2019届高考化学二轮复习化学反应速率和化学平衡作业 练习

专题限时集训(八)　化学反应速率和化学平衡

(限时：45分钟)

1．(2014·全国卷Ⅱ)在容积为1.00 L的容器中，通入一定量的N2O4，发生反应N2O4(g)2NO2(g)，随温度升高，混合气体的颜色变深。

回答下列问题：

(1)反应的ΔH________0(填“大于”或“小于”)；100 ℃时，体系中各物质浓度随时间变化如上图所示。在0～60 s时段，反应速率v(N2O4)为________mol·L－1·s－1；反应的平衡常数K1为________。

(2)100 ℃时达平衡后，改变反应温度为T，c(N2O4)以0.002 0 mol·L－1·s－1的平均速率降低，经10 s又达到平衡。

①T________100 ℃(填“大于”或“小于”)，判断理由是

_________________________________________________________。

②列式计算温度T时反应的平衡常数K2＝________________________

_________________________________________________________。

(3)温度T时反应达平衡后，将反应容器的容积减少一半。平衡向________(填“正反应”或“逆反应”)方向移动，判断理由是__________________________

_________________________________________________________。

【解析】　(1)随温度升高，混合气体的颜色变深，说明升温平衡向正反应方向移动，ΔH＞0。在0～60 s时段，v(N2O4)＝＝＝0.001 0 mol·L－1·s－1；平衡常数K1＝＝＝0.36 mol·L－1。

(2)当温度由100 ℃变为T时，N2O4的浓度降低，“三段式”如下：

　　　　　　     N2O4(g)　　　　2NO2(g)

100 ℃平衡时　　0.040 mol·L－1　　0.120 mol·L－1

温度T时变化　 0.020 mol·L－1　　0.040 mol·L－1

温度T平衡时　 0.020 mol·L－1　　0.160 mol·L－1

由于温度变为T时平衡向N2O4浓度减小的方向移动，即向吸热方向移动，故温度升高，所以T＞100 ℃。当再次达到平衡时，平衡常数K2＝＝≈1.3 mol·L－1。

(3)温度不变，将反应容器的容积减少一半，压强增大，平衡向气体分子数减小的方向(即逆反应方向)移动。

【答案】　(1)大于　0.001 0　0.36 mol·L－1

(2)①大于

反应正方向吸热，反应向吸热方向进行，故温度升高

②≈1.3 mol·L－1

(3)逆反应　对气体分子数增大的反应，增大压强平衡向逆反应方向移动

2．为了研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响，某同学设计了如下一系列实验。将表中所给的混合溶液分别加入6个盛有过量锌粒的反应瓶中，收集产生的气体，记录获得相同体积的气体所需的时间。

请完成此实验设计，其中：V1＝________，V6＝________，V9＝________。

【解析】　因为要研究硫酸铜的量对反应速率的影响，故应保持硫酸的浓度在各组实验中相同，则硫酸溶液的体积均取30 mL，根据F中增加的水与硫酸铜溶液的体积之和为20 mL，可以求得各组实验中加入水的体积分别为V7＝20 mL、V8＝19.5 mL、V9＝17.5 mL、V10＝15 mL，实验E中加入的硫酸铜溶液的体积V6＝10 mL。

【答案】　30　10　17.5

3．(1)设反应Ⅰ.Fe(s)＋CO2(g)FeO(s)＋CO(g)　ΔH＝Q1的平衡常数为K1，反应Ⅱ.Fe(s)＋H2O(g)FeO(s)＋H2(g)　ΔH＝Q2的平衡常数为K2，在不同温度下，K1、K2的值如表：

①由表中数据推断，反应Ⅰ是________(填“放”或“吸”)热反应。

②现有反应Ⅲ.H2(g)＋CO2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝Q3的平衡常数为K3，根据反应Ⅰ与Ⅱ推导出K1、K2、K3的关系式K3＝________，该反应Ⅲ为________(填“放”或“吸”)热反应。

(2)高温热分解法可制取单质硫。已知：2H2S(g)2H2(g)＋S2(g)。在容积为2 L的密闭容器中充入10 mol H2S，H2S分解转化率随温度变化的曲线如图所示。图中a为H2S的平衡转化率与温度关系曲线，b为不同温度下反应经过相同时间且未达到化学平衡时H2S的转化率。则985 ℃时H2S按上述反应分解的平衡常数K＝______；随温度的升高，曲线b向曲线a逼近的原因是_________________________________________________________

_________________________________________________________。

上述反应中，正反应速率为v正＝K正x2(H2S)，逆反应速率为v逆＝K逆x2(H2)·x(S2)，其中K正、K逆为速率常数，则K逆＝________(以K和K正表示)。

(3)在容积固定的密闭容器中，起始时充入0.2 mol SO2,0.1 mol O2，反应体系起始总压强为0.1 MPa，反应在一定温度下达到平衡时，SO2的转化率为90%，该反应的压强平衡常数Kp＝________(用平衡分压代替平衡浓度计算；分压＝总压×物质的量分数)。

【解析】　(1)①升温，K增大，平衡右移，所以该反应为吸热反应。

②K1＝，K2＝

＝＝K3

根据K3＝，由表中数据可知：

973 K时，K3＝，

1 173 K时，K3＝

升温，K3增大，所以该反应为吸热反应。

(2)　　　　　  2H2S(g)2H2(g)＋S2(g)

起始/(mol·L－1)　5　　　　　0　　　　0

转化/(mol·L－1)　2　　　　　2　　　　1

平衡/(mol·L－1)　3　　　　　2　　　　1

K＝≈0.44

由于平衡时v正＝v逆，所以

K正·x2(H2S)＝K逆·x2(H2)·x(S2)

K＝＝，即K逆＝。

(3)　　　　2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)

起始/mol　　0.2　　　0.1　　　　0

转化/mol　　0.18　　 0.09　　　0.18

平衡/mol　　0.02　　 0.01　　　0.18

根据＝得

p(平)＝＝ MPa

p(SO3)＝×＝0.06 MPa

p(SO2)＝×＝ MPa

p(O2)＝×＝ MPa

Kp＝＝

＝2.43×104。

【答案】　(1)①吸　②　吸

(2)0.44　温度升高，反应速率加快，达到平衡所用时间缩短　

(3)2.43×104

4．CO和H2被称为合成气，可以合成很多有机物，用合成气合成甲醛的过程如下：

①H2(g)＋CO(g)HCHO(g)　ΔH1＝a kJ/mol(主反应)

②2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g)　ΔH2＝b kJ/mol(副反应)

请回答下列问题：

(1)根据上述反应，甲醛催化加氢的热化学方程式为_____________________

_________________________________________________________。

(2)根据上述反应，合成甲醛的适合的操作条件为______________________

_________________________________________________________。

(3)300 ℃时，在容积为1 L的密闭容器中加入2 mol H2和2 mol CO，随着反应的进行HCHO蒸气的体积分数如图所示。

①0～30 min内，用H2表示该反应的平均反应速率为________mol/(L·min)，该温度下合成甲醛反应的平衡常数为________，H2的转化率为________(结果保留三位有效数字)。

②若达到平衡后再通入1 mol CO和1 mol H2，再次达到平衡时，CO的转化率________(填“增大”“减小”或“不变”)。

③若升高温度，该反应的平衡常数减小，则a________0(填“>”或“<”)。

【解析】　(1)根据盖斯定律，由②式－①式即可得甲醛催化加氢的热化学方程式。

(2)根据题给反应，合成甲醇的反应中CO和H2的化学计量数之比为1∶2，合成甲醛的反应中CO和H2的化学计量数之比为1∶1，故需控制反应物的物质的量之比为1∶1，由于合成甲醛的温度为300 ℃，合成甲醇的温度为400 ℃，故需控制反应温度为300 ℃。

(3)①设0～30  min内，H2的转化浓度为x mol·L－1，则

H2(g)＋CO(g)HCHO(g)

起始浓度/(mol·L－1)　2　　　2　　　　　　0

转化浓度/(mol·L－1)　x　　　x　　　　  　x

平衡浓度/(mol·L－1)　2－x　 2－x　　　 　x

30 min时，HCHO的体积分数为×100%＝75%，解得x＝，故0～30 min内H2的平均反应速率为≈0.057 1 mol/(L·min)，此温度下该反应的平衡常数K＝＝21，H2的转化率为×100%≈85.7%。

②恒温恒容时，再通入1 mol H2和1 mol CO，相当于加压，平衡向正反应方向移动，故CO的转化率增大。

③升高温度，平衡常数减小，说明平衡逆向移动，故正反应为放热反应，则a<0。

【答案】　(1)H2(g)＋HCHO(g)CH3OH(g)　ΔH＝(b－a) kJ/mol

(2)控制H2和CO的物质的量之比为1∶1，控制反应温度为300 ℃

(3)①0.057 1　21　85.7%　②增大　③<

5．(2018·唐山质检)CO、CO2是火力发电厂释放出的主要尾气，为减少对环境造成的影响，发电厂试图采用以下方法将其资源化利用，重新获得燃料或重要工业产品。

(1)CO与Cl2在催化剂的作用下合成光气(COCl2)。某温度下，向2 L的恒容密闭容器中投入一定量的CO和Cl2，在催化剂的作用下发生反应：CO(g)＋Cl2(g)COCl2(g)　ΔH＝a kJ·mol－1。反应过程中测定的部分数据如表：

①反应在0～2 min内的平均速率v(COCl2)＝________mol·L－1·min－1。

②在2 min～4 min间，v(Cl2)正________(填“＞”“＝”或“＜”)v(Cl2)逆，该温度下反应的平衡常数K＝________。

③已知X、L可分别代表温度或压强，如图1表示L一定时，CO的转化率随X的变化关系。

图1

X代表的物理量是________；a________0(填“＞”“＝”或“＜”)。

(2)在催化剂作用下NO和CO反应转化为无毒气体：2CO(g)＋2NO(g) 2CO2(g)＋N2(g)　ΔH＝－748 kJ·mol－1。

一定条件下，单位时间内不同温度下测定的氮氧化物转化率如图2所示。温度高于710 K时，随温度的升高氮氧化物转化率降低的原因可能是_________________________________________________________。

图2

【解析】　(1)①由题表中数据可知，0～2 min内Δn(CO)＝1.20 mol－0.80 mol＝0.40 mol，由化学方程式可知Δn(COCl2)＝Δn(CO)＝0.40 mol，则v(COCl2)＝＝0.10 mol·L－1·min－1。②0～4 min内，n(Cl2)反应＝0.60 mol－0.20 mol＝0.40 mol，由化学方程式可知n(CO)反应＝n(Cl2)反应＝0.40 mol，故4 min时n(CO)＝1.20 mol－0.40 mol＝0.80 mol，与2 min时CO的物质的量相等，则该反应在2 min、4 min时均处于平衡状态，在2 min～4 min间v(Cl2)正＝v(Cl2)逆，由化学方程式可知，平衡时n(COCl2)＝0.40 mol，则该温度下反应的平衡常数K＝＝＝5 L·mol－1。③该反应的正反应为气体分子数减小的反应，增大压强平衡正向移动，CO的转化率增大，而题图1中随X的逐渐增大，CO的平衡转化率降低，平衡逆向移动，则X表示温度，该反应的正反应为放热反应，故a＜0。(2)当温度升高到710 K时，单位时间内反应达到平衡，由于该反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，反应物转化率降低。

【答案】　(1)①0.10　②＝　5(或5 L·mol－1)　③温度　＜

(2)温度升高到710 K时，反应达到平衡状态，该反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，氮氧化物转化率降低

6．在两个容积均为1 L的密闭容器中以不同的氢碳比[n(H2)/n(CO2)]充入H2和CO2，在一定条件下发生反应：2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)　ΔH。CO2的平衡转化率α(CO2)与温度的关系如下图所示。

(1)此反应的平衡常数表达式K＝________________________，

若起始时氢气的浓度为2 mol·L－1，则P点对应温度下，K的值为________。

(2)该反应的ΔH________(填“＞”“＜”或“＝”)0，判断的理由是_________________________________________________________

_________________________________________________________。

(3)氢碳比：X________(填“＞”“＜”或“＝”)2.0。

(4)在氢碳比为2.0时，Q点v(逆)________(填“＞”“＜”或“＝”)P点的v(逆)。

【解析】　(1)由图可知，P点平衡时二氧化碳的转化率为0.50，＝2.0，因起始时氢气的浓度为2 mol·L－1，则二氧化碳的浓度为1 mol·L－1，则二氧化碳的浓度变化量为0.5 mol·L－1，则：

　　　    2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)

：　1　　　2　　　　　0　　　  0

：　0.5　　1.5　　 　0.25　　　　1

：　0.5　　0.5　　　 0.25　　　　1

平衡常数K＝＝＝64。(2)由题图可知，氢碳比不变时，温度升高CO2的平衡转化率减小，说明升高温度平衡逆向移动，故逆反应是吸热反应，则正反应为放热反应，ΔH＜0。(3)氢碳比[]越大，二氧化碳的转化率越大，故X＞2.0。(4)相同温度下，Q点二氧化碳的转化率小于平衡时的转化率，说明Q点未到达平衡，反应向正反应方向进行，逆反应速率增大，到P点平衡状态时不变，故在氢碳比为2.0时，Q点v(逆)小于P点的v(逆)。

【答案】　(1)　64　(2)＜　温度升高CO2的平衡转化率减小，平衡逆向移动，故逆反应是吸热反应，正反应为放热反应　(3)＞　(4)＜

7．(2018·昆明模拟)氯气是有机合成中的重要试剂，丙烯(CH2===CHCH3)和Cl2在一定条件下发生如下反应：CH2===CHCH3(g)＋Cl2(g)CH2===CHCH2Cl(g)＋HCl(g)。一定压强下，该反应在不同温度、不同投料比时，达平衡时Cl2的转化率如图所示(T1＜T2＜T3)：

(1)该反应的ΔH________0(填“＞”或“＜”)。

(2)下列措施能增大丙烯的平衡转化率的是________(填标号)。

A．降低温度  B．减小容器的体积

C．使用新型催化剂  D．及时从容器中移走氯化氢

(3)T1时，在容积为5 L的密闭容器中充入0.15 mol丙烯和0.10 mol Cl2,10 min时达到平衡，则0～10 min内v(Cl2)为________mol·(L·min)－1，平衡常数K为________，保持温度不变，减小投料比，K值将________(填“增大”“减小”或“不变”)；若起始时向该容器中充入0.30 mol丙烯、0.20 mol Cl2、0.15 mol CH2===CHCH2Cl和0.30 mol HCl，判断反应进行的方向并说明理由_____________________________________。

(4)上述反应在低于某温度时，CH2===CHCH2Cl的产率快速下降，可能的原因是____________(列举一条即可)。

【解析】　(1)由题图可知，在投料比相同时，反应的温度越低，平衡时Cl2的转化率越高，即可判断该反应的正反应为放热反应，即ΔH＜0。(2)由于该反应为放热反应，降低温度平衡正向移动，可提高丙烯的平衡转化率，A项正确；该反应前后气体分子数不变，故减小容器的体积对平衡无影响，B项错误；使用新型催化剂，只能加快化学反应速率，但对化学平衡无影响，C项错误；及时从容器中移走HCl，减少了生成物浓度，平衡正向移动，可提高丙烯的平衡转化率，D项正确。(3)起始时丙烯和Cl2的物质的量之比为1.5∶1，结合题图可知投料比为1.5且温度为T1时，Cl2的平衡转化率为60%，根据三段式法可知达到平衡时消耗0.06 mol Cl2，则平衡时CH2===CHCH3、Cl2、CH2===CHCH2Cl、HCl的物质的量分别为0.09 mol、0.04 mol、0.06 mol和0.06 mol，则0～10 min内v(Cl2)＝＝0.001 2 mol·(L·min)－1，平衡常数K＝＝1。温度不变，平衡常数不变。若起始时向该容器中加入0.30 mol CH2===CHCH3、0.20 mol Cl2、0.15 mol CH2===CHCH2Cl和0.30 mol HCl，则Qc＝＝0.75＜1，即反应将正向进行。(4)丙烯中含有碳碳双键，在低于某温度时和Cl2发生加成反应，则CH2===CHCH2Cl的产率会快速下降。

【答案】　(1)＜　(2)AD　(3)0.001 2　1　不变　向正反应方向进行，因为Qc＝0.75＜K(答案合理即可)　(4)丙烯与氯气发生了加成反应(答案合理即可)