2020高考化学二轮复习专题九化学反应速率和化学平衡专题强化训练

专题九 化学反应速率和化学平衡

(建议用时：40分钟)

一、选择题：每小题只有一个选项符合题意。

1．中国首条“生态马路”在上海复兴路隧道建成，它运用了“光触媒”技术，在路面涂上一种光催化剂涂料，可将汽车尾气中45%的NO和CO转化成N2 和CO2。下列对此反应的叙述中正确的是(　　)

A．使用光催化剂不改变反应速率

B．使用光催化剂能增大NO的转化率

C．升高温度能加快反应速率

D．改变压强对反应速率无影响

解析：选C。使用催化剂可以改变反应速率，但不能改变反应物的平衡转化率，故A、B项错误；该反应有气体参与，改变压强可影响化学反应速率，故D项错误。

2．在一定温度下，氧化铁可以与一氧化碳发生下列反应：Fe2O3(s)＋3CO(g)2Fe(s)＋3CO2(g)，下列说法中不能说明该反应已达到平衡状态的是(　　)

A．CO的生成速率与CO2 的生成速率相等

B．气体密度不再变化

C．CO的质量不变

D．体系的压强不再发生变化

解析：选D。A项，CO的生成速率为逆反应速率，CO2 的生成速率为正反应速率，且CO、CO2 的化学计量数相等，则v正(CO2)＝v逆(CO)，达到化学平衡；B项，ρ＝，当m(气体)不变时，反应即达到平衡；C项，m(CO)不变，则n(CO)不变，反应达到平衡；D项，该反应是气体体积不变的反应，任意时刻体系的压强均相同，所以压强不能作为平衡的标志。

3．在催化剂作用下用乙醇制乙烯，乙醇转化率和乙烯选择性(生成乙烯的物质的量与乙醇转化的物质的量的比值)随温度、乙醇进料量的关系如图所示(保持其他条件相同)。

在410～440 ℃温度范围内，下列说法不正确的是(　　)

A．当乙醇进料量一定时，随乙醇转化率增大，乙烯选择性增大

B．当乙醇进料量一定时，随温度的升高，乙烯选择性不一定增大

C．当温度一定时，随乙醇进料量增大，乙醇转化率减小

D．当温度一定时，随乙醇进料量增大，乙烯选择性增大

解析：选A。根据图像，当乙醇进料量一定时，随温度升高，乙醇转化率增大，乙烯选择性先增大后减小，故A项错误，B项正确；根据题图甲，当温度一定时，随乙醇进料量增大，乙醇转化率减小，故C项正确；根据题图乙，当温度一定时，随乙醇进料量增大，乙烯选择性增大，故D项正确。

二、选择题：每小题有一个或两个选项符合题意。

4．某科研小组利用如下反应消除NO和CO的污染：2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)　ΔH＝x kJ·mol－1。T ℃时，在容积为2 L的恒容密闭容器中充入2 mol NO和2 mol CO，保持温度不变，5 min 末达到平衡状态，此时c(N2)＝0.4 mol·L－1。下列说法中不正确的是(　　)

A．x<0

B．α(NO)＝20%

C．0～5 min内，v(CO)＝0.16 mol·L－1·min－1

D．保持温度不变，若再向上述平衡体系中充入2 mol NO和2 mol CO，重新达到平衡时，c(N2)＝0.8 mol·L－1

解析：选BD。该反应ΔS<0，若要使反应自发进行，则必须为放热反应，故ΔH<0，即x<0，故A项正确；5 min末达到平衡状态，c(N2)＝0.4 mol·L－1，则n(N2)＝0.4 mol·L－1×2 L＝0.8 mol，根据方程式可知反应中Δn(NO)＝Δn(CO)＝1.6 mol，则NO的转化率α(NO)＝×100%＝80%，故B项错误；v(CO)＝＝＝0.16 mol·L－1·min－1，故C项正确；5 min 末达到平衡状态，n(NO)＝n(CO)＝(2－1.6) mol＝0.4 mol，则平衡时c(NO)＝c(CO)＝0.2 mol·L－1，又因为c(N2)＝0.4 mol·L－1，c(CO2)＝0.8 mol·L－1，所以该反应的平衡常数K＝＝＝160。保持温度不变，再充入2 mol NO和2 mol CO，平衡向右移动，假设重新达平衡时，c(N2)＝0.8 mol·L－1，则平衡转化率不变，各物质的浓度分别为c(NO)＝c(CO)＝0.4 mol·L－1，c(CO2)＝1.6 mol·L－1，则Qc＝＝＝80≠K，故假设不成立，即重新达到平衡时c(N2)≠0.8 mol·L－1，此时反应正向进行，达到新平衡时，c(N2)>0.8 mol·L－1，故D项错误。

5．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，该反应的平衡常数为4

B．c点没有达到平衡，此时反应向逆反应方向进行

C．若c点为平衡点，则此时容器内的温度高于T ℃

D．T ℃时，直线cd上的点均为平衡状态

解析：选C。根据平衡常数的表达式，K＝＝，A项错误；c点没有达到平衡，若要达到平衡，应向d点移动，A、B的浓度降低，说明反应向正反应方向进行，B项错误；如果c点为平衡点，此时的平衡常数小于T ℃时的平衡常数，说明平衡向逆反应方向移动，即升高温度，C项正确；平衡常数只受温度的影响，与浓度、压强无关，因此曲线ab是平衡线，D项错误。

三、非选择题

6．Ⅰ.现有三个反应：

反应①　Fe(s)＋H2O(g)===FeO(s)＋H2(g)　ΔH1＝a kJ/mol，平衡常数为K1

反应②　CO(g)＋H2O(g)===H2(g)＋CO2(g)　ΔH2，平衡常数为K2

反应③　Fe(s)＋CO2(g)===FeO(s)＋CO(g)　ΔH3＝b kJ/mol，平衡常数为K3

在不同温度下，部分K1、K2的值如下：

(1)CO(g)＋H2O(g)===H2(g)＋CO2(g)　ΔH2＝________(用a，b表示)。　

(2)K1的表达式为________；根据反应①②③推导出K1、K2、K3的关系式为K3＝________。

Ⅱ.在容积相同的两个密闭容器内(装有等量的某种催化剂)，分别充入同量的NOx及C3H6，在不同温度下，同时发生以下反应：

18NO(g)＋2C3H6(g)9N2(g)＋6CO2(g)＋6H2O(g)；

18NO2(g)＋4C3H6(g)9N2(g)＋12CO2(g)＋12H2O(g)；　

并分别在t时测定其中NOx转化率，绘得图像如下图所示：

(3)从图中可以得出的结论是

结论一：从测定NOx转化数据中判断，相同温度下NO转化率比NO2的低。

结论二：________________________________________________________________。

(4)在上述NO2和C3H6反应中，提高NO2转化率的措施有________(填编号)。

A．加入催化剂　　　　　 B．降低温度

C．分离出H2O(g)  D．增大压强

解析：Ⅰ.(1)根据盖斯定律，反应①－反应③得：CO(g)＋H2O(g)===H2(g)＋CO2(g)　ΔH2＝(a－b) kJ/mol。

(2)K1的表达式为K1＝；反应①－反应②得反应③，则K3＝。

Ⅱ.(4)根据图像知，温度越高(450 ℃以上)，二氧化氮的转化率越小，所以该反应是放热反应，且该反应是气体体积增大的反应。催化剂不改变化学平衡状态，故A错误；该反应是放热反应，所以降低温度，平衡向正反应方向移动，二氧化氮的转化率增大，故B正确；分离出H2O(g)，减少生成物的浓度，平衡向正反应方向移动，二氧化氮的转化率增大，故C正确；该反应是气体体积增大的反应，增大压强，平衡向逆反应方向移动，二氧化氮的转化率降低，故D错误。

答案：Ⅰ.(1)(a－b) kJ/mol

(2)K1＝　

Ⅱ.(3)在250～450 ℃时，NOx转化率随温度升高而增大，450～600 ℃时，NOx转化率随温度升高而减小(答案合理即可)

(4)BC

7．煤炭属于不可再生能源，高效、清洁地利用煤炭资源至关重要。请回答下列问题：

(1)煤的液化。原理是C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)　ΔH＝a kJ·mol－1；CO(g)＋2H2(g)CH3OH(l)　ΔH＝b kJ·mol－1。则反应C(s)＋H2O(g)＋H2(g)CH3OH(l)的ΔH＝________kJ·mol－1(用a、b表示)。

(2)煤的气化。原理是C(s)＋2H2(g)CH4(g)　ΔH。在1 L密闭容器中投入1 mol C，并充入2 mol H2，测得相关数据如图所示：

①有关图1、图2的说法正确的有________(填字母)。

A．氢气的反应速率v(Z)>v(X)>v(Y)

B．T1<1 000 K

C．平衡常数K(X)＝K(Y)>K(Z)

D．工业生产中，当温度为T2时，压强越高，经济效益越好

②图2中A点对应的平衡常数Kp＝________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。

(3)煤生产水煤气和半水煤气。

①工业上用煤生产作为合成氨原料的水煤气，要求气体中(CO＋H2)与N2的体积之比为3.1～3.2，发生的反应有C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)、C(s)＋O2(g)CO(g)。从能量角度考虑，通入空气的目的是__________________________________________________。

②如图3是反应CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g)　ΔH<0中CO和CO2的浓度随时间发生变化的曲线，则t2时刻改变的条件可能是________(写出一种即可)。若t4时刻通过改变容积的方法将压强增大为原来的2倍，在图中t4～t5区间内画出CO、CO2浓度变化曲线，并标明物质(假设各物质状态均保持不变)。

答案：(1)a＋b　(2)①ABC　②

(3)①前者是吸热反应，通入空气后发生的是放热反应，可维持体系的热平衡　②降低温度(或增大水蒸气的量或减少氢气的量)

8．雾霾严重影响人们的生活，汽车尾气的排放是造成雾霾天气的重要原因之一。已知汽车尾气排放时容易发生以下反应：

①N2(g)＋O2(g)2NO(g)　ΔH1＝a kJ·mol－1

②CO(g)＋1/2O2(g)CO2(g)　ΔH2＝ b kJ·mol－1

③2CO(g)＋2NO(g)N2(g)＋2CO2(g)　ΔH3

请回答下列问题：

(1)ΔH3＝________kJ·mol－1(用含a、b的代数式表示)。

(2)对于有气体参与的反应，表示平衡常数Kp时用气体组分(B)的平衡压强p(B)代替该气体物质的量浓度c(B)，则反应①的平衡常数表达式Kp＝____________________________。

(3)下列能说明反应③已达平衡状态的是__________(填字母)。

A．单位时间内生成1 mol CO2 的同时消耗了1 mol CO

B．在恒温恒容的容器中，混合气体的密度保持不变

C．在绝热恒容的容器中，反应的平衡常数不再变化

D．在恒温恒压的容器中，NO的体积分数保持不变

(4)在一定温度下，向体积为V L的恒容密闭容器中充入一定量的NO和CO，发生反应③。在t1时刻达到平衡，此时n(CO)＝x mol，n(NO)＝2x mol，n(N2)＝y mol，则NO的平衡转化率为________(用含x、y的代数式表示)；再向容器中充入y mol CO2 和x mol NO，则此时v(正)________v(逆)(填“＞”“＜”或“＝”)。

(5)烟气中也含有氮氧化物，C2H4 可用于烟气脱硝。为研究温度、催化剂中Cu2＋负载量对NO去除率的影响，控制其他条件一定，实验结果如图所示。为达到最高的NO去除率，应选择的反应温度约为________，Cu2＋负载量为________。

解析：(1)根据盖斯定律，由2×②－①得：2CO(g)＋2NO(g)N2(g)＋2CO2(g)，则ΔH3＝2ΔH2－ΔH1＝(2b－a) kJ·mol－1。

(2)反应①的平衡常数表达式Kp＝。

(3)A.单位时间内生成1 mol CO2 的同时消耗了1 mol CO，描述的都是正反应，不能说明反应已经达到平衡，A错误；B.在恒温恒容的容器中，密度等于混合气体的质量除以容器体积，根据质量守恒，不管是否达到平衡，混合气体的质量都不变，容器体积不变，所以密度始终不变，B错误；C.在绝热恒容的容器中，容器内的温度随反应的进行而变化，平衡常数也会发生变化，平衡常数不再变化，说明容器的温度不变，反应达到平衡，C正确；D.在恒温恒压的容器中，NO的体积分数保持不变，说明各成分的物质的量不再变化，反应达到平衡，D正确。

(4)一定温度下，向体积为V L的恒容密闭容器中充入一定量的NO和CO，发生反应2CO(g)＋2NO(g)N2(g)＋2CO2(g)，t1时刻达到平衡，此时n(CO)＝x mol，n(NO)＝2x mol，n(N2)＝y mol，n(CO2)＝2y mol，则反应的NO的物质的量为2y mol，起始NO的物质的量为(2x＋2y) mol，平衡转化率为×100%＝×100%；该温度下的平衡常数K＝×V＝×V，再向容器中充入y mol CO2和x mol NO，Qc＝×V＝×V＝K，则平衡不移动，此时 v(正)＝v(逆)。　

(5)从图上可以看出Cu2＋负载量为3%，温度在350 ℃左右时，NO的去除效果最好。

答案：(1)2b－a　(2)　(3)CD

(4)×100%　＝　(5)350 ℃　3%