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人教版高考化学一轮复习限时集训24化学平衡移动和化学反应调控含答案
展开化学平衡移动和化学反应调控
(建议用时:40分钟)
1.(2020·浙江7月选考,T20)一定条件下:2NO2(g)N2O4(g) ΔH<0。在测定NO2的相对分子质量时,下列条件中,测定结果误差最小的是( )
A.温度0 ℃、压强50 kPa
B.温度130 ℃、压强300 kPa
C.温度25 ℃、压强100 kPa
D.温度130 ℃、压强50 kPa
D [测定NO2的相对分子质量时,N2O4越少越好,即使平衡逆向移动。正反应是气体分子数减小的放热反应,要使平衡逆向移动,需减小压强、升高温度,则选D项。]
2.(2020·唐山模拟)在体积为V的密闭容器中发生可逆反应3A(?)+B(?)2C(g),下列说法正确的是( )
A.若A为气态,则混合气体的密度不再变化时反应达到平衡状态
B.升高温度,C的体积分数增大,则该反应的正反应为放热反应
C.达到平衡后,向容器中加入B,正反应速率一定加快
D.达到平衡后,若将容器的容积压缩为原来的一半,C的浓度变为原来的1.8倍,则A一定为非气态
D [若A为气态,而B的状态不确定,则反应过程中混合气体的密度可能不发生变化,A项错误;升高温度,C的体积分数增大,说明平衡正向移动,则该反应的正反应为吸热反应,B项错误;若B为非气态物质,达到平衡后,向容器中加入B,正反应速率不变,C项错误;达到平衡后,若将容器的容积压缩为原来的一半,假设平衡不发生移动,则C的浓度应为原来的2倍,而实际上C的浓度变为原来的1.8倍,说明增大压强,平衡逆向移动,由于增大压强,平衡向气体分子数减小的方向移动,则A一定为非气态,D项正确。]
3.某恒温密闭容器中发生可逆反应Z(?)+W(?)X(g)+Y(?) ΔH,在t1时刻反应达到平衡,在t2时刻缩小容器体积,t3时刻再次达到平衡状态后未再改变条件。下列有关说法正确的是( )
A.Z和W在该条件下至少有一个为气体
B.t1~t2时间段与t3时刻后,两时间段反应体系中气体的平均摩尔质量不可能相等
C.若在该温度下此反应平衡常数表达式为K=c(X),则t1~t2时间段与t3时刻后的X浓度不相等
D.若该反应只在某温度T0以上自发进行,则该反应的平衡常数K随温度升高而增大
D [根据图像变化可知,正反应速率不随反应时间和压强改变而改变,逆反应速率随时间和压强的改变而变化,所以反应物Z和W都不是气体,A错误;若只有X为气体,则两时间段反应体系中气体的平均摩尔质量相等,B错误;化学平衡常数只与温度有关,该温度下平衡常数的表达式K=c(X),只要温度不变,K不变,则c(X)不变,t1~t2时间段与t3时刻后的X浓度相等,C错误;该反应在温度为T0以上时才能自发进行,反应的ΔS>0,根据ΔG=ΔH-TΔS<0,反应的ΔH>0,该反应是吸热反应,升高温度平衡向正反应方向移动,平衡常数增大,D正确。]
4.用NH3催化还原法消除氮氧化物,发生反应:4NH3(g)+6NO(g)5N2(g)+6H2O(l) ΔH<0。相同条件下,在2 L恒容密闭容器中,选用不同催化剂,产生N2的物质的量随时间变化的关系如图所示。下列说法错误的是( )
A.该反应的活化能大小顺序是Ea(C)>Ea(B)>Ea(A)
B.曲线C在4 min时已达到化学平衡状态
C.单位时间内H—O键与N—H键断裂的数目相等时,说明反应已达到平衡状态
D.若反应在恒容绝热的密闭容器中进行,当K不变时,说明反应已达到平衡状态
B [催化剂能降低反应的活化能,不同的催化剂,降低活化能的程度不一样。而反应的活化能越大,反应越难进行,单位时间内产生N2的物质的量越少,图中A曲线在4 min内产生的N2最多,B次之,C最少,所以反应的活化能大小顺序是Ea(C)>Ea(B)>Ea(A),A正确;由于催化剂不改变化学平衡状态,反应到4 min时,曲线A、B对应的反应中N2的物质的量还在增加,说明曲线C在4 min时并未达到平衡,B错误;若单位时间内消耗4 mol NH3,即断裂12 mol N—H键。若单位时间内消耗6 mol H2O,即断裂12 mol H—O键,C可说明正逆反应速率相等,反应已经达到平衡状态,C正确;该反应为放热反应,反应在恒容绝热的密闭容器中进行,体系的温度会升高,平衡常数K减小。当K不变时,说明体系的温度不变,反应达到平衡状态,D正确。]
5.在一定条件下,利用CO2合成CH3OH的反应为CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1,研究发现,反应过程中会发生副反应为CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2,温度对CH3OH、CO的产率影响如图所示。下列说法中不正确的是( )
A.ΔH1<0,ΔH2>0
B.增大压强有利于加快合成反应的速率
C.生产过程中,温度越高越有利于提高CH3OH的产率
D.选用合适的催化剂可以减弱副反应的发生
C [根据图像可以看出,温度越高,CO的产率越高,CH3OH的产率越低。]
6.某温度下,反应2A(g)B(g) ΔH>0,在密闭容器中达到平衡,平衡后=a,若改变某一条件,足够时间后反应再次达到平衡状态,此时=b,下列叙述正确的是 ( )
A.在该温度下,保持容积固定不变,向容器内补充了B气体,则a<b
B.在该温度恒压条件下再充入少量B气体,则a=b
C.若其他条件不变,升高温度,则a<b
D.若保持温度、压强不变,充入惰性气体,则a>b
B [A项,充入B气体后平衡时压强变大,正向反应程度变大,变小,即a>b,错误;B项,在该温度恒压条件下,再充入B气体,新平衡状态与原平衡等效,不变,即a=b,正确;C项,升温,平衡右移,变小,即a>b,错误;D项,相当于减压,平衡左移,变大,即a<b,错误。]
7.甲、乙是两种氮的氧化物且所含元素价态相同,某温度下甲、乙相互转化时其物质的量浓度随时间的变化关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.甲是N2O4
B.a点处于平衡状态
C.t1~t2时间内v正(乙)<v逆(甲)
D.反应进行到t2时刻,改变的条件可能是升高温度
C [0~t1时间段内,乙的浓度降低了0.2 mol·L-1,甲的浓度增加了0.4 mol·L-1,即发生反应N2O42NO2,甲为NO2,乙为N2O4,A错误;t2~t3时间段内,N2O4浓度在不断增加,a点时对应反应在向生成N2O4的方向进行,反应没有达到平衡,B错误;t1~t2时间段内,反应达到平衡状态,2v正(N2O4)=v逆(NO2),即2v正(乙)=v逆(甲),C正确;t2时刻,甲的浓度发生突变,然后逐渐减小,乙的浓度在原平衡的基础上逐渐增大,所以改变的条件是增大甲的浓度,D错误。]
8.(2019·全国卷Ⅲ)近年来,随着聚酯工业的快速发展,氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。因此,将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。回答下列问题:
(1)Deacon发明的直接氧化法为:4HCl(g)+O2(g)===2Cl2(g)+2H2O(g)。下图为刚性容器中,进料浓度比c(HCl)∶c(O2)分别等于1∶1、4∶1、7∶1时HCl平衡转化率随温度变化的关系:
可知反应平衡常数K(300 ℃) K(400 ℃)(填“大于”或“小于”)。设HCl初始浓度为c0,根据进料浓度比c(HCl)∶c(O2)=1∶1的数据计算K(400 ℃)= (列出计算式)。按化学计量比进料可以保持反应物高转化率,同时降低产物分离的能耗。进料浓度比c(HCl)∶c(O2)过低、过高的不利影响分别是 。
(2)在一定温度的条件下,进一步提高HCl的转化率的方法是
(写出2种)。
[解析] (1)由图像知,随着温度的升高,HCl的平衡转化率降低,所以4HCl(g)+O2(g)===2Cl2(g)+2H2O(g)的ΔH<0,升高温度平衡左移,则K(300 ℃)>K(400 ℃)。在温度一定的条件下,c(HCl)和c(O2)的进料比越大,HCl的平衡转化率越低,所以题图中自上而下三条曲线是c(HCl)∶c(O2)(进料浓度比)为1∶1、4∶1、7∶1时的变化曲线。当c(HCl)∶c(O2)=1∶1时,列三段式:
4HCl(g) + O2(g) === 2Cl2(g)+2H2O(g)
起始浓度 c0 c0 0 0
转化浓度 0.84c0 0.21c0 0.42c0 0.42c0
平衡浓度 (1-0.84)c0 (1-0.21)c0 0.42c0 0.42c0
K(400 ℃)=
=。
c(HCl)∶c(O2)过高时,HCl转化率较低;当c(HCl)∶c(O2)过低时,过量的O2和Cl2分离时能耗较高。
(2)由平衡移动的条件可知,为提高HCl的转化率,在温度一定的条件下,可以增大反应体系的压强,增加O2的量,或者及时除去产物。
[答案] (1)大于 O2和Cl2分离能耗较高、HCl转化率较低 (2)增加反应体系压强、及时除去产物
9.(2021·无锡模拟)(1)在一恒容装置中,通入一定量CH4和NO2发生反应:CH4(g)+2NO2(g)===N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-867 kJ·mol-1,测得在相同时间内和不同温度下,NO2的转化率α(NO2)如图1所示,则下列叙述正确的是 。
图1
A.若温度维持在200 ℃更长时间,NO2的转化率将大于19%
B.反应速率:b点的v(逆)>e点的v(逆)
C.平衡常数:c点=d点
D.在时间t内,提高b点时NO2的转化率和反应速率,可适当升温或增大c(CH4)
(2)氨气选择性催化还原法的主要反应为4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g) ΔH=-1 625.5 kJ·mol-1;氨氮比会直接影响该方法的脱硝率。350 ℃时,只改变氨气的投放量,氨气的转化率与氨氮比的关系如图2所示。当>1.0时,烟气中NO浓度反而增大,主要原因是
。
图2
[解析] (1)图1为测得在相同时间内,不同温度下NO2的转化率,温度400 ℃、500 ℃转化率最大,处于平衡状态,之前没有到达平衡,之后升高温度,转化率降低,平衡逆向移动。
题图中200 ℃时,反应没有到达平衡,向正反应进行,温度维持在200 ℃更长时间,NO2的转化率将大于19%,故A正确;
b点反应向正反应进行,e点处于平衡状态,且e点温度高,故b点的v(逆)<e点的v(逆),故B错误;
c、d温度不同,平衡常数不同,故C错误;
增大反应物浓度可以加快反应速率,提高其他物质的转化率,b点向正反应方向进行,升温可以加快反应速率,反应继续向正反应进行并到达平衡,故D正确。
(2)由于过量氨气与氧气反应生成NO,所以当>1.0时,烟气中NO浓度反而增大。
[答案] (1)AD (2)过量NH3与O2反应生成NO
10.(2020·临沂模拟)T ℃时,向体积不等的恒容密闭容器中分别加入足量活性炭和1 mol NO2,发生反应:2C(s)+2NO2(g)N2(g)+2CO2(g),反应相同时间,测得各容器中NO2的转化率与容器体积的关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.T ℃时,该反应的化学平衡常数为
B.c点所示条件下:v正<v逆
C.a点、b点容器内的压强之比为6∶7
D.向a点平衡体系中再充入一定量的NO2,达到平衡时,NO2的转化率比原平衡小
D [选项A,由图可知体积V3>V2>V1,T ℃时,其他条件不变的情况下,体积增大,压强减小,NO2转化率应该更高,由图中b~c点NO2转化率变化趋势可知c点反应未达到平衡,无法通过V3求平衡常数,错误;选项B,c点反应未达到平衡,因此反应会继续向正反应方向进行,v正>v逆,错误;选项C,由a、b点NO2转化率可计算出a点容器内气体的物质的量为1.2 mol,b点容器内气体的物质的量为1.4 mol,但体积V2>V1,不能通过气体的物质的量计算压强之比,错误;选项D,恒容条件下再充一定量的NO2,相当于增大体系压强,平衡逆向移动,因此NO2的转化率减小,正确。]
11.(2020·广州模拟)现代工业的发展导致CO2的大量排放,对环境造成的影响日益严重,通过各国科技工作者的努力,已经开发出许多将CO2回收利用的技术,其中催化转化法最具应用价值。回答下列问题:
(1)在催化转化法回收利用CO2的过程中,可能涉及以下化学反应:
①CO2(g)+2H2O(l)CH3OH(l)+O2(g)
ΔH=+727 kJ·mol-1 ΔG=+703 kJ·mol-1
②CO2(g)+2H2O(l)CH4(g)+2O2(g)
ΔH=+890 kJ·mol-1 ΔG=+818 kJ·mol-1
③CO2(g)+3H2(g)CH3OH(l)+H2O(l)
ΔH=-131 kJ·mol-1 ΔG=-9.35 kJ·mol-1
④CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(l)
ΔH=-253 kJ·mol-1 ΔG=-130 kJ·mol-1
从化学平衡的角度来看,上述化学反应中反应进行程度最小的是 ,反应进行程度最大的是 。
(2)反应CO2+4H2CH4+2H2O称为Sabatier反应,可用于载人航空航天工业。我国化学工作者对该反应的催化剂及催化效率进行了深入的研究。
①在载人航天器中利用Sabatier反应实现回收CO2再生O2,其反应过程如下图所示,这种方法再生O2的最大缺点是需要不断补充
(填化学式)。
②在1.5 MPa,气体流速为20 mL·min-1时研究温度对催化剂催化性能的影响,得到CO2的转化率(%)如下:
催化剂 | 180 ℃ | 200 ℃ | 220 ℃ | 280 ℃ | 300 ℃ | 320 ℃ | 340 ℃ | 360 ℃ |
Co4N/Al2O3 | 8.0 | 20.3 | 37.3 | 74.8 | 84.4 | 85.3 | 86.8 | 90.1 |
Co/Al2O3 | 0.2 | 0.7 | 2.0 | 22.4 | 37.6 | 48.8 | 54.9 | 59.8 |
分析上表数据可知: (填化学式)的催化性能更好。
③调整气体流速,研究其对某一催化剂催化效率的影响,得到CO2的转化率(%)如下:
气体流速/mL·min-1 | 180 ℃ | 200 ℃ | 220 ℃ | 280 ℃ | 300 ℃ | 320 ℃ | 340 ℃ | 360 ℃ |
10 | 11.0 | 25.1 | 49.5 | 90.2 | 93.6 | 97.2 | 98.0 | 98.0 |
30 | 4.9 | 11.2 | 28.9 | 68.7 | 72.7 | 79.8 | 82.1 | 84.2 |
40 | 0.2 | 5.2 | 15.3 | 61.2 | 66.2 | 71.2 | 76.6 | 79.0 |
50 | 0.2 | 5.0 | 10.0 | 50.0 | 59.5 | 61.2 | 64.1 | 69.1 |
分析上表数据可知:相同温度时,随着气体流速增加,CO2的转化率
(填“增大”或“减小”),其可能的原因是
。
④在上述实验条件中,Sabatier反应最可能达到化学平衡状态的温度是 ,已知初始反应气体中V(H2)∶V(CO2)=4∶1,估算该温度下的平衡常数为 (列出计算表达式)。
(3)通过改变催化剂可以改变CO2与H2反应催化转化的产物,如利用Co/C作为催化剂,反应后可以得到含有少量甲酸的甲醇。为了研究催化剂的稳定性,将Co/C催化剂循环使用,相同条件下,随着循环使用次数的增加,甲醇的产量如图所示,试推测甲醇产量变化的原因 。(已知Co的性质与Fe相似)
[解析] (1)ΔG越小,越易发生,ΔH越小,反应程度越大。
(2)①反应过程为:CO2+4H2CH4+2H2O,2H2O2H2↑+O2↑,故需补充H2。
②由表格数据可知,Co4N/Al2O3作催化剂时,CO2转化率较高,因此Co4N/Al2O3催化性能更好;
③由表格数据可知,在相同温度下,随着气体流速增加,CO2的转化率逐渐减小;其可能的原因是:气流速度过快时,通入的气体不能及时发生反应,使得反应物的转化率较低;
④气体流速为10 mL/min时,当温度为340 ℃时,CO2的转化率为98%,温度为360 ℃时,CO2的转化率为98%,该反应温度升高的过程中,CO2的转化率逐渐增加,但340 ℃~360 ℃过程中,温度在发生变化,而这两个时刻CO2的转化率相同,说明在温度为340 ℃~360 ℃过程中一定存在CO2的转化率最大值,在达到转化率最大值后,升高温度,平衡逆向移动,因此最可能达到化学平衡状态的温度是360 ℃;
设n(H2)=4 mol,则n(CO2)=1 mol,在360 ℃下达到平衡时,CO2的转化率为98%,则
CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)
起始(mol/L) 1 4 0 0
转化(mol/L) 0.98 4×0.98 0.98 0.98×2
平衡(mol/L) 0.02 4×0.02 0.98 0.98×2
平衡常数为;
(3)在Co/C作为催化剂时,反应后可以得到的产物中含有少量甲酸,甲酸属于一元弱酸,能够与Co发生反应,使催化剂的活性降低。
[答案] (1)② ④ (2)①H2 ②Co4N/Al2O3 ③减小 气体流速加快,导致反应物与催化剂接触时间不够 ④360 ℃ (3)反应产生的甲酸腐蚀催化剂,使催化剂活性降低
2024届高考化学一轮总复习课时跟踪练24化学平衡的移动及化学反应进行的方向: 这是一份2024届高考化学一轮总复习课时跟踪练24化学平衡的移动及化学反应进行的方向,共10页。试卷主要包含了选择题,非选择题等内容,欢迎下载使用。
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人教版高考化学一轮复习第7章化学反应速率和化学平衡第2讲化学平衡状态和平衡移动含答案: 这是一份人教版高考化学一轮复习第7章化学反应速率和化学平衡第2讲化学平衡状态和平衡移动含答案