2022年高考化学二轮复习专题突破练九化学反应速率与化学平衡A含解析

专题突破练九　化学反应速率与化学平衡(A)

一、选择题

1.(2021福建新高考适应性考试)有研究认为,强碱性溶液中反应I-+ClO-IO-+Cl-分三步进行,其中两步如下:

第一步　ClO-+H2OHOCl+OH-　K1=3.3×10-10

第三步　HOI+OH-IO-+H2O　K3=2.3×103

下列说法错误的是(　　)

A.反应第二步为HOCl+I-HOI+Cl-

B.由K可判断反应第三步比第一步快

C.升高温度可以加快ClO-的水解

D.HOCl和HOI都是弱酸

2.(2021广东惠州调研)高炉炼铁过程中发生的反应:Fe2O3(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g),已知该反应在不同温度下的平衡常数如下表,下列说法不正确的是(　　)

A.ΔH<0

B.该反应的平衡常数表达式为K=

C.其他条件不变,向平衡体系充入CO2气体,K值减小

D.其他条件不变,升高温度时,CO的平衡转化率降低

3.(2021湖南五市联考)图中的曲线是表示恒容时,2NO(g)+O2(g)2NO2(g)反应中NO的平衡转化率与温度的关系曲线,图中标有b、c、d三点,下列说法正确的是(　　)

A.ΔH>0

B.混合气体的密度:d点>b点

C.c点未达到平衡状态且v正>v逆

D.使用催化剂b、d两点将上移

4.(2021湖南长沙模拟)科学家研究发现Cl2与CO合成COCl2的反应机理如下:

①Cl2(g)2Cl·(g)快反应;

②CO(g)+Cl·(g)COCl·(g)快反应;

③COCl·(g)+Cl2(g)COCl2(g)+Cl·(g)慢反应

其中反应②存在v正=k正c(CO)c(Cl·)、v逆=k逆c(COCl·)。下列说法正确的是(　　)

A.反应①的活化能大于反应③的活化能

B.反应②的平衡常数K=

C.要提高合成COCl2的速率,关键是提高反应②的速率

D.选择合适的催化剂能增大该反应的速率,并提高COCl2的平衡产率

5.(2021湖南长郡模拟)已知反应:CH2CHCH3(g)+Cl2(g)CH2CHCH2Cl(g)+HCl(g)。在一定压强下,按ω=向密闭容器中充入氯气与丙烯。图甲表示平衡时,丙烯的体积分数(φ)与温度(T)、ω的关系,图乙表示反应的平衡常数K与温度T的关系。则下列说法正确的是(　　)

A.图甲中ω1>1

B.图乙中,线A表示正反应的平衡常数

C.在恒容容器中进行,压强不变时反应达到平衡状态

D.当温度为T1、ω=2时,Cl2的转化率约为33.3%

6.(双选)(2021山东日照联考)335 ℃时,在恒容密闭反应器中1.00 mol C10H18(l)催化脱氢的反应过程如下:

反应1:C10H18(l)C10H12(l)+3H2(g)　ΔH1

反应2:C10H12(l)C10H8(l)+2H2(g)　ΔH2

测得C10H12和C10H8的产率x1和x2(以物质的量分数计)随时间的变化关系及反应过程能量变化如下图所示。下列说法错误的是(　　)

A.催化剂能改变反应过程

B.更换催化剂后,ΔH1、ΔH2也会随之改变

C.8 h时,反应2达到化学平衡状态

D.x1显著低于x2,是因为反应2的活化能比反应1的小,反应1生成的C10H12很快转变成C10H8

二、非选择题

7.(2021福建莆田检测)氢能作为新型能源,可利用CO制得。我国北京大学的科研团队向容积为V的密闭容器中充入等物质的量的CO和H2O进行反应。

已知:

反应Ⅰ:FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g)　ΔH1

反应Ⅱ:FeO(s)+H2(g)Fe(s)+H2O(g)　ΔH2

反应Ⅲ:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)　ΔH

反应Ⅲ在不同催化剂作用下(反应相同时间),温度与CO转化率的关系如图所示。

(1)反应Ⅲ的ΔH与ΔH1、ΔH2关系式:ΔH=　　　　　　。 

(2)若反应Ⅰ和反应Ⅱ的平衡常数分别为K1和K2,则反应Ⅲ的平衡常数K与K1、K2的关系式:K=　　　　。 

(3)随着温度的升高,单位时间内CO的转化率先升后降,“后降”的可能原因是　。 

(4)由图可知,ΔH　　　　(填“大于”或“小于”)0,催化剂应选择　　　　(填“Au/α-MoC”或“Au/α-MoC/NaCN”)。 

(5)已知T=1 025 K时,K=1。则平衡时CO的转化率为　　　　。当T>1 025 K时,平衡时,H2的体积分数φ的取值范围为　　　　　　　。 

(6)欲提高H2的体积分数,可采取的措施为 

　。 

8.(2021福建龙岩质检)利用CO2可合成烷烃、烯烃、醇等系列重要化工原料。回答下列有关问题:

Ⅰ.制备甲烷CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)　ΔH=-252.9 kJ·mol-1

图1

图2

(1)该反应的ΔG(ΔG=ΔH-TΔS)与温度的关系如图1所示。

①要使该反应能顺利发生,理论上温度不高于　　　　。 

②在恒温、恒容容器中进行该反应,下列不能说明反应达到平衡状态的是　　　　　(填字母)。 

A.CO2和H2的转化率之比不再变化

B.混合气体的平均摩尔质量不再变化

C.容器内的压强不再变化

D.v=4v

(2)选择合适催化剂,在密闭容器中按n(CO2)∶n(H2)=1∶4充入反应物,反应结果如图2所示。

①若N点压强为1 MPa,则平衡常数Kp(N)=　　　　,P点与N点的平衡常数K(P)　　　(填“>”“<”或“=”)K(N)。 

②若无催化剂,N点平衡转化率是否可能降至R点?说明理由。答: 　　　　　　　　。 

Ⅱ.制备甲醇:

主反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

ΔH1=-58 kJ·mol-1

副反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)

ΔH2=-41 kJ·mol-1

(3)向恒容容器中充入a mol CO2和3a mol H2,在催化剂存在的条件下进行反应,测得温度与平衡转化率、产物选择性的关系如下图所示。

已知:CH3OH选择性=

①CH3OH选择性随温度升高而下降的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　(写一条)。 

②有利于提高CH3OH选择性的反应条件是　　　　。 

A.高温高压 B.低温低压

C.高温低压 D.低温高压

参考答案

专题突破练九　化学反应速率与化学平衡(A)

1.B　解析 由总反应减去第一、三步反应可得第二步反应为HOCl+I-HOI+Cl-,A项正确。平衡常数的数值大小可以判断反应进行的程度,不能判断反应速率大小,B项错误。升高温度可以增大反应速率,C项正确。ClO-在水溶液中发生水解,说明HOCl为弱酸,根据题目所给离子方程式可知第三步反应中HOI以分子形式参与反应,说明HOI也是弱酸,D项正确。

2.C　解析 由表中数据可知,随着温度升高,平衡常数减小,说明升高温度,平衡逆向移动,则该反应的ΔH<0,A项正确。Fe2O3和Fe都是固体,该反应的平衡常数表示为K=,B项正确。其他条件不变,向平衡体系充入CO2气体,平衡逆向移动,由于温度不变,则K值不变,C项错误。其他条件不变,升高温度,平衡逆向移动,CO的平衡转化率降低,D项正确。

3.C　解析 由图可知,随着温度升高,NO的平衡转化率降低,说明温度升高,平衡逆向移动,则该反应的ΔH<0,A项错误。恒容条件下进行反应,混合气体的密度不变,B项错误。c点处于平衡曲线下方,此时NO转化率小于平衡值,则c点未达到平衡状态,反应正向进行,则有v正>v逆,C项正确。使用催化剂,平衡不移动,NO的转化率不变,故b、d两点不会向上移动,D项错误。

4.B　解析 ①是快反应,③是慢反应,则反应①的活化能小于反应③的活化能,A项错误。反应②存在v正=k正c(CO)c(Cl·)、v逆=k逆c(COCl·),达到平衡时v正=v逆,则有k正c(CO)·c(Cl·)=k逆c(COCl·),反应②的平衡常数为K=,B项正确。整个过程中反应速率由慢反应决定,反应③是慢反应,故提高合成COCl2的速率,关键是提高反应③的速率,C项错误。催化剂只能改变反应速率,但不能使平衡发生移动,故不能提高COCl2的平衡产率,D项错误。

5.D　解析 温度一定时,增大,平衡时丙烯的体积分数减小,故图甲中ω1<1,A项错误。由图甲可知,一定时,升高温度,丙烯的体积分数增大,说明升高温度,平衡逆向移动,则该反应的ΔH<0;升高温度,平衡逆向移动,则平衡常数K减小,故图乙中线A代表逆反应的平衡常数,B项错误。该反应前后气体体积不变,气体总物质的量不变,故恒容时气体压强始终不变,不能根据压强判断是否达到平衡状态,C项错误。由图乙可知,T1时正、逆反应平衡常数均为1,ω==2,设n(Cl2)=2mol,n(CH2CHCH3)=1mol,平衡时转化的Cl2为x,容器的容积为1L,则有

　　　　CH2CHCH3(g)+Cl2(g)CH2CHCH2Cl(g)+HCl(g)

 1 2 0 0

 x x x x

 1-x 2-x x x

则T1时平衡常数K==1,解得x=,故Cl2的转化率为mol÷2mol×100%=33.3%,D项正确。

6.BC　解析 使用催化剂,产生多种中间产物,改变反应过程,A项正确。焓变(ΔH)取决于反应物具有的总能量和生成物具有的总能量,更换催化剂后,反应过程改变,但ΔH1、ΔH2不会随之改变,B项错误。图中8h后,C10H8的产率x2逐渐增大,故反应2未处于平衡状态,C项错误。由图可知,反应1的活化能大于反应2的活化能,则反应1的速率比反应2的速率小,反应1生成的C10H12很快转变成C10H8,故x1显著低于x2,D项正确。

7.答案 (1)ΔH1-ΔH2

(2)

(3)温度过高,催化剂的催化活性下降

(4)小于　Au/α-MoC

(5)50%　0<φ<25%

(6)及时分离出CO2(或降低温度)

解析 (1)由反应Ⅰ-Ⅱ可得反应Ⅲ,根据盖斯定律,则反应Ⅲ的ΔH=ΔH1-ΔH2。

(2)由于反应Ⅰ-Ⅱ=Ⅲ,反应Ⅰ和Ⅱ的平衡常数分别为K1和K2,则反应Ⅲ的平衡常数为K=。

(3)由图可知,催化剂的催化活性随温度升高先增大后减小,温度过高,催化剂的催化活性下降,会引起单位时间内CO的转化率降低。

(4)由图可知,随着温度的升高,CO平衡转化率逐渐减小,说明升高温度,平衡逆向移动,则该反应的ΔH<0。由图可知,催化剂Au/α-MoC在较低温度时具有较高的催化活性,故催化剂应选择Au/α-MoC。

(5)起始时CO和H2O(g)的物质的量相等,假设均为1mol,由于反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)前后气体总分子数不变,平衡常数K=1,则平衡时四种物质的物质的量均为0.5mol,故CO的平衡转化率为0.5mol÷1mol×100%=50%。1025K时,H2的体积分数为25%;升高温度,平衡向逆反应方向移动,平衡时H2的体积分数减小,但肯定大于0,故H2的体积分数取值范围为0<φ<25%。

(6)欲提高H2的体积分数,可采取的措施有及时分离出CO2,或降低温度等。

8.答案 (1)①597 ℃　②AD

(2)①1　<　②不可能,因为催化剂不能改变反应物的平衡转化率

(3)①温度升高,催化剂活性降低　②D

解析 Ⅰ.(1)①ΔG(ΔG=ΔH-TΔS)<0,反应能自发进行,由图1可知,温度不高于597℃;

②CO2和H2的转化率之比与投料比有关,不能判定是否达到平衡,A项正确。反应前后气体的质量不变,物质的量发生改变,混合气体的平均摩尔质量不再变化,说明达到平衡,B项错误。反应前后气体的物质的量发生改变,则压强发生改变,压强不变时达到平衡,C项错误。正、逆反应速率相等时,反应达到平衡,v(H2)正=4v(CH4)正没有涉及逆反应,D项正确。

(2)①依题意设起始投入CO2物质的量为1mol,则H2为4mol,由图2可知N点时转化率为50%,可列三段式:

　　CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)

 1 4 0 0

 0.5 2 0.5 1

 0.5 2 0.5 1

N点压强为1MPa,故Kp==1;该反应为放热反应,P点温度升高,二氧化碳的平衡转化率降低,则K(P)<K(N);

②催化剂只能改变反应速率,不能改变转化率,则无催化剂,N点的平衡转化率也不可能降至R点。

Ⅱ.(3)①温度升高,CH3OH选择性下降的原因可能是温度升高催化剂活性降低;

②反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH1=-58kJ·mol-1为放热反应,低温有利于反应正向进行;该反应为气体体积减小的反应,随着反应进行,压强降低,高压有利于反应正向进行。