2024届鲁科版高考化学一轮复习第6章第1节化学反应的方向作业含答案

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第6章 第1节 化学反应的方向
[基础练]
1．汽车尾气(含烃类、CO、NO与SO2等)是城市主要污染源之一，治理的办法之一是在汽车排气管上装催化转化器，它能使NO与CO反应生成可参与大气生态循环的无毒气体，其反应原理是2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)。由此可知，下列说法中正确的是(　　)
A．该反应是熵增大的反应
B．该反应不能自发进行，因此需要合适的催化剂
C．该反应常温下能自发进行，催化剂条件只是加快反应的速率
D．该反应常温下能自发进行，因为正反应是吸热反应
解析：只使用催化剂便可使尾气发生转化，故此反应能自发进行，B错误；因反应是气体物质的量减小的反应，故为熵减小的反应，A错误；因熵减小不利于反应自发进行，故自发进行的原因是正反应为反应放热，D错误。
答案：C
2．某温度时，在体积为2 L的密闭容器中，气态物质A、B、E、F的物质的量n随时间t的变化情况如图甲所示，在一定条件下反应达到平衡状态，反应进程中正反应速率随时间的变化情况如图乙所示，在t2、t4时刻分别只改变一个条件(温度、压强或某反应物的量)。下列说法错误的是(　　)

A．此温度下，该反应的化学方程式为2A(g)＋E(g)2B(g)＋F(g)
B．若平衡状态①和②对应的温度相同，则①和②对应的平衡常数K一定相同
C．t2时刻改变的条件是增大压强
D．t4时刻改变的条件是降低温度
解析：各物质发生变化的物质的量等于化学方程式的化学计量数之比，由图甲分析可知，此温度下该反应的化学方程式为2A(g)＋E(g)2B(g)＋F(g)，故A正确；平衡常数K只与温度有关，若平衡状态①和②的温度相同，则K相等，故B正确；该反应前后气体的体积不变，若改变压强，平衡不会发生移动，故t2时刻改变的条件不可能是增大压强，故C错误；t4时刻正反应速率减小，且变化的点不连续，因此是降低温度的结果，故D正确。
答案：C
3．某温度下，在2 L的密闭容器中，加入1 mol X(g)和 2 mol Y(g)发生反应：X(g)＋mY(g)3Z(g)。平衡时，X、Y、Z的体积分数分别为30%、60%、10%。在此平衡体系中加入1 mol Z(g)，再次达到平衡后，X、Y、Z的体积分数不变。下列叙述不正确的是(　　)
A．m＝2
B．两次平衡的平衡常数相同
C．X与Y的平衡转化率之比为1∶1
D．第二次平衡时，Z的浓度为0.4 mol·L－1
解析：根据再次加入1 mol Z(g)，重新建立平衡后，X、Y、Z的体积分数不变，可知该反应是一个反应前后气体分子数相等的反应，因此m＝2，A正确；由于温度没有变化，故两次平衡的平衡常数相同，B正确；因为是按照化学方程式中化学计量数之比充入的反应物，因此二者的平衡转化率相等，C正确；该反应前后气体分子数不变，因此反应后气体的物质的量与反应前一样，都为4 mol，而平衡后Z的体积分数为10%，平衡时Z的物质的量为4 mol×10%＝0.4 mol，容器体积为2 L，Z的浓度为0.2 mol·L－1，D错误。
答案：D
4．(2022·内蒙古包钢一中一模)一定温度下，在三个体积均为1 L的恒容密闭容器中发生反应：2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)
容器编号
温度(℃)
起始物质的量(mol)
平衡物质的量(mol)
CH3OH(g)
CH3OCH3(g)
H2O(g)
①
387
0.20
0.080
0.080
②
387
0.40


③
207
0.20
0.090
0.090
下列说法正确的是(　　)
A．该反应的正反应为吸热反应
B．达到平衡时，容器①中的CH3OH体积分数比容器②中的小
C．若容器①中反应达到平衡时增大压强，则各物质浓度保持增大
D．若起始向容器①中充入CH3OH 0.10 mol、CH3OCH3 0.10 mol、H2O 0.10 mol，则反应将向逆反应方向进行
解析：根据表格数据①和③可知，容器①、③起始量相同，降低温度，平衡向放热方向移动，CH3OCH3平衡物质的量增大，说明平衡正向移动，则正反应是放热反应，A错误；恒容条件下，容器②相当于在容器①的基础上加压，由于该反应是反应前后气体物质的量不变的反应，因此平衡不移动，所以容器①中的CH3OH体积分数和容器②中的相等，B错误；若容器①中反应达到平衡时增大压强，平衡不移动，但各物质浓度会增大，C正确；容器①平衡时c(CH3OH)＝0.04 mol/L、c(CH3OCH3)＝0.08 mol/L、c(H2O)＝0.08 mol/L，平衡常数K＝＝4，若起始向容器①中充入CH3OH 0.10 mol、CH3OCH3 0.10 mol、H2O 0.10 mol，则浓度商Q＝＝11
D．平衡后，如果此时移走1.0 mol PCl3和0.5 mol Cl2，在相同温度下达到平衡时PCl5的物质的量小于0.2 mol
解析：由已知条件，2 L容器中发生反应，10 min平衡，依此列三段式：
PCl3(g)＋Cl2(g)PCl5(g)
起始(mol)　2.0　　　1.0　　　0
转化(mol)　0.4　　　0.4　　　0.4
平衡(mol)　1.6　　　0.6　　　0.4
K＝＝＝，
由题意可知，PCl3的物质的量浓度变化量Δc＝ mol·L－1＝0.2 mol·L－1，根据v＝Δc/t，所以0～10 min内，用PCl3表示的反应速率为0.02 mol·L－1·min－1，A错误；反应物和生成物均是气体，所以气体总质量不变，且总体积也不变，所以密度是一个常量，无论是否平衡，密度都不变，无法作为达到平衡的标志，B错误；由题意可知，升高温度平衡常数降低，反应为放热反应，升高温度至T2平衡会逆向移动，PCl3物质的量会增加，所以Δn(PCl3)变小，因此＞1，C正确；平衡后，如果此时移走1.0 mol PCl3和0.5 mol Cl2，则当时间为t min时，PCl5的物质的量为0.2 mol，可得到新的三段式：
　　　 PCl3(g)　＋　Cl2(g)PCl5(g)
起始(mol) 1.6－1.0　 0.6－0.5　　0.4
转化(mol)　0.2　　　　　0.2　　　0.2
平衡(mol)　0.8　　　　　0.3　　　0.2
Q＝＝＝，在相同温度下，平衡常数K不变，Q＝>K＝，反应继续逆向进行，所以平衡时，PCl5的物质的量小于0.2 mol，D正确。
答案：CD
10．在一恒容的密闭容器中充入0.1 mol·L－1 CO2、0.1 mol·L－1CH4，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为1.64
D．压强为p4时，在Y点：v正0，A正确；该反应为气体分子数增加的反应，压强越大，CH4的平衡转化率越小，故p4>p3>p2>p1，B正确；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(CH4)＝0.02 mol·L－1，c(CO2)＝0.02 mol·L－1，c(CO)＝0.16 mol·L－1，c(H2)＝0.16 mol·L－1，即该温度下的平衡常数K＝≈1.64，C正确；压强为p4时，Y点反应未达到平衡状态，需增大CH4的转化率才能达到平衡，此时v正>v逆，D错误。
答案：D
[综合练]
11．(2022·贵州贵阳二模)研究CO2的综合利用、实现CO2资源化，是能源领域的重要发展方向，也是力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的方向之一。
已知：反应Ⅰ：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH1＝＋41.2 kJ/mol
反应Ⅱ：2CO(g)＋4H2(g)C2H4(g)＋2H2O(g)
ΔH2＝－332 kJ/mol
反应Ⅲ：2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)　ΔH3
(1)反应Ⅲ中，ΔH3＝________kJ/mol。
(2)在体积为2 L的刚性密闭容器中，充入1 mol CO和2 mol H2，发生反应Ⅱ，能判断反应达到平衡状态的是________(填字母序号)。
a．2v(H2)＝v(H2O)
b．容器内压强保持不变
c．保持不变
d．C2H4的质量分数保持不变
(3)在体积为2 L的恒压密闭容器中，起始充入1 mol CO2(g)和3 mol H2(g)，发生反应Ⅲ，该反应在不同温度下达到平衡时，各组分的体积分数随温度的变化如图所示。

①表示H2和C2H4的体积分数随温度变化的曲线分别是________(填字母序号)。
②A、B、C三点对应的化学平衡常数KA、KB、KC从大到小的顺序为________________。
③240 ℃时，反应达到平衡后，容器中气体的总物质的量为________mol，H2(g)的平衡转化率为________。若平衡时总压为p，该反应的平衡常数Kp＝______________(列出计算式。用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。
解析：(1)根据盖斯定律可知，2×反应Ⅰ＋反应Ⅱ即可得到反应Ⅲ，所以ΔH3＝2ΔH1＋ΔH2＝2×(＋41.2 kJ/mol)＋(－332 kJ/mol)＝－249.6 kJ/mol。
(2)化学平衡的特征之一为正、逆反应速率相等，2v(H2)＝v(H2O)未告知正、逆反应情况，不能说明反应达到平衡状态，a不符合题意；已知反应Ⅱ是一个正反应气体体积减小的反应，即反应过程中容器内压强始终在改变，故容器内压强保持不变，说明反应达到平衡状态，b符合题意；由于反应Ⅱ中CO和H2的系数比为1∶2，题干中CO和H2的投料比也是1∶2，故反应过程中始终保持为1∶2不变，故保持不变不能说明反应达到平衡状态，c不符合题意；化学平衡的特征之一就是反应体系各组分的百分含量保持不变，故C2H4的质量分数保持不变，说明反应达到化学平衡状态，d符合题意。
(3)①结合(1)的分析可知，反应Ⅲ是一个放热反应，故升高温度，平衡逆向移动，则H2的体积分数随温度升高而增大，C2H4的体积分数随温度的升高而减小，且起始充入1 mol CO2(g)和3 mol H2(g)，反应中CO2和H2的转化量之比为1∶3，故反应过程中CO2和H2的体积分数之比也为1∶3，C2H4和H2O的体积分数之比为1∶4，结合图示可知，表示H2和C2H4的体积分数随温度变化的曲线分别为a、d。②由上述分析可知，升高温度平衡逆向移动，则化学平衡常数减小，则A、B、C三点对应的化学平衡常数KA、KB、KC从大到小的顺序为KA＞KB＞KC；③根据三段式分析，设CO2转化量为2x，则：
　2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)
起始量(mol) 1　　 3　　　　　0　　　　0
转化量(mol) 2x　　6x　　　　　x　　 　4x
平衡量(mol) 1－2x 3－6x　　　 x　　　 4x
结合①的分析可知，240 ℃时，反应达到平衡后，H2和H2O的体积分数相等，故有3－6x＝4x，解得：x＝0.3 mol，故容器中气体的总物质的量为1－2x＋3－6x＋x＋4x＝4－3x＝4－3×0.3＝3.1 mol；H2(g)的平衡转化率为×100%＝×100%＝60%；若平衡时总压为p，则p(CO2)＝p＝p＝p，p(H2)＝ p＝p＝p，p(C2H4)＝p＝p＝p，p(H2O)＝p＝p＝p，该反应的平衡常数Kp＝＝。
答案：(1)－249.6
(2)bd
(3)①a、d　②KA＞KB＞KC　③3.1　60%　
12．(2022·山东省实验中学模拟预测)以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下：
Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1
Ⅱ.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH2
回答下列问题：
(1)反应Ⅰ、Ⅱ的ln K(K代表化学平衡常数)随(温度的倒数)的变化如图所示。据图判断，升高温度时，反应CO(g)＋H2(g)CH3OH(g)的化学平衡常数将________(填“增大”“减小”或“不变”)。

(2)上述反应体系在一定条件下建立平衡后，若在恒温恒压下充入氦气，反应Ⅱ的平衡将________(填“正向”“逆向”或“不”)移动；若将反应体系体积压缩至原来一半，重新达到平衡时两反应所需时间tⅠ________(填“＞”“＜”或“＝”)tⅡ。
(3)恒压条件下，将CO2和H2按体积比1∶3混合，初始压强为p0，在不同催化剂作用下发生反应Ⅰ和反应Ⅱ，在相同的时间段内CH3OH的选择性和产率随温度的变化如图。

已知：CH3OH的选择性＝×100%
①在上述条件下合成甲醇的工业条件是________。
A．210 ℃
B．230 ℃
C．催化剂CZT
D．催化剂CZ(Zr－1)T
②在230 ℃以上，升高温度CO2的转化率增大，但甲醇的产率降低，原因是
_______________________________________________________________________。
③已知反应Ⅱ的速率方程可表示为v正＝k正·p·p，v逆＝k逆·p·p，其中k正、k逆分别为正、逆反应的速率常数，ln k与的关系如图所示，a、b、c、d四条斜线中，表示ln k正的是________；230 ℃下，图中A、B、C、D点的纵坐标分别为a＋1、a＋0.48、a－0.48、a－1，达到平衡时，测得体系中3p＝2p，以物质的分压表示的反应Ⅰ的平衡常数Kp1＝________。(已知：10－0.48＝0.33，10－0.52＝0.30)

解析：(1)利用盖斯定律，由Ⅰ－Ⅱ可得热化学方程式为：CO(g)＋H2(g)CH3OH(g)　ΔH1－ΔH2，结合图示分析，反应Ⅰ的ln K随着增大而增大，说明降低温度，平衡正向移动，则反应Ⅰ为放热反应，ΔH10，则ΔH1－ΔH2