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高中化学鲁科版 (2019)选择性必修1第2章 化学反应的方向、 限度与速率第1节 化学反应的方向精练
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这是一份高中化学鲁科版 (2019)选择性必修1第2章 化学反应的方向、 限度与速率第1节 化学反应的方向精练，共14页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
第2章测评
(时间:90分钟 满分:100分)
一、选择题(本题包括10小题,每小题2分,共20分。每小题只有一个选项符合题意)
1.金属锡素有“盛水水清甜,盛酒酒香醇,储茶味不变,插花花长久”的美称。金属锡的冶炼常用焦炭作还原剂:SnO2+2CSn+2CO↑,反应过程中能量的变化如图所示。下列有关该反应的ΔH、ΔS的说法中正确的是( )
A.ΔH<0 ΔS<0 B.ΔH>0 ΔS<0
C.ΔH<0 ΔS>0 D.ΔH>0 ΔS>0
2.在容积不变的密闭容器中,一定条件下进行如下反应:2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) ΔH=-373.2 kJ·mol-1。如图曲线a表示该反应过程中NO的转化率与反应时间的关系。若改变起始条件,使反应过程按照曲线b进行,可采取的措施是( )
A.降低温度 B.向密闭容器中通入氩气
C.加催化剂 D.增大反应物中NO的浓度
3.在淀粉KI溶液中存在下列平衡:I2(aq)+I-(aq)(aq)。测得不同温度时该反应的平衡常数K如表所示:
T/℃
5
15
25
35
50
K/(mol-1·L)
1 100
841
689
533
409
下列说法正确的是( )
A.反应I2(aq)+I-(aq)(aq)的ΔH>0
B.其他条件不变,升高温度,溶液中c平()减小
C.该反应的平衡常数表达式为K=
D.25 ℃时,向溶液中加入少量KI固体,平衡常数K小于689
4.反应2X(g)+Y(g)2Z(g)在不同温度(T1和T2)下进行时反应产物Z的物质的量n(Z)与反应时间t的关系如图。下列判断正确的是( )
A.T1T2,正反应为吸热反应
C.T1>T2,逆反应为吸热反应 D.T1
A.升高温度 B.恒温恒容条件下充入氧气
C.恒温恒容条件下充入SO3(g) D.加入催化剂V2O5
6.在容积一定的密闭容器中,放入一定量的NO(g)和足量C(s),发生反应C(s)+2NO(g)CO2(g)+N2(g),平衡状态时NO(g)的物质的量浓度与温度T的关系如图所示。则下列说法中正确的是( )
A.该反应的ΔH>0
B.若该反应在T1、T2时的平衡常数分别为K1、K2,则K1
7.T ℃时在2 L容积不变的密闭容器中使X(g)与Y(g)发生反应生成Z(g)。反应过程中X、Y、Z的物质的量变化如图1所示;若保持其他条件不变,温度分别为T1和T2时,Y的体积百分含量与时间的关系如图2所示。则下列结论错误的是( )
A.容器中发生的反应可表示为3X(g)+Y(g)2Z(g)
B.保持其他条件不变,升高温度,化学平衡向逆反应方向移动
C.反应进行前3 min内,用X表示的反应速率v(X)=0.1 mol·L-1·min-1
D.若改变反应条件,使反应进程如图3所示,则改变的条件是使用催化剂
8.已知:2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH=-25 kJ·mol-1。某温度下的平衡常数为400。此温度下,在1 L容积不变的密闭容器中加入CH3OH,某时刻测得各组分的物质的量浓度如下表,下列说法中不正确的是( )
物质
CH3OH
CH3OCH3
H2O
c/(mol·L-1)
0.08
1.6
1.6
A.此时刻反应达到平衡状态
B.容器内压强不变时,说明反应达平衡状态
C.平衡时,再加入与起始时等量的CH3OH,达新平衡后CH3OH转化率不变
D.平衡时,反应混合物的总能量降低40 kJ
9.对于气相反应,用某组分(B)的平衡分压代替物质的量浓度也可表示平衡常数(记作Kp)。已知反应CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g),在T ℃时的平衡常数Kp=a,则下列说法正确的是( )
A.Kp=
B.升高温度,若Kp增大,则该反应为吸热反应
C.该反应达到平衡状态后,增大压强,平衡向左移动,Kp减小
D.T ℃时,反应CH4(g)+H2O(g)CO2(g)+2H2(g)的平衡常数Kp=a
10.向某密闭容器中加入0.3 mol A、0.1 mol C和一定量的B三种气体,在一定条件下发生反应,各物质的物质的量浓度随时间变化的情况如图1所示。图2为t2时刻后改变反应条件,平衡体系中化学反应速率随时间变化的情况,四个阶段都各改变一种条件,且所改变的条件均不相同。已知t3~t4阶段为使用催化剂。
下列说法错误的是( )
A.若t1=15,反应产物C在t0~t1时间段的平均反应速率为0.004 mol·L-1·s-1
B.t4~t5阶段改变的条件为减小压强,t5~t6阶段改变的条件是升高温度
C.B的起始物质的量为0.02 mol
D.该反应的化学方程式为3A(g)B(g)+2C(g)
二、选择题(本题包括5小题,每小题4分,共20分。每小题有一个或两个选项符合题意)
11.在一密闭容器中加入等物质的量的A、B,发生如下反应:2A(g)+2B(g)3C(s)+4D(g),平衡常数随温度和压强的变化如表所示:
温度/℃
平衡常数
p=1.0 MPa
p=1.5 MPa
p=2.0 MPa
300
a
b
16
516
c
64
e
800
160
f
g
下列判断正确的是( )
A.g=f B.ΔH<0
C.2.0 MPa、800 ℃时,A的转化率最小 D.1.5 MPa、300 ℃时,B的转化率为50%
12.反应SiCl4(g)+2H2(g)Si(s)+4HCl(g)可用于纯硅的制备。下列有关该反应的说法正确的是( )
A.该反应ΔH>0、ΔS<0 B.该反应的平衡常数K=
C.高温下反应每生成1 mol Si需消耗2×22.4 L H2 D.平衡时,再加入H2,该反应的平衡常数增大
13.某温度下,将2 mol SO2和1 mol O2置于10 L密闭容器中发生反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)
ΔH<0,SO2的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图甲所示。则下列说法正确的是( )
A.由图甲推断,B点SO2的平衡浓度为0.03 mol·L-1
B.由图甲推断,A点对应温度下该反应的平衡常数为800 mol-1·L
C.压强为0.50 MPa时不同温度下SO2转化率与温度关系如乙图,则T2>T1
D.达平衡后,若增大容器容积,则反应速率变化图像可以用图丙表示
14.在一恒容的密闭容器中充入0.1 mol·L-1 CO2、0.1 mol·L-1 CH4,在一定条件下发生反应:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g),测得CH4平衡转化率与温度、压强关系如图,下列有关说法不正确的是( )
A.上述反应的ΔH<0
B.压强:p4>p3>p2>p1
C.1 100 ℃时该反应的平衡常数约为1.64 mol2·L-2
D.压强为p4时,在y点:v(正)>v(逆)
15.符合图1、图2条件的反应是( )
A.X(g)+3Y(g)3Z(g) ΔH>0
B.X(g)+3Y(g)2Z(g) ΔH<0
C.X(g)+2Y(g)3Z(g) ΔH<0
D.X(g)+3Y(g)4Z(g) ΔH<0
三、非选择题(本题包括5小题,共60分)
16.(12分)某研究性学习小组利用H2C2O4溶液和酸性KMnO4溶液的反应探究“外界条件的改变对化学反应速率的影响”,进行了如下实验:
实验序号
有关物质
溶液颜色褪至无色所需时间/s
酸性KMnO4溶液
H2C2O4溶液
H2O
V/mL
V/mL
V/mL
A
293
2
0.02
4
0.1
0
t1
B
T1
2
0.02
3
0.1
V1
8
C
313
2
0.02
V2
0.1
1
t2
(1)通过实验A、B,可探究出 (填外部因素)的改变对化学反应速率的影响,其中V1= 、T1= ;通过实验 (填实验序号)可探究出温度变化对化学反应速率的影响,其中V2= 。
(2)若t1<8,则由此实验可以得出的结论是 ;忽略溶液体积的变化,利用实验B中数据计算,0~8 s内,用KMnO4的浓度变化表示的反应速率v(KMnO4)= 。
(3)该小组的一位同学通过查阅资料发现,上述实验过程中n(Mn2+)随时间的变化情况如图所示,并认为造成这种变化的原因是反应体系中的某种粒子对KMnO4与草酸之间的反应有某种特殊作用,则该作用是 ,相应的粒子最可能是 (填粒子符号)。
17.(12分)随着科学技术的发展和环保要求的不断提高,CO2的捕集利用技术成为研究的重点。完成下列填空:
(1)目前国际空间站处理CO2的一个重要方法是将CO2还原,所涉及的反应方程式为CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g),已知H2的体积分数随温度的升高而增加。若温度从300 ℃升至400 ℃,重新达到平衡,判断下列表格中各物理量的变化(填“增大”“减小”或“不变”)。
v(正)
v(逆)
平衡常数K
转化率α
(2)相同温度时,上述反应在不同起始浓度下分别达到平衡时各物质的平衡浓度如下表:
平衡状态
Ⅰ
a
b
c
d
Ⅱ
m
n
x
y
a、b、c、d与m、n、x、y之间的关系式为 。
18.(12分)用H2还原CO2可以在一定条件下合成CH3OH(不考虑副反应)
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH<0
(1)某温度下,恒容密闭容器中,CO2和H2的起始浓度分别为a mol·L-1和3a mol·L-1,反应平衡时,CH3OH的产率为b,该温度下反应平衡常数的值为 。
(2)恒压下,CO2和H2的起始物质的量比为1∶3时,该反应在无分子筛膜时甲醇的平衡产率和有分子筛膜时甲醇的产率随温度的变化如图所示,其中分子筛膜能选择性分离出H2O。
①甲醇平衡产率随温度升高而降低的原因为 。
②P点甲醇产率高于T点的原因为 。
③根据题图,在此条件下采用该分子筛膜时的最佳反应温度为 ℃。
19.(12分)CO可用于合成甲醇,化学方程式为CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。
(1)图1是CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)反应在不同温度下CO的转化率随时间变化的曲线。
①该反应的焓变ΔH (填“>”“<”或“=”)0。
②T1和T2温度下的平衡常数大小关系是K(T1) (填“>”“<”或“=”)K(T2)。在T1温度下,往容积为1 L的密闭容器中,充入1 mol CO和2 mol H2,测得CO和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图2所示。则该反应的平衡常数为 。
③若容器容积不变,下列措施可增加CO转化率的是 (填字母)。
a.升高温度 b.将CH3OH(g)从体系中分离
c.使用合适的催化剂 d.充入He,使体系总压强增大
(2)在容积为1 L的恒容容器中,分别研究在230 ℃、250 ℃和270 ℃三种温度下合成甲醇的规律。如图3是上述三种温度下H2和CO的起始组成比(起始时CO的物质的量均为1 mol)与CO平衡转化率的关系,则曲线z对应的温度是 ℃;该温度下上述反应的化学平衡常数为 。曲线上a、b、c三点对应的化学平衡常数分别为K1、K2、K3,则K1、K2、K3的大小关系为 。
20.(12分)面对目前世界范围内的能源危机,甲醇作为一种较好的可再生能源,具有广泛的应用前景。
(1)已知在常温常压下反应的热化学方程式:
①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1=-90 kJ·mol-1
②CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH2=-41 kJ·mol-1
写出由二氧化碳、氢气制备甲醇的热化学方程式: 。
(2)在容积为V L的容器中充入a mol CO与2a mol H2,在催化剂作用下反应生成甲醇,平衡时CO的转化率与温度、压强的关系如图所示。
①p1 (填“大于”“小于”或“等于”)p2。
②在其他条件不变的情况下,再增加a mol CO与2a mol H2,达到新平衡时,CO的转化率 (填“增大”“减小”或“不变”,下同),平衡常数 。
(3)已知在温度T时,CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的平衡常数K=0.32,在该温度下,已知c始(CO)=1 mol·L-1,c始(H2O)=1 mol·L-1,某时刻经测定CO的转化率为10%,则该反应 (填“已经”或“没有”)达到平衡,原因是 。此时刻v(正) (填“>”或“<”)v(逆)。
第2章测评
1.D 由于反应产物所具有的能量大于反应物所具有的能量,故该反应为吸热反应,即ΔH>0;该反应为气态物质系数增大的反应,故ΔS>0。
2.D 由图像可知,要使反应按曲线b进行,需要缩短反应达到平衡的时间,同时降低NO的转化率。降低温度,反应速率减慢,平衡时NO的转化率增大,A项错误;B、C项,平衡不移动;增大反应物中NO的浓度,反应速率加快,达到平衡时NO的转化率下降,D项正确。
3.B 根据表格提供的数据知升高温度,平衡常数减小,则平衡向逆反应方向移动,逆反应为吸热反应,故正反应为放热反应,ΔH<0,A项错误;其他条件不变,升高温度,平衡向逆反应方向移动,溶液中c平()减小,B项正确;该反应的平衡常数表达式为K=,C项错误;平衡常数只与温度有关,25 ℃时,向溶液中加入少量KI固体,虽然平衡向正反应方向移动,但平衡常数不变,D项错误。
4.C 题图中T1温度下达到平衡所需时间短于T2,说明T1>T2,A、D项错误;对比两种温度下的平衡可知,温度升高,Z的体积分数减小,平衡向逆反应方向移动,则逆反应为吸热反应,C项正确,B项错误。
5.D 升高温度,平衡向逆反应方向移动,A项错误;恒温恒容条件下充入氧气,氧气浓度增大,平衡向正反应方向移动,B项错误;恒温恒容条件下充入SO3,SO3浓度增大,平衡向逆反应方向移动,C项错误;催化剂能同等程度地改变正、逆反应速率,不影响平衡移动,D项正确。
6.D 由图像可知,T1K2,A、B错误;T2时D点表示c(NO)>c平(NO),由D→B点需降低c(NO),即平衡向右移动,因此D点对应体系中v(正)>v(逆),C错误;由于反应物C为固体,故容积不变时,反应后气体质量增大,混合气体的密度增大,当密度不再变化时,可以判断反应达到平衡状态,D正确。
7.B 由题图1可知,X、Y的物质的量减小,为反应物,Δn(X)=2.0 mol-1.4 mol=0.6 mol,Δn(Y)=1.6 mol-1.4 mol=0.2 mol,Z的物质的量增大,为反应产物,Δn(Z)=0.8 mol-0.4 mol=0.4 mol,故X、Y、Z的化学计量数之比为0.6 mol∶0.2 mol∶0.4 mol=3∶1∶2,该反应为可逆反应,故该反应为3X(g)+Y(g)2Z(g),故A正确;由题图2可知,温度T2到达平衡需要的时间较短,故T2>T1,温度升高Y的百分含量降低,则升高温度,平衡向正反应方向移动,正反应是吸热反应,故B错误;由题图1可知,前3 min内,Δn(X)=2.0 mol-1.4 mol=0.6 mol,故v(X)==0.1 mol·L-1·min-1,故C正确;题图3与题图1相比,平衡时各组分的物质的量不变,到达平衡时间缩短,说明改变条件,增大反应速率,平衡不移动,该反应正反应是气体体积减小的反应,增大压强平衡向正反应方向移动,不可能是增大压强,故改变条件是使用催化剂,故D正确。
8.B 根据表格中数据可知,此时刻的浓度商为Q==400=K,此时反应达平衡状态,A正确;该反应前后气体的总物质的量不变,恒温恒容时气体压强不变,B错误;平衡时,再充入与起始时等量的CH3OH,新平衡与原平衡等效,CH3OH转化率不变,C正确;平衡时,参加反应的CH3OH为1.6 mol×2=3.2 mol,反应混合物的总能量减少3.2 mol×=40 kJ,D正确。
9.B 由平衡常数表达式知,Kp应为反应产物分压幂之积与反应物分压幂之积的比值,A项错误;升高温度,若Kp增大,则平衡正向移动,故该反应为吸热反应,B项正确;Kp只与温度有关,则反应达到平衡状态后,增大压强,平衡向左移动,Kp不变,C项错误;T ℃时,反应CH4(g)+H2O(g)CO2(g)+2H2(g)的平衡常数Kp=
[,D项错误。
10.C 若t1=15,反应产物C在t0~t1时间段的平均反应速率v(C)==0.004 mol·L-1·s-1,故A选项正确;t3~t4阶段为使用催化剂,t4~t5阶段,正、逆反应速率都减小,且化学平衡不移动,所以改变的条件只能为减小压强,且反应前后气态物质系数之和不变,反应中A的物质的量浓度变化为0.15 mol·L-1-0.06 mol·L-1=0.09 mol·L-1,C的物质的量浓度变化为0.11 mol·L-1-0.05 mol·L-1=0.06 mol·L-1,所以化学方程式中A与C的系数之比为0.09∶0.06=3∶2,则该反应的化学方程式为3A(g)B(g)+2C(g),t5~t6阶段,正、逆反应速率都增大,改变的条件应为升高温度,故B、D选项正确;由A的起始物质的量为0.3 mol和起始物质的量浓度为0.15 mol·L-1可知,容器的容积V==2 L,由化学方程式可知B的起始物质的量浓度为0.05 mol·L-1-(0.11 mol·L-1-0.05 mol·L-1)×=0.02 mol·L-1,所以B的起始物质的量n(B)=0.02 mol·L-1×2 L=0.04 mol,故C选项错误。
11.AD 平衡常数只与温度相关,温度不变,K不变,所以g=f,A项正确;由表格中的数据可知,平衡常数随温度升高而增大,故正反应为吸热反应,ΔH>0,B项错误;该反应为吸热反应,温度越高,平衡常数越大,A的转化率越大,C项错误;该反应为反应前后气体分子数不变的反应,即压强一定时,气体体积不变。设开始加入A、B的物质的量为a mol,转化量为x mol,容器容积为V L,则达平衡时,A、B为(a-x) mol,D为2x mol,则有
=16,解得,故B的转化率为50%,D项正确。
12.B A项,该反应是气体分子数增大的反应,ΔS>0,错误;C项,高温下气体的摩尔体积不一定为22.4 L·mol-1,错误;D项,平衡常数只与温度有关,温度不变,平衡常数不变,错误。
13.AB A项,设B点平衡时SO2的转化量为x mol,根据“三段式”法可知:
2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)
起始/mol 2 1 0
转化/mol x x
平衡/mol 2-x 1- x
由题意可知=0.85,则x=1.7。
平衡时SO2的平衡浓度为=0.03 mol·L-1,A项正确;
设A点O2的转化量为y mol·L-1,根据“三段式”法分析可知:
2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)
起始/(mol·L-1) 0.2 0.1 0
转化/(mol·L-1) 2y y 2y
平衡/(mol·L-1) 0.2-2y 0.1-y 2y
由题意可得=0.80,则y=0.08
平衡常数K==800 mol-1·L,B项正确;先拐先平衡,数据越大,因而图乙中T1>T2,C项错误;达平衡后,若增大容器容积,相当于减小压强,反应速率减慢,平衡逆向移动,v(逆)>v(正),因此不能用图丙表示,D项错误。
14.A p1、p2、p3、p4是四条等压线,由题图可知,压强一定时,温度越高,CH4的平衡转化率越高,故正反应为吸热反应,ΔH>0,A项错误;该反应为气体分子数增加的反应,压强越高,甲烷的平衡转化率越小,故压强p4>p3>p2>p1,B项正确;压强为p4、温度为1 100 ℃时,甲烷的平衡转化率为80.00%,故平衡时各物质的浓度分别为c平(CH4)=0.02 mol·L-1,c平(CO2)=0.02 mol·L-1,c平(CO)=0.16 mol·L-1,c平(H2)=0.16 mol·L-1,即平衡常数K=≈1.64 mol2·L-2,C项正确;压强为p4时,y点未达到平衡,此时v(正)>v(逆),D项正确。
15.B 由题图1中X、Y、Z三种物质的浓度变化可得X(g)+3Y(g)2Z(g);由题图2可知T1
解析 (1)分析题表中数据可知,本实验探究的是浓度、温度变化对化学反应速率的影响,实验中探究浓度(或温度)对反应速率的影响时要确保影响反应速率的其他因素相同。A、B两组实验中,c(H2C2O4)不同,故温度应相同,则T1=293;为使A、B两组实验中c(KMnO4)相同,则溶液总体积均为6 mL,则V1=1;C组实验中温度与另外两组不同,加水量与B组相同,故通过B、C组实验可探究温度对化学反应速率的影响,因此V2=3。
(2)若t1<8,则实验A中反应速率比实验B中快,说明其他条件相同时,增大反应物浓度,反应速率增大。利用实验B中数据可知,0~8 s内,v(KMnO4)=
≈8.3×10-4 mol·L-1·s-1。
(3)由图像可知,反应过程中出现了反应速率突然快速增大的现象,这表明反应中生成的某种粒子对该反应有催化作用,结合反应前后溶液中粒子的变化情况可知,该粒子最可能是Mn2+。
17.答案 (1)
v(正)
v(逆)
平衡常数K
转化率α
增大
增大
减小
减小
(2)
解析 (1)H2的体积分数随温度的升高而增加,这说明升高温度平衡向逆反应方向移动,即正反应是放热反应。升高温度正、逆反应速率均增大,平衡向逆反应方向移动,平衡常数减小,反应物的转化率减小。
(2)相同温度时平衡常数不变,则a、b、c、d与m、n、x、y之间的关系式为。
18.答案 (1)
(2)①该反应为放热反应,温度升高,平衡逆向移动(或平衡常数减小)
②分子筛膜从反应体系中不断分离出H2O,有利于反应正向进行,甲醇产率升高
③210
解析 (1)列“三段式”如下:
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
a 3a 0 0
x 3x x x
a-x 3a-3x x x
则×100%=b,解得x=ab;
K=
。
(2)①该反应放热,升高温度,平衡逆向移动,甲醇平衡产率降低。②分子筛膜能从体系中不断分离出H2O,有利于反应正向进行,使甲醇产率升高。
19.答案 (1)①< ②> 12 mol-2·L2 ③b
(2)270 4 mol-2·L2 K1=K2K(T2)。平衡常数K==
=
12 mol-2·L2。③升高温度,平衡向左移动;分离出CH3OH,平衡向右移动;使用催化剂,平衡不移动;充入He,反应混合物各物质浓度不变,平衡不移动,故选b。
(2)题给反应的ΔH<0,相同时,升高温度,平衡向左移动,CO的转化率减小,由图像可知曲线z表示的温度为270 ℃。a点:起始浓度c始(CO)=1 mol·L-1,c始(H2)=1.5 mol·L-1;平衡浓度c平(CO)=0.5 mol·L-1,c平(CH3OH)=0.5 mol·L-1,c平(H2)=1.5 mol·L-1-1 mol·L-1=0.5 mol·L-1,所以K==
=4 mol-2·L2。温度相同K不变,该反应的ΔH<0,温度越高K越小,所以K1=K2
(2)①小于 ②增大 不变
(3)没有 此时Q=≈0.012 3<0.32 >
解析 (1)由盖斯定律可知,方程式①-②得CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=ΔH1-ΔH2=-90 kJ·mol-1-(-41 kJ·mol-1)=-49 kJ·mol-1。
(2)由图像可知,相同温度下,p2时CO的转化率大于p1时CO的转化率,由方程式①可知,增大压强平衡右移,故p1v(逆)。
第2章测评
(时间:90分钟 满分:100分)
一、选择题(本题包括10小题,每小题2分,共20分。每小题只有一个选项符合题意)
1.金属锡素有“盛水水清甜,盛酒酒香醇,储茶味不变,插花花长久”的美称。金属锡的冶炼常用焦炭作还原剂:SnO2+2CSn+2CO↑,反应过程中能量的变化如图所示。下列有关该反应的ΔH、ΔS的说法中正确的是( )
A.ΔH<0 ΔS<0 B.ΔH>0 ΔS<0
C.ΔH<0 ΔS>0 D.ΔH>0 ΔS>0
2.在容积不变的密闭容器中,一定条件下进行如下反应:2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) ΔH=-373.2 kJ·mol-1。如图曲线a表示该反应过程中NO的转化率与反应时间的关系。若改变起始条件,使反应过程按照曲线b进行,可采取的措施是( )
A.降低温度 B.向密闭容器中通入氩气
C.加催化剂 D.增大反应物中NO的浓度
3.在淀粉KI溶液中存在下列平衡:I2(aq)+I-(aq)(aq)。测得不同温度时该反应的平衡常数K如表所示:
T/℃
5
15
25
35
50
K/(mol-1·L)
1 100
841
689
533
409
下列说法正确的是( )
A.反应I2(aq)+I-(aq)(aq)的ΔH>0
B.其他条件不变,升高温度,溶液中c平()减小
C.该反应的平衡常数表达式为K=
D.25 ℃时,向溶液中加入少量KI固体,平衡常数K小于689
4.反应2X(g)+Y(g)2Z(g)在不同温度(T1和T2)下进行时反应产物Z的物质的量n(Z)与反应时间t的关系如图。下列判断正确的是( )
A.T1
C.T1>T2,逆反应为吸热反应 D.T1
A.升高温度 B.恒温恒容条件下充入氧气
C.恒温恒容条件下充入SO3(g) D.加入催化剂V2O5
6.在容积一定的密闭容器中,放入一定量的NO(g)和足量C(s),发生反应C(s)+2NO(g)CO2(g)+N2(g),平衡状态时NO(g)的物质的量浓度与温度T的关系如图所示。则下列说法中正确的是( )
A.该反应的ΔH>0
B.若该反应在T1、T2时的平衡常数分别为K1、K2,则K1
7.T ℃时在2 L容积不变的密闭容器中使X(g)与Y(g)发生反应生成Z(g)。反应过程中X、Y、Z的物质的量变化如图1所示;若保持其他条件不变,温度分别为T1和T2时,Y的体积百分含量与时间的关系如图2所示。则下列结论错误的是( )
A.容器中发生的反应可表示为3X(g)+Y(g)2Z(g)
B.保持其他条件不变,升高温度,化学平衡向逆反应方向移动
C.反应进行前3 min内,用X表示的反应速率v(X)=0.1 mol·L-1·min-1
D.若改变反应条件,使反应进程如图3所示,则改变的条件是使用催化剂
8.已知:2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH=-25 kJ·mol-1。某温度下的平衡常数为400。此温度下,在1 L容积不变的密闭容器中加入CH3OH,某时刻测得各组分的物质的量浓度如下表,下列说法中不正确的是( )
物质
CH3OH
CH3OCH3
H2O
c/(mol·L-1)
0.08
1.6
1.6
A.此时刻反应达到平衡状态
B.容器内压强不变时,说明反应达平衡状态
C.平衡时,再加入与起始时等量的CH3OH,达新平衡后CH3OH转化率不变
D.平衡时,反应混合物的总能量降低40 kJ
9.对于气相反应,用某组分(B)的平衡分压代替物质的量浓度也可表示平衡常数(记作Kp)。已知反应CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g),在T ℃时的平衡常数Kp=a,则下列说法正确的是( )
A.Kp=
B.升高温度,若Kp增大,则该反应为吸热反应
C.该反应达到平衡状态后,增大压强,平衡向左移动,Kp减小
D.T ℃时,反应CH4(g)+H2O(g)CO2(g)+2H2(g)的平衡常数Kp=a
10.向某密闭容器中加入0.3 mol A、0.1 mol C和一定量的B三种气体,在一定条件下发生反应,各物质的物质的量浓度随时间变化的情况如图1所示。图2为t2时刻后改变反应条件,平衡体系中化学反应速率随时间变化的情况,四个阶段都各改变一种条件,且所改变的条件均不相同。已知t3~t4阶段为使用催化剂。
下列说法错误的是( )
A.若t1=15,反应产物C在t0~t1时间段的平均反应速率为0.004 mol·L-1·s-1
B.t4~t5阶段改变的条件为减小压强,t5~t6阶段改变的条件是升高温度
C.B的起始物质的量为0.02 mol
D.该反应的化学方程式为3A(g)B(g)+2C(g)
二、选择题(本题包括5小题,每小题4分,共20分。每小题有一个或两个选项符合题意)
11.在一密闭容器中加入等物质的量的A、B,发生如下反应:2A(g)+2B(g)3C(s)+4D(g),平衡常数随温度和压强的变化如表所示:
温度/℃
平衡常数
p=1.0 MPa
p=1.5 MPa
p=2.0 MPa
300
a
b
16
516
c
64
e
800
160
f
g
下列判断正确的是( )
A.g=f B.ΔH<0
C.2.0 MPa、800 ℃时,A的转化率最小 D.1.5 MPa、300 ℃时,B的转化率为50%
12.反应SiCl4(g)+2H2(g)Si(s)+4HCl(g)可用于纯硅的制备。下列有关该反应的说法正确的是( )
A.该反应ΔH>0、ΔS<0 B.该反应的平衡常数K=
C.高温下反应每生成1 mol Si需消耗2×22.4 L H2 D.平衡时,再加入H2,该反应的平衡常数增大
13.某温度下,将2 mol SO2和1 mol O2置于10 L密闭容器中发生反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)
ΔH<0,SO2的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图甲所示。则下列说法正确的是( )
A.由图甲推断,B点SO2的平衡浓度为0.03 mol·L-1
B.由图甲推断,A点对应温度下该反应的平衡常数为800 mol-1·L
C.压强为0.50 MPa时不同温度下SO2转化率与温度关系如乙图,则T2>T1
D.达平衡后,若增大容器容积,则反应速率变化图像可以用图丙表示
14.在一恒容的密闭容器中充入0.1 mol·L-1 CO2、0.1 mol·L-1 CH4,在一定条件下发生反应:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g),测得CH4平衡转化率与温度、压强关系如图,下列有关说法不正确的是( )
A.上述反应的ΔH<0
B.压强:p4>p3>p2>p1
C.1 100 ℃时该反应的平衡常数约为1.64 mol2·L-2
D.压强为p4时,在y点:v(正)>v(逆)
15.符合图1、图2条件的反应是( )
A.X(g)+3Y(g)3Z(g) ΔH>0
B.X(g)+3Y(g)2Z(g) ΔH<0
C.X(g)+2Y(g)3Z(g) ΔH<0
D.X(g)+3Y(g)4Z(g) ΔH<0
三、非选择题(本题包括5小题,共60分)
16.(12分)某研究性学习小组利用H2C2O4溶液和酸性KMnO4溶液的反应探究“外界条件的改变对化学反应速率的影响”,进行了如下实验:
实验序号
有关物质
溶液颜色褪至无色所需时间/s
酸性KMnO4溶液
H2C2O4溶液
H2O
V/mL
V/mL
V/mL
A
293
2
0.02
4
0.1
0
t1
B
T1
2
0.02
3
0.1
V1
8
C
313
2
0.02
V2
0.1
1
t2
(1)通过实验A、B,可探究出 (填外部因素)的改变对化学反应速率的影响,其中V1= 、T1= ;通过实验 (填实验序号)可探究出温度变化对化学反应速率的影响,其中V2= 。
(2)若t1<8,则由此实验可以得出的结论是 ;忽略溶液体积的变化,利用实验B中数据计算,0~8 s内,用KMnO4的浓度变化表示的反应速率v(KMnO4)= 。
(3)该小组的一位同学通过查阅资料发现,上述实验过程中n(Mn2+)随时间的变化情况如图所示,并认为造成这种变化的原因是反应体系中的某种粒子对KMnO4与草酸之间的反应有某种特殊作用,则该作用是 ,相应的粒子最可能是 (填粒子符号)。
17.(12分)随着科学技术的发展和环保要求的不断提高,CO2的捕集利用技术成为研究的重点。完成下列填空:
(1)目前国际空间站处理CO2的一个重要方法是将CO2还原,所涉及的反应方程式为CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g),已知H2的体积分数随温度的升高而增加。若温度从300 ℃升至400 ℃,重新达到平衡,判断下列表格中各物理量的变化(填“增大”“减小”或“不变”)。
v(正)
v(逆)
平衡常数K
转化率α
(2)相同温度时,上述反应在不同起始浓度下分别达到平衡时各物质的平衡浓度如下表:
平衡状态
Ⅰ
a
b
c
d
Ⅱ
m
n
x
y
a、b、c、d与m、n、x、y之间的关系式为 。
18.(12分)用H2还原CO2可以在一定条件下合成CH3OH(不考虑副反应)
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH<0
(1)某温度下,恒容密闭容器中,CO2和H2的起始浓度分别为a mol·L-1和3a mol·L-1,反应平衡时,CH3OH的产率为b,该温度下反应平衡常数的值为 。
(2)恒压下,CO2和H2的起始物质的量比为1∶3时,该反应在无分子筛膜时甲醇的平衡产率和有分子筛膜时甲醇的产率随温度的变化如图所示,其中分子筛膜能选择性分离出H2O。
①甲醇平衡产率随温度升高而降低的原因为 。
②P点甲醇产率高于T点的原因为 。
③根据题图,在此条件下采用该分子筛膜时的最佳反应温度为 ℃。
19.(12分)CO可用于合成甲醇,化学方程式为CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。
(1)图1是CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)反应在不同温度下CO的转化率随时间变化的曲线。
①该反应的焓变ΔH (填“>”“<”或“=”)0。
②T1和T2温度下的平衡常数大小关系是K(T1) (填“>”“<”或“=”)K(T2)。在T1温度下,往容积为1 L的密闭容器中,充入1 mol CO和2 mol H2,测得CO和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图2所示。则该反应的平衡常数为 。
③若容器容积不变,下列措施可增加CO转化率的是 (填字母)。
a.升高温度 b.将CH3OH(g)从体系中分离
c.使用合适的催化剂 d.充入He,使体系总压强增大
(2)在容积为1 L的恒容容器中,分别研究在230 ℃、250 ℃和270 ℃三种温度下合成甲醇的规律。如图3是上述三种温度下H2和CO的起始组成比(起始时CO的物质的量均为1 mol)与CO平衡转化率的关系,则曲线z对应的温度是 ℃;该温度下上述反应的化学平衡常数为 。曲线上a、b、c三点对应的化学平衡常数分别为K1、K2、K3,则K1、K2、K3的大小关系为 。
20.(12分)面对目前世界范围内的能源危机,甲醇作为一种较好的可再生能源,具有广泛的应用前景。
(1)已知在常温常压下反应的热化学方程式:
①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1=-90 kJ·mol-1
②CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH2=-41 kJ·mol-1
写出由二氧化碳、氢气制备甲醇的热化学方程式: 。
(2)在容积为V L的容器中充入a mol CO与2a mol H2,在催化剂作用下反应生成甲醇,平衡时CO的转化率与温度、压强的关系如图所示。
①p1 (填“大于”“小于”或“等于”)p2。
②在其他条件不变的情况下,再增加a mol CO与2a mol H2,达到新平衡时,CO的转化率 (填“增大”“减小”或“不变”,下同),平衡常数 。
(3)已知在温度T时,CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的平衡常数K=0.32,在该温度下,已知c始(CO)=1 mol·L-1,c始(H2O)=1 mol·L-1,某时刻经测定CO的转化率为10%,则该反应 (填“已经”或“没有”)达到平衡,原因是 。此时刻v(正) (填“>”或“<”)v(逆)。
第2章测评
1.D 由于反应产物所具有的能量大于反应物所具有的能量,故该反应为吸热反应,即ΔH>0;该反应为气态物质系数增大的反应,故ΔS>0。
2.D 由图像可知,要使反应按曲线b进行,需要缩短反应达到平衡的时间,同时降低NO的转化率。降低温度,反应速率减慢,平衡时NO的转化率增大,A项错误;B、C项,平衡不移动;增大反应物中NO的浓度,反应速率加快,达到平衡时NO的转化率下降,D项正确。
3.B 根据表格提供的数据知升高温度,平衡常数减小,则平衡向逆反应方向移动,逆反应为吸热反应,故正反应为放热反应,ΔH<0,A项错误;其他条件不变,升高温度,平衡向逆反应方向移动,溶液中c平()减小,B项正确;该反应的平衡常数表达式为K=,C项错误;平衡常数只与温度有关,25 ℃时,向溶液中加入少量KI固体,虽然平衡向正反应方向移动,但平衡常数不变,D项错误。
4.C 题图中T1温度下达到平衡所需时间短于T2,说明T1>T2,A、D项错误;对比两种温度下的平衡可知,温度升高,Z的体积分数减小,平衡向逆反应方向移动,则逆反应为吸热反应,C项正确,B项错误。
5.D 升高温度,平衡向逆反应方向移动,A项错误;恒温恒容条件下充入氧气,氧气浓度增大,平衡向正反应方向移动,B项错误;恒温恒容条件下充入SO3,SO3浓度增大,平衡向逆反应方向移动,C项错误;催化剂能同等程度地改变正、逆反应速率,不影响平衡移动,D项正确。
6.D 由图像可知,T1
7.B 由题图1可知,X、Y的物质的量减小,为反应物,Δn(X)=2.0 mol-1.4 mol=0.6 mol,Δn(Y)=1.6 mol-1.4 mol=0.2 mol,Z的物质的量增大,为反应产物,Δn(Z)=0.8 mol-0.4 mol=0.4 mol,故X、Y、Z的化学计量数之比为0.6 mol∶0.2 mol∶0.4 mol=3∶1∶2,该反应为可逆反应,故该反应为3X(g)+Y(g)2Z(g),故A正确;由题图2可知,温度T2到达平衡需要的时间较短,故T2>T1,温度升高Y的百分含量降低,则升高温度,平衡向正反应方向移动,正反应是吸热反应,故B错误;由题图1可知,前3 min内,Δn(X)=2.0 mol-1.4 mol=0.6 mol,故v(X)==0.1 mol·L-1·min-1,故C正确;题图3与题图1相比,平衡时各组分的物质的量不变,到达平衡时间缩短,说明改变条件,增大反应速率,平衡不移动,该反应正反应是气体体积减小的反应,增大压强平衡向正反应方向移动,不可能是增大压强,故改变条件是使用催化剂,故D正确。
8.B 根据表格中数据可知,此时刻的浓度商为Q==400=K,此时反应达平衡状态,A正确;该反应前后气体的总物质的量不变,恒温恒容时气体压强不变,B错误;平衡时,再充入与起始时等量的CH3OH,新平衡与原平衡等效,CH3OH转化率不变,C正确;平衡时,参加反应的CH3OH为1.6 mol×2=3.2 mol,反应混合物的总能量减少3.2 mol×=40 kJ,D正确。
9.B 由平衡常数表达式知,Kp应为反应产物分压幂之积与反应物分压幂之积的比值,A项错误;升高温度,若Kp增大,则平衡正向移动,故该反应为吸热反应,B项正确;Kp只与温度有关,则反应达到平衡状态后,增大压强,平衡向左移动,Kp不变,C项错误;T ℃时,反应CH4(g)+H2O(g)CO2(g)+2H2(g)的平衡常数Kp=
[,D项错误。
10.C 若t1=15,反应产物C在t0~t1时间段的平均反应速率v(C)==0.004 mol·L-1·s-1,故A选项正确;t3~t4阶段为使用催化剂,t4~t5阶段,正、逆反应速率都减小,且化学平衡不移动,所以改变的条件只能为减小压强,且反应前后气态物质系数之和不变,反应中A的物质的量浓度变化为0.15 mol·L-1-0.06 mol·L-1=0.09 mol·L-1,C的物质的量浓度变化为0.11 mol·L-1-0.05 mol·L-1=0.06 mol·L-1,所以化学方程式中A与C的系数之比为0.09∶0.06=3∶2,则该反应的化学方程式为3A(g)B(g)+2C(g),t5~t6阶段,正、逆反应速率都增大,改变的条件应为升高温度,故B、D选项正确;由A的起始物质的量为0.3 mol和起始物质的量浓度为0.15 mol·L-1可知,容器的容积V==2 L,由化学方程式可知B的起始物质的量浓度为0.05 mol·L-1-(0.11 mol·L-1-0.05 mol·L-1)×=0.02 mol·L-1,所以B的起始物质的量n(B)=0.02 mol·L-1×2 L=0.04 mol,故C选项错误。
11.AD 平衡常数只与温度相关,温度不变,K不变,所以g=f,A项正确;由表格中的数据可知,平衡常数随温度升高而增大,故正反应为吸热反应,ΔH>0,B项错误;该反应为吸热反应,温度越高,平衡常数越大,A的转化率越大,C项错误;该反应为反应前后气体分子数不变的反应,即压强一定时,气体体积不变。设开始加入A、B的物质的量为a mol,转化量为x mol,容器容积为V L,则达平衡时,A、B为(a-x) mol,D为2x mol,则有
=16,解得,故B的转化率为50%,D项正确。
12.B A项,该反应是气体分子数增大的反应,ΔS>0,错误;C项,高温下气体的摩尔体积不一定为22.4 L·mol-1,错误;D项,平衡常数只与温度有关,温度不变,平衡常数不变,错误。
13.AB A项,设B点平衡时SO2的转化量为x mol,根据“三段式”法可知:
2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)
起始/mol 2 1 0
转化/mol x x
平衡/mol 2-x 1- x
由题意可知=0.85,则x=1.7。
平衡时SO2的平衡浓度为=0.03 mol·L-1,A项正确;
设A点O2的转化量为y mol·L-1,根据“三段式”法分析可知:
2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)
起始/(mol·L-1) 0.2 0.1 0
转化/(mol·L-1) 2y y 2y
平衡/(mol·L-1) 0.2-2y 0.1-y 2y
由题意可得=0.80,则y=0.08
平衡常数K==800 mol-1·L,B项正确;先拐先平衡,数据越大,因而图乙中T1>T2,C项错误;达平衡后,若增大容器容积,相当于减小压强,反应速率减慢,平衡逆向移动,v(逆)>v(正),因此不能用图丙表示,D项错误。
14.A p1、p2、p3、p4是四条等压线,由题图可知,压强一定时,温度越高,CH4的平衡转化率越高,故正反应为吸热反应,ΔH>0,A项错误;该反应为气体分子数增加的反应,压强越高,甲烷的平衡转化率越小,故压强p4>p3>p2>p1,B项正确;压强为p4、温度为1 100 ℃时,甲烷的平衡转化率为80.00%,故平衡时各物质的浓度分别为c平(CH4)=0.02 mol·L-1,c平(CO2)=0.02 mol·L-1,c平(CO)=0.16 mol·L-1,c平(H2)=0.16 mol·L-1,即平衡常数K=≈1.64 mol2·L-2,C项正确;压强为p4时,y点未达到平衡,此时v(正)>v(逆),D项正确。
15.B 由题图1中X、Y、Z三种物质的浓度变化可得X(g)+3Y(g)2Z(g);由题图2可知T1
解析 (1)分析题表中数据可知,本实验探究的是浓度、温度变化对化学反应速率的影响,实验中探究浓度(或温度)对反应速率的影响时要确保影响反应速率的其他因素相同。A、B两组实验中,c(H2C2O4)不同,故温度应相同,则T1=293;为使A、B两组实验中c(KMnO4)相同,则溶液总体积均为6 mL,则V1=1;C组实验中温度与另外两组不同,加水量与B组相同,故通过B、C组实验可探究温度对化学反应速率的影响,因此V2=3。
(2)若t1<8,则实验A中反应速率比实验B中快,说明其他条件相同时,增大反应物浓度,反应速率增大。利用实验B中数据可知,0~8 s内,v(KMnO4)=
≈8.3×10-4 mol·L-1·s-1。
(3)由图像可知,反应过程中出现了反应速率突然快速增大的现象,这表明反应中生成的某种粒子对该反应有催化作用,结合反应前后溶液中粒子的变化情况可知,该粒子最可能是Mn2+。
17.答案 (1)
v(正)
v(逆)
平衡常数K
转化率α
增大
增大
减小
减小
(2)
解析 (1)H2的体积分数随温度的升高而增加,这说明升高温度平衡向逆反应方向移动,即正反应是放热反应。升高温度正、逆反应速率均增大,平衡向逆反应方向移动,平衡常数减小,反应物的转化率减小。
(2)相同温度时平衡常数不变,则a、b、c、d与m、n、x、y之间的关系式为。
18.答案 (1)
(2)①该反应为放热反应,温度升高,平衡逆向移动(或平衡常数减小)
②分子筛膜从反应体系中不断分离出H2O,有利于反应正向进行,甲醇产率升高
③210
解析 (1)列“三段式”如下:
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
a 3a 0 0
x 3x x x
a-x 3a-3x x x
则×100%=b,解得x=ab;
K=
。
(2)①该反应放热,升高温度,平衡逆向移动,甲醇平衡产率降低。②分子筛膜能从体系中不断分离出H2O,有利于反应正向进行,使甲醇产率升高。
19.答案 (1)①< ②> 12 mol-2·L2 ③b
(2)270 4 mol-2·L2 K1=K2
=
12 mol-2·L2。③升高温度,平衡向左移动;分离出CH3OH,平衡向右移动;使用催化剂,平衡不移动;充入He,反应混合物各物质浓度不变,平衡不移动,故选b。
(2)题给反应的ΔH<0,相同时,升高温度,平衡向左移动,CO的转化率减小,由图像可知曲线z表示的温度为270 ℃。a点:起始浓度c始(CO)=1 mol·L-1,c始(H2)=1.5 mol·L-1;平衡浓度c平(CO)=0.5 mol·L-1,c平(CH3OH)=0.5 mol·L-1,c平(H2)=1.5 mol·L-1-1 mol·L-1=0.5 mol·L-1,所以K==
=4 mol-2·L2。温度相同K不变,该反应的ΔH<0,温度越高K越小,所以K1=K2
(2)①小于 ②增大 不变
(3)没有 此时Q=≈0.012 3<0.32 >
解析 (1)由盖斯定律可知,方程式①-②得CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=ΔH1-ΔH2=-90 kJ·mol-1-(-41 kJ·mol-1)=-49 kJ·mol-1。
(2)由图像可知,相同温度下,p2时CO的转化率大于p1时CO的转化率,由方程式①可知,增大压强平衡右移,故p1
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