不移动,所以改变的条件只能为减小压强,且反应前后气态物质系数不变,反应中A的物质的量浓度变化为0.15mol·L-1-0.06mol·L-1=0.09mol·L-1,C的物质的量浓度变化为0.11mol·L-1-0.05mol·L-1=0.06mol·L-1,所以化学方程式中A与C的系数之比为0.09∶0.06=3∶2,则该反应的化学方程式为3A(g)B(g)+2C(g),t5~t6阶段,正、逆反应速率都增大,改变的条件应为升高温度,故B、D选项正确;由A的起始物质的量为0.3mol和起始物质的量浓度为0.15mol·L-1可知,容器的容积V==2L,由化学方程式可知B的起始物质的量浓度为0.05mol·L-1-(0.11mol·L-1-0.05mol·L-1)×=0.02mol·L-1,所以B的起始物质的量n(B)=0.02mol·L-1×2L=0.04mol,故C选项错误。
答案:C
二、非选择题(本题包括4小题,共52分)
13.(10分)研究和深度开发CO、CO2的应用对构建生态文明社会具有重要的意义。
请回答下列问题:
(1)在一恒温恒容密闭容器中发生反应:Ni(s)+4CO(g)Ni(CO)4(g) ΔH<0。利用该反应可以将粗镍转化为纯度达99.9%的高纯镍。下列对该反应的说法中正确的是 (填字母)。?
A.增加Ni的量可提高CO的转化率,Ni的转化率降低
B.缩小容器容积,平衡右移,ΔH减小
C.反应达到平衡状态后,充入CO,再次达到平衡状态时,CO的体积分数减小
D.当4v[Ni(CO)4]=v(CO)或容器中混合气体的密度不变时,都可说明反应已达到化学平衡状态
(2)金属氧化物可与一氧化碳发生氧化还原反应生成金属单质和二氧化碳。四种金属氧化物(Cr2O3、SnO2、PbO2、Cu2O)被一氧化碳还原时,lg与温度(T)的关系曲线如图所示:
700 ℃时,其中最难被还原的金属氧化物是 (填化学式),用一氧化碳还原该金属氧化物时,若反应方程式的系数之比为最简整数比,该反应的平衡常数(K)的值为 。?
(3)将CO2和H2充入一定体积的密闭容器中,在两种温度下发生反应:
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
测得CH3OH的物质的量随时间的变化情况如图所示。
①曲线Ⅰ、Ⅱ对应的化学平衡常数的关系为K(Ⅰ) (填“>”“<”或“=”)K(Ⅱ)。?
②一定温度下,在容积相同且固定的甲、乙两个密闭容器中,按如下方式加入反应物,一段时间后达到平衡状态:
容器 甲 乙
反应物投入量 1 mol CO2、 3 mol H2 a mol CO2、 b mol H2、 c mol CH3OH(g)、 c mol H2O(g)
若甲容器中平衡后气体的压强为起始的0.8倍,要使平衡后乙与甲中相同组分的体积分数相等,且保持起始时化学反应向逆反应方向进行,则c的取值范围为 。?
解析:(1)A项,Ni是固体,改变用量对平衡无影响,反应物的转化率不变,错误;B项,一定温度下给定的化学方程式的ΔH不会随着平衡移动而发生改变,错误;C项,因外界条件为恒温恒容,Ni是固体且正反应为气态物质系数减小的反应,所以反应达到平衡状态后充入CO,增大了反应体系的压强,平衡右移,CO的转化率提高,再次平衡后CO的体积分数减小,正确;D项,速率关系未标明正、逆,不能判断反应是否已达到平衡状态,错误。
(2)700℃时,lg越大,则K越小,说明反应正向进行的程度越小,金属氧化物越难被还原,根据图像,Cr2O3对应的lg最大,所以Cr2O3最难被还原;700℃时,Cr2O3对应的lg=4,得=104,结合Cr2O3与CO反应的化学方程式Cr2O3(s)+3CO(g)2Cr(s)+3CO2(g),可得K==10-12。
(3)①由图像判断曲线Ⅱ对应的温度高于曲线Ⅰ对应的温度,但曲线Ⅰ对应的甲醇在平衡时的物质的量较多,故温度升高平衡逆向移动,化学平衡常数减小,正反应放热。②平衡后甲容器中物质的总物质的量为4mol×0.8=3.2mol,Δn=4mol-3.2mol=0.8mol。
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) Δn=2
1 3 0 0
0.4 1.2 0.4 0.4 0.8
0.6 1.8 0.4 0.4
若保持起始时化学反应逆向进行,则c>0.4,要使平衡后乙与甲中相同组分的体积分数相等,c最高为1,所以c的取值范围为0.4答案:(1)C
(2)Cr2O3 10-12
(3)①> ②0.414.(8分)某同学为了探究锌与稀盐酸反应过程中反应速率的变化,他在100 mL稀盐酸中加入足量的锌粉,用排水集气法收集反应放出的氢气,实验记录如表所示(表中氢气的体积均已换算为标准状况下的数据,且为累计值):
时间/min 1 2 3 4 5
氢气体积/mL 50 120 232 290 310
(1)反应速率在前3 min呈现的变化规律是 ,?
出现这一现象的原因是 。?
(2)最后1 min反应速率最小的原因是 。?
(3)2~3 min内以稀盐酸的浓度变化来表示该反应的反应速率为v(HCl)= mol·L-1·min-1(设溶液体积不变)。?
解析:(1)由题表可知,不同时间段内产生氢气的体积,0~1min:50mL;1~2min:70mL;2~3min:112mL,则前3min反应速率越来越大。考虑到该反应为放热反应,随着反应的进行,溶液温度升高,反应速率增大。(2)反应后期,稀盐酸浓度显著下降,反应速率减小。(3)2~3min,V(H2)=232mL-120mL=112mL,n(H2)=0.005mol,Δc(H+)==0.1mol·L-1,v(HCl)==0.1mol·L-1·min-1。
答案:(1)逐渐增大 锌与稀盐酸的反应是放热反应,溶液温度升高,反应速率增大
(2)此时稀盐酸即将耗尽,溶液中H+浓度很小,反应速率减小
(3)0.1
15.(16分)2014年,全国很多地区都曾出现严重的雾霾天气,汽车尾气、冬季取暖排放的CO2等都是形成雾霾的因素。
请回答下列问题:
(1)汽车尾气净化的主要原理为2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)。
①对于气相反应,用某组分(B)的平衡压强(pB)代替物质的量浓度[B]也可以表示平衡常数(记作Kp),则该反应的Kp= 。?
②该反应在低温下能自发进行,则该反应的ΔH (填“>”或“<”)0。?
(2)将不同物质的量的H2O(g)和CO分别通入容积为2 L的恒容密闭容器中,进行反应:H2O(g)+CO(g)CO2(g)+H2(g),得到3组数据如表所示:
实验 温度/℃ 起始量/mol 平衡量/mol 达到平衡 状态所需 时间/min
H2O CO CO H2
1 650 2 4 2.4 1.6 5
2 900 1 2 1.6 0.4 3
3 900 a b c d t
①实验1中0~5 min内,以v(CO2)表示的化学反应速率为 ,此温度下的化学平衡常数为 ,温度升高时化学平衡常数会 (填“增大”“减小”或“不变”)。?
②650 ℃时,若在此容器中充入2 mol H2O(g)、1 mol CO、1 mol CO2和x mol H2,若要使反应在开始时正向进行,则x应满足的条件是 。?
③若a=2,b=1,则达到平衡状态时实验2中H2O(g)和实验3中CO的转化率的关系为α2(H2O) (填“<”“>”或“=”)α3(CO)。?
解析:(1)①对于在一定体积的密闭容器中发生的有气体参加的反应,气体的物质的量之比等于压强之比。所以当反应达到平衡状态时,Kp=。②反应2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)是混乱程度减小的反应,若该反应在低温下能自发进行,则该反应的ΔH<0。
(2)①根据表中数据可知实验1中0~5min内生成氢气的物质的量是1.6mol,则根据化学方程式可知生成CO2的物质的量是1.6mol,Δc(CO2)=0.8mol·L-1,则v(CO2)==0.16mol·L-1·min-1。
实验1条件下的化学平衡常数,列式计算:
H2O(g)+CO(g)CO2(g)+H2(g)
1 2 0 0
0.8 0.8 0.8 0.8
0.2 1.2 0.8 0.8
所以化学平衡常数K=
。
根据表中数据可知,实验1中CO的转化率为×100%=40%,实验2中CO的转化率为×100%=20%,则实验1中CO的转化率大于实验2中CO的转化率,则说明温度升高平衡逆向移动,因此化学平衡常数减小。
②由①知,650℃时,平衡常数K=,若要使反应在开始时正向进行,则,解得x<,因此x的取值范围是0≤x<。
③实验2条件下的化学平衡常数,列式计算:
H2O(g)+CO(g)CO2(g)+H2(g)
0.5 1 0 0
0.2 0.2 0.2 0.2
0.3 0.8 0.2 0.2
则K=。
若a=2,b=1,设H2O(g)的转化浓度为x,则
H2O(g)+CO(g)CO2(g)+H2(g)
1 0.5 0 0
x x x x
1-x 0.5-x x x
则K=,解得x=0.2mol·L-1。
所以达到平衡状态时,实验2中H2O(g)和实验3中CO的转化率均是×100%=40%。
答案:(1)① ②<
(2)①0.16 mol·L-1·min-1 减小
②0≤x< ③=
16.(18分)能源问题是人类社会面临的重大课题,甲醇是一种可再生能源,具有广阔的开发和应用前景,研究甲醇具有重要意义。
(1)用CO合成甲醇的反应为CO(g)+2H2(g)CH3OH(g);在容积为1 L的密闭容器中分别充入1 mol CO和2 mol H2,实验测得甲醇的物质的量和温度、时间的关系曲线如图甲所示。
图甲
则正反应的ΔH (填“<”“>”或“=”)0,判断的理由是 。?
(2)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,现进行如下实验: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乙所示。从反应开始到达平衡状态,v(H2)= ;该温度下的平衡常数数值K= 。能使平衡体系中增大的措施有 (任写一条)。?
图乙
(3)工业上利用甲醇制备氢气的常用方法有两种。
①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 。?
②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)影响关系如图丙所示。则当=0.25时,CH3OH与O2发生的主要反应的化学方程式为 。?
在制备H2时最好控制= 。?
图丙
解析:(1)从图上看,温度由300℃升高到500℃,平衡时甲醇的物质的量减小,即升高温度平衡逆向移动,说明逆反应为吸热反应,则正反应为放热反应。
(2)v(H2)=3v(CO2)=×3=0.225mol·L-1·min-1。反应达到平衡时,CO2、H2、CH3OH、H2O的物质的量浓度分别为0.25mol·L-1、0.75mol·L-1、0.75mol·L-1、0.75mol·L-1,该温度下平衡常数K=(mol·L-1)-2。要使增大,即改变条件后,平衡正向移动,因该反应是气态物质系数减小的放热反应,故可通过降低温度(或增大压强或增大H2的浓度)等方法实现。
(3)①反应达到平衡时,反应体系中各物质总物质的量:0.6mol×2.2=1.32mol。
CH3OH(g)CO(g)+2H2(g) Δn
1mol 2mol
n(CH3OH) 0.72mol
n(CH3OH)=0.36mol,甲醇的转化率:×100%=60%。
②从图中可以看出,=0.25时,HCHO的选择性最大,则反应的化学方程式为2CH3OH+O22HCHO+2H2O。从图中可以看出,=0.5时,H2的选择性最大。
答案:(1)< 温度升高,平衡时甲醇的量减少,平衡逆向移动,则正反应放热
(2)0.225 mol·L-1·min-1 降低温度(或增大压强或增大H2的浓度等)
(3)①60% ②2CH3OH+O22HCHO+2H2O 0.5
13
化学反应的方向、限度与速率测评B
(时间:90分钟 满分:100分)
可能用到的相对原子质量:H—1 C—12 N—14 O—16
Na—23 S—32
一、选择题(本题共12小题,每小题4分,共48分。每小题只有一个选项符合题意)
1.(2014上海化学)只改变一个影响因素,平衡常数K与化学平衡移动的关系叙述错误的是( )
A.K值不变,平衡可能移动
B.K值变化,平衡一定移动
C.平衡移动,K值可能不变
D.平衡移动,K值一定变化
解析:K值代表化学平衡常数,平衡常数只与温度有关系,K值不变只能说明温度不改变,但是其他条件也可能发生改变,平衡也可能发生移动,A正确;K值变化,说明反应的温度一定发生了变化,因此平衡一定移动,B正确;平衡移动,温度可能不变,因此K值可能不变,C正确,D错误。
答案:D
2.(2014北京理综)在一定温度下,10 mL 0.40 mol·L-1 H2O2溶液发生催化分解。不同时刻测得生成O2的体积(已折算为标准状况)如下表。
t/min 0 2 4 6 8 10
V(O2)/mL 0.0 9.9 17.2 22.4 26.5 29.9
下列叙述不正确的是(溶液体积变化忽略不计)( )
A.0~6 min的平均反应速率:
v(H2O2)≈3.3×10-2 mol·L-1·min-1
B.6~10 min的平均反应速率:
v(H2O2)<3.3×10-2 mol·L-1·min-1
C.反应至6 min时,c(H2O2)=0.30 mol·L-1
D.反应至6 min时,H2O2分解了50%
解析:10mL溶液中含有H2O2物质的量为0.01L×0.4mol·L-1=0.004mol,6min时,氧气的物质的量为=0.001mol,
根据三段法解题:
2H2O22H2O+O2↑
初始物质的量(mol) 0.004 0
变化的物质的量(mol) 0.002 0.001
6min时物质的量(mol) 0.002 0.001
则0~6min时间内,Δc(H2O2)==0.2mol·L-1,所以v(H2O2)=≈3.3×10-2mol·L-1·min-1,故A正确;6min时,c(H2O2)==0.2mol·L-1,故C错误;6min时,H2O2分解率为×100%=50%,故D正确;随着反应的进行,H2O2的浓度逐渐减小,反应速率也逐渐减小,所以6~10min的平均反应速率小于前6min的平均速率,即小于3.3×10-2mol·L-1·min-1,故B正确。
答案:C
3.(2014安徽理综)臭氧是理想的烟气脱硝试剂,其脱硝反应为:2NO2(g)+O3(g)N2O5(g)+O2(g),若反应在恒容密闭容器中进行,下列由该反应相关图像作出的判断正确的是( )
A B C D
升高温度,平衡常数减小 0~3 s内,反应速率为:v(NO2)=0.2 mol·L-1 t1时仅加入催化剂,平衡正向移动 达平衡时,仅改变x,则x为c(O2)
解析:分析A项图中曲线可知,该反应的正反应方向为放热反应,升高温度,平衡逆向进行,平衡常数减小,A项正确;B项中速率的单位应为mol·L-1·s-1,故B项错误;加入催化剂,平衡不移动,故C项错误;增大生成物O2的浓度,平衡逆向移动,反应物NO2的转化率降低,故D项错误。
答案:A
4.(2014四川理综)在10 L恒容密闭容器中充入X(g)和Y(g),发生反应X(g)+Y(g)M(g)+N(g),所得实验数据如下表:
实验 编号 温度/℃ 起始时物质的量/mol 平衡时物质的量/mol
n(X) n(Y) n(M)
① 700 0.40 0.10 0.090
② 800 0.10 0.40 0.080
③ 800 0.20 0.30 a
④ 900 0.10 0.15 b
下列说法正确的是( )
A.实验①中,若5 min时测得n(M)=0.050 mol,则0至5 min 时间内,用N表示的平均反应速率v(N)=1.0×10-2 mol·L-1·min-1
B.实验②中,该反应的平衡常数K=2.0
C.实验③中,达到平衡时,X的转化率为60%
D.实验④中,达到平衡时,b>0.060
解析:①中5min时生成M0.05mol,则生成N也是0.05mol,v(N)==1.0×10-3mol·L-1·min-1,A错误;②中平衡时n(M)=0.080mol,则生成N0.080mol,消耗X、Y的物质的量分别为0.080mol,因此平衡时容器中有X0.02mol、有Y0.32mol,其平衡常数K==1,B错误;③中反应温度与②相同,则平衡常数也相同,K=1。则有=1,a=0.12,即参加反应的X的物质的量为0.12mol,其转化率为×100%=60%,C正确;①的平衡常数为>1,所以该反应的正反应为放热反应,若④的反应在800℃时进行,则有=1,b=0.060,升高温度,平衡逆向移动,因此在900℃进行至平衡时b<0.060,D错误。
答案:C
5.(2014福建理综)在一定条件下,N2O分解的部分实验数据如下:
反应时 间/min 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0.100 0.090 0.080 0.070 0.060 0.050 0.040 0.030 0.020 0.010 0.000
下图能正确表示该反应有关物理量变化规律的是( )
(注:图中半衰期指任一浓度N2O消耗一半时所需的相应时间,c1、c2均表示N2O初始浓度且c1
解析:由表中数据分析,每隔10分钟,N2O浓度减少0.01mol·L-1,即N2O的分解速率与N2O的浓度无关,则A正确,B错误;C项浓度越大,则半衰期越大,C项错误;D项在相同时间内,浓度越大,转化率越小,D项错误。
答案:A
6.(2013大纲全国)反应X(g)+Y(g)2Z(g) ΔH<0,达到平衡时,下列说法正确的是( )
A.减小容器体积,平衡向右移动
B.加入催化剂,Z的产率增大
C.增大c(X),X的转化率增大
D.降低温度,Y的转化率增大
解析:该反应为反应前后气态物质系数不变的反应,所以减小容器体积时平衡不移动,A错;加入催化剂平衡不移动,Z的产率不变,B错;增大c(X),X的转化率减小,C错;降低温度平衡右移,Y的转化率增大,D正确。
答案:D
7.(2013四川理综)在一定温度下,将气体X和气体Y各0.16 mol充入10 L恒容密闭容器中,发生反应X(g)+Y(g)2Z(g) ΔH<0,一段时间后达到平衡。反应过程中测定的数据如下表:
t/min 2 4 7 9
n(Y)/mol 0.12 0.11 0.10 0.10
下列说法正确的是( )
A.反应前2 min的平均速率v(Z)=2.0×10-3 mol·L-1·min-1
B.其他条件不变,降低温度,反应达到新平衡前v(逆)>v(正)
C.该温度下此反应的平衡常数K=1.44
D.其他条件不变,再充入0.2 mol Z,平衡时X的体积分数增大
解析:反应前2min,v(Y)==2.0×10-3mol·L-1·min-1,v(Z)=2v(Y)=4.0×10-3mol·L-1·min-1,A项错误;其他条件不变时,降低温度平衡向放热方向即正反应方向移动,达到新的平衡前v(正)>v(逆),B项错误;由表中数据知平衡时Y的物质的量为0.10mol,则平衡时X、Y、Z三种气体的物质的量浓度分别为0.01mol·L-1、0.01mol·L-1、0.012mol·L-1,则该温度下K==1.44,C项正确;其他条件不变,再充入0.2molZ,因该反应反应前后气态物质系数不变,所以建立的平衡与原平衡是等效平衡,平衡时X的体积分数不变,D错误。
答案:C
8.(2013重庆理综)将E和F加入密闭容器中,在一定条件下发生反应:E(g)+F(s)2G(g),忽略固体体积,平衡时G的体积分数(%)随温度和压强的变化如下表所示:
压强/MPa 体积分数/% 温度/℃ 1.0 2.0 3.0
810 54.0 a b
915 c 75.0 d
1 000 e f 83.0
①b③该反应的ΔS>0 ④K(1 000 ℃)>K(810 ℃)
上述①~④中正确的有( )
A.4个 B.3个 C.2个 D.1个
解析:该反应为气态物质系数增大的反应,所以ΔS>0,③正确;温度一定时,增大压强平衡向左移动,所以810℃时,54.0>a>b,1000℃时,e>f>83.0,故b83.0,所以温度升高时,平衡向正反应方向移动,正反应为吸热反应,K(1000℃)>K(810℃),④正确,915℃2.0MPa时,G的体积分数为75.0%,设起始E的物质的量浓度为x,E的转化浓度为y,则
E(g)+F(s)2G(g)
起始浓度/(mol·L-1) x 0
转化浓度/(mol·L-1) y 2y
平衡浓度/(mol·L-1) x-y 2y
×100%=75.0%
y=x
则E的转化率为60%,②正确。
答案:A
9.(2013安徽理综)一定条件下,通过下列反应可以制备特种陶瓷的原料MgO:
MgSO4(s)+CO(g)MgO(s)+CO2(g)+SO2(g) ΔH>0
该反应在恒容的密闭容器中达到平衡后,若仅改变图中横坐标x的值,重新达到平衡后,纵坐标y随x变化趋势合理的是( )
选项 x y
A 温度 容器内混合 气体的密度
B CO的物质的量 CO2与CO的物 质的量之比
C SO2的浓度 平衡常数K
D MgSO4的质量 (忽略体积) CO的转化率
解析:随温度升高,平衡正向移动、混合气体的总质量增大,恒容条件下,混合气体的密度增大,A正确;增大CO的物质的量,平衡正向移动,但CO2与CO的物质的量之比减小,B错;平衡常数只与温度有关,C错;MgSO4为固态,改变固体物质的质量(忽略体积),平衡不受影响,CO的转化率不变。
答案:A
10.(2014重庆理综)在恒容密闭容器中通入X并发生反应:2X(g)Y(g),温度T1、T2下X的物质的量浓度c(X)随时间t变化的曲线如题图所示,下列叙述正确的是 ( )
A.该反应进行到M点放出的热量大于进行到W点放出的热量
B.T2下,在0~t1时间内,v(Y)= mol·L-1·min-1
C.M点的正反应速率v(正)大于N点的逆反应速率v(逆)
D.M点时再加入一定量X,平衡后X的转化率减小
解析:由图像知T1时达平衡时间短,故T1>T2,而升高温度,反应速率加快,故M点正反应速率v(正)大于N点逆反应速率v(逆),C项正确;从图中可知:到达W点反应消耗的X比M点多,所以反应进行到M点比进行到W点放出的热量少,A错;B项v(Y)=v(X)=mol·L-1·min-1;M点时再加入一定量X,相当于将原平衡压缩体积,平衡正向移动,X转化率增大。
答案:C
11.(2013北京理综改编)下列实验事实不能用平衡移动原理解释的是( )
A.
将NO2球浸泡在冷水和热水中
B.工业上生产硫酸的过程中,使用过量的空气以提高二氧化硫的利用率
C.
D.
解析:2NO2(g)N2O4(g) ΔH<0,升高温度,平衡向逆反应方向移动,A项正确;B项正确;H2O2的分解反应2H2O2O2↑+2H2O不是可逆反应,不存在化学平衡,C项不能用平衡移动原理解释;FeCl3+3KSCNFe(SCN)3+3KCl,增大KSCN溶液的浓度,平衡正向移动,D项正确。
答案:C
12.(2014课标全国Ⅰ)已知分解1 mol H2O2放出热量98 kJ。在含少量I-的溶液中,H2O2分解的机理为:
H2O2+I-H2O+IO- 慢
H2O2+IO-H2O+O2+I- 快
下列有关该反应的说法正确的是( )
A.反应速率与I-浓度有关
B.IO-也是该反应的催化剂
C.反应活化能等于98 kJ·mol-1
D.v(H2O2)=v(H2O)=v(O2)
解析:由信息可知有I-参加的反应速率慢,对整个反应起决定作用,A选项正确;IO-是中间产物,不属于催化剂,B选项错误;活化能与放出的热量无关,C选项错误;依据2H2O22H2O+O2↑,故有v(H2O2)=v(H2O)=2v(O2),可知D选项错误。
答案:A
二、非选择题(本题包括4小题,共52分)
13.(2014海南化学)(10分)硝基苯甲酸乙酯在OH-存在下发生水解反应:
O2NC6H4COOC2H5+OH-O2NC6H4COO-+C2H5OH
两种反应物的初始浓度均为0.050 mol·L-1,15 ℃时测得O2NC6H4COOC2H5的转化率α随时间变化的数据如表所示。回答下列问题:
t/s 0 120 180 240 330 530 600 700 800
α/% 0 33.0 41.8 48.8 58.0 69.0 70.4 71.0 71.0
(1)列式计算该反应在120~180 s与180~240 s区间的平均反应速率 、 ;比较两者大小可得出的结论是 。?
(2)列式计算15 ℃时该反应的平衡常数 。?
(3)为提高O2NC6H4COOC2H5的平衡转化率,除可适当控制反应温度外,还可采取的措施有 (要求写出两条)。?
解析:(1)根据题目中提供的信息可知在120~180s内的平均反应速率是:
v==7.3×10-5mol·L-1·s-1
在180~240s内的平均反应速率是:
v==5.8×10-5mol·L-1·s-1
根据以上两个反应速率120~180s内(7.3×10-5mol·L-1·s-1)和180~240s内(5.8×10-5mol·L-1·s-1),可以看出:随着反应进行,反应物浓度降低,反应速率减慢;
(2)15℃时该反应的平衡常数K==6.0;
(3)提高O2NC6H4COOC2H5的平衡转化率,就意味着O2NC6H4COOC2H5+OH-O2NC6H4COO-+C2H5OH反应的平衡正向移动,可以采取的措施是增大反应物的浓度(增加OH-的浓度),减小生成物的浓度(移去产物)。
答案:(1)v==7.3×10-5 mol·L-1·s-1
v==5.8×10-5 mol·L-1·s-1
随着反应进行,反应物浓度降低,反应速率减慢
(2)K==6.0或K==6.0
(3)增加OH-的浓度、移去产物
14.(2014课标全国Ⅱ)(14分)在容积为1.00 L的容器中,通入一定量的N2O4,发生反应N2O4(g)2NO2(g),随温度升高,混合气体的颜色变深。
回答下列问题:
(1)反应的ΔH 0(填“大于”或“小于”);100 ℃时,体系中各物质浓度随时间变化如上图所示。在0~60 s时段,反应速率v(N2O4)为 mol·L-1·s-1;反应的平衡常数K1为 。?
(2)100 ℃时达平衡后,改变反应温度为T,c(N2O4)以0.002 0 mol·L-1·s-1的平均速率降低,经10 s又达到平衡。
a:T 100 ℃(填“大于”或“小于”),判断理由是 。?
b:列式计算温度T时反应的平衡常数K2 。?
(3)温度T时反应达平衡后,将反应容器的容积减少一半。平衡向 (填“正反应”或“逆反应”)方向移动,判断理由是 。?
解析:(1)随温度升高气体颜色变深,正向为吸热反应,ΔH>0;v(N2O4)==0.0010mol·L-1·s-1;K1==0.36mol·L-1。(2)a:改变温度后,N2O4浓度减小,反应正向进行,正向吸热,故温度升高。b:平衡时,[NO2]=0.120mol·L-1+0.002mol·L-1·s-1×10s×2=0.16mol·L-1
[N2O4]=0.040mol·L-1-0.0020mol·L-1·s-1×10s=0.020mol·L-1
K2==1.3mol·L-1。
(3)增大压强,平衡向气态物质系数减小的方向进行,将反应容器的体积减少一半,相当于增大压强,故平衡向逆反应方向进行。
答案:(1)大于 0.001 0 0.36 mol·L-1
(2)a:大于
反应正方向吸热,反应向吸热方向进行,故温度升高
b:平衡时,[NO2]=0.120 mol·L-1+0.002 0 mol·L-1·s-1×10 s×2=0.16 mol·L-1
[N2O4]=0.040 mol·L-1-0.002 0 mol·L-1·s-1×10 s=0.020 mol·L-1
K2==1.3 mol·L-1
(3)逆反应 对气体分子数增大的反应,增大压强平衡向逆反应方向移动
15.(2014天津理综)(12分)合成氨是人类科学技术上的一项重大突破,其反应原理为:
N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1
一种工业合成氨的简易流程图如下:
(1)天然气中的H2S杂质常用氨水吸收,产物为NH4HS。一定条件下向NH4HS溶液中通入空气,得到单质硫并使吸收液再生,写出再生反应的化学方程式: 。?
(2)步骤Ⅱ中制氢气原理如下:
①CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH=+206.4 kJ·mol-1
②CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH=-41.2 kJ·mol-1
对于反应①,一定可以提高平衡体系中H2百分含量,又能加快反应速率的措施是 。?
a.升高温度 b.增大水蒸气浓度
c.加入催化剂 d.降低压强
利用反应②,将CO进一步转化,可提高H2产量。若1 mol CO和H2的混合气体(CO的体积分数为20%)与H2O反应,得到1.18 mol CO、CO2和H2的混合气体,则CO转化率为 。?
(3)图1表示500 ℃、60.0 MPa条件下,原料气投料比与平衡时NH3体积分数的关系。根据图中a点数据计算N2的平衡体积分数: 。?
(4)依据温度对合成氨反应的影响,在图2坐标系中,画出一定条件下的密闭容器内,从通入原料气开始,随温度不断升高,NH3物质的量变化的曲线示意图。
图1 图2
(5)上述流程图中,使合成氨放出的能量得到充分利用的主要步骤是(填序号) 。简述本流程中提高合成氨原料总转化率的方法: 。?
解析:(1)NH4HS中S被氧气氧化为S单质,N转化为NH3·H2O,化学方程式为2NH4HS+O22NH3·H2O+2S↓。
(2)反应①是吸热反应,升高温度,平衡正向移动,同时加快反应速率;增大H2O(g)浓度,H2的含量不一定增加;加入催化剂,不能改变平衡状态,H2含量不变;降低压强,反应速率减小;故选a。
根据“三部曲”法:
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
始态/mol 0.2 0.8
转化/mol x x x
平衡态/mol 0.2-x x 0.8+x
根据0.2-x+x+0.8+x=1.18
x=0.18mol
α(CO)=×100%=90%。
(3)根据a点:H2、N2的物质的量之比为3∶1,平衡时NH3的体积分数为42%,则H2、N2的总体积分数为58%,又H2、N2按3∶1反应,平衡时体积分数之比仍为3∶1,φ(N2)=58%×=14.5%。
(4)N2和H2需要在一定温度才能发生反应,所以温度升高,φ(NH3)不断升高,又因为该反应是放热反应,达平衡后,温度升高,平衡逆向移动,φ(NH3)又降低。
(5)合成氨放出的热量通过热交换预热N2和H2进入合成塔合成氨气,故选Ⅳ。
答案:(1)2NH4HS+O22NH3·H2O+2S↓ (2)a 90% (3)14.5%
(4)
(5)Ⅳ 对原料气加压;分离液氨后,未反应的N2、H2循环使用
16.(2014大纲全国)(16分)化合物AX3和单质X2在一定条件下反应可生成化合物AX5。回答下列问题:
(1)已知AX3的熔点和沸点分别为-93.6 ℃和76 ℃,AX5的熔点为167 ℃。室温时AX3与气体X2反应生成1 mol AX5,放出热量123.8 kJ。该反应的热化学方程式为 。?
(2)反应AX3(g)+X2(g)AX5(g)在容积为10 L的密闭容器中进行。起始时AX3和X2均为0.2 mol。反应在不同条件下进行,反应体系总压强随时间的变化如图所示。
①列式计算实验a从反应开始至达到平衡时的反应速率v(AX5)= 。?
②图中3组实验从反应开始至达到平衡时的反应速率v(AX5)由大到小的次序为 (填实验序号);与实验a相比,其他两组改变的实验条件及判断依据是:b 、c 。?
③用p0表示开始时总压强,p表示平衡时总压强,α表示AX3的平衡转化率,则α的表达式为 ;实验a和c的平衡转化率:αa为 、αc为 。?
解析:(1)书写热化学方程式时要注明各物质的状态,ΔH的单位和符号。
(2)①依据体积不变的密闭容器中压强之比等于物质的量之比,开始时n0=0.4mol,总压强为160kPa,平衡时总压强为120kPa,则可列比例式:,n=0.4mol×=0.3mol。假设平衡时AX5的物质的量为x,可列式如下:
AX3(g)+X2(g)AX5(g)
起始时n0/mol 0.20 0.20 0
平衡时n/mol 0.20-x 0.20-x x
(0.20-x)+(0.20-x)+x=0.30
x=0.10
v(AX5)==1.7×10-4mol·L-1·min-1
②与实验a相比,实验b的起始压强和平衡压强都没有发生改变,只是反应速率加快,因此改变的条件是使用了催化剂;实验c的起始压强和平衡压强都增大,由于该反应是在体积不变的密闭容器中进行的,所以升高了温度,此反应的正反应是放热反应,所以平衡逆向移动。③p0表示总压强,AX3提供的压强为,由于压强之比等于物质的量之比,故α的表达式为(p0-p)÷=2(1-),代入公式可求实验a和实验c的平衡转化率分别为50%和40%。
答案:(1)AX3(l)+X2(g)AX5(s) ΔH=-123.8 kJ·mol-1
(2)①=1.7×10-4 mol·L-1·min-1
②bca 加入催化剂。反应速率加快,但平衡点没有改变 温度升高。反应速率加快,但平衡点向逆反应方向移动(或反应容器的容积和起始物质的量未改变,但起始总压强增大) ③α=2(1-) 50% 40%
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