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专题02 化学反应速率与化学平衡 专题检测试卷(基础卷)2022-2023学年高二化学考点分层解读与综合训练(人教版2019选择性必修1)
展开第二章 化学反应速率与化学平衡
专题检测试卷(基础卷)
一、选择题(本题包括16小题,每小题3分,共48分,每小题只有1个选项符合题意)
1.已知反应的,(假定、ΔS不随温度变化),下列叙述正确的是( )
A.低温下为自发过程,高温下为非自发过程
B.高温下为自发过程,低温下为非自发过程
C.任何温度下均为非自发过程
D.任何温度下均为自发过程
【答案】B
【解析】时,反应能自反进行,,,只有T很大,即高温时,才能保证时,即高温下该反应为自发过程,低温下该反应为非自发进行,B满足题意。
答案选B。
2.有甲、乙、丙、丁四个相同的容器,相同温度和压强下,发生反应:CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g),起始时放入容器内各组分的物质的量见表:
CO2
H2
CO
H2O
甲
1 mol
1 mol
0
0
乙
2 mol
1 mol
0
0
丙
0
0
1 mol
1 mol
丁
1 mol
0
1 mol
1 mol
上述四种情况达到平衡后,CO的物质的量大小顺序是
A.乙=丁>丙=甲 B.乙>丁>甲>丙
C.丁>乙>丙=甲 D.丁>丙>乙>甲
【答案】A
【解析】将上述数据中CO(g)、H2O(g)一边倒至CO2(g)、H2(g)可得:
CO2
H2
CO
H2O
甲
1 mol
1 mol
0
0
乙
2 mol
1 mol
0
0
丙
1 mol
1 mol
0
0
丁
2 mol
1 mol
0
0
由表格数据可知,甲与丙完全等效,乙与丁完全等效,乙相对于甲相当于增大CO2浓度,即平衡将正向移动,由此可知,上述四种情况达到平衡后,CO的物质的量大小顺序是乙=丁>丙=甲,故答案为A。
3.我们把能够发生化学反应的碰撞叫做有效碰撞;发生有效碰撞的分子必须具有足够的能量,这种分子叫做活化分子;活化分子具有的平均能量与反应物分子具有的平均能量之差,叫做反应的活化能。下列说法不正确的是
A.图甲中曲线Ⅱ可以表示催化剂降低了反应的活化能
B.图乙中HI分子发生了有效碰撞
C.盐酸和氢氧化钠溶液的反应活化能接近于零
D.增大反应物浓度,单位体积内活化分子数增多,单位时间内有效碰撞次数增加
【答案】B
【解析】A.催化剂可降低反应的活化能,A正确;
B.能够发生化学反应的碰撞才是有效碰撞,由图乙可知碰撞后没有生成新物质,即没有发生化学反应,不是有效碰撞,B错误;
C.盐酸和氢氧化钠溶液反应的实质是氢离子与氢氧根离子反应生成水,在溶液中氢离子与氢氧根离子已经处于活跃状态,因此盐酸和氢氧化钠溶液反应的活化能接近于零,C正确;
D.增大反应物浓度,单位体积内活化分子数增多,单位时间内有效碰撞次数增加,D正确;
故答案为:B。
4.下列属于非自发过程的是( )
A.和混合 B.常温常压下,石墨转化为金刚石
C.和化合生成 D.
【答案】B
【解析】A.N2和O2化合是焓变小于0,熵变基本不变的反应,能自发进行,故A不符合题意;
B.石墨是比金刚石稳定的单质,石墨转化为金刚石是吸热反应,且熵变小于0的反应,因此常温常压下是非自发过程,故B符合题意;
C.H2和O2化合生成H2O的反应的,,低温时,,属于自发过程,故C不符合题意;
D.C和O2的反应是放热反应,熵变基本不变,在低温下能自发进行,故D不符合题意。
综上所述,答案为B。
5.反应CH3OH(l)+NH3(g)=CH3NH2(g)+H2O(g)在某温度自发向右进行,若反应的|ΔH|=17 kJ·mol-1,|ΔH-TΔS|=17 kJ·mol-1,则下列正确的是
A.ΔH>0,ΔH-TΔS<0 B.ΔH<0,ΔH-TΔS>0
C.ΔH>0,ΔH-TΔS>0 D.ΔH<0,ΔH-TΔS<0
【答案】A
【解析】该反应在一定温度下能够自发的向右进行,这说明此温度下(ΔH-TΔS)<0,则(ΔH-TΔS)=- 17 kJ·mol-1,若ΔH=-17 kJ·mol-1,则TΔS=0,这显然不可能,所以ΔH=17 kJ·mol-1,大于0,综上所述ΔH>0,ΔH-TΔS<0,故答案为A。
6.在300mL的密闭容器中,放入镍粉并充入一定量的气体,一定条件下发生反应: Ni(g)+4CO(g) Ni(CO)4 (g),已知该反应平衡常数与温度的关系如表:
温度/℃
25
80
230
平衡常数
5×104
2
1.9×10-5
下列说法不正确的是
A.上述生成的反应为放热反应
B.在25℃时,反应Ni(CO)4 (g) Ni(g)+4CO(g)的平衡常数为
C.在80℃时,测得某时刻,、浓度均为0.5 mol·L-1,则此时
D.在80℃达到平衡时,测得,则的平衡浓度为2 mol·L-1
【答案】C
【解析】A.由表中数据可知,温度越高平衡常数越小,说明升高温度平衡向逆反应方向移动,则正反应为放热反应,A项正确;
B.25℃时反应Ni(s)+4CO(g)⇌Ni(CO)4(g)的平衡常数为5×104,相同温度下,对于同一可逆反应的正、逆反应平衡常数互为倒数,则25°C时反应Ni(CO)4(g)⇌Ni(s)+4CO(g)的平衡常数为=2×10-5,B项正确;
C.浓度熵Qc= =8>2,即大于80℃的平衡常数,反应向逆反应方向进行,则v(正)<v(逆),C项错误;
D.80℃达到平衡时,测得n(CO)=0.3mol,c(CO)= =1mol/L,则c[Ni(CO)4]=K•c4(CO)=2×14mol/L=2mol/L,D项正确;
答案选C。
7.对于可逆反应M + N Q 达到平衡时,下列说法正确的是
A.M、N、Q 三种物质的量浓度一定相等 B.M、N 全部变成了 Q
C.反应混合物各成分的百分含量不再变化 D.反应已经停止
【答案】C
【解析】A.反应平衡时各物质的浓度是否相等取决于起始时各物质的量的关系和转化的程度,所以平衡时M、N、Q三种物质的量浓度不一定相等,故A错误;
B.该反应是可逆反应,所以反应物不可能完全转化为生成物,存在反应限度,故B错误;
C.反应混合物各成分的百分含量不再变化是化学平衡状态的判断依据,故C正确;
D.反应达到平衡状态时,正逆反应速率相等,但反应速率不为0,反应不停止,故D错误;
故选C。
8.将mg块状碳酸钙与足量盐酸反应固体反应物损失的质量随时间的变化曲线如图中的实线所示。在相同条件下,将ng(m>n)粉末状碳酸钙与同浓度的盐酸反应,则相应的曲线(虚线所示)正确的是
A.B.C.D.
【答案】C
【解析】因图中实线表示的块状的碳酸钙与足量的盐酸反应,虚线所示粉末状碳酸钙与同浓度的盐酸反应,粉末状碳酸钙与盐酸的接触面积大,则反应速率快,即相同时间内虚线所示的曲线对应的损失的质量大(消耗的多);由于盐酸过量且块状碳酸钙质量更大,所以碳酸钙完全反应,最终损失的质量块状的更大;由图象可以知道,只有C符合。
故答案选C。
9.把0.6 mol X气体和0.4 mol Y气体混合于2 L容器中,使它们发生如下反应:3X(g)+Y(g)=nZ(g)+2W(g)。5 min末生成0.2 mol W,若测得以Z浓度变化来表示的化学反应速率为0.01 mol/(L·min),则上述反应中Z气体的化学计量数n的值是
A.1 B.2 C.3 D.4
【答案】A
【解析】以Z浓度变化来表示的平均反应速率为0.01mol•L-1•min-1,则5min末时生成Z的物质的量为0.01mol•L-1•min-1×5min×2L=0.1mol;5min末已生成0.2molW;利用物质的量的变化量之比等于化学计量数之比可得n:2=0.1mol:0.2mol,n=1,A正确;
故选A。
10.一定条件下,发生反应:CO(g)+ H2O(g)⇌CO2(g) + H2(g) △H=Q kJ/mol。 1 mol CO和1 mol H2O(g)完全反应的能量变化如图所示。下列有关该反应的说法正确的是
A.正反应放热
B.∣E1∣<∣Q∣<∣E2∣
C.该反应的活化能为QkJ/mol
D.某密闭容器中充入1 mol CO和1 mol H2O(g),充分反应后体系总能量减少∣Q∣kJ
【答案】A
【解析】A.根据图中信息可知,反应物总能量高于生成物总能量,正反应为放热反应,选项A正确;
B.△H= E1- E2=Q kJ/mol,∣Q∣<∣E1∣,选项B错误;
C.该反应正反应的活化能为E1kJ/mol,选项C错误;
D.该反应为可逆反应,反应不能完全转化,故若某密闭容器中充入1 mol CO和1 mol H2O(g),充分反应后体系减少的总能量小于∣Q∣kJ,选项D错误。
答案选A。
11.下列关于各装置与其对应的实验目的或得到的实验结论的说法中正确的是( )
选项
A
B
C
D
实验
装置
目的
或
结论
测定锌与稀硫酸反应生成氢气的速率
试管中收集到无色气体,说明铜与浓硝酸的反应产物是NO
用四氯化碳萃取碘水中的碘,充分振荡后静置,待溶液分层后,先让下层液体从下口流出,再把上层液体从上口倒出
除去HCl气体中混有的少量Cl2
【答案】C
【解析】A.测定锌与稀硫酸反应生成氢气的速率时,稀硫酸应放置在分液漏斗中,若将稀硫酸放置在长颈漏斗中不能控制反应的进行,故A错误;
B.浓硝酸具有强氧化性,与铜反应生成硝酸铜、二氧化氮和水,故B错误;
C.用四氯化碳萃取碘水中的碘,充分振荡后静置,待溶液分层后,先放出下层液体,再把上层液体从上口倒出,故C正确;
D.氯化氢气体极易溶于水,氯气不溶于饱和食盐水,则将混合气体通入盛有饱和食盐水的洗气瓶可以除去Cl2中混有的少量HCl气体,除去HCl气体中混有的少量Cl2不能选用饱和食盐水,故D错误;
故选C。
12.一定条件下,向密闭容器中充入一定量的NH3,发生反应2NH3(g)N2(g)+3H2(g)。达到平衡时,N2的体积分数与温度、压强的关系如图所示,下列说法正确的是
A.a点时,NH3的转化率为25%
B.达到平衡时,2正(NH3)=3逆(H2)
C.b、c两点对应的平衡常数:Kb>Kc
D.压强:p1>p2
【答案】A
【解析】A. 设起始充入NH3的物质的量为x mol,a点时,生成N2 y mol,根据三段式分析可知:则=0.1,整理得x=8y,故a点时NH3的转化率为×100%=25%,A正确;
B.2υ正(NH3)=3υ逆(H2)关系不满足速率和系数比之间成正比的关系,反应没有达到平衡状态;达到平衡时,速率关系满足3正(NH3)=2逆(H2),B错误;
C.根据图像分析可知,当压强不变时,升高温度,氮气的体积分数增大,平衡右移,该反应的正反应是吸热反应,c点温度高,平衡常数大,Kb<Kc,C错误;
D.该反应的正反应是气体分子数增大的反应,温度相同时,压强减小,平衡正向移动,N2的体积分数增大,结合图像知,p1<p2,D错误;
故答案为:A。
13.在一定条件下,将3 mol A和1 mol B两种气体混合于固定容积为2 L的密闭容器中,发生如下反应:3A(g)+B(g)xC(g) +2D(g)。2 min末该反应达到平衡,生成0.8 mol D,并测得C的浓度为0.2 mol·L-1。下列判断不正确的是
A.平衡常数约为0.15
B.B的转化率为40%
C.从反应开始至平衡,A的平均反应速率为:0.3 mol·L-1·min-1
D.若混合气体的密度不变,则表明该反应达到平衡状态
【答案】D
【解析】平衡时D的浓度是0.8 mol÷2 L=0. 4 mol·L-1,则x∶2=0.2∶0.4,故x=1,根据三段式分析:
A.将平衡时各物质的浓度代入平衡常数表达式,计算得K= 约为0.15,选项A正确;
B.B的转化率是0.2 mol·L-1÷0.5 mol·L-1×100%=40%,B正确;
C.从反应开始至平衡,A的平均反应速率是0.6 mol·L-1÷2 min=0.3 mol·L-1·min-1,C正确;
D.各物质均是气体,总质量不变,且容器体积一定,故无论反应是否达到平衡,混合气体的密度都是定值,D错误;
故答案为:D。
14.向密闭容器中充入,发生反应,达到平衡时,体系中B的体积分数随温度、压强的变化关系如图所示,下列判断正确的是( )
A.该反应的,
B.M、N点的化学平衡常数:
C.P、M点A的转化率:
D.恒温恒容条件下,P点时向容器中再充入少量A,达到新平衡时,增大
【答案】C
【解析】A.由题图可知,压强不变时,升高温度,减小,平衡逆向移动,故正反应为放热反应,,温度不变时,增大压强,减小,平衡逆向移动,故,则,A项错误;
B.M、N点的温度相同,化学平衡常数相同,B项错误;
C.P、M点的压强相同,降低温度,增大,平衡正向移动,A的转化率增大,C项正确;
D.恒温恒容条件下,P点时向容器中再充入少量A,相当于对体系加压,结合题图可知,达到新平衡时,减小,D项错误。
答案选C。
15.下列说法不正确的是( )
①盐酸与足量锌片反应时,加入少量氯化铜溶液可以加快反应速率且不影响生成氢气的物质的量 ②增加硫酸的浓度,一定可以加快锌与硫酸反应制取氢气的速率 ③反应在一恒容密闭容器中进行,充入氦气,化学反应速率不变 ④对于反应,加入固体,逆反应速率瞬时增大,随后正反应速率增大
A.①②④ B.②③④ C.②④ D.①③④
【答案】C
【解析】①锌和反应生成铜,锌、铜和盐酸构成原电池,能加快反应速率且不影响生成氢气的量,①正确;
②若浓度过大,硫酸主要以分子形式存在,与锌反应不能生成氢气,②错误;
③充入氦气,参加反应的气体的物质的量浓度不变,反应速率不变,③正确;
④该反应的实质是,和不参与反应,因此加入固体,平衡不移动,反应速率不变,④错误;
答案选C。
16.二氧化碳的捕捉与封存是实现温室气体减排的重要途径之一,也是未来实现低碳经济转型的重要环节。一些科学家利用太阳能加热反应器来“捕捉”空气中的CO2(如图所示)。下列说法中正确的是( )
生石灰捕捉和封存二氧化碳的示意图
A.步骤一中将反应器加热到400 ℃,可提高CaCO3的生成速率
B.步骤一中生成CaCO3的反应为吸热反应
C.步骤一与步骤二中的反应互为可逆反应
D.步骤二中反应的ΔS<0
【答案】A
【解析】A.温度升高,反应速率加快,故A正确;
B. CaO与CO2的反应为放热反应,故B错误;
C. 生成CaCO3的反应和CaCO3分解反应的反应条件不同,二者不互为可逆反应,故C错误;
D. 反应CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)的ΔS>0,故D错误;
故选A。
二、非选择题(本题包括6小题,共52分)
17.正误判断,正确的划“√”,错误的划“×”
(1)活化分子间的碰撞一定能发生化学反应( )
(2)普通分子间的碰撞有时也能发生化学反应( )
(3)活化分子比普通分子具有较高的能量( )
(4)化学反应的实质是原子的重新组合( )
(5)化学反应的实质是旧化学键的断裂和新化学键的形成过程( )
(6)化学反应的实质是活化分子有合适取向的有效碰撞( )
【答案】× × × √ √ √
【解析】(1) 物质发生化学反应,必须分子间发生有效碰撞,有效碰撞的条件:①活化分子,②有合适的取向,(1)错误;
(2) 普通分子间的不能发生有效碰撞,不可能发生化学反应,(2)错误;
(3) 指代不明确,某种普通分子所具有的能量可能比另一种活化分子的能量高,(3) 错误;
(4) 化学反应的实质是旧键的段裂和新键的形成,即原子的重新组合,(4)正确;
(5) 化学反应的实质是旧化学键的断裂和新化学键的形成过程,(5)正确;
(6) 化学反应的实质是旧化学键的断裂和新化学键的形成过程,即活化分子有合适取向时的有效碰撞,(6)正确;
故答案为:× ; × ;× ; √ ; √ ;√。
18.如图所示,B中活塞可以自由滑动.A、B中均有1molX、1molY,起始时,V(A)=V(B)=aL.关闭K,相同温度下,两容器中同时发生反应:2X(g)+2Y(g)Z(g)+2W(g)△H<0,达到平衡(Ⅰ)时,V(B)=0.8aL.
(1)达到平衡所需的时间:A____________B.(填“>”、“<”、或“=”,下同)
(2)W的百分含量:A____________B。
(3)B中X的转化率为____________。
(4)若分别向A、B两个容器中加入1molHe,则A中平衡____________(填“向左移动”、“向右移动”、“不移动”,下同),B中平衡____________。
【答案】> < 80% 不移动 向左移动
【解析】(1)由于该反应是体积减小的反应,则B中的活塞可以移动,所以在反应过程中A容器中的压强小于B容器,所以B中反应的速率大于A容器中的,反应所需时间少,故答案为:>;
(2)反应开始后直到达到平衡,B容器中压强都大于A容器中的,所以B容器中反应正向进行的程度大于A容器,所以W的百分含量:A<B,故答案为:<;
(3)当V(B)=0.8aL,B的体积减小了0.2aL,则消耗了0.4aL的X,因为原来有0.5aL的X,所以转化率=,故答案为:80%;
(4)分别向A、B两个容器中加入1molHe,A中浓度不变,则A中平衡不移动;而B中体积增大、相当于压强减小,该反应为气体体积减小的反应,则平衡向左移动,故答案为:不移动;向左移动。
19.高炉炼铁过程中发生的主要反应为Fe2O3(s)+CO(g)⇌Fe(s)+CO2(g),已知该反应在不同温度下的平衡常数如下:
温度/℃
1000
1150
1300
平衡常数
4.0
3.7
3.5
请回答下列问题:
(1)该反应的平衡常数表达式K=_____________,△H____________0(填“>”、“<”或“=”)。
(2)在一个容积为10L的密闭容器中,1000℃时加入Fe2O3、CO各1.0mol,反应经过10min后达到平衡。求该时间范围内CO的平衡转化率=___________。
(3)欲提高(2)中CO的平衡转化率,可采取的措施是____________。
A.减少Fe的量 B.增加Fe2O3的量
C.移出部分CO2 D.提高反应温度
E.减小容器的容积 F.加入合适的催化剂
【答案】 < 80% C
【解析】(1)该反应平衡常数K=;升高温度平衡常数减小,说明正反应为放热反应,则△H<0,故答案为:;<;
(2)该温度下化学平衡常数K=4.0,设CO的平衡转化率为x,则反应消耗的c(CO)=0.1xmol/L,
化学平衡常数K==4.0,x=80%,故答案为:80%;
(3)A.减少Fe的量,平衡不移动,则不能实现目的,故A错误;
B.增加Fe2O3的量,平衡不移动,则不能实现目的,故B错误;
C.移出部分CO2,平衡正向移动,CO转化率增大,故C正确;
D.提高反应温度,平衡逆向移动,CO转化率减小,故D错误;
E.减小容器的容积,相当于增大压强平衡不移动,CO转化率不变,故E错误;
F.加入合适的催化剂,平衡不移动,CO转化率不变,故F错误;
故答案为:C。
20.向平底烧瓶中放入氢氧化钡晶体[Ba(OH)2·8H2O]和氯化铵晶体,塞紧瓶塞。在瓶底和木板间滴少量水(如图所示)。一段时间后,发现瓶内固态物质变稀,有液体生成,瓶壁变冷,小木板黏结在烧瓶底部。这时打开瓶塞,烧瓶中散发出刺鼻的气味。
(1)下列有关该实验的结论正确的是___(填字母)。
A.自发反应一定是放热反应
B.自发反应一定是吸热反应
C.有的吸热反应也能自发进行
D.吸热反应不能自发进行
(2)发生反应的化学方程式为_______________________________________。
(3)从化学反应进行方向的角度解释上述现象:________________。
【答案】C Ba(OH)2·8H2O+2NH4ClBaCl2+2NH3↑+10H2O 该反应是吸热反应,也是熵增加反应,由于熵变对该反应的方向起决定性作用,即ΔH-TΔS<0,该反应常温下自发进行,从而产生了上述现象
【解析】(1)由“瓶壁变冷,小木板黏结在烧瓶底部”的实验现象可判断该反应为吸热反应,故不能用焓变来解释该反应的自发性,选项A、B错误;通过实验现象可知:该吸热反应是自发的,C项正确,D项错误。
(2)发生反应的化学方程式为Ba(OH)2·8H2O+2NH4ClBaCl2+2NH3↑+10H2O。
(3)该反应是吸热反应,也是熵增加反应,且熵变对反应进行方向起决定性作用。ΔH-TΔS<0,常温下自发进行,故有题述现象发生。
21.如何降低大气中CO2的含量及有效地开发利用CO2是当前科学家研究的重要课题。
(1)科学家用H2和CO2生产甲醇燃料。为探究该反应原理,进行如下实验:某温度下,在容积为2 L的密闭容器中充入1 mol CO2和3.25 mol H2,在一定条件下反应,测得CO2、CH3OH(g)和H2O(g)的物质的量(n)随时间的变化关系如图所示。
①从反应开始到3 min时,氢气的平均反应速率v(H2)=__________________。
②下列措施中一定能使CO2的转化率增大的是______________。
A.在原容器中再充入1 mol CO2 B.在原容器中再充入1 mol H2
C.在原容器中充入1 mol He D.使用更有效的催化剂
E.缩小容器的容积 F.将水蒸气从体系中分离出
(2)科学家还利用氢气在一定条件下与二氧化碳反应生成乙醇燃料,其热化学反应方程式为2CO2(g)+6H2(g)CH3CH2OH(g)+3H2O(g) ΔH=a kJ·mol-1,在一定压强下,测得该反应的CO2转化率/ (%)与温度、实验数据如表所示。请根据表中数据回答下列问题。
温度(K)
500
600
700
800
1.5
45
33
20
12
2
60
43
28
15
3
83
62
37
22
①上述反应的a________0(填“大于”或“小于”)。
②恒温下,向反应体系中加入固体催化剂,则反应产生的热量___________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
③增大的值,则生成乙醇的物质的量______________________(填“增大”、“减小”、“不变”或“不能确定”)。
【答案】0.25 mol·L-1·min-1 BEF 小于 不变 不能确定
【解析】(1)由分析可知,CO2与H2反应生成CH3OH、H2O的化学方程式为CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)。
①从反应开始到3 min时,CO2的物质的量的变化量为0.5mol,则H2的物质的量的变化量为1.5mol,氢气的平均反应速率v(H2)==0.25 mol·L-1·min-1。
②A.在原容器中再充入1 mol CO2,虽然平衡正向移动,但CO2的转化率减小,A不合题意;
B.在原容器中再充入1 mol H2,平衡正向移动,CO2的转化率增大,B符合题意;
C.在原容器中充入1 mol He,反应物与生成物的浓度都未改变,平衡不发生移动,CO2的转化率不变,C不合题意;
D.使用更有效的催化剂,虽然能加快反应速率,但平衡不发生移动,CO2的转化率不变,D不合题意;
E.缩小容器的容积,相当于加压,平衡正向移动,CO2的转化率增大,E符合题意;
F.将水蒸气从体系中分离出,平衡正向移动,CO2的转化率增大,F符合题意;
故选BEF;
答案为:0.25 mol·L-1·min-1;BEF;
(2)①保持不变,升高温度,CO2的转化率减小,则平衡逆向移动,上述反应的a小于0。
②恒温下,向反应体系中加入固体催化剂,则平衡不发生移动,反应产生的热量不变。
③增大的值,虽然平衡正向移动,但由于反应物的用量未知,所以不能确定产物的生成量,故生成乙醇的物质的量不能确定。答案为:小于;不变;不能确定。
22.已知在一恒容密闭容器中进行反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=-196.0 kJ·mol-1。SO2的平衡转化率与温度、压强的关系如下图所示:
根据图示回答下列问题:
(1)压强:p1____(填“>”“=”或“<”)p2。
(2)升高温度,平衡向____(填“左”或“右”)移动。
(3)200 ℃时,将一定量的SO2和O2充入体积为2 L的密闭容器中,经10 min后测得容器中各物质的物质的量如下表所示:
气体
SO2
O2
SO3
物质的量/mol
1.6
1.8
0.4
①10 min内该反应的反应速率v(O2)=___________,该反应达到化学平衡状态的标志是____________。
a.SO2和O2的体积比保持不变
b.混合气体的密度保持不变
c.体系的压强保持不变
d.SO2和SO3物质的量之和保持不变
②当反应放出98.0 kJ热量时,测得该反应达平衡状态,该温度下SO2的转化率为______。
(4)400 ℃时,将等量的SO2和O2分别在两个容积相等的容器中反应,并达到平衡。在这过程中,甲容器保持容积不变,乙容器保持压强不变,若甲容器中SO2的百分含量为p%,则乙容器中SO2的百分含量____。
a.等于p% b.大于p% c.小于p% d.无法判断
【答案】> 左 0.01 mol·L-1·min-1 ac 50% c
【解析】(1)该反应的正反应是气体体积减小的反应,在相同温度时,增大压强平衡向正反应方向移动,二氧化硫的转化率增大,B点的转化率大于A点,所以p1>p2;
(2)由图可知,压强一定时,升高温度,SO2转化率减小,说明升高温度,化学平衡向左移动;
(3)①v(SO3)==0.02 mol/(L·min),v(O2)=v(SO3)=0.01 mol/(L·min);
a.SO2、O2起始物质的量分别为n(SO2)=1.6 mol+0.4 mol=2.0 mol,n(O2)=1.8 mol+0.2 mol=2.0 mol。因温度和容器体积不变,开始加入的SO2和O2的物质的量相等,而Δn(SO2)与Δn(O2)不相等,能说明反应达到平衡状态,a正确;
b.容器体积不变,混合气体质量不变,故反应前后气体密度不变,故不能说明反应达到平衡,b错误;
c.因反应后气体的总物质的量减小,若压强不变,能说明反应达平衡状态,c正确;
d.根据硫原子质量守恒,反应前后n(SO2)+n(SO3)不变,因此不能说明反应达到平衡状态,d错误;
故答案为ac。
②反应放出98 kJ热量时,消耗的SO2的物质的量为×2 mol=1 mol,则SO2的转化率α(SO2)=×100%=50%;
(4)先假定甲、乙的体积都不变,达到平衡后再保持乙的压强不变。由于此反应的正反应是气体体积减小的反应,因此,待等体积达平衡后,欲保持乙的压强不变,就需要缩小体积。缩小体积使乙的压强增大,化学平衡正向移动。所以,若甲容器中SO2的百分含量为p%,则乙的SO2的百分含量将小于甲,即乙的SO2的百分含量小于p%,故答案为c。
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