高考二轮化学总复习 专题限时训练7.docx
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高考二轮化学总复习专题限时训练7
专题限时训练(七) 化学反应速率和化学平衡
(时间:
60分钟 分数:
100分)
一、选择题(每小题8分,共48分)
1.向某恒容密闭容器中充入一定量CO2和H2,发生反应:
CO2(g)+H2(g)HCOOH(g),测得平衡体系中CO2的百分含量(CO2%)与反应温度变化的关系如图所示,下列物理量中,a点大于b点的是( )
A.正反应速率
B.逆反应速率
C.HCOOH(g)的浓度
D.H2的体积分数
答案:
C 解析:
A项,温度升高,反应速率加快,所以b点的反应速率大于a点的反应速率,错误;B项,温度升高,正逆反应的速率都加快,所以b点的逆反应速率大于a点的逆反应速率,错误;C项,温度升高,二氧化碳的含量增大,说明温度升高,平衡逆向移动,则正向是放热反应,所以a点HCOOH(g)的浓度大于b点HCOOH(g)的浓度,正确;D项,升高温度,平衡逆向移动,则氢气的体积分数增大,所以b点大于a点,错误,答案选C。
2.(2015·洛阳二模)工业炼铁是在高炉中进行的,高炉炼铁的主要反应是:
①2C(焦炭)+O2(空气)
2CO
②Fe3O3+3CO
Fe+3CO2
该炼铁工艺中,对焦炭的实际使用量要远远高于按照化学方程式计算所需,其主要原因是( )
A.CO过量
B.CO与铁矿石接触不充分
C.炼铁高炉的高度不够
D.CO与Fe2O3的反应有一定限度
答案:
D 解析:
工业炼铁中Fe2O3+3CO
Fe+3CO为可逆反应,对焦炭的实际使用量要远远高于按照化学方程式计算所需,这样可以促进反应正向移动,提高CO的浓度,从而可以提高Fe2O3转化率,故选D。
3.(2015·黄冈模拟)在一定条件下,可逆反应2A(气)+B(气)nC(固)+D(气)达平衡。
若维持温度不变,增大压强,测得混合气体的平均相对分子质量不发生改变,则下列说法正确的是( )
A.其他条件不变,增大压强,平衡不发生移动
B.其他条件不变,增大压强,混合气体的总质量不变
C.该反应式中n值一定为2
D.原混合气体中A与B的物质的量之比为2∶1,且2M(A)+M(B)=3M(D)(其中M表示物质的摩尔质量)
答案:
D 解析:
该反应正反应是气体体积减小的反应,增大压强,平衡向正反应方向移动,A错误;增大压强平衡向正反应方向移动,C的质量增大,C为固体,根据质量守恒定律可知,混合气体的质量减小,B错误;C为固体,压强改变不影响C的浓度,不能确定n的值,C错误;增大压强,测得混合气体的平均相对分子质量不变,说明混合气体的平均相对分子质量为定值,原混合气中A与B的物质的量之比为2∶1,按2∶1反应,混合气体中二者始终为2∶1,二者的平均相对分子质量与D的相对分子质量相等,则混合气体的平均相对分子质量为定值,则
=M(D),D正确。
4.(2015·湖北模拟)在某2L恒容密闭容器中充入2molX(g)和1molY(g)发生反应:
2X(g)+Y(g)===3Z(g) ΔH,反应过程中持续升高温度,测得混合体系中X的体积分数与温度的关系如图所示。
下列推断正确的是( )
A.M点时,Y的转化率最大
B.升高温度,平衡常数减小
C.平衡后充入Z达到新平衡时Z的体积分数增大
D.W、M两点Y的正反应速率相等
答案:
B 解析:
温度在a℃之前,升高温度,X的含量减小,温度在a℃之后,升高温度,X的含量增大,曲线上最低点为平衡点,最低点之前未达平衡,反应向正反应进行,最低点之后,各点为平衡点,升高温度X的含量增大,平衡向逆反应方向移动,故正反应为放热反应。
A项,曲线上最低点Q为平衡点,升高温度平衡向逆反应方向移动,Y的转化率减小,所以Q点时,Y的转化率最大,错误;B项,已知该反应为放热反应,升高温度,平衡逆移,平衡常数减小,正确;C项,反应前后气体的物质的量不变,平衡时充入Z,达到平衡时与原平衡是等效平衡,所以达到新平衡时Z的体积分数不变,错误;D项,W点对应的温度低于M点对应的温度,温度越高,反应速率越高,所以W点Y的正反应速率小于M点Y的正反应速率,错误。
5.(2014·重庆卷)在恒容密闭容器中通入X并发生反应:
2X(g)Y(g),温度T1、T2下X的物质的量浓度c(X)随时间t变化的曲线如图所示,下列叙述正确的是( )
A.该反应进行到M点放出的热量大于进行到W点放出的热量
B.T2下,在0~t1时间内,v(Y)=
mol·L-1·min-1
C.M点的正反应速率v正大于N点的逆反应速率v逆
D.M点时再加入一定量X,平衡后X的转化率减小
答案:
C 解析:
根据图像给出的在不同温度下达到平衡所需要的时间可得出:
T1>T2,再根据不同温度下达到平衡时c(X)的大小可推出此反应为放热反应。
M点X的转化率小于W点X的转化率,因此反应进行到M点放出的热量小于进行到W点放出的热量,选项A不正确。
T2下,在0~t1时间内,v(X)=
mol·L-1·min-1,v(Y)=
v(X)=
mol·L-1·min-1,选项B不正确。
M点时在恒容条件下再加入一定量X,相当于增大压强,平衡正向移动,平衡后X的转化率增大,选项D不正确。
在T1和T2温度时,当达到平衡状态时,M点v正(M)=v逆(M),W点v正(W)=v逆(W),温度高反应速率快,v逆(M)>v逆(W),又v逆(W)>v逆(N),则v逆(M)>v逆(N),则v正(M)>v逆(N),选项C正确。
6.(2015·四川卷)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下图所示:
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 解析:
A项,550℃时,若充入惰性气体,v正、v逆均减小,由于保持了压强不变,相当于扩大了体积,平衡正向移动,A项错误。
B项,根据图示可知,在650℃时,CO的体积分数为40%,根据反应方程式:
C(s)+CO2(g)2CO(g),设开始加入1molCO2,反应掉了xmolCO2,则有:
C(s) + CO2(g) 2CO(g)
始态:
1mol 0
变化:
xmol 2xmol
平衡:
(1-x)mol 2xmol
因此有:
×100%=40%,解得x=0.25,则CO2的平衡转化率为
×100%=25%,故B项正确。
C项,由于温度不知道,无法求得K,故无法比较Qc与K的关系,也就无法判断平衡移动的方向,C项错误。
D项,925℃时,CO的体积分数为96%,故Kp=
=
=23.04p总,D项错误。
二、非选择题(共52分)
7.(16分)(2015·全国卷Ⅰ)Bodensteins研究了下列反应:
2HI(g)H2(g)+I2(g)
在716K时,气体混合物中碘化氢的物质的量分数x(HI)与反应时间t的关系如下表:
t/min
0
20
40
60
80
120
x(HI)
1
0.91
0.85
0.815
0.795
0.784
x(HI)
0
0.60
0.73
0.773
0.780
0.784
(1)根据上述实验结果,该反应的平衡常数K的计算式为_______。
(2)上述反应中,正反应速率为v正=k正x2(HI),逆反应速率为v逆=k逆x(H2)x(I2),其中k正、k逆为速率常数,则k逆为_____(以K和k正表示)。
若k正=0.0027min-1,在t=40min时,v正=____min-1。
(3)由上述实验数据计算得到v正~x(HI)和v逆~x(H2)的关系可用下图表示。
当升高到某一温度时,反应重新达到平衡,相应的点分别为________(填字母)。
答案:
(1)
(2)k正/K 1.95×10-3 (3)A、E
解析:
(1)由表中数据可知,无论是从正反应方向开始,还是从逆反应方向开始,最终x(HI)均为0.784,说明此时已达到了平衡状态。
设HI的初始浓度为1mol·L-1,则:
2HI(g)H2(g)+I2(g)
初始浓度/mol·L-1 1 0 0
转化浓度/mol·L-1 0.216 0.108 0.108
平衡浓度/mol·L-1 0.784 0.108 0.108
K=
=
(2)建立平衡时,v正=v逆,即k正x2(HI)=k逆x(H2)·x(I2),k逆=
k正。
由于该反应前后气体分子数不变,故k逆=
k正=
k正=
。
在40min时,x(HI)=0.85,则v正=0.0027min-1×0.852≈1.95×10-3min-1。
(3)因2HI(g)H2(g)+I2(g) ΔH>0,升高温度,v正、v逆均增大,且平衡向正反应方向移动,HI的物质的量分数减小,H2、I2的物质的量分数增大。
因此,反应重新达到平衡后,相应的点分别应为A点和E点。
8.(18分)(2015·浙江卷)乙苯催化脱氢制苯乙烯反应:
(1)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)。
(2)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____________________。
(3)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)Kp=
p或Kc=
(2)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 (3)①②③④
解析:
(1)从浓度角度求Kc:
根据阿伏加德罗定律的推论,总压强p相同时,V1/V2=n1/n2,乙苯的转化率为α,由此可得:
V/V反应后=1/(1+α),V反应后=(1+α)V,根据方程式及平衡常数的定义:
Kc=
=
=
。
从压强角度求Kp:
容器中氢气的物质的量为αn,苯乙烯的物质的量为αn,乙苯的物质的量为(1-α)n,气体的总物质的量为(1+α)n,所以氢气的分压为
p,苯乙烯的分压为
p,乙苯的分压为
p,因此Kp=
=
p。
(2)①因为该容器内保持恒压,掺入水蒸气,相当于增大了容器的体积,而该反应的正反应是气体化学计量数增大的反应,化学平衡向右移动,提高了乙苯的平衡转化率。
②从图像可知,600℃时,乙苯的转化率和苯乙烯的选择性均较高。
如果温度过低,反应速率慢且转化率低;如果温度过高,选择性下降,且高温还可能使催化剂失去活性,同时还会消耗更多的能量。
(3)①中二氧化碳与氢气反应,可以促使平衡向右移动,所以正确;②中不需要提供产生水蒸气的能量,降低能耗,所以正确;③中因为二氧化碳可以与碳反应生成一氧化碳,因此可以减少积炭,所以正确;④中由于该反应消耗二氧化碳,因此有利于二氧化碳资源的利用,所以正确。
9.(18分)(2015·全国卷Ⅱ)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
②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2
③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH3
回答下列问题:
(1)已知反应①中相关的化学键键能数据如下:
化学键
H—H
C—O
C===O
H—O
C—H
E/(kJ·mol-1)
436
343
1076
465
413
由此计算ΔH1=________kJ·mol-1;已知ΔH2=-58kJ·mol-1,则ΔH3=________kJ·mol-1。
(2)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________。
(3)合成气组成n(H2)/n(CO+CO2)=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)-99 +41
(2)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 (3)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)根据键能与反应热的关系可知,ΔH1=反应物的键能之和-生成物的键能之和=(1076kJ·mol-1+2×436kJ·mol-1)-(413kJ·mol-1×3+343kJ·mol-1+465kJ·mol-1)=-99kJ·mol-1。
根据盖斯定律,由②-①可得:
CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g),ΔH3=ΔH2-ΔH1=(-58kJ·mol-1)-(-99kJ·mol-1)=+41kJ·mol-1。
(2)根据化学平衡常数的书写要求可知,反应①的化学平衡常数为K=c(CH3OH)/[c(CO)·c2(H2)]。
反应①为放热反应,温度升高,平衡逆向移动,平衡常数K减小,故曲线a符合要求。
(3)由图2可知,压强一定时,CO的平衡转化率随温度的升高而减小,其原因是反应①为放热反应,温度升高,平衡逆向移动,反应③为吸热反应,温度升高,平衡正向移动,又使产生CO的量增大,而总结果是随温度升高,CO的转化率减小。
反应①的正反应为气体总分子数减小的反应,温度一定时,增大压强,平衡正向移动,CO的平衡转化率增大,而反应③为气体总分子数不变的反应,产生CO的量不受压强的影响,因此增大压强时,CO的转化率提高,故压强p1、p2、p3的关系为p1<p2<p3。
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