高考化学一轮复习 第七章 大题冲关滚动练速率、平衡图表类综合题（含解析）

大题冲关滚动练之三——速率、平衡图表类综合题

1．碳及其化合物有广泛的用途。

(1)在电化学中，常用碳作电极：

①在酸性锌锰干电池中，碳棒作________极。

②若用碳棒和铁棒作电极电解饱和食盐水生产烧碱时，碳棒作________极，反应的离子方程式________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(2)将水蒸气通过红热的碳可产生水煤气：C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)　ΔH＝＋131.3 kJ·mol－1，达到平衡后，体积不变时，能提高H2O的平衡转化率的措施是______(填字母序号)。

A．升高温度     B．增加碳的用量

C．加入催化剂     D．用CO吸收剂除去CO

(3)将一定量的CO(g)和H2O(g)通过某恒容的密闭容器中，发生反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)得到如下数据：

通过计算，该反应的平衡常数为______________________。

(4)工业上把水煤气中的混合气体处理后，获得较纯的H2用于合成氨：

N2(g)＋3H2(g)一定条件下,2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1。某同学在不同实验条件下模拟化工生产进行实验，N2浓度随时间变化如图：

①     与实验Ⅰ比较，实验Ⅱ改变的条件为

________________________________________________________________________。

②实验Ⅲ比实验Ⅰ的温度要高，其它条件相同，请在下图画出实验Ⅰ和实验Ⅲ中NH3浓度随时间变化的示意图。

答案　(1)正　阳　2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑

(2)AD

(3)0.25(或1/4)

(4)使用催化剂

(5)

解析　(1)在酸性锌锰干电池中，Zn作负极，碳棒作正极；电解饱和食盐水时，碳棒作阳极；

(2)根据反应特点，欲提高H2O的转化率，升温或减少CO的浓度均能达到目的；

(3)平衡浓度c(H2)＝0.4 mol·L－1

c(CO2)＝0.4 mol·L－1

c(CO)＝2.0 mol·L－1－0.4 mol·L－1＝1.6 mol·L－1

c(H2O)＝0.8 mol·L－1－0.4 mol·L－1＝0.4 mol·L－1

所以平衡常数K＝＝＝；

(4)①因为平衡时c(N2)不变，所以Ⅱ使用了催化剂；②升温，达到平衡所用时间缩短，但NH3的浓度减小。

2．乙醇汽油是被广泛使用的新型清洁燃料，工业生产乙醇的一种反应原理为2CO(g)＋4H2(g)CH3CH2OH(g)＋H2O(g)　ΔH1

已知：H2O(l)===H2O(g)　ΔH2

CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH3

(1)以CO2(g)与H2(g)为原料也可合成乙醇，其热化学方程式如下：

2CO2(g)＋6H2(g)CH3CH2OH(g)＋3H2O(l)

ΔH＝__________________________________。

(2)CH4和H2O在催化剂表面发生反应CH4＋H2O(g)CO＋3H2，该反应在不同温度下的化学平衡常数如下表：

①该反应是________(填“吸热”或“放热”)反应

②T ℃时，向1 L密闭容器中投入1 mol CH4和1 mol H2O(g)，5小时后测得反应体系达到平衡状态，此时c(CH4)＝0.5 mol·L－1，计算该温度下CH4＋H2O(g)CO＋3H2的平衡常数K＝__________________________________，该温度下达到平衡时H2的平均生成速率为__________________________________。

(3)汽车使用乙醇汽油并不能减少NOx的排放，这使NOx的有效消除成为环保领域的重要课题。某研究小组在实验室以Ag­ZSM­5为催化剂，测得NO转化为N2的转化率随温度变化情况如下图所示。

①若不使用CO，温度超过775 ℃，发现NO的转化率降低，其可能的原因为__________________________；在n(NO)/n(CO)＝1的条件下，应控制的最佳温度在________左右。

②用CxHy(烃)催化还原也可消除氮氧化物的污染。写出CH4与NO2发生反应的化学方程式：________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(4)乙醇同时也是工业生产乙醛等化工产品的重要原料，下图是乙醇氧化为乙醛的反应机理，则B物质应为________________________。

答案　(1)ΔH1－3ΔH2－2ΔH3

(2)①吸热　②6.75　0.3 mol·L－1·h－1

(3)①该反应是放热反应，反应达平衡时，升高温度，平衡向逆反应方向移动　870 K(或相近温度)　②CH4＋2NO2===CO2＋N2＋2H2O

(4)Cu

解析　(1)2CO2(g)＋2H2(g)===2CO(g)＋2H2O(g)　－2ΔH3

3H2O(g)===3H2O(l)　－3ΔH2

根据目标方程式，ΔH＝ΔH1－3ΔH2－2ΔH3。

(2)①升温，平衡常数增大，该反应为吸热反应。

②　　　　　　　　　CH4＋H2OCO＋3H2

起始浓度/mol·L－1   1   1    0   0

平衡浓度/mol·L－1   0.5  0.5   0.5  1.5

K＝＝6.75

v(H2)＝＝0.3 mol·L－1·h－1。

(3)①2NO(g)===N2(g)＋O2(g)　ΔH＜0

升温，平衡左移，造成温度超过775 ℃时，NO的转化率降低。在n(NO)/n(CO)＝1的条件下，NO还原为N2的转化率在870 K附近最高。

(4)Cu是该反应的催化剂。

3．碳酸甲乙酯(CH3OCOOC2H5)是一种理想的锂电池有机电解液，生成碳酸甲乙酯的原理为C2H5OCOOC2H5(g)＋CH3OCOOCH3(g)2CH3OCOOC2H5(g)　ΔH1

(1)其他条件相同，CH3OCOOCH3的平衡转化率(α)与温度(T)、反应物配比(R)的关系如图所示。

①ΔH1________0(填“＜”、“＝”或“＞”)。

②由图可知，为了提高CH3OCOOCH3的平衡转化率，除了升温，另一措施是______________________。

③在密闭容器中，将1 mol C2H5OCOOC2H5和1 mol CH3OCOOCH3混合加热到650 K，利用图中的数据，求此温度下该反应的平衡常数K(请写出计算过程)。

(2)已知上述反应需要催化剂，请在如下的坐标图中，画出有催化剂与无催化剂两种情况下反应过程中体系能量变化示意图，并进行必要标注。

(3)已知：CH3OCOOCH3(g)＋C2H5OH(g)CH3OCOOC2H5(g)＋CH3OH(g)　ΔH2

CH3OCOOC2H5(g)＋C2H5OH(g)C2H5OCOOC2H5(g)＋CH3OH(g)　ΔH3

ΔH1＝__________________________(用ΔH2和ΔH3表示)。

答案　(1)①＞　②增大反应物中C2H5OCOOC2H5的浓度(或比例)

③由图知，平衡时CH3OCOOCH3的转化率为60%。

设容器的容积为V L

　　　　　　C2H5OCOOC2H5(g)＋CH3OCOOCH3(g)2CH3OCOOC2H5(g)

初始浓度/,mol·L－1  1/V    1/V     0

平衡浓度/,mol·L－1  0.4/V    0.4/V     1.2/V

K＝

＝＝9

(2)

(3)ΔH2－ΔH3

4．Ⅰ.恒温、恒容条件下，在容积为1 L的密闭容器中，硫可以发生如下转化，其反应过程和能量关系如图所示(已知：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＝－196.6 kJ·mol－1)，请回答下列问题：

(1)写出能表示硫的燃烧热的热化学方程式：

________________________________________________________________________。

(2)ΔH2＝____________ kJ·mol－1。

Ⅱ.工业上常利用醋酸和乙醇合成有机溶剂乙酸乙酯：CH3COOH(l)＋C2H5OH(l)CH3COOC2H5(l)＋H2O(l)　ΔH＝－8.62 kJ·mol－1

已知CH3COOH、C2H5OH和CH3COOC2H5的沸点依次为118 ℃、78 ℃和77 ℃。

在其他条件相同时，某研究小组进行了多次实验，实验结果如图所示。

(1)该研究小组的实验目的是

________________________________________________________________________。

(2)60 ℃下反应40 min与70 ℃反应20 min相比，前者的平均反应速率________后者(填“小于”、“等于”或“大于”)。

(3)如图所示，反应时间为40 min、温度超过80 ℃时，乙酸乙酯产率下降的原因可能是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________(写出两条)。

答案　Ⅰ.(1)S(s)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH＝－297 kJ·mol－1

(2)－78.64

Ⅱ.(1)探究反应温度、反应时间对乙酸乙酯产率的影响

(2)小于

(3)反应可能已达平衡状态，温度升高平衡向逆反应方向移动；温度过高，乙醇和乙酸大量挥发使反应物利用率下降

解析　Ⅰ.(1)S燃烧生成SO2，其燃烧热为ΔH＝－297 kJ·mol－1

(2)ΔH2＝×0.8 mol＝－78.64 kJ·mol－1

Ⅱ.(1)根据图示，可知该实验目的为探究反应温度、反应时间对乙酸乙酯产率的影响。

(2)根据图示，60 ℃下反应40 min时产率为30%,70 ℃下反应20 min时产率为20%。＜，所以前者平均反应速率小于后者。

(3)该反应为放热反应，升温，平衡左移，造成产率下降；升温，也会造成乙醇、乙酸的大量挥发，造成产率下降。

5．甲醇是一种优质燃料，可制作燃料电池。

(1)为探究用CO2来生产燃料甲醇的反应原理，现进行如下实验：在体积为1 L的密闭容器中，充入1 mol CO2和3 mol H2, 一定条件下发生反应：

CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)

ΔH＝－49.0 kJ·mol－1

T1温度下，测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如下图。

请回答：

①从反应开始到平衡，氢气的反应速率v(H2)＝________________________________________________________________________。

②能够说明该反应已达到平衡的是____________(填字母序号，下同)。

A．恒温、恒容时，容器内的压强不再变化

B．恒温、恒容时，容器内混合气体的密度不再变化

C．一定条件下，CO、H2和CH3OH的浓度保持不变

D．一定条件下，单位时间内消耗3 mol H2的同时生成1 mol CH3OH

③下列措施中能使平衡混合物中n(CH3OH)/n(CO2)增大的是______________。

A．加入催化剂

B．充入He(g)，使体系压强增大

C．将H2O(g)从体系中分离

D．降低温度

④求此温度(T1)下该反应的平衡常数K1＝____________(计算结果保留三位有效数字)。

⑤另在温度(T2)条件下测得平衡常数K2，已知T2＞T1，则K2________K1(填“＞”、“＝”或“＜”)。

(2)以CH3OH为燃料(以KOH溶液作电解质溶液)可制成CH3OH燃料电池，则充入CH3OH的电极为________极，充入O2电极的反应式为__________________________________________。

(3)已知在常温常压下：

①2CH3OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(g)　ΔH1

②2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　ΔH2

则1 mol甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和气态水时反应的ΔH＝__________(用含ΔH1、ΔH2的式子表示)。

答案　(1)①0.225 mol·L－1·min－1　②AC　③CD

④5.33　⑤＜

(2)负　3O2＋12e－＋6H2O===12OH－(或O2＋4e－＋2H2O===4OH－)　(3)(ΔH1－ΔH2)/2

解析　(1)①v(H2)＝3v(CO2)＝3×＝0.225 mol·L－1·min－1；②该反应为非等体积反应，恒温、恒容时，压强能作为达到平衡状态的标志，但密度不可以，D项，描述的都是正反应速率；③A项，加入催化剂，平衡不移动，其比值不变；B项，充入He，平衡不移动，其比值不变；C项，分离H2O(g)，平衡右移，n(CH3OH)增大，c(CO2)减少，其比值增大；D项，降温，平衡右移，其比值增大；(2)充入CH3OH的一极为负极，充入O2的一极为正极，正极反应式为3O2＋12e－＋6H2O===12OH－。

6．工业上在合成塔中采用下列反应合成甲醇：

CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH＝Q kJ·mol－1

(1)判断该可逆反应达到平衡状态的标志是________(填字母序号)。

a．生成CH3OH的速率与消耗CO的速率相等

b．混合气体的密度不变

c．混合气体的平均相对分子质量不变

d．CH3OH、CO、H2的浓度都不再发生变化

(2)下表所列数据是该可逆反应在不同温度下的化学平衡常数(K)

①由表中数据判断Q________0(填“＞”、“＜”或“＝”)。

②某温度下，将2 mol CO和6 mol H2充入2 L的密闭容器中，充分反应后，达到平衡测得c(CO)＝0.2 mol·L－1，此时对应的温度为__________；CO的转化率为__________。

(3)请在图中画出压强不同，平衡时甲醇的体积分数(φ)随温度(T)变化的两条曲线(在曲线上标出p1、p2，且p1＜p2)。

(4)要提高CO的转化率，可以采取的措施是________(填字母序号)。

a．升温      b．加入催化剂

c．增加CO的浓度   d．通入H2加压

e．通入惰性气体加压  f．分离出甲醇

答案　(1)cd

(2)①＜　②250 ℃　80%

(3)

(4)df

解析　(1)A项，描述的均是正反应速率；B项，由于在合成塔中，体积不变，密度不能作为平衡标志；

(2)①升温，K减小，平衡左移，正反应为放热反应，Q＜0；

②c(CO)＝0.2 mol·L－1，c(H2)＝3 mol·L－1－2×(1 mol·L－1－0.2 mol·L－1)＝1.4 mol·L－1，c(CH3OH)＝0.8 mol·L－1，K＝≈2.041，所以对应温度为250 ℃，此时，CO的转化率为×100%＝80%。

(3)升温，平衡左移，CH3OH的体积分数减小；加压，平衡右移，CH3OH的体积分数增大。

(4)增加CO的浓度，其自身转化率减小，通入惰性气体加压，平衡不移动。