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届高考化学二轮复习化学反应速率化学平衡专题卷
专题九 化学反应速率 化学平衡
1.[2018·浙江省温州市二模]已知:
X(g)+2Y(s)
2Z(g) ΔH=-akJ·mol-1(a>0)。
一定条件下,将1molX和2molY加入2L的恒容密闭容器中,反应10min,测得Y的物质的量为1.4mol。
下列说法正确的是( )
A.第10min时,Z的浓度为0.7mol·L-1
B.10min内,反应放出的热量为0.3kJ
C.10min内,X的平均反应速率为0.03mol-1·min-1
D.若容器中的气体密度不再发生变化,说明上述反应已达平衡状态
2.[2018·上海市崇明区模拟]反应A(g)+3B(g)
2C(g)+2D(g)在四种不同情况下的反应速率分别为:
①v(A)=0.45mol·L-1·s-1、②v(B)=0.6mol·L-1·s-1、③v(C)=0.4mol·L-1·s-1、④v(D)=0.45mol·L-1·s-1,该反应进行的快慢顺序为( )
A.①>③=②>④ B.①>②=③>④
C.②>①=④>③D.①>④>②=③
3.[2018·嘉兴市第一中学月考]一定温度下,某容器中加入足量的碳酸钙,发生反应CaCO3(s)
CaO(s)+CO2(g),达到平衡,下列说法正确的是( )
A.将体积缩小为原来的一半,当体系再次达到平衡时,CO2的浓度不变
B.将体积增大为原来的2倍,再次达到平衡时,气体的密度变大
C.因CaCO3(s)需加热条件才分解生成CaO(s)和CO2(g),所以是ΔH<0
D.保持容器压强不变,充入He,平衡向逆反应方向进行
4.[2018·襄阳市第五中学模拟]碳热还原制备氮化铝的总反应化学方程式为:
Al2O3(s)+3C(s)+N2(g)
2AlN(s)+3CO(g)。
在温度、容积恒定的反应体系中,CO浓度随时间的变化关系如图曲线甲所示。
下列说法不正确的是( )
A.在不同时刻都存在关系:
3v(N2)=v(CO)
B.c点切线的斜率表示该化学反应在t时刻的瞬时速率
C.从a、b两点坐标可求得从a到b时间间隔内该化学反应的平均速率
D.维持温度、容积不变,若减少N2的物质的量进行反应,曲线甲将转变为曲线乙
5.[2018·大连渤海高级中学月考]工业上用CO和H2合成CH3OH:
CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)。
反应的平衡常数如表:
温度/℃
0
100
200
300
400
平衡常数
667
13
1.9×10-2
2.4×10-4
1×10-5
下列说法正确的是( )
A.该反应的ΔH>0
B.加压、增大H2浓度和加入催化剂都能提高CO的转化率
C.工业上采用5×103kPa和250℃的条件,其原因是原料气的转化率高
D.t℃时,向1L密闭容器中投入0.1molCO和0.2molH2,平衡时CO转化率为50%,则该温度时反应的平衡常数的数值为100
6.[2018·辽宁省大石桥市质检]2SO2(g)+O2(g)===2SO3(g) ΔH=-198kJ/mol,在V2O5存在时,该反应的机理为:
V2O5+SO2―→2VO2+SO3(快) 4VO2+O2―→2V2O5(慢)
下列说法正确的是( )
A.反应速率主要取决于V2O5的质量B.VO2是该反应的催化剂
C.逆反应的活化能大于198kJ/molD.增大SO2的浓度可显著提高反应速率
7.[2018·北京市海淀区模拟]以甲烷为原料合成甲醇的反应如下:
反应Ⅰ:
CH4(g)+CO2(g)
2CO(g)+2H2(g) ΔH1=+247kJ/mol
反应Ⅱ:
CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g) ΔH2=-90kJ/mol
已知:
T1℃时,反应Ⅱ的平衡常数数值为100;T2℃时,反应Ⅱ在密闭容器中达到平衡,测得CO、H2、CH3OH的物质的量浓度(mol/L)分别为0.05、0.1、0.1。
下列说法中,正确的是( )
A.反应Ⅰ中,使用催化剂可以减小ΔH1,提高反应速率
B.反应Ⅱ中,加热或加压均可提高原料气的平衡转化率
C.由上述数据可判断反应Ⅱ的温度:
T1>T2
D.CO(g)+CH3OH(g)
CH4(g)+CO2(g) ΔH=+157kJ/mol
8.[2018·嘉兴市第一中学月考]对利用甲烷消除NO2污染进行研究,CH4+2NO2
N2+CO2+2H2O。
在1L密闭容器中,控制不同温度,分别加入0.50molCH4和1.2molNO2,测得n(CH4)随时间变化的有关实验数据见下表。
组别
温度
n/mol时间/min
0
10
20
40
50
①
T1
n(CH4)
0.50
0.35
0.25
0.10
0.10
②
T2
n(CH4)
0.50
0.30
0.18
0.15
下列说法正确的是( )
A.组别①中,0~20min内,NO2的降解速率为0.0125mol·L-1·min-1
B.由实验数据可知实验控制的温度T1<T2
C.40min时,表格中T2对应的数据为0.18
D.0~10min内,CH4的降解速率①>②
9.[2018·天津市塘沽一中、育华中学三模]100℃时,向容积为2L的密闭容器中充入一定量的X气体,发生如下反应:
X(g)+2Y(g)Z(g),反应过程中测定的部分数据见下表( )
反应时间/min
n(X)/mol
n(Y)/mol
0
2.00
2.40
10
1.00
30
0.40
下列说法正确的是( )
A.温度为200℃时,上述反应平衡常数为20,则正反应为吸热反应
B.若密闭容器体积可变,其他条件不变,在达到平衡后缩小容器体积为原来一半,则n(X)>1mol/L
C.保持其他条件不变,向容器中再充入1.00molX气体和1.20molY气体,到达平衡后,X转化率增大
D.保持其他条件不变,若再向容器中通入0.10molX气体,0.10molY和0.10molZ,则v(正)<v(逆)
10.[2018·浙江教育绿色评价联盟适应性考试]肼(N2H4)和氧气的反应情况受温度影响。
某同学设计方案探究温度对产物影响的结果如图所示。
下列说法不正确的是( )
A.温度较低时,肼和氧气主要发生的反应N2H4+O2===N2+2H2O
B.900℃时,能发生N2+O2===2NO
C.900℃时,N2的产率与NO的产率之和可能小于1
D.该探究方案是将一定量的肼和氧气、在密闭容器中进行不断升温实验
11.[2018·浙江省温州市二模]探究2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4===K2SO4+2MnSO4+10CO2↑+8H2O反应速率的影响因素,有关实验数据如下表所示:
实验编号
温度℃
催化剂用量g
酸性KMnO4溶液
H2C2O4溶液
KMnO4溶液褪色平均时间(min)
体积(mL)
浓度(mol·L-1)
体积(mL)
浓度(mol·L-1)
1
25
0.5
4
0.1
8
0.2
12.7
2
80
0.5
4
0.1
8
0.2
a
3
25
0.5
4
0.01
8
0.2
6.7
4
25
0
4
0.01
8
0.2
b
下列说法不正确的是( )
A.a<12.7,b>6.7
B.用KMnO4表示该反应速率,v(实验3)>v(实验1)
C.用H2C2O4表示该反应速率,v(实验1)约为6.6×10-3mol·L-1·min-1
D.可通过比较收集相同体积CO2所消耗的时间来判断反应速率快慢
12.[2018·全国卷Ⅱ]CH4-CO2催化重整不仅可以得到合成气(CO和H2),还对温室气体的减排具有重要意义,回答下列问题:
(1)CH4-CO2催化重整反应为:
CH4(g)+CO2(g)===2CO(g)+2H2(g)。
已知:
C(s)+2H2(g)===CH4(g) ΔH=-75kJ·mol-1
C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-394kJ·mol-1
C(s)+
O2(g)===CO(g) ΔH=-111kJ·mol-1
该催化重整反应的ΔH=________kJ·mol-1。
有利于提高CH4平衡转化率的条件是________(填标号)。
A.高温低压B.低温高压
C.高温高压D.低温低压
某温度下,在体积为2L的容器中加入2molCH4、1molCO2以及催化剂进行重整反应,达到平衡时CO2的转化率是50%,其平衡常数为________mol2·L-2。
(2)反应中催化剂活性会因积碳反应而降低,同时存在的消碳反应则使积碳量减少。
相关数据如下表:
积碳反应CH4(g)===C(s)+2H2(g)
消碳反应CO2(g)+C(s)===2CO(g)
ΔH/(kJ·mol-1)
75
172
活化能/(kJ·mol-1)
催化剂X
33
91
催化剂Y
43
72
①由上表判断,催化剂X________Y(填“优于”或“劣于”),理由是________________________________________。
在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下,某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如图1所示,升高温度时,下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数(K)和速率(v)的叙述正确的是________(填标号)。
A.K积、K消均增加B.v积减小、v消增加
C.K积减小、K消增加D.v消增加的倍数比v积增加的倍数大
②在一定温度下,测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为v=k·p(CH4)·
-0.5(k为速率常数)。
在p(CH4)一定时,不同p(CO2)下积碳量随时间的变化趋势如图2所示,则pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序为__________________。
13.[2018·安徽省蚌埠市质量检查]某温度时,将2molCO与5molH2的混合气体充入容积为2L的密闭容器中,在催化剂的作用下发生反应:
CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)。
(1)经过5min后,反应达到平衡,此时转移电子6mol。
该反应的平衡常数为________。
V(H2)=________mol/(L·min)。
若保持体积不变,再充入2molCO和1.5molCH3OH,此时v(正)________v(逆)(填“>”“<”或“=”)。
(2)在其他条件不变的情况下,再增加2molCO与5molH2,达到新平衡时,CO的转化率________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(3)下列不能说明该反应已达到平衡状态的是________。
a.CH3OH的质量不变
b.混合气体的平均相对分子质量不再改变
c.V逆(CO)=2V正(H2)
d.混合气体的密度不再发生改变
(4)在一定压强下,容积为VL的容器充入amolCO与2amolH2,在催化剂作用下反应生成甲醇,平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。
则p1________p2(填“大于”“小于”或“等于”,下同),ΔH________0。
该反应在________(填“高温”或“低温”)下能自发进行。
(5)能使该反应的反应速率增大,且平衡向正反应方向移动的是________。
a.及时分离出CH3OH气体b.适当升高温度
c.增大H2的浓度d.选择高效催化剂
(6)下面四个选项是四位学生在学习化学反应速率与化学反应限度以后,联系化工生产实际所发表的看法,你认为不正确的是________。
a.化学反应速率理论可指导怎样在一定时间内快出产品
b.有效碰撞理论可指导怎样提高原料的转化率
c.勒夏特列原理可指导怎样使用有限原料多出产品
d.正确利用化学反应速率和化学反应限度都可以提高化工生产的综合经济效益
14.[2018·襄阳市第五中学模拟]铁在生产生活中应用最广泛,炼铁技术和含铁新材料的应用倍受关注。
(1)高炉炼铁是冶炼铁的主要方法,发生的主要反应有:
反应
ΔH(kJ/mol)
K
ⅰ.Fe2O3(s)+3C(s)
2Fe(s)+3CO(g)
+489
K1
ⅱ.Fe2O3(s)+3CO(g)
2Fe(s)+3CO2(g)
X
K2
ⅲ.C(s)+CO2(g)
2CO(g)
+172
K3
试计算,X=________,K1、K2与K3之间的关系为K1=________。
(2)T1℃时,向某恒温密闭容器中加入一定量的Fe2O3和C,发生反应ⅰ,反应达到平衡后,在t1时刻,改变某条件,V(逆)随时间(t)的变化关系如图1所示,则t1时刻改变的条件可能是________(填写字母)。
a.保持温度不变,压缩容器 b.保持体积不变,升高温度
c.保持体积不变,加少量碳粉d.保持体积不变,增大CO浓度
(3)在一定温度下,向某体积可变的恒压密闭容器(p总)加入1molCO2与足量的碳发生反应ⅲ,平衡时体系中气体体积分数与温度的关系如图2所示。
①650℃时,该反应达平衡后吸收的热量是________。
②T℃时,若向平衡体系中再充入一定量按V(CO2):
V(CO)=5:
4的混合气体,平衡______(填“正向”、“逆向”或“不”)移动。
③925℃时,用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp为________。
[气体分压(p分)=气体总压(p总)×体积分数,用某物质的平衡分压代替物质的量浓度也可以表示化学平衡常数,记作Kp]
(4)用原电池原理可以除去酸性废水中的三氯乙烯、AsO
,其原理如下图所示(导电壳内部为纳米零价铁)。
在除污过程中,纳米零价铁中的Fe为原电池的________极(填“正”或“负”),写出C2HCl3在其表面被还原为乙烷的电极反应式为________________。
专题九 化学反应速率 化学平衡
1.D 一定条件下,将1molX和2molY加入2L的恒容密闭容器中,反应10min,测得Y的物质的量为1.4mol。
X(g)+2Y(s)
2Z(g) ΔH=-akJ·mol-1(a>0)。
n始/mol12
n变/mol0.30.60.6
n平/mol0.71.40.6
第10min时,Z的浓度为
=0.3mol·L-1,A项错误;1molX完全反应放出热量为akJ,则10min内,X和Y反应放出的热量为0.3akJ,B项错误;10min内,X的平均反应速率为
=0.015mol·L-1·min-1,C项错误;该反应是有固体参加的反应,若容器中的气体密度不再发生变化,说明上述反应已达平衡状态,D项正确。
2.D ①
=0.45mol/(L·s);②
=0.2mol/(L·s);③
=0.2mol/(L·s);④
=0.225mol/(L·s),因在同一化学反应中,在表示速率的单位相同的条件下,用不同物质表示的化学反应速率与其化学计量数的比值越大,该反应速率越快,所以其反应速率的快慢关系为:
①>④>②=③,故选D项。
3.A 根据CaCO3(s)
CaO(s)+CO2(g)可知,该反应的平衡常数K=c(CO2),将体积缩小为原来的一半,当体系再次达到平衡时,因温度不变,则K值不变,所以c(CO2)也不变,A项正确;该反应中只有二氧化碳为气体,所以反应过程中气体的密度始终不变,则将体积增大为原来的2倍,再次达到平衡时,气体密度不变,B项错误;CaCO3(s)
CaO(s)+CO2(g)是分解反应,该反应为吸热反应,所以ΔH>0,C项错误;保持容器压强不变,充入He,容器体积增大,CO2的浓度减小,平衡将向正反应方向进行,D项错误。
4.D 根据化学反应速率之比等于化学方程式计量数之比分析,3v(N2)=v(CO),A项正确;c点处的切线的斜率是此时刻物质浓度除以此时刻时间,为一氧化碳的瞬时速率,B项正确;图像中可以得到单位时间内的浓度变化,反应速率是单位时间内物质的浓度变化计算得到,从a、b两点坐标可求出从a到b时间间隔内该化学反应的平均速率,C项正确;维持温度、容积不变,若减少N2的物质的量进行反应,平衡逆向进行,达到新的平衡状态与原来的平衡状态不同,D项错误。
5.D 由表中数据可知,随温度升高平衡常数减小,正反应为放热反应,ΔH<0,A项错误;反应前后是气体体积减小的放热反应,增大压强,增大氢气浓度,平衡正向进行,催化剂改变反应速率不改变化学平衡,不能提高CO的转化率,B项错误;升温平衡逆向进行,此条件是催化剂活性最大,不是原料气的转化率高,C项错误;结合平衡三段式列式计算,平衡常数等于生成物平衡浓度幂次方乘积除以反应物平衡浓度幂次方乘积,则
CO(g) + 2H2(g)
CH3OH(g)
起始浓度(mol/L)0.10.20
变化浓度(mol/L)0.1×50%0.10.05
平衡浓度(mol/L)0.050.10.05
平衡常数K=
=100,D项正确。
6.C 由反应机理可得,V2O5是该反应的催化剂,反应速率与催化剂V2O5的质量有一定关系,但主要取决于催化剂V2O5的表面积,A项错误;催化剂参与化学反应,在化学反应前后质量和化学性质不变,所以VO2不是催化剂,B项错误;ΔH=正反应的活化能-逆反应的活化能=-198kJ/mol,所以逆反应的活化能大于198kJ/mol,C项正确;使用催化剂可以显著提高反应速率,增大SO2的浓度可以提高反应速率(不是显著提高),D项错误。
7.C 反应热只与始态和终态有关,使用催化剂降低活化能,化学反应速率加快,但ΔH1不变,故A错误;正反应是放热反应,加热,平衡向逆反应方向移动,原料气的转化率降低,反应前气体系数之和大于反应后气体系数之和,增大压强,平衡向正反应方向移动,原料气的转化率增大,故B错误;T2℃时的化学平衡常数K=
=200>100,反应Ⅱ的正反应为放热反应,温度升高,化学平衡常数减小,即T1℃>T2℃,故C正确;反应Ⅰ和反应Ⅱ得到CH4(g)+CO2(g)
CO(g)+CH3OH(g) ΔH=(247-90)kJ·mol-1=+157kJ·mol-1,CO(g)+CH3OH(g)
CH4(g)+CO2(g) ΔH=-157kJ·mol-1,故D错误。
8.B 观察表格,组别①中0~20min,n(CH4)减少0.25mol则n(NO2)减少0.5mol,NO2的降解速率为0.025mol·L-1·min-1,A项错误;温度越高反应速率越大,达平衡所需时间越短,由实验数据可知实验控制的温度T1
9.C 由表格中数据,X(g)+2Y(g)
Z(g)
开始22.40
转化121
10min10.41
可知10min与30min时Y的物质的量相同,10min时达到平衡,100℃时,K=
=25,温度为200℃时,上述反应平衡常数为20,小于100℃时K,则升高温度平衡逆向移动,则正反应为放热反应,A项错误;其他条件不变,在达到平衡后缩小容器体积为原来一半,压强增大,平衡正向移动,则n(X)<1mol,B项错误;由上述分析可知,平衡时X为1mol、Y为0.4mol,向容器中再充入1.00molX气体和1.20molY气体,相当于平衡时加Y,平衡正向移动,促进X的转化,达平衡后,X转化率增大,C项正确;若再向容器中通入0.10molX气体,0.10molY和0.10molZ,Qc=
=16<K,则平衡正向移动,可知v(正)>v(逆),D项错误。
10.D 由图可知,温度较低时,肼和氧气主要发生的反应N2H4+O2===N2+2H2O,A项正确;由图可知,在400℃到900℃之间,N2的产率逐渐减小、NO的产率逐渐升高,所以,900℃时,能发生N2+O2===2NO,B项正确;由图可知,当温度高于900℃后,N2的产率与NO的产率都降低了,说明两个反应都是可逆反应,所以900℃时,N2的产率与NO的产率之和可能小于1,C项正确;该探究方案是将一定量的肼和氧气、在密闭容器中、在不同温度下达到平衡的实验,反应达到平衡需要一定的时间,所以不能不断升高温度,D项不正确。
11.B 第2组,温度高,速率快a<12.7,第4组,没有用催化剂,速率慢,b>6.7,A项正确;实验3,其它条件相同,所用的KMnO4浓度低,用KMnO4表示该反应速率慢,v(实验3) ≈6.6×10-3mol·L-1·min-1,C项正确;反应速率可以用反应物或生成物浓度的变化量来表示,也可通过比较收集相同体积CO2所消耗的时间来判断反应速率快慢,D项正确。 12.答案: (1)247 A (2)①劣于 相对于催化剂X,催化剂Y积碳反应的活化能大,积碳反应的速率小;而消碳反应活化能相对小,消碳反应速率大 AD ②pc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2) 解析: (1)已知: ①C(s)+2H2(g)===CH4(g) ΔH=-75kJ·mol-1 ②C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-394kJ·mol-1 ③C(s)+ O2(g)===CO(g) ΔH=-111kJ·mol-1 根据盖斯定律可知③×2-②-①即得到该催化重整反应CH4(g)+CO2(g)===2CO(g)+2H2(g)的ΔH=+247kJ·mol-1。 正反应是体积增大的吸热反应,所以有利于提高CH4平衡转化率的条件是高温低压,答案选A;根据方程式可知 CH4(g)+CO2(g)===2CO(g)+2H2(g) 起始浓度(mol/L) 10.500 转化浓度(mol/L) 0.250.250.50.5 平衡浓度(mol/L) 0.750.250.50.5 所以其平衡常数为 = mol2·L-2。 (2)①根据表中数据可知相对于催化剂X,催化剂Y积碳反应的活化能大,积碳反应的速率小;而消碳反应活化能相对小,消碳反应速率大,所以催化剂X劣于Y。 正反应均是吸热反应,升高温度平衡向正反应方向进行,因此K积、K消均增加,A项正确;升高温度反应速率均增大,B项错误;根据A中分析可知选项C项错误;积碳量达到最大值以后再升高温度积碳量降低,这说明v消增加的倍数比v积增加的倍数大,D项正确。 ②根据反应速率方程式可知在p(CH4)一定时,生成速率随p(CO2)的升高而降低,所以根据图像可知pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序为pc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2)。
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