专题能力训练4　化学反应速率与化学平衡 （含答案解析）

专题能力训练4　化学反应速率与化学平衡

(时间:45分钟　满分:100分)

一、选择题(共7小题,每小题8分,共56分。每小题只有1个选项符合题意)

1.乙二醇制备原理为CH3OOC—COOCH3(g)+4H2(g)HOCH2—CH2OH(g)+2CH3OH(g)

ΔH=-34 kJ·mol-1,下图表示一定温度下,达到平衡时乙二醇的产率随原料投料比[]和压强的变化关系,其中三条曲线分别表示体系压强为1.5 MPa、2.5 MPa、3.5 MPa的情况,下列说法中正确的是(　　)

A.原料投料比[]增大,平衡常数K增大

B.原料投料比[]越大,乙二醇的产率越小

C.升高温度后,v(正)>v(逆)

D.曲线丙对应的压强p(丙)=1.5 MPa

答案:D

解析:温度不变,原料投料比[]增大,平衡常数K不变,A项错误;由图像可知,一定范围内原料投料比[]越大,乙二醇的产率越大,B项错误;该反应正向放热,升高温度,平衡向逆反应方向移动,故v(正)<v(逆),C项错误;该反应是气体分子数减小的反应,增大压强,平衡正向移动,乙二醇的产率增大,D项正确。

2.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

解析:运用三段式求算m。设转化的X的物质的量为n。

　　　　　 X(g)+mY(g)3Z(g)

起始(mol) 1            2 0

转化(mol) n            mn 3n

平衡(mol) (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所处温度相同,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)==0.2 mol·L-1,D项错误。

3.下列有关说法正确的是(　　)

A.实验室利用排饱和食盐水法收集氯气与平衡移动无关

B.为处理锅炉水垢中的CaSO4,可先用饱和Na2CO3溶液浸泡,再加入盐酸溶解

C.Fe2O3(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g),向平衡体系充入CO2气体,K减小

D.吸热反应TiO2(s)+2Cl2(g)TiCl4(g)+O2(g)在一定条件下可自发进行,则该反应的ΔS<0

答案:B

解析:A项,Cl2溶于水时存在平衡:Cl2+H2OH++Cl-+HClO,使用饱和食盐水增大了c(Cl-),抑制了Cl2在水中的溶解平衡,与平衡移动有关,错误。B项,硫酸钙是微溶于水的盐,锅炉水中存在着溶解平衡:CaSO4(s)Ca2+(aq)+S(aq),处理锅炉水垢中的CaSO4时,加入饱和Na2CO3溶液,会发生沉淀转化,使CaSO4沉淀转化为溶解度更小的CaCO3沉淀,加入盐酸,CaCO3溶解,从而除掉CaSO4,正确。C项,K只与温度有关,错误。D项,吸热反应TiO2(s)+2Cl2(g)TiCl4(g)+O2(g)的ΔH>0,在一定条件下可自发进行,则必须是熵增反应,即ΔS>0,错误。

4.工业合成甲醇的反应:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g),在容积为3 L的密闭容器中发生该反应,在不同温度下甲醇的物质的量随时间变化的曲线如图所示。下列叙述正确的是(　　)

A.平衡常数K(300 ℃)<K(500 ℃)

B.在其他条件不变时,压缩处于E点的体系体积,氢气浓度增大

C.300 ℃,当容器内气体密度不变时说明反应已经达到平衡

D.500 ℃,从反应开始到平衡,氢气的平均反应速率v(H2)= mol·L-1·min-1

答案:B

解析:据图可知,温度越高,甲醇的物质的量越小,则平衡逆向移动,根据平衡移动原理升温平衡向吸热方向移动,因此逆反应吸热,K(300 ℃)>K(500 ℃),A项错误;将E点的体系压缩,则平衡向气体体积减小的方向即正反应方向移动,如果平衡不移动,则氢气浓度增大,而平衡移动的结果是“削弱这种改变”,即氢气的浓度在增大的基础上有所减小,但还比原来的大,B项正确;根据质量守恒定律可知气体质量不变,又由于容积固定,即气体密度始终不变,因此密度不变不能表明平衡建立,C项错误;根据化学计量数之比等于反应速率之比,500 ℃时,从反应开始到平衡,氢气的平均反应速率为2× mol·L-1·min-1,D项错误。

5.某温度下,反应2A(g)B(g)　ΔH>0,在密闭容器中达到平衡,平衡后=a,若改变某一条件,足够时间后反应再次达到平衡,此时=b,下列叙述正确的是(　　)

A.在该温度下,保持容积固定不变,向容器内补充了B气体,则a<b

B.在该温度恒压条件下再充入少量B,则a=b

C.若其他条件不变,升高温度,则a<b

D.若保持温度、压强不变,充入惰性气体,则a>b

答案:B

解析:A项,补充B气体后平衡时压强变大,正反应程度变大,变小,即a>b;B项,充入B气体,新平衡状态与原平衡等效,不变,即a=b;C项,升温,平衡右移,变小,即a>b;D项相当于减压,平衡左移,变大,即a<b。

6.在恒容密闭容器中,用铜铬的氧化物作催化剂,用一定量的HCl(g)和O2制取Cl2的原理为4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)　ΔH<0,下列有关说法不正确的是(　　)

A.平衡前,随着反应的进行,容器内压强变小

B.平衡时,其他条件不变,分离出H2O(g),逆反应速率减小

C.平衡时,其他条件不变,升高温度平衡常数增大

D.其他条件不变,使用不同催化剂,HCl(g)的转化率不变

答案:C

解析:因反应前后气体分子数减小,平衡前随着反应的进行,容器内的压强逐渐变小,A项正确;生成物浓度减小,逆反应速率减小,B项正确;升温,平衡左移,平衡常数减小,C项错误;其他条件不变,使用不同催化剂,平衡不移动,HCl(g)的转化率不变,故D项正确。

7.下列事实不能用勒夏特列原理解释的是(　　)

A.溴水存在:Br2+H2OHBr+HBrO,当加入硝酸银溶液后,溶液颜色变浅

B.反应CO(g)+NO2(g)CO2(g)+NO(g)　ΔH<0,达平衡后,升高温度体系颜色变深

C.对平衡体系H2(g)+I2(g)2HI(g),加压后,混合气体的颜色加深

D.用稀盐酸洗涤AgCl沉淀比用等体积的蒸馏水洗涤损失的AgCl少

答案:C

二、非选择题(共2小题,共44分)

8.(2018北京理综)(20分)近年来,研究人员提出利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储。过程如下:

(1)反应Ⅰ:2H2SO4(l)2SO2(g)+2H2O(g)+O2(g)

ΔH1=+551 kJ·mol-1

反应Ⅲ:S(s)+O2(g)SO2(g)　ΔH3=-297 kJ·mol-1

反应Ⅱ的热化学方程式: 　 　　　　　　　　　　。 

(2)对反应Ⅱ,在某一投料比时,两种压强下,H2SO4在平衡体系中物质的量分数随温度的变化关系如图所示。p2　　　　p1(填“>”或“<”),得出该结论的理由是　 　　　　　　　　　　　。 

(3)I-可以作为水溶液中SO2歧化反应的催化剂,可能的催化过程如下。将ⅱ补充完整。

ⅰ.SO2+4I-+4H+S↓+2I2+2H2O

ⅱ.I2+2H2O+　　　　 　　　　　+　　　　　+2I- 

(4)探究ⅰ、ⅱ反应速率与SO2歧化反应速率的关系,实验如下:分别将18 mL SO2饱和溶液加入2 mL下列试剂中,密闭放置观察现象。(已知:I2易溶解在KI溶液中)

①B是A的对比实验,则a=　　　　　。 

②比较A、B、C,可得出的结论是  　　　　　　　　　　　。 

③实验表明,SO2的歧化反应速率D>A,结合ⅰ、ⅱ反应速率解释原因:  　 　　　　　　　。 

答案:(1)3SO2(g)+2H2O(g)2H2SO4(l)+S(s)

ΔH=-254 kJ·mol-1

(2)>　反应Ⅱ是气体分子数减小的反应,温度一定时,增大压强,化学平衡正向移动,H2SO4的物质的量分数增大

(3)SO2　4H+　S

(4)①0.4　②I-是SO2歧化反应的催化剂,且在H+存在下,催化速率增大;但H+单独存在时,不具有催化作用　③反应ⅱ比反应ⅰ快,增大I2的浓度,反应ⅱ的反应速率增大,H+浓度增大,加强了I-的催化能力

解析:(1)由题给示意图可知,反应Ⅱ为二氧化硫发生歧化反应生成硫酸和硫,反应的化学方程式为3SO2(g)+2H2O(g)2H2SO4(l)+S(s),由盖斯定律可知,-(反应Ⅲ+反应Ⅰ)得反应Ⅱ,则ΔH=-(ΔH3+ΔH1)=-(-297 kJ·mol-1)-(+551 kJ·mol-1)=-254 kJ·mol-1,则热化学方程式为3SO2(g)+2H2O(g)2H2SO4(l)+S(s)　ΔH=-254 kJ·mol-1。(2)反应Ⅱ为气体分子数减小的反应,增大压强,化学平衡正向移动,硫酸的物质的量分数增大,则p2大于p1。(3)由题意可知,I-为反应的催化剂,则反应ⅱ的反应物为I2、SO2和水,生成物为氢碘酸和硫酸,反应的离子方程式为I2+SO2+2H2O4H++2I-+S。(4)①A与B是探究H+浓度对反应速率的影响,因此A和B中KI溶液浓度必须相同,则a为0.4;②对比A、B、C的实验现象可知,I-是SO2歧化反应的催化剂,且在H+存在下,催化速率增大;但H+单独存在时,不具有催化作用;③对比A、D实验现象可知,增大I2的浓度,反应ⅱ的反应速率增大,H+浓度增大,加强了I-的催化能力。

9.(24分)甲醇既是重要的化工原料,又可作为燃料。利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂作用下合成甲醇,发生的主要反应如下:

①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　ΔH1=-99 kJ·mol-1

②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)    ΔH2=-58 kJ·mol-1

③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH3=+41 kJ·mol-1

回答下列问题:

(1)反应①的化学平衡常数K表达式为　　　　　　　;图1中能正确反映平衡常数K随温度变化关系的曲线为　　　　(填曲线标记字母),其判断理由是　　　　　　　　　　　　　　　。 

图1

图2

(2)合成气组成=2.60时,体系中的CO平衡转化率(α)与温度和压强的关系如图2所示,α(CO)值随温度升高而　　　　(填“增大”或“减小”),其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;图2中的压强由大到小为　　　　　　　,其判断理由是　　　　　　　　　　　　　　　　。 

答案:(1)K=[或Kp=]

a　反应①为放热反应,平衡常数数值应随温度升高变小

(2)减小　升高温度时,反应①为放热反应,平衡向左移动,使得体系中CO的量增大;反应③为吸热反应,平衡向右移动,又使产生CO的量增大;总结果,随温度升高,使CO的转化率降低

p3>p2>p1　相同温度下,由于反应①为气体分子数减小的反应,加压有利于提升CO的转化率;而反应③为气体分子数不变的反应,产生CO的量不受压强影响。故增大压强时,有利于CO的转化率升高

解析:(1)反应①的K表达式为。

因反应①为放热反应,所以平衡常数应随温度升高而变小,所以选a。

(2)升高温度,反应①平衡向左移动,使体系中n(CO)增大;反应③为吸热反应,平衡向右移动,又使产生n(CO)增大;总结果是随温度升高,CO的转化率降低。

因为相同温度下,由于反应①为气体分子数减小的反应,加压有利于增大CO的转化率;反应③为气体分子数不变的反应,压强改变对平衡不产生影响。所以压强增大,CO转化率升高,在图2中,同一温度下,CO转化率高的对应压强大,则p3>p2>p1。