还剩7页未读，
继续阅读
2022版高考化学选考山东专用一轮总复习集训：专题十二化学反应速率和化学平衡 —应用集训
展开
这是一份2022版高考化学选考山东专用一轮总复习集训：专题十二化学反应速率和化学平衡 —应用集训，共15页。
专题十二 化学反应速率和化学平衡
应用篇
【应用集训】
1.(2020济南二模,13)在3个容积均为10L的密闭容器中分别放入0.2molPCl3和0.2molCl2,在不同条件下发生反应PCl3(g)+Cl2(g)PCl5(g)。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.实验a从反应开始至达到平衡时的平均速率v(Cl2)=
16000mol·L-1·min-1
B.与实验a相比,实验b使用了催化剂,实验c是在较高温度下进行的
C.实验c中反应的平衡常数为509L·mol-1
D.三组实验中反应的平衡转化率:a=b>c
答案 C
2.(2021济钢高中高三月考,15)(双选)在2L密闭容器中充入气体A和B,发生反应:A(g)+B(g)C(g)+2D(g) ΔH,所得实验数据如表。下列说法不正确的是 ( )
实验编号
温度/℃
起始时物质的量/mol
平衡时物质
的量/mol
n(A)
n(B)
n(C)
①3000.400.100.09
②5000.400.100.08
③5000.200.05a
A.ΔH>0
B.500℃该反应的平衡常数K=0.16mol·L-1
C.③中达到平衡时,A的转化率大于20%
D.5min末测得①中n(C)=0.05mol,则0~5min内v(D)=0.02mol·L-1·min-1
答案 AD
3.(2021济南外国语学校高三月考,13)(双选)某温度下,在起始压强为80kPa的刚性容器中,发生NO的氧化反应:2NO(g)+O2(g)2NO2(g) ΔH,该反应的反应历程分两步进行,其速率方程和反应过程中能量变化如下:
①2NO(g)N2O2(g) v1正=k1正c2(NO) v1逆=k1逆c(N2O2)
②N2O2(g)+O2(g)2NO2(g) v2正=k2正c(N2O2)c(O2) v2逆=k2逆c2(NO2)
下列说法正确的是 ( )
A.NO氧化反应速率快慢的决定步骤的活化能是E5-E3
B.一定温度下,2NO(g)+O2(g)2NO2(g)平衡常数表达式K=k1正·k2正k1逆·k2逆
C.升高温度,NO氧化反应的化学平衡向逆反应方向移动
D.该温度下,将等物质的量的NO和O2混合反应(忽略2NO2N2O4),NO的平衡转化率为40%时,该反应的平衡常数Kp=180kPa-1
答案 BC
4.(2021省实验中学高三第一次诊断考,18)碳热还原法广泛用于合金及材料的制备。下列是碳热还原制锰合金的三个反应,CO与CO2平衡分压比的自然对数[lnp(CO)p(CO2)]与温度的关系如图所示(已知Kp是用平衡分压代替浓度计算所得的平衡常数,分压=总压×气体的物质的量分数)。
Ⅰ.Mn3C(s)+4CO2(g)3MnO(s)+5CO(g) Kp(Ⅰ)
Ⅱ.Mn(s)+CO2(g)MnO(s)+CO(g) Kp(Ⅱ)
Ⅲ.Mn3C(s)+CO2(g)3Mn(s)+2CO(g) Kp(Ⅲ)
回答下列问题:
①ΔH>0的反应是 (填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)。
②1200K时在一体积为2L的恒容密闭容器中有17.7gMn3C(s)和0.4molCO2,只发生反应Ⅰ,5min后达到平衡,此时CO的浓度为0.125mol·L-1,则0~5min内v(CO2)= mol·L-1·min-1。
③在一体积可变的密闭容器中加入一定量的Mn(s)并充入一定量的CO2(g),只发生反应Ⅱ,下列能说明反应Ⅱ达到平衡状态的是 (填标号)。
A.容器的体积不再改变
B.固体的质量不再改变
C.气体的总质量不再改变
④向恒容密闭容器中加入Mn3C并充入0.1molCO2,若只发生反应Ⅲ,则在A点反应达到平衡时,容器的总压为akPa,CO2的转化率为 (保留一位小数),A点对应温度下的Kp(Ⅲ)= 。
答案 ①Ⅲ ②0.02 ③BC ④33.3% 0.5akPa
5.(2020烟台高三期末,16)合成气(CO+H2)可利用甲烷与水蒸气重整反应制得。
(1)已知:①H2(g)+12O2(g)H2O(g) ΔH1=-242kJ·mol-1
②2CO(g)+O2(g)2CO2(g) ΔH2=-576kJ·mol-1
③CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g)
ΔH3=-802.6kJ·mol-1
则甲烷和水蒸气重整反应CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH4= 。该反应的活化能E1=240.1kJ·mol-1,则逆反应的活化能E2= 。
(2)重整反应中CH4的平衡转化率与温度、压强关系[其中n(CH4)∶n(H2O)=1∶1]如图1所示。
图1
①图中A点的平衡常数Kp= (MPa)2(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数),A、B、C三点的平衡常数Kp(A)、Kp(B)、KP(C)由大到小的顺序为 。
②图中压强p1、p2、p3由大到小的顺序为 ,理由是 。
(3)在恒容密闭容器中充入2mol的CH4和H2O(g)的混合气体,且CH4和H2O(g)的物质的量之比为x,相同温度下测得H2平衡产率与x的关系如图2所示。请比较a、b两点CH4的转化率a点 b点(填“>”“<”或“=”,下同),a点c(CH4) b点c[H2O(g)]。当x=1时,下列叙述正确的是 (填序号)。
图2
A.平衡常数K最大
B.CH4的转化率最大
C.氢气的产率最大
D.合成气的浓度最大
答案 (1)+211.4kJ·mol-1 28.7kJ·mol-1 (2)①316 Kp(C)>Kp(B)>Kp(A) ②p3>p2>p1 其他条件不变时,压强增大,平衡左移,甲烷的转化率减小
(3)> = CD
创新篇
【创新集训】
1.(2020济南高三期末,15)Burns和Dainton研究发现Cl2与CO合成COCl2的反应机理如下:
①Cl2(g)2Cl·(g) 快
②CO(g)+Cl·(g)COCl·(g) 快
③COCl·(g)+Cl2(g)COCl2(g)+Cl·(g) 慢
其中反应②存在v正=k正c(CO)·c(Cl·)、v逆=k逆c(COCl·)
下列说法正确的是 ( )
A.反应①的活化能大于反应③的活化能
B.反应②的平衡常数K=k正k逆
C.要提高合成COCl2的速率,关键是提高反应②的速率
D.选择合适的催化剂能加快该反应的速率,并提高COCl2的平衡产率
答案 B
2.(2021届济钢高级中学月考,17节选)(3)H2还原NO的反应为2NO(g)+2H2(g)N2(g)+2H2O(l),实验测得反应速率的表达式为:v=kcm(NO)·cn(H2)(k是速率常数,只与温度有关)。
①某温度下,反应速率与反应物浓度的变化关系如下表所示。
编号
c(NO)/(mol·L-1)
c(H2)/(mol·L-1)
v/(mol·L-1·min-1)
1
0.10
0.10
0.414
2
0.10
0.20
1.656
3
0.50
0.10
2.070
由表中数据可知,m= ,n= 。
②上述反应分两步进行:
ⅰ.2NO(g)+H2(g)N2(g)+H2O2(l)(慢反应);
ⅱ.H2O2(l)+H2(g)2H2O(l)(快反应)。
下列叙述正确的是 (填字母)
A.H2O2是该反应的催化剂
B.反应ⅰ的活化能较高
C.总反应速率由反应ⅱ的速率决定
D.反应ⅰ中NO和H2的碰撞仅部分有效
答案 (3)①1 2 ②BD
3.(2020聊城一模,16)研究SO2、NOx等大气污染物的妥善处理具有重要意义。
(1)燃煤发电厂常利用反应2CaCO3(s)+2SO2(g)+O2(g)2CaSO4(s)+2CO2(g)对煤进行脱硫处理。某温度下,测得反应在不同时间点各物质的浓度如下:
时间/min浓度/
mol·L-1
物质
0
10
20
30
40
50
O2
1.00
0.78
0.60
0.60
0.64
0.64
CO2
0
0.44
0.80
0.80
0.88
0.88
①0~10min内,平均反应速率v(SO2)= mol·L-1·min-1。
②30min后,只改变某一条件,反应重新达到平衡。根据上表中的数据判断,改变的条件可能是 (填字母)。
A.移除部分CaSO4(s)
B.通入一定量的O2
C.加入合适的催化剂
D.适当缩小容器的体积
(2)利用活性炭吸附汽车尾气中的NO:C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g),实验测得,v正=k正c2(NO),v逆=k逆c(N2)·c(CO2)(k正、k逆为速率常数,只与温度有关)。在密闭容器中加入足量C(s)和一定量的NO气体,保持恒压测得NO的转化率随温度的变化如图所示:
①由图可知:该反应的ΔH 0(填“>”或“<”);在1050K前反应中NO的转化率随温度升高而增大,其原因为 。
②用某物质的平衡分压代替其物质的量浓度也可以表示化学平衡常数(记作Kp)。在1050K、1.1×106Pa时,计算该反应的化学平衡常数Kp= [已知:气体分压(p分)=气体总压(p总)×体积分数]。
③达到平衡后,仅升高温度,k正增大的倍数 (填“>”“<”或“=”)k逆增大的倍数,1100K时,计算k正∶k逆= 。
答案 (1)①0.044 ②BD (2)①< 反应未达到平衡状态,温度升高,反应速率加快,NO转化率增大 ②4 ③< 0.11或19
4.(2020青岛一模,16,节选)医用酒精在抗击“新型冠状病毒”战役中发挥着杀菌消毒的作用,其主要成分是乙醇。回答下列问题:
Ⅰ.工业上主要采用乙烯直接水合法(CH2CH2+H2OCH3CH2OH)制乙醇。
(1)在磷酸/硅藻土催化剂作用下,乙烯进行气相水合的反应机理大致如下:
ⅰ.CH2CH2+H3O+CH3CH2++H2O
ⅱ.CH3CH2++H2OCH3CH2OH2+
ⅲ.CH3CH2OH2++H2OCH3CH2OH+H3O+
随着反应进行,该过程能量变化如图所示。
下列有关说法正确的是 (填字母标号,下同)。
a.该反应过程中ⅰ~ⅲ步均释放能量
b.第ⅰ步反应的活化能最大,决定总反应速率
c.CH3CH2+和CH3CH2OH2+是反应的中间产物
(2)已知:C2H4(g)+H2O(g)C2H5OH(g)的反应速率表达式为v正=k正c(C2H4)·c(H2O),v逆=k逆c(C2H5OH),其中k正、k逆为速率常数。若其他条件不变时,降低温度,则下列推断合理的是 。
a.k正增大,k逆减小
b.k正减小,k逆增大
c.k正减小的倍数大于k逆
d.k正减小的倍数小于k逆
答案 Ⅰ.(1)bc (2)d
[教师专用题组]
创新篇
【创新集训】
1.工业上,可采用还原法处理尾气中NO,其原理:2NO(g)+2H2(g)N2(g)+2H2O(g) ΔH<0。在化学上,正反应速率方程式表示为v(正)=k(正)·cm(NO)·cn(H2),逆反应速率方程式表示为v(逆)=k(逆)·cx(N2)·cy(H2O),其中,k表示反应速率常数,只与温度有关,m,n,x,y叫反应级数,由实验测定。在恒容密闭容器中充入NO、H2,在T℃下进行实验,测得有关数据如下:
实验
c(NO)/mol·L-1
c(H2)/mol·L-1
v(正)/mol·L-1·min-1
①
0.10
0.10
0.414k
②
0.10
0.40
1.656k
③
0.20
0.10
1.656k
下列有关推断正确的是 ( )
A.上述反应中,正反应活化能大于逆反应活化能
B.若升高温度,则k(正)增大,k(逆)减小
C.在上述反应中,反应级数:m=2,n=1
D.在一定温度下,NO、H2的浓度对正反应速率影响程度相同
答案 C 2NO(g)+2H2(g)N2(g)+2H2O(g) ΔH<0,正反应是放热反应,反应热等于正反应活化能与逆反应活化能之差,由此推知,正反应活化能小于逆反应活化能,故A错误;升高温度,正、逆反应速率都增大,故正、逆反应速率常数都增大,故B错误;由表格数据知,①、② 实验数据比较,②①=4n=1.656k0.414k=4,故n=1。③①=2m=1.656k0.414k=4,则m=2,故C正确;由于正反应速率表达式中NO、H2的反应级数不相等,所以,NO、H2浓度对正反应速率的影响程度不相同,故D错误。
2.已知在一定温度下的可逆反应N2O4(g)2NO2(g) ΔH>0中,v正=k正c(N2O4),v逆=k逆c2(NO2)(k正、k逆只是温度的函数)。若该温度下的平衡常数K=10,则k正= k逆。升高温度,k正增大的倍数 (填“大于”“小于”或“等于”)k逆增大的倍数。
答案 10 大于
解析 当反应达到平衡时,v正=v逆,即 k正·c(N2O4)=k逆·c2(NO2),k正=k逆·c2(NO2)c(N2O4)=k逆·K=10k逆;该反应是吸热反应,升高温度,平衡向正反应方向移动,k正增大的倍数大于k逆增大的倍数。
3.在一定温度下,在1L恒容密闭容器中充入一定量PCl3(g)和Cl2(g),发生如下反应:PCl3(g)+Cl2(g)PCl5(g) ΔH,测得PCl3(g)的转化率与时间关系如图所示。
其速率方程:v正=k正·c(PCl3)·c(Cl2),v逆=k逆·c(PCl5)(k是速率常数,只与温度有关)
(1)上述反应中,ΔH 0(填“>”“<”或“=”),理由是 。
(2)M点:k正k逆 c(PCl5)c(PCl3)c(Cl2)(填“>”“<”或“=”),升高温度,k正增大的倍数 k逆增大的倍数(填“大于”“小于”或“等于”)。
(3)T1时,测得平衡体系中c(Cl2)=0.25mol·L-1,则k正k逆= (要求结果带单位)。
答案 (1)< T2大于T1,温度升高,平衡转化率降低,说明正反应是放热反应
(2)> 小于
(3)16L·mol-1
解析 (1)由图像知,T2先达到平衡,说明T2大于T1,T2达到平衡时转化率降低,升高温度,平衡向左移动,说明正反应是放热反应。
(2)M点正反应速率大于逆反应速率,K=k正k逆,说明浓度商小于平衡常数;正反应是放热反应,升高温度,平衡向左移动,说明k逆增大的倍数大于k正增大的倍数。
(3)T1下,平衡时PCl3(g)的转化率为80%,设PCl3(g)的起始浓度为c,平衡时c(PCl3)=0.2c,c(PCl5)=0.8c,c(Cl2)=0.25mol·L-1。K=k正k逆=c(PCl5)c(PCl3)c(Cl2)=0.8c0.2c×0.25L·mol-1=16L·mol-1。
4.航天员呼吸产生的CO2用下列反应处理,可实现空间站中O2的循环利用。
Sabatior反应:CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)
水电解反应:2H2O(g)2H2(g)+O2(g)
一种新的循环利用方案是用Bosch反应CO2(g)+2H2(g)C(s)+2H2O(g) ΔH<0代替Sabatier反应,再电解水实现O2的循环利用。
350℃时,向体积为2L的恒容密闭容器中通入8molH2和4molCO2发生以上反应,若反应起始和平衡时温度相同(均为350℃),测得反应过程中压强随时间的变化如表所示:
时间/min
0
10
20
30
40
50
60
压强
6.00P
5.60P
5.30P
5.15P
5.06P
5.00P
5.00P
1350℃时Bosch反应的Kp= (Kp为用气体的分压表示的平衡常数,分压=气体的体积分数×体系总压)
②Bosch反应的速率方程:v正=k正·c(CO2)·c2(H2),v逆=k逆·c2(H2O)(k是速率常数,只与温度有关)。30min时,k正k逆 c2(H2O)c(CO2)·c2(H2)(填“>”“<”或“=”);升高温度,k正增大的倍数 k逆增大的倍数。(填“>”“<”或“=”)
答案 ①1p ②> <
解析 ①向体积为2L的恒容密闭容器中通入8molH2和4molCO2发生以上反应,结合三段式计算平衡状态气体物质的量,设达到平衡状态消耗二氧化碳物质的量为x,
CO2(g)+2H2(g)C(s)+2H2O(g)
起始(mol) 4 8 0
变化(mol) x 2x 2x
平衡(mol) 4-x 8-2x 2x
气体压强之比等于物质的量之比,4+84-x+8-2x+2x=65,得出x=2mol,则平衡时n(CO2)=2mol,n(H2)=4mol,n(H2O)=4mol,p1=5.00p,CO2%=20%,H2%=40%,H2O%=40%,Kp=(40%×5.00p)2(20%×5.00p)×(40%×5.00p)2=1P;
②Bosch反应的速率方程:v正=k正·c(CO2)·c2(H2),v逆=k逆·c2(H2O)(k是速率常数,只与温度有关)。30min时,图表数据分析反应正向进行,v正>v逆,则得到v正=k正·c(CO2)·c2(H2)>v逆=k逆·c2(H2O),k正k逆>c2(H2O)c(CO2)·c2(H2),反应为放热反应,升高温度,平衡逆向进行,v正
(1)830℃时,在体积均为2L的甲、乙两个密闭容器中,分别投入2molCO(g)和2molH2O(g)。甲在恒容条件下达到平衡,乙在恒压条件下达到平衡。测得甲中H2的平均生成速率为0.1mol·L-1·min-1,从反应开始经过5min达到平衡。
①CO的平衡转化率:甲 (填“>”“<”或“=”)乙。
②下列各选项能说明乙中反应达到平衡状态的是 (填标号)。
A.混合气体总压强保持不变
B.CO和CO2的消耗速率相等
C.混合气体平均摩尔质量不变
D.CO2和H2的体积分数之比不再变化
(2)上述反应的速率表达式:v正=k正·c(CO)·c(H2O),v逆=k逆·c(CO2)·c(H2)(k正、k逆为化学反应速率常数)。830℃时,反应达到平衡后,k正k逆= ,若将温度由830℃调节至850℃,则反应平衡后,k正k逆 (填 “增大”“减小”或“不变”)。
答案 (1)①= ②B (2)1.0 减小
解析 (1)①容器体积、起始投料完全相同,且该可逆反应反应前后气体分子数相等,反应前后气体总物质的量不变,故恒温恒容和恒温恒压条件下达到的平衡状态相同,则两容器中CO的平衡转化率相等。②反应前后混合气体密度、压强、平均摩尔质量均不变,CO2和H2都是产物,其体积分数之比始终不变;只有当CO和CO2的消耗速率相等时,表明正反应速率和逆反应速率相等,反应达到平衡状态。(2)平衡时正、逆反应速率相等,则k正k逆=c(CO2)·c(H2)c(CO)·c(H2O)=K,由(1)知830℃下,反应达到平衡时,c(CO2)=c(H2)=0.1mol·L-1·min-1×5min=0.5mol·L-1,c(CO)=c(H2O)=0.5mol·L-1,则k正k逆=K=1.0;该反应的正反应为放热反应,升高温度,正、逆反应速率都会增大,但平衡逆向移动,平衡常数减小,k正k逆减小。
6.环保是当今社会最重要的课题,故研究NOx等大气污染物的处理具有重要意义。
(1)含氮化合物在生产、生命活动中有重要的作用。回答下列问题:已知:
4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) ΔH1=-akJ·mol-1
2NO(g)+O2(g)2NO2(g) ΔH2=-bkJ·mol-1
4NH3(g)+6NO(g)5N2(g)+6H2O(g) ΔH3=-ckJ·mol-1
H2O(1)H2O(g) ΔH4=+dkJ·mol-1
写出在298K时,NH3燃烧的热化学方程式 。
(2)已知2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的反应历程分两步进行,其反应过程能量变化示意图如图1:
①2NO(g)N2O2(g)v1正=k1正c2(NO),v1逆=k1逆c(N2O2)
②N2O2(g)+O2(g)2NO2(g)v2正=k2正c(N2O2)·c(O2)
v2逆=k2逆c2(NO2)
2NO(g)+O2(g)2NO2(g)反应的决速步骤是 (填“①”或“②”),其判断理由是 。
(3)2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的平衡常数K与上述相关反应的速率常数k1正、k1逆、k2正、k2逆都有关,则K= ;已知反应速率常数k随温度升高而增大,若升高温度后k2正、k2逆分别增大m倍和n倍,则m n(填“>”、“<”或“=”);一定条件下,2NO(g)+O2(g)2NO2(g)达平衡后,升高到某温度,再达平衡后,v2正较原平衡减小,根据上述速率方程分析,合理的解释是 。
(4)在恒容的密闭容器中充入一定量的NO和O2气体,保持其它条件不变,请在图2画出该容器中N2O2体积分数随时间t变化曲线 。
答案 (1)4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(l) ΔH=-(3a+2c+30d)×15kJ·mol-1;
(2)② 反应②的活化能大
(3)k1正·k2正k1逆·k2逆 < 温度升高,反应①、②的平衡均逆向移动,由于反应①的速率大,导致c(N2O2)减小且其程度大于k2正和c(O2)增大的程度,使三者的乘积即v2正减小;
(4)
解析 (1)①4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) ΔH1=-akJ·mol-1
②2NO(g)+O2(g)2NO2(g) ΔH2=-bkJ·mol-1
③4NH3(g)+6NO(g)5N2(g)+6H2O(g) ΔH3=-ckJ·mol-1
④H2O(1)H2O(g) ΔH4=+dkJ·mol-1
构建目标方程式(①×3+③×2-④×30)×15得到NH3燃烧的热化学方程式:
4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(l) ΔH,利用盖斯定律求ΔH=[(-akJ·mol-1)×3+(-ckJ·mol-1)×2-(+dkJ·mol-1)×30]×15=-(3a+2c+30d)×15kJ·mol-1,4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(l) ΔH=-(3a+2c+30d)×15kJ·mol-1
(2)根据反应过程能量图可知,Ea1
专题十二 化学反应速率和化学平衡
应用篇
【应用集训】
1.(2020济南二模,13)在3个容积均为10L的密闭容器中分别放入0.2molPCl3和0.2molCl2,在不同条件下发生反应PCl3(g)+Cl2(g)PCl5(g)。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.实验a从反应开始至达到平衡时的平均速率v(Cl2)=
16000mol·L-1·min-1
B.与实验a相比,实验b使用了催化剂,实验c是在较高温度下进行的
C.实验c中反应的平衡常数为509L·mol-1
D.三组实验中反应的平衡转化率:a=b>c
答案 C
2.(2021济钢高中高三月考,15)(双选)在2L密闭容器中充入气体A和B,发生反应:A(g)+B(g)C(g)+2D(g) ΔH,所得实验数据如表。下列说法不正确的是 ( )
实验编号
温度/℃
起始时物质的量/mol
平衡时物质
的量/mol
n(A)
n(B)
n(C)
①3000.400.100.09
②5000.400.100.08
③5000.200.05a
A.ΔH>0
B.500℃该反应的平衡常数K=0.16mol·L-1
C.③中达到平衡时,A的转化率大于20%
D.5min末测得①中n(C)=0.05mol,则0~5min内v(D)=0.02mol·L-1·min-1
答案 AD
3.(2021济南外国语学校高三月考,13)(双选)某温度下,在起始压强为80kPa的刚性容器中,发生NO的氧化反应:2NO(g)+O2(g)2NO2(g) ΔH,该反应的反应历程分两步进行,其速率方程和反应过程中能量变化如下:
①2NO(g)N2O2(g) v1正=k1正c2(NO) v1逆=k1逆c(N2O2)
②N2O2(g)+O2(g)2NO2(g) v2正=k2正c(N2O2)c(O2) v2逆=k2逆c2(NO2)
下列说法正确的是 ( )
A.NO氧化反应速率快慢的决定步骤的活化能是E5-E3
B.一定温度下,2NO(g)+O2(g)2NO2(g)平衡常数表达式K=k1正·k2正k1逆·k2逆
C.升高温度,NO氧化反应的化学平衡向逆反应方向移动
D.该温度下,将等物质的量的NO和O2混合反应(忽略2NO2N2O4),NO的平衡转化率为40%时,该反应的平衡常数Kp=180kPa-1
答案 BC
4.(2021省实验中学高三第一次诊断考,18)碳热还原法广泛用于合金及材料的制备。下列是碳热还原制锰合金的三个反应,CO与CO2平衡分压比的自然对数[lnp(CO)p(CO2)]与温度的关系如图所示(已知Kp是用平衡分压代替浓度计算所得的平衡常数,分压=总压×气体的物质的量分数)。
Ⅰ.Mn3C(s)+4CO2(g)3MnO(s)+5CO(g) Kp(Ⅰ)
Ⅱ.Mn(s)+CO2(g)MnO(s)+CO(g) Kp(Ⅱ)
Ⅲ.Mn3C(s)+CO2(g)3Mn(s)+2CO(g) Kp(Ⅲ)
回答下列问题:
①ΔH>0的反应是 (填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)。
②1200K时在一体积为2L的恒容密闭容器中有17.7gMn3C(s)和0.4molCO2,只发生反应Ⅰ,5min后达到平衡,此时CO的浓度为0.125mol·L-1,则0~5min内v(CO2)= mol·L-1·min-1。
③在一体积可变的密闭容器中加入一定量的Mn(s)并充入一定量的CO2(g),只发生反应Ⅱ,下列能说明反应Ⅱ达到平衡状态的是 (填标号)。
A.容器的体积不再改变
B.固体的质量不再改变
C.气体的总质量不再改变
④向恒容密闭容器中加入Mn3C并充入0.1molCO2,若只发生反应Ⅲ,则在A点反应达到平衡时,容器的总压为akPa,CO2的转化率为 (保留一位小数),A点对应温度下的Kp(Ⅲ)= 。
答案 ①Ⅲ ②0.02 ③BC ④33.3% 0.5akPa
5.(2020烟台高三期末,16)合成气(CO+H2)可利用甲烷与水蒸气重整反应制得。
(1)已知:①H2(g)+12O2(g)H2O(g) ΔH1=-242kJ·mol-1
②2CO(g)+O2(g)2CO2(g) ΔH2=-576kJ·mol-1
③CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g)
ΔH3=-802.6kJ·mol-1
则甲烷和水蒸气重整反应CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH4= 。该反应的活化能E1=240.1kJ·mol-1,则逆反应的活化能E2= 。
(2)重整反应中CH4的平衡转化率与温度、压强关系[其中n(CH4)∶n(H2O)=1∶1]如图1所示。
图1
①图中A点的平衡常数Kp= (MPa)2(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数),A、B、C三点的平衡常数Kp(A)、Kp(B)、KP(C)由大到小的顺序为 。
②图中压强p1、p2、p3由大到小的顺序为 ,理由是 。
(3)在恒容密闭容器中充入2mol的CH4和H2O(g)的混合气体,且CH4和H2O(g)的物质的量之比为x,相同温度下测得H2平衡产率与x的关系如图2所示。请比较a、b两点CH4的转化率a点 b点(填“>”“<”或“=”,下同),a点c(CH4) b点c[H2O(g)]。当x=1时,下列叙述正确的是 (填序号)。
图2
A.平衡常数K最大
B.CH4的转化率最大
C.氢气的产率最大
D.合成气的浓度最大
答案 (1)+211.4kJ·mol-1 28.7kJ·mol-1 (2)①316 Kp(C)>Kp(B)>Kp(A) ②p3>p2>p1 其他条件不变时,压强增大,平衡左移,甲烷的转化率减小
(3)> = CD
创新篇
【创新集训】
1.(2020济南高三期末,15)Burns和Dainton研究发现Cl2与CO合成COCl2的反应机理如下:
①Cl2(g)2Cl·(g) 快
②CO(g)+Cl·(g)COCl·(g) 快
③COCl·(g)+Cl2(g)COCl2(g)+Cl·(g) 慢
其中反应②存在v正=k正c(CO)·c(Cl·)、v逆=k逆c(COCl·)
下列说法正确的是 ( )
A.反应①的活化能大于反应③的活化能
B.反应②的平衡常数K=k正k逆
C.要提高合成COCl2的速率,关键是提高反应②的速率
D.选择合适的催化剂能加快该反应的速率,并提高COCl2的平衡产率
答案 B
2.(2021届济钢高级中学月考,17节选)(3)H2还原NO的反应为2NO(g)+2H2(g)N2(g)+2H2O(l),实验测得反应速率的表达式为:v=kcm(NO)·cn(H2)(k是速率常数,只与温度有关)。
①某温度下,反应速率与反应物浓度的变化关系如下表所示。
编号
c(NO)/(mol·L-1)
c(H2)/(mol·L-1)
v/(mol·L-1·min-1)
1
0.10
0.10
0.414
2
0.10
0.20
1.656
3
0.50
0.10
2.070
由表中数据可知,m= ,n= 。
②上述反应分两步进行:
ⅰ.2NO(g)+H2(g)N2(g)+H2O2(l)(慢反应);
ⅱ.H2O2(l)+H2(g)2H2O(l)(快反应)。
下列叙述正确的是 (填字母)
A.H2O2是该反应的催化剂
B.反应ⅰ的活化能较高
C.总反应速率由反应ⅱ的速率决定
D.反应ⅰ中NO和H2的碰撞仅部分有效
答案 (3)①1 2 ②BD
3.(2020聊城一模,16)研究SO2、NOx等大气污染物的妥善处理具有重要意义。
(1)燃煤发电厂常利用反应2CaCO3(s)+2SO2(g)+O2(g)2CaSO4(s)+2CO2(g)对煤进行脱硫处理。某温度下,测得反应在不同时间点各物质的浓度如下:
时间/min浓度/
mol·L-1
物质
0
10
20
30
40
50
O2
1.00
0.78
0.60
0.60
0.64
0.64
CO2
0
0.44
0.80
0.80
0.88
0.88
①0~10min内,平均反应速率v(SO2)= mol·L-1·min-1。
②30min后,只改变某一条件,反应重新达到平衡。根据上表中的数据判断,改变的条件可能是 (填字母)。
A.移除部分CaSO4(s)
B.通入一定量的O2
C.加入合适的催化剂
D.适当缩小容器的体积
(2)利用活性炭吸附汽车尾气中的NO:C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g),实验测得,v正=k正c2(NO),v逆=k逆c(N2)·c(CO2)(k正、k逆为速率常数,只与温度有关)。在密闭容器中加入足量C(s)和一定量的NO气体,保持恒压测得NO的转化率随温度的变化如图所示:
①由图可知:该反应的ΔH 0(填“>”或“<”);在1050K前反应中NO的转化率随温度升高而增大,其原因为 。
②用某物质的平衡分压代替其物质的量浓度也可以表示化学平衡常数(记作Kp)。在1050K、1.1×106Pa时,计算该反应的化学平衡常数Kp= [已知:气体分压(p分)=气体总压(p总)×体积分数]。
③达到平衡后,仅升高温度,k正增大的倍数 (填“>”“<”或“=”)k逆增大的倍数,1100K时,计算k正∶k逆= 。
答案 (1)①0.044 ②BD (2)①< 反应未达到平衡状态,温度升高,反应速率加快,NO转化率增大 ②4 ③< 0.11或19
4.(2020青岛一模,16,节选)医用酒精在抗击“新型冠状病毒”战役中发挥着杀菌消毒的作用,其主要成分是乙醇。回答下列问题:
Ⅰ.工业上主要采用乙烯直接水合法(CH2CH2+H2OCH3CH2OH)制乙醇。
(1)在磷酸/硅藻土催化剂作用下,乙烯进行气相水合的反应机理大致如下:
ⅰ.CH2CH2+H3O+CH3CH2++H2O
ⅱ.CH3CH2++H2OCH3CH2OH2+
ⅲ.CH3CH2OH2++H2OCH3CH2OH+H3O+
随着反应进行,该过程能量变化如图所示。
下列有关说法正确的是 (填字母标号,下同)。
a.该反应过程中ⅰ~ⅲ步均释放能量
b.第ⅰ步反应的活化能最大,决定总反应速率
c.CH3CH2+和CH3CH2OH2+是反应的中间产物
(2)已知:C2H4(g)+H2O(g)C2H5OH(g)的反应速率表达式为v正=k正c(C2H4)·c(H2O),v逆=k逆c(C2H5OH),其中k正、k逆为速率常数。若其他条件不变时,降低温度,则下列推断合理的是 。
a.k正增大,k逆减小
b.k正减小,k逆增大
c.k正减小的倍数大于k逆
d.k正减小的倍数小于k逆
答案 Ⅰ.(1)bc (2)d
[教师专用题组]
创新篇
【创新集训】
1.工业上,可采用还原法处理尾气中NO,其原理:2NO(g)+2H2(g)N2(g)+2H2O(g) ΔH<0。在化学上,正反应速率方程式表示为v(正)=k(正)·cm(NO)·cn(H2),逆反应速率方程式表示为v(逆)=k(逆)·cx(N2)·cy(H2O),其中,k表示反应速率常数,只与温度有关,m,n,x,y叫反应级数,由实验测定。在恒容密闭容器中充入NO、H2,在T℃下进行实验,测得有关数据如下:
实验
c(NO)/mol·L-1
c(H2)/mol·L-1
v(正)/mol·L-1·min-1
①
0.10
0.10
0.414k
②
0.10
0.40
1.656k
③
0.20
0.10
1.656k
下列有关推断正确的是 ( )
A.上述反应中,正反应活化能大于逆反应活化能
B.若升高温度,则k(正)增大,k(逆)减小
C.在上述反应中,反应级数:m=2,n=1
D.在一定温度下,NO、H2的浓度对正反应速率影响程度相同
答案 C 2NO(g)+2H2(g)N2(g)+2H2O(g) ΔH<0,正反应是放热反应,反应热等于正反应活化能与逆反应活化能之差,由此推知,正反应活化能小于逆反应活化能,故A错误;升高温度,正、逆反应速率都增大,故正、逆反应速率常数都增大,故B错误;由表格数据知,①、② 实验数据比较,②①=4n=1.656k0.414k=4,故n=1。③①=2m=1.656k0.414k=4,则m=2,故C正确;由于正反应速率表达式中NO、H2的反应级数不相等,所以,NO、H2浓度对正反应速率的影响程度不相同,故D错误。
2.已知在一定温度下的可逆反应N2O4(g)2NO2(g) ΔH>0中,v正=k正c(N2O4),v逆=k逆c2(NO2)(k正、k逆只是温度的函数)。若该温度下的平衡常数K=10,则k正= k逆。升高温度,k正增大的倍数 (填“大于”“小于”或“等于”)k逆增大的倍数。
答案 10 大于
解析 当反应达到平衡时,v正=v逆,即 k正·c(N2O4)=k逆·c2(NO2),k正=k逆·c2(NO2)c(N2O4)=k逆·K=10k逆;该反应是吸热反应,升高温度,平衡向正反应方向移动,k正增大的倍数大于k逆增大的倍数。
3.在一定温度下,在1L恒容密闭容器中充入一定量PCl3(g)和Cl2(g),发生如下反应:PCl3(g)+Cl2(g)PCl5(g) ΔH,测得PCl3(g)的转化率与时间关系如图所示。
其速率方程:v正=k正·c(PCl3)·c(Cl2),v逆=k逆·c(PCl5)(k是速率常数,只与温度有关)
(1)上述反应中,ΔH 0(填“>”“<”或“=”),理由是 。
(2)M点:k正k逆 c(PCl5)c(PCl3)c(Cl2)(填“>”“<”或“=”),升高温度,k正增大的倍数 k逆增大的倍数(填“大于”“小于”或“等于”)。
(3)T1时,测得平衡体系中c(Cl2)=0.25mol·L-1,则k正k逆= (要求结果带单位)。
答案 (1)< T2大于T1,温度升高,平衡转化率降低,说明正反应是放热反应
(2)> 小于
(3)16L·mol-1
解析 (1)由图像知,T2先达到平衡,说明T2大于T1,T2达到平衡时转化率降低,升高温度,平衡向左移动,说明正反应是放热反应。
(2)M点正反应速率大于逆反应速率,K=k正k逆,说明浓度商小于平衡常数;正反应是放热反应,升高温度,平衡向左移动,说明k逆增大的倍数大于k正增大的倍数。
(3)T1下,平衡时PCl3(g)的转化率为80%,设PCl3(g)的起始浓度为c,平衡时c(PCl3)=0.2c,c(PCl5)=0.8c,c(Cl2)=0.25mol·L-1。K=k正k逆=c(PCl5)c(PCl3)c(Cl2)=0.8c0.2c×0.25L·mol-1=16L·mol-1。
4.航天员呼吸产生的CO2用下列反应处理,可实现空间站中O2的循环利用。
Sabatior反应:CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)
水电解反应:2H2O(g)2H2(g)+O2(g)
一种新的循环利用方案是用Bosch反应CO2(g)+2H2(g)C(s)+2H2O(g) ΔH<0代替Sabatier反应,再电解水实现O2的循环利用。
350℃时,向体积为2L的恒容密闭容器中通入8molH2和4molCO2发生以上反应,若反应起始和平衡时温度相同(均为350℃),测得反应过程中压强随时间的变化如表所示:
时间/min
0
10
20
30
40
50
60
压强
6.00P
5.60P
5.30P
5.15P
5.06P
5.00P
5.00P
1350℃时Bosch反应的Kp= (Kp为用气体的分压表示的平衡常数,分压=气体的体积分数×体系总压)
②Bosch反应的速率方程:v正=k正·c(CO2)·c2(H2),v逆=k逆·c2(H2O)(k是速率常数,只与温度有关)。30min时,k正k逆 c2(H2O)c(CO2)·c2(H2)(填“>”“<”或“=”);升高温度,k正增大的倍数 k逆增大的倍数。(填“>”“<”或“=”)
答案 ①1p ②> <
解析 ①向体积为2L的恒容密闭容器中通入8molH2和4molCO2发生以上反应,结合三段式计算平衡状态气体物质的量,设达到平衡状态消耗二氧化碳物质的量为x,
CO2(g)+2H2(g)C(s)+2H2O(g)
起始(mol) 4 8 0
变化(mol) x 2x 2x
平衡(mol) 4-x 8-2x 2x
气体压强之比等于物质的量之比,4+84-x+8-2x+2x=65,得出x=2mol,则平衡时n(CO2)=2mol,n(H2)=4mol,n(H2O)=4mol,p1=5.00p,CO2%=20%,H2%=40%,H2O%=40%,Kp=(40%×5.00p)2(20%×5.00p)×(40%×5.00p)2=1P;
②Bosch反应的速率方程:v正=k正·c(CO2)·c2(H2),v逆=k逆·c2(H2O)(k是速率常数,只与温度有关)。30min时,图表数据分析反应正向进行,v正>v逆,则得到v正=k正·c(CO2)·c2(H2)>v逆=k逆·c2(H2O),k正k逆>c2(H2O)c(CO2)·c2(H2),反应为放热反应,升高温度,平衡逆向进行,v正
(1)830℃时,在体积均为2L的甲、乙两个密闭容器中,分别投入2molCO(g)和2molH2O(g)。甲在恒容条件下达到平衡,乙在恒压条件下达到平衡。测得甲中H2的平均生成速率为0.1mol·L-1·min-1,从反应开始经过5min达到平衡。
①CO的平衡转化率:甲 (填“>”“<”或“=”)乙。
②下列各选项能说明乙中反应达到平衡状态的是 (填标号)。
A.混合气体总压强保持不变
B.CO和CO2的消耗速率相等
C.混合气体平均摩尔质量不变
D.CO2和H2的体积分数之比不再变化
(2)上述反应的速率表达式:v正=k正·c(CO)·c(H2O),v逆=k逆·c(CO2)·c(H2)(k正、k逆为化学反应速率常数)。830℃时,反应达到平衡后,k正k逆= ,若将温度由830℃调节至850℃,则反应平衡后,k正k逆 (填 “增大”“减小”或“不变”)。
答案 (1)①= ②B (2)1.0 减小
解析 (1)①容器体积、起始投料完全相同,且该可逆反应反应前后气体分子数相等,反应前后气体总物质的量不变,故恒温恒容和恒温恒压条件下达到的平衡状态相同,则两容器中CO的平衡转化率相等。②反应前后混合气体密度、压强、平均摩尔质量均不变,CO2和H2都是产物,其体积分数之比始终不变;只有当CO和CO2的消耗速率相等时,表明正反应速率和逆反应速率相等,反应达到平衡状态。(2)平衡时正、逆反应速率相等,则k正k逆=c(CO2)·c(H2)c(CO)·c(H2O)=K,由(1)知830℃下,反应达到平衡时,c(CO2)=c(H2)=0.1mol·L-1·min-1×5min=0.5mol·L-1,c(CO)=c(H2O)=0.5mol·L-1,则k正k逆=K=1.0;该反应的正反应为放热反应,升高温度,正、逆反应速率都会增大,但平衡逆向移动,平衡常数减小,k正k逆减小。
6.环保是当今社会最重要的课题,故研究NOx等大气污染物的处理具有重要意义。
(1)含氮化合物在生产、生命活动中有重要的作用。回答下列问题:已知:
4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) ΔH1=-akJ·mol-1
2NO(g)+O2(g)2NO2(g) ΔH2=-bkJ·mol-1
4NH3(g)+6NO(g)5N2(g)+6H2O(g) ΔH3=-ckJ·mol-1
H2O(1)H2O(g) ΔH4=+dkJ·mol-1
写出在298K时,NH3燃烧的热化学方程式 。
(2)已知2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的反应历程分两步进行,其反应过程能量变化示意图如图1:
①2NO(g)N2O2(g)v1正=k1正c2(NO),v1逆=k1逆c(N2O2)
②N2O2(g)+O2(g)2NO2(g)v2正=k2正c(N2O2)·c(O2)
v2逆=k2逆c2(NO2)
2NO(g)+O2(g)2NO2(g)反应的决速步骤是 (填“①”或“②”),其判断理由是 。
(3)2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的平衡常数K与上述相关反应的速率常数k1正、k1逆、k2正、k2逆都有关,则K= ;已知反应速率常数k随温度升高而增大,若升高温度后k2正、k2逆分别增大m倍和n倍,则m n(填“>”、“<”或“=”);一定条件下,2NO(g)+O2(g)2NO2(g)达平衡后,升高到某温度,再达平衡后,v2正较原平衡减小,根据上述速率方程分析,合理的解释是 。
(4)在恒容的密闭容器中充入一定量的NO和O2气体,保持其它条件不变,请在图2画出该容器中N2O2体积分数随时间t变化曲线 。
答案 (1)4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(l) ΔH=-(3a+2c+30d)×15kJ·mol-1;
(2)② 反应②的活化能大
(3)k1正·k2正k1逆·k2逆 < 温度升高,反应①、②的平衡均逆向移动,由于反应①的速率大,导致c(N2O2)减小且其程度大于k2正和c(O2)增大的程度,使三者的乘积即v2正减小;
(4)
解析 (1)①4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) ΔH1=-akJ·mol-1
②2NO(g)+O2(g)2NO2(g) ΔH2=-bkJ·mol-1
③4NH3(g)+6NO(g)5N2(g)+6H2O(g) ΔH3=-ckJ·mol-1
④H2O(1)H2O(g) ΔH4=+dkJ·mol-1
构建目标方程式(①×3+③×2-④×30)×15得到NH3燃烧的热化学方程式:
4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(l) ΔH,利用盖斯定律求ΔH=[(-akJ·mol-1)×3+(-ckJ·mol-1)×2-(+dkJ·mol-1)×30]×15=-(3a+2c+30d)×15kJ·mol-1,4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(l) ΔH=-(3a+2c+30d)×15kJ·mol-1
(2)根据反应过程能量图可知,Ea1
相关试卷
2022版高考化学选考山东专用一轮总复习集训：专题十二化学反应速率和化学平衡 —基础集训： 这是一份2022版高考化学选考山东专用一轮总复习集训：专题十二化学反应速率和化学平衡 —基础集训，共10页。
2022版高考化学选考山东专用一轮总复习集训：专题十二化学反应速率和化学平衡 —模拟： 这是一份2022版高考化学选考山东专用一轮总复习集训：专题十二化学反应速率和化学平衡 —模拟，共17页。
2022版高考化学选考山东专用一轮总复习集训：专题十二化学反应速率和化学平衡 专题综合检测： 这是一份2022版高考化学选考山东专用一轮总复习集训：专题十二化学反应速率和化学平衡 专题综合检测，共21页。
