2020届二轮复习 专题六　化学反应速率和化学平衡 作业

专题六 化学反应速率和化学平衡

一、选择题

1.向恒温真空密闭容器中投入足量的FeC2O4(s),发生的反应为FeC2O4(s)FeO(s)+CO(g)+

CO2(g)  ΔH(制备FeO的原理),达到平衡时测得c(CO2)=c1 mol·L-1。温度不变,压缩容器体积至原来的一半,达到新平衡时测得c(CO2)=c2 mol·L-1。下列有关说法正确的是(   )

A.当混合气体中CO的体积分数保持不变时达到平衡状态

B.缩小容器体积,FeC2O4(s)、FeO(s)的物质的量保持不变

C.两次平衡体系中c1=c2

D.若温度不变,增大容器体积达到新平衡时,平衡常数减小

答案  C  观察反应可知,CO、CO2是气体产物,其他物质都呈固态,即反应开始后,CO的体积分数为50%且始终不变,另外,混合气体的平均摩尔质量也一直不变,A项错误;缩小容器体积相当于加压,平衡逆向移动,FeC2O4的物质的量增大,FeO的物质的量减小,B项错误;平衡常数表达式K=c(CO)·c(CO2),温度不变,平衡常数不变,故达到新平衡时CO2的浓度不变,c1=c2,

C项正确,D项错误。

2.已知反应A(g)+3B(g) 2C(g)　ΔH<0。为探究外界条件对该反应的影响,以一定量的A和c0 mol·L-1的B参加该反应,在a、b、c三种条件下分别达到平衡,测得B的浓度与反应时间的关系如图所示。下列叙述正确的是(　　)

A.a条件下,0~t0 min内的平均反应速率v(A)= mol·L-1·min-1

B.相对于a,b可能改变的条件是加压,c可能改变的条件是升温

C.M点的逆反应速率大于N点的正反应速率

D.该反应进行到M点放出的热量小于进行到N点放出的热量

答案　D　a条件下,0~t0 min内的平均反应速率v(A)= mol·L-1·min-1,故A错误。相对于a,b可能改变的条件是充入A气体,增大c(A),不可能是加压,因为缩容加压,B的起始浓度不可能仍为c0 mol·L-1;c可能改变的条件是升高温度,此时a、c条件下反应物起始浓度相同,符合图像,故B错误。N点处于平衡状态,v正(N)=v逆(N);相对于N点,M点温度可能低于N点,c(C)小,v逆(M)<v逆(N),所以v逆(M)<v正(N),故C错误。该反应为放热反应,N点消耗的B比M点多,放出的热量多,故D正确。

3.(2019湖北鄂东南市级示范高中联考)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。一定条件下发生反应,各物质浓度随时间变化如甲图所示[t0~t1阶段c(B)未画出]。乙图为t2时刻后改变条件平衡体系中反应速率随时间变化的情况,且四个阶段都各改变一种不同的条件。已知t3~t4阶段使用催化剂,下列说法中不正确的是(　　)

A.若t1=15 min,则用C的浓度变化表示在t0~t1时间段的平均反应速率为0.004mol·L-1·

min-1

B.t4~t5阶段改变的条件一定是减小压强

C.B的起始物质的量为0.02 mol

D.t5~t6阶段,容器内A的物质的量减少了0.03 mol,而此过程中容器与外界的热交换总量为a kJ,该反应的热化学方程式为3A(g)B(g)+2C(g)　ΔH = +100a kJ·mol-1

答案　C　若t1=15 min,生成物C在t0~t1时间段的平均反应速率v==

=0.004 mol·L-1·min-1,A项正确。t4~t5阶段改变条件,正、逆反应速率都减小且相等,所以改变的条件应为减小压强,B项正确。反应中A的浓度变化为0.15 mol·L-1-0.06 mol·L-1=0.09 mol·L-1,C的浓度变化为0.11 mol·L-1-0.05 mol·L-1=

0.06 mol·L-1,反应中A与C的化学计量数之比为0.09∶0.06=3∶2,根据t4~t5阶段改变压强平衡不移动可知,该反应的化学方程式为3A(g) B(g)+2C(g),由A的起始物质的量为0.3 mol和起始浓度为0.15 mol·L-1可知,容器的容积V==2 L;由反应的化学方程式可知B的起始浓度为0.05 mol·L-1-(0.11 mol·L-1-0.05 mol·L-1)/2=0.02 mol·L-1,所以B的起始物质的量为0.02 mol·L-1×2 L=0.04 mol,C项错误。A的物质的量减少0.03 mol,此过程中容器与外界的热交换总量为a kJ,则A的物质的量减少3 mol,与外界的热交换总量为100a kJ,根据图像可知t5~t6阶段改变的条件应为升高温度,A的物质的量减少,说明反应向正反应方向移动,则正反应为吸热反应,故该反应的热化学方程式为3A(g) B(g)+2C(g)　ΔH = +100a kJ·mol-1,D项正确。

4.在容积一定的密闭容器中,加入一定量的一氧化氮和足量碳发生反应:C(s)+2NO(g) CO2(g)+N2(g),平衡时c(NO)与温度T的关系如图所示。下列说法正确的是(　　)

A.在T2时,若反应体系处于状态D,则此时v正<v逆

B.增大NO的物质的量,可以提高NO的平衡转化率

C.若状态B、C、D时体系压强分别为pB、pC、pD,则pC=pD>pB

D.当容器内混合气体密度不变时,反应处于平衡状态

答案　D　在T2时,若反应体系处于状态D,此时NO浓度大于其平衡浓度,反应正向进行,v正>

v逆,故A错误;增大NO的物质的量,相当于加压,平衡不移动,不会改变NO的平衡转化率,故B错误;题给反应为反应前后气体体积不变的反应,气体的总物质的量相等,B、C点温度不同,根据pV=nRT可得pC>pB,同理可得pB=pD,故pC>pB=pD,故C错误;容积一定的密闭容器,当容器内混合气体密度不变时,气体质量不变,固体碳质量不变,反应处于平衡状态,故D正确。

5.(2019江西红色七校第一次联考)一定条件下,CH4与H2O(g)发生反应:CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)。设起始=Z,在恒压下,平衡时CH4的体积分数φ(CH4)与Z和T(温度)的关系如图所示。下列说法正确的是(　　)

A.该反应的焓变ΔH>0

B.图中Z的大小为a>3>b

C.图中X点对应的平衡混合物中=3

D.温度不变时,图中X点对应的平衡在加压后φ(CH4)减小

答案　A　A项,根据图像可知,Z相同时,温度升高,φ(CH4)减小,说明平衡右移,则正反应是吸热反应,该反应的焓变ΔH>0,故正确;B项,温度一定时,Z增大,平衡右移,φ(CH4)减小,则a<3<b,故错误;C项,X点对应的起始混合物中=3,由于反应时消耗n(H2O)∶n(CH4)=

1∶1,则平衡时>3,故错误;D项,加压后X点对应的平衡左移,φ(CH4)增大,故错误。

6.(2019河北邢台高三期末)有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 3个体积均为0.5 L的恒容密闭容器,在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中按不同投料比(Z)充入HCl和O2(如下表),加入催化剂发生反应:4HCl(g)+O2 (g) 2Cl2 (g)+2H2O(g)　ΔH。HCl的平衡转化率与Z和T的关系如图所示。下列说法不正确的是(　　)

A.ΔH<0

B.a<4<b

C.若容器Ⅲ反应某时刻处于R点,则R点的反应速率:v正>v逆

D.300 ℃时,该反应平衡常数的值为320

答案　D　由题图可知,HCl平衡转化率随温度升高而减小,说明升温平衡逆向移动,正反应为放热反应,则ΔH<0,故A正确;增大氧气的物质的量,可促进HCl的转化,即投料比越小,HCl的平衡转化率越大,即a<4<b,故B正确;R点温度与Q点相同,但R点转化率小于平衡时转化率,可知反应正向进行,则R点的反应速率:v正>v逆,故C正确;300 ℃时,Z=4,n(HCl)=

0.25 mol,n(O2)=0.062 5 mol,即c(HCl)=0.5 mol/L,c(O2)=0.125 mol/L,HCl的平衡转化率为80%,则

4HCl(g)+O2(g) 2Cl2(g)+2H2O(g)

起始(mol/L) 0.5      0.125    0     0

转化(mol/L) 0.4      0.1    0.2  0.2

平衡(mol/L) 0.1      0.025    0.2     0.2

K==640,故D错误。

7.(2019河北唐山第一中学下学期冲刺)恒容条件下,1 mol SiHCl3发生如下反应:2SiHCl3(g)

SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)。已知:v正=v消耗(SiHCl3)=k正x2(SiHCl3),v逆=2v消耗(SiH2Cl2)=k逆•

x(SiH2Cl2)·x(SiCl4),k正、k逆分别为正、逆反应速率常数(仅与温度有关),x为物质的量分数。如图是不同温度下x(SiHCl3)随时间的变化曲线。下列说法正确的是(　　)

A.该反应为放热反应,v正,a< v逆,b

B.反应达平衡状态时,2v消耗(SiHCl3)=v消耗(SiCl4)

C.当反应进行到a处时,v正/v逆=16/9

D.T2时平衡体系中再充入1 mol SiHCl3,平衡正向移动,x(SiH2Cl2)增大

答案　C　两曲线对应的状态只是温度不同,由图像知T2时反应达到平衡所需时间小于T1,温度越高反应速率越快,所以温度:T2>T1。T2温度下反应达到平衡时SiHCl3的物质的量分数比T1时小,说明升温平衡向正反应方向移动,由此推知该反应为吸热反应,选项A错误;反应达平衡状态时,v消耗(SiHCl3)=2v消耗(SiCl4),选项B错误;2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)反应前后分子数不变,即反应开始至达平衡的过程中混合气体总物质的量始终为1 mol,由图像知T2温度下达到平衡时SiHCl3的物质的量分数为0.75,则此时SiH2Cl2和SiCl4的物质的量分数均为0.125,因为平衡时v正=v逆,v正=k正x2(SiHCl3)=0.752k正,v逆=k逆x(SiH2Cl2)·

x(SiCl4)=0.1252k逆,则0.752k正=0.1252k逆,==,因k正和k逆只与温度有关,反应进行到a点处时v正=k正x2(SiHCl3)=0.82k正,v逆=k逆x(SiH2Cl2)·x(SiCl4)=0.12k逆,=×=

×=,选项C正确;恒容条件下再充入1 mol SiHCl3,相当于增大压强,而2SiHCl3(g)

SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)反应前后气体分子数不变,所以平衡不移动,x(SiH2Cl2)不变,选项D错误。

二、非选择题

8.(2019江西南昌一模)乙酸制氢具有重要意义:

热裂解反应:CH3COOH(g) 2CO(g)+2H2(g)

ΔH = +213.7 kJ·mol-1

脱羧基反应:CH3COOH(g) CH4(g)+CO2(g)

ΔH = -33.5 kJ·mol-1

(1)请写出CO与H2甲烷化的热化学方程式:                。

(2)在密闭容器中,利用乙酸制氢,选择的压强为　　　(填“较大”或“常压”)。其中温度与气体产率的关系如图:

①约650 ℃之前,脱羧基反应活化能低,速率快,故氢气产率低于甲烷;650 ℃之后氢气产率高于甲烷,理由是随着温度升高,热裂解反应速率加快,同时　　　　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　。

②保持其他条件不变,在乙酸气中掺杂一定量水,氢气产率显著提高而CO的产率下降,请用化学方程式表示:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

(3)若利用合适的催化剂控制其他副反应,温度为T K时达到平衡,总压强为p kPa,热裂解反应消耗乙酸20%,脱羧基反应消耗乙酸60%,乙酸的体积分数为　　　(计算结果保留1位小数);脱羧基反应的平衡常数Kp为　　　　kPa(Kp为以分压表示的平衡常数,计算结果保留1位小数)。

答案　(1)2CO(g)+2H2(g) CH4(g)+CO2(g)　ΔH=-247.2 kJ·mol-1

(2)常压　①热裂解反应正向移动,而脱羧基反应逆向移动

②CO(g)+H2O(g) H2(g)+CO2(g)

(3)9.1%　0.8p

解析　(1)将已知热化学方程式依次编号为①②,②-①得2CO(g)+2H2(g)CH4(g)+CO2(g)　ΔH=-247.2 kJ·mol-1。(2)CH3COOH(g)2CO(g)+2H2(g)为气体体积增大的反应,选择的压强为常压。

(3)CH3COOH(g) 2CO(g)+2H2(g)

0.2           0.4    0.4

CH3COOH(g) CH4(g)+CO2(g)

0.6           0.6    0.6

乙酸的体积分数为×100%≈9.1%

脱羧基反应的平衡常数Kp==≈0.8p。

9.(2019湖南常德一模)含氮化合物对环境、生产和人类生命活动等具有很大的影响。请按要求回答下列问题:

(1)利用某分子筛作催化剂,NH3可脱除工厂废气中的NO、NO2,反应机理如图所示。A包含的物质为H2O和　　　　(填化学式)。

(2)已知:4NH3(g)+6NO(g) 5N2(g)+6H2O(g)　ΔH1=-a kJ/mol

4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g)　ΔH2=-b kJ/mol

H2O(l) H2O(g)　ΔH3=+c kJ/mol

则反应4NH3(g)+3O2(g) 2N2(g)+6H2O(l)的ΔH=　　　　　kJ/mol。

(3)工业上利用氨气生产氢氰酸(HCN)的反应为CH4(g)+NH3(g) HCN(g)+3H2(g)　ΔH>0。

①其他条件一定,达到平衡时NH3转化率随外界条件X变化的关系如图甲所示,则X可以是

　　(填字母序号)。

图甲

a.温度　 b.压强　 c.催化剂　 d.

②在一定温度下,向2 L密闭容器中加入n mol CH4和2 mol NH3,平衡时NH3的体积分数随n(CH4)变化的关系如图乙所示。

图乙

a点时,CH4的转化率为　　　　　%;平衡常数:K(a)　　　K(b)(填“>”“=”或“<”)。

(4)肌肉中的肌红蛋白(Mb)与O2结合生成MbO2,其反应原理可表示为Mb(aq)+O2(g) MbO2(aq),该反应的平衡常数可表示为K=。在37 ℃条件下达到平衡时,测得肌红蛋白的结合度(α)与p(O2)的关系如图丙所示[α=×100%]。研究表明正反应速率v正=k正·c(Mb) ·p(O2),逆反应速率v逆=k逆·c(MbO2)(其中k正和k逆分别表示正反应和逆反应的速率常数)。

图丙

①试写出平衡常数K与速率常数k正、k逆之间的关系式:K=　　　　(用含有k正、k逆的式子表示)。

②试求出图丙中c点时,上述反应的平衡常数K=　　　kPa-1。已知k逆=60 s-1,则速率常数k正=　　　s-1·kPa-1。

答案　(1)N2

(2)-(2a+3b+30c)

(3)①bd　②25　=

(4)①　②2　120

解析　(1)根据流程图可知NH3与废气中的NO、NO2反应,最终生成无毒无害的氮气和水。

(2)将已知热化学方程式依次编号为①②③,根据盖斯定律,(①×2+②×3-③×30)×得4NH3(g)+3O2(g) 2N2(g)+6H2O(l)　ΔH=-(2a+3b+30c)kJ/mol。

(3)①升高温度,平衡正向移动,氨气的转化率增大,a错误;增大压强,平衡逆向移动,氨气的转化率减小,b正确;催化剂只能改变反应速率,但不能使化学平衡发生移动,因此对氨气的转化率无影响,c错误;增大,相对来说氨气增加得多,平衡正向移动,但氨气的转化率减小,d正确。

②设反应消耗CH4的物质的量为x。

　　　　　　CH4(g)+NH3(g) HCN(g)+3H2(g)

开始(mol)   2      2        0     0

转化(mol)   x      x        x     3x

平衡(mol)   2-x  2-x     x     3x

根据图像可知,平衡时氨气的体积分数是30%,则有×100%=30%,解得x=0.5,则a点时,CH4的转化率为×100%=25%;由于温度不变,平衡常数不变,因此K(a)=K(b)。

(4)①可逆反应达到平衡状态时,v正=v逆,即k正·c(Mb)·p(O2)=k逆·c(MbO2),=,反应Mb(aq)+O2(g) MbO2(aq)的平衡常数K==;②K== kPa-1=2 kPa-1;k正= K·k逆=2 kPa-1×60 s-1=120 s-1·kPa-1。

10.在有氯气参与的工业生产中,大量消耗氯气的同时,通常会产生大量的副产物氯化氢,如果能将难以处理的氯化氢直接转化成氯气加以利用,既可提高效益,又能减少污染,符合行业可持续发展的总体要求。氯化氢催化氧化法制取氯气是目前最容易实现工业化的方法,其热化学方程式为4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)　ΔH。该反应为可逆反应,分为低温氯化反应和高温氧化反应,通过合适的催化剂和条件,分两步多次循环进行,HCl转化率可以达到99%。基本原理如下:

200 ℃氯化反应:CuO(s)+2HCl(g)CuCl2(s)+H2O(g)　ΔH1=-120.4 kJ·mol-1

400 ℃氧化反应:2CuCl2(s)+O2(g)2CuO(s)+2Cl2(g)　ΔH2=+126.3 kJ·mol-1

(1)ΔH=　　　　　　　　　　。

(2)从化学反应速率和化学平衡角度解释氯化反应选择200 ℃的理由:                                                                  　。

(3)对于可逆反应4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)。

①恒温恒容条件下,反应达到平衡状态的标志是　　　。

a.断开4 mol H—Cl键同时形成2 mol Cl—Cl键

b.容器内的压强不再变化

c.混合气体的密度不再变化

d.容器内气体颜色不再变化

②实验测得不同时间、不同进料比条件下,氯气在产物中的含量如图,则进料气HCl与O2最佳体积比为　　　　。

③实验测得在不同压强、进料比最佳情况下,总反应的HCl平衡转化率(αHCl)随温度变化的曲线如图所示。

ⅰ.平衡常数:K(A)　　　　K(B)(填“>”“<”或“=”,下同),压强:p1　　　　p2。

ⅱ.平衡时A点处氯气的体积分数为　　　　(计算结果保留三位有效数字)。

答案　(1)-114.5 kJ· mol-1

(2)该反应是放热反应,温度较低有利于提高反应物的转化率,同时为了使催化剂活性提高,增大反应速率,温度不能太高

(3)①bd　②2∶1　③ⅰ.>　>　ⅱ.34.4%

解析　(1)根据盖斯定律,ΔH=2ΔH1+ΔH2=2×(-120.4 kJ·mol-1)+126.3 kJ·mol-1=-114.5 kJ·mol-1。(2)对于题中氯化反应的反应条件的选择,既要考虑反应速率的增大(温度不能太低)、催化剂的活性温度(温度不能太低或太高),同时因该反应为放热反应,还要考虑反应物的转化率(温度不能太高)。(3)①a项,表示的均为正反应速率,不能说明达到平衡状态;b项,由于反应前后气体总物质的量不相等,若总物质的量不再变化,则压强不再变化,说明达到平衡状态;c项,混合气体的密度始终不变;d项,气体颜色不变,说明氯气浓度不变,即达到平衡状态。②由图可知,在HCl与O2的进料体积比为2∶1时,产物中的氯气含量最高。③ⅰ.该反应为放热反应,所以升高温度,平衡逆向移动,K值减小,即K(A)>K(B);该反应为气体体积减小的反应,增大压强,平衡正向移动,HCl的平衡转化率增大,所以p1>p2。ⅱ.设HCl的起始量为2a mol,则O2为a mol,列三段式:

　　　　　　　4HCl(g) + O2(g) 2Cl2(g)+2H2O(g)

起始量(mol)   2a        a         0       0

转化量(mol)   0.88×2a  0.44a     0.88a   0.88a

平衡量(mol)   0.24a    0.56a    0.88a   0.88a

平衡时Cl2的体积分数为×100%≈34.4%。