高中化学鲁科版 (2019)选择性必修1第1节 化学反应的方向精品一课一练

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(满分:100分;时间:90分钟)

一、选择题(本题共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.被称为人体冷冻学之父的罗伯特·埃廷格在1962年写出《不朽的前景》一书。他在书中列举了大量事实,证明了冷冻复活的可能。比如,许多昆虫和低等生物冬天都冻僵起来,春天又自动复活。下列结论中与上述信息相关的是(　　)

A.化学反应前后质量守恒

B.低温下分子无法运动

C.温度降低,化学反应停止

D.温度越低,化学反应越慢

2.将一定量纯净的氨基甲酸铵固体置于特制的真空密闭容器中(假设容器容积不变,固体试样体积忽略不计),在恒定温度下使其达到分解平衡NH2COONH4(s) 2NH3(g)+CO2(g),若保持温度和容器容积不变,再充入n(NH3)∶n(CO2)=2∶1,则再次达到平衡时c(NH3)(　　)

A.增大 B.不变

C.变小 D.因条件不足无法判断

3.对于反应2N2O5(g) 4NO2(g)+O2(g),某科学家提出如下反应历程:

第一步:N2O5 NO2+NO3快速平衡;

第二步:NO2+NO3 NO2+NO+O2慢反应;

第三步:NO+NO3 2NO2快反应;

可认为第二步反应不影响第一步平衡。

下列表述正确的是(　　)

A.v逆(第一步)<v正(第二步)

B.反应的中间产物只有NO

C.第二步中NO2和NO3的碰撞,部分有效

D.第三步正反应的活化能较高

4.关于化学反应进行的方向叙述不正确的是(深度解析)

A.某反应ΔH<0、ΔS>0,常温下该反应可自发进行,如金属钠和水的反应

B.过程的自发性能判断过程的方向,还能确定过程是否一定会发生

C.若某反应ΔH>0、ΔS<0,任意温度下该反应均不能自发进行,如2CO(g) 2C(s)+O2(g)

D.纯物质熵值的大小与物质的种类、数量、聚集状态以及温度、压强等因素有关,对同一物质来说,S(g)>S(l)>S(s)

5.将BaO2放入密闭的真空容器中发生反应:2BaO2(s) 2BaO(s)+O2(g),待反应达到平衡保持温度不变,缩小容器容积,体系重新达到平衡,下列说法正确的是(　　)

A.平衡常数减小 B.BaO量不变

C.氧气压强不变 D.BaO2量不变

6.在密闭容器中发生反应A(g)+2B(s) xC(g),达到平衡后减小压强,10 s后A的浓度减少2 mol·L-1。下列说法中正确的是(　　)

A.x一定大于3

B.v(A)=0.2 mol/(L·s)

C.增加B的量,反应速率加快

D.A的转化率降低

7.一定条件下存在反应C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)　ΔH>0;向甲、乙、丙三个恒容容器中加入一定量的C和H2O(g),各容器中温度、反应物的起始量如下表,反应过程中CO的物质的量浓度随时间的变化如所示。

下列说法正确的是(　　)

A.甲容器中,反应在前15 min的平均速率v(H2)=0.1 mol·L-1·min-1

B.丙容器的体积V>0.5 L

C.当温度为T1 ℃时,反应的平衡常数K=2.25

D.乙容器中,若平衡时n(H2O)=0.4 mol,则T1<T2

8.一定温度下在一个2 L的恒容密闭容器中发生反应4A(s)+3B(g) 2C(g)+D(g),经2 min反应达平衡状态,此时B物质消耗了0.9 mol,下列说法正确的是(　　)

A.平衡状态下,v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=4∶3∶2∶1

B.混合气体的平均相对分子质量可作为判断该反应达到化学平衡状态的依据

C.充入惰性气体使压强增大可加快反应速率

D.C的平均反应速率为0.5 mol/(L·min)

9.在初始温度为500 ℃的绝热恒容密闭容器中,充入1 mol HI发生反应:2HI(g) H2(g)+I2(g)。下列能说明该反应已达到平衡状态的是(　　)

A.HI的生成速率是I2消耗速率的2倍

B.平衡常数不再改变

C.气体密度不再改变

D.容器内混合气体的质量不再改变

10.近年来,我国北京等地多次出现严重雾霾天气,据研究,雾霾的形成与汽车排放的CO、NO2等有毒气体有关,对汽车加装尾气净化装置,可使有毒气体相互反应转化为无毒气体,反应方程式为4CO(g)+2NO2(g) 4CO2(g)+N2(g)　ΔH=-1 200 kJ/mol。对于该反应,温度不同(T2>T1),其他条件相同时,下列图像正确的是(　　)

二、选择题(本题共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,全部选对得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)

11.热催化合成氨面临的两难问题是:采用高温增大反应速率的同时会因平衡限制导致NH3产率降低。我国科研人员研制了Ti-H-Fe双温区催化剂(Ti-H区域和Fe区域的温度差可超过100 ℃)。Ti-H-Fe双温区催化合成氨的反应历程如图所示,其中吸附在催化剂表面上的物种用*标注。下列说法正确的是(　　)

A.①为的断裂过程

B.①②③在高温区发生,④⑤在低温区发生

C.④为氮原子由Fe区域向Ti-H区域的传递过程

D.使用Ti-H-Fe双温区催化剂使合成氨反应转变为吸热反应

12.某温度下,将2 mol A和2 mol B充入体积为2 L的密闭容器中,发生反应:aA(g)+B(g) C(g)+D(g)　ΔH<0,5 min后达到平衡状态。已知该温度下其平衡常数的值为1,若温度不变时将容器的容积扩大为原来的10倍,A的转化率不发生变化。下列选项不正确的是(　　)

A.a=1

B.升高温度,平衡常数减小

C.达平衡时B的转化率为60%

D.平衡后,若再加入2 mol B,重新平衡后,A的体积分数减小

13.在两个容积均为1 L的密闭容器中分别充入a mol H2、0.5 mol CO2和1 mol H2、0.5 mol CO2,在一定条件下发生反应:2CO2(g)+6H2(g) C2H4(g)+4H2O(g)　ΔH。CO2的平衡转化率与温度的关系如图所示。下列说法正确的是(　　)

A.ΔH<0,a<1

B.正反应速率:v(P)<v(W),容器压强:p(P)<p(W)

C.P点时的化学平衡常数为512(mol/L)-3

D.若向Q点容器中再通入0.75 mol H2和0.5 mol H2O,平衡将向逆反应方向移动

14.在容积为2 L的密闭容器中发生反应xA(g)+yB(g) zC(g)。图甲表示200 ℃时容器中A、B、C物质的量随时间的变化,图乙表示不同温度下平衡时C的体积分数随起始n(A)∶n(B)的变化关系。则下列结论正确的是(　　)

甲

乙

A.200 ℃时,反应从开始到平衡的平均速率v(B)=0.04 mol·L-1·min-1

B.200 ℃时,该反应的平衡常数的值为25

C.当外界条件由200 ℃降温到100 ℃,原平衡一定被破坏,且正逆反应速率均增大

D.由图乙可知,反应xA(g)+yB(g) zC(g)的ΔH<0,且a=2

15.0.1 mol CO2与0.3 mol C在恒压密闭容器中发生反应:CO2(g)+C(s) 2CO(g)。平衡时,体系中各气体的体积分数与温度的关系如图。已知:用气体分压表示的化学平衡常数Kp=;气体分压(p分)=气体总压(p总)×体积分数。下列说法正确的是(　　)

A.650 ℃时,CO2的平衡转化率为25%

B.800 ℃达平衡时,若充入气体He,v正<v逆

C.T ℃达平衡时,若充入等体积的CO2和CO时,v正>v逆

D.925 ℃时,用平衡气体分压表示的化学平衡常数Kp=23.04p总

三、非选择题(本题共5小题,共60分)

16.(10分)高炉炼铁中发生的基本反应之一如下:

FeO(s)+CO(g) Fe(s)+CO2(g)　ΔH>0

(1)该反应中平衡常数表达式K=　。 

(2)已知1 100 ℃时K=0.263。温度升高,化学平衡移动后达到新的平衡,高炉内CO2与CO的体积比将　　　　(填“增大”“减小”或“不变”,下同)平衡常数K将　　　。 

(3)1 100 ℃时测得高炉中c(CO2)=0.025 mol·L-1,c(CO)=0.1 mol·L-1,在这种情况下,该反应 

(选填“是”或“不是”)处于平衡状态,此时化学反应速率v正　　v逆(选填“>”“<”或“=”)。 

17.(10分)进入冬季北方开始供暖后,雾霾天气愈发严重,各地PM2.5、PM10经常“爆表”。引发雾霾天气的污染物中,最为常见的是机动车尾气中的氮氧化物和燃煤产生的烟气。

Ⅰ.用NH3催化还原NOx,可以消除氮氧化物的污染。反应原理为NO(g)+NO2(g)+2NH3(g) 2N2(g)+3H2O(g)。

(1)该反应的ΔS　　　　0(填“>”“=”或“<”)。 

Ⅱ.已知反应N2O4(g) 2NO2(g)　ΔH,随温度升高,混合气体的颜色变深。将一定量N2O4气体充入绝热容器一段时间后,研究压缩和拉伸活塞过程中混合气体的透光率(气体颜色越浅,透光率越大)随时间变化情况。

(2)下列说法能说明透光率不再发生改变的是 

(填字母)。

a.气体颜色不再改变

b.ΔH不再改变

c.v正(N2O4)=2v逆(NO2)

d.N2O4的转化率不再改变

Ⅲ.用CH4催化还原NOx也可以消除氮氧化物的污染。

(3)已知:CH4(g)的标准燃烧热为-890 kJ/mol,蒸发1 mol H2O(l)需要吸收44 kJ热量。

CH4(g)+4NO(g) 2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)　ΔH=-1 114 kJ/mol

2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)　ΔH=-114 kJ/mol

写出CH4催化还原NO2(g)生成N2和H2O(g)的热化学方程式:　。 

(4)在温度为T1 ℃和T2 ℃时,分别将0.5 mol CH4和1.2 mol NO2充入体积为1 L的密闭容器中,测得NO2的物质的量随时间变化数据如下表:

①温度为T1 ℃时,0~20 min内,v(CH4)=　　　　。 

②温度为T2 ℃时,达平衡后,再向容器中加入0.5 mol CH4和1.2 mol NO2,达新平衡时CH4的转化率将　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。 

18.(12分)800 ℃时,在2 L密闭容器中发生反应2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)　ΔH<0,测得n(NO)随时间的变化如下表:

(1)NO的平衡浓度c(NO)=　　　　　。 

(2)下图中表示NO2的变化的曲线是　　　　　(填字母)。 

(3)能说明该反应已经达到化学平衡状态的是     (填字母)。

A.v(NO2)=2v(O2)

B.容器内压强保持不变

C.v逆(NO)=v正(O2)

D.容器内NO、O2、NO2同时存在

(4)下列操作中,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　(填字母)。 

A.及时分离出NO2气体

B.适当升高温度

C.增大O2的浓度

D.选择高效的催化剂

(5)如图中的曲线表示的是其他条件一定时,体系中NO的平衡转化率与温度的关系。图中标有a、b、c、d四点,其中表示v(正)<v(逆)的点是　　　　　　(填字母)。 

A.a B.b C.c D.d

19.(14分)(1)下面是氮的氧化物在几种不同情况下的转化:

①已知:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)　ΔH=-196.6 kJ·mol-1

2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)　ΔH=-113.0 kJ·mol-1

则SO2气体与NO2气体反应生成SO3气体和NO气体的热化学方程式为　。 

②a.向绝热恒容密闭容器中通入SO2和NO2,一定条件下使其反应达到平衡,正反应速率随时间变化的示意图如图所示。反应在c点　　　　(“达到”或“未到”)平衡状态。 

b.开始时,分别在该容器中加入Ⅰ:2 mol SO2(g)和2 mol NO2(g);Ⅱ:2 mol SO3(g)和2 mol NO(g)。则反应达到平衡时,平衡常数:Ⅰ　　Ⅱ(填“>”“=”或“<”)。 

(2)已知在温度为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　　　　v逆(填“>”“=”或“<”)。 

20.(14分)汽车尾气中含有CO、NOx等有毒气体,对汽车加装尾气净化装置,可使有毒气体相互反应转化为无毒气体。

(1)已知4CO(g)+2NO2(g) 4CO2(g)+N2(g)　ΔH=-1 200 kJ·mol-1

①该反应在　　　　　　(填“高温”“低温”或“任何温度”)下能自发进行。 

②对于该反应,改变某一反应条件(温度T1>T2),下列图像正确的是　　　　(填序号)。 

③某实验小组模拟上述净化过程,一定温度下,在容积为2 L的恒容密闭容器中,起始时按照甲、乙两种方式进行投料,经过一段时间后达到平衡状态,测得甲中CO的转化率为50%,则该反应的平衡常数为　　　　　;两种方式达平衡时,N2的体积分数:甲　　　乙(填“>”“=”“<”或“不确定”,下同),NO2的浓度:甲　乙。 

(2)柴油汽车尾气中的碳烟(C)和NOx可通过某含钴催化剂催化消除。不同温度下,将模拟尾气(成分如下表所示)以相同的流速通过该催化剂测得所有产物(CO2、N2、N2O)与NO的相关数据如图所示。

①375 ℃时,测得排出的气体中含0.45 mol O2和0.052 5 mol CO2,则Y的化学式为　　　　。 

②实验过程中采用NO模拟NOx,而不采用NO2的原因是  　　　　　　　　　。 

答案全解全析

1.D　温度的高低影响化学反应速率的快慢,温度越低,反应速率越慢,但反应不会停止,分子运动不会停止;与反应前后质量守恒无关。

2.B　对于NH2COONH4(s) 2NH3(g)+CO2(g),反应物为固体,生成物都为气体,再充入n(NH3)∶n(CO2)=2∶1,相当于增大压强,平衡逆向移动,由于温度不变,则K=(NH3)×c平(CO2)不变,可知再次达到平衡时c(NH3)不变,B项正确。

3.C　第一步反应为可逆反应且快速达到平衡,第二步反应为慢反应,所以第一步的逆反应速率大于第二步的正反应速率,A项错误;根据第一步和第二步可知中间产物还有NO3,B项错误;根据第二步反应生成物中有NO2可知,NO2与NO3的碰撞,部分有效,C项正确;第三步反应快,所以第三步正反应的活化能较低,D项错误。

4.B　一定温度、压强条件下,满足ΔH-TΔS<0,反应可自发进行,ΔH-TΔS>0,反应不能自发进行。某反应ΔH<0、ΔS>0,任何温度下都满足ΔH-TΔS<0,所以该反应在任意温度下都能自发进行,A项正确;过程的自发性仅能用于判断过程的方向,不能确定过程是否一定会发生,B项错误;ΔH-TΔS>0的反应在任何温度下都不能自发进行,反应2CO(g) 2C(s)+O2(g)的ΔH>0、ΔS<0,该反应的ΔH-TΔS>0,故其在任何温度下都不能自发进行,C项正确;对同一物质来说S(g)>S(l)>S(s),D项正确。

解题指导

(1)同一物质,固态→液态→气态是一个熵增的过程。

　　(2)在一个化学反应中,反应前后气体的物质的量增大,则ΔS>0,反之ΔS<0。

5.C　化学平衡常数只与温度有关,温度不变,平衡常数不变,A项错误;缩小容器容积,增大压强,平衡向逆反应方向移动,则BaO的量减小,B项错误;该反应的平衡常数K=c平(O2),温度不变,平衡常数不变,则氧气浓度不变,其压强不变,C项正确;缩小容器容积,增大压强,平衡向逆反应方向移动,则BaO2量增加,D项错误。

6.B　减小压强,任何气体物质的浓度都减小,与化学方程式中各物质的化学计量数无关,不能确定x的值,A项错误;v(A)===0.2 mol·L-1·s-1,B项正确;B是固体,增加B的量,化学反应速率不变,C项错误;不能确定平衡移动的方向,因此也就不能确定A的转化率是升高还是降低,D项错误。

7.A　从题图可看出甲容器中CO的浓度增加了1.5 mol·L-1,0~15 min内v(CO)==0.1 mol·L-1·min-1,结合化学计量数关系可知v(H2)=0.1 mol·L-1·min-1,A项正确;丙容器中的起始量为甲容器中的2倍,若丙容器的容积为0.5 L,等效为在甲平衡的基础上增大压强,平衡逆向移动,导致c(CO)<3 mol·L-1,根据题图可知,平衡时丙容器内CO的物质的量浓度为3 mol·L-1,即丙容器容积小于0.5 L,B项错误;根据“三段式”法列式如下:

　　　　　　　　C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)

起始(mol·L-1):　　 2　　 0 0

转化(mol·L-1):　　 1.5　　　　 1.5　　 1.5

平衡(mol·L-1):　　 0.5　　　　 1.5　　 1.5

即T1 ℃时,平衡常数K===4.5,C项错误;比较甲、乙可知,二者是等效平衡,经计算可知甲中n(H2O)=0.25 mol,而乙容器中平衡时n(H2O)=0.4 mol,乙容器中的平衡相当于甲容器中的平衡逆向移动,因该反应的正反应为吸热反应,故乙容器中温度应低于甲容器中的温度,即T1>T2,D项错误。

8.B　在该体系中,A为固态,一般不用固体或纯液体表示化学反应速率,A项错误;根据质量守恒定律可知,反应前后气体的质量不相等,但是气体的物质的量不变,所以混合气体的平均相对分子质量不变可作为判断该反应达到化学平衡状态的依据,B项正确;充入惰性气体,各组分的浓度没有变化,所以化学反应速率不变,C项错误;2 min时,消耗了0.9 mol B,则生成了0.6 mol C,C的平均反应速率为=0.15 mol/(L·min),D项错误。

9.B　生成HI和消耗I2均表示逆反应方向,则HI的生成速率恒为I2消耗速率的2倍,A项错误;平衡常数只受温度影响,平衡常数不再改变,说明容器内温度一定,容器为绝热装置,则此时反应达到平衡,B项正确;混合气体的体积和质量始终不变,则气体密度始终不变,C项错误;根据质量守恒定律,容器内混合气体的质量始终保持不变,D项错误。

10.B　升高温度,化学平衡向逆反应方向移动,化学反应速率会迅速增大,会离开原来的速率点,A项错误。升高温度,化学反应速率会迅速增大,所以T2时会先达到化学平衡状态,并且化学平衡逆向移动,NO2的转化率减小,B项正确。对于该反应,T不变,增大压强,平衡正向移动,一氧化碳的体积分数会减小;压强不变,升高温度,平衡逆向移动,一氧化碳的体积分数会增大,C项错误。ΔH<0,升高温度,化学平衡常数减小,D项错误。

11.BC　经历①过程之后氮气分子被催化剂吸附,并没有变成氮原子,A项错误;①为催化剂吸附N2的过程,②为形成过渡态的过程,③为N2解离为N的过程,以上都需要在高温时进行。④⑤在低温区进行是为了增加平衡产率,B项正确;由题图可知,过程④完成了Ti-H-Fe+*N到Ti-H-*N-Fe两种过渡态的转化,氮原子由Fe区域向Ti-H区域传递,C项正确;化学反应不会因加入催化剂而改变反应热,D项错误。

12.C　减小压强,A的转化率不变,说明该反应为反应前后体积不变的反应,那么a+1=2,即a=1,A项正确;该反应为放热反应,升高温度,平衡常数减小,B项正确;设反应达到平衡状态时,C的物质的量浓度为x mol/L,列“三段式”:

　　　　　　A(g)　+　B(g) C(g)　+　D(g)

始(mol/L) 1 1 0 0

转(mol/L) x x x x

平(mol/L) 1-x 1-x x x

平衡常数K==1,解得x=0.5,B的转化率=×100%=50%,C项错误;平衡后,若再加入2 mol B,平衡正向移动,A的体积分数减小,D项正确。

13.BC　同一温度,增大氢气的浓度,平衡正向移动,二氧化碳的平衡转化率提高,图中P点CO2的平衡转化率高于Q点,则a>1,氢气物质的量相同,升高温度,二氧化碳的平衡转化率减小,平衡逆向移动,故ΔH<0,A项错误;随着温度升高,反应速率加快,v(P)<v(W),根据图像温度升高,二氧化碳的平衡转化率降低,说明平衡逆向移动,气体物质的量增大,压强增大,p(P)<p(W),B项正确;P、Q点所处温度相同,则P、Q两点的平衡常数相等。列“三段式”:

2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)

起始浓度(mol/L) 0.5 1 0 0

转化浓度(mol/L) 0.25 0.75 0.125 0.5

平衡浓度(mol/L) 0.25 0.25 0.125 0.5

K= (mol/L)-3=512 (mol/L)-3,C项正确;向Q点容器中再通入0.75 mol H2和0.5 mol H2O,则体系中H2的物质的量浓度为1 mol/L、H2O的物质的量浓度为1 mol/L、CO2 0.25 mol/L、C2H4 0.125 mol/L,代入计算:Q= (mol/L)-3<

512 (mol/L)-3,平衡向正反应方向移动,D项错误。

14.B　由题图甲可知反应中A、B、C的物质的量的变化量为0.4∶0.2∶0.2=2∶1∶1,根据反应中化学计量数之比等于相应物质的物质的量的变化量之比可知,该反应方程式为2A(g)+B(g) C(g);根据v=可知,v(B)==0.02 mol/(L·min),A项错误;由图可以知道平衡时A、B、C的物质的量分别为0.4 mol、0.2 mol、0.2 mol,它们的浓度分别为0.2 mol/L、0.1 mol/L、0.1 mol/L,结合化学方程式2A(g)+B(g) C(g),可得该反应的平衡常数K==25(mol/L)-2,B项正确;当外界条件由200 ℃降温到100 ℃时,原平衡一定被破坏,且正、逆反应速率均减小,C项错误;由题图乙可以知道,n(A)∶n(B)一定时,升高温度,C的体积分数增大,平衡正向移动,所以题述反应的正反应为吸热反应,ΔH>0,D项错误。

15.AD　由题图可知,650 ℃时,反应达平衡状态后CO的体积分数为40%,设开始加入的二氧化碳为1 mol,转化了x mol,

则有　　　C(s)+CO2(g) 2CO(g)

开始(mol) 1 0

转化(mol) x 2x

平衡(mol) 1-x 2x

所以×100%=40%,解得x=0.25,则CO2的转化率为25%,A项正确;容器为恒压密闭容器,800 ℃达平衡状态时,若充入气体He,平衡正向移动,v正>v逆,B项错误;由题图可知,T ℃时,反应达平衡后CO和CO2的体积分数都为50%,此时反应处于平衡状态,若充入等体积的CO2和CO,平衡不移动,v正=v逆,C项错误;925 ℃时,CO的体积分数为96%,则CO2的体积分数为4%,Kp==23.04p总,D项正确。

16.答案　(1)　(2)增大　增大　(3)不是　>

解析　(1)FeO(s)+CO(g) Fe(s)+CO2(g)　ΔH>0,平衡常数K=。(2)已知该反应的ΔH>0,反应是吸热反应,温度升高,化学平衡正向移动,高炉内CO2与CO的体积比将增大,平衡常数K将增大。(3)1 100 ℃时K=0.263,测得高炉中c(CO2)=0.025 mol·L-1,c(CO)=0.1 mol·L-1,浓度商Q==0.25<0.263,说明反应正向进行,v正>v逆。

17.答案　(1)>

(2)ad

(3)CH4(g)+2NO2(g) N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)　ΔH=-844 kJ/mol

(4)①0.012 5 mol/(L·min)　②减小

解析　(1)反应后比反应前气体分子数增多,ΔS>0。(2)气体颜色不再改变时,反应达到平衡状态,透光率不再改变,a符合题意;ΔH只与物质具有能量的相对大小有关,ΔH不变,不能说明反应达到平衡状态,b不符合题意;根据反应速率之比等于相应物质的化学计量数之比可知,当反应达到平衡状态时,2v正(N2O4)=v逆(NO2),c不符合题意;当N2O4的转化率不再改变时,说明反应达到平衡状态,此时透光率不再改变,d符合题意。(3)CH4(g)燃烧热的热化学方程式为CH4(g)+2O2(g) CO2(g)+2H2O(l)　ΔH=-890 kJ/mol　①,H2O(l)转化为H2O(g)的热化学方程式为H2O(l) H2O(g)　ΔH=+44 kJ/mol　②;又已知:CH4(g)+4NO(g) 2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)　ΔH=-1 114 kJ/mol　③,2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)　ΔH=-114 kJ/mol　④,①+2×②+③-2×④,得到反应:2CH4(g)+4NO2(g) 2N2(g)+2CO2(g)+4H2O(g),相应的ΔH=(-890 kJ/mol)+2×(+44 kJ/mol)+(-111 4 kJ/mol)-2×(-114 kJ/mol)=-1 688 kJ/mol,把方程式的化学计量数和ΔH都除以2,得到CH4催化还原NO2反应的热化学方程式为CH4(g)+2NO2(g) N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)　ΔH=-884 kJ/mol。(4)①由题表中数据可知,0~20 min内,参与反应的n(NO2)=0.5 mol,根据反应的化学方程式可知,参与反应的n(CH4)=0.25 mol,则0~20 min内,用CH4表示的反应速率v(CH4)===0.012 5 mol/(L·min);②达到平衡后,再充入0.5 mol CH4和1.2 mol NO2,温度和容器的容积均不变,反应体系的压强增大,平衡逆向移动,CH4的转化率减小。

18.答案　(1)0.035 mol/L　(2)b　(3)B　(4)C　(5)A

解析　(1)根据题表中数据分析,平衡时一氧化氮的浓度为=0.035 mol/L。(2)根据方程式计算知,二氧化氮的平衡浓度为0.065 mol/L,故表示NO2的变化的曲线为b。(3)v(NO2)=2v(O2)没有说明反应的方向,不能说明反应达到平衡状态,A错误;容器内压强保持不变可以说明反应达到平衡状态,B正确;v逆(NO)=v正(O2),正、逆反应速率不相等,C错误;可逆反应中反应物和生成物同时存在,故容器内NO、O2、NO2同时存在不能说明反应达到平衡状态,D错误。(4)及时分离出NO2气体,反应速率减慢,平衡正向移动,A错误;适当升高温度,反应速率增大,平衡逆向移动,B错误;增大O2的浓度,反应速率增大,平衡正向移动,C正确;选择高效的催化剂,反应速率增大,但平衡不移动,D错误。(5)曲线上的点为平衡点,正、逆反应速率相等,a点一氧化氮的转化率比平衡时高,此时正反应速率小于逆反应速率;c点一氧化氮转化率比平衡时低,此时,正反应速率大于逆反应速率。故选A。

19.答案　(1)①SO2(g)+NO2(g) NO(g)+SO3(g)　ΔH=-41.8 kJ·mol-1　②未到　<　(2)没有　此时Q==0.012 3<0.32　>

解析　(1)①已知:ⅰ.2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)　DH=-196.6 kJ·mol-1,ⅱ.2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)　DH=-113.0 kJ·mol-1,则根据盖斯定律,由(ⅰ-ⅱ)可得:SO2(g)+NO2(g) NO(g)+SO3(g)　ΔH=[(-196.6 kJ·mol-1)-(-113.0 kJ·mol-1)]=-41.6 kJ·mol-1,故SO2气体与NO2气体反应生成SO3气体和NO气体的热化学方程式为SO2(g)+NO2(g) NO(g)+SO3(g)　ΔH=-41.6 kJ·mol-1。②a.化学平衡状态的标志是各物质的量不再改变,其实质是正反应速率等于逆反应速率,c点对应的正反应速率显然还在改变,故一定未到平衡状态;b.容器恒容绝热,SO2(g)+NO2(g) NO(g)+SO3(g)　ΔH<0,反应放热,若在该容器中加入Ⅰ:2 mol SO2(g)和2 mol NO2(g),则开始反应放热,温度升高,K减小;若在容器中加入Ⅱ:2 mol SO3(g)和2 mol NO(g),则开始时反应吸热,温度降低,K增大,故平衡常数Ⅰ<Ⅱ。(2)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CO的变化浓度为0.1 mol·L-1,由CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)可知,H2O、CO2及H2的变化浓度均为0.1 mol·L-1,则平衡时CO、H2O、CO2和H2的浓度分别为0.9 mol·L-1、0.9 mol·L-1、0.1 mol·L-1和0.1 mol·L-1,此时Q=≈0.012 3<0.32,则没有达到平衡状态,反应向正反应方向进行,v正>v逆。

20.答案　(1)①低温　②CD　③10　>　>

(2)①N2O　②存在平衡2NO2(g) N2O4(g),NO2气体中存在N2O4,不便于定量测定

解析　(1)①该反应ΔS<0、ΔH<0,若满足ΔG=ΔH-TΔS<0,则反应在低温下能自发进行。

②升温,则正、逆反应速率都升高,A错误;根据题图得T2>T1,与题给信息不符,故B错误;加压,平衡正向移动,二氧化碳体积分数增大,在相同压强下,升高温度,平衡逆向移动,CO2的体积分数减小,C正确;平衡常数只与温度有关,加压,平衡常数不变,D正确。

③　　　4CO(g)+2NO2(g) 4CO2(g)+N2(g)

开始 0.4 mol 0.2 mol 0 0

转化 0.2 mol 0.1 mol 0.2 mol 0.05 mol

平衡 0.2 mol 0.1 mol 0.2 mol 0.05 mol

K==10 L·mol-1;条件不变的情况下,甲的投料是乙的2倍,即可认为甲是乙达到平衡后增大压强,平衡正向移动,因此N2的体积分数:甲>乙,甲中NO2的浓度在乙中2倍基础上减少,平衡移动是微弱的,因此NO2的浓度:甲>乙。

(2)①模拟尾气中一氧化氮的物质的量0.025 mol,模拟尾气中O2的物质的量为0.5 mol,测得排出的气体中含0.45 mol O2,说明实际参与反应的氧气的物质的量为0.05 mol,同时测得0.0525 mol CO2,而图中参与反应生成X和Y的一氧化氮的物质的量为:0.025 mol×(8%+16%)=0.006 mol,根据氧原子守恒,生成一氧化二氮的物质的量为:0.05 mol×2+0.006 mol-0.052 5 mol×2=0.001 mol,根据氮原子守恒可知氮气的物质的量为:=0.002 mol,所以16%对应的是氮气,而8%对应是一氧化二氮。

②实验过程中采用NO模拟NOx,而不采用NO2的原因是存在平衡2NO2(g) N2O4(g),NO2气体中存在N2O4,不便于定量测定。