适用于新高考新教材广西专版2024届高考化学一轮总复习章末检测卷七化学反应速率与化学平衡

这是一份适用于新高考新教材广西专版2024届高考化学一轮总复习章末检测卷七化学反应速率与化学平衡，共16页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。

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目要求。
1.(2022江苏苏州模拟预测)SO2、NOx是重要化工原料,可用于硫酸、硝酸的生产。工业制硫酸时,接触室中主要反应为2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=-196.6 kJ·ml-1。SO2、NOx也是大气主要污染物,NOx可与NH3混合,通过选择性催化剂高温脱除,SO2可通过碱液吸收去除。对于反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),下列说法正确的是( )
A.该反应ΔH<0,ΔS>0
B.2 ml SO2(g)和1 ml O2(g)所含键能总和比2 ml SO3(g)所含键能小
C.反应在高温、催化剂条件下进行可提高SO2的平衡转化率
D.该反应中每生成22.4 L SO3转移电子的数目约等于2×6.02×1023
2.(2021辽宁抚顺一模)某温度下,在一恒容密闭容器中进行如下两个反应并达到平衡:
①CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-49.5 kJ·ml-1
②CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2=+40.9 kJ·ml-1
下列叙述错误的是( )
A.增大压强,反应②平衡不发生移动
B.升高温度,反应②平衡正向移动
C.通入H2,则CO2转化率升高
D.反应②能够自发进行的原因是ΔS>0
3.用如图所示的装置提纯难挥发的TaS2晶体,发生的反应为TaS2(s)+2I2(g)TaI4(g)+S2(g) ΔH>0,将不纯的TaS2粉末装入石英管一端,抽真空后引入适量碘并封管,置于加热炉中,下列说法不正确的是( )
A.温度:T1B.在温度T1端得到纯净TaS2晶体
C.提纯过程中I2的量在不断减少
D.该反应的平衡常数与TaI4和S2的浓度乘积无关
4.在接触法制硫酸的工业中,SO2发生的反应为2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=-198 kJ·ml-1。如图表示在有、无催化剂条件下SO2氧化生成SO3过程中能量的变化。450 ℃、V2O5催化时,该反应机理为:反应①V2O5(s)+SO2(s)V2O4(s)+SO3(g) ΔH1=+24 kJ·ml-1;反应②2V2O4(s)+O2(g)2V2O5(s) ΔH2。下列说法正确的是( )
A.V2O5催化时,反应②的速率大于反应①
B.ΔH2=-246 kJ·ml-1
C.升高温度,反应的化学平衡常数增大
D.增大压强或选择更高效的催化剂,可提高SO2的平衡转化率
5.(2021广东四校联考)一定温度下,在一个容积为2 L的密闭容器中发生反应:2N2O3(g)+3C(s)2N2(g)+3CO2(g)
ΔH>0,若0~10 s内消耗了2 ml C,下列说法正确的是( )
A.0~10 s内用C表示的平均反应速率为v(C)=0.1 ml·L-1·s-1
B.当v正(N2O3)=v逆(CO2)时,反应达到平衡状态
C.升高温度正反应速率加快,逆反应速率减慢
D.该反应达平衡后,减小反应体系的容积,平衡向逆反应方向移动
6.(2022北京二模)在160 ℃、200 ℃条件下,分别向两个固定容积为2 L 的容器中充入2 ml CO和2 ml N2O(g),发生反应:CO+N2OCO2+N2 ΔH<0。实验测得两容器中CO或N2的物质的量随时间的变化关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.ac段N2的平均反应速率为0.10 ml·L-1·min-1
B.曲线ac对应160 ℃条件下的反应
C.当容器中混合气体的密度不随时间变化时,该反应达到平衡状态
D.160 ℃时,该反应的平衡常数K=9
7.在容积为1 L的恒容密闭容器中充入一定量的H2S气体,平衡时三种组分的物质的量与温度的关系如图所示,下列说法正确的是( )
A.反应2H2S(g)S2(g)+2H2(g)在温度T1时的平衡常数小于温度T2时的平衡常数
B.T1时,向X点容器中再充入1 ml H2S和1 ml H2,重新平衡前v(正)C.T1时,若起始时向容器中充入5 ml H2S气体,则平衡时H2S的转化率大于50%
D.X点、Y点的压强仅与气体的总物质的量有关
8.(2021河北石家庄二模)根据下列图示所得出的结论不正确的是( )
A.图甲表示2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)
ΔH<0,t1时改变的条件是增大体系的压强
B.图乙NaCl溶液浓度过高,铁腐蚀速率降低,说明NaCl浓度越大溶液中O2的浓度越小
C.图丙说明石墨转化为金刚石的反应的ΔH>0
D.图丁是一定条件下发生反应:4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g),此过程ΔH<0
9.(2022重庆育才中学高三月考)用活性炭还原NO2可防止空气污染,其反应原理为2C(s)+2NO2(g)N2(g)+2CO2(g)。在密闭容器中1 ml NO2和足量C发生上述反应,反应相同时间内测得NO2的生成速率与N2的生成速率随温度变化的关系如图1所示;维持温度不变,反应相同时间内测得NO2的转化率随压强的变化如图2所示。
图1
图2
下列说法错误的是( )
A.图1中的A、B、C三个点中只有C点的v(正)=v(逆)
B.图2中v逆(E)小于v正(F)
C.图2中平衡常数K(E)=K(G),但NO2的平衡浓度c(E)D.在恒温恒容下,向图2中G点平衡体系中充入一定量的NO2,与原平衡相比,NO2的平衡转化率增大
10.利用传感技术可以探究压强对2NO2(g)N2O4(g)化学平衡移动的影响。在室温、100 kPa条件下,往针筒中充入一定体积的NO2气体后密封并保持活塞位置不变。分别在t1、t2时刻迅速移动活塞并保持活塞位置不变,测定针筒内气体压强变化如图所示。下列说法正确的是( )
A.B点处NO2的转化率为3%
B.E点到H点的过程中,NO2的物质的量先增大后减小
C.E、H两点对应的正反应速率大小为vH=vE
D.B、H两点气体的平均相对分子质量大小为MB=MH
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目要求。
11.(2021河北唐山三模)反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
ΔH<0在起始温度、体积相同(T1℃、2 L密闭容器)时,发生反应的部分数据见下表:
下列说法正确的是( )
A.对反应Ⅰ,前10 min内的平均反应速率v(CH3OH)=0.05 ml·L-1·min-1
B.在其他条件不变的情况下,若30 min时向反应Ⅰ的容器中再充入1 ml CO2(g)和1 ml H2O(g),则平衡正向移动
C.对于反应Ⅰ,进行30 min时,H2所占的体积分数为30%
D.达到平衡时,反应Ⅰ、Ⅱ对比:平衡常数K(Ⅰ)12.(2021辽宁沈阳三模)乙基叔丁基酸(以ETBE表示)是一种性能优良的高辛烷值汽油调和剂,用乙醇与异丁烯(以IB表示)在催化剂HZSM-5催化下合成ETBE,反应为C2H5OH(g)+IB(g)ETBE(g)。向刚性恒容容器中按物质的量之比1∶1充入乙醇和异丁烯,在温度为378 K与388 K时异丁烯的转化率随时间变化如图所示。下列说法正确的是( )
A.正反应为吸热反应
B.A、M、B三点,逆反应速率最大的是点A
C.388 K时,容器内起始总压为p0 Pa,则Kp=
D.容器内起始总压为p0 Pa,M点时v(IB)=0.01p0 Pa·min-1
13.在常压、Ru/TiO2催化下,CO2和H2混合气体(体积比1∶4)进行反应,测得CO2转化率、CH4和CO的选择性(即CO2转化生成CH4或CO的百分比)随温度变化如图所示。
反应Ⅰ:CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g) ΔH1
反应Ⅱ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2
下列说法正确的是( )
A.ΔH1、ΔH2都小于零
B.改变压强,对CO产量没有影响
C.反应Ⅰ的平衡常数可表示为K=
D.为提高CH4选择性,可采用控制反应温度、调节压强等措施
14.CO2催化重整CH4的反应:(Ⅰ)CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH1,
主要副反应:(Ⅱ)H2(g)+CO2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2>0,
(Ⅲ)4H2(g)+CO2(g)CH4(g)+2H2O(g) ΔH3<0。
在恒容反应器中按体积分数V(CH4)∶V(CO2)=50%∶50%充入气体,加入催化剂,测得反应器中平衡时各物质的体积分数与温度的关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.ΔH1=2ΔH2-ΔH3<0
B.其他条件不变,适当增大起始时V(CH4)∶V(CO2),可抑制副反应(Ⅱ)、(Ⅲ)的进行
C.300~580 ℃时,H2O的体积分数不断增大,是由于反应(Ⅲ)生成H2O的量大于反应(Ⅱ)消耗的量
D.T℃时,在2.0 L容器中加入2 ml CH4、2 ml CO2以及催化剂进行重整反应,测得CO2的平衡转化率为75%,则反应(Ⅰ)的平衡常数小于81
15.T℃时,在两个起始容积都为1 L的恒温密闭容器中发生反应:H2(g)+I2(g)2HI(g) ΔH<0,实验测得v(正)=v(H2)消耗=v(I2)消耗=k(正)·c(H2)·c(I2);v(逆)=v(HI)消耗=k(逆)·c2(HI)。k(正)、k(逆)为速率常数,受温度影响。下列说法正确的是( )
A.平衡时,容器Ⅰ与容器Ⅱ中的总压强之比为1∶4
B.平衡时,容器Ⅱ中c(I2)>0.28 ml·L-1
C.T℃时,反应H2(g)+I2(g)2HI(g)的平衡常数为K=
D.平衡时,向容器Ⅰ中再通入0.1 ml H2、0.1 ml I2和0.2 ml HI,此时v(正)>v(逆)
三、非选择题:本题共5小题,共60分。
16.(12分)(2021湖南考前押题)一碳化学的研究对象是分子中只含一个碳原子的化合物,如CO2、CO、CH4等。CO2的综合治理有助于减缓温室效应。
已知热化学方程式:
ⅰ.2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g) ΔH1=-122.6 kJ·ml-1
ⅱ.CH3OCH3(g)+H2O(g)
2CH3OH(g) ΔH2=+23.4 kJ·ml-1
ⅲ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH3
ⅳ.CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH4=+206.4 kJ·ml-1
ⅴ.CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
ΔH5=-41 kJ·ml-1。
回答下列问题:
(1)ΔH3= 。
(2)一定条件下,向某密闭容器中投料,发生反应ⅲ,反应达到平衡时,容器中H2的平衡转化率与压强、温度的关系如图所示,则温度T1、T2、T3由大到小的顺序为 。
(3)向催化剂Cu-ZnO-ZrO2中加入Mn助剂能够提高二甲醚(CH3OCH3)的产率,通过研究Mn助剂所占百分比对反应的影响,得到数据如表:
由上表数据可知,为获得更多二甲醚,合适的Mn助剂所占百分比为 。
(4)将等物质的量的CH4(g)和H2O(g)加入恒温恒容密闭容器(压强为100 kPa)中,发生反应ⅳ和ⅴ,容器内气体的压强随时间的变化关系如表所示。
300 min时,体系 (填“处于”或“不处于”)平衡状态;反应ⅳ前180 min 内平均反应速率v(CH4)= (保留小数点后2位)kPa·min-1。
17.(12分)在一定条件下,将燃煤废气中的CO2转化为二甲醚的反应为2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g) ΔH。
已知:①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1=-90.7 kJ·ml-1
②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH2=-23.5 kJ·ml-1
③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH2=-41.2 kJ·ml-1
(1)ΔH= kJ·ml-1。
(2)某温度下,在容积固定为2 L的密闭容器中进行反应①,将1 ml CO和2 ml H2混合,测得不同时刻的反应前后压强关系如下:
则达到平衡时CO的转化率为 。
(3)反应③的v-t图像如图1所示,若其他条件不变,只是在反应前增大容器容积使压强减小,则其v-t图像如图2所示。
下列说法正确的是 (填字母)。
①a1>a2 ②a1b2
④b1t2 ⑥t1=t2
⑦t1A.①③⑦ B.①③⑤ C.②④⑦
(4)由甲醇液相脱水法也可制二甲醚,首先将甲醇与浓硫酸反应生成硫酸氢甲酯(CH3OSO3H):CH3OH+H2SO4CH3OSO3H+H2O;生成的硫酸氢甲酯再和甲醇反应生成二甲醚,第二步反应的化学方程式为 ;与CO2和H2反应制备二甲醚比较,该工艺的优点是反应温度低,转化率高,其缺点是 。
18.(12分)“绿水青山就是金山银山”,运用化学反应原理研究碳、氮、硫的单质及其化合物的反应对缓解环境污染、能源危机具有重要意义。
(1)CO还原NO的反应为2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g)
ΔH=-746 kJ·ml-1。部分化学键的键能数据如下表(设CO以C≡O构成):
①由以上数据可求得NO的键能为 kJ·ml-1。
②写出两条有利于提高NO平衡转化率的措施: 。
(2)一定条件下,向某恒容密闭容器中充入x ml CO2和y ml H2,发生反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-50 kJ·ml-1。
①如图中能表示该反应的平衡常数K与温度T之间的变化关系曲线为 (填“a”或“b”),其判断依据是 。
②若x=2、y=3,测得在相同时间内不同温度下H2的转化率如图所示,则在该时间段内,恰好达到化学平衡时,此时容器内的压强与反应开始时的压强之比为 。
19.(12分)(2021辽宁抚顺一模)随着氮氧化物对环境及人类活动影响的日趋严重,如何消除大气污染物中的氮氧化物成为人们关注的主要问题之一。利用NH3的还原性可以消除氮氧化物的污染,其中除去NO的主要反应如下:4NH3(g)+6NO(g)5N2(g)+6H2O(l) ΔH<0。
(1)写出1条提高NO的转化率的措施: 。
(2)一定温度下,在恒容密闭容器中按照n(NH3)∶n(NO)=1∶3充入反应物,发生上述反应。下列不能判断该反应达到平衡状态的是 (填字母)。
A.混合气体的平均摩尔质量保持不变
B.容器内物质的总质量保持不变
C.有1 ml N—H断裂的同时,有1 ml O—H断裂
D.n(NH3)∶n(NO)保持不变
E.c(H2O)保持不变
(3)已知该反应速率v(正)=k(正)·cx(NH3)·cy(NO),v(逆)=k(逆)·c5(N2)·c0(H2O)[k(正)、k(逆)分别是正、逆反应速率常数],该反应的平衡常数K=,则x= ,y= 。
(4)某研究小组将4 ml NH3、6 ml NO和一定量的O2充入2 L密闭容器中,在Ag2O催化剂表面发生上述反应,NO的转化率随温度变化的情况如图所示:
①从开始到5 min末,温度由420 K升高到580 K,该时段内用NH3表示的平均反应速率v(NH3)= 。
②从图像可以看到,如果在有氧条件下,温度升高到580 K之后,NO生成N2的转化率开始降低,其可能产生的原因是 。
20.(12分)(2020北京一模)某化学小组同学向含有少量淀粉的NaHSO3溶液中加入稍过量的KIO3溶液,一段时间后,溶液突然变蓝色。
(1)查阅资料知,NaHSO3与过量KIO3反应分两步进行,第一步为I+3HS3S+3H++I-,则第二步反应的离子方程式为 。
(2)通过测定溶液变蓝所用时间探究浓度和温度对该反应的化学反应速率的影响。调节反应物浓度和温度进行对比实验。记录如下表:
实验①②是探究 对化学反应速率的影响,表中a= ;实验①③是探究温度对化学反应速率的影响,则表中b= ,c= 。
(3)将NaHSO3溶液与KIO3溶液混合(预先加入可溶性淀粉为指示剂),用速率检测仪检测出起始阶段化学反应速率逐渐增大,一段时间后化学反应速率又逐渐减小。课题组对起始阶段化学反应速率逐渐增大的原因提出如下假设,请你完成假设三:
假设一:反应生成的S对反应起催化作用,S浓度越大化学反应速率越快;
假设二:反应生成的H+对反应起催化作用,H+浓度越大化学反应速率越快;
假设三: ;
……
(4)请你设计实验验证上述假设一,完成下表中内容(化学反应速率可用测速仪测定)。
参考答案
章末检测卷(七) 化学反应速率与化学平衡
1.B 解析 该反应是气体反应前后体积减小的反应,故ΔS<0,A项错误;由题给条件可知,该反应ΔH=反应物键能之和-产物键能之和<0,B项正确;该反应为放热反应,故升温平衡逆向移动,平衡转化率减小,催化剂只能改变反应速率,不能使平衡移动,C项错误;没有给出三氧化硫的状态,无法计算其物质的量,D项错误。
2.A 解析 反应①为气体分子数减小的放热反应,反应②为气体分子数保持不变的吸热反应,在一恒容密闭容器中进行反应①和反应②,增大压强,反应①平衡正向移动,反应放热使温度升高,导致反应②平衡也正向移动,A项错误;反应②正反应为吸热反应,升高温度,平衡正向移动,B项正确;两个反应中,H2都是反应物,通入H2即增大反应物浓度,平衡正向移动,CO2的转化率升高,C项正确;反应能够自发进行的依据是ΔH-TΔS<0,反应②的ΔH>0,故该反应能够自发进行的原因是ΔS>0,D项正确。
3.C 解析 反应先在T2端正向进行,后在T1端逆向进行,正向反应的ΔH>0,因此温度T1小于T2,A项正确;因反应由T2端向T1端进行,则在T1端得到纯净的TaS2晶体,B项正确;I2在该过程中循环使用,且反应存在平衡,故I2的量不是不断减少的,C项错误;平衡常数只与温度有关,与TaI4和S2的浓度乘积无关,D项正确。
4.B 解析 由题图可知反应①的活化能小,反应②的活化能大,则反应②的速率小于反应①,A项错误;根据盖斯定律可知,总反应=2×反应①+反应②,则ΔH2=ΔH-2ΔH1=-198kJ·ml-1-2×24kJ·ml-1=
-246kJ·ml-1,B项正确;ΔH<0,升高温度,平衡逆向移动,反应的化学平衡常数减小,C项错误;该反应为气体体积减小的放热反应,增大压强平衡正向移动,可提高SO2的平衡转化率,但选择更高效的催化剂不影响化学平衡,不能提高SO2的平衡转化率,D项错误。
5.D 解析 C为固体,不能用浓度的变化表示C的反应速率,A项错误;v正(N2O3)=v正(CO2),则当v正(N2O3)=v逆(CO2)时,正、逆反应速率不相等,反应未平衡,B项错误;升高温度可以提高活化分子百分数,正、逆反应速率均增大,C项错误;减小反应体系的容积,即增大压强,正反应为气体分子数增大的反应,增大压强平衡逆向移动,D项正确。
6.D 解析 充入2mlCO和2mlN2O(g),则物质的量减少的曲线,即bd曲线代表CO,物质的量增加的曲线,即ac曲线代表N2;温度较高则反应较快,较早达到平衡,故曲线ac代表200℃条件,曲线bd代表160℃条件。据分析及题图中所示数据,可知ac段N2增加0.8ml,耗时8min,N2的平均反应速率为=0.05ml·L-1·min-1,A项错误;曲线ac对应200℃条件下的反应,B项错误;该反应各物质均是气体,气体总质量不变,容器容积不变,混合气体的密度始终不变,不能判断该反应是否达到平衡状态,C项错误;曲线bd代表160℃条件,d点代表平衡状态,此时CO物质的量剩余0.5ml,则其反应消耗1.5ml,列三段式,
CO+N2OCO2+N2
起始/ml2200
转化/ml1.51.51.51.5
平衡/ml0.50.51.51.5
则平衡常数K==9,D项正确。
7.A 解析 由题图可知,升高温度H2S气体的物质的量减小,可知升高温度平衡正向移动,正反应为吸热反应,则温度越高、K越大,可知在温度T1时的平衡常数小于温度T2时的平衡常数,A项正确;T1时,平衡点X处H2S、H2的物质的量分别为2ml、2ml,生成2mlH2时,S2的物质的量为1ml,则化学平衡常数K==1,再充入1mlH2S和1mlH2,此时浓度商Q==1=K,则平衡不移动,则v(正)=v(逆),B项错误;T1时,n(H2S)=n(H2)=2ml,生成2mlH2时,消耗2mlH2S,所以开始时加入的n(H2S)=4ml,该温度下平衡时H2S的转化率为50%,若起始时向容器中充入5mlH2S,与原来相比相当于增大压强,平衡逆向移动,则平衡时H2S的转化率小于50%,C项错误;恒温恒容条件下气体压强之比等于气体的物质的量之比,但X点、Y点的温度不同,D项错误。
8.A 解析 根据图像,t1时刻v(逆)瞬间不变,v(正)瞬间增大,则是增大反应物浓度,A项不正确;O2的含量影响铁在NaCl溶液中的腐蚀速率,根据图像,腐蚀速率先增大后减小,说明在NaCl浓度较高时溶液中O2的浓度减少,正极反应减慢导致腐蚀速率降低,B项正确;石墨能量低于金刚石能量,所以石墨转化为金刚石的反应的ΔH>0,C项正确;图丁是一定条件下发生反应:4NH3+4NO+O24N2+6H2O,根据图像可知,T1>T2,升高温度,NO的浓度增大,平衡逆向移动,则正反应为放热反应,ΔH<0,D项正确。
9.D 解析 由2C(s)+2NO2(g)N2(g)+2CO2(g)可知,NO2的生成速率(逆反应速率)应该是N2的生成速率(正反应速率)的二倍时才能使正、逆反应速率相等,即达到平衡,则图1中的A、B、C三个点中只有C点的v(正)=v(逆),故A项正确;由图2知,E点反应未达到平衡,F点反应达到平衡,且压强E10.D 解析 B点处NO2的转化率为×100%=6%,A项错误;E点到H点的过程中,压强先增大后减少,增大压强平衡正向移动,减小压强平衡逆向移动,则NO2的物质的量先减小后增大,B项错误;E、H两点压强不同,H点压强大,则E、H对应的正反应速率大小为vH>vE,C项错误;气体的质量不变,B、H两点气体的压强相等,气体的物质的量相等,则平均相对分子质量大小为MB=MH,D项正确。
11.D 解析 对反应Ⅰ,前10min内的平均反应速率v(CH3OH)=v(H2)==0.025ml·L-1·min-1,A项错误;
反应Ⅰ在恒温恒容容器中发生,分析数据可列出三段式:
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
起始量/ml2600
变化量/ml1311
平衡量/ml1311
在其他条件不变的情况下,若30min时向容器中再充入1mlCO2(g)和1mlH2O(g),Q==K=,则平衡不移动,B错误;对于反应Ⅰ,进行30min时,H2所占的体积分数为×100%=50%,C错误;反应Ⅱ为逆向恒容绝热,随反应进行,温度降低,平衡正向进行,则平衡常数K(Ⅰ)12.B 解析 温度越高,反应速率越大,反应越先达到平衡状态,则T1>T2,由题图可知,温度由T2升高到T1,异丁烯的转化率降低,说明升高温度,平衡逆向移动,则正反应为放热反应,A项错误;A、B、M三点中A、M点温度高于B点,A点生成物浓度大于M、B点,所以A点的逆反应速率最大,B项正确;设甲醇和异丁烯起始物质的量均为1ml、容器容积为1L,T1条件下,反应达到平衡时,异丁烯的转化率为80%,可列出三段式:
CH3OH(g)+IB(g)ETBE(g)
起始量/(ml·L-1)110
转化量/(ml·L-1)0.80.80.8
平衡量/(ml·L-1)0.20.20.8
平衡时混合气体总物质的量为0.2ml+0.2ml+0.8ml=1.2ml,恒温恒容条件下压强之比等于物质的量之比,则平衡时压强为0.6p0Pa,Kp=,C项错误;M点的异丁烯的转化率为60%,类比C选项分析,M点时总物质的量为0.4ml+0.4ml+0.6ml=1.4ml,压强之比等于物质的量之比,则M点压强为0.7p0Pa,IB的分压为×0.7p0Pa=0.2p0Pa,则M点时v(IB)==0.005p0Pa·min-1,D项错误。
13.D 解析 由题图知升高温度,CH4的选择性减小,即反应Ⅰ的CO2转化率下降,平衡逆向移动,所以反应Ⅰ的ΔH1小于零,升高温度,CO的选择性增加,即反应Ⅱ的CO2转化率上升,平衡正向移动,所以反应Ⅱ的ΔH2大于零,A项错误;若增大压强,反应Ⅰ正向移动,CO2的浓度减小,对反应Ⅱ而言,反应物浓度减小,平衡逆向移动,则CO产量减小,B项错误;水是气态的,有浓度变化,反应Ⅰ的平衡常数K=,C项错误;温度高于450℃时CH4的选择性明显降低,反应Ⅰ是气体分子数减小的反应,增大压强平衡正向移动,则降低温度、增大压强可提高CH4选择性,D项正确。
14.BD 解析 反应(Ⅰ)可由2倍的反应(Ⅱ)减去反应(Ⅲ)得到,故ΔH1=2ΔH2-ΔH3,再根据图示,随温度的升高,CH4和CO2的体积分数减小,说明升温平衡正向移动,则正反应吸热,ΔH1>0,A项错误;适当增大起始时V(CH4)∶V(CO2),即增大CH4浓度和减小CO2浓度,根据平衡移动原理,减小反应物浓度或增加生成物浓度,平衡都逆向移动,B项正确;反应(Ⅲ)是放热反应,升温时,平衡逆向移动消耗H2O,反应(Ⅱ)是吸热反应,升温时,平衡正向移动生成H2O,而由于反应(Ⅲ)消耗H2O的量小于反应(Ⅱ)生成的量,300~580℃时,H2O的体积分数不断增大,C项错误;T℃时,在2.0L容器中加入2mlCH4、2mlCO2以及催化剂进行重整反应,测得CO2的平衡转化率为75%,则CO2转化的浓度为×75%=0.75ml·L-1,若不考虑副反应,反应(Ⅰ)可列三段式:
CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)
1100
0.750.751.51.5
0.250.251.51.5
反应(Ⅰ)的平衡常数==81,但由于副反应(Ⅲ)中,消耗的氢气的量比二氧化碳多得多,故计算式中,H2分子减小的更多,平衡常数小于81,D项正确。
15.AC 解析 H2(g)+I2(g)2HI(g),反应前后气体分子总数不变,容器Ⅰ、Ⅱ等温等体积,则气体压强之比为物质的量之比,从投料看,容器Ⅱ的量为容器Ⅰ的4倍,故平衡时,容器Ⅰ与容器Ⅱ中的总压强之比为1∶4,A项正确;结合反应特点和投料看,容器Ⅰ、Ⅱ的平衡为等效平衡,则平衡时容器Ⅰ中c(I2)=0.07ml·L-1,Ⅱ中c(I2)=0.28ml·L-1,B项错误;平衡时,v(正)=v(逆),已知v(正)=v(H2)消耗=v(I2)消耗=k(正)·c(H2)·c(I2);v(逆)=v(HI)消耗=k(逆)·c2(HI),则平衡时,k(正)·c(H2)·c(I2)=k(逆)·c2(HI),则T℃时,反应H2(g)+I2(g)2HI(g)的平衡常数K=,C项正确;平衡时,向容器Ⅰ中再通入0.1mlH2、0.1mlI2和0.2mlHI,等效于增压,则平衡不移动,此时v(正)=v(逆),D项错误。
16.答案 (1)-49.6 kJ·ml-1 (2)T3>T2>T1 (3)1%
(4)处于 0.12
解析 (1)根据盖斯定律,由(ⅰ+ⅱ)可得反应ⅲ,则ΔH3=×(-122.6kJ·ml-1+23.4kJ·ml-1)=-49.6kJ·ml-1。
(2)该反应的正反应为放热反应,其他条件不变时,升高温度平衡逆向移动,H2的平衡转化率逐渐降低,故T3>T2>T1。
(3)应选择合适的Mn助剂所占百分比使CH3OCH3的选择性和产率都高,且CO2转化率又不会过低,由表中数据可知Mn助剂所占百分比为1%时,效果相对较好。
(4)300min后压强保持不变,300min时,体系处于平衡状态;
反应ⅴ为气体体积不变的反应,则压强变化只与反应ⅳ有关,设CH4的压强变化量为x,根据题意得:
CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔV
11134-2=2
x144kPa-100kPa=44kPa
故,解得x=22kPa,v(CH4)=≈0.12kPa·min-1。
17.答案 (1)-122.5 (2)30% (3)A (4)CH3OSO3H+CH3OHCH3OCH3+H2SO4 浓硫酸腐蚀设备(或有硫酸废液产生)
解析 (1)由盖斯定律可知,ΔH=2ΔH1+ΔH2-2ΔH3=2×(-90.7kJ·ml-1)-23.5kJ·ml-1+2×
41.2kJ·ml-1=-122.5kJ·ml-1。
(2)恒温恒容条件下,气体的压强之比等于其物质的量之比,15min时压强比为0.80,则反应后气体的物质的量=3ml×0.80=2.40ml,气体减少的物质的量=3ml-2.4ml=0.6ml,根据气体减少的物质的量与CO之间的关系式知参加反应的CO的物质的量=0.3ml,则CO的转化率=×100%=30%。
(3)反应③前后气体体积不变,若其他条件不变,只是在反应前增大容器容积使压强减小,则物质浓度减小,反应速率减小,达到平衡所需时间变长,则a1>a2,b1>b2,t1(4)根据元素守恒可以知道硫酸氢甲酯和甲醇反应生成二甲醚的化学方程式为CH3OSO3H+CH3OHCH3OCH3+H2SO4;该反应有硫酸参加,根据硫酸的性质可以知道该工艺的缺点是浓硫酸腐蚀设备或有硫酸废液产生。
18.答案 (1)①513.5 ②增大压强、降低温度、增大CO与NO的投料比(任写两条,合理即可)
(2)①a 该反应是放热反应,升高温度,平衡常数减小 ②17∶25
解析 (1)①设NO的键能为akJ·ml-1,反应2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g) ΔH=(1076×2+2a)-(745×2×2+945)=-746kJ·ml-1,解得a=513.5,则NO的键能为513.5kJ·ml-1。
②该反应为气体体积缩小的放热反应,若提高NO的平衡转化率,需要使平衡正向移动,可采取的措施有:增大压强、降低温度、增大CO与NO的投料比等。
(2)①该反应是放热反应,升高温度,使平衡常数减小,曲线a符合此特点。
②在相同时间内达到平衡状态前,温度越高反应速率越大,H2的转化率越高,但达到平衡状态后继续升温,平衡会向逆反应方向移动,导致H2的转化率降低,由题图知b点为平衡状态,H2的转化率为80%,列三段式:
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
起始量/ml2300
转化量/ml0.82.40.80.8
平衡量/ml1.20.60.80.8
同温同体积时压强之比等于物质的量之比,b点时对应的压强与反应开始时的压强之比为(1.2+0.6+0.8+0.8)∶(2+3)=17∶25。
19.答案 (1)降低温度(合理即可) (2)BE (3)4 6
(4)①0.228 ml·L-1·min-1 ②该反应为放热反应,温度升高,平衡逆向移动,NO转化率降低
解析 (1)该反应为放热反应,所以降低温度可以使平衡正向移动,增大NO的转化率;该反应为气体分子数减小的反应,增大压强可以使平衡正向移动,增大NO的转化率;分离出氮气、增大氨气浓度均可以使平衡正向移动,增大NO的转化率。
(2)反应生成的H2O为液态,则混合气体的总质量和总物质的量一直发生变化,则平均摩尔质量一直在变,当其不变时,说明反应达到平衡,A不符合题意;根据质量守恒定律可知容器内物质的总质量始终不变,则其不变不能说明反应达到平衡,B符合题意;1mlN—H断裂,即消耗ml氨气,1mlO—H断裂,即消耗ml水,二者的消耗速率之比为2∶3,等于化学计量数之比,说明此时正逆反应速率相等,反应达到平衡,C不符合题意;初始投料n(NH3)∶n(NO)=1∶3,二者按照2∶3的比例反应,所以未平衡时n(NH3)∶n(NO)发生改变,当其不变时说明反应达到平衡,D不符合题意;水为液体,浓度为常数,故c(H2O)不变不能说明反应达到平衡,E符合题意。
(3)当反应达到平衡时有v(正)=v(逆),即k(正)·cx(NH3)·cy(NO)=k(逆)·c5(N2)·c0(H2O),变换可得,该反应的平衡常数K=,所以x=4,y=6。
(4)①420K时NO的转化率为2%,此时消耗的n(NO)=6ml×2%=0.12ml,580K时NO的转化率为59%,此时消耗的n(NO)=6ml×59%=3.54ml,此时段内Δn(NO)=3.54ml-0.12ml=3.42ml,根据热化学方程式可知该时段内Δn(NH3)=×3.42ml=2.28ml,容器的容积为2L,所以v(NH3)==0.228ml·L-1·min-1;
②该反应为放热反应,温度升高,平衡逆向移动,一氧化氮的转化率降低。
20.答案 (1)I+5I-+6H+3I2+3H2O
(2)KIO3溶液的浓度 15 20 10
(3)反应生成的I-对反应起催化作用,I-浓度越大化学反应速率越快(或该反应是放热反应,温度升高导致化学反应速率加快)
(4)
解析 (1)向含有少量淀粉的NaHSO3溶液中加入稍过量的KIO3溶液,一段时间后,溶液突然变蓝色,说明产物中有碘单质生成,第一步反应为I+3HS3S+3H++I-,且KIO3溶液过量,所以能产生碘单质的反应为I+5I-+6H+3I2+3H2O。
(2)实验①②是探究KIO3溶液的浓度对化学反应速率的影响,则NaHSO3溶液的浓度应相同,a=15;实验①③是探究温度对化学反应速率的影响,所以此时两个实验中的浓度都应当相等,所以b=20,c=10。
(3)根据影响反应速率的外界因素有浓度、温度、催化剂等加以假设,而在本实验中可能的原因为反应生成的I-对反应起催化作用,I-浓度越大反应速率越快或者是反应放热,随着反应的进行,温度升高,反应速率加快。
(4)通过对比实验进行验证,具体步骤为在烧杯甲中将NaHSO3溶液与过量KIO3溶液混合,用速率检测仪测定其起始时的反应速率v(甲);在烧杯乙中预先加入少量Na2SO4粉末或K2SO4粉末,其他条件与甲完全相同,进行同一反应,用速率检测仪测定其起始阶段相同时间内的反应速率v(乙),若v(甲)=v(乙),则假设一不成立,若v(甲)反应条件
反应时间/min
反应Ⅰ:恒温恒容
0
2
6
0
0
10
4.5
20
1
30
1
反应Ⅱ:绝热恒容
0
0
0
2
2
容器
物质的起始浓度/(ml·L-1)
c(H2)
c(I2)
c(HI)
c(I2)
Ⅰ(恒容)
0.1
0.1
0
0.07
Ⅱ(恒压)
0
0
0.8
Mn助剂所占百分比/%
CO2的转化率/%
选择性
产率
CH3OCH3
CH3OH
CO
CH3OCH3
0
28.9
55.1
12.9
32.0
15.9
0.5
30.3
56.0
13.3
30.7
17.0
1
33.4
57.5
12.6
29.9
19.2
2
28.9
50.1
12.8
37.1
14.5
时间/min
0
60
120
180
240
300
360
压强/kPa
100
118
132
144
154
162
162
时间/min
5
10
15
20
25
30
压强比()
0.98
0.90
0.80
0.70
0.70
0.70
化学键
C≡O
N≡N
CO
E/(kJ·ml-1)
1 076
945
745
实验
编号
0.02ml·L-1NaHSO3溶液/mL
0.02ml·L-1KIO3溶液/mL
反应温
度/℃
溶液变蓝的时间/s
①
15
20
10
15
t1
②
a
30
0
15
t2
③
15
b
c
30
t3
实验步骤(不要求写出具体操作过程)
预期实验现象和结论
实验步骤(不要求
写出具体操作过程)
预期实验
现象和结论
在烧杯甲中将NaHSO3溶液与过量KIO3溶液混合,用测速仪测定其起始时的化学反应速率v(甲);在烧杯乙中预先加入少量Na2SO4或K2SO4粉末,其他反应条件均完全相同,测定其起始阶段的相同时间内的化学反应速率v(乙)
若化学反应速率v(甲)=v(乙),则假设一不成立;若v(甲)