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2021高考化学专题讲解 专题七 化学反应速率和化学平衡（试题部分）
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这是一份2021高考化学专题讲解 专题七 化学反应速率和化学平衡（试题部分），共37页。
专题七 化学反应速率和化学平衡
【考情探究】
课
标
解
读
内容
化学反应速率
化学平衡 化学反应进行的方向
化学平衡的相关计算
解读
1.了解化学反应速率的概念和定量表示方法
2.了解反应活化能的概念,了解催化剂的重要作用
3.理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对反应速率的影响,能用相关理论解释其一般规律
1.了解化学反应的可逆性及化学平衡的建立
2.掌握化学平衡的特征
3.理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对化学平衡的影响,能用相关理论解释其一般规律
4.了解化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用
1.能正确计算化学反应的转化率(α)
2.了解化学平衡常数(K)的含义,能利用化学平衡常数进行相关计算
考情分析
本专题主要结合实际生产命题,以定性、定量相结合的方式综合考查化学反应速率和化学平衡,包括化学反应速率的计算、影响化学平衡的因素及规律、平衡状态的判断、平衡常数和转化率的计算,同时渗透对计算能力、数形结合能力、语言组织能力等的考查。考查学生对信息的提取、应用能力
备考策略
本专题涉及化学反应速率、化学平衡的相关计算及化学平衡移动的影响因素,主要考查学生运用图表、图形分析和解决化学问题的能力
【真题探秘】
【基础集训】
考点一 化学反应速率
1.可逆反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)的v-t图像如图1所示,若其他条件不变,只是在反应前加入合适的催化剂,则其v-t图像如图2所示。以下说法中正确的是( )
①a1>a2 ②a1b2 ④b1t2 ⑥t1=t2 ⑦两图中阴影部分面积相等 ⑧图2中阴影部分面积更大
A.②③⑤⑧ B.①④⑥⑧ C.②④⑤⑦ D.①③⑥⑦
答案 C
2.工业上利用Ga与NH3在高温条件下合成固态半导体材料氮化镓(GaN)的同时有氢气生成。反应中,每生成3 mol H2放出30.8 kJ的热量。在恒温恒容密闭体系内进行上述反应,下列有关表达正确的是( )
A.Ⅰ图像中如果纵轴为正反应速率,则t时刻改变的条件可以为升温或加压
B.Ⅱ图像中纵轴可以为镓的转化率
C.Ⅲ图像中纵轴可以为化学反应速率
D.Ⅳ图像中纵轴可以为体系内混合气体的平均相对分子质量
答案 A
3.2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH=-198 kJ·mol-1,在V2O5存在时,该反应的机理为V2O5+SO2 2VO2+SO3(快),4VO2+O2 2V2O5(慢)。
下列说法中正确的是( )
A.反应速率主要取决于V2O5的质量
B.VO2是该反应的催化剂
C.逆反应的活化能大于198 kJ·mol-1
D.增大SO2的浓度可显著提高反应速率
答案 C
4.已知反应A2(g)+2B2(g) 2AB2(g) ΔH<0,下列说法正确的是( )
A.升高温度,正反应速率增大,逆反应速率减小
B.升高温度有利于反应速率增大,从而缩短达到平衡的时间
C.达到平衡后,升高温度或增大压强都有利于该反应平衡正向移动
D.达到平衡后,降低温度或减小压强都有利于该反应平衡正向移动
答案 B
考点二 化学平衡 化学反应进行的方向
5.在恒温、恒容条件下,能说明可逆反应:H2(g)+I2(g)2HI(g)达到平衡状态的是( )
A.气体的压强保持不变 B.v正(H2)=2v逆(HI)
C.气体的密度保持不变 D.气体的颜色保持不变
答案 D
6.在恒温、恒容条件下发生下列反应:2X2O5(g)4XO2(g)+O2(g) ΔH>0,T温度下的部分实验数据为:
t(s)
0
50
100
150
c(X2O5)(mol/L)
4.00
2.50
2.00
2.00
下列说法不正确的是( )
A.T温度下的平衡常数K=64,100 s时X2O5的转化率为50%
B.50 s内X2O5的分解速率为0.03 mol/(L·s)
C.T1温度下的平衡常数为K1,T2温度下的平衡常数为K2,若T1>T2,则K1>K2
D.若只将恒容改变为恒压,其他条件都不变,则平衡时X2O5的转化率和平衡常数都不变
答案 D
7.某温度下,对于反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ/mol,N2的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.将1 mol氮气、3 mol氢气置于1 L密闭容器中发生反应,放出的热量为92.4 kJ
B.平衡状态由A变到B时,平衡常数K(A)
D.升高温度,平衡向逆反应方向移动,说明逆反应速率增大,正反应速率减小
答案 C
8.S2Cl2和SCl2均为重要的化工原料。
已知:Ⅰ.S2(l)+Cl2(g) S2Cl2(g) ΔH1;
Ⅱ.S2Cl2(g)+Cl2(g) 2SCl2(g) ΔH2;
Ⅲ.相关化学键的键能如下表所示:
化学键
S—S
S—Cl
Cl—Cl
键能/kJ·mol-1
a
b
c
请回答下列问题:
(1)SCl2的结构式为 。
(2)若反应Ⅱ正反应的活化能E1=d kJ·mol-1,则逆反应的活化能E2= kJ·mol-1(用含a、b、c、d的代数式表示)。
(3)一定压强下,向10 L密闭容器中充入1 mol S2Cl2(g)和1 mol Cl2(g),发生反应Ⅱ。Cl2与SCl2的消耗速率(v)与温度(T)的关系如图所示:
①A、B、C、D四点对应状态下,达到平衡状态的有 (填字母),理由为 。
②ΔH2 0(填“>”“<”或“=”)。
(4)已知:ΔH1<0。向恒容绝热的容器中加入一定量的S2(l)和Cl2(g),发生反应Ⅰ,5 min时达到平衡。则3 min时容器内气体压强 (填“>”“<”或“=”)5 min时的气体压强。
(5)一定温度下,在恒容密闭容器中发生反应Ⅰ和反应Ⅱ,达到平衡后缩小容器容积,重新达到平衡后,Cl2的平衡转化率 (填“增大”“减小”或“不变”),理由为 。
答案 (1)Cl—S—Cl
(2)2b+d-a-c
(3)①BD B、D两点对应的状态下,用同一物质表示的正、逆反应速率相等(其他合理答案也可) ②<
(4)<
(5)不变 反应Ⅰ和反应Ⅱ均为反应前后气体分子总数相等的反应,压强对平衡没有影响
考点三 化学平衡的相关计算
9.某温度下,H2(g)+CO2(g) H2O(g)+CO(g)的平衡常数K=9/4。该温度下,在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中投入H2(g)和CO2(g),其起始浓度如下表所示:
起始浓度
甲
乙
丙
c(H2)/mol·L-1
0.010
0.020
0.020
c(CO2)/mol·L-1
0.010
0.010
0.020
下列判断不正确的是( )
A.平衡时,乙中CO2的转化率大于60%
B.平衡时,甲中和丙中H2的转化率均是60%
C.平衡时,丙中c(CO2)是甲中的2倍,是0.012 mol·L-1
D.反应开始时,丙中的反应速率最快,甲中的反应速率最慢
答案 C
10.目前,处理烟气中的SO2常采用两种方法。
Ⅰ.碱液吸收法
25 ℃时,Kb(NH3·H2O)=1.8×10-5;H2SO3的Ka1=1.5×10-2,Ka2=1.0×10-7;Ksp(CaSO4)=7.1×10-5。
第1步:用过量的浓氨水吸收SO2,并在空气中氧化;
第2步:加入石灰水,发生反应Ca2++2OH-+2NH4++SO42-CaSO4↓+2NH3·H2O K。
(1)25 ℃时0.1 mol·L-1(NH4)2SO3溶液的pH (填“>”“<”或“=”)7。
(2)第2步中反应的K= 。
Ⅱ.水煤气还原法
已知:①2CO(g)+SO2(g)S(l)+2CO2(g) ΔH1=-37.0 kJ·mol-1
②2H2(g)+SO2(g)S(l)+2H2O(g) ΔH2=+45.4 kJ·mol-1
③CO的燃烧热ΔH3=-283 kJ·mol-1
(3)表示液态硫(S)的燃烧热的热化学方程式为 。
(4)反应②中,正反应活化能E1 (填“>”“<”或“=”)ΔH2。
(5)在一定压强下,发生反应①。平衡时SO2的转化率[α(SO2)]与投料比[n(CO)n(SO2)=y]、温度(T)的关系如图所示。
比较平衡时CO的转化率[α(CO)]:N (填“>”“<”或“=”,下同)M。逆反应速率:N P。
(6)某温度下,向10 L恒容密闭容器中充入2 mol H2、2 mol CO和2 mol SO2发生反应①、②,第5 min时达到平衡,测得混合气体中CO2、H2O(g)的物质的量分别为1.6 mol、1.8 mol。该温度下,反应②的平衡常数K为 。其他条件不变,在第7 min时缩小容器体积,α(SO2) (填“增大”“减小”或“不变”)。
答案 (1)> (2)4.3×1013 (3)S(l)+O2(g)SO2(g) ΔH=-529 kJ·mol-1 (4)> (5)> < (6)2 700 增大
【综合集训】
1.(2019安徽定远重点中学月考,11)在密闭容器中,反应X2(g)+Y2(g)2XY(g) ΔH>0,达到甲平衡。在仅改变某一条件后,达到乙平衡,对此过程的分析正确的是( )
A.图Ⅰ是升高温度的变化情况
B.图Ⅱ是扩大容器体积的变化情况
C.图Ⅲ是增大压强的变化情况
D.图Ⅲ是升高温度的变化情况
答案 A
2.(2019江西赣州月考,14)碳酸二甲酯(CH3OCOOCH3,简称 DMC)是一种应用前景广泛的新材料。在密闭容器中按n(CH3OH)∶n(CO2)=2∶1 投料直接合成 DMC,反应方程式为2CH3OH(g)+CO2(g)CH3OCOOCH3(g)+H2O(g)。一定条件下, 平衡时CO2 的转化率如图所示。下列说法中不正确的是( )
A.该反应的正反应为放热反应
B.压强p2>p1
C.X 点对应的平衡常数为 0.1
D.X、Y、Z 三点对应的初始反应速率的关系为Z>Y>X
答案 C
3.(2019湖南永州月考,14)80 ℃时,NO2(g)+SO2(g) SO3(g)+NO(g)。该温度下,在甲、乙、丙三个体积相等且恒容的密闭容器中,投入NO2和SO2,起始浓度如下表所示,其中甲经 2 min达平衡时,NO2的转化率为50%。下列说法正确的是( )
起始浓度
甲
乙
丙
c(NO2)/(mol·L-1)
0.10
0.20
0.20
c(SO2)/(mol·L-1)
0.10
0.10
0.20
A.容器甲中的反应在前2 min的平均速率v(SO2)=0.10 mol·L-1·min-1
B.达到平衡时,容器丙中正反应速率与容器甲相等
C.温度升至90 ℃,上述反应平衡常数为1.56,则反应的ΔH>0
D.容器乙中若起始时改充0.10 mol·L-1NO2和0.20 mol·L-1SO2,达到平衡时c(NO)与原平衡不相同
答案 C
4.(2018湖北黄冈调研,12)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,图乙表示逆反应的平衡常数与温度的关系。则下列说法中错误的是( )
A.图甲中,ω2>1
B.图乙中,A线表示逆反应的平衡常数
C.温度为T1、ω=2时,Cl2的转化率为50%
D.若在恒容绝热装置中进行上述反应,达到平衡时,装置内的气体压强将增大
答案 C
5.(2018福建厦门质检,28节选)甲醇是重要的化工原料。利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂的作用下合成甲醇,可能发生的反应如下:
ⅰ.CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1
ⅱ.CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH2
ⅲ.CH3OH(g) CO(g)+2H2(g) ΔH3
回答下列问题:
(1)已知反应ⅱ中相关化学键键能数据如下:
化学键
H—H
CO
H—O
E/(kJ·mol-1)
436
803
1 076
465
由此计算ΔH2= kJ·mol-1。已知ΔH3=+99 kJ·mol-1,则ΔH1= kJ·mol-1。
(2)一定比例的合成气在装有催化剂的反应器中反应12小时。体系中甲醇的产率和催化剂的催化活性与温度的关系如下图所示。
温度为470 K时,图中P点 (填“是”或“不是”)处于平衡状态。在490 K之前,甲醇产率随着温度升高而增大的原因是 ;490 K之后,甲醇产率下降的原因是 。
答案 (1)+36 -63
(2)不是 温度越高化学反应速率越快 升高温度,反应ⅰ逆向移动,催化剂活性降低
【应用集训】
1.(2018湖北武汉调研,11)一定温度下,密闭容器中进行反应:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH<0。测得v正(SO2)随反应时间(t)的变化如图所示。下列有关说法正确的是 ( )
A.t2时改变的条件是:只加入一定量的SO2
B.在t1时平衡常数K1大于t3时平衡常数K3
C.t1时平衡混合气的M1大于t3时平衡混合气的M3
D.t1时平衡混合气中SO3的体积分数等于t3时平衡混合气中SO3的体积分数
答案 D
2.(2019江西南昌一模,28)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
3.(2018安徽合肥二模,28)工业废气、汽车尾气排放出的NOx、SO2等是形成酸雨的主要物质,其综合治理是当前重要的研究课题。
Ⅰ.NOx的消除。汽车尾气中的NO(g)和CO(g)在一定温度和催化剂条件下可发生反应:2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g) ΔH。
(1)已知:CO燃烧热的ΔH1=-283.0 kJ·mol-1,N2(g)+O2(g) 2NO(g) ΔH2=+180.5 kJ·mol-1,则ΔH= 。
(2)某研究小组探究催化剂对CO、NO转化的影响。将NO和CO以一定的流速通过两种不同的催化剂进行反应,相同时间内测量逸出气体中NO的含量,从而确定尾气脱氮率(脱氮率即NO的转化率),结果如图所示。
①以下说法中正确的是 (填字母)。
A.两种催化剂均能降低活化能,但ΔH不变
B.相同条件下,改变压强对脱氮率没有影响
C.曲线Ⅱ中的催化剂适用于450 ℃左右脱氮
D.曲线Ⅱ中催化剂脱氮率比曲线Ⅰ中的高
②若低于200 ℃,图中曲线Ⅰ脱氮率随温度升高变化不大的主要原因为 。
Ⅱ.SO2的综合利用
(3)某研究小组对反应NO2(g)+SO2(g) SO3(g)+NO(g) ΔH<0进行相关实验探究。在固定体积的密闭容器中,使用某种催化剂,改变原料气配比[n0(NO2)∶n0(SO2)]进行多组实验(各次实验的温度可能相同,也可能不同),测定NO2的平衡转化率[α(NO2)]。部分实验结果如图所示。
①如果将图中C点的平衡状态改变为B点的平衡状态,应采取的措施是 。
②图中C、D两点对应的实验温度分别为TC和TD,通过计算判断:TC TD(填“>”“=”或“<”)。
答案 (1)-746.5 kJ·mol-1
(2)①AC ②温度较低时,催化剂的活性偏低
(3)①降低温度 ②=
【五年高考】
考点一 化学反应速率
1.(2018江苏单科,10,2分)下列说法正确的是( )
A.氢氧燃料电池放电时化学能全部转化为电能
B.反应4Fe(s)+3O2(g)2Fe2O3(s)常温下可自发进行,该反应为吸热反应
C.3 mol H2与1 mol N2混合反应生成NH3,转移电子的数目小于6×6.02×1023
D.在酶催化淀粉水解反应中,温度越高淀粉水解速率越快
答案 C
2.(2017江苏单科,10,2分)H2O2分解速率受多种因素影响。实验测得70 ℃时不同条件下H2O2浓度随时间的变化如图所示。下列说法正确的是( )
A.图甲表明,其他条件相同时,H2O2浓度越小,其分解速率越快
B.图乙表明,其他条件相同时,溶液pH越小,H2O2分解速率越快
C.图丙表明,少量Mn2+存在时,溶液碱性越强,H2O2分解速率越快
D.图丙和图丁表明,碱性溶液中,Mn2+对H2O2分解速率的影响大
答案 D
3.(2018课标Ⅲ,28,15分)三氯氢硅(SiHCl3)是制备硅烷、多晶硅的重要原料。回答下列问题:
(1)SiHCl3在常温常压下为易挥发的无色透明液体,遇潮气时发烟生成(HSiO)2O等,写出该反应的化学方程式 。
(2)SiHCl3在催化剂作用下发生反应:
2SiHCl3(g) SiH2Cl2(g)+SiCl4(g) ΔH1=48 kJ·mol-1
3SiH2Cl2(g) SiH4(g)+2SiHCl3(g) ΔH2=-30 kJ·mol-1
则反应4SiHCl3(g) SiH4(g)+3SiCl4(g)的ΔH为 kJ·mol-1。
(3)对于反应2SiHCl3(g) SiH2Cl2(g)+SiCl4(g),采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂,在323 K和343 K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。
①343 K时反应的平衡转化率α= %。平衡常数K343 K= (保留2位小数)。
②在343 K下:要提高SiHCl3转化率,可采取的措施是 ;要缩短反应达到平衡的时间,可采取的措施有 、 。
③比较a、b处反应速率大小:va vb(填“大于”“小于”或“等于”)。反应速率v=v正-v逆=k正xSiHCl32-k逆xSiH2Cl2xSiCl4,k正、k逆分别为正、逆向反应速率常数,x为物质的量分数,计算a处的v正v逆= (保留1位小数)。
答案 (1)2SiHCl3+3H2O (HSiO)2O+6HCl
(2)114
(3)①22 0.02
②及时移去产物 改进催化剂 提高反应物压强(浓度)
③大于 1.3
考点二 化学平衡 化学反应进行的方向
4.(2018天津理综,5,6分)室温下,向圆底烧瓶中加入1 mol C2H5OH和含1 mol HBr的氢溴酸,溶液中发生反应:C2H5OH+HBr C2H5Br+H2O,充分反应后达到平衡。已知常压下,C2H5Br和C2H5OH的沸点分别为38.4 ℃和78.5 ℃。下列有关叙述错误的是( )
A.加入NaOH,可增大乙醇的物质的量
B.增大HBr浓度,有利于生成C2H5Br
C.若反应物均增大至2 mol,则两种反应物平衡转化率之比不变
D.若起始温度提高至60 ℃,可缩短反应达到平衡的时间
答案 D
5.(2017天津理综,6,6分)常压下羰基化法精炼镍的原理为:Ni(s)+4CO(g) Ni(CO)4(g)。230 ℃时,该反应的平衡常数K=2×10-5。已知:Ni(CO)4的沸点为42.2 ℃,固体杂质不参与反应。
第一阶段:将粗镍与CO反应转化成气态Ni(CO)4;
第二阶段:将第一阶段反应后的气体分离出来,加热至230 ℃制得高纯镍。
下列判断正确的是( )
A.增加c(CO),平衡向正向移动,反应的平衡常数增大
B.第一阶段,在30 ℃和50 ℃两者之间选择反应温度,选50 ℃
C.第二阶段,Ni(CO)4分解率较低
D.该反应达到平衡时,v生成[Ni(CO)4]=4v生成(CO)
答案 B
6.(2016江苏单科,15,4分)一定温度下,在3个体积均为1.0 L的恒容密闭容器中反应2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)达到平衡。下列说法正确的是( )
容器
温度/K
物质的起始浓度
/mol·L-1
物质的平衡浓
度/mol·L-1
c(H2)
c(CO)
c(CH3OH)
c(CH3OH)
Ⅰ
400
0.20
0.10
0
0.080
Ⅱ
400
0.40
0.20
0
Ⅲ
500
0
0
0.10
0.025
A.该反应的正反应放热
B.达到平衡时,容器Ⅰ中反应物转化率比容器Ⅱ中的大
C.达到平衡时,容器Ⅱ中c(H2)大于容器Ⅲ中c(H2)的两倍
D.达到平衡时,容器Ⅲ中的正反应速率比容器Ⅰ中的大
答案 AD
7.(2019课标Ⅲ,28,15分)近年来,随着聚酯工业的快速发展,氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。因此,将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。回答下列问题:
(1)Deacon发明的直接氧化法为4HCl(g)+O2(g) 2Cl2(g)+2H2O(g)。下图为刚性容器中,进料浓度比c(HCl)∶c(O2)分别等于1∶1、4∶1、7∶1时HCl平衡转化率随温度变化的关系:
可知反应平衡常数K(300 ℃) K(400 ℃)(填“大于”或“小于”)。设HCl初始浓度为c0,根据进料浓度比c(HCl)∶c(O2)=1∶1的数据计算K(400 ℃)= (列出计算式)。按化学计量比进料可以保持反应物高转化率,同时降低产物分离的能耗。进料浓度比c(HCl)∶c(O2)过低、过高的不利影响分别是 。
(2)Deacon直接氧化法可按下列催化过程进行:
CuCl2(s)CuCl(s)+12Cl2(g) ΔH1=83 kJ·mol-1
CuCl(s)+12O2(g)CuO(s)+12Cl2(g) ΔH2=-20 kJ·mol-1
CuO(s)+2HCl(g)CuCl2(s)+H2O(g) ΔH3=-121 kJ·mol-1
则4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)的ΔH= kJ·mol-1。
(3)在一定温度的条件下,进一步提高HCl的转化率的方法是 。(写出2种)
(4)在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上,科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工艺方案,主要包括电化学过程和化学过程,如下图所示:
负极区发生的反应有 (写反应方程式)。电路中转移1 mol电子,需消耗氧气 L(标准状况)。
答案 (1)大于 (0.42)2×(0.42)2(1-0.84)4×(1-0.21)c0
O2和Cl2分离能耗较高、HCl转化率较低
(2)-116 (3)增加反应体系压强、及时除去产物
(4)Fe3++e- Fe2+,4Fe2++O2+4H+ 4Fe3++2H2O 5.6
8.(2017课标Ⅱ,27,14分)丁烯是一种重要的化工原料,可由丁烷催化脱氢制备。回答下列问题:
(1)正丁烷(C4H10)脱氢制1-丁烯(C4H8)的热化学方程式如下:
①C4H10(g)C4H8(g)+H2(g) ΔH1
已知:②C4H10(g)+12O2(g)C4H8(g)+H2O(g)
ΔH2=-119 kJ·mol-1
③H2(g)+12O2(g)H2O(g)
ΔH3=-242 kJ·mol-1
反应①的ΔH1为 kJ·mol-1。图(a)是反应①平衡转化率与反应温度及压强的关系图,x 0.1(填“大于”或“小于”);欲使丁烯的平衡产率提高,应采取的措施是 (填标号)。
A.升高温度 B.降低温度 C.增大压强 D.降低压强
(2)丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器(氢气的作用是活化催化剂),出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。图(b)为丁烯产率与进料气中n(氢气)/n(丁烷)的关系。图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势,其降低的原因是 。
(3)图(c)为反应产率和反应温度的关系曲线,副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。丁烯产率在590 ℃之前随温度升高而增大的原因可能是 、
;590 ℃之后,丁烯产率快速降低的主要原因可能是 。
答案 (1)123 小于 AD
(2)氢气是产物之一,随着n(氢气)/n(丁烷)增大,逆反应速率增大
(3)升高温度有利于反应向吸热方向进行 温度升高反应速率加快 丁烯高温裂解生成短链烃类
考点三 化学平衡的相关计算
9.(2015天津理综,6,6分)某温度下,在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
10.(2015重庆理综,7,6分)羰基硫(COS)可作为一种粮食熏蒸剂,能防止某些昆虫、线虫和真菌的危害。在恒容密闭容器中,将CO和H2S混合加热并达到下列平衡:
CO(g)+H2S(g) COS(g)+H2(g) K=0.1
反应前CO物质的量为10 mol,平衡后CO物质的量为8 mol。下列说法正确的是( )
A.升高温度,H2S浓度增加,表明该反应是吸热反应
B.通入CO后,正反应速率逐渐增大
C.反应前H2S物质的量为7 mol
D.CO的平衡转化率为80%
答案 C
11.(2019课标Ⅱ,27,15分)环戊二烯()是重要的有机化工原料,广泛用于农药、橡胶、塑料等生产。回答下列问题:
(1)已知:(g) (g)+H2(g) ΔH1=100.3 kJ·mol-1 ①
H2(g)+I2(g) 2HI(g) ΔH2=-11.0 kJ·mol-1 ②
对于反应:(g)+I2(g) (g)+2HI(g) ③ ΔH3= kJ·mol-1。
(2)某温度下,等物质的量的碘和环戊烯()在刚性容器内发生反应③,起始总压为105 Pa,平衡时总压增加了20%,环戊烯的转化率为 ,该反应的平衡常数Kp= Pa。达到平衡后,欲增加环戊烯的平衡转化率,可采取的措施有 (填标号)。
A.通入惰性气体 B.提高温度
C.增加环戊烯浓度 D.增加碘浓度
(3)环戊二烯容易发生聚合生成二聚体,该反应为可逆反应。不同温度下,溶液中环戊二烯浓度与反应时间的关系如图所示,下列说法正确的是 (填标号)。
A.T1>T2
B.a点的反应速率小于c点的反应速率
C.a点的正反应速率大于b点的逆反应速率
D.b点时二聚体的浓度为0.45 mol·L-1
(4)环戊二烯可用于制备二茂铁[Fe(C5H5)2,结构简式为],后者广泛应用于航天、化工等领域中。二茂铁的电化学制备原理如图所示,其中电解液为溶解有溴化钠(电解质)和环戊二烯的DMF溶液(DMF为惰性有机溶剂)。
该电解池的阳极为 ,总反应为 。电解制备需要在无水条件下进行,原因为 。
答案 (1)89.3
(2)40% 3.56×104 BD
(3)CD
(4)Fe电极
水会阻碍中间物Na的生成;水会电解生成OH-,进一步与Fe2+反应生成Fe(OH)2
12.(2017课标Ⅲ,28,14分)砷(As)是第四周期ⅤA族元素,可以形成As2S3、As2O5、H3AsO3、H3AsO4等化合物,有着广泛的用途。回答下列问题:
(1)画出砷的原子结构示意图 。
(2)工业上常将含砷废渣(主要成分为As2S3)制成浆状,通入O2氧化,生成H3AsO4和单质硫。写出发生反应的化学方程式 。该反应需要在加压下进行,原因是 。
(3)已知:As(s)+32H2(g)+2O2(g) H3AsO4(s) ΔH1
H2(g)+12O2(g) H2O(l) ΔH2
2As(s)+52O2(g) As2O5(s) ΔH3
则反应As2O5(s)+3H2O(l) 2H3AsO4(s)的ΔH= 。
(4)298 K时,将20 mL 3x mol·L-1 Na3AsO3、20 mL 3x mol·L-1 I2和20 mL NaOH溶液混合,发生反应:AsO33-(aq)+I2(aq)+2OH-(aq) AsO43-(aq)+2I-(aq)+H2O(l)。溶液中c(AsO43-)与反应时间(t)的关系如图所示。
①下列可判断反应达到平衡的是 (填标号)。
a.溶液的pH不再变化
b.v(I-)=2v(AsO33-)
c.c(AsO43-)/c(AsO33-)不再变化
d.c(I-)=y mol·L-1
②tm时,v正 v逆(填“大于”“小于”或“等于”)。
③tm时v逆 tn时v逆(填“大于”“小于”或“等于”),理由是 。
④若平衡时溶液的pH=14,则该反应的平衡常数K为 。
答案 (1)
(2)2As2S3+5O2+6H2O 4H3AsO4+6S
增加反应物O2的浓度,提高As2S3的转化速率
(3)2ΔH1-3ΔH2-ΔH3
(4)①a、c ②大于 ③小于 tm时生成物浓度较低
④4y3(x-y)2 (mol·L-1)-1
13.(2016四川理综,11,16分)资源的高效利用对保护环境、促进经济持续健康发展具有重要作用。磷尾矿主要含Ca5(PO4)3F和CaCO3·MgCO3。某研究小组提出了磷尾矿综合利用的研究方案,制备具有重要工业用途的CaCO3、Mg(OH)2、P4和H2,其简化流程如下:
NH4NO3 (NH4)2SO4 SiO2、C
已知:①Ca5(PO4)3F在950 ℃不分解;
②4Ca5(PO4)3F+18SiO2+30C 2CaF2+30CO+18CaSiO3+3P4
请回答下列问题:
(1)950 ℃煅烧磷尾矿生成气体的主要成分是 。
(2)实验室过滤所需的玻璃仪器是 。
(3)NH4NO3溶液能从磷矿Ⅰ中浸取出Ca2+的原因是 。
(4)在浸取液Ⅱ中通入NH3,发生反应的化学方程式是 。
(5)工业上常用磷精矿[Ca5(PO4)3F]和硫酸反应制备磷酸。已知25 ℃,101 kPa时:
CaO(s)+H2SO4(l) CaSO4(s)+H2O(l) ΔH=-271 kJ/mol
5CaO(s)+3H3PO4(l)+HF(g) Ca5(PO4)3F(s)+5H2O(l) ΔH=-937 kJ/mol
则Ca5(PO4)3F和硫酸反应生成磷酸的热化学方程式是 。
(6)在一定条件下CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g),当CO与H2O(g)的起始物质的量之比为1∶5,达平衡时,CO转化了56。若a kg含Ca5(PO4)3F(相对分子质量为504)的质量分数为10%的磷尾矿,在上述过程中有b%的Ca5(PO4)3F转化为P4,将产生的CO与H2O(g)按起始物质的量之比1∶3混合,则在相同条件下达平衡时能产生H2 kg。
答案 (1)CO2
(2)漏斗、烧杯、玻璃棒
(3)NH4+水解使溶液呈酸性,与CaO、Ca(OH)2反应生成Ca2+
(4)MgSO4+2NH3+2H2O Mg(OH)2↓+(NH4)2SO4
(5)Ca5(PO4)3F(s)+5H2SO4(l) 5CaSO4(s)+3H3PO4(l)+HF(g) ΔH=-418 kJ/mol
(6)ab44 800
14.(2016浙江理综,28,15分)催化还原CO2是解决温室效应及能源问题的重要手段之一。研究表明,在Cu/ZnO催化剂存在下,CO2和H2可发生两个平行反应,分别生成CH3OH和CO。反应的热化学方程式如下:
CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)
ΔH1=-53.7 kJ·mol-1 Ⅰ
CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH2 Ⅱ
某实验室控制CO2和H2初始投料比为1∶2.2,在相同压强下,经过相同反应时间测得如下实验数据:
T(K)
催化剂
CO2转化率(%)
甲醇选择性(%)
543
Cat.1
12.3
42.3
543
Cat.2
10.9
72.7
553
Cat.1
15.3
39.1
553
Cat.2
12.0
71.6
【备注】Cat.1:Cu/ZnO纳米棒;Cat.2:Cu/ZnO纳米片;甲醇选择性:转化的CO2中生成甲醇的百分比
已知:①CO和H2的标准燃烧热分别为-283.0 kJ·mol-1和-285.8 kJ·mol-1
②H2O(l) H2O(g) ΔH3=+44.0 kJ·mol-1
请回答(不考虑温度对ΔH的影响):
(1)反应Ⅰ的平衡常数表达式K= ;反应Ⅱ的ΔH2= kJ·mol-1。
(2)有利于提高CO2转化为CH3OH平衡转化率的措施有 。
A.使用催化剂Cat.1
B.使用催化剂Cat.2
C.降低反应温度
D.投料比不变,增加反应物的浓度
E.增大CO2和H2的初始投料比
(3)表中实验数据表明,在相同温度下不同的催化剂对CO2转化成CH3OH的选择性有显著的影响,其原因是 。
(4)在图中分别画出反应Ⅰ在无催化剂、有Cat.1和有Cat.2三种情况下“反应过程-能量”示意图。
(5)研究证实,CO2也可在酸性水溶液中通过电解生成甲醇,则生成甲醇的反应发生在 极,该电极反应式是 。
答案 (1)c(CH3OH)·c(H2O)c(CO2)·c3(H2) +41.2
(2)CD
(3)表中数据表明此时反应未达到平衡,不同的催化剂对反应Ⅰ的催化能力不同,因而在该时刻下对甲醇选择性有影响
(4)
(5)阴 CO2+6H++6e- CH3OH+H2O
15.(2019课标Ⅰ,28,14分)水煤气变换[CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)]是重要的化工过程,主要用于合成氨、制氢以及合成气加工等工业领域中。回答下列问题:
(1)Shibata曾做过下列实验:①使纯H2缓慢地通过处于721 ℃下的过量氧化钴CoO(s),氧化钴部分被还原为金属钴Co(s),平衡后气体中H2的物质的量分数为0.025 0。②在同一温度下用CO还原CoO(s),平衡后气体中CO的物质的量分数为0.019 2。
根据上述实验结果判断,还原CoO(s)为Co(s)的倾向是CO H2(填“大于”或“小于”)。
(2)721 ℃时,在密闭容器中将等物质的量的CO(g)和H2O(g)混合,采用适当的催化剂进行反应,则平衡时体系中H2的物质的量分数为 (填标号)。
A.<0.25 B.0.25 C.0.25~0.50 D.0.50 E.>0.50
(3)我国学者结合实验与计算机模拟结果,研究了在金催化剂表面上水煤气变换的反应历程,如图所示,其中吸附在金催化剂表面上的物种用*标注。
可知水煤气变换的ΔH 0(填“大于”“等于”或“小于”)。该历程中最大能垒(活化能)E正= eV,写出该步骤的化学方程式 。
(4)Shoichi研究了467 ℃、489 ℃时水煤气变换中CO和H2分压随时间变化关系(如下图所示),催化剂为氧化铁,实验初始时体系中的pH2O和pCO相等、pCO2和pH2相等。
计算曲线a的反应在30~90 min内的平均速率v(a)= kPa·min-1。467 ℃时pH2和pCO随时间变化关系的曲线分别是 、 。489 ℃时pH2和pCO随时间变化关系的曲线分别是 、 。
答案 (1)大于
(2)C
(3)小于 2.02 COOH*+H*+H2O* COOH*+2H*+OH*(或H2O* H*+OH*)
(4)0.004 7 b c a d
16.(2018课标Ⅰ,28,15分)采用N2O5为硝化剂是一种新型的绿色硝化技术,在含能材料、医药等工业中得到广泛应用。回答下列问题:
(1)1840年Devil用干燥的氯气通过干燥的硝酸银,得到N2O5。该反应的氧化产物是一种气体,其分子式为 。
(2)F.Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25 ℃时N2O5(g)分解反应:
2N2O5(g) 4NO2(g)+O2(g)
2N2O4(g)
其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡。体系的总压强p随时间t的变化如下表所示[t=∞时,N2O5(g)完全分解]:
t/min
0
40
80
160
260
1 300
1 700
∞
p/kPa
35.8
40.3
42.5
45.9
49.2
61.2
62.3
63.1
①已知:2N2O5(g) 2N2O4(g)+O2(g) ΔH1=-4.4 kJ·mol-1
2NO2(g) N2O4(g) ΔH2=-55.3 kJ·mol-1
则反应N2O5(g) 2NO2(g)+12O2(g)的ΔH= kJ·mol-1。
②研究表明,N2O5(g)分解的反应速率v=2×10-3×pN2O5(kPa·min-1)。t=62 min时,测得体系中pO2=2.9 kPa,则此时的pN2O5= kPa,v= kPa·min-1。
③若提高反应温度至35 ℃,则N2O5(g)完全分解后体系压强p∞(35 ℃) 63.1 kPa(填“大于”“等于”或“小于”),原因是 。
④25 ℃时N2O4(g) 2NO2(g)反应的平衡常数Kp= kPa(Kp为以分压表示的平衡常数,计算结果保留1位小数)。
(3)对于反应2N2O5(g) 4NO2(g)+O2(g),R.A.Ogg提出如下反应历程:
第一步 N2O5 NO2+NO3 快速平衡
第二步 NO2+NO3 NO+NO2+O2 慢反应
第三步 NO+NO3 2NO2 快反应
其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡。下列表述正确的是 (填标号)。
A.v(第一步的逆反应)>v(第二步反应)
B.反应的中间产物只有NO3
C.第二步中NO2与NO3的碰撞仅部分有效
D.第三步反应活化能较高
答案 (1)O2 (2)①53.1 ②30.0 6.0×10-2 ③大于 温度提高,体积不变,总压强提高;NO2二聚为放热反应,温度提高,平衡左移,体系物质的量增加,总压强提高 ④13.4
(3)AC
教师专用题组
考点一 化学反应速率
1.(2015福建理综,12,6分)在不同浓度(c)、温度(T)条件下,蔗糖水解的瞬时速率(v)如下表。下列判断不正确的是( )
c/mol·L-1 v/mmol·L-1·min-1T/K
0.600
0.500
0.400
0.300
318.2
3.60
3.00
2.40
1.80
328.2
9.00
7.50
a
4.50
b
2.16
1.80
1.44
1.08
A.a=6.00
B.同时改变反应温度和蔗糖的浓度,v可能不变
C.b<318.2
D.不同温度时,蔗糖浓度减少一半所需的时间相同
答案 D
2.(2015安徽理综,11,6分)汽车尾气中NO产生的反应为:N2(g)+O2(g)2NO(g)。一定条件下,等物质的量的N2(g)和O2(g)在恒容密闭容器中反应,如图曲线a表示该反应在温度T下N2的浓度随时间的变化,曲线b表示该反应在某一起始反应条件改变时N2的浓度随时间的变化。下列叙述正确的是( )
A.温度T下,该反应的平衡常数K=4(c0-c1)2c12
B.温度T下,随着反应的进行,混合气体的密度减小
C.曲线b对应的条件改变可能是加入了催化剂
D.若曲线b对应的条件改变是温度,可判断该反应的ΔH<0
答案 A
考点二 化学平衡 化学反应进行的方向
3.(2015四川理综,7,6分)一定量的CO2与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应:C(s)+CO2(g) 2CO(g),平衡时,体系中气体体积分数与温度的关系如图所示:
已知:气体分压(p分)=气体总压(p总)×体积分数。下列说法正确的是( )
A.550 ℃时,若充入惰性气体,v正、v逆均减小,平衡不移动
B.650 ℃时,反应达平衡后CO2的转化率为25.0%
C.T ℃时,若充入等体积的CO2和CO,平衡向逆反应方向移动
D.925 ℃时,用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp=24.0p总
答案 B
4.(2016课标Ⅱ,27,14分)丙烯腈(CH2CHCN)是一种重要的化工原料,工业上可用“丙烯氨氧化法”生产,主要副产物有丙烯醛(CH2CHCHO)和乙腈(CH3CN)等。回答下列问题:
(1)以丙烯、氨、氧气为原料,在催化剂存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副产物丙烯醛(C3H4O)的热化学方程式如下:
①C3H6(g)+NH3(g)+32O2(g) C3H3N(g)+3H2O(g) ΔH=-515 kJ·mol-1
②C3H6(g)+O2(g) C3H4O(g)+H2O(g) ΔH=-353 kJ·mol-1
两个反应在热力学上趋势均很大,其原因是 ;有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是 ;提高丙烯腈反应选择性的关键因素是 。
(2)图(a)为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线,最高产率对应的温度为460 ℃。低于460 ℃时,丙烯腈的产率 (填“是”或“不是”)对应温度下的平衡产率,判断理由是 ;高于460 ℃时,丙烯腈产率降低的可能原因是 (双选,填标号)。
A.催化剂活性降低 B.平衡常数变大 C.副反应增多 D.反应活化能增大
(3)丙烯腈和丙烯醛的产率与n(氨)/n(丙烯)的关系如图(b)所示。由图可知,最佳n(氨)/n(丙烯)约为 ,理由是 。进料气氨、空气、丙烯的理论体积比约为 。
答案 (1)两个反应均为放热量大的反应 降低温度、降低压强 催化剂
(2)不是 该反应为放热反应,平衡产率应随温度升高而降低 AC
(3)1 该比例下丙烯腈产率最高,而副产物丙烯醛产率最低 1∶7.5∶1
5.(2016课标Ⅲ,27,15分)煤燃烧排放的烟气含有SO2和NOx,形成酸雨、污染大气,采用NaClO2溶液作为吸收剂可同时对烟气进行脱硫、脱硝。回答下列问题:
(1)NaClO2的化学名称为 。
(2)在鼓泡反应器中通入含有SO2和NO的烟气,反应温度323 K,NaClO2溶液浓度为5×10-3 mol·L-1。反应一段时间后溶液中离子浓度的分析结果如下表。
离子
SO42-
SO32-
NO3-
NO2-
Cl-
c/(mol·L-1)
8.35×10-4
6.87×10-6
1.5×10-4
1.2×10-5
3.4×10-3
①写出NaClO2溶液脱硝过程中主要反应的离子方程式 。增加压强,NO的转化率 (填“提高”“不变”或“降低”)。
②随着吸收反应的进行,吸收剂溶液的pH逐渐 (填“增大”“不变”或“减小”)。
③由实验结果可知,脱硫反应速率 脱硝反应速率(填“大于”或“小于”)。原因是除了SO2和NO在烟气中的初始浓度不同,还可能是 。
(3)在不同温度下,NaClO2溶液脱硫、脱硝的反应中SO2和NO的平衡分压pc如图所示。
①由图分析可知,反应温度升高,脱硫、脱硝反应的平衡常数均 (填“增大”“不变”或“减小”)。
②反应ClO2-+2SO32- 2SO42-+Cl-的平衡常数K表达式为 。
(4)如果采用NaClO、Ca(ClO)2替代NaClO2,也能得到较好的烟气脱硫效果。
①从化学平衡原理分析,Ca(ClO)2相比NaClO具有的优点是 。
②已知下列反应:
SO2(g)+2OH-(aq) SO32-(aq)+H2O(l) ΔH1
ClO-(aq)+SO32-(aq) SO42-(aq)+Cl-(aq) ΔH2
CaSO4(s) Ca2+(aq)+SO42-(aq) ΔH3
则反应SO2(g)+Ca2+(aq)+ClO-(aq)+2OH-(aq) CaSO4(s)+H2O(l)+Cl-(aq)的ΔH= 。
答案 (1)亚氯酸钠(2分)
(2)①4NO+3ClO2-+4OH- 4NO3-+2H2O+3Cl-(2分) 提高(1分) ②减小(1分)
③大于(1分) NO溶解度较低或脱硝反应活化能较高(1分)
(3)①减小(1分)
②c2(SO42-)·c(Cl-)c2(SO32-)·c(ClO2-)(2分)
(4)①形成CaSO4沉淀,反应平衡向产物方向移动,SO2转化率提高(2分)
②ΔH1+ΔH2-ΔH3(2分)
考点三 化学平衡的相关计算
7.(2015天津理综,10,14分)FeCl3具有净水作用,但腐蚀设备,而聚合氯化铁是一种新型的絮凝剂,处理污水比FeCl3高效,且腐蚀性小。请回答下列问题:
(1)FeCl3净水的原理是 。FeCl3溶液腐蚀钢铁设备,除H+作用外,另一主要原因是(用离子方程式表示) 。
(2)为节约成本,工业上用NaClO3氧化酸性FeCl2废液得到FeCl3。
①若酸性FeCl2废液中c(Fe2+)=2.0×10-2 mol·L-1,c(Fe3+)=1.0×10-3 mol·L-1,c(Cl-)=5.3×10-2 mol·L-1,则该溶液的pH约为 。
②完成NaClO3氧化FeCl2的离子方程式:
ClO3-+ Fe2++ Cl-+ Fe3++
(3)FeCl3在溶液中分三步水解:
Fe3++H2O Fe(OH)2++H+ K1
Fe(OH)2++H2O Fe(OH)2++H+ K2
Fe(OH)2++H2O Fe(OH)3+H+ K3
以上水解反应的平衡常数K1、K2、K3由大到小的顺序是 。
通过控制条件,以上水解产物聚合,生成聚合氯化铁,离子方程式为:
xFe3++yH2O Fex(OH)y(3x-y)++yH+
欲使平衡正向移动可采用的方法是(填序号) 。
a.降温 b.加水稀释 c.加入NH4Cl d.加入NaHCO3
室温下,使氯化铁溶液转化为高浓度聚合氯化铁的关键条件是 。
(4)天津某污水处理厂用聚合氯化铁净化污水的结果如下图所示。由图中数据得出每升污水中投放聚合氯化铁[以Fe(mg·L-1)表示]的最佳范围约为 mg·L-1。
答案 (1)Fe3+水解产生的Fe(OH)3胶体粒子能吸附水中悬浮的杂质 2Fe3++Fe 3Fe2+
(2)①2 ②1 6 6H+ 1 6 3H2O
(3)K1>K2>K3 bd 调节溶液的pH
(4)18~20
8.(2015浙江理综,28,15分)乙苯催化脱氢制苯乙烯反应:
(1)已知:
化学键
C—H
C—C
C C
H—H
键能/kJ·mol-1
412
348
612
436
计算上述反应的ΔH= kJ·mol-1。
(2)维持体系总压p恒定,在温度T时,物质的量为n、体积为V的乙苯蒸气发生催化脱氢反应。已知乙苯的平衡转化率为α,则在该温度下反应的平衡常数K= (用α等符号表示)。
(3)工业上,通常在乙苯蒸气中掺混水蒸气(原料气中乙苯和水蒸气的物质的量之比为1∶9),控制反应温度600 ℃,并保持体系总压为常压的条件下进行反应。在不同反应温度下,乙苯的平衡转化率和某催化剂作用下苯乙烯的选择性(指除了H2以外的产物中苯乙烯的物质的量分数)示意图如下:
①掺入水蒸气能提高乙苯的平衡转化率,解释说明该事实 。
②控制反应温度为600 ℃的理由是 。
(4)某研究机构用CO2代替水蒸气开发了绿色化学合成工艺——乙苯-二氧化碳耦合催化脱氢制苯乙烯。保持常压和原料气比例不变,与掺水蒸气工艺相比,在相同的生产效率下,可降低操作温度;该工艺中还能够发生反应:CO2+H2 CO+H2O,CO2+C 2CO。新工艺的特点有 (填编号)。
①CO2与H2反应,使乙苯脱氢反应的化学平衡右移
②不用高温水蒸气,可降低能量消耗
③有利于减少积炭
④有利于CO2资源利用
答案 (1)124 (2)α2(1-α2)p或nα2(1-α2)V
(3)①正反应方向气体分子数增加,加入水蒸气稀释,相当于起减压的效果
②600 ℃,乙苯的转化率和苯乙烯的选择性均较高。温度过低,反应速率慢,转化率低;温度过高,选择性下降。高温还可能使催化剂失活,且能耗大
(4)①②③④
【三年模拟】
时间:45分钟 分值:100分
一、选择题(每题6分,共42分,每小题只有一个选项正确)
1.(2019上海黄浦调研,17)下图是合成氨反应的正、逆反应速率随反应时间变化的示意图,有关叙述错误的是( )
A.状态Ⅰ和状态Ⅱ时,反应均处于平衡状态
B.状态Ⅰ变化为状态Ⅱ的过程,称为化学平衡移动
C.t1时刻平衡向正反应方向移动,平衡常数增大
D.同一种反应物在状态Ⅰ和状态Ⅱ时,浓度不相等
答案 C
2.(2019山西太原期末,19)以反应5H2C2O4+2MnO4-+6H+ 10CO2↑+2Mn2++8H2O为例探究“外界条件对化学反应速率的影响”。实验时,分别量取H2C2O4溶液和酸性KMnO4溶液,迅速混合并开始计时,通过测定溶液褪色所需时间来判断反应的快慢。
编号
H2C2O4溶液
酸性KMnO4溶液
温度/℃
浓度/mol·L-1
体积/mL
浓度/mol·L-l
体积/mL
①
0.10
2.0
0.010
4.0
25
②
0.20
2.0
0.010
4.0
25
③
0.20
2.0
0.010
4.0
50
下列说法不正确的是( )
A.实验①、②、③所加的H2C2O4溶液均要过量
B.实验①测得KMnO4溶液的褪色时间为40 s,则这段时间内v(KMnO4)=2.5×10-4 mol·L-1·s-1
C.实验①和②是探究浓度对化学反应速率的影响,实验②和③是探究温度对化学反应速率的影响
D.实验①和②起初反应均很慢,过了一会儿速率突然增大,可能是生成的Mn2+对反应起催化作用
答案 B
3.(2019安徽定远期末,6)在2 L恒容密闭容器中加入0.100 mol NO和2.030 mol固体活性炭,发生反应:2NO(g)+C(s) N2(g)+CO2(g)。在不同温度下测得平衡体系中各物质的物质的量如下表,下列说法正确的是( )
温度/℃
C(s)/mol
NO/mol
N2/mol
CO2/mol
200
2.000
0.040 0
0.030 0
0.030 0
335
2.005
0.050 0
0.025 0
0.025 0
A.该反应的正反应为吸热反应
B.反应体系在335 ℃时的平衡常数为0.25
C.335 ℃与200 ℃时相比,活化分子个数、活化分子百分数及焓变均大
D.200 ℃时,平衡后向恒容容器中再充入0.10 mol NO,再次平衡时,NO的百分含量将增大
答案 B
4.(2019河北邢台期末,21)有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3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( )
容器
起始时
T/℃
n(HCl)/mol
Z
Ⅰ
300
0.25
a
Ⅱ
300
0.25
b
Ⅲ
300
0.25
4
A.ΔH<0
B.a<4
D.300 ℃时,该反应平衡常数的值为320
答案 D
5.(2019陕西西安高新一中月考,7)恒温条件下,在体积不变的密闭容器中,有可逆反应X(s)+2Y(g)2Z(g) ΔH<0,下列说法一定正确的是( )
A.0.2 mol X和0.4 mol Y充分反应,Z的物质的量可能会达到0.35 mol
B.从容器中移出部分反应物X,则正反应速率将减小
C.当ΔH不变时,反应将达到平衡
D.向反应体系中继续通入足量Y气体,X有可能被反应完全
答案 A
6.(2018湖北重点高中联考,11)氯酸钾和亚硫酸氢钾溶液能发生氧化还原反应:ClO3-+3HSO3- 3SO42-+Cl-+3H+。已知该反应的反应速率随c(H+)的增大而加快。如图为用ClO3-在单位时间内物质的量浓度变化表示的该反应的v-t图。下列说法中不正确的是( )
A.反应开始时速率增大可能是c(H+)增大所致
B.纵坐标为v(Cl-)的v-t曲线与图中曲线完全重合
C.图中阴影部分的面积表示t1~t2时间内ClO3-的物质的量的减少量
D.后期反应速率减小的主要原因是反应物浓度减小
答案 C
7.(2018河北衡水中学大联考,16)一定温度下,将2 mol SO2和1 mol O2充入10 L恒容密闭容器中,发生反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH=-196 kJ·mol-1。5 min时达到平衡,测得反应放热166.6 kJ。下列说法错误的是( )
A.0~5 min内,用O2表示的平均反应速率v(O2)=0.017 mol·L-1·min-1
B.n(O2)n(SO3)的值不变时,该反应达到平衡状态
C.若增大O2的浓度,SO2的转化率增大
D.条件不变,起始向容器中充入4 mol SO2和2 mol O2,平衡时放热小于333.2 kJ
答案 D
二、选择题(每题6分,共18分,每小题有一个或两个选项正确)
8.(2019北京朝阳二模改编)乙烯气相直接水合反应制备乙醇:C2H4(g)+H2O(g) C2H5OH(g)。乙烯的平衡转化率随温度、压强的变化关系如下[起始时,n(H2O)=n(C2H4)=1 mol,容器体积为1 L]。
下列分析不正确的是( )
A.乙烯气相直接水合反应的ΔH<0
B.图中压强的大小关系为p1>p2>p3
C.图中a点对应的平衡常数K=516
D.达到平衡状态a、b所需要的时间:b>a
答案 BD
9.(2020届山东临沂质检,14)在2 L密闭容器中进行反应C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) ΔH>0。测得c(H2O)随反应时间(t)的变化如图所示。下列判断正确的是( )
A.0~5 min内,v(CO)=0.10 mol·L-1·min-1
B.10 min时,改变的外界条件可能是减小压强
C.5 min时该反应的v正大于11 min时的v逆
D.5 min时该反应的K值一定小于12 min时的K值
答案 AD
10.(2020届山东历城二中质检,15)CO2和CH4的反应为CH4(g)+CO2(g) 2H2(g)+2CO(g) ΔH。向V L恒容密闭容器中通入2 mol CH4和4 mol CO2,测得CO2的物质的量浓度随温度、时间的变化关系如图所示。下列说法不正确的是( )
A.ΔH>0,V=2
B.T1 ℃时,容器在b点时的压强与起始压强之比为7∶6
C.T2 ℃时,反应10 min后到达a点,0~10 min内用CO表示的平均反应速率v(CO)=0.3 mol·L-1·min-1
D.T2 ℃时反应达到平衡后,向该平衡体系中再充入0.5 mol CH4、0.5 mol CO2、1 mol H2和1 mol CO,平衡正向移动
答案 CD
三、非选择题(共40分)
11.(2019河北邯郸重点高中开学检测,29)(12分)甲醇是重要的化工原料和清洁燃料,工业上可利用CO或CO2来生产甲醇。已知制备甲醇的有关化学反应以及在不同温度下的化学平衡常数如下表所示:
化学反应
平衡常数
平衡常数的值
500 ℃
800 ℃
①2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)
K1
2.5
0.15
②H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g)
K2
1.0
2.50
③3H2(g)+CO2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
K3
(1)在恒容密闭容器中发生反应②,达到平衡后升高温度,下列说法正确的是 。
a.平衡正向移动
b.混合气体的平均相对分子质量增大
c.CO2的转化率增大
(2)K1、K2、K3的关系是K3= 。
(3)500 ℃时测得反应③在某时刻,H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的浓度分别为0.2 mol/L、0.1 mol/L、0.01 mol/L、0.2 mol/L,则此时v正 v逆(填“>”“=”或“<”)。
(4)某温度下反应①中H2的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图所示,若开始加入2 mol/L H2和1 mol/L CO,则B点时化学平衡常数为 。
(5)相同温度下,在甲、乙两个容积相等的恒容密闭容器中投入H2和CO2,发生反应②,起始浓度如下表所示。其中甲经2 min达平衡,平衡时c(H2O)=0.05 mol/L,甲中CO2的转化率为 ,乙中CO2的转化率 甲(填“大于”“等于”或“小于”)。
起始浓度
甲
乙
c(H2)/mol/L
0.10
0.20
c(CO2)/mol/L
0.10
0.20
答案 (每空2分)(1)ac (2)K1·K2 (3)= (4)25 (5)50% 等于
12.(2019福建龙岩一模,28)(12分)氮氧化物是环境污染物,研究氮氧化物转化有重要的意义。
回答下列问题:
(1)催化转化器可使汽车尾气反应而转化:
2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g) ΔH
已知:N2(g)+O2(g) 2NO(g) ΔH1=a kJ·mol-1
2C(s)+O2(g) 2CO(g) ΔH2=b kJ·mol-1
C(s)+O2(g) CO2(g) ΔH3=c kJ·mol-1
ΔH= kJ·mol-1(用含a、b、c的代数式表示)。
(2)T ℃时,将等物质的量的NO和CO充入容积为2 L的密闭容器中发生尾气转化反应,容器中NO物质的量随时间变化如图1所示。
图1
①T ℃时,该化学反应的平衡常数K= 。
②下列事实无法判断汽车尾气转化反应达到化学平衡状态的是 。
A.NO消耗速率等于N2消耗速率的2倍
B.混合气体平均相对分子质量不再变化
C.体系中NO的转化率和CO的转化率相等
D.气体的密度不再变化
③已知汽车尾气转化反应的ΔH<0。10 min后,改变下列示意图2横坐标对应的反应条件,纵坐标对应的量变化关系正确的是 (填序号)。
图2
(3)碘蒸气存在能大幅度提高N2O的分解速率,反应历程为:
第一步:I2(g) 2I(g)(快反应)
第二步:I(g)+N2O(g) N2(g)+IO(g)(慢反应)
第三步:IO(g)+N2O(g) N2(g)+O2(g)+I(g)(快反应)
实验表明,含碘时N2O分解速率v=k·c(N2O)·[c(I2)]0.5(k为速率常数)。下列表述正确的是 (填标号)。
A.N2O分解反应中,k值与是否含碘蒸气无关
B.第二步对总反应速率起决定作用
C.第二步活化能比第三步小
D.IO为反应的中间产物
答案 (1)2c-a-b (2)①2.5 ②CD ③bc (3)BD
13.(2019湖南常德一模,28)(16分)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.n(NH3)n(CH4)
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体积分数随n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=c(MbO2)c(Mb)·p(O2)。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=生成的c(MbO2)初始的c(Mb)×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 (每空2分)(1)N2
(2)-15(2a+3b+30c)
(3)①bd ②25 =
(4)①k正k逆 ②2 120
专题七 化学反应速率和化学平衡
【考情探究】
课
标
解
读
内容
化学反应速率
化学平衡 化学反应进行的方向
化学平衡的相关计算
解读
1.了解化学反应速率的概念和定量表示方法
2.了解反应活化能的概念,了解催化剂的重要作用
3.理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对反应速率的影响,能用相关理论解释其一般规律
1.了解化学反应的可逆性及化学平衡的建立
2.掌握化学平衡的特征
3.理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对化学平衡的影响,能用相关理论解释其一般规律
4.了解化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用
1.能正确计算化学反应的转化率(α)
2.了解化学平衡常数(K)的含义,能利用化学平衡常数进行相关计算
考情分析
本专题主要结合实际生产命题,以定性、定量相结合的方式综合考查化学反应速率和化学平衡,包括化学反应速率的计算、影响化学平衡的因素及规律、平衡状态的判断、平衡常数和转化率的计算,同时渗透对计算能力、数形结合能力、语言组织能力等的考查。考查学生对信息的提取、应用能力
备考策略
本专题涉及化学反应速率、化学平衡的相关计算及化学平衡移动的影响因素,主要考查学生运用图表、图形分析和解决化学问题的能力
【真题探秘】
【基础集训】
考点一 化学反应速率
1.可逆反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)的v-t图像如图1所示,若其他条件不变,只是在反应前加入合适的催化剂,则其v-t图像如图2所示。以下说法中正确的是( )
①a1>a2 ②a1
A.②③⑤⑧ B.①④⑥⑧ C.②④⑤⑦ D.①③⑥⑦
答案 C
2.工业上利用Ga与NH3在高温条件下合成固态半导体材料氮化镓(GaN)的同时有氢气生成。反应中,每生成3 mol H2放出30.8 kJ的热量。在恒温恒容密闭体系内进行上述反应,下列有关表达正确的是( )
A.Ⅰ图像中如果纵轴为正反应速率,则t时刻改变的条件可以为升温或加压
B.Ⅱ图像中纵轴可以为镓的转化率
C.Ⅲ图像中纵轴可以为化学反应速率
D.Ⅳ图像中纵轴可以为体系内混合气体的平均相对分子质量
答案 A
3.2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH=-198 kJ·mol-1,在V2O5存在时,该反应的机理为V2O5+SO2 2VO2+SO3(快),4VO2+O2 2V2O5(慢)。
下列说法中正确的是( )
A.反应速率主要取决于V2O5的质量
B.VO2是该反应的催化剂
C.逆反应的活化能大于198 kJ·mol-1
D.增大SO2的浓度可显著提高反应速率
答案 C
4.已知反应A2(g)+2B2(g) 2AB2(g) ΔH<0,下列说法正确的是( )
A.升高温度,正反应速率增大,逆反应速率减小
B.升高温度有利于反应速率增大,从而缩短达到平衡的时间
C.达到平衡后,升高温度或增大压强都有利于该反应平衡正向移动
D.达到平衡后,降低温度或减小压强都有利于该反应平衡正向移动
答案 B
考点二 化学平衡 化学反应进行的方向
5.在恒温、恒容条件下,能说明可逆反应:H2(g)+I2(g)2HI(g)达到平衡状态的是( )
A.气体的压强保持不变 B.v正(H2)=2v逆(HI)
C.气体的密度保持不变 D.气体的颜色保持不变
答案 D
6.在恒温、恒容条件下发生下列反应:2X2O5(g)4XO2(g)+O2(g) ΔH>0,T温度下的部分实验数据为:
t(s)
0
50
100
150
c(X2O5)(mol/L)
4.00
2.50
2.00
2.00
下列说法不正确的是( )
A.T温度下的平衡常数K=64,100 s时X2O5的转化率为50%
B.50 s内X2O5的分解速率为0.03 mol/(L·s)
C.T1温度下的平衡常数为K1,T2温度下的平衡常数为K2,若T1>T2,则K1>K2
D.若只将恒容改变为恒压,其他条件都不变,则平衡时X2O5的转化率和平衡常数都不变
答案 D
7.某温度下,对于反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ/mol,N2的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.将1 mol氮气、3 mol氢气置于1 L密闭容器中发生反应,放出的热量为92.4 kJ
B.平衡状态由A变到B时,平衡常数K(A)
D.升高温度,平衡向逆反应方向移动,说明逆反应速率增大,正反应速率减小
答案 C
8.S2Cl2和SCl2均为重要的化工原料。
已知:Ⅰ.S2(l)+Cl2(g) S2Cl2(g) ΔH1;
Ⅱ.S2Cl2(g)+Cl2(g) 2SCl2(g) ΔH2;
Ⅲ.相关化学键的键能如下表所示:
化学键
S—S
S—Cl
Cl—Cl
键能/kJ·mol-1
a
b
c
请回答下列问题:
(1)SCl2的结构式为 。
(2)若反应Ⅱ正反应的活化能E1=d kJ·mol-1,则逆反应的活化能E2= kJ·mol-1(用含a、b、c、d的代数式表示)。
(3)一定压强下,向10 L密闭容器中充入1 mol S2Cl2(g)和1 mol Cl2(g),发生反应Ⅱ。Cl2与SCl2的消耗速率(v)与温度(T)的关系如图所示:
①A、B、C、D四点对应状态下,达到平衡状态的有 (填字母),理由为 。
②ΔH2 0(填“>”“<”或“=”)。
(4)已知:ΔH1<0。向恒容绝热的容器中加入一定量的S2(l)和Cl2(g),发生反应Ⅰ,5 min时达到平衡。则3 min时容器内气体压强 (填“>”“<”或“=”)5 min时的气体压强。
(5)一定温度下,在恒容密闭容器中发生反应Ⅰ和反应Ⅱ,达到平衡后缩小容器容积,重新达到平衡后,Cl2的平衡转化率 (填“增大”“减小”或“不变”),理由为 。
答案 (1)Cl—S—Cl
(2)2b+d-a-c
(3)①BD B、D两点对应的状态下,用同一物质表示的正、逆反应速率相等(其他合理答案也可) ②<
(4)<
(5)不变 反应Ⅰ和反应Ⅱ均为反应前后气体分子总数相等的反应,压强对平衡没有影响
考点三 化学平衡的相关计算
9.某温度下,H2(g)+CO2(g) H2O(g)+CO(g)的平衡常数K=9/4。该温度下,在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中投入H2(g)和CO2(g),其起始浓度如下表所示:
起始浓度
甲
乙
丙
c(H2)/mol·L-1
0.010
0.020
0.020
c(CO2)/mol·L-1
0.010
0.010
0.020
下列判断不正确的是( )
A.平衡时,乙中CO2的转化率大于60%
B.平衡时,甲中和丙中H2的转化率均是60%
C.平衡时,丙中c(CO2)是甲中的2倍,是0.012 mol·L-1
D.反应开始时,丙中的反应速率最快,甲中的反应速率最慢
答案 C
10.目前,处理烟气中的SO2常采用两种方法。
Ⅰ.碱液吸收法
25 ℃时,Kb(NH3·H2O)=1.8×10-5;H2SO3的Ka1=1.5×10-2,Ka2=1.0×10-7;Ksp(CaSO4)=7.1×10-5。
第1步:用过量的浓氨水吸收SO2,并在空气中氧化;
第2步:加入石灰水,发生反应Ca2++2OH-+2NH4++SO42-CaSO4↓+2NH3·H2O K。
(1)25 ℃时0.1 mol·L-1(NH4)2SO3溶液的pH (填“>”“<”或“=”)7。
(2)第2步中反应的K= 。
Ⅱ.水煤气还原法
已知:①2CO(g)+SO2(g)S(l)+2CO2(g) ΔH1=-37.0 kJ·mol-1
②2H2(g)+SO2(g)S(l)+2H2O(g) ΔH2=+45.4 kJ·mol-1
③CO的燃烧热ΔH3=-283 kJ·mol-1
(3)表示液态硫(S)的燃烧热的热化学方程式为 。
(4)反应②中,正反应活化能E1 (填“>”“<”或“=”)ΔH2。
(5)在一定压强下,发生反应①。平衡时SO2的转化率[α(SO2)]与投料比[n(CO)n(SO2)=y]、温度(T)的关系如图所示。
比较平衡时CO的转化率[α(CO)]:N (填“>”“<”或“=”,下同)M。逆反应速率:N P。
(6)某温度下,向10 L恒容密闭容器中充入2 mol H2、2 mol CO和2 mol SO2发生反应①、②,第5 min时达到平衡,测得混合气体中CO2、H2O(g)的物质的量分别为1.6 mol、1.8 mol。该温度下,反应②的平衡常数K为 。其他条件不变,在第7 min时缩小容器体积,α(SO2) (填“增大”“减小”或“不变”)。
答案 (1)> (2)4.3×1013 (3)S(l)+O2(g)SO2(g) ΔH=-529 kJ·mol-1 (4)> (5)> < (6)2 700 增大
【综合集训】
1.(2019安徽定远重点中学月考,11)在密闭容器中,反应X2(g)+Y2(g)2XY(g) ΔH>0,达到甲平衡。在仅改变某一条件后,达到乙平衡,对此过程的分析正确的是( )
A.图Ⅰ是升高温度的变化情况
B.图Ⅱ是扩大容器体积的变化情况
C.图Ⅲ是增大压强的变化情况
D.图Ⅲ是升高温度的变化情况
答案 A
2.(2019江西赣州月考,14)碳酸二甲酯(CH3OCOOCH3,简称 DMC)是一种应用前景广泛的新材料。在密闭容器中按n(CH3OH)∶n(CO2)=2∶1 投料直接合成 DMC,反应方程式为2CH3OH(g)+CO2(g)CH3OCOOCH3(g)+H2O(g)。一定条件下, 平衡时CO2 的转化率如图所示。下列说法中不正确的是( )
A.该反应的正反应为放热反应
B.压强p2>p1
C.X 点对应的平衡常数为 0.1
D.X、Y、Z 三点对应的初始反应速率的关系为Z>Y>X
答案 C
3.(2019湖南永州月考,14)80 ℃时,NO2(g)+SO2(g) SO3(g)+NO(g)。该温度下,在甲、乙、丙三个体积相等且恒容的密闭容器中,投入NO2和SO2,起始浓度如下表所示,其中甲经 2 min达平衡时,NO2的转化率为50%。下列说法正确的是( )
起始浓度
甲
乙
丙
c(NO2)/(mol·L-1)
0.10
0.20
0.20
c(SO2)/(mol·L-1)
0.10
0.10
0.20
A.容器甲中的反应在前2 min的平均速率v(SO2)=0.10 mol·L-1·min-1
B.达到平衡时,容器丙中正反应速率与容器甲相等
C.温度升至90 ℃,上述反应平衡常数为1.56,则反应的ΔH>0
D.容器乙中若起始时改充0.10 mol·L-1NO2和0.20 mol·L-1SO2,达到平衡时c(NO)与原平衡不相同
答案 C
4.(2018湖北黄冈调研,12)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,图乙表示逆反应的平衡常数与温度的关系。则下列说法中错误的是( )
A.图甲中,ω2>1
B.图乙中,A线表示逆反应的平衡常数
C.温度为T1、ω=2时,Cl2的转化率为50%
D.若在恒容绝热装置中进行上述反应,达到平衡时,装置内的气体压强将增大
答案 C
5.(2018福建厦门质检,28节选)甲醇是重要的化工原料。利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂的作用下合成甲醇,可能发生的反应如下:
ⅰ.CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1
ⅱ.CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH2
ⅲ.CH3OH(g) CO(g)+2H2(g) ΔH3
回答下列问题:
(1)已知反应ⅱ中相关化学键键能数据如下:
化学键
H—H
CO
H—O
E/(kJ·mol-1)
436
803
1 076
465
由此计算ΔH2= kJ·mol-1。已知ΔH3=+99 kJ·mol-1,则ΔH1= kJ·mol-1。
(2)一定比例的合成气在装有催化剂的反应器中反应12小时。体系中甲醇的产率和催化剂的催化活性与温度的关系如下图所示。
温度为470 K时,图中P点 (填“是”或“不是”)处于平衡状态。在490 K之前,甲醇产率随着温度升高而增大的原因是 ;490 K之后,甲醇产率下降的原因是 。
答案 (1)+36 -63
(2)不是 温度越高化学反应速率越快 升高温度,反应ⅰ逆向移动,催化剂活性降低
【应用集训】
1.(2018湖北武汉调研,11)一定温度下,密闭容器中进行反应:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH<0。测得v正(SO2)随反应时间(t)的变化如图所示。下列有关说法正确的是 ( )
A.t2时改变的条件是:只加入一定量的SO2
B.在t1时平衡常数K1大于t3时平衡常数K3
C.t1时平衡混合气的M1大于t3时平衡混合气的M3
D.t1时平衡混合气中SO3的体积分数等于t3时平衡混合气中SO3的体积分数
答案 D
2.(2019江西南昌一模,28)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
3.(2018安徽合肥二模,28)工业废气、汽车尾气排放出的NOx、SO2等是形成酸雨的主要物质,其综合治理是当前重要的研究课题。
Ⅰ.NOx的消除。汽车尾气中的NO(g)和CO(g)在一定温度和催化剂条件下可发生反应:2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g) ΔH。
(1)已知:CO燃烧热的ΔH1=-283.0 kJ·mol-1,N2(g)+O2(g) 2NO(g) ΔH2=+180.5 kJ·mol-1,则ΔH= 。
(2)某研究小组探究催化剂对CO、NO转化的影响。将NO和CO以一定的流速通过两种不同的催化剂进行反应,相同时间内测量逸出气体中NO的含量,从而确定尾气脱氮率(脱氮率即NO的转化率),结果如图所示。
①以下说法中正确的是 (填字母)。
A.两种催化剂均能降低活化能,但ΔH不变
B.相同条件下,改变压强对脱氮率没有影响
C.曲线Ⅱ中的催化剂适用于450 ℃左右脱氮
D.曲线Ⅱ中催化剂脱氮率比曲线Ⅰ中的高
②若低于200 ℃,图中曲线Ⅰ脱氮率随温度升高变化不大的主要原因为 。
Ⅱ.SO2的综合利用
(3)某研究小组对反应NO2(g)+SO2(g) SO3(g)+NO(g) ΔH<0进行相关实验探究。在固定体积的密闭容器中,使用某种催化剂,改变原料气配比[n0(NO2)∶n0(SO2)]进行多组实验(各次实验的温度可能相同,也可能不同),测定NO2的平衡转化率[α(NO2)]。部分实验结果如图所示。
①如果将图中C点的平衡状态改变为B点的平衡状态,应采取的措施是 。
②图中C、D两点对应的实验温度分别为TC和TD,通过计算判断:TC TD(填“>”“=”或“<”)。
答案 (1)-746.5 kJ·mol-1
(2)①AC ②温度较低时,催化剂的活性偏低
(3)①降低温度 ②=
【五年高考】
考点一 化学反应速率
1.(2018江苏单科,10,2分)下列说法正确的是( )
A.氢氧燃料电池放电时化学能全部转化为电能
B.反应4Fe(s)+3O2(g)2Fe2O3(s)常温下可自发进行,该反应为吸热反应
C.3 mol H2与1 mol N2混合反应生成NH3,转移电子的数目小于6×6.02×1023
D.在酶催化淀粉水解反应中,温度越高淀粉水解速率越快
答案 C
2.(2017江苏单科,10,2分)H2O2分解速率受多种因素影响。实验测得70 ℃时不同条件下H2O2浓度随时间的变化如图所示。下列说法正确的是( )
A.图甲表明,其他条件相同时,H2O2浓度越小,其分解速率越快
B.图乙表明,其他条件相同时,溶液pH越小,H2O2分解速率越快
C.图丙表明,少量Mn2+存在时,溶液碱性越强,H2O2分解速率越快
D.图丙和图丁表明,碱性溶液中,Mn2+对H2O2分解速率的影响大
答案 D
3.(2018课标Ⅲ,28,15分)三氯氢硅(SiHCl3)是制备硅烷、多晶硅的重要原料。回答下列问题:
(1)SiHCl3在常温常压下为易挥发的无色透明液体,遇潮气时发烟生成(HSiO)2O等,写出该反应的化学方程式 。
(2)SiHCl3在催化剂作用下发生反应:
2SiHCl3(g) SiH2Cl2(g)+SiCl4(g) ΔH1=48 kJ·mol-1
3SiH2Cl2(g) SiH4(g)+2SiHCl3(g) ΔH2=-30 kJ·mol-1
则反应4SiHCl3(g) SiH4(g)+3SiCl4(g)的ΔH为 kJ·mol-1。
(3)对于反应2SiHCl3(g) SiH2Cl2(g)+SiCl4(g),采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂,在323 K和343 K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。
①343 K时反应的平衡转化率α= %。平衡常数K343 K= (保留2位小数)。
②在343 K下:要提高SiHCl3转化率,可采取的措施是 ;要缩短反应达到平衡的时间,可采取的措施有 、 。
③比较a、b处反应速率大小:va vb(填“大于”“小于”或“等于”)。反应速率v=v正-v逆=k正xSiHCl32-k逆xSiH2Cl2xSiCl4,k正、k逆分别为正、逆向反应速率常数,x为物质的量分数,计算a处的v正v逆= (保留1位小数)。
答案 (1)2SiHCl3+3H2O (HSiO)2O+6HCl
(2)114
(3)①22 0.02
②及时移去产物 改进催化剂 提高反应物压强(浓度)
③大于 1.3
考点二 化学平衡 化学反应进行的方向
4.(2018天津理综,5,6分)室温下,向圆底烧瓶中加入1 mol C2H5OH和含1 mol HBr的氢溴酸,溶液中发生反应:C2H5OH+HBr C2H5Br+H2O,充分反应后达到平衡。已知常压下,C2H5Br和C2H5OH的沸点分别为38.4 ℃和78.5 ℃。下列有关叙述错误的是( )
A.加入NaOH,可增大乙醇的物质的量
B.增大HBr浓度,有利于生成C2H5Br
C.若反应物均增大至2 mol,则两种反应物平衡转化率之比不变
D.若起始温度提高至60 ℃,可缩短反应达到平衡的时间
答案 D
5.(2017天津理综,6,6分)常压下羰基化法精炼镍的原理为:Ni(s)+4CO(g) Ni(CO)4(g)。230 ℃时,该反应的平衡常数K=2×10-5。已知:Ni(CO)4的沸点为42.2 ℃,固体杂质不参与反应。
第一阶段:将粗镍与CO反应转化成气态Ni(CO)4;
第二阶段:将第一阶段反应后的气体分离出来,加热至230 ℃制得高纯镍。
下列判断正确的是( )
A.增加c(CO),平衡向正向移动,反应的平衡常数增大
B.第一阶段,在30 ℃和50 ℃两者之间选择反应温度,选50 ℃
C.第二阶段,Ni(CO)4分解率较低
D.该反应达到平衡时,v生成[Ni(CO)4]=4v生成(CO)
答案 B
6.(2016江苏单科,15,4分)一定温度下,在3个体积均为1.0 L的恒容密闭容器中反应2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)达到平衡。下列说法正确的是( )
容器
温度/K
物质的起始浓度
/mol·L-1
物质的平衡浓
度/mol·L-1
c(H2)
c(CO)
c(CH3OH)
c(CH3OH)
Ⅰ
400
0.20
0.10
0
0.080
Ⅱ
400
0.40
0.20
0
Ⅲ
500
0
0
0.10
0.025
A.该反应的正反应放热
B.达到平衡时,容器Ⅰ中反应物转化率比容器Ⅱ中的大
C.达到平衡时,容器Ⅱ中c(H2)大于容器Ⅲ中c(H2)的两倍
D.达到平衡时,容器Ⅲ中的正反应速率比容器Ⅰ中的大
答案 AD
7.(2019课标Ⅲ,28,15分)近年来,随着聚酯工业的快速发展,氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。因此,将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。回答下列问题:
(1)Deacon发明的直接氧化法为4HCl(g)+O2(g) 2Cl2(g)+2H2O(g)。下图为刚性容器中,进料浓度比c(HCl)∶c(O2)分别等于1∶1、4∶1、7∶1时HCl平衡转化率随温度变化的关系:
可知反应平衡常数K(300 ℃) K(400 ℃)(填“大于”或“小于”)。设HCl初始浓度为c0,根据进料浓度比c(HCl)∶c(O2)=1∶1的数据计算K(400 ℃)= (列出计算式)。按化学计量比进料可以保持反应物高转化率,同时降低产物分离的能耗。进料浓度比c(HCl)∶c(O2)过低、过高的不利影响分别是 。
(2)Deacon直接氧化法可按下列催化过程进行:
CuCl2(s)CuCl(s)+12Cl2(g) ΔH1=83 kJ·mol-1
CuCl(s)+12O2(g)CuO(s)+12Cl2(g) ΔH2=-20 kJ·mol-1
CuO(s)+2HCl(g)CuCl2(s)+H2O(g) ΔH3=-121 kJ·mol-1
则4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)的ΔH= kJ·mol-1。
(3)在一定温度的条件下,进一步提高HCl的转化率的方法是 。(写出2种)
(4)在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上,科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工艺方案,主要包括电化学过程和化学过程,如下图所示:
负极区发生的反应有 (写反应方程式)。电路中转移1 mol电子,需消耗氧气 L(标准状况)。
答案 (1)大于 (0.42)2×(0.42)2(1-0.84)4×(1-0.21)c0
O2和Cl2分离能耗较高、HCl转化率较低
(2)-116 (3)增加反应体系压强、及时除去产物
(4)Fe3++e- Fe2+,4Fe2++O2+4H+ 4Fe3++2H2O 5.6
8.(2017课标Ⅱ,27,14分)丁烯是一种重要的化工原料,可由丁烷催化脱氢制备。回答下列问题:
(1)正丁烷(C4H10)脱氢制1-丁烯(C4H8)的热化学方程式如下:
①C4H10(g)C4H8(g)+H2(g) ΔH1
已知:②C4H10(g)+12O2(g)C4H8(g)+H2O(g)
ΔH2=-119 kJ·mol-1
③H2(g)+12O2(g)H2O(g)
ΔH3=-242 kJ·mol-1
反应①的ΔH1为 kJ·mol-1。图(a)是反应①平衡转化率与反应温度及压强的关系图,x 0.1(填“大于”或“小于”);欲使丁烯的平衡产率提高,应采取的措施是 (填标号)。
A.升高温度 B.降低温度 C.增大压强 D.降低压强
(2)丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器(氢气的作用是活化催化剂),出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。图(b)为丁烯产率与进料气中n(氢气)/n(丁烷)的关系。图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势,其降低的原因是 。
(3)图(c)为反应产率和反应温度的关系曲线,副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。丁烯产率在590 ℃之前随温度升高而增大的原因可能是 、
;590 ℃之后,丁烯产率快速降低的主要原因可能是 。
答案 (1)123 小于 AD
(2)氢气是产物之一,随着n(氢气)/n(丁烷)增大,逆反应速率增大
(3)升高温度有利于反应向吸热方向进行 温度升高反应速率加快 丁烯高温裂解生成短链烃类
考点三 化学平衡的相关计算
9.(2015天津理综,6,6分)某温度下,在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
10.(2015重庆理综,7,6分)羰基硫(COS)可作为一种粮食熏蒸剂,能防止某些昆虫、线虫和真菌的危害。在恒容密闭容器中,将CO和H2S混合加热并达到下列平衡:
CO(g)+H2S(g) COS(g)+H2(g) K=0.1
反应前CO物质的量为10 mol,平衡后CO物质的量为8 mol。下列说法正确的是( )
A.升高温度,H2S浓度增加,表明该反应是吸热反应
B.通入CO后,正反应速率逐渐增大
C.反应前H2S物质的量为7 mol
D.CO的平衡转化率为80%
答案 C
11.(2019课标Ⅱ,27,15分)环戊二烯()是重要的有机化工原料,广泛用于农药、橡胶、塑料等生产。回答下列问题:
(1)已知:(g) (g)+H2(g) ΔH1=100.3 kJ·mol-1 ①
H2(g)+I2(g) 2HI(g) ΔH2=-11.0 kJ·mol-1 ②
对于反应:(g)+I2(g) (g)+2HI(g) ③ ΔH3= kJ·mol-1。
(2)某温度下,等物质的量的碘和环戊烯()在刚性容器内发生反应③,起始总压为105 Pa,平衡时总压增加了20%,环戊烯的转化率为 ,该反应的平衡常数Kp= Pa。达到平衡后,欲增加环戊烯的平衡转化率,可采取的措施有 (填标号)。
A.通入惰性气体 B.提高温度
C.增加环戊烯浓度 D.增加碘浓度
(3)环戊二烯容易发生聚合生成二聚体,该反应为可逆反应。不同温度下,溶液中环戊二烯浓度与反应时间的关系如图所示,下列说法正确的是 (填标号)。
A.T1>T2
B.a点的反应速率小于c点的反应速率
C.a点的正反应速率大于b点的逆反应速率
D.b点时二聚体的浓度为0.45 mol·L-1
(4)环戊二烯可用于制备二茂铁[Fe(C5H5)2,结构简式为],后者广泛应用于航天、化工等领域中。二茂铁的电化学制备原理如图所示,其中电解液为溶解有溴化钠(电解质)和环戊二烯的DMF溶液(DMF为惰性有机溶剂)。
该电解池的阳极为 ,总反应为 。电解制备需要在无水条件下进行,原因为 。
答案 (1)89.3
(2)40% 3.56×104 BD
(3)CD
(4)Fe电极
水会阻碍中间物Na的生成;水会电解生成OH-,进一步与Fe2+反应生成Fe(OH)2
12.(2017课标Ⅲ,28,14分)砷(As)是第四周期ⅤA族元素,可以形成As2S3、As2O5、H3AsO3、H3AsO4等化合物,有着广泛的用途。回答下列问题:
(1)画出砷的原子结构示意图 。
(2)工业上常将含砷废渣(主要成分为As2S3)制成浆状,通入O2氧化,生成H3AsO4和单质硫。写出发生反应的化学方程式 。该反应需要在加压下进行,原因是 。
(3)已知:As(s)+32H2(g)+2O2(g) H3AsO4(s) ΔH1
H2(g)+12O2(g) H2O(l) ΔH2
2As(s)+52O2(g) As2O5(s) ΔH3
则反应As2O5(s)+3H2O(l) 2H3AsO4(s)的ΔH= 。
(4)298 K时,将20 mL 3x mol·L-1 Na3AsO3、20 mL 3x mol·L-1 I2和20 mL NaOH溶液混合,发生反应:AsO33-(aq)+I2(aq)+2OH-(aq) AsO43-(aq)+2I-(aq)+H2O(l)。溶液中c(AsO43-)与反应时间(t)的关系如图所示。
①下列可判断反应达到平衡的是 (填标号)。
a.溶液的pH不再变化
b.v(I-)=2v(AsO33-)
c.c(AsO43-)/c(AsO33-)不再变化
d.c(I-)=y mol·L-1
②tm时,v正 v逆(填“大于”“小于”或“等于”)。
③tm时v逆 tn时v逆(填“大于”“小于”或“等于”),理由是 。
④若平衡时溶液的pH=14,则该反应的平衡常数K为 。
答案 (1)
(2)2As2S3+5O2+6H2O 4H3AsO4+6S
增加反应物O2的浓度,提高As2S3的转化速率
(3)2ΔH1-3ΔH2-ΔH3
(4)①a、c ②大于 ③小于 tm时生成物浓度较低
④4y3(x-y)2 (mol·L-1)-1
13.(2016四川理综,11,16分)资源的高效利用对保护环境、促进经济持续健康发展具有重要作用。磷尾矿主要含Ca5(PO4)3F和CaCO3·MgCO3。某研究小组提出了磷尾矿综合利用的研究方案,制备具有重要工业用途的CaCO3、Mg(OH)2、P4和H2,其简化流程如下:
NH4NO3 (NH4)2SO4 SiO2、C
已知:①Ca5(PO4)3F在950 ℃不分解;
②4Ca5(PO4)3F+18SiO2+30C 2CaF2+30CO+18CaSiO3+3P4
请回答下列问题:
(1)950 ℃煅烧磷尾矿生成气体的主要成分是 。
(2)实验室过滤所需的玻璃仪器是 。
(3)NH4NO3溶液能从磷矿Ⅰ中浸取出Ca2+的原因是 。
(4)在浸取液Ⅱ中通入NH3,发生反应的化学方程式是 。
(5)工业上常用磷精矿[Ca5(PO4)3F]和硫酸反应制备磷酸。已知25 ℃,101 kPa时:
CaO(s)+H2SO4(l) CaSO4(s)+H2O(l) ΔH=-271 kJ/mol
5CaO(s)+3H3PO4(l)+HF(g) Ca5(PO4)3F(s)+5H2O(l) ΔH=-937 kJ/mol
则Ca5(PO4)3F和硫酸反应生成磷酸的热化学方程式是 。
(6)在一定条件下CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g),当CO与H2O(g)的起始物质的量之比为1∶5,达平衡时,CO转化了56。若a kg含Ca5(PO4)3F(相对分子质量为504)的质量分数为10%的磷尾矿,在上述过程中有b%的Ca5(PO4)3F转化为P4,将产生的CO与H2O(g)按起始物质的量之比1∶3混合,则在相同条件下达平衡时能产生H2 kg。
答案 (1)CO2
(2)漏斗、烧杯、玻璃棒
(3)NH4+水解使溶液呈酸性,与CaO、Ca(OH)2反应生成Ca2+
(4)MgSO4+2NH3+2H2O Mg(OH)2↓+(NH4)2SO4
(5)Ca5(PO4)3F(s)+5H2SO4(l) 5CaSO4(s)+3H3PO4(l)+HF(g) ΔH=-418 kJ/mol
(6)ab44 800
14.(2016浙江理综,28,15分)催化还原CO2是解决温室效应及能源问题的重要手段之一。研究表明,在Cu/ZnO催化剂存在下,CO2和H2可发生两个平行反应,分别生成CH3OH和CO。反应的热化学方程式如下:
CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)
ΔH1=-53.7 kJ·mol-1 Ⅰ
CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH2 Ⅱ
某实验室控制CO2和H2初始投料比为1∶2.2,在相同压强下,经过相同反应时间测得如下实验数据:
T(K)
催化剂
CO2转化率(%)
甲醇选择性(%)
543
Cat.1
12.3
42.3
543
Cat.2
10.9
72.7
553
Cat.1
15.3
39.1
553
Cat.2
12.0
71.6
【备注】Cat.1:Cu/ZnO纳米棒;Cat.2:Cu/ZnO纳米片;甲醇选择性:转化的CO2中生成甲醇的百分比
已知:①CO和H2的标准燃烧热分别为-283.0 kJ·mol-1和-285.8 kJ·mol-1
②H2O(l) H2O(g) ΔH3=+44.0 kJ·mol-1
请回答(不考虑温度对ΔH的影响):
(1)反应Ⅰ的平衡常数表达式K= ;反应Ⅱ的ΔH2= kJ·mol-1。
(2)有利于提高CO2转化为CH3OH平衡转化率的措施有 。
A.使用催化剂Cat.1
B.使用催化剂Cat.2
C.降低反应温度
D.投料比不变,增加反应物的浓度
E.增大CO2和H2的初始投料比
(3)表中实验数据表明,在相同温度下不同的催化剂对CO2转化成CH3OH的选择性有显著的影响,其原因是 。
(4)在图中分别画出反应Ⅰ在无催化剂、有Cat.1和有Cat.2三种情况下“反应过程-能量”示意图。
(5)研究证实,CO2也可在酸性水溶液中通过电解生成甲醇,则生成甲醇的反应发生在 极,该电极反应式是 。
答案 (1)c(CH3OH)·c(H2O)c(CO2)·c3(H2) +41.2
(2)CD
(3)表中数据表明此时反应未达到平衡,不同的催化剂对反应Ⅰ的催化能力不同,因而在该时刻下对甲醇选择性有影响
(4)
(5)阴 CO2+6H++6e- CH3OH+H2O
15.(2019课标Ⅰ,28,14分)水煤气变换[CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)]是重要的化工过程,主要用于合成氨、制氢以及合成气加工等工业领域中。回答下列问题:
(1)Shibata曾做过下列实验:①使纯H2缓慢地通过处于721 ℃下的过量氧化钴CoO(s),氧化钴部分被还原为金属钴Co(s),平衡后气体中H2的物质的量分数为0.025 0。②在同一温度下用CO还原CoO(s),平衡后气体中CO的物质的量分数为0.019 2。
根据上述实验结果判断,还原CoO(s)为Co(s)的倾向是CO H2(填“大于”或“小于”)。
(2)721 ℃时,在密闭容器中将等物质的量的CO(g)和H2O(g)混合,采用适当的催化剂进行反应,则平衡时体系中H2的物质的量分数为 (填标号)。
A.<0.25 B.0.25 C.0.25~0.50 D.0.50 E.>0.50
(3)我国学者结合实验与计算机模拟结果,研究了在金催化剂表面上水煤气变换的反应历程,如图所示,其中吸附在金催化剂表面上的物种用*标注。
可知水煤气变换的ΔH 0(填“大于”“等于”或“小于”)。该历程中最大能垒(活化能)E正= eV,写出该步骤的化学方程式 。
(4)Shoichi研究了467 ℃、489 ℃时水煤气变换中CO和H2分压随时间变化关系(如下图所示),催化剂为氧化铁,实验初始时体系中的pH2O和pCO相等、pCO2和pH2相等。
计算曲线a的反应在30~90 min内的平均速率v(a)= kPa·min-1。467 ℃时pH2和pCO随时间变化关系的曲线分别是 、 。489 ℃时pH2和pCO随时间变化关系的曲线分别是 、 。
答案 (1)大于
(2)C
(3)小于 2.02 COOH*+H*+H2O* COOH*+2H*+OH*(或H2O* H*+OH*)
(4)0.004 7 b c a d
16.(2018课标Ⅰ,28,15分)采用N2O5为硝化剂是一种新型的绿色硝化技术,在含能材料、医药等工业中得到广泛应用。回答下列问题:
(1)1840年Devil用干燥的氯气通过干燥的硝酸银,得到N2O5。该反应的氧化产物是一种气体,其分子式为 。
(2)F.Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25 ℃时N2O5(g)分解反应:
2N2O5(g) 4NO2(g)+O2(g)
2N2O4(g)
其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡。体系的总压强p随时间t的变化如下表所示[t=∞时,N2O5(g)完全分解]:
t/min
0
40
80
160
260
1 300
1 700
∞
p/kPa
35.8
40.3
42.5
45.9
49.2
61.2
62.3
63.1
①已知:2N2O5(g) 2N2O4(g)+O2(g) ΔH1=-4.4 kJ·mol-1
2NO2(g) N2O4(g) ΔH2=-55.3 kJ·mol-1
则反应N2O5(g) 2NO2(g)+12O2(g)的ΔH= kJ·mol-1。
②研究表明,N2O5(g)分解的反应速率v=2×10-3×pN2O5(kPa·min-1)。t=62 min时,测得体系中pO2=2.9 kPa,则此时的pN2O5= kPa,v= kPa·min-1。
③若提高反应温度至35 ℃,则N2O5(g)完全分解后体系压强p∞(35 ℃) 63.1 kPa(填“大于”“等于”或“小于”),原因是 。
④25 ℃时N2O4(g) 2NO2(g)反应的平衡常数Kp= kPa(Kp为以分压表示的平衡常数,计算结果保留1位小数)。
(3)对于反应2N2O5(g) 4NO2(g)+O2(g),R.A.Ogg提出如下反应历程:
第一步 N2O5 NO2+NO3 快速平衡
第二步 NO2+NO3 NO+NO2+O2 慢反应
第三步 NO+NO3 2NO2 快反应
其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡。下列表述正确的是 (填标号)。
A.v(第一步的逆反应)>v(第二步反应)
B.反应的中间产物只有NO3
C.第二步中NO2与NO3的碰撞仅部分有效
D.第三步反应活化能较高
答案 (1)O2 (2)①53.1 ②30.0 6.0×10-2 ③大于 温度提高,体积不变,总压强提高;NO2二聚为放热反应,温度提高,平衡左移,体系物质的量增加,总压强提高 ④13.4
(3)AC
教师专用题组
考点一 化学反应速率
1.(2015福建理综,12,6分)在不同浓度(c)、温度(T)条件下,蔗糖水解的瞬时速率(v)如下表。下列判断不正确的是( )
c/mol·L-1 v/mmol·L-1·min-1T/K
0.600
0.500
0.400
0.300
318.2
3.60
3.00
2.40
1.80
328.2
9.00
7.50
a
4.50
b
2.16
1.80
1.44
1.08
A.a=6.00
B.同时改变反应温度和蔗糖的浓度,v可能不变
C.b<318.2
D.不同温度时,蔗糖浓度减少一半所需的时间相同
答案 D
2.(2015安徽理综,11,6分)汽车尾气中NO产生的反应为:N2(g)+O2(g)2NO(g)。一定条件下,等物质的量的N2(g)和O2(g)在恒容密闭容器中反应,如图曲线a表示该反应在温度T下N2的浓度随时间的变化,曲线b表示该反应在某一起始反应条件改变时N2的浓度随时间的变化。下列叙述正确的是( )
A.温度T下,该反应的平衡常数K=4(c0-c1)2c12
B.温度T下,随着反应的进行,混合气体的密度减小
C.曲线b对应的条件改变可能是加入了催化剂
D.若曲线b对应的条件改变是温度,可判断该反应的ΔH<0
答案 A
考点二 化学平衡 化学反应进行的方向
3.(2015四川理综,7,6分)一定量的CO2与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应:C(s)+CO2(g) 2CO(g),平衡时,体系中气体体积分数与温度的关系如图所示:
已知:气体分压(p分)=气体总压(p总)×体积分数。下列说法正确的是( )
A.550 ℃时,若充入惰性气体,v正、v逆均减小,平衡不移动
B.650 ℃时,反应达平衡后CO2的转化率为25.0%
C.T ℃时,若充入等体积的CO2和CO,平衡向逆反应方向移动
D.925 ℃时,用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp=24.0p总
答案 B
4.(2016课标Ⅱ,27,14分)丙烯腈(CH2CHCN)是一种重要的化工原料,工业上可用“丙烯氨氧化法”生产,主要副产物有丙烯醛(CH2CHCHO)和乙腈(CH3CN)等。回答下列问题:
(1)以丙烯、氨、氧气为原料,在催化剂存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副产物丙烯醛(C3H4O)的热化学方程式如下:
①C3H6(g)+NH3(g)+32O2(g) C3H3N(g)+3H2O(g) ΔH=-515 kJ·mol-1
②C3H6(g)+O2(g) C3H4O(g)+H2O(g) ΔH=-353 kJ·mol-1
两个反应在热力学上趋势均很大,其原因是 ;有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是 ;提高丙烯腈反应选择性的关键因素是 。
(2)图(a)为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线,最高产率对应的温度为460 ℃。低于460 ℃时,丙烯腈的产率 (填“是”或“不是”)对应温度下的平衡产率,判断理由是 ;高于460 ℃时,丙烯腈产率降低的可能原因是 (双选,填标号)。
A.催化剂活性降低 B.平衡常数变大 C.副反应增多 D.反应活化能增大
(3)丙烯腈和丙烯醛的产率与n(氨)/n(丙烯)的关系如图(b)所示。由图可知,最佳n(氨)/n(丙烯)约为 ,理由是 。进料气氨、空气、丙烯的理论体积比约为 。
答案 (1)两个反应均为放热量大的反应 降低温度、降低压强 催化剂
(2)不是 该反应为放热反应,平衡产率应随温度升高而降低 AC
(3)1 该比例下丙烯腈产率最高,而副产物丙烯醛产率最低 1∶7.5∶1
5.(2016课标Ⅲ,27,15分)煤燃烧排放的烟气含有SO2和NOx,形成酸雨、污染大气,采用NaClO2溶液作为吸收剂可同时对烟气进行脱硫、脱硝。回答下列问题:
(1)NaClO2的化学名称为 。
(2)在鼓泡反应器中通入含有SO2和NO的烟气,反应温度323 K,NaClO2溶液浓度为5×10-3 mol·L-1。反应一段时间后溶液中离子浓度的分析结果如下表。
离子
SO42-
SO32-
NO3-
NO2-
Cl-
c/(mol·L-1)
8.35×10-4
6.87×10-6
1.5×10-4
1.2×10-5
3.4×10-3
①写出NaClO2溶液脱硝过程中主要反应的离子方程式 。增加压强,NO的转化率 (填“提高”“不变”或“降低”)。
②随着吸收反应的进行,吸收剂溶液的pH逐渐 (填“增大”“不变”或“减小”)。
③由实验结果可知,脱硫反应速率 脱硝反应速率(填“大于”或“小于”)。原因是除了SO2和NO在烟气中的初始浓度不同,还可能是 。
(3)在不同温度下,NaClO2溶液脱硫、脱硝的反应中SO2和NO的平衡分压pc如图所示。
①由图分析可知,反应温度升高,脱硫、脱硝反应的平衡常数均 (填“增大”“不变”或“减小”)。
②反应ClO2-+2SO32- 2SO42-+Cl-的平衡常数K表达式为 。
(4)如果采用NaClO、Ca(ClO)2替代NaClO2,也能得到较好的烟气脱硫效果。
①从化学平衡原理分析,Ca(ClO)2相比NaClO具有的优点是 。
②已知下列反应:
SO2(g)+2OH-(aq) SO32-(aq)+H2O(l) ΔH1
ClO-(aq)+SO32-(aq) SO42-(aq)+Cl-(aq) ΔH2
CaSO4(s) Ca2+(aq)+SO42-(aq) ΔH3
则反应SO2(g)+Ca2+(aq)+ClO-(aq)+2OH-(aq) CaSO4(s)+H2O(l)+Cl-(aq)的ΔH= 。
答案 (1)亚氯酸钠(2分)
(2)①4NO+3ClO2-+4OH- 4NO3-+2H2O+3Cl-(2分) 提高(1分) ②减小(1分)
③大于(1分) NO溶解度较低或脱硝反应活化能较高(1分)
(3)①减小(1分)
②c2(SO42-)·c(Cl-)c2(SO32-)·c(ClO2-)(2分)
(4)①形成CaSO4沉淀,反应平衡向产物方向移动,SO2转化率提高(2分)
②ΔH1+ΔH2-ΔH3(2分)
考点三 化学平衡的相关计算
7.(2015天津理综,10,14分)FeCl3具有净水作用,但腐蚀设备,而聚合氯化铁是一种新型的絮凝剂,处理污水比FeCl3高效,且腐蚀性小。请回答下列问题:
(1)FeCl3净水的原理是 。FeCl3溶液腐蚀钢铁设备,除H+作用外,另一主要原因是(用离子方程式表示) 。
(2)为节约成本,工业上用NaClO3氧化酸性FeCl2废液得到FeCl3。
①若酸性FeCl2废液中c(Fe2+)=2.0×10-2 mol·L-1,c(Fe3+)=1.0×10-3 mol·L-1,c(Cl-)=5.3×10-2 mol·L-1,则该溶液的pH约为 。
②完成NaClO3氧化FeCl2的离子方程式:
ClO3-+ Fe2++ Cl-+ Fe3++
(3)FeCl3在溶液中分三步水解:
Fe3++H2O Fe(OH)2++H+ K1
Fe(OH)2++H2O Fe(OH)2++H+ K2
Fe(OH)2++H2O Fe(OH)3+H+ K3
以上水解反应的平衡常数K1、K2、K3由大到小的顺序是 。
通过控制条件,以上水解产物聚合,生成聚合氯化铁,离子方程式为:
xFe3++yH2O Fex(OH)y(3x-y)++yH+
欲使平衡正向移动可采用的方法是(填序号) 。
a.降温 b.加水稀释 c.加入NH4Cl d.加入NaHCO3
室温下,使氯化铁溶液转化为高浓度聚合氯化铁的关键条件是 。
(4)天津某污水处理厂用聚合氯化铁净化污水的结果如下图所示。由图中数据得出每升污水中投放聚合氯化铁[以Fe(mg·L-1)表示]的最佳范围约为 mg·L-1。
答案 (1)Fe3+水解产生的Fe(OH)3胶体粒子能吸附水中悬浮的杂质 2Fe3++Fe 3Fe2+
(2)①2 ②1 6 6H+ 1 6 3H2O
(3)K1>K2>K3 bd 调节溶液的pH
(4)18~20
8.(2015浙江理综,28,15分)乙苯催化脱氢制苯乙烯反应:
(1)已知:
化学键
C—H
C—C
C C
H—H
键能/kJ·mol-1
412
348
612
436
计算上述反应的ΔH= kJ·mol-1。
(2)维持体系总压p恒定,在温度T时,物质的量为n、体积为V的乙苯蒸气发生催化脱氢反应。已知乙苯的平衡转化率为α,则在该温度下反应的平衡常数K= (用α等符号表示)。
(3)工业上,通常在乙苯蒸气中掺混水蒸气(原料气中乙苯和水蒸气的物质的量之比为1∶9),控制反应温度600 ℃,并保持体系总压为常压的条件下进行反应。在不同反应温度下,乙苯的平衡转化率和某催化剂作用下苯乙烯的选择性(指除了H2以外的产物中苯乙烯的物质的量分数)示意图如下:
①掺入水蒸气能提高乙苯的平衡转化率,解释说明该事实 。
②控制反应温度为600 ℃的理由是 。
(4)某研究机构用CO2代替水蒸气开发了绿色化学合成工艺——乙苯-二氧化碳耦合催化脱氢制苯乙烯。保持常压和原料气比例不变,与掺水蒸气工艺相比,在相同的生产效率下,可降低操作温度;该工艺中还能够发生反应:CO2+H2 CO+H2O,CO2+C 2CO。新工艺的特点有 (填编号)。
①CO2与H2反应,使乙苯脱氢反应的化学平衡右移
②不用高温水蒸气,可降低能量消耗
③有利于减少积炭
④有利于CO2资源利用
答案 (1)124 (2)α2(1-α2)p或nα2(1-α2)V
(3)①正反应方向气体分子数增加,加入水蒸气稀释,相当于起减压的效果
②600 ℃,乙苯的转化率和苯乙烯的选择性均较高。温度过低,反应速率慢,转化率低;温度过高,选择性下降。高温还可能使催化剂失活,且能耗大
(4)①②③④
【三年模拟】
时间:45分钟 分值:100分
一、选择题(每题6分,共42分,每小题只有一个选项正确)
1.(2019上海黄浦调研,17)下图是合成氨反应的正、逆反应速率随反应时间变化的示意图,有关叙述错误的是( )
A.状态Ⅰ和状态Ⅱ时,反应均处于平衡状态
B.状态Ⅰ变化为状态Ⅱ的过程,称为化学平衡移动
C.t1时刻平衡向正反应方向移动,平衡常数增大
D.同一种反应物在状态Ⅰ和状态Ⅱ时,浓度不相等
答案 C
2.(2019山西太原期末,19)以反应5H2C2O4+2MnO4-+6H+ 10CO2↑+2Mn2++8H2O为例探究“外界条件对化学反应速率的影响”。实验时,分别量取H2C2O4溶液和酸性KMnO4溶液,迅速混合并开始计时,通过测定溶液褪色所需时间来判断反应的快慢。
编号
H2C2O4溶液
酸性KMnO4溶液
温度/℃
浓度/mol·L-1
体积/mL
浓度/mol·L-l
体积/mL
①
0.10
2.0
0.010
4.0
25
②
0.20
2.0
0.010
4.0
25
③
0.20
2.0
0.010
4.0
50
下列说法不正确的是( )
A.实验①、②、③所加的H2C2O4溶液均要过量
B.实验①测得KMnO4溶液的褪色时间为40 s,则这段时间内v(KMnO4)=2.5×10-4 mol·L-1·s-1
C.实验①和②是探究浓度对化学反应速率的影响,实验②和③是探究温度对化学反应速率的影响
D.实验①和②起初反应均很慢,过了一会儿速率突然增大,可能是生成的Mn2+对反应起催化作用
答案 B
3.(2019安徽定远期末,6)在2 L恒容密闭容器中加入0.100 mol NO和2.030 mol固体活性炭,发生反应:2NO(g)+C(s) N2(g)+CO2(g)。在不同温度下测得平衡体系中各物质的物质的量如下表,下列说法正确的是( )
温度/℃
C(s)/mol
NO/mol
N2/mol
CO2/mol
200
2.000
0.040 0
0.030 0
0.030 0
335
2.005
0.050 0
0.025 0
0.025 0
A.该反应的正反应为吸热反应
B.反应体系在335 ℃时的平衡常数为0.25
C.335 ℃与200 ℃时相比,活化分子个数、活化分子百分数及焓变均大
D.200 ℃时,平衡后向恒容容器中再充入0.10 mol NO,再次平衡时,NO的百分含量将增大
答案 B
4.(2019河北邢台期末,21)有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3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( )
容器
起始时
T/℃
n(HCl)/mol
Z
Ⅰ
300
0.25
a
Ⅱ
300
0.25
b
Ⅲ
300
0.25
4
A.ΔH<0
B.a<4
D.300 ℃时,该反应平衡常数的值为320
答案 D
5.(2019陕西西安高新一中月考,7)恒温条件下,在体积不变的密闭容器中,有可逆反应X(s)+2Y(g)2Z(g) ΔH<0,下列说法一定正确的是( )
A.0.2 mol X和0.4 mol Y充分反应,Z的物质的量可能会达到0.35 mol
B.从容器中移出部分反应物X,则正反应速率将减小
C.当ΔH不变时,反应将达到平衡
D.向反应体系中继续通入足量Y气体,X有可能被反应完全
答案 A
6.(2018湖北重点高中联考,11)氯酸钾和亚硫酸氢钾溶液能发生氧化还原反应:ClO3-+3HSO3- 3SO42-+Cl-+3H+。已知该反应的反应速率随c(H+)的增大而加快。如图为用ClO3-在单位时间内物质的量浓度变化表示的该反应的v-t图。下列说法中不正确的是( )
A.反应开始时速率增大可能是c(H+)增大所致
B.纵坐标为v(Cl-)的v-t曲线与图中曲线完全重合
C.图中阴影部分的面积表示t1~t2时间内ClO3-的物质的量的减少量
D.后期反应速率减小的主要原因是反应物浓度减小
答案 C
7.(2018河北衡水中学大联考,16)一定温度下,将2 mol SO2和1 mol O2充入10 L恒容密闭容器中,发生反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH=-196 kJ·mol-1。5 min时达到平衡,测得反应放热166.6 kJ。下列说法错误的是( )
A.0~5 min内,用O2表示的平均反应速率v(O2)=0.017 mol·L-1·min-1
B.n(O2)n(SO3)的值不变时,该反应达到平衡状态
C.若增大O2的浓度,SO2的转化率增大
D.条件不变,起始向容器中充入4 mol SO2和2 mol O2,平衡时放热小于333.2 kJ
答案 D
二、选择题(每题6分,共18分,每小题有一个或两个选项正确)
8.(2019北京朝阳二模改编)乙烯气相直接水合反应制备乙醇:C2H4(g)+H2O(g) C2H5OH(g)。乙烯的平衡转化率随温度、压强的变化关系如下[起始时,n(H2O)=n(C2H4)=1 mol,容器体积为1 L]。
下列分析不正确的是( )
A.乙烯气相直接水合反应的ΔH<0
B.图中压强的大小关系为p1>p2>p3
C.图中a点对应的平衡常数K=516
D.达到平衡状态a、b所需要的时间:b>a
答案 BD
9.(2020届山东临沂质检,14)在2 L密闭容器中进行反应C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) ΔH>0。测得c(H2O)随反应时间(t)的变化如图所示。下列判断正确的是( )
A.0~5 min内,v(CO)=0.10 mol·L-1·min-1
B.10 min时,改变的外界条件可能是减小压强
C.5 min时该反应的v正大于11 min时的v逆
D.5 min时该反应的K值一定小于12 min时的K值
答案 AD
10.(2020届山东历城二中质检,15)CO2和CH4的反应为CH4(g)+CO2(g) 2H2(g)+2CO(g) ΔH。向V L恒容密闭容器中通入2 mol CH4和4 mol CO2,测得CO2的物质的量浓度随温度、时间的变化关系如图所示。下列说法不正确的是( )
A.ΔH>0,V=2
B.T1 ℃时,容器在b点时的压强与起始压强之比为7∶6
C.T2 ℃时,反应10 min后到达a点,0~10 min内用CO表示的平均反应速率v(CO)=0.3 mol·L-1·min-1
D.T2 ℃时反应达到平衡后,向该平衡体系中再充入0.5 mol CH4、0.5 mol CO2、1 mol H2和1 mol CO,平衡正向移动
答案 CD
三、非选择题(共40分)
11.(2019河北邯郸重点高中开学检测,29)(12分)甲醇是重要的化工原料和清洁燃料,工业上可利用CO或CO2来生产甲醇。已知制备甲醇的有关化学反应以及在不同温度下的化学平衡常数如下表所示:
化学反应
平衡常数
平衡常数的值
500 ℃
800 ℃
①2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)
K1
2.5
0.15
②H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g)
K2
1.0
2.50
③3H2(g)+CO2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
K3
(1)在恒容密闭容器中发生反应②,达到平衡后升高温度,下列说法正确的是 。
a.平衡正向移动
b.混合气体的平均相对分子质量增大
c.CO2的转化率增大
(2)K1、K2、K3的关系是K3= 。
(3)500 ℃时测得反应③在某时刻,H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的浓度分别为0.2 mol/L、0.1 mol/L、0.01 mol/L、0.2 mol/L,则此时v正 v逆(填“>”“=”或“<”)。
(4)某温度下反应①中H2的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图所示,若开始加入2 mol/L H2和1 mol/L CO,则B点时化学平衡常数为 。
(5)相同温度下,在甲、乙两个容积相等的恒容密闭容器中投入H2和CO2,发生反应②,起始浓度如下表所示。其中甲经2 min达平衡,平衡时c(H2O)=0.05 mol/L,甲中CO2的转化率为 ,乙中CO2的转化率 甲(填“大于”“等于”或“小于”)。
起始浓度
甲
乙
c(H2)/mol/L
0.10
0.20
c(CO2)/mol/L
0.10
0.20
答案 (每空2分)(1)ac (2)K1·K2 (3)= (4)25 (5)50% 等于
12.(2019福建龙岩一模,28)(12分)氮氧化物是环境污染物,研究氮氧化物转化有重要的意义。
回答下列问题:
(1)催化转化器可使汽车尾气反应而转化:
2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g) ΔH
已知:N2(g)+O2(g) 2NO(g) ΔH1=a kJ·mol-1
2C(s)+O2(g) 2CO(g) ΔH2=b kJ·mol-1
C(s)+O2(g) CO2(g) ΔH3=c kJ·mol-1
ΔH= kJ·mol-1(用含a、b、c的代数式表示)。
(2)T ℃时,将等物质的量的NO和CO充入容积为2 L的密闭容器中发生尾气转化反应,容器中NO物质的量随时间变化如图1所示。
图1
①T ℃时,该化学反应的平衡常数K= 。
②下列事实无法判断汽车尾气转化反应达到化学平衡状态的是 。
A.NO消耗速率等于N2消耗速率的2倍
B.混合气体平均相对分子质量不再变化
C.体系中NO的转化率和CO的转化率相等
D.气体的密度不再变化
③已知汽车尾气转化反应的ΔH<0。10 min后,改变下列示意图2横坐标对应的反应条件,纵坐标对应的量变化关系正确的是 (填序号)。
图2
(3)碘蒸气存在能大幅度提高N2O的分解速率,反应历程为:
第一步:I2(g) 2I(g)(快反应)
第二步:I(g)+N2O(g) N2(g)+IO(g)(慢反应)
第三步:IO(g)+N2O(g) N2(g)+O2(g)+I(g)(快反应)
实验表明,含碘时N2O分解速率v=k·c(N2O)·[c(I2)]0.5(k为速率常数)。下列表述正确的是 (填标号)。
A.N2O分解反应中,k值与是否含碘蒸气无关
B.第二步对总反应速率起决定作用
C.第二步活化能比第三步小
D.IO为反应的中间产物
答案 (1)2c-a-b (2)①2.5 ②CD ③bc (3)BD
13.(2019湖南常德一模,28)(16分)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.n(NH3)n(CH4)
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体积分数随n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=c(MbO2)c(Mb)·p(O2)。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=生成的c(MbO2)初始的c(Mb)×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 (每空2分)(1)N2
(2)-15(2a+3b+30c)
(3)①bd ②25 =
(4)①k正k逆 ②2 120
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