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2020届二轮复习 9化学反应的方向、限度和速率 作业（天津专用） 练习
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专题能力训练九 化学反应的方向、限度和速率
(时间:45分钟 满分:100分)
专题能力训练第16页
一、选择题(共7小题,每小题8分,共56分,每小题只有1个选项符合题目要求)
1.(2019北京中央民族大学附属中学月考)用O2将HCl转化为Cl2,反应的方程式为4HCl(g)+O2(g)2H2O(g)+2Cl2(g)ΔH<0。一定条件下测得反应过程中n(Cl2)的实验数据如下。下列说法正确的是( )
t/min
0
2
4
6
n(Cl2)/(×10-3 mol)
0
1.8
3.7
5.4
A.2~6 min用Cl2表示的反应速率为0.9 mol·L-1·min-1
B.增大压强可以提高HCl转化率
C.平衡常数K(200 ℃)
答案:B
解析:v(Cl2)=Δn(Cl2)V×Δt,没有容器的体积,不能计算反应速率,A项错误;增大压强,平衡正向移动,HCl的转化率增大,B项正确;ΔH<0,升高温度,平衡逆向移动,平衡常数减小,K(200℃)>K(400℃),C项错误;相同时间内Cl2的物质的量变化越大,反应速率越大,则0~2min的反应速率大于4~6min的反应速率,D项错误。
2.某温度下,在容积为2 L的密闭容器中,加入1 mol X(g)和2 mol Y(g)发生反应:X(g)+mY(g)3Z(g)。
平衡时,X、Y、Z的体积分数分别为30%、60%、10%。在此平衡体系中加入1 mol Z(g),再次达到平衡后,X、Y、Z的体积分数不变。下列叙述不正确的是( )
A.m=2
B.两次平衡的平衡常数相同
C.X与Y的平衡转化率之比为1∶1
D.第二次平衡时,Z的浓度为0.4 mol·L-1
答案:D
解析:运用三段式求算m。设转化的X的物质的量为n。
X(g) + mY(g) 3Z(g)
起始(mol) 1 2 0
转化(mol) n mn 3n
平衡(mol) 1-n 2-mn 3n
根据题给信息可知(1-n)∶(2-mn)∶3n=30%∶60%∶10%,
求得n=0.1,m=2。
由m=2知,A项正确;由两次平衡所处温度相同,平衡常数相同,则B项正确;由m和n的数值及起始量可计算出X、Y两者的平衡转化率都为10%,C项正确;第二次平衡时,c(Z)=4mol×10%2L=0.2mol·L-1,D项错误。
3.(2019河南洛阳高三第一次联考)工业上消除氮氧化物的污染,可用如下反应:CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=a kJ·mol-1。
在温度T1和T2时,分别将0.50 mol CH4和1.2 mol NO2充入容积为1 L的密闭容器中,测得n(CH4)随时间变化的数据如下表:
时间/min
0
10
20
40
50
T1时n(CH4)/mol
0.50
0.35
0.25
0.10
0.10
T2时n(CH4)/mol
0.50
0.30
0.18
…
0.15
下列说法不正确的是( )
A.10 min内,T1时v(CH4)比T2时v(CH4)小
B.温度:T1
D.平衡常数:K(T1)
解析:根据公式v=ΔnVΔt计算,10min内,T1时v(CH4)=0.015mol·L-1·min-1,T2时v(CH4)=0.02mol·L-1·min-1,T1时v(CH4)比T2时v(CH4)小,A项正确;升高温度,反应速率增大,T2>T1,B项正确;温度升高,甲烷剩余量增多,说明平衡向逆反应方向移动,正反应放热,所以a<0,C项正确;T1时反应进行得更彻底,因此平衡常数更大,K(T1)>K(T2),D项错误。
4.工业合成甲醇的反应为CO(g)+2H2(g)CH3OH(g),在容积为3 L的密闭容器中发生该反应,在不同温度下甲醇的物质的量随时间变化的曲线如图所示。下列叙述正确的是( )
A.平衡常数K(300 ℃)
C.300 ℃,当容器内气体密度不变时说明反应已经达到平衡
D.500 ℃,从反应开始到平衡,氢气的平均反应速率v(H2)=nB3tB mol·L-1·min-1
答案:B
解析:据图可知,温度越高,甲醇的物质的量越小,则平衡逆向移动,根据平衡移动原理,升温时平衡向吸热方向移动,因此逆反应吸热,K(300℃)>K(500℃),A项错误;将E点的体系容积压缩,则平衡向气体体积减小的方向即正反应方向移动,如果平衡不移动,则氢气浓度增大,而平衡移动的结果是“削弱这种改变”,即氢气的浓度在增大的基础上有所减小,但还比原来的大,B项正确;根据质量守恒定律可知气体质量不变,又由于容积固定,即气体密度始终不变,因此密度不变不能表明平衡建立,C项错误;根据化学计量数之比等于反应速率之比,500℃时,从反应开始到平衡,氢气的平均反应速率为2×nB3tBmol·L-1·min-1,D项错误。
5.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c(A)c(B)=a,若改变某一条件,足够时间后反应再次达到平衡,此时c(A)c(B)=b,下列叙述正确的是( )
A.若保持温度、容积不变,向容器内补充了B气体,则a
C.若其他条件不变,升高温度,则a
答案:B
解析:A项,补充B气体后,再次达平衡时压强变大,正反应程度变大,c(A)c(B)变小,即a>b;B项,充入B气体,新平衡状态与原平衡等效,c(A)c(B)不变,即a=b;C项,升温,平衡右移,c(A)c(B)变小,即a>b;D项相当于减压,平衡左移,c(A)c(B)变大,即a
A.平衡常数的表达式为:K=c23(Fe)c(CO2)c13(Fe2O3)c(CO)
B.在1 000 ℃时,容积为10 L的密闭容器中,加入Fe、Fe2O3、CO、CO2各1 mol,10 min达到平衡,v(CO2)=0.006 mol·L-1·min-1
C.一段时间以后,铁的量不再变化,不能说明该反应达到平衡
D.下图表示不同温度下,CO的转化率与时间的关系图像
答案:B
解析:反应13Fe2O3(s)+CO(g)23Fe(s)+CO2(g)的平衡常数的表达式为K=c(CO2)c(CO),A项错误;在1000℃时,令平衡时CO的物质的量变化为nmol,容器的体积为10L;则
13Fe2O3(s)+CO(g)23Fe(s)+CO2(g)
起始量/mol 1 1
变化量/mol n n
平衡量/mol 1-n 1+n
K=c(CO2)c(CO)=1+n101-n10=4.0,解得n=0.6,v(CO2)=0.6mol10L×10min=0.006mol·L-1·min-1,B项正确;若反应不断进行,则铁的量就会发生变化,一段时间以后,铁的量不再变化,说明该反应达到平衡状态,C项错误;在1000℃时,平衡常数为4.0;在1300℃时,平衡常数为3.5,温度升高,平衡常数减小,所以该反应的正反应为放热反应,升高温度,反应速率增大,平衡向左移动,CO的转化率应该降低,而图示的结果正好相反,D项错误。
7.温度为T1时,在三个容积均为1 L的恒容密闭容器中仅发生反应:2NO2(g)2NO(g)+O2(g)(正反应吸热)。实验测得:v正=v(NO2)消耗=k正c2(NO2),v逆=v(NO)消耗=2v(O2)消耗=k逆c2(NO)·c(O2),k正、k逆为速率常数,受温度影响。下列说法正确的是( )
容器编号
物质的起始浓度/(mol·L-1)
物质的平衡浓度(mol·L-1)
c(NO2)
c(NO)
c(O2)
c(O2)
Ⅰ
0.6
0
0
0.2
Ⅱ
0.3
0.5
0.2
Ⅲ
0
0.5
0.35
①达平衡时,容器Ⅰ与容器Ⅱ中的总压强之比为4∶5
②达平衡时,容器Ⅱ中c(O2)c(NO2)比容器Ⅰ中的大
③达平衡时,容器Ⅲ中NO的体积分数小于50%
④当温度改变为T2时,若k正=k逆,则T2>T1
A.①② B.③④ C.①③ D.②④
答案:B
解析:根据反应方程式和容器Ⅰ中O2的平衡浓度可知,平衡时,c(NO)=0.4mol·L-1,c(NO2)=0.2mol·L-1,c(O2)=0.2mol·L-1,则T1温度下,该反应的平衡常数K=c2(NO)·c(O2)c2(NO2)=0.42×0.20.22=0.8。平衡时,容器Ⅰ中气体总物质的量为0.8mol,容器Ⅱ中,气体起始总物质的量为1mol,此时c2(NO)·c(O2)c2(NO2)=59K,反应应逆向进行,则c(O2)c(NO2)<1,即达平衡时,容器Ⅱ中c(O2)c(NO2)比容器Ⅰ中的小,故②错误;设容器Ⅲ中NO的体积分数为50%,则c(NO)=0.4mol·L-1,c(NO2)=0.1mol·L-1,c(O2)=0.3mol·L-1,此时c2(NO)·c(O2)c2(NO2)=4.8>K,反应逆向进行,则NO的体积分数减小,因此反应达到平衡时,NO的体积分数小于50%,故③正确;平衡时,正、逆反应速率相等,则有k正c2(NO2)=k逆c2(NO)·c(O2),若k正=k逆,则c2(NO)·c(O2)c2(NO2)=1>0.8,由于该反应正反应是吸热反应,且T2时平衡常数增大,因此温度:T2>T1,故④正确。
二、非选择题(共2小题,共44分)
8.(2018北京理综)(22分)近年来,研究人员提出利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储。过程如下:
(1)反应Ⅰ:2H2SO4(l)2SO2(g)+2H2O(g)+O2(g)
ΔH1=+551 kJ·mol-1
反应Ⅲ:S(s)+O2(g)SO2(g)
ΔH3=-297 kJ·mol-1
反应Ⅱ的热化学方程式: 。
(2)对反应Ⅱ,在某一投料比时,两种压强下,H2SO4在平衡体系中物质的量分数随温度的变化关系如图所示。p2 (填“>”或“<”)p1,得出该结论的理由是 。
(3)I-可以作为水溶液中SO2歧化反应的催化剂,可能的催化过程如下。将ⅱ补充完整。
ⅰ.SO2+4I-+4H+S↓+2I2+2H2O
ⅱ.I2+2H2O+ + +2I-
(4)探究ⅰ、ⅱ反应速率与SO2歧化反应速率的关系,实验如下:分别将18 mL SO2饱和溶液加入2 mL下列试剂中,密闭放置观察现象。(已知:I2易溶解在KI溶液中)
序号
A
B
试剂组成
0.4 mol·L-1 KI溶液
a mol·L-1 KI溶液0.2 mol·L-1 H2SO4溶液
实验现象
溶液变黄,一段时间后出现浑浊
溶液变黄,出现浑浊较A快
序号
C
D
试剂组成
0.2 mol·L-1 H2SO4溶液
0.2 mol·L-1 KI溶液0.000 2 mol I2溶液
实验现象
无明显现象
溶液由棕褐色很快褪色,变成黄色,出现浑浊较A快
①B是A的对比实验,则a= 。
②比较A、B、C,可得出的结论是 。
③实验表明,SO2的歧化反应速率D>A,结合ⅰ、ⅱ反应速率解释原因: 。
答案:(1)3SO2(g)+2H2O(g)2H2SO4(l)+S(s)
ΔH=-254 kJ·mol-1
(2)> 反应Ⅱ是气体分子数减小的反应,温度一定时,增大压强,化学平衡正向移动,H2SO4的物质的量分数增大
(3)SO2 4H+ SO42-
(4)①0.4 ②I-是SO2歧化反应的催化剂,且在H+存在下,催化速率增大;但H+单独存在时,不具有催化作用 ③反应ⅱ比反应ⅰ快,增大I2的浓度,反应ⅱ的反应速率增大,H+浓度增大,加强了I-的催化能力
解析:(1)由题给示意图可知,反应Ⅱ为二氧化硫发生歧化反应生成硫酸和硫,反应的化学方程式为3SO2(g)+2H2O(g)2H2SO4(l)+S(s),由盖斯定律可知,-(反应Ⅲ+反应Ⅰ)得反应Ⅱ,则ΔH=-(ΔH3+ΔH1)=-(-297kJ·mol-1)-(+551kJ·mol-1)=-254kJ·mol-1,则热化学方程式为3SO2(g)+2H2O(g)2H2SO4(l)+S(s) ΔH=-254kJ·mol-1。(2)反应Ⅱ为气体分子数减小的反应,增大压强,化学平衡正向移动,H2SO4的物质的量分数增大,则p2大于p1。(3)由题意可知,I-为反应的催化剂,则反应ⅱ的反应物为I2、SO2和水,生成物为氢碘酸和硫酸,反应的离子方程式为I2+SO2+2H2O4H++2I-+SO42-。(4)①A与B是探究H+浓度对反应速率的影响,因此A和B中KI溶液浓度必须相同,则a为0.4;②对比A、B、C的实验现象可知,I-是SO2歧化反应的催化剂,且在H+存在下,催化速率增大;但H+单独存在时,不具有催化作用;③对比A、D实验现象可知,增大I2的浓度,反应ⅱ的反应速率增大,H+浓度增大,加强了I-的催化能力。
9.(2019河北隆化存瑞中学高三调研)(22分)氮氧化物是大气主要污染物之一,可采用强氧化剂氧化脱除、热分解等方法处理氮氧化物。
Ⅰ.已知:
(1)写出反应1的离子方程式: 。
(2)在反应2中,NO2-的初始浓度为0.1 mol·L-1,反应为NO2-+S2O82-+2OH-NO3-+2SO42-+H2O。不同温度下,达到平衡时NO2-的脱除率与过硫酸钠(Na2S2O8)初始浓度的关系如下图所示。
①比较A、B点的反应速率:v(A)逆 (填“>”“<”或“=”)v(B)正。
②随着温度的升高,该反应的化学平衡常数K (填“增大”“不变”或“减小”)。
③已知90 ℃时,KW=3.6×10-13,若B点对应的pH为12,则该温度下K= (保留一位小数)。
(3)工业电解硫酸钠和硫酸的混合液制备过硫酸钠(Na2S2O8),阳极的电极反应式为 。
Ⅱ.N2O在金粉表面发生热分解:2N2O(g)2N2(g)+O2(g) ΔH。
回答下列问题:
(4)已知:①2NH3(g)+3N2O(g)4N2(g)+3H2O(l) ΔH1
②4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(l) ΔH2
ΔH= 。(含ΔH1、ΔH2的代数式)
(5)某温度下,测得c(N2O)随时间t的变化关系如图所示。已知瞬时反应速率v与c(N2O)的关系为v=kcn(N2O)(k是反应速率常数),则k= ,n= 。
答案:(1)2NO+S2O82-+4OH-2NO2-+2SO42-+2H2O (2)①< ②增大 ③20.5 (3)2SO42--2e-S2O82-
(4)23ΔH1-13ΔH2 (5)0.001 0 mol·L-1·min-1 0
解析:(1)反应1中通入NO、Na2S2O8、NaOH,产物是Na2SO4和NaNO2,根据化合价升降法,可得到离子方程式为2NO+S2O82-+4OH-2NO2-+2SO42-+2H2O;(2)①B点的初始浓度大于A点,浓度越大,反应速率越大,且B点所处的温度高于A点所处的温度,温度越高,反应速率越大,即v(A)逆
起始/(mol·L-1) 0.1 0.2
变化/(mol·L-1) 0.09 0.090.09 0.18
平衡/(mol·L-1) 0.01 0.113.6×10-1 0.090.18
根据化学平衡常数的定义,K=c(NO3-)×c2(SO42-)c(NO2-)×c(S2O82-)×c2(OH-),代入数值,得出K≈20.5。(3)根据电解的原理,阳极上失去电子,有元素的化合价升高,因此阳极反应式为2SO42--2e-S2O82-;(4)根据盖斯定律,2×①-②3得到2N2O(g)2N2(g)+O2(g) ΔH=2ΔH1-ΔH23。(5)根据图像,相隔相同时间段,化学反应速率相等,取时间分别为20min、40min,可得k×0.08n=k×0.06n,解得n=0;0~20min时,用N2O表示的化学反应速率是(0.10-0.08)mol·L-120min=0.0010mol·L-1·min-1,代入公式v=kc0(N2O),得出k=0.0010mol·L-1·min-1。
(时间:45分钟 满分:100分)
专题能力训练第16页
一、选择题(共7小题,每小题8分,共56分,每小题只有1个选项符合题目要求)
1.(2019北京中央民族大学附属中学月考)用O2将HCl转化为Cl2,反应的方程式为4HCl(g)+O2(g)2H2O(g)+2Cl2(g)ΔH<0。一定条件下测得反应过程中n(Cl2)的实验数据如下。下列说法正确的是( )
t/min
0
2
4
6
n(Cl2)/(×10-3 mol)
0
1.8
3.7
5.4
A.2~6 min用Cl2表示的反应速率为0.9 mol·L-1·min-1
B.增大压强可以提高HCl转化率
C.平衡常数K(200 ℃)
答案:B
解析:v(Cl2)=Δn(Cl2)V×Δt,没有容器的体积,不能计算反应速率,A项错误;增大压强,平衡正向移动,HCl的转化率增大,B项正确;ΔH<0,升高温度,平衡逆向移动,平衡常数减小,K(200℃)>K(400℃),C项错误;相同时间内Cl2的物质的量变化越大,反应速率越大,则0~2min的反应速率大于4~6min的反应速率,D项错误。
2.某温度下,在容积为2 L的密闭容器中,加入1 mol X(g)和2 mol Y(g)发生反应:X(g)+mY(g)3Z(g)。
平衡时,X、Y、Z的体积分数分别为30%、60%、10%。在此平衡体系中加入1 mol Z(g),再次达到平衡后,X、Y、Z的体积分数不变。下列叙述不正确的是( )
A.m=2
B.两次平衡的平衡常数相同
C.X与Y的平衡转化率之比为1∶1
D.第二次平衡时,Z的浓度为0.4 mol·L-1
答案:D
解析:运用三段式求算m。设转化的X的物质的量为n。
X(g) + mY(g) 3Z(g)
起始(mol) 1 2 0
转化(mol) n mn 3n
平衡(mol) 1-n 2-mn 3n
根据题给信息可知(1-n)∶(2-mn)∶3n=30%∶60%∶10%,
求得n=0.1,m=2。
由m=2知,A项正确;由两次平衡所处温度相同,平衡常数相同,则B项正确;由m和n的数值及起始量可计算出X、Y两者的平衡转化率都为10%,C项正确;第二次平衡时,c(Z)=4mol×10%2L=0.2mol·L-1,D项错误。
3.(2019河南洛阳高三第一次联考)工业上消除氮氧化物的污染,可用如下反应:CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=a kJ·mol-1。
在温度T1和T2时,分别将0.50 mol CH4和1.2 mol NO2充入容积为1 L的密闭容器中,测得n(CH4)随时间变化的数据如下表:
时间/min
0
10
20
40
50
T1时n(CH4)/mol
0.50
0.35
0.25
0.10
0.10
T2时n(CH4)/mol
0.50
0.30
0.18
…
0.15
下列说法不正确的是( )
A.10 min内,T1时v(CH4)比T2时v(CH4)小
B.温度:T1
D.平衡常数:K(T1)
解析:根据公式v=ΔnVΔt计算,10min内,T1时v(CH4)=0.015mol·L-1·min-1,T2时v(CH4)=0.02mol·L-1·min-1,T1时v(CH4)比T2时v(CH4)小,A项正确;升高温度,反应速率增大,T2>T1,B项正确;温度升高,甲烷剩余量增多,说明平衡向逆反应方向移动,正反应放热,所以a<0,C项正确;T1时反应进行得更彻底,因此平衡常数更大,K(T1)>K(T2),D项错误。
4.工业合成甲醇的反应为CO(g)+2H2(g)CH3OH(g),在容积为3 L的密闭容器中发生该反应,在不同温度下甲醇的物质的量随时间变化的曲线如图所示。下列叙述正确的是( )
A.平衡常数K(300 ℃)
C.300 ℃,当容器内气体密度不变时说明反应已经达到平衡
D.500 ℃,从反应开始到平衡,氢气的平均反应速率v(H2)=nB3tB mol·L-1·min-1
答案:B
解析:据图可知,温度越高,甲醇的物质的量越小,则平衡逆向移动,根据平衡移动原理,升温时平衡向吸热方向移动,因此逆反应吸热,K(300℃)>K(500℃),A项错误;将E点的体系容积压缩,则平衡向气体体积减小的方向即正反应方向移动,如果平衡不移动,则氢气浓度增大,而平衡移动的结果是“削弱这种改变”,即氢气的浓度在增大的基础上有所减小,但还比原来的大,B项正确;根据质量守恒定律可知气体质量不变,又由于容积固定,即气体密度始终不变,因此密度不变不能表明平衡建立,C项错误;根据化学计量数之比等于反应速率之比,500℃时,从反应开始到平衡,氢气的平均反应速率为2×nB3tBmol·L-1·min-1,D项错误。
5.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c(A)c(B)=a,若改变某一条件,足够时间后反应再次达到平衡,此时c(A)c(B)=b,下列叙述正确的是( )
A.若保持温度、容积不变,向容器内补充了B气体,则a
C.若其他条件不变,升高温度,则a
答案:B
解析:A项,补充B气体后,再次达平衡时压强变大,正反应程度变大,c(A)c(B)变小,即a>b;B项,充入B气体,新平衡状态与原平衡等效,c(A)c(B)不变,即a=b;C项,升温,平衡右移,c(A)c(B)变小,即a>b;D项相当于减压,平衡左移,c(A)c(B)变大,即a
A.平衡常数的表达式为:K=c23(Fe)c(CO2)c13(Fe2O3)c(CO)
B.在1 000 ℃时,容积为10 L的密闭容器中,加入Fe、Fe2O3、CO、CO2各1 mol,10 min达到平衡,v(CO2)=0.006 mol·L-1·min-1
C.一段时间以后,铁的量不再变化,不能说明该反应达到平衡
D.下图表示不同温度下,CO的转化率与时间的关系图像
答案:B
解析:反应13Fe2O3(s)+CO(g)23Fe(s)+CO2(g)的平衡常数的表达式为K=c(CO2)c(CO),A项错误;在1000℃时,令平衡时CO的物质的量变化为nmol,容器的体积为10L;则
13Fe2O3(s)+CO(g)23Fe(s)+CO2(g)
起始量/mol 1 1
变化量/mol n n
平衡量/mol 1-n 1+n
K=c(CO2)c(CO)=1+n101-n10=4.0,解得n=0.6,v(CO2)=0.6mol10L×10min=0.006mol·L-1·min-1,B项正确;若反应不断进行,则铁的量就会发生变化,一段时间以后,铁的量不再变化,说明该反应达到平衡状态,C项错误;在1000℃时,平衡常数为4.0;在1300℃时,平衡常数为3.5,温度升高,平衡常数减小,所以该反应的正反应为放热反应,升高温度,反应速率增大,平衡向左移动,CO的转化率应该降低,而图示的结果正好相反,D项错误。
7.温度为T1时,在三个容积均为1 L的恒容密闭容器中仅发生反应:2NO2(g)2NO(g)+O2(g)(正反应吸热)。实验测得:v正=v(NO2)消耗=k正c2(NO2),v逆=v(NO)消耗=2v(O2)消耗=k逆c2(NO)·c(O2),k正、k逆为速率常数,受温度影响。下列说法正确的是( )
容器编号
物质的起始浓度/(mol·L-1)
物质的平衡浓度(mol·L-1)
c(NO2)
c(NO)
c(O2)
c(O2)
Ⅰ
0.6
0
0
0.2
Ⅱ
0.3
0.5
0.2
Ⅲ
0
0.5
0.35
①达平衡时,容器Ⅰ与容器Ⅱ中的总压强之比为4∶5
②达平衡时,容器Ⅱ中c(O2)c(NO2)比容器Ⅰ中的大
③达平衡时,容器Ⅲ中NO的体积分数小于50%
④当温度改变为T2时,若k正=k逆,则T2>T1
A.①② B.③④ C.①③ D.②④
答案:B
解析:根据反应方程式和容器Ⅰ中O2的平衡浓度可知,平衡时,c(NO)=0.4mol·L-1,c(NO2)=0.2mol·L-1,c(O2)=0.2mol·L-1,则T1温度下,该反应的平衡常数K=c2(NO)·c(O2)c2(NO2)=0.42×0.20.22=0.8。平衡时,容器Ⅰ中气体总物质的量为0.8mol,容器Ⅱ中,气体起始总物质的量为1mol,此时c2(NO)·c(O2)c2(NO2)=59
二、非选择题(共2小题,共44分)
8.(2018北京理综)(22分)近年来,研究人员提出利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储。过程如下:
(1)反应Ⅰ:2H2SO4(l)2SO2(g)+2H2O(g)+O2(g)
ΔH1=+551 kJ·mol-1
反应Ⅲ:S(s)+O2(g)SO2(g)
ΔH3=-297 kJ·mol-1
反应Ⅱ的热化学方程式: 。
(2)对反应Ⅱ,在某一投料比时,两种压强下,H2SO4在平衡体系中物质的量分数随温度的变化关系如图所示。p2 (填“>”或“<”)p1,得出该结论的理由是 。
(3)I-可以作为水溶液中SO2歧化反应的催化剂,可能的催化过程如下。将ⅱ补充完整。
ⅰ.SO2+4I-+4H+S↓+2I2+2H2O
ⅱ.I2+2H2O+ + +2I-
(4)探究ⅰ、ⅱ反应速率与SO2歧化反应速率的关系,实验如下:分别将18 mL SO2饱和溶液加入2 mL下列试剂中,密闭放置观察现象。(已知:I2易溶解在KI溶液中)
序号
A
B
试剂组成
0.4 mol·L-1 KI溶液
a mol·L-1 KI溶液0.2 mol·L-1 H2SO4溶液
实验现象
溶液变黄,一段时间后出现浑浊
溶液变黄,出现浑浊较A快
序号
C
D
试剂组成
0.2 mol·L-1 H2SO4溶液
0.2 mol·L-1 KI溶液0.000 2 mol I2溶液
实验现象
无明显现象
溶液由棕褐色很快褪色,变成黄色,出现浑浊较A快
①B是A的对比实验,则a= 。
②比较A、B、C,可得出的结论是 。
③实验表明,SO2的歧化反应速率D>A,结合ⅰ、ⅱ反应速率解释原因: 。
答案:(1)3SO2(g)+2H2O(g)2H2SO4(l)+S(s)
ΔH=-254 kJ·mol-1
(2)> 反应Ⅱ是气体分子数减小的反应,温度一定时,增大压强,化学平衡正向移动,H2SO4的物质的量分数增大
(3)SO2 4H+ SO42-
(4)①0.4 ②I-是SO2歧化反应的催化剂,且在H+存在下,催化速率增大;但H+单独存在时,不具有催化作用 ③反应ⅱ比反应ⅰ快,增大I2的浓度,反应ⅱ的反应速率增大,H+浓度增大,加强了I-的催化能力
解析:(1)由题给示意图可知,反应Ⅱ为二氧化硫发生歧化反应生成硫酸和硫,反应的化学方程式为3SO2(g)+2H2O(g)2H2SO4(l)+S(s),由盖斯定律可知,-(反应Ⅲ+反应Ⅰ)得反应Ⅱ,则ΔH=-(ΔH3+ΔH1)=-(-297kJ·mol-1)-(+551kJ·mol-1)=-254kJ·mol-1,则热化学方程式为3SO2(g)+2H2O(g)2H2SO4(l)+S(s) ΔH=-254kJ·mol-1。(2)反应Ⅱ为气体分子数减小的反应,增大压强,化学平衡正向移动,H2SO4的物质的量分数增大,则p2大于p1。(3)由题意可知,I-为反应的催化剂,则反应ⅱ的反应物为I2、SO2和水,生成物为氢碘酸和硫酸,反应的离子方程式为I2+SO2+2H2O4H++2I-+SO42-。(4)①A与B是探究H+浓度对反应速率的影响,因此A和B中KI溶液浓度必须相同,则a为0.4;②对比A、B、C的实验现象可知,I-是SO2歧化反应的催化剂,且在H+存在下,催化速率增大;但H+单独存在时,不具有催化作用;③对比A、D实验现象可知,增大I2的浓度,反应ⅱ的反应速率增大,H+浓度增大,加强了I-的催化能力。
9.(2019河北隆化存瑞中学高三调研)(22分)氮氧化物是大气主要污染物之一,可采用强氧化剂氧化脱除、热分解等方法处理氮氧化物。
Ⅰ.已知:
(1)写出反应1的离子方程式: 。
(2)在反应2中,NO2-的初始浓度为0.1 mol·L-1,反应为NO2-+S2O82-+2OH-NO3-+2SO42-+H2O。不同温度下,达到平衡时NO2-的脱除率与过硫酸钠(Na2S2O8)初始浓度的关系如下图所示。
①比较A、B点的反应速率:v(A)逆 (填“>”“<”或“=”)v(B)正。
②随着温度的升高,该反应的化学平衡常数K (填“增大”“不变”或“减小”)。
③已知90 ℃时,KW=3.6×10-13,若B点对应的pH为12,则该温度下K= (保留一位小数)。
(3)工业电解硫酸钠和硫酸的混合液制备过硫酸钠(Na2S2O8),阳极的电极反应式为 。
Ⅱ.N2O在金粉表面发生热分解:2N2O(g)2N2(g)+O2(g) ΔH。
回答下列问题:
(4)已知:①2NH3(g)+3N2O(g)4N2(g)+3H2O(l) ΔH1
②4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(l) ΔH2
ΔH= 。(含ΔH1、ΔH2的代数式)
(5)某温度下,测得c(N2O)随时间t的变化关系如图所示。已知瞬时反应速率v与c(N2O)的关系为v=kcn(N2O)(k是反应速率常数),则k= ,n= 。
答案:(1)2NO+S2O82-+4OH-2NO2-+2SO42-+2H2O (2)①< ②增大 ③20.5 (3)2SO42--2e-S2O82-
(4)23ΔH1-13ΔH2 (5)0.001 0 mol·L-1·min-1 0
解析:(1)反应1中通入NO、Na2S2O8、NaOH,产物是Na2SO4和NaNO2,根据化合价升降法,可得到离子方程式为2NO+S2O82-+4OH-2NO2-+2SO42-+2H2O;(2)①B点的初始浓度大于A点,浓度越大,反应速率越大,且B点所处的温度高于A点所处的温度,温度越高,反应速率越大,即v(A)逆
起始/(mol·L-1) 0.1 0.2
变化/(mol·L-1) 0.09 0.090.09 0.18
平衡/(mol·L-1) 0.01 0.113.6×10-1 0.090.18
根据化学平衡常数的定义,K=c(NO3-)×c2(SO42-)c(NO2-)×c(S2O82-)×c2(OH-),代入数值,得出K≈20.5。(3)根据电解的原理,阳极上失去电子,有元素的化合价升高,因此阳极反应式为2SO42--2e-S2O82-;(4)根据盖斯定律,2×①-②3得到2N2O(g)2N2(g)+O2(g) ΔH=2ΔH1-ΔH23。(5)根据图像,相隔相同时间段,化学反应速率相等,取时间分别为20min、40min,可得k×0.08n=k×0.06n,解得n=0;0~20min时,用N2O表示的化学反应速率是(0.10-0.08)mol·L-120min=0.0010mol·L-1·min-1,代入公式v=kc0(N2O),得出k=0.0010mol·L-1·min-1。
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