2020高考化学二轮复习专题限时集训7化学反应速率和化学平衡（含解析）

专题限时集训(七)　化学反应速率和化学平衡
(限时：45分钟)
(对应学生用书第143页)
1．密闭容器中，由H2和CO直接制备二甲醚(CH3OCH3)，其过程包含以下反应：
ⅰ.CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH1＝－90.1 kJ·mol－1
ⅱ.2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)　ΔH2＝－24.5 kJ·mol－1
当其他条件相同时，由H2和CO直接制备二甲醚的反应中，CO平衡转化率随条件X的变化曲线如图所示。下列说法中正确的是(　　)
A．由H2和CO直接制备二甲醚的反应为放热反应
B．条件X为压强
C．X增大，二甲醚的产率一定增大
D．X增大，该反应的平衡常数一定减小
A　[根据盖斯定律，将ⅰ×2＋ⅱ得：2CO(g)＋4H2(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)　ΔH＝－204.7 kJ·mol－1，因此由H2和CO直接制备二甲醚的反应为放热反应，A项正确；若X表示压强，根据2CO(g)＋4H2(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)可知，压强越大，CO的平衡转化率越大，与图像不符，B项错误；根据图像可知，X可能是温度，温度升高，平衡逆向移动，CO的平衡转化率减小，二甲醚的产率减小，C项错误；根据图像可知，X可能是CO的浓度，增大CO的浓度，CO的平衡转化率减小，但平衡常数不变，D项错误。]
2．甲、乙两个密闭容器中均发生反应：C(s)＋2H2O(g)CO2(g)＋2H2(g)　ΔH>0，有关实验数据如下表所示：
容器
容积/L
温度/℃
起始量/mol
平衡量/mol
达到平衡所需时间/min
平衡常数
C(s)
H2O(g)
H2(g)
甲
2
T1
2
4
3.2
3.5
K1
乙
1
T2
1
2
1.2
3
K2
下列说法正确的是 (　　)
A．T1 B．K2＝1.35
C．混合气体的密度始终保持不变
D．乙容器中，当反应进行到1.5 min时，n(H2O)＝1.4 mol
B　[若T1＝T2，则平衡时n(H2)甲＝2n(H2)乙，实际上n(H2)甲>2n(H2)乙，因为该反应为吸热反应，升高温度有利于平衡正向移动，说明T1>T2，A项错误；乙容器中反应达平衡时，c(H2O)＝0.8 mol·L－1、c(CO2)＝0.6 mol·L－1、c(H2)＝1.2 mol·L－1，K2＝＝＝1.35，B项正确；容器容积不变，碳为固体，正反应方向气体的质量增大，因此反应正向进行时混合气体的密度增大，C项错误；乙容器中，3 min内H2O减少了1.2 mol，而前1.5 min内反应速率大于后1.5 min内反应速率，故前1.5 min内H2O的物质的量减小的快，反应进行到1.5 min时，n(H2O)<1.4 mol，D项错误。]
3．已知NO和O2经反应①和反应②转化为NO2，其能量变化随反应过程的图示如下。

①2NO(g)N2O2(g)　ΔH1，平衡常数K1
②N2O2(g)＋O2(g)2NO2(g)　ΔH2，平衡常数K2
下列说法中不正确的是(　　)
A．ΔH1<0，ΔH2<0
B．2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的平衡常数K＝K1/K2
C．表示2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的ΔH＝ΔH1＋ΔH2
D．反应②的速率大小决定2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的反应速率
[答案]　B
4．(2019·浙江4月选考)高温高压液态水具有接近常温下弱酸的c(H＋)或弱碱的c(OH－)，油脂在其中能以较快的反应速率水解。与常温常压水相比，下列说法不正确的是(　　)
A．高温高压液态水中，体系温度升高，油脂水解反应速率加快
B．高温高压液态水中，油脂与水的互溶能力增强，油脂水解反应速率加快
C．高温高压液态水中，c(H＋)增大，可催化油脂水解反应，且产生的酸进一步催化水解
D．高温高压液态水中的油脂水解，相当于常温下在体系中加入了相同c(H＋)的酸或相同c(OH－)的碱的水解
D　[温度升高，油脂的反应速率加快，A项正确；温度升高，压强增大，导致油脂与水的互溶能力增强，接触面积增大，油脂水解反应速率加快，B项正确；温度升高，水的离子积常数增大，c(H＋)增大，可催化油脂水解反应，且产生的酸进一步催化水解，C项正确；除了c(H＋)或c(OH－)的影响之外，还有温度的影响，D项错误。]
5．(2019·沧州模拟)目前，对碳、氮及化合物的研究备受关注。已知：
Ⅰ.2C(s)＋2NO(g)N2(g)＋2CO(g)　ΔH＝－414.8 kJ·mol－1
Ⅱ.2CO(g)＋O2(g)2CO2(g)　ΔH＝－566 kJ·mol－1
Ⅲ.2CO(g)＋2NO(g)N2(g)＋2CO2(g)　ΔH＝－759.8 kJ·mol－1
回答下列问题：
(1)表示碳的燃烧热的热化学方程式为
_____________________________________________________
_____________________________________________________。
(2)某催化剂的M型、N型均可催化反应为2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)。向容积相同的恒容密闭容器中分别充入等量的CO和O2，在相同时间段内，不同温度下测得CO的转化率(α)如图所示。

①由图推断下列说法正确的是________(填选项字母)。
A．a、b、c、d点均达到平衡状态
B．该反应的平衡常数K(b)＝K(c)
C．b点反应物的有效碰撞几率最大
D．图中五个点对应状态下，a点反应速率最慢
②e点CO的转化率突然减小的可能原因为
_____________________________________________________
_____________________________________________________。
③若b点容器中c(O2)＝0.5 mol·L－1，则T0 ℃时该反应的平衡常数K＝________。
(3)T1 ℃时，向刚性容器中充入2 mol NO和2 mol CO，发生反应Ⅲ。5 min时达到平衡状态，测得容器中n(N2)＝0.8 mol、c(CO2)＝0.32 mol·L－1。
①0～5 min内，用NO表示的反应速率v(NO)＝________。
②反应进行到2 min时，v正(CO)________v逆(CO2)(填“>”“<”或“＝”)。
③若升高温度，容器内气体压强________(填“增大”“减小”或“不变”)，原因为___________________________________。
[解析]　(1)根据盖斯定律，目标反应为C(s)＋O2(g)===CO2(g)可根据(Ⅰ＋2Ⅱ－Ⅲ)求出ΔH。
(2)③b点达到平衡状态，α(CO)＝0.4，设起始投入的CO和O2的物质的量浓度均为x mol·L－1，
　　　　　　　2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)
起始/(mol·L－1)　x　　　 x　　　　0
转化/(mol·L－1) 0.4x 0.2x 0.4x
平衡/(mol·L－1) 0.6x 0.8x 0.4x
因c(O2)＝0.5 mol·L－1，则0.8x＝0.5 mol·L－1，x＝ mol·L－1，
平衡常数K＝＝
＝＝。
(3)①因反应：2CO(g)＋2NO(g)N2(g)＋2CO2(g)，反应的NO的浓度Δc(NO)＝Δc(CO2)＝0.32 mol·L－1－0 mol·L－1＝0.32 mol·L－1，所以v(NO)＝＝＝0.064 mol·L－1·min－1。
[答案]　(1)C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－393.5 kJ·mol－1　(2)①BD　②催化剂失去活性　③　
(3)①0.064 mol·L－1·min－1　②>　③增大　升高温度，容积不变，压强增大(或反应Ⅲ为气体分子总数减小的放热反应，温度升高，平衡逆向移动，气体总物质的量增大，压强增大)
6．二氧化硫在一定条件下可以发生如下反应：
SO2(g)＋NO2(g)SO3(g)＋NO(g)　ΔH＝－42 kJ·mol－1
在固定体积的密闭容器中，使用某种催化剂，改变原料气配比[n0(NO2)/n0(SO2)]进行多组实验(各次实验的温度可能相同，也可能不同)，测定NO2的平衡转化率[α(NO2)]。部分实验结果如图所示：

(1)如果要将图中C点对应的平衡状态改变为B点对应的平衡状态，则应采取的措施是___________________________。
(2)若A点对应实验中，SO2(g)的起始浓度为c0 mol·L－1，经过t min达到平衡状态，则该时段化学反应速率v(NO2)＝_____mol·L－1·min－1。
(3)图中C、D两点对应的实验温度分别为TC和TD，通过计算判断：TC________TD(填“>”“＝”或“<”)。
[解析]　(1)由题图可知，C点对应的平衡状态变为B点对应的平衡状态，不变，但α(NO2)增大，即SO2(g)＋NO2(g)SO3(g)＋NO(g)平衡右移，由于反应前后气体的物质的量不变，且该反应为放热反应，所以采取的措施为降低温度。(2)A点对应实验中，SO2的起始浓度为c0 mol·L－1，则NO2的起始浓度为0.4c0 mol·L－1，平衡时NO2的转化率为50%，所以NO2的浓度变化为0.4c0 mol·L－1×50%＝0.2c0 mol·L－1，v(NO2)＝＝ mol·L－1·min－1。(3)结合题图中数据，根据三段式法分别算出C点和D点的平衡常数KC＝KD＝1，所以TC＝TD。
[答案]　(1)降低温度　(2)　(3)＝
7．(2019·平顶山二调)处理、回收CO是环境科学家研究的热点课题。
(1)CO用于处理大气污染物N2O所发生的反应为N2O(g)＋CO(g)CO2(g)＋N2(g)　ΔH。
几种物质的相对能量如下：
物质
N2O(g)
CO(g)
CO2(g)
N2(g)
相对能量/ (kJ·mol－1)
475.5
283
0
393.5
①ΔH＝________ kJ·mol－1。改变下列“量”，一定会引起ΔH发生变化的是________(填代号)。
A．温度 B．反应物浓度
C．催化剂 D．化学计量数
②有人提出上述反应可以用“Fe＋”作催化剂。其总反应分两步进行：
第一步：Fe＋＋N2O===FeO＋＋N2；
第二步：________________________(写化学方程式)。
第二步反应不影响总反应达到平衡所用时间，由此推知，第二步反应速率________第一步反应速率(填“大于”或“等于”)。
(2)在实验室，采用I2O5测定空气中CO的含量。在密闭容器中充入足量的I2O5粉末和一定量的CO，发生反应：I2O5(s)＋5CO(g)5CO2(g)＋I2(s)。测得CO的转化率如图1所示。
①相对曲线a，曲线b仅改变一个条件，改变的条件可能是____________。
②在此温度下，该可逆反应的平衡常数K＝________(用含x的代数式表示)。

图1　　　　　　图2
(3)工业上，利用CO和H2合成CH3OH。在1 L恒容密闭容器中充入1 mol CO(g)和n mol H2，在250 ℃发生反应：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)，测得混合气体中CH3OH的体积分数与H2的物质的量的关系如图2所示。在a、b、c、d点中，CO的平衡转化率最大的点是________。
(4)有人提出，利用2CO(g)===2C(s)＋O2(g)消除CO对环境的污染，你的评价是________(填“可行”或“不可行”)。
[解析]　(1)①ΔH＝(393.5＋0－475.5－283) kJ·mol－1＝－365 kJ·mol－1。反应的ΔH只与状态和化学计量数有关。
(2)②设CO的起始浓度为c(对于等气体分子数反应，体积始终不变)，平衡时，c(CO)＝(1－x)c mol·L－1，c(CO2)＝xc mol·L－1，K＝＝。
(3)增大H2的量，平衡正向移动，α(CO)增大。
(4)该反应的ΔH>0，ΔS<0，任何温度下该反应都不能自发进行。
[答案]　(1)①－365　D　②FeO＋＋CO===Fe＋＋CO2　大于　(2)①加入催化剂(或增大压强)　②　(3)d　(4)不可行
8．(2019·许昌一诊)温度为T1时，在容积为1 L的恒容密闭容器中充入0.6 mol的NO2，达平衡时c(O2)＝0.2 mol·L－1，仅发生反应：2NO2(g)2NO(g)＋O2(g)(ΔH>0)。实验测得：v正＝v(NO2)消耗＝k正c2(NO2)，v逆＝v(NO)消耗＝2v(O2)消耗＝k逆c2(NO)·c(O2)，k正、k逆为速率常数，仅受温度影响。当温度改变为T2时，若k正＝k逆，则T1________T2(填“>”或“<”)，得出该结论的理由是
_____________________________________________________
_____________________________________________________
_____________________________________________________。
[答案]　<　达到平衡状态时正、逆反应速率相等，根据k正c2(NO2)＝k逆c2(NO)·c(O2)，且k正＝k逆，可知c2(NO2)＝c2(NO)·c(O2)，T2时化学平衡常数K等于1，大于0.8，且该反应的正反应是吸热反应，说明升高温度平衡正向移动，所以T2>T1
9．(2019·抚顺一模)工业制硫酸，在接触室发生反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，在1 L的恒容密闭容器中充入2 mol SO2和1 mol O2，在不同温度下测得c(SO3)与时间的关系如图1：

(1)能证明反应已经达到平衡状态的是________。
①c(SO2)∶c(O2)∶c(SO3)＝2∶1∶2
②单位时间内生成n mol SO3的同时消耗n mol SO2
③反应速率2v(SO3)正＝v(O2)逆
④温度和体积一定时，容器内压强不再变化
(2)反应的ΔH________0(填“>”“<”或“＝”)。
(3)反应开始到10 min时，SO2的平均反应速率v(SO2)＝________ mol·L－1·min－1。t2时该反应的平衡常数K＝________。
(4)一定条件下在恒温恒容的密闭容器中按一定比例充入SO2(g)和O2(g)，平衡时SO3的体积分数[φ(SO3)]随的变化图像如图2，则A、B、C三状态中，SO2的转化率最小的是________点，当＝3时，达到平衡状态SO3的体积分数可能是D、E、F三点中的________点。
[解析]　(3)　　　　　　2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)
反应开始前/(mol·L－1)：　 2　　　 1　　　 0
变化的量/(mol·L－1): 1 0.5 1
平衡时的量/(mol·L－1): 1 0.5 1
反应开始到10 min时SO2的平均反应速率v(SO2)＝＝＝0.1 mol·L－1·min－1，
t2时该反应的平衡常数K＝＝＝2。
(4)越大，SO2越多，SO2的转化率越小。
＝2时，平衡时，φ(SO3)最大。
[答案]　(1)④　(2)<　(3)0.1　2　(4)C　F
10．(2019·银川一模)T1 ℃时，在刚性反应器中以投料比为1∶3 的NO(g)与O2(g)反应，其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡。体系的总压强p随时间t的变化如下表所示[t＝∞时，NO(g)完全反应]。
t/min
0
40
80
160
260
700
∞
p/kPa
32.8
30.7
29.9
29.4
29.2
28.8
26.9
(1)NO(g)与O2(g)合成的反应速率v＝4.2×10－2×p2(NO)×p(O2)(kPa·min－1)，t＝42 min时，测得体系中p(O2)＝22.4 kPa，则此时的v＝________ kPa·min－1(计算结果保留1位小数)。
(2)若降低反应温度至T2 ℃，则NO(g)与O2(g)完全反应后体系压强p∞(T2 ℃)________(填“大于”“等于”或“小于”)26.9 kPa，原因是______________。(已知：2NO2(g)N2O4(g)　ΔH<0)
(3)T1 ℃时，反应N2O4(g)2NO2(g)的平衡常数Kp＝________kPa(Kp为以分压表示的平衡常数，保留2位小数)。
[解析]　(1)T1 ℃，起始时p(NO)＝32.8× kPa＝8.2 kPa，
p(O2)＝32.8× kPa＝24.6 kPa
t＝42 min时，p(O2)＝22.4 kPa，Δp(O2)＝2.2 kPa，故42 min时，p(NO)＝(8.2－4.4)kPa＝3.8 kPa，p(NO2)＝4.4 kPa。
故v＝4.2×10－2×p2(NO)×p(O2)(kPa·min－1)＝4.2×10－2×3.82×22.4(kPa·min－1)≈13.6(kPa·min－1)。
(3)假设NO全部转化为NO2，则p(NO2)＝8.2 kPa，p(O2)＝20.5 kPa，设平衡时p(N2O4)＝x，
　　　　 N2O4(g)2NO2(g)
p(始)/kPa　0　　　 8.2
p(变)/kPa x 2x
p(平)/kPa x 8.2－2x
x＋8.2－2x＋20.5＝26.9　　　解得：x＝1.8，
平衡常数Kp＝＝≈11.76。
[答案]　(1)13.6　(2)小于　温度降低，体积不变，体系压强减小，同时，降温时2NO2(g)N2O4(g)右移，气体物质的量减小，总压强降低　(3)11.76
[教师用书独具]
(2019·湖北七市联考)(1)已知合成氨反应：N2(g)＋H2(g)NH3(g)　ΔH＝－46.2 kJ·mol－1，标准平衡常数Kθ＝，其中pθ为标准压强，pNH3、pN2、pH2为各组分的平衡分压，如pNH3＝xNH3p，p为平衡总压，xNH3为平衡系统中NH3的物质的量分数。若往一密闭容器中加入的N2、H2起始物质的量之比为1∶3，反应在恒定温度和标准压强下进行，NH3的平衡产率为w，则Kθ＝________(用含w的最简式表示)。
(2)某科研小组向一恒容密闭容器中通入2 mol CH4、2 mol CO2，控制适当条件使其发生如下反应：CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)　ΔH＝＋247 kJ·mol－1，测出CH4的某个平衡物理量X随着温度、压强的变化如图所示。
①X________(填“能”或“不能”)表示平衡体系中CH4的体积分数；p1、p2的大小关系为________，b点浓度商Qc与对应温度下的平衡常数K相比，较大的是________。
②若容器容积为2 L，a点时c(CH4)＝0.4 mol·L－1，则相应温度下的平衡常数K＝________。
[解析]　(1)设n(N2)＝1 mol，则n(H2)＝3 mol，N2转化的为a mol，
　　　　 N2(g)＋H2(g)NH3(g)
n(始)/mol 1　　　3　　　　0
Δn/mol a 3a 2a
n平/mol 1－a 3－3a 2a
理论生成NH3 2 mol，故＝w，a＝w。
又因为p＝pθ，因此：
Kθ＝＝
＝。
(2)①压强一定时升高温度，X表示的物理量增加，而升温有利于平衡向右移动，故X不能表示平衡体系中CH4的体积分数。X可以看成是平衡体系中CH4的转化率，由于正反应是气体分子数增加的反应，压强越小越有利于平衡向右移动，CH4的平衡转化率越大，故p1 [答案]　(1)　(2)①不能　p1


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