新教材(广西专版)高考化学一轮复习章末检测卷(7)化学反应速率与化学平衡含答案

这是一份新教材(广西专版)高考化学一轮复习章末检测卷(7)化学反应速率与化学平衡含答案，共21页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。

一、选择题:本题共14小题,每小题3分,共42分。每小题只有一个选项符合题目要求。
1.(2023天津河西期末)分析如下实验操作,对Cr2O72-(橙色)+H2O2CrO42-(黄色)+2H+平衡的影响说法正确的是( )
A.元素Cr的价电子数目为1
B.该反应属于氧化还原反应
C.试管a中溶液橙色变黄色,说明平衡正向移动
D.试管b中增大c(H+),平衡逆向移动,平衡常数减小
2.用如图所示的装置提纯难挥发的TaS2晶体,发生的反应为TaS2(s)+2I2(g)TaI4(g)+S2(g) ΔH>0,将不纯的TaS2粉末装入石英管一端,抽真空后引入适量碘并封管,置于加热炉中,下列说法不正确的是( )
A.温度:T1B.在温度T1端得到纯净TaS2晶体
C.提纯过程中I2的量在不断减少
D.该反应的平衡常数与TaI4和S2的浓度乘积无关
3.在接触法制硫酸的工业中,SO2发生的反应为2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=-198 kJ·ml-1。如图表示在有、无催化剂条件下SO2氧化生成SO3过程中能量的变化。450 ℃、V2O5催化时,该反应机理为:反应①V2O5(s)+SO2(g)V2O4(s)+SO3(g) ΔH1=+24 kJ·ml-1;反应②2V2O4(s)+O2(g)2V2O5(s) ΔH2。下列说法正确的是( )
A.V2O5催化时,反应②的速率大于反应①
B.ΔH2=-246 kJ·ml-1
C.升高温度,反应的化学平衡常数增大
D.增大压强或选择更高效的催化剂,可提高SO2的平衡转化率
4.一定温度下,在一个容积为2 L的密闭容器中发生反应:2N2O3(g)+3C(s)2N2(g)+3CO2(g) ΔH>0,若0~10 s内消耗了2 ml C,下列说法正确的是( )
A.0~10 s内用C表示的平均反应速率为v(C)=0.1 ml·L-1·s-1
B.当v正(N2O3)=v逆(CO2)时,反应达到平衡状态
C.升高温度正反应速率增大,逆反应速率减小
D.该反应达平衡后,减小反应体系的容积,平衡向逆反应方向移动
5.在160 ℃、200 ℃条件下,分别向两个固定容积为2 L 的容器中充入2 ml CO和2 ml N2O(g),发生反应:CO+N2OCO2+N2 ΔH<0。实验测得两容器中CO或N2的物质的量随时间的变化关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.ac段N2的平均反应速率为0.10 ml·L-1·min-1
B.曲线ac对应160 ℃条件下的反应
C.当容器中混合气体的密度不随时间变化时,该反应达到平衡状态
D.160 ℃时,该反应的平衡常数K=9
6.在容积为1 L的恒容密闭容器中充入一定量的H2S气体,平衡时三种组分的物质的量与温度的关系如图所示,下列说法正确的是( )
A.反应2H2S(g)S2(g)+2H2(g)在温度T1时的平衡常数小于温度T2时的平衡常数
B.T1时,向X点容器中再充入1 ml H2S和1 ml H2,重新平衡前v(正)C.T1时,若起始时向容器中充入5 ml H2S气体,则平衡时H2S的转化率大于50%
D.X点、Y点的压强仅与气体的总物质的量有关
7.根据下列图示所得出的结论不正确的是( )
A.图甲表示2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)
ΔH<0,t1时改变的条件是增大体系的压强
B.图乙NaCl溶液浓度过高,铁腐蚀速率降低,说明NaCl浓度越大溶液中O2的浓度越小
C.图丙说明石墨转化为金刚石的反应的ΔH>0
D.图丁是一定条件下发生反应:4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g),此过程ΔH<0
8.用活性炭还原NO2可防止空气污染,其反应原理为2C(s)+2NO2(g)N2(g)+2CO2(g)。在密闭容器中1 ml NO2与足量C发生上述反应,反应相同时间内测得NO2的生成速率与N2的生成速率随温度变化的关系如图1所示;维持温度不变,反应相同时间内测得NO2的转化率随压强的变化如图2所示。
图1
图2
下列说法错误的是( )
A.图1中的A、B、C三个点中只有C点的v(正)=v(逆)
B.图2中v逆(E)小于v正(F)
C.图2中平衡常数K(E)=K(G),但NO2的平衡浓度c(E)D.在恒温恒容下,向图2中G点平衡体系中充入一定量的NO2,与原平衡相比,NO2的平衡转化率增大
9.利用传感技术可以探究压强对2NO2(g)N2O4(g)化学平衡移动的影响。在室温、100 kPa条件下,往针筒中充入一定体积的NO2气体后密封并保持活塞位置不变。分别在t1、t2时刻迅速移动活塞并保持活塞位置不变,测定针筒内气体压强变化如图所示。下列说法正确的是( )
A.B点处NO2的转化率为3%
B.E点到H点的过程中,NO2的物质的量先增大后减小
C.E、H两点对应的正反应速率大小为vH=vE
D.B、H两点气体的平均相对分子质量大小为MB=MH
10.(2023河北石家庄联考)恒温恒容条件下,向密闭容器中加入等物质的量的M和N,发生反应:M(g)+N(g)X(g)+Y(g),已知该反应的正反应速率v(正)=kc(M),其中速率常数满足关系Aln k=-EaRT(R、A为常数,T为温度,Ea为反应的活化能)。上述反应在催化剂Cat1、Cat2作用下的关系如图。下列说法错误的是( )
A.使用催化剂Cat1时反应的活化能较高
B.平衡时M和N的转化率相等
C.增大N的浓度不影响正反应速率和平衡状态
D.若改为恒容绝热容器,平衡时M的转化率一定降低
11.乙基叔丁基酸(以ETBE表示)是一种性能优良的高辛烷值汽油调和剂,用乙醇与异丁烯(以IB表示)在催化剂HZSM-5催化下合成ETBE,反应为C2H5OH(g)+IB(g)ETBE(g)。向刚性恒容容器中按物质的量之比1∶1充入乙醇和异丁烯,在温度为378 K与388 K时异丁烯的转化率随时间变化如图所示。下列说法正确的是( )
A.正反应为吸热反应
B.A、M、B三点,逆反应速率最大的是点A
C.388 K时,容器内起始总压为p0 Pa,则Kp=24p0
D.388 K时,容器内起始总压为p0 Pa,60 min内v(IB)=0.01p0 Pa·min-1
12.在常压、Ru/TiO2催化下,CO2和H2混合气体(体积比1∶4)进行反应,测得CO2转化率、CH4和CO的选择性(即CO2转化生成CH4或CO的百分比)随温度变化如图所示。
反应Ⅰ:CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g) ΔH1
反应Ⅱ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2
下列说法正确的是( )
A.ΔH1、ΔH2都小于零
B.改变压强,对CO产量没有影响
C.反应Ⅰ的平衡常数可表示为K=c(CH4)c(CO2)·c4(H2)
D.为提高CH4选择性,可采用控制反应温度、调节压强等措施
13.CO2催化重整CH4的反应:(Ⅰ)CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH1,
主要副反应:(Ⅱ)H2(g)+CO2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2>0,
(Ⅲ)4H2(g)+CO2(g)CH4(g)+2H2O(g) ΔH3<0。
在恒容反应器中按体积分数V(CH4)∶V(CO2)=50%∶50%充入气体,加入催化剂,测得反应器中平衡时各物质的体积分数与温度的关系如图所示。下列说法不正确的是( )
A.ΔH1=2ΔH2-ΔH3>0
B.其他条件不变,适当增大起始时V(CH4)∶V(CO2),可抑制副反应(Ⅱ)、(Ⅲ)的进行
C.300~580 ℃时,H2O的体积分数不断增大,是由于反应(Ⅲ)生成H2O的量大于反应(Ⅱ)消耗的量
D.T ℃时,在2.0 L容器中加入2 ml CH4、2 ml CO2以及催化剂进行重整反应,测得CO2的平衡转化率为75%,则反应(Ⅰ)的平衡常数小于81
14.(2023广东揭阳期末)向恒容密闭容器中充入物质的量之比为1∶3的CO2和H2,发生反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),反应相同时间,体系中甲醇的百分含量(φ)和温度(T)的关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.该反应的ΔH>0
B.反应速率:vA=vB
C.容器内总压强p:pA>pC
D.化学平衡常数:KA>KB=KC
二、非选择题:本题共4小题,共58分。
15.(14分)某化学小组同学向含有少量淀粉的NaHSO3溶液中加入稍过量的KIO3溶液,一段时间后,溶液突然变蓝色。
(1)查阅资料知,NaHSO3与过量KIO3反应分两步进行,第一步为IO3-+3HSO3-3SO42-+3H++I-,则第二步反应的离子方程式为 。
(2)通过测定溶液变蓝所用时间探究浓度和温度对该反应的化学反应速率的影响。调节反应物浓度和温度进行对比实验。记录如下表:
实验①②是探究 对化学反应速率的影响,表中a= ;实验①③是探究温度对化学反应速率的影响,则表中b= ,c= 。
(3)将NaHSO3溶液与KIO3溶液混合(预先加入可溶性淀粉为指示剂),用速率检测仪检测出起始阶段化学反应速率逐渐增大,一段时间后化学反应速率又逐渐减小。课题组对起始阶段化学反应速率逐渐增大的原因提出如下假设,请你完成假设三:
假设一:反应生成的SO42-对反应起催化作用,SO42-浓度越大化学反应越快;
假设二:反应生成的H+对反应起催化作用,H+浓度越大化学反应越快;
假设三: ;
……
(4)请你设计实验验证上述假设一,完成下表中内容(化学反应速率可用测速仪测定)。
16.(14分)在一定条件下,将燃煤废气中的CO2转化为二甲醚的反应为2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g) ΔH。
已知:①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
ΔH1=-90.7 kJ·ml-1
②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH2=-23.5 kJ·ml-1
③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
ΔH3=-41.2 kJ·ml-1
(1)ΔH= kJ·ml-1。
(2)反应③的v-t图像如图1所示,若其他条件不变,只是在反应前增大容器容积使压强减小,则其v-t图像如图2所示。
下列说法正确的是 (填字母)。
①a1>a2 ②a1b2
④b1t2 ⑥t1=t2
⑦t1A.①③⑦ B.①③⑤ C.②④⑦
(3)由甲醇液相脱水法也可制二甲醚,首先将甲醇与浓硫酸反应生成硫酸氢甲酯(CH3OSO3H):CH3OH+H2SO4CH3OSO3H+H2O;生成的硫酸氢甲酯再和甲醇反应生成二甲醚,第二步反应的化学方程式为 ;与CO2和H2反应制备二甲醚比较,该工艺的优点是反应温度低,转化率高,其缺点是 。
(4)将等物质的量的CH4(g)和H2O(g)加入恒温恒容密闭容器(起始压强为100 kPa)中,发生反应④CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)和反应③,容器内气体的压强随时间的变化关系如表所示。
300 min时,体系 (填“处于”或“不处于”)平衡状态;反应④前180 min内平均反应速率v(CH4)= (保留小数点后2位)kPa·min-1。
17.(14分)运用化学反应原理研究碳、氮、硫的单质及其化合物的反应对缓解环境污染、能源危机具有重要意义。
(1)CO还原NO的反应为2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g)
ΔH=-746 kJ·ml-1。部分化学键的键能数据如下表。
①由以上数据可求得NO的键能为 kJ·ml-1。
②写出两条有利于提高NO平衡转化率的措施: 。
(2)一定条件下,向某恒容密闭容器中充入x ml CO2和y ml H2,发生反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-50 kJ·ml-1。
①图中能表示该反应的平衡常数K与温度T之间的变化关系曲线为 (填“a”或“b”),其判断依据是 。
②若x=2、y=3,测得在相同时间内不同温度下H2的转化率如图所示,则在该时间段内,恰好达到化学平衡时,此时容器内的压强与反应开始时的压强之比为 。
18.(16分)(2023天津名校联考)利用CO或CO2与H2反应都可以制取甲醇。
(1)已知:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH1=+41 kJ·ml-1
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2=-49 kJ·ml-1
则反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
ΔH= ,在 (填字母)进行。
A.高温条件下自发
B.低温条件下自发
C.高、低温条件下均能自发
D.高、低温条件下均不能自发
(2)利用反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)合成甲醇。T ℃时向固定容积的密闭容器中充入CO、H2,反应到t时刻测得各组分的浓度如下:
①如果该反应的平衡常数K=160,比较t时刻正、逆反应速率的大小:v(正) (填“>”“<”或“=”)v(逆)。
②要提高CO的转化率,可以采取的措施是 (填字母)。
A.加入催化剂
B.增大CO的浓度
C.通入惰性气体
D.通入H2
E.分离出甲醇
(3)T ℃时,向恒容密闭容器中充入CO2和H2,发生反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2
①如果CO2和H2的起始浓度分别为a ml·L-1和3a ml·L-1,反应平衡时CO2的转化率为b,则该温度下反应的平衡常数K= (用含a、b的表达式表示)。
②在使用不同催化剂时,相同时间内测得CO2的转化率随温度的变化如下图所示。
则催化效果最佳的是催化剂 (填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)。如果a点已经达到平衡状态,则b点的v(正) (填“>”“<”或“=”)v(逆),c点转化率比a点低的原因是 。
参考答案
章末检测卷(七) 化学反应速率与化学平衡
1.C 解析 铬元素的价电子为3d能级上的5个电子和4s能级上的1个电子,其价电子数目为6,A错误;Cr2O72-(橙色)+H2O2CrO42-(黄色)+2H+,该反应中没有元素价态的改变,不属于氧化还原反应,B错误;加入氢氧化钠溶液,试管a中溶液橙色变黄色,说明平衡正向移动,C正确;试管b中增大c(H+),平衡逆向移动,但平衡常数只与温度有关,温度不变,平衡常数不变,D错误。
2.C 解析 反应先在T2端正向进行,后在T1端逆向进行,正向反应的ΔH>0,因此温度T1小于T2,A项正确;因反应由T2端向T1端进行,则在T1端得到纯净的TaS2晶体,B项正确;I2在该过程中循环使用,且反应存在平衡,故I2的量不是不断减少的,C项错误;平衡常数只与温度有关,与TaI4和S2的浓度乘积无关,D项正确。
3.B 解析 由题图可知,反应①的活化能小,反应②的活化能大,则反应②的速率小于反应①,A项错误;根据盖斯定律可知,总反应=2×反应①+反应②,则ΔH2=ΔH-2ΔH1=-198 kJ·ml-1-2×24 kJ·ml-1=
-246 kJ·ml-1,B项正确;ΔH<0,升高温度,平衡逆向移动,反应的化学平衡常数减小,C项错误;该反应为气体体积减小的放热反应,增大压强平衡正向移动,可提高SO2的平衡转化率,但选择更高效的催化剂不影响化学平衡,不能提高SO2的平衡转化率,D项错误。
4.D 解析 C为固体,不能用浓度的变化表示C的反应速率,A项错误;平衡时,v正(N2O3)=23v逆(CO2),则当v正(N2O3)=v逆(CO2)时,正、逆反应速率不相等,反应未平衡,B项错误;升高温度可以提高活化分子百分数,正、逆反应速率均增大,C项错误;减小反应体系的容积,即增大压强,正反应为气体分子数增大的反应,增大压强平衡逆向移动,D项正确。
5.D 解析 充入2 ml CO和2 ml N2O(g),则物质的量减少的曲线,即bd曲线代表CO,物质的量增加的曲线,即ac曲线代表N2;温度较高则反应较快,较早达到平衡,故曲线ac代表200 ℃条件,曲线bd代表160 ℃条件。根据分析及题图中所示数据,可知ac段N2增加0.8 ml,耗时8 min,N2的平均反应速率为0.8ml2 L×8min=0.05 ml·L-1·min-1,A项错误;曲线ac对应200 ℃条件下的反应,B项错误;该反应各物质均是气体,气体总质量不变,容器容积不变,混合气体的密度始终不变,不能判断该反应达到平衡状态,C项错误;曲线bd代表160 ℃条件,d点代表平衡状态,此时CO剩余0.5 ml,则其反应消耗1.5 ml,列三段式,
CO + N2O CO2 + N2
起始/ml2200
转化/ml1.51.51.51.5
平衡/ml0.50.51.51.5
则平衡常数K=1.52××0.52=9,D项正确。
6.A 解析 由题图可知,升高温度H2S气体的物质的量减小,可知升高温度平衡正向移动,正反应为吸热反应,则温度越高、K越大,可知在温度T1时的平衡常数小于温度T2时的平衡常数,A项正确;T1时,平衡点X处H2S、H2的物质的量分别为2 ml、2 ml,生成2 ml H2时,S2的物质的量为1 ml,则化学平衡常数K=22×122=1,再充入1 ml H2S和1 ml H2,此时浓度商Q=(2+1)2×1(2+1)2=1=K,则平衡不移动,则v(正)=v(逆),B项错误;T1时,n(H2S)=n(H2)=2 ml,生成2 ml H2时,消耗2 ml H2S,所以开始时加入的n(H2S)=4 ml,该温度下平衡时H2S的转化率为50%,若起始时向容器中充入5 ml H2S,与原来相比相当于增大压强,平衡逆向移动,则平衡时H2S的转化率小于50%,C项错误;恒温恒容条件下气体压强之比等于气体的物质的量之比,但X点、Y点的温度不同,D项错误。
7.A 解析 根据图像,t1时刻v(逆)瞬间不变,v(正)瞬间增大,则是增大反应物浓度,A项不正确;O2的含量影响铁在NaCl溶液中的腐蚀速率,根据图像,腐蚀速率先增大后减小,说明在NaCl浓度较高时溶液中O2的浓度减小,正极反应减慢导致腐蚀速率降低,B项正确;石墨能量低于金刚石能量,所以石墨转化为金刚石的反应的ΔH>0,C项正确;图丁是一定条件下发生反应:4NH3+4NO+O24N2+6H2O,根据图像可知,T1>T2,升高温度,NO的浓度增大,平衡逆向移动,则正反应为放热反应,ΔH<0,D项正确。
8.D 解析 由2C(s)+2NO2(g)N2(g)+2CO2(g)可知,NO2的生成速率(逆反应速率)应该是N2的生成速率(正反应速率)的二倍时才能使正、逆反应速率相等,即达到平衡,则图1中的A、B、C三个点中只有C点的v(正)=v(逆),故A项正确;由图2知,E点反应未达到平衡,F点反应达到平衡,且压强E9.D 解析 由图可知B点处压强为97 kPa,设起始NO2为1 ml,转化率为α,由题意建立如下三段式:
2NO2(g)N2O4(g)
起始/ml10
变化/mlα0.5α
平衡/ml1-α0.5α
根据阿伏加德罗定律,同温同体积下,p1p2=n1n2,则10097=11-0.5α,解得α=0.06,即B点处NO2的转化率为6%,A项错误;由图可知,t2时刻移动了活塞,并保持活塞位置不变,压强迅速增大,说明迅速移动活塞使针筒体积减小,体系压强增大,平衡正向移动,则E点到H点的过程中,NO2的物质的量一直减小,B项错误;E、H两点压强不同,H点压强大,则E、H对应的正反应速率大小为vH>vE,C项错误;气体的质量不变,B、H两点气体的压强相等,气体的物质的量相等,则平均相对分子质量大小为MB=MH,D项正确。
10.C 解析 从曲线的斜率上可以分析出使用催化剂Cat1时反应的活化能较高,A正确;反应物的系数相等,投料相等,所以平衡时的转化率也相等,B正确;根据v(正)=kc(M),增大N的浓度不影响正反应速率,但一定会影响平衡状态,C错误;若改为恒容绝热容器,无论反应是吸热反应还是放热反应,平衡时M的转化率一定降低,D正确。
11.B 解析 温度越高,反应速率越大,反应越先达到平衡状态,则T1>T2,由题图可知,温度由T2升高到T1,异丁烯的转化率降低,说明升高温度,平衡逆向移动,则正反应为放热反应,A项错误;A、B、M三点中A、M点温度高于B点,A点生成物浓度大于M、B点,所以A点的逆反应速率最大,B项正确;设甲醇和异丁烯起始物质的量均为1 ml、容器容积为1 L,T1条件下,反应达到平衡时,异丁烯的转化率为80%,可列出三段式:
CH3OH(g)+IB(g)ETBE(g)
起始量/(ml·L-1)110
转化量/(ml·L-1)0.80.80.8
平衡量/(ml·L-1)0.20.20.8
平衡时混合气体总物质的量为0.2 ml+0.2 ml+0.8 ml=1.2 ml,恒温恒容条件下压强之比等于物质的量之比,则平衡时总压强为1.21+1p0 Pa=0.6p0 Pa,Kp=0.81.2××0.6p0×0.21.2×0.6p0=40p0,C项错误;388 K时,IB的起始分压为0.5p0 Pa,M点的异丁烯的转化率为60%,类比C选项分析,M点时总物质的量为0.4 ml+0.4 ml+0.6 ml=1.4 ml,压强之比等于物质的量之比,则M点压强为1.41+1p0 Pa=0.7p0 Pa,IB的分压为0.41.4×0.7p0 Pa=0.2p0 Pa,则388 K时,60 min内v(IB)=(0.5p0-0.2p0) Pa60min=0.005p0 Pa·min-1,D项错误。
12.D 解析 由题图知升高温度,CH4的选择性减小,即反应Ⅰ的CO2转化率下降,平衡逆向移动,所以反应Ⅰ的ΔH1小于零;升高温度,CO的选择性增加,即反应Ⅱ的CO2转化率上升,平衡正向移动,所以反应Ⅱ的ΔH2大于零,A项错误。若增大压强,反应Ⅰ正向移动,CO2的浓度减小,对反应Ⅱ而言,反应物浓度减小,平衡逆向移动,则CO产量减小,B项错误。水是气态的,有浓度变化,反应Ⅰ的平衡常数K=c(CH4)·c2(H2O)c(CO2)·c4(H2),C项错误。温度高于450 ℃时CH4的选择性明显降低;反应Ⅰ是气体分子数减小的反应,增大压强平衡正向移动,则降低温度、增大压强可提高CH4选择性,D项正确。
13.C 解析 反应(Ⅰ)可由2倍的反应(Ⅱ)减去反应(Ⅲ)得到,故ΔH1=2ΔH2-ΔH3,再根据图示,随温度的升高,CH4和CO2的体积分数减小,说明升温平衡正向移动,则正反应吸热,ΔH1>0,A项正确;适当增大起始时V(CH4)∶V(CO2),即增大CH4浓度或减小CO2浓度,根据平衡移动原理,减小反应物浓度或增加生成物浓度,平衡都逆向移动,B项正确;反应(Ⅲ)是放热反应,升温时,平衡逆向移动消耗H2O,反应(Ⅱ)是吸热反应,升温时,平衡正向移动生成H2O,而由于反应(Ⅲ)消耗H2O的量小于反应(Ⅱ)生成的量,300~580 ℃时,H2O的体积分数不断增大,C项错误;T ℃时,在2.0 L容器中加入2 ml CH4、2 ml CO2以及催化剂进行重整反应,测得CO2的平衡转化率为75%,则CO2转化的浓度为2ml2 L×75%=0.75 ml·L-1,若不考虑副反应,反应(Ⅰ)可列三段式:
CH4(g) + CO2(g)2CO(g) + 2H2(g)
起始量(ml·L-1)1100
转化量(ml·L-1)0.750.751.51.5
平衡量(ml·L-1)0.250.251.51.5
反应(Ⅰ)的平衡常数=1.52××0.25=81,但由于副反应(Ⅲ)中,消耗的氢气的量比二氧化碳多得多,故计算式中,H2分子减小的更多,平衡常数小于81,D项正确。
14.D 解析 反应相同时间,平衡前,体系中甲醇的百分含量(φ)随着温度升高而升高,平衡后,继续升温,甲醇百分含量下降,说明升温平衡逆向移动,该反应为放热反应,ΔH<0,A错误;B点温度高,反应快,反应速率:vApA,C点未达到平衡,体系中各物质的物质的量大,故pC>pB,因此pC>pA,C错误;该反应为放热反应,升温K值减小,化学平衡常数:KA>KB=KC,D正确。
15.答案 (1)IO3-+5I-+6H+3I2+3H2O
(2)KIO3溶液的浓度 15 20 10
(3)反应生成的I-对反应起催化作用,I-浓度越大化学反应越快(或该反应是放热反应,温度升高导致化学反应加快)
(4)
解析 (1)向含有少量淀粉的NaHSO3溶液中加入稍过量的KIO3溶液,一段时间后,溶液突然变蓝色,说明产物中有碘单质生成,第一步反应为IO3-+3HSO3-3SO42-+3H++I-,且KIO3溶液过量,所以能产生碘单质的反应为IO3-+5I-+6H+3I2+3H2O。
(2)实验①②是探究KIO3溶液的浓度对化学反应速率的影响,则NaHSO3溶液的浓度应相同,a=15;实验①③是探究温度对化学反应速率的影响,所以此时两个实验中的浓度都应当相等,所以b=20,c=10。
(3)根据影响反应速率的外界因素有浓度、温度、催化剂等加以假设,而在本实验中可能的原因为反应生成的I-对反应起催化作用,I-浓度越大化学反应越快或者是反应放热,随着反应的进行,温度升高,反应加快。
(4)通过对比实验进行验证,具体步骤为在烧杯甲中将NaHSO3溶液与过量KIO3溶液混合,用速率检测仪测定其起始时的反应速率v(甲);在烧杯乙中预先加入少量Na2SO4粉末,其他条件与甲完全相同,进行同一反应,用速率检测仪测定其起始阶段相同时间内的反应速率v(乙),若v(甲)=v(乙),则假设一不成立,若v(甲)16.答案 (1)-122.5 (2)A (3)CH3OSO3H+CH3OHCH3OCH3+H2SO4 浓硫酸腐蚀设备(或有硫酸废液产生) (4)处于 0.12
解析 (1)由盖斯定律可知,ΔH=2ΔH1+ΔH2-2ΔH3=2×(-90.7 kJ·ml-1)-23.5 kJ·ml-1+2×
41.2 kJ·ml-1=-122.5 kJ·ml-1。
(2)反应③前后气体体积不变,若其他条件不变,只是在反应前增大容器容积使压强减小,则物质浓度减小,反应速率减小,达到平衡所需时间变长,则a1>a2,b1>b2,t1(3)根据元素守恒可以知道硫酸氢甲酯和甲醇反应生成二甲醚的化学方程式为CH3OSO3H+CH3OHCH3OCH3+H2SO4;该反应有浓硫酸参加,根据浓硫酸的性质可以知道该工艺的缺点是浓硫酸腐蚀设备或有硫酸废液产生。
(4)300 min后压强保持不变,300 min时,体系处于平衡状态;
反应③为气体体积不变的反应,则压强变化只与反应④有关,设CH4的压强变化量为x,根据题意得:
CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔV
1 11 34-2=2
x 144 kPa-100 kPa=44 kPa
故1x=244 kPa,解得x=22 kPa,v(CH4)=ΔpΔt=22 kPa180min≈0.12 kPa·min-1。
17.答案 (1)①513.5 ②增大压强、降低温度、增大CO与NO的投料比(任写两条,合理即可)
(2)①a 该反应是放热反应,升高温度,平衡向左移动,平衡常数减小 ②17∶25
解析 (1)①设NO的键能为a kJ·ml-1,反应2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g) ΔH=(1 076×2+2a) kJ·ml-1-(745×2×2+945) kJ·ml-1=-746 kJ·ml-1,解得a=513.5,则NO的键能为513.5 kJ·ml-1。
②该反应为气体体积缩小的放热反应,若提高NO的平衡转化率,需要使平衡正向移动,可采取的措施有:增大压强、降低温度、增大CO与NO的投料比等。
(2)①该反应是放热反应,升高温度,平衡向左移动,平衡常数减小,曲线a符合此特点。
②在相同时间内达到平衡状态前,温度越高反应速率越大,H2的转化率越高,但达到平衡状态后继续升温,平衡会向逆反应方向移动,导致H2的转化率降低,由题图知b点恰好达到平衡状态,H2的转化率为80%,列三段式:
CO2(g) + 3H2(g)CH3OH(g) + H2O(g)
起始量/ml2300
转化量/ml0.82.40.80.8
平衡量/ml1.20.60.80.8
同温、同体积时压强之比等于物质的量之比,b点时对应的压强与反应开始时的压强之比为(1.2+0.6+0.8+0.8)∶(2+3)=17∶25。
18.答案 (1)-90 kJ·ml-1 B (2)①> ②DE
(3)①b227a2(1-b)4 ②Ⅰ > 正反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动
解析 (1)已知:①CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH1=+41 kJ·ml-1
②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2=-49 kJ·ml-1
根据盖斯定律计算②-①得反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH=(-49 kJ·ml-1)-(+41 kJ·ml-1)=-90 kJ·ml-1。反应的ΔH<0,ΔS<0,满足ΔH-TΔS<0的反应能自发进行,故反应在低温条件下自发进行。
(2)①如果该反应的平衡常数K=160,该时刻下浓度商Q=×0.202=100v(逆);②加入催化剂不影响化学平衡,CO的转化率不变,A错误;增大CO的浓度,增大了氢气的转化率,CO转化率减小,B错误;通入惰性气体,总压增大,分压不变,各组分的浓度不变,平衡不移动,C错误;通入H2,反应物浓度增大,平衡向正反应方向移动,CO转化率增大,D正确;分离出甲醇,生成物浓度减小,平衡正向移动,CO的转化率增大,E正确。
(3)①如果CO2和H2的起始浓度分别为a ml·L-1和3a ml·L-1,反应平衡时CO2的转化率为b,列出“三段式”。
CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g)
起始(ml·L-1)a3a00
转化(ml·L-1)ab3ababab
平衡(ml·L-1)a-ab3a-3ababab
该温度下反应的平衡常数K=c(CH3OH)c(H2O)c(CO2)c3(H2)=ab×ab(a-ab)×(3a-3ab)3=b227a2(1-b)4;②相同温度下,催化剂Ⅰ对应的CO2转化率较高,则催化效果最佳的是催化剂Ⅰ;如果a点已经达到平衡状态,则b点未达到平衡状态,因此b点的v(正)>v(逆);正反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,因此c点转化率比a点低。
实验
编号
0.02 ml·L-1 NaHSO3溶液/mL
0.02 ml·L-1 KIO3溶液/mL
H2OmL
反应温
度/℃
溶液变
蓝的
时间/s
①
15
20
10
15
t1
②
a
30
0
15
t2
③
15
b
c
30
t3
实验步骤(不要求写出具体操作过程)
预期实验现象和结论
时间/min
0
60
120
180
240
300
360
压强/kPa
100
118
132
144
154
162
162
化学键
C≡O
N≡N
CO
E/(kJ·ml-1)
1 076
945
745
物质
H2
CO
CH3OH
浓度(ml·L-1)
0.20
0.10
0.40
实验步骤(不要求
写出具体操作过程)
预期实验
现象和结论
在烧杯甲中将NaHSO3溶液与过量KIO3溶液混合,用测速仪测定其起始时的化学反应速率v(甲);在烧杯乙中预先加入少量Na2SO4粉末,其他反应条件均完全相同,测定其起始阶段的相同时间内的化学反应速率v(乙)
若化学反应速率v(甲)=v(乙),则假设一不成立;若v(甲)