苏教版（2019）高考一轮复习考点规范练21　化学平衡的移动

这是一份苏教版（2019）高考一轮复习考点规范练21　化学平衡的移动，共10页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
1.可逆反应X(g)+Y(g)2Z(g) ΔH甲>乙
B.平衡时,c(NO):甲=丙>乙
C.平衡时,N2的转化率:甲>乙
D.平衡时,甲中c(N2)=0.4 ml·L-1
二、非选择题
10.(2020山东)探究CH3OH合成反应化学平衡的影响因素,有利于提高CH3OH的产率。以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下:
Ⅰ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-49.5 kJ·ml-1
Ⅱ.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH2=-90.4 kJ·ml-1
Ⅲ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH3
回答下列问题:
(1)ΔH3= kJ·ml-1。
(2)一定条件下,向容积为V L的恒容密闭容器中通入1 ml CO2和3 ml H2发生上述反应,达到平衡时,容器中CH3OH(g)为a ml,CO为b ml,此时H2O(g)的浓度为 ml·L-1(用含a、b、V的代数式表示,下同),反应Ⅲ的平衡常数为 。
(3)不同压强下,按照n(CO2)∶n(H2)=1∶3投料,实验测定CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率随温度的变化关系如下图所示。
已知:CO2的平衡转化率=n(CO2)初始-n(CO2)平衡n(CO2)初始×100%
CH3OH的平衡产率=n(CH3OH)平衡n(CO2)初始×100%
其中纵坐标表示CO2平衡转化率的是图 (填“甲”或“乙”);压强p1、p2、p3由大到小的顺序为 ;图乙中T1温度时,三条曲线几乎交于一点的原因是 。
(4)为同时提高CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率,应选择的反应条件为 (填字母)。
A.低温、高压B.高温、低压
C.低温、低压D.高温、高压
11.(2021广东)我国力争于2030年前做到碳达峰,2060年前实现碳中和。CH4与CO2重整是CO2利用的研究热点之一。该重整反应体系主要涉及以下反应:
a)CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)ΔH1
b)CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH2
c)CH4(g)C(s)+2H2(g)ΔH3
d)2CO(g)CO2(g)+C(s)ΔH4
e)CO(g)+H2(g)H2O(g)+C(s)ΔH5
(1)根据盖斯定律,反应a的ΔH1= (写出一个代数式即可)。
(2)上述反应体系在一定条件下建立平衡后,下列说法正确的有 。
A.增大CO2与CH4的浓度,反应a、b、c的正反应速率都增加
B.移去部分C(s),反应c、d、e的平衡均向右移动
C.加入反应a的催化剂,可提高CH4的平衡转化率
D.降低反应温度,反应a~e的正、逆反应速率都减小
(3)一定条件下,CH4分解形成碳的反应历程如图1所示。该历程分 步进行,其中,第 步的正反应活化能最大。
图1
图2
(4)设Kpr为相对压力平衡常数,其表达式写法:在浓度平衡常数表达式中,用相对分压代替浓度。气体的相对分压等于其分压(单位为kPa)除以p0(p0=100 kPa)。反应a、c、e的ln Kpr随1T(温度的倒数)的变化如图2所示。
①反应a、c、e中,属于吸热反应的有 (填字母)。
②反应c的相对压力平衡常数表达式为Kpr= 。
③在图2中A点对应温度下、原料组成为n(CO2)∶n(CH4)=1∶1、初始总压为100 kPa的恒容密闭容器中进行反应,体系达到平衡时H2的分压为40 kPa。计算CH4的平衡转化率,写出计算过程。
(5)CO2用途广泛,写出基于其物理性质的一种用途: 。
12.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)Deacn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)Deacn直接氧化法可按下列催化过程进行:
CuCl2(s)CuCl(s)+12Cl2(g) ΔH1=83 kJ·ml-1
CuCl(s)+12O2(g)CuO(s)+12Cl2(g) ΔH2=-20 kJ·ml-1
CuO(s)+2HCl(g)CuCl2(s)+H2O(g) ΔH3=-121 kJ·ml-1
则4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)的ΔH= kJ·ml-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)
考点规范练21 化学平衡的移动
1.D 该反应前后气体体积不变,减小容器容积压强增大,平衡不移动,A项错误。催化剂只改变反应速率,不改变化学平衡,Z的产率不变,B项错误。两种反应物,增加一种物质的量可以增大另一种物质的转化率,本身转化率减小,增大c(X),X的转化率减小,C项错误。正反应是放热反应,降温平衡正向移动,Y的转化率增大,D项正确。
2.C 该反应逆反应为吸热、气体分子数目增大的反应,ΔH>0,ΔS>0,高温时自发进行,故A项错误;该反应正反应为放热反应,若容器绝热,开始反应时放出热量使容器容积增大,反应速率减小。随反应进行,反应速率逐渐增大。则化学反应速率应先减小后增大,故B项错误;保持温度不变,达到平衡后,充入2 ml N2,密闭容器带有活塞,则容器容积变大,容器内各气体浓度变小,平衡逆向移动,SO2的转化率变小,故C项正确;起始加入n(SO2)n(O2)=2∶1,反应中n(SO2)n(O2)=2∶1,故n(SO2)n(O2)始终等于2∶1,不能判定可逆反应达到平衡,故D项错误。
3.D 运用三段式求算m。设转化的X的物质的量为n ml。
X(g)+ mY(g) 3Z(g)
起始(ml)120
转化(ml)nmn3n
平衡(ml)(1-n)(2-mn)3n
据(1-n)∶(2-mn)∶3n=30%∶60%∶10%
求得:n=0.1,m=2。
由m=2知,A项正确。由第二次平衡时,X、Y、Z的体积分数不变可知两次平衡的平衡常数相同,则B项正确。由m和n的数值及起始量可计算出X、Y二者的平衡转化率都为10%,C项正确。第二次平衡时,c(Z)=4ml×10%2 L=0.2 ml·L-1,D项错误。
4.D 由表中数据可知,T1 ℃时达到平衡n(C)=0.35 ml,T2 ℃时达到平衡n(C)=0.375 ml,由于反应2NO(g)+C(s)N2(g)+CO2(g)的ΔH乙,A项正确。丙中反应相当于将甲容器体积压缩一半发生的反应,体系压强增大,但由于该反应为反应前后气体分子数不变的反应,故平衡不移动,则平衡时丙中NO的浓度为甲中NO的浓度的2倍,乙中反应相当于减小甲中O2的初始浓度发生的反应,平衡逆向移动,所以平衡时乙中NO的浓度小于甲中NO的浓度,B项错误。甲、乙中N2的初始浓度相等,甲中反应相当于增大乙中氧气的初始浓度发生的反应,则甲中N2的转化率较大,故平衡时,N2的转化率:甲>乙,C项正确。T ℃时,K=0.09,设甲中反应平衡时消耗的N2的浓度为x ml·L-1,则有:
N2(g) + O2(g) 2NO(g)
初始(ml·L-1)0.460.460
转化(ml·L-1)xx2x
平衡(ml·L-1)0.46-x0.46-x2x
平衡常数K=(2x)2(0.46-x)2=0.09,解得x=0.06,所以平衡时甲中c(N2)=0.4 ml·L-1,D项正确。
10.答案 (1)+40.9
(2)a+bV b(a+b)(1-a-b)(3-3a-b)
(3)乙 p1、p2、p3 T1时以反应Ⅲ为主,反应Ⅲ前后气体分子数相等,压强改变对平衡没有影响
(4)A
解析 本题利用科研文献中图像、曲线及数据设题,要求考生在陌生情景中进行热力学分析,有一定难度。
(1)根据盖斯定律可得Ⅰ-Ⅱ=Ⅲ,则ΔH3=+40.9 kJ·ml-1。
(2)反应Ⅰ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
转化/ml x3x xx
反应Ⅱ: CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
转化/ml a-x2a-2xa-x
反应Ⅲ: CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)
转化/ml yy yy
n(CO)=y ml-a ml+x ml=b ml,则x+y=a+b。
则c(H2O)=x+yV ml·L-1=a+bV ml·L-1
KⅢ=c(CO)c(H2O)c(CO2)c(H2)=b(a+b)V21-x-yV×3-3x-y-2a+2xV=b(a+b)(1-a-b)(3-3a-b)。
(3)从图乙中看到在T1时,p不同时三条曲线交于一点,说明压强的改变对平衡无影响。而反应Ⅲ前后分子数不变,反应以Ⅲ为主,所以升高温度平衡向正方向移动,CO2的转化率升高。图乙纵坐标表示CO2的平衡转化率,图甲纵坐标表示CH3OH的平衡产率,反应Ⅰ、Ⅱ都是体积减小的反应,增大压强平衡向正反应方向移动,故p1>p2>p3。
(4)由反应的方程式可知,低温、高压可提高CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率。
11.答案 (1)ΔH2+ΔH3-ΔH5或ΔH3-ΔH4 (2)AD
(3)4 4 (4)①a、c ②[p(H2)p0]2p(CH4)p0 ③40%(计算过程略) (5)人工降雨
解析 本题考查盖斯定律、化学平衡、化学反应机理及平衡常数的计算等。
(1)根据盖斯定律:反应c-反应d可得反应a,则ΔH1=ΔH3-ΔH4;反应b+反应c-反应e可得反应a,则ΔH1=ΔH2+ΔH3-ΔH5。
(2)增大CO2与CH4的浓度,反应a、b、c中反应物浓度都增大,正反应速率增加,A项正确;移去部分C(s),不影响平衡转化率,B项错误;催化剂不能影响平衡转化率,C项错误;降低反应温度,使正、逆反应的活化分子百分含量降低,故正、逆反应速率都减小,D项正确。
(3)从图可知反应经历了:CH4→CH3+H→CH2+2H→CH+3H→C+4H,共4步反应,第4步反应的正反应活化能最大。
(4)①随1T增大(降低温度),反应a、c的lnKpr逐渐减小,即平衡逆向移动,则反应a、c的正反应为吸热反应;相反,反应e的正反应为放热反应。②结合反应方程式,将物质浓度用相对分压替换即可写出相对压力平衡常数表达式。③从反应a、c可知,甲烷与氢气的物质的量之比为1∶2。起始CH4的分压为50 kPa,平衡时H2的分压为40 kPa,则平衡时已反应的CH4分压为20 kPa,则CH4的平衡转化率为20 kPa50 kPa×100%=40%。(5)干冰(固态CO2)升华时会吸收大量的热,可以用于人工降雨。
12.答案 (1)大于 0.422×0.422(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
解析 (1)分析任意一条平衡曲线可知,在进料浓度比固定的条件下,随着温度的升高,HCl的平衡转化率降低,说明正反应为放热反应,由于K只与温度有关,升高温度,平衡逆向移动,平衡常数K减小,即K(300 ℃)大于K(400 ℃)。
根据进料浓度比及HCl的平衡转化率间的关系可知,c(HCl)∶c(O2)=1∶1的曲线为最上面的那条曲线,由该曲线可知:温度为400 ℃时HCl的平衡转化率为84%。
根据条件可列三段式如下:
4HCl(g) + O2(g)2Cl2(g) + 2H2O(g)
初始:c0 c0 0 0
转化:c0×0.84 c0×0.21 c0×0.42 c0×0.42
平衡:c0× c0×(1-0.21) c0×0.42 c0×0.42
(1-0.84)
K(400 ℃)=c2(Cl2)·c2(H2O)c4(HCl)·c(O2)=(c0×0.42)2·(c0×0.42)2[c0×(1-0.84)]4·[c0×(1-0.21)]=0.422×0.422(1-0.84)4×(1-0.21)c0
进料浓度比c(HCl)∶c(O2)过低,导致产品Cl2混有大量O2,则分离两气体时导致能耗较高。而进料浓度比c(HCl)∶c(O2)过高,则导致HCl的转化率过低,浪费原料。
(2)由盖斯定律可知,将题给催化过程的三个反应直接相加可得:2HCl(g)+12O2(g)Cl2(g)+H2O(g)
ΔH'=(83-20-121)kJ·ml-1=-58 kJ·ml-1,则ΔH=2ΔH'=-116 kJ·ml-1
(3)在温度一定时,要增大HCl的平衡转化率,可采取的措施有:及时移走部分产物、增大体系压强等。温度/℃
n(C)/ml
n(CO2)/ml
T1
0.15
T2
0.375
起始浓度
甲
乙
丙
c(N2)/(ml·L-1)
0.46
0.46
0.92
c(O2)/(ml·L-1)
0.46
0.23
0.92