新教材（广西专用）高考化学二轮复习专题突破练10化学反应速率与化学平衡(A)含答案

这是一份新教材（广西专用）高考化学二轮复习专题突破练10化学反应速率与化学平衡(A)含答案，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。

1.(2023湖北武汉二中二模)丙烯是重要的有机化工原料。一定条件下,丙烷直接脱氢制备丙烯的转化率和丙烯的选择性[n生成(丙烯)n消耗(丙烷)×100%]随时间的关系如下图所示。下列说法正确的是( )。
A.丙烯的产率大于80%
B.该反应为氧化反应
C.催化剂可以降低反应的活化能,减小反应的焓变
D.其他条件不变,增大c(丙烷),可以增大反应速率,提高丙烷的转化率
2.图中的曲线是表示恒容时,2NO(g)+O2(g)2NO2(g)反应中NO的平衡转化率与温度的关系曲线,图中标有B、C、D三点。下列说法正确的是( )。
A.ΔH>0
B.混合气体的密度:D点>B点
C.C点未达到平衡状态且v正>v逆
D.使用催化剂,B、D两点将上移
3.科学家研究发现Cl2与CO合成COCl2的反应机理如下:
①Cl2(g)2Cl·(g)快反应;
②CO(g)+Cl·(g)COCl·(g)快反应;
③COCl·(g)+Cl2(g)COCl2(g)+Cl·(g)慢反应
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增大该反应的速率,并提高COCl2的平衡产率
4.已知反应:CH2CHCH3(g)+Cl2(g)CH2CHCH2Cl(g)+HCl(g)。在一定压强下,按ω=向密闭容器中充入氯气与丙烯。图甲表示平衡时,丙烯的体积分数(φ)与温度(T)、ω的关系,图乙表示反应的平衡常数K与温度T的关系。则下列说法正确的是( )。
A.图甲中ω1>1
B.图乙中,线A表示正反应的平衡常数
C.在恒容容器中进行,压强不变时反应达到平衡状态
D.当温度为T1、ω=2时,Cl2的转化率约为33.3%
5.(2023北京西城统考一模)CH4和CO2联合重整能减少温室气体的排放。其主要反应:
①CH4(g)+CO2(g)2H2(g)+2CO(g)
②H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g)
其他条件相同时,投料比n(CH4)∶n(CO2)为1∶1.3,不同温度下反应的结果如图所示。
下列说法不正确的是( )。
A.550~600 ℃,升温更有利于反应①,反应①先达到平衡
B.n(H2)∶n(CO)始终低于1.0,与反应②有关
C.加压有利于增大CH4和CO2反应的速率但不利于提高二者的平衡转化率
D.若不考虑其他副反应,体系中存在:
4[c(CH4)+c(CO)+c(CO2)]=
2.3[4c(CH4)+2c(H2)+2c(H2O)]
二、非选择题
6.(2023湖南长沙雅礼中学模拟)我国提出“CO2排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和”。研发CO2的利用技术,降低空气中CO2的含量是实现该目标的重要途径。
(1)下面是用H2捕捉CO2时发生的两个反应:
Ⅰ.CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g) ΔH1
Ⅱ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2
①反应Ⅰ、Ⅱ的ln K随1T的变化如图所示,则ΔH1 (填“>”“<”或“=”)0;有利于该反应自发进行的温度是 (填“高温”或“低温”)。
②将一定量的CO2和H2的混合气体充入密闭容器中,c(CO2)、v正(CO2)与温度的关系如下图所示,400 ℃之后c(CO2)降低的原因是 ,而速率仍然增大的原因可能是 。
③220 ℃时,将4 ml H2与1 ml CO2的混合气体充入2 L反应器中,10 min后体系达到平衡,CO2的转化率为80%,CH4的选择性为33.3%,则生成的CH4平均速率为 (保留两位有效数字)[已知:CH4的选择性=n(生成的CH4)n(反应的CO2)×100%]。
(2)利用化学链将高炉废气中的CO2转化为CO的示意图如下。
此过程中可循环利用的物质有 ,该化学链的总反应是 。
7.利用CO2可合成烷烃、烯烃、醇等系列重要化工原料。回答下列有关问题:
Ⅰ.制备甲烷CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g) ΔH=-252.9 kJ·ml-1
图1
图2
(1)该反应的ΔG(ΔG=ΔH-TΔS)与温度的关系如图1所示。
①要使该反应能顺利发生,理论上温度不高于 。
②在恒温、恒容容器中进行该反应,下列不能说明反应达到平衡状态的是 (填字母)。
A.CO2和H2的转化率之比不再变化
B.混合气体的平均摩尔质量不再变化
C.容器内的压强不再变化
D.v正(H2)=4v正(CH4)
(2)选择合适催化剂,在密闭容器中按n(CO2)∶n(H2)=1∶4充入反应物,反应结果如图2所示。
①若N点压强为1 MPa,则平衡常数Kp(N)= ,P点与N点的平衡常数K(P) (填“>”“<”或“=”)K(N)。
②若无催化剂,N点平衡转化率是否可能降至R点?说明理由。答: 。
Ⅱ.制备甲醇:
主反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-58 kJ·ml-1
副反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2=-41 kJ·ml-1
(3)向恒容容器中充入a ml CO2和3a ml H2,在催化剂存在的条件下进行反应,测得温度与平衡转化率、产物选择性的关系如下图所示。
已知:CH3OH选择性=n(CH3OH)n(CH3OH)+n(CO)
①CH3OH选择性随温度升高而下降的原因是 (写一条)。
②有利于提高CH3OH选择性的反应条件是 。
A.高温高压
B.低温低压
C.高温低压
D.低温高压
专题突破练十 化学反应速率与化学平衡(A)
一、选择题
1.B 解析 丙烯的产率=丙烯的实际产量丙烯的理论产量×100%,假设1 ml丙烷完全转化为丙烯,则丙烯的理论产量为1 ml,由图可知,达到平衡时丙烷的转化率为10%,n消耗(丙烷)=1 ml×10%=0.1 ml,丙烯的选择性小于100%,则丙烯的实际产量小于0.1 ml,其产率小于10%,A项错误。在有机物中引入氧或脱去氢的反应叫做氧化反应,则丙烷直接脱氢生成丙烯和氢气,该反应为氧化反应,B项正确。催化剂可以降低反应的活化能,增大反应速率,但不改变反应的焓变,C项错误。若是恒温恒容条件下,增大c(丙烷),等效于加压,平衡逆向移动,丙烷的转化率减小;若是恒温恒压条件下,增大c(丙烷),平衡不移动,丙烷的转化率不变,D项错误。
2.C 解析 由图可知,随着温度升高,NO的平衡转化率降低,说明温度升高,平衡逆向移动,则该反应的ΔH<0,A项错误。恒容条件下进行反应,混合气体的密度不变,B项错误。C点处于平衡曲线下方,此时NO转化率小于平衡值,则C点未达到平衡状态,反应正向进行,则有v正>v逆,C项正确。使用催化剂,平衡不移动,NO的转化率不变,故B、D两点不会向上移动,D项错误。
3.B 解析 ①是快反应,③是慢反应,则反应①的活化能小于反应③的活化能,A项错误。反应②存在v正=k正c(CO)c(Cl·)、v逆=k逆c(COCl·),达到平衡时v正=v逆,则有k正c(CO)·c(Cl·)=k逆c(COCl·),反应②的平衡常数为K=c(COCl·)c(CO)·c(Cl·)=k正k逆,B项正确。整个过程中反应速率由慢反应决定,反应③是慢反应,故提高合成COCl2的速率,关键是提高反应③的速率,C项错误。催化剂只能改变反应速率,但不能使平衡发生移动,故不能提高COCl2的平衡产率,D项错误。
4.D 解析 温度一定时,增大,平衡时丙烯的体积分数减小,故图甲中ω1<1,A项错误。由图甲可知,一定时,升高温度,丙烯的体积分数增大,说明升高温度,平衡逆向移动,则该反应的ΔH<0;升高温度,平衡逆向移动,则平衡常数K减小,故图乙中线A代表逆反应的平衡常数,B项错误。该反应前后气体体积不变,气体总物质的量不变,故恒容时气体压强始终不变,不能根据压强判断是否达到平衡状态,C项错误。由图乙可知,T1时正、逆反应平衡常数均为1,ω==2,设n(Cl2)=2 ml,
n(CH2CHCH3)=1 ml,平衡时转化的Cl2为x ml,容器的容积为1 L,则有
CH2CHCH3(g)+Cl2(g)CH2CHCH2Cl(g)+HCl(g)
起始浓度(ml·L-1)1200
转化浓度(ml·L-1)xxxx
平衡浓度(ml·L-1)1-x2-xxx
则T1时平衡常数K=x2(1-x)·(2-x)=1,解得x=23,故Cl2的转化率为23 ml÷2 ml×100%≈33.3%,D项正确。
5.A 解析 这两个反应同时发生,反应②会破坏反应①的平衡,所以两个反应应该同时达到平衡,A项错误。若反应②不存在,则n(H2)∶n(CO)始终为1.0,所以n(H2)∶n(CO)低于1.0与反应②有关,B项正确。加压可以增大反应速率,但是反应①中生成物的化学计量数大于反应物的化学计量数,因此加压会导致反应①的平衡左移,转化率降低,C项正确。设初始n(CH4)=x ml,则有初始n(CO2)=1.3x ml,再设反应①有y ml CH4转化成了H2和CO,反应②有z ml H2转化成了H2O,最终整个体系体积为V L,则该系统中有n(CH4)=(x-y) ml,n(CO2)=(1.3x-y-z) ml,n(H2)=(2y-z) ml,n(CO)=(2y+z) ml,n(H2O)=z ml。4[c(CH4)+c(CO)+c(CO2)]=4×x-y+2y+z+1.3x-y-zV=9.2xV,2.3[4c(CH4)+2c(H2)+2c(H2O)]=2.3×4×(x-y)+2×(2y-z)+2zV=9.2xV,所以不考虑其他副反应,体系中存在4[c(CH4)+c(CO)+c(CO2)]=
2.3[4c(CH4)+2c(H2)+2c(H2O)],D项正确。
二、非选择题
6.答案 (1)①< 低温
②ΔH1<0,ΔH2>0,400 ℃之后,随温度升高,反应Ⅰ逆向移动CO2增加量小于反应Ⅱ正向移动CO2减少量 温度升高使速率增大的程度大于CO2浓度降低使速率减小的程度 ③0.013 ml·L-1· min-1
(2)Fe3O4、CaO CO2+H2CO+H2O
解析 (1)①由图可知,升高温度,1T减小,反应Ⅰ的ln K减小,K减小,说明平衡逆向移动,则反应Ⅰ是放热反应,ΔH1<0;对于放热反应而言,低温有利于该反应自发进行。
②由图可知,升高温度,1T减小,反应Ⅱ的ln K增大,K增大,说明平衡正向移动,说明反应Ⅱ是吸热反应,ΔH2>0。400 ℃之后c(CO2)降低的原因:ΔH1<0,ΔH2>0,400 ℃之后,随温度升高,反应Ⅰ逆向移动CO2增加量小于反应Ⅱ正向移动CO2减少量;而速率仍然增大的原因可能是温度升高使速率增大的程度大于CO2浓度降低使速率减小的程度。
③根据已知条件列出“三段式”,设反应ⅠCO2转化了x ml,反应ⅡCO2转化了y ml。
Ⅰ . CO2(g) + 4H2(g) CH4(g) + 2H2O(g)
起始量ml1400
转化量mlx4xx2x
平衡量ml1-x4-4xx2x
Ⅱ. CO2(g) + H2(g) CO(g) + H2O(g)
起始量ml1-x4-4x02x
转化量mlyyyy
平衡量ml1-x-y4-4x-yy2x+y
10 min后体系达到平衡,CO2的转化率为80%,CH4的选择性为33.3%,则x+y1×100%=80%,xx+y×100%=33.3%,解得x≈415,y≈815,生成的CH4平均速率为415ml2 L×10min≈0.013 ml·L-1· min-1。
(2)由图可知,此过程中可循环利用的物质有Fe3O4、CaO;该化学链的总反应是CO2+H2CO+H2O。
7.答案 (1)①597 ℃ ②AD (2)①1 < ②不可能,因为催化剂不能改变反应物的平衡转化率 (3)①温度升高,催化剂活性降低 ②D
解析 Ⅰ.(1) ①ΔG(ΔG=ΔH-TΔS)<0,反应能自发进行,由图1可知,温度不高于597 ℃;
②CO2和H2的转化率之比与投料比有关,不能判定是否达到平衡,A项符合题意。反应前后气体的质量不变,物质的量发生改变,混合气体的平均摩尔质量不再变化,说明达到平衡,B项不符合题意。反应前后气体的物质的量发生改变,则压强发生改变,压强不变时达到平衡,C项不符合题意。正、逆反应速率相等时,反应达到平衡,v正(H2)=4v正(CH4)没有涉及逆反应,D项符合题意。
(2)①依题意设起始投入CO2物质的量为1 ml,则H2为4 ml,由图2可知N点时CO2的平衡转化率为50%,可列三段式:
CO2(g) + 4H2(g) CH4(g) + 2H2O(g)
起始量ml1400
转化量ml0.520.51
平衡量ml0.520.51
N点压强为1 MPa,故Kp=(0.54×p)×(14×p)2(0.54×p)×(24×p)4=1;该反应为放热反应,P点温度升高,二氧化碳的平衡转化率降低,则K(P)②催化剂只能改变反应速率,不能改变平衡转化率,则无催化剂,N点的平衡转化率也不可能降至R点。
Ⅱ.(3)①温度升高,CH3OH选择性下降的原因可能是温度升高催化剂活性降低;
②反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-58 kJ·ml-1为放热反应,低温有利于反应正向进行;该反应为气体体积减小的反应,随着反应进行,压强降低,高压有利于反应正向进行。