版导与练第一轮复习化学第七章 化学反应速率与化学平衡 2.docx
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版导与练第一轮复习化学第七章化学反应速率与化学平衡2
第22讲 化学平衡状态
课时集训
测控导航表
知识点
基础
能力
挑战
化学平衡状态的特点、判定
1,2,3,5
6
化学平衡移动及影响因素
8
综合应用
4
7,9,10
11,12
1.在一密闭容器中进行反应:
2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g)。
已知反应过程中某一时刻SO2、O2、SO3的浓度分别为0.4mol/L、0.2mol/L、0.4mol/L。
当反应达到平衡时,可能存在的数据是( B )
A.SO2为0.8mol/L,O2为0.4mol/L
B.SO2为0.5mol/L
C.SO3为0.8mol/L
D.SO2、SO3均为0.3mol/L
解析:
所给反应为可逆反应。
假设SO2(g)和O2(g)全部转化为SO3(g)
2SO2(g) + O2(g)
2SO3(g)
初始(mol/L)0.40.20.4
变化(mol/L)0.40.20.4
平衡(mol/L)000.8
假设SO3(g)全部转化为SO2(g)和O2(g)
2SO2(g) + O2(g)
2SO3(g)
初始(mol/L)0.40.20.4
变化(mol/L)0.40.20.4
平衡(mol/L)0.80.40
由以上分析可知达到平衡时:
0 SO2为0.8mol/L,O2为0.4mol/L不在范围内,A不可能;SO2范围0 可能。 2.(2019·浙江湖州月考)在一定条件下,可逆反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-92.4kJ·mol-1,达到化学平衡状态时,下列说法正确的是( D ) A.降低温度,可提高反应速率 B.加入合适的催化剂,可提高N2的转化率 C.N2的正反应速率等于NH3的逆反应速率 D.反应物和生成物的浓度都不再发生变化 解析: 降低温度,反应速率减慢,A项错误;加入合适的催化剂,反应速率加快,但平衡不移动,N2的转化率不变,B项错误;反应达到平衡时,N2的正反应速率等于NH3的逆反应速率的一半,C项错误;反应达到平衡时,反应物和生成物的浓度不变,D项正确。 3.炼铁高炉中冶炼铁的反应为Fe2O3(s)+3CO(g) 2Fe(s)+3CO2(g),下列说法正确的是( D ) A.升高温度,反应速率减慢 B.当反应达到化学平衡时,v(正)=v(逆)=0 C.提高炼铁高炉的高度可减少尾气中CO的浓度 D.某温度下达到平衡时,CO的体积分数保持不变 解析: A项,升高温度,反应速率加快,错误;B项,化学平衡是动态平衡,v(正)=v(逆)≠0,错误;C项,提高炼铁高炉的高度不能减少尾气中CO的浓度,错误;D项,某温度下达到平衡时,各物质浓度不变,CO的体积分数保持不变,正确。 4.(2018·山东潍坊三模)已知: 2CH3COCH3(l) CH3COCH2COH(CH3)2 (l)。 取等量CH3COCH3分别在0℃和20℃下反应,测得其转化率(α)随时间(t)变化的关系曲线如图所示。 下列说法正确的是( D ) A.曲线Ⅱ表示20℃时的转化反应 B.升高温度能提高反应物的平衡转化率 C.在a点时,曲线Ⅰ和Ⅱ表示反应的化学平衡常数相等 D.化学反应速率的大小顺序为d>b>c 解析: 曲线Ⅰ比曲线Ⅱ变化快,说明曲线Ⅰ的温度高,故A错误;曲线Ⅰ比曲线Ⅱ的温度高,但是转化率低,说明升温平衡逆向移动,转化率降低,故B错误;曲线Ⅰ和曲线Ⅱ对应的温度不同,化学平衡常数只与温度有关,所以曲线Ⅰ和Ⅱ表示反应的化学平衡常数不相等,故C错误;反应开始反应物的浓度最大,随着反应物的浓度减小速率也逐渐减小,所以d处速率大于b处,因为曲线Ⅰ的温度高所以b处速率大于c处,故D正确。 5.在一定温度下,向一容积为5L的恒容密闭容器中充入 0.4molSO2和0.2molO2,发生反应: 2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH=-196kJ·mol-1。 当反应达到平衡时,容器内压强变为起始时的0.7倍。 请回答下列问题: (1)判断该反应达到平衡状态的标志是 (填字母)。 a.SO2、O2、SO3三者的浓度之比为2∶1∶2 b.容器内气体的压强不变 c.容器内混合气体的密度保持不变 d.SO3的物质的量不再变化 e.SO2的生成速率和SO3的生成速率相等 (2)SO2的转化率为 ,达到平衡时反应放出的热量为 。 (3)如图表示平衡时SO2的体积分数随压强和温度变化的曲线。 则温度关系: T1 (填“>”“<”或“=”)T2。 解析: (1)a项,SO2、O2、SO3三者的浓度之比为2∶1∶2和计量数比相等,与反应是否平衡没有必然联系,不能作为判断平衡的标志;b项,因该平衡是一个恒容条件下的化学平衡,反应前后气体的物质的量发生变化,现在压强不变,说明气体总量不变,反应达到了平衡状态;c项,因该平衡是恒容条件下的化学平衡,反应物和生成物均为气体,则气体质量恒定,气体密度恒定,不能作为判断达到平衡的标志;d项,SO3的物质的量不再变化,可逆反应达到平衡状态;e项,SO2的生成速率和SO3的生成速率相等,可逆反应达到平衡状态。 (2)在容积为5L的恒容密闭容器中充入0.4molSO2和0.2molO2,设达平衡时O2消耗了 xmol, 2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) 起始(mol)0.40.20 转化(mol)2xx2x 平衡(mol)0.4-2x0.2-x2x 当反应达到平衡时,容器内压强变为起始时的0.7倍,得到 =0.7,解得x=0.18,则 2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) 起始(mol)0.40.20 转化(mol)0.360.180.36 平衡(mol)0.040.020.36 SO2的转化率为 ×100%=90%;达到平衡时反应放出的热量= 0.36mol× kJ·mol-1=35.28kJ。 (3)该反应为放热反应,升高温度 平衡逆向移动,SO2的体积分数增大,得到温度关系: T1 答案: (1)bde (2)90% 35.28kJ (3)< 6.用Cl2生产某些含氯有机物时会生成副产物HCl,利用下列反应可实现氯的循环利用: 4HCl(g)+O2(g) 2Cl2(g)+2H2O(g) ΔH=-115.6kJ·mol-1。 恒温恒容的密闭容器中,充入一定量的反应物发生上述反应,能充分说明该反应达到化学平衡状态的是( B ) A.气体的质量不再改变 B.氯化氢的转化率不再改变 C.断开4molH—Cl键的同时生成4molH—O键 D.n(HCl)∶n(O2)∶n(Cl2)∶n(H2O)=4∶1∶2∶2 解析: 反应物和生成物均为气体,气体的总质量始终不变,A错误;反应正向进行时,HCl的转化率升高,反应逆向进行时,HCl的转化率降低,当HCl的转化率不再改变时,可以说明可逆反应达到平衡状态,B正确;断开4molH—Cl键和生成4molH—O键均表示正反应方向的反应速率,不能据此判断反应是否达到平衡状态,C错误;达到平衡状态时,各反应物和生成物的物质的量保持不变,但各物质的物质的量之比不一定等于对应的化学计量数之比,D错误。 7.(2018·湖北鄂东南市级示范高中联盟学校联考)向某密闭容器中加入0.3molA、0.1molC和一定量的B三种气体。 一定条件下发生反应,各物质浓度随时间变化如甲图所示[t0~t1阶段c(B)未画出]。 图乙为t2时刻后改变条件平衡体系中反应速率随时间变化的情况,且四个阶段都各改变一种不同的条件。 已知,t3~t4阶段为使用催化剂。 下列说法不正确的是( C ) A.若t1=15s,则用C的浓度变化表示在t0~t1时间段的平均反应速率为0.004mol·L-1·s-1 B.t4~t5阶段改变的条件一定是减小压强 C.B的起始物质的量为0.02mol D.t5~t6阶段,容器内A的物质的量减少了0.03mol,而此过程中容器与外界的热交换总量为akJ,该反应的热化学方程式为3A(g) B(g)+2C(g) ΔH=+100akJ·mol-1 解析: 若t1=15s,生成物C在t0~t1时间段的平均反应速率为v= = =0.004mol·L-1·s-1,A项正确;t4~t5阶段改变条件,正、逆反应速率都减小且相等,所以改变的条件应为减小压强,B项正确;反应中A的浓度变化为0.15mol·L-1-0.06mol·L-1=0.09mol·L-1,C的浓度变化为0.11mol·L-1-0.05mol·L-1=0.06mol·L-1,反应中A与C的化学计量数之比为0.09∶0.06=3∶2,根据t4~t5阶段改变压强平衡不移动可知,该反应的方程式为3A(g) B(g)+2C(g),由A的起始物质的量为0.3mol和起始浓度为0.15mol·L-1可知, 容器的容积为V= =2L,由方程式可知B的起始浓度为 0.05mol·L-1- (0.11mol·L-1-0.05mol·L-1)=0.02mol·L-1,所以B的起始物质的量n(B)=0.02mol·L-1×2L=0.04mol,C项错误;反应的方程式为3A(g) B(g)+2C(g),A的物质的量减少0.03mol,而此过程中容器与外界的热交换总量为akJ,则A的物质的量减少3mol,与外界的热交换总量为100akJ,根据图像可知t5~t6阶段应为升高温度,A的物质的量减少,说明反应向正反应方向移动,则正反应吸热,故该反应的热化学方程式为3A(g) B(g)+2C(g)ΔH=+100akJ·mol-1, D项正确。 8.在某定容密闭容器中发生反应: 2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH<0,其正反应速率随时间的变化情况如图所示,则根据此曲线判断下列说法可能正确的是( A ) A.t1时减小了SO2的浓度,增加了SO3的浓度,平衡向逆反应方向移动 B.t1时降低了温度,平衡向正反应方向移动 C.t1时充入了少量N2,平衡向逆反应方向移动 D.t1时增加了SO2和O2的浓度,平衡向正反应方向移动 解析: 在t1时,减小SO2的浓度,正反应速率突然减小,同时又增加了SO3的浓度,再次达平衡时,正反应速率可能比第一次平衡时大,A正确;若t1时降低了温度,则再次平衡时正反应速率应比第一次平衡时小,B错误;若加入N2,反应物、生成物浓度不变,则平衡不移动,C错误;若t1时增加了SO2和O2的浓度,则正反应速率应瞬时增大,D错误。 9.(2018·江西重点中学协作体第二次联考)已知反应A(g)+B(g) 2C(g),下图是投料比n(A)∶n(B)分别为3∶1和1∶1且反应物的总物质的量相同时,B(g)的平衡转化率与温度的关系曲线,下列说法正确的是( C ) A.曲线b所对应的投料比为3∶1 B.M点对应的平衡常数小于Q点 C.N点对应的平衡混合气中C(g)的物质的量分数为0.58 D.M点和Q点对应的平衡混合气体的总物质的量之比为2∶1 解析: 根据化学计量数可知,该反应是气体体积不变的反应。 投料比3∶1与1∶1相比,增大A的浓度,将提高B的转化率,故曲线a对应的投料比是3∶1,A项错误;以曲线a或b来看,随着温度升高,B的转化率增大,说明该反应是吸热反应,则M点的平衡常数大于Q点的平衡常数,B项错误;曲线b对应的物质的量比为1∶1,设起始A、B的物质的量都是1mol,N点B的转化率为58%,则生成的C物质的量是 1mol×58%×2,C的物质的量分数为 ×100%=58%,C项正确;由 于该反应是总物质的量不变的反应,起始反应物的总物质的量相同,故M点、Q点的物质的量之比为1∶1,D项错误。 10.中国政府承诺,到2020年,单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%~50%。 CO2可转化成有机物实现碳循环。 在体积为1L的密闭容器中,充入1molCO2和3molH2,一定条件下反应: CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g),测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示。 (1)从3min到9min,v(H2)= mol·L-1·min-1。 (2)能说明上述反应达到平衡状态的是 (填字母)。 A.反应中CO2与CH3OH的物质的量浓度之比为1∶1(即图中交叉点) B.混合气体的密度不随时间的变化而变化 C.单位时间内消耗3molH2,同时生成1molH2O D.CO2的体积分数在混合气体中保持不变 (3)平衡时CO2的转化率为 。 (4)平衡时混合气体中CH3OH(g)的体积分数是 。 (5)一定温度下,第9min时v逆(CH3OH) (填“大于”“小于”或“等于”)第3min时v正(CH3OH)。 解析: (1)从3min到9min消耗CO2是0.25mol·L-1,根据方程式可知消耗氢气是0.75mol·L-1,则v(H2)=0.75mol·L-1÷6min= 0.125mol·L-1·min-1。 (2)反应中CO2与CH3OH的物质的量浓度之比 为1∶1(即图中交叉点)时反应速率仍然发生变化,没有达到平衡状态,A错误;密度是混合气体的质量和容器容积的比值,在反应过程中质量和容积始终是不变的,B错误;单位时间内消耗3molH2,同时一定生成1molH2O,不能说明反应达到平衡状态,C错误;CO2的体积分数在混合气体中保持不变说明反应达到平衡状态,D正确。 (3)平衡时消耗CO2是0.75mol·L-1,则CO2的转化率为 ×100%=75%。 (4)平衡时剩余氢气0.75mol,生成水蒸气是0.75mol,则混合气体中CH3OH(g)的体积分数是 ×100%=30%。 (5)第9min时反应达到平衡状态,则v逆(CH3OH)=v正(CH3OH)=v正(CO2)。 第3min时v正(CH3OH)=v正(CO2),又因3min时CO2的浓度大于9min时CO2的浓度,故3min时v正(CH3OH)大于9min时v逆(CH3OH)。 答案: (1)0.125 (2)D (3)75% (4)30% (5)小于 11.(2018·湖南教育联盟联考)某温度下,在三个容积均为1L的恒容密闭容器中仅发生反应: 2NO(g)+Br2(g) 2NOBr(g)(正反应放热)。 下列说法正确的是( D ) 容器 编号 物质的起始 浓度(mol/L) 物质的平衡 浓度(mol/L) c(NO) c(Br2) c(NOBr) c(NOBr) Ⅰ 0.3 0.15 0.1 0.2 Ⅱ 0.4 0.2 0 Ⅲ 0 0 0.2 A.容器Ⅱ达平衡所需的时间为4min,则v(Br2)=0.05mol/(L·min) B.达平衡时,容器Ⅰ与容器Ⅲ中的总压强之比为2∶1 C.升高温度,逆反应速率增大,正反应速率减小,平衡向逆反应方向 移动 D.达平衡时,容器Ⅱ中 比容器Ⅲ中的小 解析: 容器Ⅰ中 2NO(g)+Br2(g) 2NOBr(g) c始/(mol·L-1)0.30.150.1 c变/(mol·L-1)0.10.050.1 c平/(mol·L-1)0.20.10.2 K= =10 容器Ⅱ中 2NO(g)+Br2(g) 2NOBr(g) c始/(mol·L-1)0.40.20 c变/(mol·L-1)2xx2x c平/(mol·L-1)0.4-2x0.2-x2x K= =10,解得x=0.1, v(Br2)= =0.025mol·L-1·min-1,A项错误;将容器Ⅰ、容器Ⅲ的生成物全部转化成反应物,容器Ⅰ的投料相当于容器Ⅲ的2倍,达平衡时,容器Ⅰ相当于对2个容器Ⅲ进行加压,平衡正向移动,容器Ⅰ与容器Ⅲ中的总压强之比小于2∶1,B项错误;升高温度,逆反应速率增大,正反应速率也增大,C项错误;将容器Ⅱ、容器Ⅲ的生成物全部转化成反应物,容器Ⅱ的投料相当于容器Ⅲ的2倍,达平衡时,容器Ⅱ相当于对2个容器Ⅲ进行加压,平衡正向移动,容器Ⅱ中c(Br2)减小,c(NOBr)增大,容器Ⅱ中 比容器Ⅲ中的小,D项正确。 12.硫及其化合物对人类的生产和生活有着重要的作用。 (1)重晶石(BaSO4)高温煅烧可发生一系列反应,其中部分反应如下: BaSO4(s)+4C(s) BaS(s)+4CO(g) ΔH=+571.2kJ·mol-1 BaS(s) Ba(s)+S(s) ΔH=+460kJ·mol-l 已知: O2(g)+2C(s) 2CO(g) ΔH=-221kJ·mol-1,写出O2氧化Ba(s)和S(s)至BaSO4的热化学方程式: 。 (2)一定条件下,通过下列反应可实现燃煤烟气中硫的回收: 2CO(g)+ SO2(g) 2CO2(g)+S(l) ΔH<0。 若向2L恒容密闭容器中通入 2molCO和1molSO2,反应在不同条件下进行上述反应,反应体系总压强随时间的变化如图所示。 ①与实验a相比,c组改变的实验条件可能是 。 判断的依据是 。 ②用p0表示开始时总压强,p表示平衡时总压强,α表示SO2的平衡转化率,则α表达式为 。 (3)二氧化硫在一定条件下还可以发生如下反应: SO2(g)+NO2(g) SO3(g)+NO(g) ΔH=-42kJ·mol-1。 在1L恒容密闭容器中充入SO2(g)和NO2(g),所得实验数据如下: 实验 编号 温度 起始时物质的量/mol 平衡时物质的量/mol n(SO2) n(NO2) n(NO) 甲 T1 0.80 0.20 0.18 乙 T2 0.20 0.80 0.16 丙 T2 0.20 0.30 a ①实验甲中,若2min时测得放出的热量是4.2kJ,则0~2min时间内,用SO2(g)表示的平均反应速率v(SO2)= ,该温度下的平衡常数为 。 ②由表中数据可推知,T1 (填“>”“<”,或“=”)T2,判断的理由是 。 ③实验丙中,达到平衡时,NO2的转化率为 。 解析: (1)已知: ①BaSO4(s)+4C(s) BaS(s)+4CO(g) ΔH= +571.2kJ·mol-1 ②BaS(s) Ba(s)+S(s) ΔH=+460kJ·mol-1 ③2C(s)+O2(g) 2CO(g) ΔH=-221kJ·mol-1,根据盖斯定律③×2-①-②得方程式Ba(s)+S(s)+2O2(g) BaSO4(s) ΔH=[(-221) ×2-(+571.2)-(+460)]kJ·mol-1=-1473.2kJ·mol-1。 (2)①a、c开始均通入2molCO和1molSO2,容器的容积相同,而起始时c的压强大于a,物质的量与体积一定,压强与温度成正比关系,故c组改变的实验条件可能是升高温度,实验c与a相比,反应速率快,平衡向逆反应方向移动。 ②用p0表示开始时总压强,p表示平衡时总压强,α表示SO2的平衡转化率,则: 2CO(g)+SO2(g) 2CO2(g)+S(l) 起始量(mol)210 变化量(mol)2αα2α 平衡时(mol)2-2α1-α2α 压强之比等于物质的量之比,则p0∶p=3∶(2-2α+1-α+2α),整理可得α= 。 (3)①实验甲中,若2min时测得放出的热量是4.2kJ,则消耗二氧化硫的物质的量为 =0.1mol,则v(SO2)= =0.05mol·L-1· min-1;平衡时NO为0.18mol,则: SO2(g)+NO2(g) SO3(g)+NO(g) 起始量(mol)0.800.2000 变化量(mol)0.180.180.180.18 平衡量(mol)0.620.020.180.18 T1温度下平衡常数K1= = ≈2.613。 ②乙实验平衡时,NO为0.16mol,则: SO2(g)+NO2(g) SO3(g)+NO(g) 起始量(mol)0.200.8000 变化量(mol)0.160.160.160.16 平衡量(mol)0.040.640.160.16 T2温度下平衡常数K2= = =1,正反应为放热反应,升高温度平衡逆向移动,平衡常数减小,故T1 ③ SO2(g)+NO2(g) SO3(g)+NO(g) 起始量(mol)0.200.3000 变化量(mol)aaaa 平衡量(mol)0.20-a0.30-aaa K2= = =1, a=0.12,NO2的转化率为 ×100%= ×100%=40%。 答案: (1)Ba(s)+S(s)+2O2(g) BaSO4(s) ΔH=-1473.2kJ·mol-1 (2)①升高温度 实验c与a相比,反应速率快,平衡向逆反应方向移动(其他合理答案也可) ② (3)①0.05mol·L-1·min-1 2.613 ②< T1时,该反应的平衡常数K1=2.613,T2时,该反应的平衡常数K2=1,该反应正反应为放热反应,所以T1
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