高考化学二轮复习技能强化专练08《化学反应速率和化学平衡》（含详解）

技能强化专练(八)　化学反应速率和化学平衡

1．在一定条件下，已达平衡的可逆反应：2A(g)＋B(g)2C(g)，下列说法中正确的是(　　)

A．平衡时，此反应的平衡常数K与各物质的浓度有如下关系：K＝

B．改变条件后，该反应的平衡常数K一定不变

C．如果改变压强并加入催化剂，平衡常数会随之变化

D．若平衡时增加A和B的浓度，则平衡常数会减小

解析：K只随温度的改变而改变，除改变温度外，改变其他条件都不会引起平衡常数的改变。

答案：A

2．在100℃时，将N2O4、NO2分别充入两个各为1 L的密闭容器中，反应过程中浓度变化如下：

下列说法正确的是(　　)

A．平衡时，Ⅰ、Ⅱ中反应物的转化率α(N2O4)<α(NO2)

B．平衡时，Ⅰ、Ⅱ中上述正反应的平衡常数K(Ⅰ)＝2K(Ⅱ)

C．平衡后，升高相同温度，以N2O4表示的反应速率v(Ⅰ)<v(Ⅱ)

D．平衡后，升高温度，Ⅰ、Ⅱ中气体颜色都将变深

解析：A项，Ⅰ中α(N2O4)＝×100%＝60%，Ⅱ中α(NO2)＝×100%＝28%，α(N2O4)>α(NO2)；B项，Ⅰ中N2O42NO2，K(Ⅰ)＝，Ⅱ中2NO2N2O4，K(Ⅱ)＝，K(Ⅰ)＝；C项，Ⅰ中v(N2O4)＝mol·L－1·min－1，Ⅱ中v(N2O4)＝mol·L－1·min－1，所以升高相同温度，仍是Ⅰ中大。

答案：D

3．一定条件下，CH4与H2O(g)发生反应：CH4(g)＋H2O(g),CO(g)＋3H2(g)。设起始＝Z，在恒压下，平衡时CH4的体积分数φ(CH4)与Z和T(温度)的关系如下图所示。下列说法正确的是(　　)

φ

A．该反应的焓变ΔH＞0

B．图中Z的大小为a＞3＞b

C．图中X点对应的平衡混合物中＝3

D．温度不变时，图中X点对应的平衡在加压后φ(CH4)减小

解析：A.根据图示知温度越高，CH4的体积分数越小，说明平衡向右移动，所以该反应的焓变ΔH＞0，A项正确。B.相同条件下Z越大，平衡时CH4的体积分数越小，所以图中Z的大小为a<3<b，B项错误。C.起始时＝3, 反应过程中H2O和CH4等量减小，所以平衡时>3，C项错误。D.温度不变时，加压，平衡逆向移动，甲烷的体积分数增大，D项错误。

答案：A

4．已知反应X(g)＋Y(g)nZ(g)　ΔH>0，将X和Y以一定比例混合通入密闭容器中进行反应，各物质的浓度随时间的改变如图所示。下列说法不正确的是(　　)

A．反应方程式中n＝1

B．10 min时，曲线发生变化的原因是升高温度

C．10 min时，曲线发生变化的原因是增大压强

D．0～5 min内，用X表示的反应速率为v(X)＝0.08 mol·L－1·min－1

解析：由图像可以看出，0～5 min，X的浓度减小了0.4 mol·L－1，而Z的浓度增大了0.4 mol·L－1，说明X与Z的化学计量数之比为1:1，故n＝1，A项正确；10 min时，X、Y、Z的浓度同时增大一倍，且随后平衡正向移动，说明改变的条件为增大压强，B项错误，C项正确；0～5 min内，v(X)＝＝0.08 mol·L－1·min－1，D项正确。

答案：B

5．以二氧化碳和氢气为原料制取乙醇的反应为

2CO2(g)＋6H2(g)CH3CH2OH(g)＋3H2O(g)　ΔH<0。某压强下的密闭容器中，按CO2和H2的物质的量比为1:3投料，不同温度下平衡体系中各物质的物质的量百分数(y%)随温度变化如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．a点的平衡常数小于b点

B．b点，v正(CO2)＝v逆(H2O)

C．a点，H2和H2O物质的量相等

D．其他条件恒定，充入更多H2，v(CO2)不变

解析：升温，平衡左移，CO2、H2的体积分数增大，而CH3CH2OH、H2O的体积分数减小。A项，Ka应大于Kb；B项，b点CO2、H2O的物质的量相等，平衡时v正(CO2)＝v逆(H2O)；C项，正确；D项，充入H2，v(CO2)增大。

答案：C

6．以氧化铝为原料，通过碳热还原法可合成氮化铝(AlN)；通过电解法可制取铝。电解铝时阳极产生的CO2可通过二氧化碳甲烷化再利用。

请回答：

(1)已知：2Al2O3(s)===4Al(g)＋3O2(g)

ΔH1＝＋3 351 kJ·mol－1

2C(s)＋O2(g)===2CO(g)

ΔH2＝－221 kJ·mol－1

2Al(g)＋N2(g)===2AlN(s)

ΔH3＝－318 kJ·mol－1

碳热还原Al2O3合成AlN的总热化学方程式是__________________________________，该反应自发进行的条件________________________________________________________________________。

(2)在常压、Ru/TiO2催化下，CO2和H2混和气体(体积比14，总物质的量a mol)进行反应，测得CO2转化率、CH4和CO选择性随温度变化情况分别如图1和图2所示(选择性：转化的CO2中生成CH4或CO的百分比)。

反应Ⅰ　CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)　ΔH4

反应Ⅱ　CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH5

①下列说法不正确的是________。

A．ΔH4小于零

B．温度可影响产物的选择性

C．CO2平衡转化率随温度升高先增大后减少

D．其他条件不变，将CO2和H2的初始体积比改变为1:3，可提高CO2平衡转化率

②350℃时，反应Ⅰ在t1时刻达到平衡，平衡时容器体积为V L，该温度下反应Ⅰ的平衡常数为________(用a、V表示)。

③350℃下CH4物质的量随时间的变化如图3所示。画出400℃下0～t1时刻CH4物质的量随时间的变化曲线。

(3)据文献报道，CO2可以在碱性水溶液中电解生成甲烷，生成甲烷的电极反应式是____________________。

解析：(1)反应物有C、Al2O3，生成物有AlN，说明反应物还有N2，由题给反应可知生成物还有CO，写出目标反应：Al2O3(s)＋3C(s)＋N2(g)===2AlN(s)＋3CO(g)，该反应可由题给反应①×＋②×＋③获得，计算反应热。该反应的ΔH>0，ΔS>0，高温条件下自发。(2)①由图1可知随温度升高，CO2的转化率降低，平衡向逆反应方向移动，逆反应是吸热反应，正反应是放热反应，A项正确；由图2可知温度可影响产物的选择性，B项正确；图1中最高点以前，没有建立平衡，从最高点后，才是平衡的移动，随温度升高，CO2转化率降低，C项错误；减少了H2的量，CO2的转化率降低，D项错误。

②　　　　CO2(g)＋　4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)

n(始)/mol  0.2a　  0.8a　  0  0

n(变)/mol  0.16a  0.64a  0.16a  0.32a

n(平)/mol  0.04a  0.16a  0.16a  0.32a

K＝＝。

③温度升高，速率快，先到达平衡，拐点在前；温度升高，CO2转化率降低，n(CH4)的量减小。(3)CO2→CH4，碳从＋4价降到－4价，CO2＋8e－→CH4，溶液呈碱性，用OH－平衡电荷：CO2＋8e－＋H2O→CH4＋8OH－，根据原子守恒配平。

答案：(1)Al2O3(s)＋3C(s)＋N2(g)===2AlN(s)＋3CO(g)　ΔH＝＋1 026 kJ·mol－1　高温

(2)①CD　②625 V2/a2

③

(3)CO2＋6H2O＋8e－===CH4＋8OH－

7．[2016·全国卷Ⅱ]丙烯腈(CH2===CHCN)是一种重要的化工原料，工业上可用“丙烯氨氧化法”生产，主要副产物有丙烯醛(CH2===CHCHO)和乙腈(CH3CN)等。回答下列问题：

(1)以丙烯、氨、氧气为原料，在催化剂存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副产物丙烯醛(C3H4O)的热化学方程式如下：

①C3H6(g)＋NH3(g)＋O2(g)===C3H3N(g)＋3H2O(g)　ΔH ＝－515 kJ·mol－1

②C3H6(g)＋O2(g)===C3H4O(g)＋H2O(g)　ΔH＝－353 kJ·mol－1

两个反应在热力学上趋势均很大，其原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________；

有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________；

提高丙烯腈反应选择性的关键因素是________________________________________________________________________。

(2)图(a)为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线，最高产率对应的温度为460 ℃。低于460 ℃时，丙烯腈的产率________(填“是”或“不是”)对应温度下的平衡产率，判断理由是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________；

高于460 ℃时，丙烯腈产率降低的可能原因是________(双选，填标号)。

A．催化剂活性降低

B．平衡常数变大

C．副反应增多

D．反应活化能增大

图(a)

图(b)

(3)丙烯腈和丙烯醛的产率与n(氨)/n(丙烯)的关系如图(b)所示。由图可知，最佳n(氨)/n(丙烯)约为________，理由是________________________________________________________________________。

进料气氨、空气、丙烯的理论体积比约为________。

解析：(1)由热化学方程式可知，反应①气体分子数增加，是一个熵增的放热反应，反应②气体分子数不变，是一个熵变化不大的放热量较大的反应，在热力学上都属于自发进行的反应。由于反应①是一个气体分子数增加的放热反应，降温、减压均有利于提高丙烯腈的平衡产率。有机反应中要提高某反应的选择性，关键是选择合适的催化剂。

(2)由于反应①是放热反应，温度降低，平衡右移，丙烯腈的平衡产率应增大，因此图(a)中460 ℃以下的产率不是对应温度下的平衡产率。反应①的平衡常数随温度的升高而变小，反应的活化能不受温度的影响，故当温度高于460 ℃时，丙烯腈的产率降低的可能原因是催化剂活性降低和副反应增多。

(3)由图(b)可知，当n(氨)/n(丙烯)＝1时，丙烯腈的产率最高，而丙烯醛的产率已趋近于0，如果n(氨)/n(丙烯)再增大，丙烯腈的产率反而降低，故最佳n(氨)/n(丙烯)约为1。空气中O2的体积分数约为，结合反应①方程式及最佳n(氨)/n(丙烯)约为1可知，进料气氨、空气、丙烯的理论体积比应为1:(×5):1＝1:7.5:1。

答案：(1)两个反应均为放热量大的反应　降低温度减小压强　催化剂

(2)不是　该反应为放热反应，平衡产率应随温度升高而降低　AC

(3)1.0　该比例下丙烯腈产率最高，而副产物丙烯醛产率最低　1:7.5:1