届二轮复习 化学反应速率和化学平衡 专题卷全国通用.docx
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届二轮复习化学反应速率和化学平衡专题卷全国通用
化学反应速率和化学平衡
1.中国首条“生态马路”在上海复兴路隧道建成,它运用了“光触媒”技术,在路面涂上一种光催化剂涂料,可将汽车尾气中45%的NO和CO转化成N2和CO2。
下列对此反应的叙述中正确的是( )
A.使用光催化剂不改变反应速率
B.使用光催化剂能增大NO的转化率
C.升高温度能加快反应速率
D.改变压强对反应速率无影响
解析:
使用催化剂可以加快反应速率,但不能改变反应物的平衡转化率,故A、B两项错误;该反应有气体参与,改变压强可影响化学反应速率,故D项错误。
答案:
C
2.反应A(g)+3B(g)
2C(g)+2D(g)在四种不同情况下的反应速率如下,其中表示反应速率最快的是( )
A.v(A)=0.15mol·L-1·min-1
B.v(B)=0.01mol·L-1·s-1
C.v(C)=0.40mol·L-1·min-1
D.v(D)=0.45mol·L-1·min-1
解析:
如果都用物质B表示反应速率,则根据反应速率之比等于化学计量数之比可知选项A~D分别是[mol·L-1·min-1]0.45、0.6、0.6、0.675,即选项D中反应速率最快。
答案:
D
3.在一定温度下,氧化铁可以与一氧化碳发生下列反应:
Fe2O3(s)+3CO(g)
2Fe(s)+3CO2(g),不可用上述反应中某种物理量来说明该反应已达到平衡状态的是( )
A.CO的生成速率与CO2的生成速率相等
B.气体密度不再变化
C.CO的质量不变
D.体系的压强不再发生变化
解析:
A项,CO的生成速率为逆反应速率,CO2的生成速率为正反应速率,且CO、CO2前的化学计量数相等,则v正(CO2)=v逆(CO),达到化学平衡;B项,ρ=
,当m(气体)不变时,反应即达到平衡;C项,m(CO)不变,则n(CO)不变,反应达到平衡;D项,该反应是气体体积不变的反应,反应任意时刻,体系的压强均相同,所以压强不能作为平衡的标志。
答案:
D
4.在密闭容器中,5molH2与2molCO2发生反应:
3H2(g)+CO2(g)
CH3OH(g)+H2O(g)。
反应达到平衡时,改变温度(T)和压强(p),反应混合物中甲醇(CH3OH)的物质的量分数变化情况如下图所示。
下列说法错误的是( )
A.p1>p2>p3>p4
B.甲醇的物质的量分数越高,反应的平衡常数越大
C.若T1>T2>T3>T4,则该反应为放热反应
D.缩小容积,可以提高CH3OH在混合物中的质量分数
解析:
根据化学反应3H2(g)+CO2(g)
CH3OH(g)+H2O(g),增大压强,平衡正向移动,甲醇的物质的量分数增大,表现在图象上,柱形体积增大,所以p1>p2>p3>p4,A正确;平衡常数只受温度影响,温度不变,平衡常数不变,B错误;若T1>T2>T3>T4,根据图象,温度降低,甲醇的物质的量分数增大,说明平衡正向移动,而降低温度,平衡向放热方向移动,该反应为放热反应,C正确;正反应是体积减小的可逆反应,则缩小容积,压强增大平衡向正反应方向进行,可以提高CH3OH在混合物中的质量分数,D正确。
答案选B。
答案:
B
5.常压下羰基化法精炼镍的原理:
Ni(s)+4CO(g)
Ni(CO)4(g)。
230℃时,该反应的平衡常数K=2×10-5。
已知:
Ni(CO)4的沸点为42.2℃,固体杂质不参与反应。
第一阶段:
将粗镍与CO反应转化成气态Ni(CO)4;
第二阶段:
将第一阶段反应后的气体分离出来,加热至230℃制得高纯镍。
下列判断正确的是( )
A.增加c(CO),平衡向正向移动,反应的平衡常数增大
B.第一阶段,在30℃和50℃两者之间选择反应温度,选50℃
C.第二阶段,Ni(CO)4分解率较低
D.该反应达到平衡时,v生成[Ni(CO)4]=4v生成(CO)
解析:
A项,增加c(CO),平衡向正向移动,因平衡常数大小只与温度有关,与浓度无关,所以反应的平衡常数不变,错误;B项,第一阶段,50℃时,Ni(CO)4为气态,易于分离,有利于Ni(CO)4的生成,正确;C项,第二阶段,230℃制得高纯镍的反应方程式为Ni(CO)4(g)
Ni(s)+4CO(g),平衡常数K1=
=5×104,所以Ni(CO)4分解率较高,错误;D项,因反应达到平衡时,正、逆反应速率相等,再根据该反应的化学计量数可知,该反应达到平衡时,4v生成[Ni(CO)4]=v生成(CO),错误。
答案:
B
6.用CO和H2在催化剂的作用下合成甲醇,发生的反应如下:
CO(g)+2H2(g)===CH3OH(g)。
在体积一定的密闭容器中按物质的量之比1∶2充入CO和H2,测得平衡混合物中CH3OH的体积分数在不同压强下随温度的变化如图所示。
下列说法正确的是( )
A.该反应的ΔH<0,且p1<p2
B.反应速率:
v逆(状态A)>v逆(状态B)
C.在C点时,CO转化率为75%
D.在恒温恒压条件下向密闭容器中充入不同量的CH3OH,达平衡时CH3OH的体积分数不同
解析:
由图可知,升高温度,CH3OH的体积分数减小,平衡逆向移动,则该反应的ΔH<0,300℃时,增大压强,平衡正向移动,CH3OH的体积分数增大,所以p1>p2,故A错误;B点对应的温度和压强均大于A点,温度升高、增大压强均使该反应的化学反应速率加快,因此v逆(状态A)<v逆(状态B),故B错误;设向密闭容器充入了1molCO和2molH2,CO的转化率为x,则
CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)
起始/mol120
变化/molx2xx
结束/mol1-x2-2xx
在C点时,CH3OH的体积分数=
=0.5,解得x=0.75,故C正确;由等效平衡可知,在恒温恒压条件下向密闭容器中充入不同量的CH3OH,达平衡时CH3OH的体积分数都相同,故D错误;故选C。
答案:
C
7.某温度下,向2L恒容密闭容器中充入1.0molA和1.0molB,反应A(g)+B(g)
C(g)经过一段时间后达到平衡。
反应过程中测定的部分数据见下表,下列说法正确的是( )
t/s
0
5
15
25
35
n(A)/mol
1.0
0.85
0.81
0.80
0.80
A.反应在前5s的平均速率v(A)=0.17mol·L-1·s-1
B.保持其他条件不变,升高温度,平衡时c(A)=0.41mol·L-1,则反应的ΔH>0
C.相同温度下,起始时向容器中充入2.0molC达到平衡时,C的转化率大于80%
D.相同温度下,起始时向容器中充入0.20molA、0.20molB和1.0molC,反应达到平衡前v(正)>v(逆)
解析:
A的物质的量达到0.80mol反应达到平衡状态,则
A(g)+B(g)
C(g)
起始量/mol1.01.00
变化量/mol0.200.200.20
平衡量/mol0.800.800.20
代入求平衡常数的值:
K=0.625。
反应在前5s的平均速率v(A)=0.015mol·L-1·s-1,故A错误;保持其他条件不变,升高温度,平衡时c(A)=0.41mol·L-1,A物质的量为0.41mol·L-1×2L=0.82mol>0.80mol,说明升温平衡逆向进行,正反应是放热反应,则反应的ΔH<0,故B错误;等效为起始加入2.0molA和2.0molB,与原平衡相比,压强增大,平衡向正反应方向移动,平衡时的A、B转化率较原平衡高,故平衡时A、B的物质的量小于1.6mol,C的物质的量大于0.4mol,即相同温度下,起始时向容器中充入2.0molC,达到平衡时,C的物质的量大于0.4mol,参加反应的C的物质的量小于1.6mol,转化率小于80%,故C错误;相同温度下,起始时向容器中充入0.20molA、0.20molB和1.0molC,Qc=50>K,反应逆向进行,反应达到平衡前v(正)<v(逆),故D正确。
答案:
D
8.硫酰氯(SO2Cl2)和亚硫酰氯(SOCl2)均是重要的化工试剂,遇水发生剧烈反应,常用作脱水剂。
已知:
①SO2Cl2(g)
SO2(g)+Cl2(g) ΔH=+471.7kJ·mol-1;平衡常数K1
②SO2(g)+Cl2(g)+SCl2(g)
2SOCl2(g)
ΔH=-477.3kJ·mol-1;平衡常数K2
(1)反应2SOCl2(g)
SO2Cl2(g)+SCl2(g)的平衡常数K=________(用K1、K2表示),该反应ΔH=________kJ·mol-1。
(2)若在绝热、恒容的密闭容器中,投入一定量的SO2Cl2(g)和SCl2(g),发生反应SO2Cl2(g)+SCl2(g)
2SOCl2(g),下列示意图能说明t1时刻反应达到平衡状态的是________(填序号)。
(3)为研究不同条件对反应①的影响,在恒温条件下,向2L恒容密闭容器中加入0.2molSO2Cl2,10min后反应①达到平衡。
测得10min内v(SO2)=8.0×10-3mol·L-1·min-1,则平衡时SO2Cl2的转化率α1=________。
若其它条件保持不变,反应①在恒压条件下进行,平衡时SO2Cl2的转化率α2________α1(填“>”、“<”或“=”)。
若要增大SO2Cl2的转化率,可以采取的措施有______________________
____________________________________________(列举一种)。
解析:
(1)由①+②可得,SO2Cl2(g)+SCl2(g)
2SOCl2(g),则该反应的平衡常数K=K1×K2,ΔH=+471.7kJ·mol-1+(-477.3kJ·mol-1)=-5.6kJ·mol-1。
因此,反应2SOCl2(g)
SO2Cl2(g)+SCl2的平衡常数K=
,该反应ΔH=+5.6kJ·mol-1。
(2)若在绝热、恒容的密闭容器中,投入一定量的SO2Cl2(g)和SCl2(g),发生反应SO2Cl2(g)+SCl2(g)
2SOCl2(g),该反应前后气体的分子数不变,但是由于该反应是放热反应,故在绝热、恒容条件下,容器内的压强会变大。
正反应速率受温度和反应物浓度两个因素影响,t1时刻,图a中不能说明正反应速率和逆反应速率相等,故不能说明达到平衡;图b中t1时刻以后压强不变,说明达到平衡;c图中,各组分的浓度在t1时刻后仍在变化,所以t1时刻没有达到平衡;d图中,t1时刻以后反应物的转化率不再变化了,说明达到平衡。
所以能说明t1时刻反应达到平衡状态的是b和d。
(3)反应①为SO2Cl2(g)
SO2(g)+Cl2(g) ΔH=+471.7kJ·mol-1,该反应的正反应是一个气体分子数增大的吸热反应。
在恒温条件下,向2L恒容密闭容器中加入0.2molSO2Cl2,10min后反应①达到平衡。
测得10min内v(SO2)=8.0×10-3mol·L-1·min-1,则平衡时SO2Cl2的变化量等于n(SO2)=10min×2L×8.0×10-3mol·L-1·min-1=0.16mol,所以SO2Cl2的转化率α1=
×100%=80%。
若其它条件保持不变,反应①在恒压条件下进行,由于该反应正反应是气体分子数增大的方向,所以平衡时容器体积变大,相当于对恒容的平衡状态减压(即增大容器体积),故SO2Cl2的转化率变大,α2>α1。
若要增大SO2Cl2的转化率,可以采取的措施有升高温度或增大容器体积(即减小压强)。
答案:
(1)
+5.6
(2)bd
(3)80% > 升高温度或增大容器体积或减小压强
9.三氯氢硅(SiHCl3)是制备硅烷、多晶硅的重要原料。
回答下列问题:
(1)SiHCl3在常温常压下为易挥发的无色透明液体,遇潮气时发烟生成(HSiO)2O等,写出该反应的化学方程式
_____________________________________________________。
(2)SiHCl3在催化剂作用下发生反应:
2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)
ΔH1=48kJ·mol-1
3SiH2Cl2(g)===SiH4(g)+2SiHCl3(g)
ΔH2=-30kJ·mol-1
则反应4SiHCl3(g)===SiH4(g)+3SiCl4(g)的ΔH为____kJ·mol-1。
(3)对于反应2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)+SiCl4(g),采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂,在323K和343K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。
①343K时反应的平衡转化率α=________%。
平衡常数K343K=________(保留2位小数)。
②在343K下:
要提高SiHCl3转化率,可采取的措施是________;要缩短反应达到平衡的时间,可采取的措施有________、________。
③比较a、b处反应速率大小:
va________vb(填“大于”“小于”或“等于”)。
反应速率v=v正-v逆=k正x2SiHCl3-k逆xSiH2Cl2xSiCl4,k正、k逆分别为正、逆向反应速率常数,x为物质的量分数,计算a处的
=________(保留1位小数)。
解析:
(1)SiHCl3遇潮气时发烟生成(HSiO)2O等,结合原子守恒推知SiHCl3与水蒸气反应除生成(HSiO)2O外,还生成HCl,化学方程式为2SiHCl3+3H2O===(HSiO)2O+6HCl。
(2)将题给两个热化学方程式依次编号为①、②,根据盖斯定律,由①×3+②可得:
4SiHCl3(g)===SiH4(g)+3SiCl4(g),则有ΔH=3ΔH1+ΔH2=3×48kJ·mol-1+(-30kJ·mol-1)=114kJ·mol-1。
(3)温度越高,反应速率越快,达到平衡的时间越短,曲线a达到平衡的时间短,则曲线a代表343K时SiHCl3的转化率变化,曲线b代表323K时SiHCl3的转化率变化。
①由题图可知,343K时反应的平衡转化率α=22%。
设起始时SiHCl3(g)的浓度为1mol·L-1,则有
2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)
起始浓度/mol·L-11 0 0
转化浓度/mol·L-10.220.110.11
平衡浓度/mol·L-10.780.110.11
则343K时该反应的平衡常数K343K=
=
≈0.02。
②在343K时,要提高SiHCl3转化率,可采取的措施是及时移去产物,使平衡向右移动;要缩短反应达到平衡的时间,需加快化学反应速率,可采取的措施有提高反应物压强或浓度、改进催化剂等。
③温度越高,反应速率越快,a点温度为343K,b点温度为323K,故反应速率:
va>vb。
反应速率v=v正-v逆=k正x2SiHCl3-k逆xSiH2Cl2xSiCl4,则有v正=k正x2SiHCl3,v逆=k逆xSiH2Cl2xSiCl4,343K下反应达到平衡状态时v正=v逆,即k正x2SiHCl3=k逆xSiH2Cl2xSiCl4,此时SiHCl3的平衡转化率α=22%,经计算可得SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4的物质的量分数分别为0.78、0.11、0.11,则有k正×0.782=k逆×0.112,
=
≈0.02。
a处SiHCl3的平衡转化率α=20%,此时SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4的物质的量分数分别为0.8、0.1、0.1,则有
=
=
×
=0.02×
≈1.3。
答案:
(1)2SiHCl3+3H2O===(HSiO)2O+6HCl
(2)+114 (3)①22 0.02 ②及时移去产物 改进催化剂 提高反应物压强(浓度) ③大于 1.3
10.雾霾严重影响人们的生活,汽车尾气的排放是造成雾霾天气的重要原因之一。
已知汽车尾气排放时容易发生以下反应:
①N2(g)+O2(g)
2NO(g) ΔH1=akJ·mol-1
②CO(g)+
O2(g)
CO2(g) ΔH2=bkJ·mol-1
③2CO(g)+2NO(g)
N2(g)+2CO2(g) ΔH3
请回答下列问题:
(1)ΔH3=________kJ·mol-1(用含a、b的代数式表示)。
(2)对于有气体参与的反应,表示平衡常数Kp时用气体组分(B)的平衡压强p(B)代替该气体物质的量浓度c(B),则反应①的平衡常数表达式Kp=__________。
(3)能说明反应③已达平衡状态的标志是________(填字母)。
A.单位时间内生成1molCO2的同时消耗了1molCO
B.在恒温恒容的容器中,混合气体的密度保持不变
C.在绝热恒容的容器中,反应的平衡常数不再变化
D.在恒温恒压的容器中,NO的体积分数保持不变
(4)在一定温度下,向体积为VL的恒容密闭容器中充入一定量的NO和CO,发生反应③。
在t1时刻达到平衡,此时n(CO)=xmol,n(NO)=2xmol,n(N2)=ymol,则NO的平衡转化率为________(用含x、y的代数式表示);再向容器中充入ymolCO2和xmolNO,则此时v(正)________v(逆)(填“>”、“<”或“=”)。
(5)烟气中也含有氮氧化物,C2H4可用于烟气脱硝。
为研究温度、催化剂中Cu2+负载量对NO去除率的影响,控制其它条件一定,实验结果如图所示。
为达到最高的NO去除率,应选择的反应温度约为________,Cu2+负载量为________。
解析:
(1)①N2(g)+O2(g)
2NO(g) ΔH1=akJ·mol-1,②CO(g)+
O2(g)
CO2(g) ΔH2=ckJ·mol-1,由2×②-①得:
2CO(g)+2NO(g)
N2(g)+2CO2(g),由盖斯定律ΔH3=2ΔH2-ΔH1=(2b-a)kJ·mol-1。
(2)对于有气体参与的反应,表示平衡常数Kp时用气体组分(B)的平衡压强p(B)代替该气体物质的量浓度c(B),则反应①的平衡常数表达式Kp=
。
(3)能说明反应③已达平衡状态的标志是:
单位时间内生成1molCO2的同时消耗了1molCO,描述的都是正反应,不能说明反应已经达到平衡,A错误;在恒温恒容的容器中,混合气体的密度保持不变,密度等于混合气体的质量除以容器体积,根据质量守恒不管是否达到平衡,混合气体的质量都不变,容器体积不变,所以密度始终不变,B错误;在绝热恒容的容器中,容器内的温度随反应的进行在变化,平衡常数也会发生变化,平衡常数不再变化,说明容器的温度在变,反应达到平衡,C正确;在恒温恒压的容器中,NO的体积分数保持不变,说明各成分的物质的量不再变化,反应达到平衡,D正确。
(4)一定温度下,向体积为VL的恒容密闭容器中充入一定量的NO和CO,发生反应③2CO(g)+2NO(g)
N2(g)+2CO2(g),t1时刻达到平衡,此时n(CO)=xmol,n(NO)=2xmol,n(N2)=ymol,生成N2的物质的量为ymol,反应的NO物质的量为2y,起始NO的物质的量为2x+2y,平衡转化率为
=
×100%,向容器中充入ymolCO2和xmolNO,相当于同等倍数的增大反应物和生成物的浓度,平衡不移动,此时v(正)=v(逆)。
(5)从图上可以看出负载量为3%时,相同温度下NO去除率最高,在350℃左右时,去除NO的效果最好。
答案:
(1)2b-a
(2)
(3)CD
(4)
×100% = (5)350℃(或300~400℃之间) 3%
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