高中化学鲁科版 (2019)选择性必修1第1节 化学反应的方向练习

这是一份高中化学鲁科版 (2019)选择性必修1第1节 化学反应的方向练习，共28页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。

1.“活化分子”是衡量化学反应速率快慢的重要依据,下列说法中不正确的是( )
A.活化分子之间的碰撞一定是有效碰撞
B.增大反应物的浓度,可使单位体积内的活化分子增多,反应速率加快
C.对于有气体参加的反应,通过压缩容器增大压强,可使单位体积内的活化分子增多,反应速率加快
D.催化剂能降低反应的活化能,使单位体积内的活化分子百分数增加
2.在实验或生活中为了控制反应速率,下列做法不正确的是( )
A.用过氧化氢制取氧气时可加入少量的二氧化锰以增大反应速率
B.为加快制取氢气的速率可以用锌粒代替锌片
C.为降低浓硫酸与Cu反应制备SO2的速率可以采用稀硫酸代替浓硫酸
D.为了延长疫苗的保质期在运输和保存的过程中最好保持较低的温度
3.四个体积相同的密闭容器中,在一定条件下,发生如下反应:N2+3H22NH3,化学反应速率最小的是( )
4.一定温度下,在容积恒定的密闭容器中,进行可逆反应:A(s)+2B(g)C(g)+D(g),当下列物理量不再发生变化时,能说明该反应已达到平衡状态的是( )
①混合气体的密度 ②容器内气体的压强③混合气体的总物质的量 ④B物质的量浓度
A.①④ B.②③ C.②③④ D.④
5.一定温度下,向容积为2 L的密闭容器中通入两种气体发生化学反应,反应中各物质的物质的量变化如图所示,对该反应的推断合理的是( )
A.该反应的化学方程式为3B+4D6A+2C
B.反应进行到1 s时,v(A)=v(C)
C.反应进行到6 s时,B的平均反应速率为0.05 ml·L-1·s-1
D.反应进行到6 s时,各物质的反应速率相等
6.在密闭容器中投入一定量反应物发生储氢反应:LaNi5(s)+3H2(g)LaNi5H6(s)ΔH=-301 kJ·ml-1。在某温度下,达到平衡状态,测得氢气压强为2 MPa。下列说法不正确的是( )
A.当LaNi5的浓度不再变化时,该反应达到平衡状态
B.若温度不变,缩小容器的容积至原来的一半,重新达到平衡时H2的压强仍为2 MPa
C.扩大容器的容积,重新达到平衡时n(H2)增多 D.增大压强,降低温度,有利于储氢
7.在如图所示的三个容积相同的容器①②③中进行如下反应:3A(g)+B(g)2C(g) ΔH<0。若起始温度相同,分别向三个容器中通入3 ml A和1 ml B,则达到平衡时各容器中C物质的体积分数由大到小的顺序为( )
A.③②① B.③①② C.①②③ D.②①③
8．我国科学家研究出在S -In催化剂上实现高选择性、高活性电催化还原CO2制甲酸。图1表示不同催化剂及活性位上生成H*的能量变化，图2表示反应历程，其中吸附在催化剂表面的物种用*标注。下列说法错误的是( )
A．S -In/S表面更容易生成H*
B．S2－与K＋(H2O)n微粒间的静电作用促进了H2O的活化
C．CO2经两步转化生成HCOO－
D．H*＋OH－―→eq \f(1,2)H2＋*＋OH－相对能量变化越小，越有利于抑制H*复合成H2
9.某温度下气体反应达到化学平衡,平衡常数K=,恒容时,若温度适当降低,F的浓度增加,下列说法正确的是( )
A.增大c(A)、c(B),K增大 B.降低温度,正反应速率增大
C.该反应的焓变为负值 D.该反应的化学方程式为2E(g)+F(g)A(g)+2B(g)
10.在2 L的密闭容器中充入3 ml Z,发生反应:3Z(g)2X(g)+Y(g)ΔH<0,反应过程中持续升高温度,测得混合体系中Z的体积分数与温度的关系如图所示。下列推断正确的是( )
A.升高温度,平衡常数增大
B.W点时,Z的正反应速率等于Z的逆反应速率
C.Q点时,Z的转化率最大
D.平衡时在相同条件下再充入Z,则达到新平衡时Z的体积分数比原平衡时大
二、选择题(每小题有一个或两个选项符合题目要求,全部选对得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
11．(2022·湖南，12改编)反应物(S)转化为产物(P或P·Z)的能量与反应进程的关系如图所示：下列有关四种不同反应进程的说法正确的是( )
A．进程Ⅰ是吸热反应
B．平衡时P的产率：Ⅱ>Ⅰ
C．生成P的速率：Ⅲ>Ⅱ
D．进程Ⅳ中，Z没有催化作用
12.T ℃时,在一固定容积的密闭容器中发生反应:A(g)+B(g)C(s) ΔH<0,按照不同配比充入A、B,达到平衡时容器中A、B浓度变化如图中曲线(实线)所示,下列判断正确的是( )
A.T ℃时,该反应的平衡常数K为4 ml·L-1 B.c点没有达到平衡,此时反应向逆向进行
C.T ℃时,a点反应物B的转化率小于b点反应物B的转化率
D.若c点为平衡点,则此时容器内的温度高于T ℃
13．(2023·天津高二检测)工业上可通过甲醇羰基化法制取甲酸甲酯：CH3OH(g)＋CO(g)HCOOCH3(g)，在容积固定的密闭容器中，投入等物质的量CH3OH和CO，测得相同时间内CO的转化率随温度的变化如图所示。下列说法不正确的是( )
A．增大压强，甲醇转化率增大
B．b点反应速率v正＝v逆
C．平衡常数：K(75 ℃)>K(85 ℃)，反应速率：vb>vd
D．生产时反应温度控制在80～85 ℃为宜
14.(2021·广东，14)反应X===2Z经历两步：①X→Y；②Y→2Z。反应体系中X、Y、Z的浓度c随时间t的变化曲线如图所示。下列说法不正确的是( )
A．a为c(X)随t的变化曲线
B．t1时，c(X)＝c(Y)＝c(Z)
C．t2时，Y的消耗速率大于生成速率
D．t3后，c(Z)＝2c0－c(Y)
15.取五等份NO2,分别充入五个温度不同、容积相同的恒容密闭容器中,发生反应:2NO2(g)N2O4(g) ΔH<0,反应相同时间后,分别测定体系中NO2的体积分数[φ(NO2)],并作出其随反应温度(T)变化的关系图。下列示意图中,可能与实验结果相符的是( )
16．合成氨反应为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。图1表示在一定温度下此反应过程中的能量变化。图2表示在2 L的密闭容器中反应时N2的物质的量随时间的变化曲线。图3表示在其他条件不变的情况下，改变起始物氢气的物质的量，平衡时NH3的质量分数w(NH3)的变化曲线。
下列说法正确的是( )
A．该反应为自发反应，由图1可得加入适当的催化剂，E和ΔH都减小
B．图2中0～10 min内该反应的平均速率v(H2)＝0.045 ml·L－1·min－1，从11 min起其他条件不变，压缩容器的体积为1 L，则n(N2)的变化曲线为d
C．图3中，a、b、c三点所处的平衡状态中，反应物N2的转化率最高的是b点
D．图3中T1和T2表示温度，对应温度下的平衡常数为K1、K2，则：T1>T2，K1>K2
17.(2021·湖南，11)已知：A(g)＋2B(g)3C(g) ΔH<0，向一恒温恒容的密闭容器中充入1 ml A和3 ml B发生反应，t1时达到平衡状态Ⅰ，在t2时改变某一条件，t3时重新达到平衡状态Ⅱ，正反应速率随时间的变化如图所示。下列说法正确的是( )
A．容器内压强不变，表明反应达到平衡
B．t2时改变的条件：向容器中加入C
C．平衡时A的体积分数φ：φ(Ⅱ)>φ(Ⅰ)
D．平衡常数K：K(Ⅱ)18.汽车尾气中的NO和CO可在催化剂作用下生成无污染的气体而被除去。在恒容密闭容器中充入1 ml CO和0.8 ml NO,发生反应2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) ΔH<0,测得平衡时NO的体积分数与温度、压强的关系如图所示,下列说法正确的是( )
A.温度:T2>T1
B.正反应速率:v(d)C.平衡常数:Kb=KdD.T1时,测得CO的平衡转化率为40%,则T1时反应的平衡常数为
19.相同温度下,容积均为0.25 L的两个恒容密闭容器中发生可逆反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.2 kJ·ml-1。实验测得起始时的有关数据如表所示:
下列叙述错误的是( )
A.容器①②中反应的平衡常数相等 B.平衡时,两个容器中NH3的体积分数均为
C.容器②中达到平衡时放出的热量Q=23.05 kJ
D.若容器①的容积为0.5 L,则平衡时放出的热量小于23.05 kJ
三、非选择题(本题包括5小题,共60分)
20.(12分)二甲醚(CH3OCH3)可作为一种新型能源。
已知:Ⅰ.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1=-99 kJ·ml-1
Ⅱ.2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH2=-24 kJ·ml-1
Ⅲ.CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH3=-41 kJ·ml-1
回答下列问题:
(1)写出CO(g)和H2(g)反应生成CO2(g)和CH3OCH3(g)的热化学方程式________
___________________________________________________________________。
(2)下列既能提高反应Ⅰ中CO的平衡转化率,又能增大反应速率的是________(填字母)。
a.增大压强 b.降低温度
c.增大H2浓度 d.加高效催化剂
(3)在某恒温、恒容容器中发生反应Ⅲ,能说明该反应达到平衡的是________(填字母)。
a.气体平均相对分子质量保持不变 b.ΔH3保持不变
c.保持不变 d.气体密度保持不变
(4)在一定温度(T ℃)下,向某恒容密闭容器中通入一定量CH3OH气体,只发生反应Ⅱ。气体混合物中CH3OCH3的物质的量分数[φ(CH3OCH3)]与反应时间(t)有关数据如表所示。
①该温度下,上述反应的平衡常数K为________(用分数表示)。
②反应速率v=v正-v逆,其中v正=k正·φ2(CH3OH)、v逆=k逆·φ(CH3OCH3)·
φ(H2O),k正、k逆分别为正、逆反应速率常数,只与温度有关。15 min时,=________(结果保留2位小数)。
(5)在密闭容器中发生反应Ⅲ,平衡常数为K。pK(pK=-lgK)与温度的关系如图所
示,图中曲线________(填“a”或“b”)能反映平衡常数变化趋势。
21.(12分)氢气、一氧化碳、二氧化碳是最常见的气体。回答下列问题:
(1)宇航员呼吸产生的CO2用镍催化剂反应处理,实现空间站中的O2循环利用。
镍催化剂反应:CO2(g)+4H2(g)===CH4(g)+2H2O(g) ΔH
已知:①H2(g)+O2(g)===H2O(g) ΔH=-a kJ·ml-1,
②CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-b kJ·ml-1,
③H2O(g)===H2O(l) ΔH=-c kJ·ml-1
则镍催化剂反应的ΔH=________kJ·ml-1;
(2)向1 L恒容密闭容器中加入2 ml CO、4 ml H2,在适当的催化剂和一定条件作用下发生反应:2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(l)+H2O(l) ΔH=+71 kJ·ml-1
①该反应________自发进行(填“高温”“低温”或“不能”)。其判断理由是________
___________________________________________________________________。
②下列叙述能说明此反应达到平衡状态的是________(填字母)。
a.混合气体的平均相对分子质量保持不变 b.混合气体的密度保持不变
c.CO和H2的体积分数保持不变d.CO和H2的转化率相等 e.气体总压强保持不变
f.1 ml CO生成的同时有1 ml O—H键断裂
(3)已知CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH<0,在一定条件下,某反应过程中部分数据如表:
①0~5 min内,用H2O(g)表示的化学反应速率v(H2O)=____________ml·L-1·min-1。
②达到平衡时,该反应的平衡常数的值K=________(用分数表示),平衡时H2的转化率是________。
③在其他条件不变的情况下,若30 min时改变温度为T2 ℃,此时H2的物质的量为2.8 ml,则T1________T2(填“>”“<”或“=”),理由是______________________________。
在其他条件不变的情况下,若30 min时向容器中再充入1 ml CO2(g)和1 ml H2O(g),则平衡________移动(填“正向”“逆向”或“不”)。
22.(10分)H2的制取是科学研究的重要课题。甲烷水蒸气重整和水蒸气变换制氢的反应:
反应i.H2O(g)+CH4(g)CO(g)+3H2(g) ΔH1=+206 kJ·ml-1 ;
反应ii.H2O(g)+CO(g)CO2(g)+H2(g) ΔH2=a kJ·ml-1 ;
反应iii.CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH3=b kJ·ml-1 。
回答下列问题:
(1)已知:H2O(g)H2O(l) ΔH=-44 kJ·ml-1;CO(g)、H2(g)的摩尔燃烧焓分别为-283 kJ·ml-1和-286 kJ·ml-1。反应ii中a=__________。
(2)实验测得反应体系中,温度和n(CO2)/n(H2O)对n(H2)/n(CO)的影响如图所示:
①随体系反应温度和n(CO2)/n(H2O)增大,体系中n(H2)/n(CO)逐渐接近1的原因是____________________________________________________________________。
②在生产中要提高平衡体系H2的体积分数应采取的措施有______________________________________(写出两条即可)。1 000 ℃,达到平衡时,体系中n(CO2)/n(H2O)为2.0,n(H2)/n(CO)为1.1,该温度下反应ii的化学平衡常数为__________。
23.(12分)某学生为了探究影响化学反应速率的外界因素,进行以下实验。
(1)向100 mL稀硫酸中加入过量的锌粉,标准状况下测得数据累计值如下:
①在0~1、1~2、2~3、3~4、4~5 min各时间段中:反应速率最大的时间段是____________min,主要的原因可能___________________________________________________________。
②为了减缓反应速率但不减少产生氢气的量,可以在稀硫酸中加入________(填字母)。
a.Na2CO3溶液 b.NaOH溶液 c.KNO3溶液d.蒸馏水
(2)进行以下对比实验,并记录实验现象。
实验Ⅰ:
实验Ⅱ:另取两支试管分别加5 mL 5% H2O2溶液和5 mL 10% H2O2溶液,均未观察到有明显的气泡产生。
①实验Ⅰ的目的是_____________________________________________________。
②实验Ⅱ未观察到预期现象,为了达到该实验的目的,可采取的改进措施是______________________________________。
(3)为了研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响,该同学设计了如下一系列的实验。将表中所给的混合溶液分别加入过量Zn粒的反应瓶中,收集产生的气体,记录获得相同体积的气体所需的时间。
请完成该实验设计:V1=____________, V4=____________。
24.(14分)(2021·湖南选择考节选)氨气中氢含量高,是一种优良的小分子储氢载体,且安全、易储运,可通过下面两种方法由氨气得到氢气。
方法I:氨热分解法制氢气
相关化学键的键能数据
一定温度下,利用催化剂将NH3分解为N2和H2。回答下列问题:
(1)已知反应2NH3(g)N2(g)+3H2(g)的ΔH=+90.8 kJ·ml-1、ΔS=198.9 J·ml-1·K-1,在下列哪些温度下反应能自发进行?________(填标号)
A.25 ℃ B.125 ℃ C.225 ℃ D.325 ℃
(2)某兴趣小组对该反应进行了实验探究。在一定温度和催化剂的条件下,将0.1 ml NH3通入3 L的密闭容器中进行反应(此时容器内总压为200 kPa),各物质的分压随时间的变化曲线如图所示。
①若保持容器体积不变,t1时反应达到平衡,用H2的浓度变化表示0~t1时间内的反应速率v(H2)=________ml·L-1·min-1(用含t1的代数式表示)
②t2时将容器体积迅速缩小至原来的一半并保持不变,图中能正确表示压缩后N2分压变化趋势的曲线是________(用图中a、b、c、d表示),理由是___________
___________________________________________________________________。
③在该温度下,反应的标准平衡常数Kθ=________。[已知:分压=总压×该组分物质的量分数,对于反应dD(g)+eE(g)gG(g)+hH(g),Kθ=,其中pθ=100 kPa,pG、pH、pD、pE为各组分的平衡分压]。
第二章习题
一、选择题(本题包括10小题,每小题2分,共20分,每小题只有一项符合题目要求)
1.“活化分子”是衡量化学反应速率快慢的重要依据,下列说法中不正确的是( )
A.活化分子之间的碰撞一定是有效碰撞
B.增大反应物的浓度,可使单位体积内的活化分子增多,反应速率加快
C.对于有气体参加的反应,通过压缩容器增大压强,可使单位体积内的活化分子增多,反应速率加快
D.催化剂能降低反应的活化能,使单位体积内的活化分子百分数增加
【解析】选A。活化分子之间的碰撞必须有合适的取向才能引发化学反应,才是有效碰撞,A错误;增大反应物的浓度,活化分子的浓度增大,使单位体积内的活化分子增多,反应速率加快,B正确;对于有气体参加的反应,通过压缩容器增大压强,气体的浓度增大,单位体积内的活化分子增多,反应速率加快,C正确;加入催化剂,反应的活化能降低,活化分子增多,单位体积内的活化分子百分数增加,反应速率加快,D正确。
2.在实验或生活中为了控制反应速率,下列做法不正确的是( )
A.用过氧化氢制取氧气时可加入少量的二氧化锰以增大反应速率
B.为加快制取氢气的速率可以用锌粒代替锌片
C.为降低浓硫酸与Cu反应制备SO2的速率可以采用稀硫酸代替浓硫酸
D.为了延长疫苗的保质期在运输和保存的过程中最好保持较低的温度
【解析】选C。稀硫酸与Cu不反应,而浓硫酸与Cu在加热条件下反应才能制备SO2,故C错误。
3.四个体积相同的密闭容器中,在一定条件下,发生如下反应:N2+3H22NH3,化学反应速率最小的是( )
【解析】选D。反应速率快慢,看温度,温度低,反应速率慢,A、B两个选项温度高,且使用了催化剂,因此C、D两个选项中反应速率比A、B小,相同温度下,看浓度,浓度小,反应速率慢,故选项D符合题意。
4.一定温度下,在容积恒定的密闭容器中,进行可逆反应:A(s)+2B(g)C(g)+D(g),当下列物理量不再发生变化时,能说明该反应已达到平衡状态的是( )
①混合气体的密度 ②容器内气体的压强
③混合气体的总物质的量 ④B物质的量浓度
A.①④ B.②③
C.②③④ D.④
【解析】选A。根据反应方程式可知该反应是反应前后气体分子数不变的反应,即在反应过程中,混合气体的总物质的量和容器内气体的压强始终不变,②③不正确。混合气体的密度是混合气体的质量和容器的容积之比,容器的容积不变,但混合气体的质量是变化的,所以当混合气体的密度不再变化时,可以说明反应达到平衡状态,①正确。反应体系中气体的浓度或含量不再发生变化时,说明反应达到平衡状态,④正确。
5.一定温度下,向容积为2 L的密闭容器中通入两种气体发生化学反应,反应中各物质的物质的量变化如图所示,对该反应的推断合理的是( )
A.该反应的化学方程式为3B+4D6A+2C
B.反应进行到1 s时,v(A)=v(C)
C.反应进行到6 s时,B的平均反应速率为0.05 ml·L-1·s-1
D.反应进行到6 s时,各物质的反应速率相等
【解析】选C。由图像可知,B、C的物质的量减小,是反应物,A、D的物质的量增大,是生成物,前6 s内,Δn(B)∶Δn(C)∶Δn(A)∶Δn(D)=(1.0-0.4)∶(1.0-0.2)∶(1.2-0)∶(0.4-0)=3∶4∶6∶2,故反应的化学方程式为3B+4C6A+2D,A项错误;v(A)∶v(C)=3∶2,B项错误;反应进行到6 s时,v(B)==0.05 ml·L-1·s-1,C项正确;反应进行到6 s时,反应达到平衡状态,但各物质的反应速率并不相等,D项错误。
7.在密闭容器中投入一定量反应物发生储氢反应:LaNi5(s)+3H2(g)LaNi5H6(s)
ΔH=-301 kJ·ml-1。在某温度下,达到平衡状态,测得氢气压强为2 MPa。下列说法不正确的是( )
A.当LaNi5的浓度不再变化时,该反应达到平衡状态
B.若温度不变,缩小容器的容积至原来的一半,重新达到平衡时H2的压强仍为2 MPa
C.扩大容器的容积,重新达到平衡时n(H2)增多
D.增大压强,降低温度,有利于储氢
【解析】选A。LaNi5是固体,在反应过程中,其浓度始终不变,不能根据固体的浓度不变判断反应是否达到平衡状态,A错误;温度不变,缩小容器的容积至原来的一半,平衡常数Kp=不变,则重新达到平衡时H2的压强仍为2 MPa,B正确;扩大容器的容积,相当于减小压强,平衡向逆反应方向移动,则n(H2)增多,C正确;该反应的正反应是气体分子总数减小的放热反应,因此增大压强、降低温度,平衡正向移动,有利于储氢,D正确。
6.在如图所示的三个容积相同的容器①②③中进行如下反应:3A(g)+B(g)2C(g) ΔH<0。若起始温度相同,分别向三个容器中通入3 ml A和1 ml B,则达到平衡时各容器中C物质的体积分数由大到小的顺序为( )
A.③②① B.③①② C.①②③ D.②①③
【解析】选A。①与②相比,由于②能把反应产生的热量散到空气中,相比①来说相当于降低温度,平衡正向移动,故平衡时C的体积分数:②>①;②与③相比,由于该反应是气态物质系数减小的反应,故③中活塞下移,相对②来说,相当于给体系增大压强,平衡正向移动,故C的体积分数:③>②。
8．我国科学家研究出在S -In催化剂上实现高选择性、高活性电催化还原CO2制甲酸。图1表示不同催化剂及活性位上生成H*的能量变化，图2表示反应历程，其中吸附在催化剂表面的物种用*标注。下列说法错误的是( )
A．S -In/S表面更容易生成H*
B．S2－与K＋(H2O)n微粒间的静电作用促进了H2O的活化
C．CO2经两步转化生成HCOO－
D．H*＋OH－―→eq \f(1,2)H2＋*＋OH－相对能量变化越小，越有利于抑制H*复合成H2
答案 C
解析 根据图1，S -In/S表面生成H*的活化能最低，因此更容易生成H*，A项正确；根据图2可知，S2－与K＋(H2O)n微粒间的静电作用促进了H2O的活化，B项正确；根据图2，CO2生成HCOO－的步骤为CO2→COeq \\al(*,2)→HCOO*→HCOO－，经过三步转化，C项错误；H*＋OH－
―→eq \f(1,2)H2＋*＋OH－为放热过程，其相对能量变化越小，放出热量越少，越不易使反应物分子活化，因此越有利于抑制H*复合成H2，D项正确。
9.某温度下气体反应达到化学平衡,平衡常数K=,恒容时,若温度适当降低,F的浓度增加,下列说法正确的是( )
A.增大c(A)、c(B),K增大
B.降低温度,正反应速率增大
C.该反应的焓变为负值
D.该反应的化学方程式为2E(g)+F(g)A(g)+2B(g)
【解析】选D。平衡常数K只随温度的变化而变化,与浓度变化无关,A错;降低温度,正、逆反应速率均减小,B错;降温时,F的浓度增大,说明平衡逆向移动,正反应是吸热反应,则焓变为正值,C错。
10.在2 L的密闭容器中充入3 ml Z,发生反应:3Z(g)2X(g)+Y(g) ΔH<0,反应过程中持续升高温度,测得混合体系中Z的体积分数
与温度的关系如图所示。下列推断正确的是( )
A.升高温度,平衡常数增大
B.W点时,Z的正反应速率等于Z的逆反应速率
C.Q点时,Z的转化率最大
D.平衡时在相同条件下再充入Z,则达到新平衡时Z的体积分数比原平衡时大
【解析】选C。A项,升高温度,平衡逆向移动,所以平衡常数减小,错误;B项,W点时,反应并未达到平衡状态,错误;C项,Q点时,Z的体积分数最小,故Z的转化率最大,正确;D项,因该反应是反应前后气体分子数不变的反应,相同条件下再充入Z,则达到的新平衡与原平衡互为等效平衡,故Z的体积分数与原平衡时相同,错误。
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目要求,全部选对得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
11．(2022·湖南，12改编)反应物(S)转化为产物(P或P·Z)的能量与反应进程的关系如图所示：
下列有关四种不同反应进程的说法正确的是( )
A．进程Ⅰ是吸热反应
B．平衡时P的产率：Ⅱ>Ⅰ
C．生成P的速率：Ⅲ>Ⅱ
D．进程Ⅳ中，Z没有催化作用
答案 D
解析 由图可知，进程Ⅰ中S的总能量大于产物P的总能量，因此进程Ⅰ是放热反应，A不正确；进程Ⅱ中使用了催化剂X，但是催化剂不能改变平衡产率，因此两个进程平衡时P的产率相同，B不正确；进程Ⅲ中由S·Y转化为P·Y的活化能高于进程Ⅱ中由S·X转化为P·X的活化能，由于这两步反应分别是两个进程的决速步骤，因此生成P的速率：Ⅲ<Ⅱ，C不正确；由图可知，进程Ⅳ中S吸附到Z表面生成S·Z，然后S·Z转化为产物P·Z，由于P·Z没有转化为P＋Z，因此，Z没有催化作用，D正确。
11.T ℃时,在一固定容积的密闭容器中发生反应:A(g)+B(g)C(s) ΔH<0,按照不同配比充入A、B,达到平衡时容器中A、B浓度变化如图中曲线(实线)所示,下列判断正确的是( )
A.T ℃时,该反应的平衡常数K为4 ml·L-1
B.c点没有达到平衡,此时反应向逆向进行
C.T ℃时,a点反应物B的转化率小于b点反应物B的转化率
D.若c点为平衡点,则此时容器内的温度高于T ℃
【解析】选D。A.A(g)+B(g)C(s)的平衡常数K===0.25(L2·ml-2),故A错误;B.依据图像分析可知,c点时c(A)·c(B)>4 ml2·L-2,故浓度商Q=13．(2023·天津高二检测)工业上可通过甲醇羰基化法制取甲酸甲酯：CH3OH(g)＋CO(g)HCOOCH3(g)，在容积固定的密闭容器中，投入等物质的量CH3OH和CO，测得相同时间内CO的转化率随温度的变化如图所示。下列说法不正确的是( )
A．增大压强，甲醇转化率增大
B．b点反应速率v正＝v逆
C．平衡常数：K(75 ℃)>K(85 ℃)，反应速率：vb>vd
D．生产时反应温度控制在80～85 ℃为宜
答案 BC
解析 CH3OH(g)＋CO(g)HCOOCH3(g)正向是气体体积减小的反应，增大压强，平衡向正反应方向移动，甲醇的转化率增大，故A正确；由题图可知，温度低于83 ℃左右时，随着温度的升高，CO的转化率增大，83 ℃时反应达到平衡，b点时反应没有达到平衡，仍向正反应方向进行，v正>v逆，故B错误；由题图可知，温度高于83 ℃时，随着温度的升高，CO的转化率减小，说明升高温度平衡逆向移动，平衡常数减小，因此K(75 ℃)>K(85 ℃)，温度越高反应速率越大，因此反应速率：vb14.(2021·广东，14)反应X===2Z经历两步：①X→Y；②Y→2Z。反应体系中X、Y、Z的浓度c随时间t的变化曲线如图所示。下列说法不正确的是( )
A．a为c(X)随t的变化曲线
B．t1时，c(X)＝c(Y)＝c(Z)
C．t2时，Y的消耗速率大于生成速率
D．t3后，c(Z)＝2c0－c(Y)
答案 D
解析 X是唯一的反应物，随着反应的发生，其浓度不断减小，因此，a为c(X)随t的变化曲线，A正确；由图可知，分别代表3种不同物质的曲线相交于t1时刻，因此t1时，c(X)＝c(Y)＝c(Z)，B正确；由图中信息可知，t2时刻以后，Y的浓度仍在不断减小，说明t2时Y的消耗速率大于生成速率，C正确；由图可知，t3时刻反应①完成，X完全转化为Y，若无反应②发生，则Y的浓度为c0，由于反应②Y→2Z的发生，t3时刻后Y的浓度的变化量为c0－c(Y)，则生成的Z为c(Z)＝2c0－2c(Y)，D不正确。
14．合成氨反应为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。图1表示在一定温度下此反应过程中的能量变化。图2表示在2 L的密闭容器中反应时N2的物质的量随时间的变化曲线。图3表示在其他条件不变的情况下，改变起始物氢气的物质的量，平衡时NH3的质量分数w(NH3)的变化曲线。
下列说法正确的是( )
A．该反应为自发反应，由图1可得加入适当的催化剂，E和ΔH都减小
B．图2中0～10 min内该反应的平均速率v(H2)＝0.045 ml·L－1·min－1，从11 min起其他条件不变，压缩容器的体积为1 L，则n(N2)的变化曲线为d
C．图3中，a、b、c三点所处的平衡状态中，反应物N2的转化率最高的是b点
D．图3中T1和T2表示温度，对应温度下的平衡常数为K1、K2，则：T1>T2，K1>K2
答案 B
解析 加入催化剂，活化能E减小，但ΔH不变，A项错误；图3中c点起始时加入的H2最多，N2的转化率最高，C项错误；因合成氨正反应是放热反应，升高温度，平衡左移，图3中当n(H2)相同时，T1温度下达到平衡时的w(NH3)高于T2温度下达到平衡时的w(NH3)，所以T115.(2021·湖南，11)已知：A(g)＋2B(g)3C(g) ΔH<0，向一恒温恒容的密闭容器中充入1 ml A和3 ml B发生反应，t1时达到平衡状态Ⅰ，在t2时改变某一条件，t3时重新达到平衡状态Ⅱ，正反应速率随时间的变化如图所示。下列说法正确的是( )
A．容器内压强不变，表明反应达到平衡
B．t2时改变的条件：向容器中加入C
C．平衡时A的体积分数φ：φ(Ⅱ)>φ(Ⅰ)
D．平衡常数K：K(Ⅱ)答案 BC
解析 容器内发生的反应为A(g)＋2B(g)3C(g)，该反应是气体分子数不变的可逆反应，所以在恒温恒容条件下，气体的压强始终保持不变，则容器内压强不变，不能说明反应达到平衡状态，A错误；根据图像变化曲线可知，t2～t3过程中，t2时v正′瞬间不变，平衡过程中不断增大，则说明平衡向逆反应方向移动，且不是“突变”图像，属于“渐变”过程，所以排除温度与催化剂等影响因素，改变的条件为向容器中加入C，B正确；最初加入体系中的A和B的物质的量的比值为1∶3，当向体系中加入C时，平衡逆向移动，最终A和B各自物质的量增加的比例为1∶2，因此平衡时A的体积分数：φ(Ⅱ)>φ(Ⅰ)，C正确；平衡常数K与温度有关，因该反应在恒温条件下进行，所以K保持不变，D错误。
12.取五等份NO2,分别充入五个温度不同、容积相同的恒容密闭容器中,发生反应:2NO2(g)N2O4(g) ΔH<0,反应相同时间后,分别测定体系中NO2的体积分数[φ(NO2)],并作出其随反应温度(T)变化的关系图。下列示意图中,可能与实验结果相符的是( )
【解析】选B、D。恒容条件下,在五个温度不同的密闭容器中同时通入等量的NO2,反应相同的时间,那么有三种可能的情况:一是全部反应已达到平衡状态,二是部分反应还没有达到平衡状态,三是全部反应没有达到平衡状态。若五个容器中的反应在反应相同的时间后,均已达到平衡,则因为该反应是放热反应,故温度升高,平衡向逆反应方向移动,NO2的体积分数增大,所以B正确。若五个容器中的反应有未达到平衡状态的,则反应正向进行,那么温度越高,反应速率越快,则NO2转化得越快,故NO2的体积分数减少;而对于其他达到平衡状态的反应,随着温度升高,平衡左移,NO2的体积分数增大,D正确。若五个容器中的反应均未达到平衡状态,那么随着温度的升高,反应速率增大,则NO2的体积分数持续降低。
13.固体碘化铵置于密闭容器中,加热至一定温度后保持温度不变,容器中发生反应:
①NH4I(s)NH3(g)+HI(g)、
②2HI(g)H2(g)+I2(g),测得平衡时c(I2)=0.5 ml·L-1,反应①的平衡常数为20,则下列结论不正确的是( )
A.平衡时c(NH3)=5 ml·L-1
B.平衡时HI分解率为20%
C.混合气体的平均摩尔质量不再发生变化可以作为判断该反应达到平衡状态的标志
D.平衡后缩小容器容积,NH4I的物质的量增加,I2的物质的量不变
【解析】选C、D。设碘化铵生成氨气和碘化氢的浓度为x ml·L-1,则
2HI(g)H2(g)+I2(g)
起始/(ml·L-1) x 0 0
变化/(ml·L-1) 1 0.50.5
平衡/(ml·L-1) x-1 0.50.5
根据反应①的平衡常数为20,得x(x-1)=20,解得x=5,c(NH3)=5 ml·L-1,A项正确;平衡时HI分解率为×100%=20%,B项正确;反应①固体生成气体,气体的平均摩尔质量始终不变,反应②反应前后物质的量不变,气体的平均摩尔质量始终不变,故混合气体的平均摩尔质量不再发生变化不可以作为判断该反应达到平衡状态的标志,C项错误;平衡后缩小容器容积,平衡①逆向移动,NH4I的物质的量增加,HI的物质的量减小,平衡②逆向移动,则I2的物质的量减小,D项错误。
14.汽车尾气中的NO和CO可在催化剂作用下生成无污染的气体而被除去。在恒容密闭容器中充入1 ml CO和0.8 ml NO,发生反应2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) ΔH<0,测得平衡时NO的体积分数与温度、压强的关系如图所示,下列说法正确的是( )
A.温度:T2>T1
B.正反应速率:v(d)C.平衡常数:Kb=KdD.T1时,测得CO的平衡转化率为40%,则T1时反应的平衡常数为
【解析】选A、B。A.该反应为放热反应,相同条件下,升高温度,平衡向逆反应方向移动,NO的体积分数增大,根据图像可知T2>T1,故A正确;B.根据A选项分析,T2>T1,相同条件下,温度越高,反应速率越快,根据图像可知,c点温度高于d点,即v(d)Ka=Kc,故C错误;D.平衡常数是生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值,题中没有指明容器的体积,无法计算平衡常数,故D错误。
15.相同温度下,容积均为0.25 L的两个恒容密闭容器中发生可逆反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.2 kJ·ml-1。实验测得起始时的有关数据如表所示:
下列叙述错误的是( )
A.容器①②中反应的平衡常数相等
B.平衡时,两个容器中NH3的体积分数均为
C.容器②中达到平衡时放出的热量Q=23.05 kJ
D.若容器①的容积为0.5 L,则平衡时放出的热量小于23.05 kJ
【解析】选C。对于给定反应,平衡常数只与温度有关,温度相同,平衡常数相同,A正确;由①中放出的热量可知,参加反应的N2为0.25 ml,则有
N2(g)+3H2(g)2NH3(g)
n(起始物质的量)/ml 1 3 0
n(转化物质的量)/ml 0.25 0.75 0.5
n(平衡物质的量)/ml 0.75 2.25 0.5
则①中NH3的体积分数为=,由于①和②中建立的平衡是相同的,所以两容器中NH3的体积分数均为,B正确;①和②建立的平衡是相同的,②中起始时充入0.9 ml N2,达到平衡时相当于有0.15 ml N2参加反应,则平衡时放出的热量小于23.05 kJ,C不正确;若容器①的容积为0.5 L,相当于在原来的基础上减小压强,平衡逆向移动,则平衡时放出的热量小于23.05 kJ,D正确。
三、非选择题(本题包括5小题,共60分)
16.(12分)二甲醚(CH3OCH3)可作为一种新型能源。
已知:
Ⅰ.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
ΔH1=-99 kJ·ml-1
Ⅱ.2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH2=-24 kJ·ml-1
Ⅲ.CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH3=-41 kJ·ml-1
回答下列问题:
(1)写出CO(g)和H2(g)反应生成CO2(g)和CH3OCH3(g)的热化学方程式________
___________________________________________________________________。
(2)下列既能提高反应Ⅰ中CO的平衡转化率,又能增大反应速率的是________(填字母)。
a.增大压强 b.降低温度
c.增大H2浓度 d.加高效催化剂
(3)在某恒温、恒容容器中发生反应Ⅲ,能说明该反应达到平衡的是________(填字母)。
a.气体平均相对分子质量保持不变
b.ΔH3保持不变
c.保持不变
d.气体密度保持不变
(4)在一定温度(T ℃)下,向某恒容密闭容器中通入一定量CH3OH气体,只发生反应Ⅱ。气体混合物中CH3OCH3的物质的量分数[φ(CH3OCH3)]与反应时间(t)有关数据如表所示。
①该温度下,上述反应的平衡常数K为________(用分数表示)。
②反应速率v=v正-v逆,其中v正=k正·
φ2(CH3OH)、v逆=k逆·φ(CH3OCH3)·
φ(H2O),k正、k逆分别为正、逆反应速率常数,只与温度有关。15 min时,=________(结果保留2位小数)。
(5)在密闭容器中发生反应Ⅲ,平衡常数为K。pK(pK=-lgK)与温度的关系如图所
示,图中曲线________(填“a”或“b”)能反映平衡常数变化趋势。
【解析】(1)根据盖斯定律,由Ⅰ×2+Ⅱ+Ⅲ,可得3CO(g)+3H2(g)CH3OCH3(g)+CO2(g) ΔH=-99 kJ·ml-1×2-24 kJ·ml-1-41 kJ·ml-1=-263 kJ·ml-1。
(2)增大压强,反应速率加快,平衡向正反应方向移动,CO的平衡转化率增大,a正确;降低温度,反应速率减慢,b错误;增大H2浓度,反应速率加快,平衡向正反应方向移动,CO的平衡转化率增大,c正确;加高效催化剂,反应速率加快,但平衡不移动,CO的平衡转化率不变,d错误。
(3)该反应体系中各物质均为气体,气体总质量不变,且反应前后气体分子数不变,因此气体平均相对分子质量始终不变,a错误;反应热只与反应物总能量与反应产物总能量相对大小有关,故ΔH3始终不变,b错误;保持不变,即CO、CO2的物质的量均保持不变,可以说明反应达到平衡,c正确;气体总质量不变,又反应在恒容密闭容器中进行,因此气体密度始终不变,d错误。
(4)①设起始时通入的CH3OH为a ml,容器体积为V L,根据题表中数据可知,80 min时反应处于平衡状态,平衡时CH3OCH3、H2O(g)均为0.1a ml,CH3OCH3为0.8a ml,故反应的平衡常数K==。②反应Ⅱ达平衡时v正=v逆,即
k正·φ2(CH3OH)=k逆·φ(CH3OCH3)·φ(H2O),
则=。温度不变,为一定值,则15 min时,=
=×
=×
≈5.06。
(5)平衡常数只与温度有关,反应Ⅲ为放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,K减小,pK增大,曲线a能反映平衡常数变化趋势。
答案:(1)3CO(g)+3H2(g)CH3OCH3(g)+CO2(g) ΔH=-263 kJ·ml-1
(2)ac (3)c (4)① ②5.06 (5)a
17.(12分)氢气、一氧化碳、二氧化碳是最常见的气体。回答下列问题:
(1)宇航员呼吸产生的CO2用镍催化剂反应处理,实现空间站中的O2循环利用。
镍催化剂反应:CO2(g)+4H2(g)===CH4(g)+2H2O(g) ΔH
已知:①H2(g)+O2(g)===H2O(g) ΔH=-a kJ·ml-1,
②CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-b kJ·ml-1,
③H2O(g)===H2O(l) ΔH=-c kJ·ml-1
则镍催化剂反应的ΔH=________kJ·ml-1;
(2)向1 L恒容密闭容器中加入2 ml CO、4 ml H2,在适当的催化剂和一定条件作用下发生反应:2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(l)+H2O(l) ΔH=+71 kJ·ml-1
①该反应________自发进行(填“高温”“低温”或“不能”)。其判断理由是________
___________________________________________________________________。
②下列叙述能说明此反应达到平衡状态的是________(填字母)。
a.混合气体的平均相对分子质量保持不变
b.混合气体的密度保持不变
c.CO和H2的体积分数保持不变
d.CO和H2的转化率相等
e.气体总压强保持不变
f.1 ml CO生成的同时有1 ml O—H键断裂
(3)已知CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH<0,在一定条件下,某反应过程中部分数据如表:
①0~5 min内,用H2O(g)表示的化学反应速率v(H2O)=____________ml·L-1·min-1。
②达到平衡时,该反应的平衡常数的值K=________(用分数表示),平衡时H2的转化率是________。
③在其他条件不变的情况下,若30 min时改变温度为T2 ℃,此时H2的物质的量为2.8 ml,则T1________T2(填“>”“<”或“=”),理由是__________________________
___________________________________________________________________。
在其他条件不变的情况下,若30 min时向容器中再充入1 ml CO2(g)和1 ml H2O(g),则平衡________移动(填“正向”“逆向”或“不”)。
【解析】(1)已知:①H2(g)+O2(g)===H2O(g) ΔH=-a kJ·ml-1,②CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-b kJ·ml-1,③H2O(g)===H2O(l) ΔH=-c kJ·ml-1,根据盖斯定律:4①-②+2③得CO2(g)+4H2(g)===CH4(g)+2H2O(g),则镍催化剂反应的ΔH=(-4a+b-2c) kJ·ml-1;(2)①反应2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(l)+H2O(l) ΔH=+71 kJ·ml-1不能自发进行;其判断理由是因为ΔH>0,ΔS<0,则ΔH-TΔS>0;②气体的平均相对分子质量始终保持不变,混合气体的平均相对分子质量保持不变,不能说明反应达到平衡,故a错误;反应后气体的质量减小,混合气体的密度保持不变说明反应达到平衡,故b正确;CO和H2的体积分数始终保持不变,不能说明反应达到平衡,故c错误;CO和H2投料比等于化学计量数之比,CO和H2的转化率相等,不能说明反应达到平衡,故d错误;反应为气体分子总数减小的反应,气体总压强保持不变,气体总物质的量不再改变,达到平衡状态,故e正确;1 ml CO生成的同时有1 ml O—H键断裂,均为逆反应,不能说明正逆反应速率相等,故f错误;(3)①CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH<0,0~5 min内氢气物质的量变化6 ml-4.5 ml=1.5 ml,计算氢气表示的反应速率v(H2)==0.15 ml·L-1·min-1,速率之比等于化学计量数之比,v(H2O)=v(H2)=0.05 ml·L-1·min-1;②图表中20 min时二氧化碳消耗物质的量1 ml,同时生成1 ml甲醇,30 min甲醇物质的量为1 ml,则20 min反应达到平衡状态,
平衡常数K==(L2·ml-2),氢气转化率=×100%=50%,达到平衡时,该反应的平衡常数的值K=,平衡时H2的转化率是50%;
③在其他条件不变的情况下,若30 min时改变温度为T2 ℃,此时H2的物质的量为2.8 ml,则T1>T2,理由是该反应正反应是放热反应,温度降低,平衡正向移动;在其他条件不变的情况下,若30 min时向容器中再充入1 ml CO2(g)和1 ml H2O(g),Q===K,则平衡不移动。
答案:(1)-4a+b-2c
(2)①不能 因为ΔH>0,ΔS<0,则ΔH-TΔS>0 ②be
(3)①0.05 ② 50% ③> 该反应正反应是放热反应,温度降低,平衡正向移动 不
18.(10分)H2的制取是科学研究的重要课题。甲烷水蒸气重整和水蒸气变换制氢的反应:
反应i.H2O(g)+CH4(g)CO(g)+3H2(g) ΔH1=+206 kJ·ml-1 ;
反应ii.H2O(g)+CO(g)CO2(g)+H2(g) ΔH2=a kJ·ml-1 ;
反应iii.CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH3=b kJ·ml-1 。
回答下列问题:
(1)已知:H2O(g)H2O(l) ΔH=-44 kJ·ml-1;CO(g)、H2(g)的摩尔燃烧焓分别为-283 kJ·ml-1和-286 kJ·ml-1。反应ii中a=__________。
(2)实验测得反应体系中,温度和n(CO2)/n(H2O)对n(H2)/n(CO)的影响如图所示:
①随体系反应温度和n(CO2)/n(H2O)增大,体系中n(H2)/n(CO)逐渐接近1的原因是____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
②在生产中要提高平衡体系H2的体积分数应采取的措施有______________________________________(写出两条即可)。1 000 ℃,达到平衡时,体系中n(CO2)/n(H2O)为2.0,n(H2)/n(CO)为1.1,该温度下反应ii的化学平衡常数为________________。
【解析】(1)根据摩尔燃烧焓的概念有CO (g)+O2(g)CO2(g) ΔH2=-283 kJ·ml-1①;
H2(g) +O2(g)H2O(l) ΔH2=-286 kJ·ml-1②;
H2O(g)H2O(l) ΔH=-44 kJ·ml-1③;
①-②+③ 得H2O(g)+CO (g)CO2(g)+H2(g) ΔH2=a kJ·ml-1,a=-41。
(2)①反应i-反应ii=反应iii即b=+247,反应i和反应iii是吸热反应,反应ii是放热反应。升高温度利于反应i和反应iii正向进行,n(CO2)/n(H2O)增大,更利于反应iii正向进行,并以反应iii为主,根据反应产物的化学计量数关系,n(H2)/n(CO)逐渐接近1。
②要增大要提高平衡体系H2的体积分数,就要最大限度避免反应iii。从图像看,适当降低温度和减小n(CO2)/n(H2O)。故措施:适当降低反应温度,适当增大H2O(g)的加入量,将CO2及时分离出来等。1 000 ℃,反应ii的化学平衡常数K==2×1.1=2.2。
答案:(1)-41
(2)①反应i和iii是吸热反应,反应ii是放热反应,升高反应温度利于反应i和iii正向进行,随n(CO2)/n(H2O)增大,更利于反应iii正向进行,体系中以反应iii为主,n(H2)/n(CO)逐渐接近1
②适当降低反应温度、适当增大H2O(g)的加入量(合理即可) 2.2
19.(12分)某学生为了探究影响化学反应速率的外界因素,进行以下实验。
(1)向100 mL稀硫酸中加入过量的锌粉,标准状况下测得数据累计值如下:
①在0~1、1~2、2~3、3~4、4~5 min各时间段中:反应速率最大的时间段是____________min,主要的原因可能是___________________________________
_________________________________________________________________。
②为了减缓反应速率但不减少产生氢气的量,可以在稀硫酸中加入________(填字母)。
a.Na2CO3溶液 b.NaOH溶液
c.KNO3溶液d.蒸馏水
(2)进行以下对比实验,并记录实验现象。
实验Ⅰ:
实验Ⅱ:另取两支试管分别加5 mL 5% H2O2溶液和5 mL 10% H2O2溶液,均未观察到有明显的气泡产生。
①实验Ⅰ的目的是___________________________________________________
_________________________________________________________________。
②实验Ⅱ未观察到预期现象,为了达到该实验的目的,可采取的改进措施是_____
_________________________________________________________________。
(3)为了研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响,该同学设计了如下一系列的实验。将表中所给的混合溶液分别加入过量Zn粒的反应瓶中,收集产生的气体,记录获得相同体积的气体所需的时间。
请完成该实验设计:V1=____________,
V4=____________。
【解析】(1)①化学反应速率=,因为时间相同,只要气体体积差大,反应速率就大,0~1 min、1~2 min、2~3 min、3~4 min、4~5 min时间段中,ΔV分别为50 mL、(120-50)mL=70 mL、(230-120)mL=110 mL、(290-230)mL=60 mL、(310-290) mL=20 mL,所以反应速率最快的是2~3 min、最慢的是4~5 min,该反应是放热反应,升高温度反应速率增大,温度起主要影响作用,随着反应进行,氢离子浓度减小,反应速率减小,氢离子浓度起主要作用;
②加入Na2CO3溶液,稀硫酸和碳酸钠反应生成二氧化碳,导致和锌反应的氢离子总物质的量减少,生成的氢气减少,不符合条件,故a不选;加入NaOH溶液,氢离子浓度减小、氢离子总物质的量变小,不符合条件,故b不选;加入KNO3溶液,硝酸具有强氧化性,与金属反应一般不放出氢气,氢气的量减少,不符合条件,故c不选;加入蒸馏水,氢离子浓度减小、氢离子总物质的量不变,反应速率减慢,但不减少产生氢气的量,符合条件,故d选;
(2)①实验Ⅰ:分别在试管A、B中加入5 mL 5%H2O2溶液,各滴入1~2滴1 ml·L-1 FeCl3溶液,试管中均有适量气泡出现,说明过氧化氢发生分解,试管A、B中均有适量气泡出现时,将试管A放入盛有5 ℃冷水的烧杯中,试管B放入盛有40 ℃热水的烧杯中,放入40 ℃热水中的试管中产生的气泡量增多,说明温度对H2O2分解速率有影响;②影响化学反应速率的外界因素有浓度、温度、气体的压强、催化剂、固体的表面积等,另取两支试管分别加入5 mL 5% H2O2溶液和5 mL 10% H2O2溶液,两支试管中均未见气泡产生,为加快反应速率,可从温度或催化剂的影响角度考虑;
(3)研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响,需要硫酸的量不变,则V1=30;只改变硫酸铜的量,由A组实验数据可知,溶液的总体积为40 mL,V4=40-30-2.5=7.5。
答案:(1)①2~3 该反应放热使温度升高而加快反应速率,此时温度的影响起主要作用 ②d
(2)①其他条件相同时,探究温度对H2O2分解速率的影响 ②将两支试管同时放入盛有相同温度热水的烧杯中(或向两支试管中同时滴入2滴1 ml·L-1的FeCl3溶液),观察产生气泡的速率 (3)30 7.5
20.(14分)(2021·湖南选择考节选)氨气中氢含量高,是一种优良的小分子储氢载体,且安全、易储运,可通过下面两种方法由氨气得到氢气。
方法I:氨热分解法制氢气
相关化学键的键能数据
一定温度下,利用催化剂将NH3分解为N2和H2。回答下列问题:
(1)已知反应2NH3(g)N2(g)+3H2(g)的ΔH=+90.8 kJ·ml-1、ΔS=198.9 J·ml-1·K-1,在下列哪些温度下反应能自发进行?________(填标号)
A.25 ℃ B.125 ℃ C.225 ℃ D.325 ℃
(2)某兴趣小组对该反应进行了实验探究。在一定温度和催化剂的条件下,将0.1 ml NH3通入3 L的密闭容器中进行反应(此时容器内总压为200 kPa),各物质的分压随时间的变化曲线如图所示。
①若保持容器体积不变,t1时反应达到平衡,用H2的浓度变化表示0~t1时间内的反应速率v(H2)=________ml·L-1·min-1(用含t1的代数式表示)
②t2时将容器体积迅速缩小至原来的一半并保持不变,图中能正确表示压缩后N2分压变化趋势的曲线是________(用图中a、b、c、d表示),理由是___________
___________________________________________________________________。
③在该温度下,反应的标准平衡常数Kθ=________。[已知:分压=总压×该组分物质的量分数,对于反应dD(g)+eE(g)gG(g)+hH(g),Kθ=,其中pθ=100 kPa,pG、pH、pD、pE为各组分的平衡分压]。
【解析】(1)若反应自发进行,则需ΔH-TΔS<0,T>==456.5 K,即温度应高于(456.5-273)℃=183.5 ℃,C、D符合;
(2)①设t1时达到平衡,转化的NH3的物质的量为2x ml,列出三段式:
2NH3(g)N2(g)+3H2(g)
起始/ml 0.1 0 0
转化/ml 2x x 3x
平衡/ml 0.1-2x x 3x
根据同温同体积下,混合气体的物质的量等于压强之比,=,解得x=0.02,v(H2)==ml·L-1·min-1;
②t2时将容器体积压缩到原来的一半,开始N2分压变为原来的2倍,随后由于加压平衡逆向移动,N2分压比原来2倍要小,故b曲线符合;
③由图可知,平衡时,NH3、N2、H2的分压分别为120 kPa、40 kPa、120 kPa,反应的标准平衡常数K==0.48。
答案:(1)CD
(2)① ②b 开始体积减半,N2分压变为原来的2倍,随后由于加压平衡逆向移动,N2分压比原来2倍要小 ③0.48
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选项
温度/℃
N2/ml
H2/ml
催化剂
A
500
1
3
有
B
500
0.5
1.5
有
C
450
1
3
无
D
450
0.5
1.5
无
容器
编号
起始时各物质的物质的量/ml
达到平衡时体
系能量的变化
N2
H2
NH3
①
1
3
0
放出热量:
23.05 kJ
②
0.9
2.7
0.2
放出热量:Q
t/min
0
15
30
45
80
100
φ(CH3OCH3)
0
0.05
0.08
0.09
0.10
0.10
反应
条件
反应
时间
CO2
(ml)
H2
(ml)
CH3OH
(ml)
H2O
(ml)
恒温
恒容
(T1℃、2 L)
0 min
2
6
0
0
5 min
4.5
20 min
1
30 min
1
时间/min
1
2
3
4
5
氢气体
积/mL
50
120
230
290
310
实验混合溶液
A
B
C
4 ml·L-1
H2SO4/mL
30
V1
V2
饱和CuSO4
溶液/mL
0
0.5
2.5
H2O/mL
10
V3
V4
t/s
t1
t2
t3
化学键
N≡N
H—H
N—H
键能E/
(kJ·ml-1)
946
436.0
390.8
选项
温度/℃
N2/ml
H2/ml
催化剂
A
500
1
3
有
B
500
0.5
1.5
有
C
450
1
3
无
D
450
0.5
1.5
无
容器
编号
起始时各物质的物质的量/ml
达到平衡时体
系能量的变化
N2
H2
NH3
①
1
3
0
放出热量:
23.05 kJ
②
0.9
2.7
0.2
放出热量:Q
t/min
0
15
30
45
80
100
φ(CH3OCH3)
0
0.05
0.08
0.09
0.10
0.10
反应
条件
反应
时间
CO2
(ml)
H2
(ml)
CH3OH
(ml)
H2O
(ml)
恒温
恒容
(T1℃、2 L)
0 min
2
6
0
0
5 min
4.5
20 min
1
30 min
1
时间/min
1
2
3
4
5
氢气体
积/mL
50
120
230
290
310
实验混合溶液
A
B
C
4 ml·L-1
H2SO4/mL
30
V1
V2
饱和CuSO4
溶液/mL
0
0.5
2.5
H2O/mL
10
V3
V4
t/s
t1
t2
t3
化学键
N≡N
H—H
N—H
键能E/
(kJ·ml-1)
946
436.0
390.8