第7卷 化学反应速率和化学平衡.docx
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第7卷化学反应速率和化学平衡
专题7化学反应速率和化学平衡
一、选择题
1.(2011湖北八市联考)在容积不变的密闭容器中存在如下反应:
2A(g)+B(g)3C(g);ΔH<0,某研究小组研究了其他条件不变时,改变某一条件对上述反应的影响,下列分析正确的是( )
A.图Ⅰ表示的是t1时刻增大反应物的浓度对反应速率的影响
B.图Ⅱ表示的一定是t1时刻加入催化剂后对反应速率的影响
C.图Ⅲ表示的是温度对化学平衡的影响,且乙的温度较高
D.图Ⅲ表示的是催化剂对平衡的影响,且甲的催化效率比乙高
答案:
C
点拨:
A项,增大反应物的浓度,正反应速率瞬间增大,逆反应速率不变;B项,反应前后气体的体积不变,图Ⅱ也可表示加压对反应速率的影响;D项,催化剂只能改变反应速率,不能使平衡发生移动。
2.(2011·湖北黄冈质量检测)下列可逆反应达到平衡时,增大压强和升高温度使平衡移动方向相同的是( )
A.NH4HCO3(s)NH3(g)+H2O(l)+CO2(g)ΔH>0
B.2NO2(g)N2O4(g) ΔH<0
C.Cl2(g)+H2O(l)HCl(aq)+HClO(aq) ΔH>0
D.2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH<0
答案:
C
点拨:
A项,增大压强平衡左移,升高温度平衡右移;B项,增大压强平衡右移,升高温度平衡左移;D项,增大压强平衡右移,升高温度平衡左移。
3.(2011·河北唐山一中二调)在一定温度下,容积相同的两个密闭容器中,一个充入2molSO2、1molO2,另一个充入2molSO3,发生反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g);ΔH=-196.6kJ/mol时,下列六种说法中正确的有( )
①二氧化硫的转化率与三氧化硫的分解率之和为1,②达到平衡所需的时间相等,③密度相等,④压强相等,⑤放出与吸收的热量相等,⑥二氧化硫的浓度相同。
A.3种 B.4种
C.5种 D.6种
答案:
B
点拨:
在恒温恒容条件下,一个充入2molSO2、1molO2,另一个充入2molSO3,可以达到完全相同的平衡状态,故①③④⑥正确,但是无法确定反应进行的程度和速率,故无法确定②⑤是否正确。
4.(2011·全国)在容积可变的密闭容器中,2molN2和8molH2在一定条件下反应,达到平衡时,H2的转化率为25%,则平衡时氮气的体积分数接近于( )
A.5% B.10%
C.15% D.20%
答案:
C
点拨:
由题给数据知:
参加反应的H2的物质的量为:
8mol×25%=2mol。
N2 + 3H22NH3
始态:
2mol 8mol 0
变化量:
mol 2mol
mol
平衡态:
mol 6mol
mol
平衡时N2的体积分数为:
×100%=15%,故C正确。
5.(2011·北京理综)已知反应:
2CH3COCH3(l)
CH3COCH2COH(CH3)2(l)。
取等量CH3COCH3,分别在0℃和20℃下,测得其转化分数随时间变化的关系曲线(Y-t)如图所示。
下列说法正确的是( )
A.b代表0℃下CH3COCH3的Y-t曲线
B.反应进行到20min末,CH3COCH3的
>1
C.升高温度可缩短反应达平衡的时间并能提高平衡转化率
D.从Y=0到Y=0.113,CH3COCH2COH(CH3)2的
=1
答案:
D
点拨:
A项,反应速率越快,达到化学平衡所需的时间越短,所以b代表20℃下CH3COCH3的Y-t曲线。
B项,由题图可知,20min时a曲线对应点的斜率小于b曲线,所以CH3COCH3的
<1。
C项,由题图可知,20℃时CH3COCH3的平衡转化率一定小于0℃时的平衡转化率。
D项,当Y=0.113时,a曲线与b曲线相交,故产物量相同。
6.(2011·江苏单科)700℃时,向容积为2L的密闭容器中充入一定量的CO和H2O,发生反应:
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
反应过程中测定的部分数据见下表(表中t2>t1):
反应时间/min
n(CO)/mol
n(H2O/mol)
0
1.20
0.60
t1
0.80
t2
0.20
下列说法正确的是( )
A.反应在t1min内的平均速率为v(H2)=
mol·L-1·min-1
B.保持其他条件不变,起始时向容器中充入0.60molCO和1.20molH2O,到达平衡时n(CO2)=0.40mol
C.保持其他条件不变,向平衡体系中再通入0.20molH2O,与原平衡相比,达到新平衡时CO转化率增大,H2O的体积分数增大
D.温度升高至800℃,上述反应平衡常数为0.64,则正反应为吸热反应
答案:
BC
点拨:
A项,反应到t1min时消耗的CO为0.40mol,则生成的H2也为0.40mol,则用H2表示该反应的平均速率为v(H2)=
=
mol·L-1·min-1;B项,由于CO、H2O的化学计量数相同,向容器中充入1.20molCO、0.60molH2O与充入0.60molCO、1.20molH2O反应的结果是相同的,生成CO2的物质的量均为0.40mol;C项,向平衡体系中充入H2O(g),平衡正向移动,CO的转化率增大,但由于H2O的总量增加,本身的转化率下降,所以H2O的体积分数增大;D项,700℃时该反应的平衡常数K=1,温度升高到800℃时K变为0.64,说明升高温度平衡向逆反应方向移动,则正反应为放热反应。
7.(2010·安徽)低温脱硝技术可用于处理废气中的氮氧化物,发生的化学反应为:
2NH3(g)+NO(g)+NO2(g)
2N2(g)+3H2O(g) ΔH<0
在恒容的密闭容器中,下列有关说法正确的是( )
A.平衡时,其他条件不变,升高温度可使该反应的平衡常数增大
B.平衡时,其他条件不变,增加NH3的浓度,废气中氮氧化物的转化率减小
C.单位时间内消耗NO和N2的物质的量比为1∶2时,反应达到平衡
D.其他条件不变,使用高效催化剂,废气中氮氧化物的转化率增大
答案:
C
点拨:
本题主要考查外界条件对化学平衡的影响。
由于该反应是放热反应,升高温度时平衡左移,该反应的平衡常数减小,A错;增大一种反应物的浓度,自身的转化率降低,而另一种反应物的转化率增大,故B错,单位时间内消耗NO和N2的物质的量之比为1∶2时,说明V正=V逆,反应达平衡,C正确;催化剂只能改变反应速率,不能使平衡发生移动,即不能改变转化率,D错。
8.(2010·江苏)在温度、容积相同的3个密闭容器中,按不同方式投入反应物,保持恒温、恒容,测得反应达到平衡时的有关数据如下(已知N2(g)+3H2(g)===2NH3(g) ΔH=-92.4kJ·mol-1):
容器
甲
乙
丙
反应物投入量
1molN2、3molH2
2molNH3
4molNH3
NH3的浓度(mol·L-1)
c1
c2
c3
反应的能量变化
放出akJ
吸收bkJ
吸收ckJ
体系压强(Pa)
p1
p2
p3
反应物转化率
α1
α2
α3
下列说法正确的是( )
A.2c1>c3 B.a+b=92.4
C.2p2 答案: BD 点拨: A项,甲乙是等同平衡,c1=c2,运用叠加原理比较乙、丙可得c3>2c2,即c3>2c1;B项,甲反应生成NH3的量加乙反应消耗NH3的量恰好为2mol,则a+b=92.4;C项,将丙分两步完成,第一步将4molNH3加入2倍体积的容器,达到与乙一样的平衡状态,此时丙的压强p′3等于p2,第二步将丙的体积压缩至一倍体积,在这一时刻,丙的压强p″3=2p2,增大压强,平衡向右移动,压强减小,最终平衡时,2p2>p3;D项,甲乙为等同平衡,α1+α2=1,丙的转化率小于乙,α1+α3<1。 9.(2010·北京)某温度下,H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g)的平衡常数K= 。 该温度下在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中,投入H2(g)和CO2(g),其起始浓度如下表所示。 起始浓度 甲 乙 丙 c(H2)/mol/L 0.010 0.020 0.020 c(CO2)/mol/L 0.010 0.010 0.020 下列判断不正确的是( ) A.平衡时,乙中CO2的转化率大于60% B.平衡时,甲中和丙中H2的转化率均是60% C.平衡时,丙中c(CO2)是甲中的2倍,是0.012mol/L D.反应开始时,丙中的反应速率最快,甲中的反应速率最慢 答案: C 点拨: D项,温度相同,丙中反应物浓度最大,甲中最小,所以丙中的反应速率最快,甲中的反应速率最慢。 B项,设甲中转化的c(H2)为x,则有x2/(0.010-x)2=9/4,解得x=0.006mol/L,则甲中H2的转化率为60%。 对甲加压,使容器体积减小为原来的一半与丙等效,而加压平衡不移动,所以二者H2的转化率相同。 A项,增大c(H2)可提高CO2的转化率,故A项正确。 C项,平衡时甲、丙中c(CO2)分别为0.004mol/L、0.008mol/L。 10.(2011·试题调研)对于可逆反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0,下列研究目的和示意图相符的是( ) A B C D 研究目的 温度(T)对反应的影响(T2>T1) 压强(p)对平衡常数的影响 温度(T)对反应的影响 压强(p)对反应的影响(p2>p1) 示意图 答案: C 点拨: 对于选项A,由于合成氨反应是放热反应,因此温度越高,NH3的产率越低,这一点图示是符合的,但考虑到温度越高,化学反应速率越快,体现在图像上即达到平衡前曲线的斜率大,A错,正确的图像如图所示,即符合“先拐先平”的原则,同理可知选项D也错。 化学平衡常数与压强无关,选项B错。 选项C可以这样理解,开始时,反应向右进行,N2的体积分数减小;达平衡时,N2的体积分数最小;继续升温,化学平衡逆向移动,N2的体积分数增大。 所以C项正确。 11.(2011·试题调研)反应N2O4(g)2NO2(g)在温度为T1、T2(T2>T1)时,平衡体系中NO2的体积分数随压强如图所示。 下列说法正确的是( ) A.由图可知B点时平衡常数与C点时相同 B.A、C两点气体的颜色: A深,C浅 C.A、C两点气体的平均相对分子质量: A D.保持容器体积不变,再充入N2O4气体,平衡逆向移动 答案: C 点拨: 由于B点和C点对应的温度不同,因此平衡常数也不同,选项A错。 虽然p(C)>p(A),但平衡逆向移动,ω(NO2)减少,ω(N2O4)增大,C点混合气体的颜色深,A点浅,B错。 选项D中再充入N2O4气体,相当于增大反应物浓度,化学平衡应向正反应方向移动,D错。 保持体积不变,在平衡体系中[N2O4(g)2NO2(g)]不论充入N2O4还是NO2,混合气体中N2O4的体积分数均比原来大,混合气体的平均相对分子质量也比原来大。 12.(2011·试题调研)已知T℃、pkPa时,在容器甲和容器乙中分别充入1molA(g)和1molB(g),发生反应A(g)+B(g)C(g) ΔH<0,反应过程中温度保持不变。 已知起始时V乙=5/7V甲,装置如图所示。 当反应达平衡时,测得甲中C的体积分数为40%。 下列说法不正确的是( ) A.容器甲、乙中反应的平衡常数相等 B.容器甲、乙中反应的起始速率不等 C.达平衡时,容器甲、乙中各组分的体积分数不等 D.达平衡时,容器甲、乙中放出的热量相等 答案: C 点拨: 通过达平衡时甲中C的体积分数可计算出平衡时甲的体积,设平衡时A转化了xmol, A(g) B(g) C(g) ΔH<0 起始: 1mol 1mol 0 转化: xmol xmol xmol 平衡: (1-x)mol (1-x)mol xmol 40%=x/(2-x)×100%,解得x=4/7,反应达平衡时甲中气体的总物质的量为10/7mol,甲容器的容积为原来的5/7,现由于起始时V乙=5/7V甲,且投料量相同,所以甲、乙两者属于等效平衡,因此C错。 13.(2011·试题调研)t℃时,某平衡体系中含有X、Y、Z、W四种物质,此温度下发生反应的平衡常数表达式为K= 。 有关该平衡体系的说法正确的是( ) A.当混合气体的平均相对分子质量保持不变时,反应达平衡 B.增大压强,各物质的浓度不变 C.升高温度,平衡常数K增大 D.增加X的量,平衡既可能正向移动,也可能逆向移动 答案: A 点拨: 首先根据平衡常数的定义推知,反应前后气体的体积保持不变,即平衡体系中Y是生成物且是气体,Z和W是反应物且也是气体,X未计入平衡常数时,说明X是固体或液体,但不确定是反应物还是生成物,由此可知选项A正确。 增大压强虽然平衡不移动,但由于体积变小,因此各物质的浓度均增大,选项B错。 由于反应的热效应未知,因此C也错。 由于X未计入平衡常数中,X量的多少不影响平衡状态,D也错。 二、非选择题 14.(2011·广东)利用光能和光催化剂,可将CO2和H2O(g)转化为CH4和O2。 紫外光照射时,在不同催化剂(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ)作用下,CH4产量随光照时间的变化如下图所示。 (1)在0~30小时内,CH4的平均生成速率vⅠ、vⅡ和vⅢ从大到小的顺序为________;反应开始后的12小时内,在第________种催化剂的作用下,收集的CH4最多。 (2)将所得CH4与H2O(g)通入聚焦太阳能反应器,发生反应: CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g),该反应ΔH=+206kJ·mol-1 ①在答题卡的坐标图中,画出反应过程中体系的能量变化图(进行必要的标注) ②将等物质的量的CH4和H2O(g)充入1L恒容密闭容器,某温度下反应达平衡,平衡常数K=27,此时测得CO的物质的量为0.10mol,求CH4的平衡转化率(计算结果保留两位有效数字) (3)已知: CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-802kJ·mol-1 写出由CO2生成CO的热化学方程式________________________________________________________________________。 答案: (1)VⅢ>VⅡ>VⅠ Ⅱ (2)① ②91% (3)CO2(g)+3H2O(g)===CO(g)+3H2(g)+2O2(g) ΔH=+1008kJ·mol-1 点拨: (2)CH4(g)+H2O(g)===CO(g)+3H2(g) 起: n n 0 0 转: 0.1 0.1 0.1 0.3 平: n-0.1 n-0.1 0.1 0.3 K= =27,解得n=0.11mol 转化率=(0.1mol÷0.11mol)×100%=91% (3)①CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH=+206kJ·mol-1 ②CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-802kJ·mol-1 由①-②得: CO2(g)+3H2O(g)===CO(g)+3H2(g)+2O2(g) ΔH=+1008kJ·mol-1 15.(2011·试题调研)某温度时,在2L容器中X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示。 由此分析,该反应的化学方程式为________;从反应开始至2min时,Z的平均反应速率为____________。 答案: 3Y+Z2X 0.025mol/(L·min) 点拨: 找出2min内X、Y、Z三种物质的浓度变化量为: Δc(X)= =0.1(mol·L-1), Δc(Y)= =0.15(mol·L-1), Δc(Z)= =0.05(mol·L-1)。 根据反应速率之比等于化学计量数之比,可以确定X、Y、Z三种物质的化学计量数分别等于2、3、1。 根据图像可以确定X是生成物,Y、Z是反应物,即可以确定化学反应方程式为: 3Y+Z2X。 再根据反应速率的概念,可求出从反应开始至2min时,Z的平均反应速率为: v(Z)=Δc(Z)/Δt= =0.025[mol/(L·min)]。 16.(2011·试题调研)在100℃时,将0.100mol的四氧化二氮气体充入1L恒容抽空的密闭容器中,隔一段时间对该容器内的物质浓度进行分析得到下表数据: 时间(s) 0 20 40 60 80 c(N2O4)(mol/L) 0.100 c1 0.050 c3 c4 c(NO2)(mol/L) 0.000 0.060 c2 0.120 0.120 (1)该反应的平衡常数表达式为________________________________;从表中分析: c1________c2;c3________C4(填“>”、“<”或“=”)。 (2)在图中画出并标明此反应中c(N2O4)和c(NO2)的浓度随时间变化的曲线。 (3)在上述条件下,从反应开始直至达到化学平衡时,四氧化二氮的平均反应速率为________mol/(L·s)。 (4)反应达到平衡后,下列条件的改变可使NO2气体的浓度增大的是________(填序号)。 A.增大容器的容积 B.再充入一定量的N2O4 C.分离出一定量的NO2 D.再充入一定量的He 答案: (1)K= < = (2) (3)0.001 (4)B 点拨: (1)该反应的化学方程式为N2O4(g)2NO2(g),易得平衡常数的表达式K= ,同时可求得c1=0.070mol/L,c2=0.100mol/L,可得 c1 (3)由表中信息得从反应开始直至达到化学平衡时NO2的反应速率为 =0.002mol/(L·s),v(N2O4)=v(NO2)/2=0.001mol/(L·s)。 (4)根据勒夏特列原理可知,增大容器的容积不管平衡如何移动,反应物和生成物的浓度均减小,A错。 平衡后再充入一定量的N2O4,平衡正向移动,NO2的浓度增加,B正确。 分离出一定量的NO2,虽平衡正向移动,但NO2气体的浓度减小,C错。 在容器容积不变的情况下充入稀有气体He,反应物和生成物的浓度均不变,化学平衡不移动,NO2的浓度不变,D错。
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