高考化学二轮专题限时集训08《化学反应速率与化学平衡》（含详解）

这是一份高考化学二轮专题限时集训08《化学反应速率与化学平衡》（含详解），共13页。试卷主要包含了CO常用于工业冶炼金属，5　　0.25　 　0.5，已知反应等内容，欢迎下载使用。

专题限时集训(八)　
化学反应速率与化学平衡
(对应学生用书第127页)
(限时：40分钟)
1．(2017· 淄博仿真模拟)CO常用于工业冶炼金属。在不同温度下CO还原四种金属氧化物达平衡后气体中lg 与温度(t)的关系曲线如图。下列说法正确的是 (　　) 【97184103】

A．通过增高反应炉的高度，延长矿石和CO接触的时间，能减少尾气中
CO的含量
B．CO不适宜用于工业冶炼金属Cr
C．CO还原PbO2的反应ΔH＞0
D．工业冶炼金属Cu时，高温有利于提高CO的转化率
B　[增高炉的高度，增大CO与铁矿石的接触，不能影响平衡移动，CO的利用率不变， A错误；由图像可知用CO冶炼金属Cr时，lg 一直很高，说明CO转化率很低，不适合， B正确；由图像可知CO还原PbO2的温度越高，lg 越高，说明CO转化率越低，平衡逆向移动，故ΔH<0, C错误；由图像可知用CO冶炼金属铜时，温度越高，lg 越大，故CO转化率越低， D错误。]
2．(2017·湖南郴州第三次质量检测)在容积均为1 L的三个密闭容器中，分别放入铁粉并充入1 mol CO，控制在不同温度下发生反应：Fe(s)＋5CO(g)Fe(CO)5(g)，当反应进行到5 min时，测得CO的体积分数与温度的关系如图所示。下列说法一定正确的是(　　)

A．反应进行到5 min时，b容器中v(正)＝v(逆)
B．正反应为吸热反应，平衡常数：K(T1)>K(T2)
C．b中v(正)大于a中v(逆)
D．达到平衡时，a、b、c中CO的转化率为b>c>a
C　[5 min时，b容器中的反应不一定是平衡状态，则v(正)、v(逆)不一定相等，故A错误。温度越高，反应速率越快，根据b、c两点可知，升温平衡逆向移动，说明正反应为放热反应，故B错误。根据图像，a容器中反应未达平衡，v(正)>v(逆)，b的反应物浓度及温度都高于a，因此b中v(正)大于a中v(正)大于a中v(逆)，故C正确。因为该反应是放热反应，所以三容器达到平衡时，CO的转化率为a>b>c，D项错误。]
3．(2017· 徐州考前打靶卷改编)在3种不同条件下，分别向容积为2 L的恒容密闭容器中充入2 mol A和1 mol B，发生反应：2A(g) ＋ B(g)2D(g)　ΔH＝Q kJ·mol－1。相关条件和数据见下表：
实验编号
实验Ⅰ
实验Ⅱ
实验Ⅲ
反应温度/℃
700
700
750
达平衡时间/min
40
5
30
n(D)平衡/ mol
1.5
1.5
1
化学平衡常数
K1
K 2
K 3
下列说法正确的是(　　) 【97184104】
A．K 3＞K 2＝K 1
B．实验Ⅱ可能使用了催化剂
C．实验Ⅲ达平衡后容器内的压强是实验Ⅰ的倍
D．实验Ⅲ达平衡后，恒温下再向容器中通入1 mol A和1 mol D，平衡正向
移动
B　[根据表格数据，升高温度到750 ℃，n(D)减小，平衡逆向移动，K 3 2A(g)＋B(g) 2D(g)
1　　　0.5　　　0
0．5　　0.25　 　0.5
0．5　　0.25　 　0.5
K＝＝4，恒温下再向容器中通入1 mol A和1 mol D，Q＝＝4，Q＝K，平衡不移动，D错误。]
4．(2017·河南高中毕业年级考前预测)一定温度下，在3个体积均为1.0 L的恒容密闭容器中反应2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g)分别达到平衡。下列说法正确的是(　　)
容器
温度/K
起始浓度/(mol·L－1)
CH3OH平衡浓度
H2
CO
CH3OH
mol·L－1
①
400
0.20
0.10
0
0.08
②
400
0.40
0.20
0
x
③
500
0
0
0.10
0.025
A.该反应的正反应是吸热反应
B．x＝0.16
C．平衡时，容器②中H2的体积分数比容器①的大
D．400 K时若再向容器①中充入0.10 mol H2、0.10 mol CO和0.10 mol
CH3OH，则平衡将向正反应方向移动
D　[对比①、③，若温度相同，0.1 mol·L－1的CH3OH相当于0.20 mol·L－1的H2和0.1 mol·L－1的CO，为等效平衡，但③的温度较高，平衡时CH3OH较低，说明升高温度平衡逆向移动，正反应为放热反应，故A错误；对比①、②，在相同温度下反应，②中反应物浓度是①中反应物浓度的2倍，若平衡不移动时x＝2×0.08 mol·L－1＝0.16 mol·L－1，由方程式2H2(g)＋CO(g) CH3OH(g)可知，增大反应物浓度，平衡正向移动，故容器②中CH3OH的平衡浓度大于0.08×2 mol·L－1＝0.16 mol·L－1，故B错误；由B项分析可知，②与①相比，平衡正向移动，H2的转化率增大，容器②中H2的体积分数比容器①中的小，故C错误；由①可知平衡常数K＝＝2 500，若向容器①中再充入0.10 mol H2、0.10 mol CO和0.10 mol CH3OH，则Qc＝≈76.53 5．(2017·安徽淮北一模)已知反应：2NO2(红棕色)N2O4(无色)　ΔH<0。将一定量的NO2充入注射器中并密封，改变活塞位置的过程中，气体透光率随时间的变化如图所示(气体颜色越深，透光率越小)。下列说法不正确的是(　　)
【97184105】

A．b点达到平衡状态
B．b点与a点相比，c(NO2)、c(N2O4)均减小
C．d点：v(正) D．若在c点将温度降低，其透光率将增大
B　[曲线a→b段透光率不变，说明c(NO2)保持不变，故b点达到平衡状态，A正确；a、b两点的透光率相等，说明这两点中c(NO2)、c(N2O4)分别相等，且保持不变，B错误；由图可知，d点后透光率逐渐下降，说明c(NO2)逐渐增大，即平衡逆向移动，则有v(正) 6．(2017·衡阳联考)在1 L恒容密闭容器中充入X(g)和Y(g)，发生反应X(g)＋Y(g) M(g)＋N(g)，所得实验数据如下表：
实验
编号
温度/℃
起始时物质的量/mol
平衡时物质的量/mol
n(X)
n(Y)
n(M)
①
700
0.10
0.10
0.09
②
800
0.20
0.20
0.10
③
800
0.20
0.30
a
④
900
0.10
0.15
b
下列说法错误的是(　　) 【97184106】
A．实验①中，若5 min时测得n(M)＝0.05 mol，则0至5 min时间内，用N表示的平均反应速率v(N) ＝0.01 mol/( L·min)
B．实验②中，该反应的平衡常数K＝1.0
C．实验③中，达到平衡时，X的转化率为60%
D．实验④中，达到平衡时，b>0.06
D　[A项，v(N)＝v(M)＝＝＝1.0×10－2 mol/(L·min)，A正确；
B项，根据“三段式”计算
X(g)＋Y(g) M(g)＋N(g)　　　
起始(mol·L－1)　0.20　　0.20　　0　　 0
转化(mol·L－1)　0.10　 0.10　 0.10　 0.10
平衡(mol·L－1)　0.10　 0.10　 0.10　0.10
则实验②中，该反应的平衡常数K＝＝＝1.0，B正确；
C项，根据“三段式”计算
X(g)　＋　Y(g) M(g)＋N(g)
起始(mol·L－1)　　0.20　　　　0.30　　 0　　 0
转化(mol·L－1)　　a　　　　　 a　　　 a　　 a
平衡(mol·L－1)　　0.20－a　　0.30－a　 a　 　a
则实验③中，该反应的平衡常数
K＝＝＝1.0，
解得a＝0.12，故X的转化率为×100%＝60%，C正确；D项，反应X(g)＋Y(g)M(g)＋N(g)为气体体积不变的反应，压强不影响化学平衡，若实验①②温度相同，实验②平衡时M的物质的量应该为0.18 mol>0.10 mol，说明升高温度后平衡向逆方向移动，则该反应为放热反应；若实验④③的温度相同，则平衡时实验④中b＝0.06，由于实验④温度较高，且该反应为放热反应，则b＜0.06 mol，D错误。]
7．温度为T1时，在三个容积均为1 L的恒容密闭容器中仅发生反应：2NO2(g) 2NO(g)＋O2 (g) (正反应吸热)。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，受温度影响。下列说法正确的是(　　) 【97184107】
容器
编号
物质的起始浓度(mol·L－1)
物质的平衡浓度(mol·L－1)
c(NO2)
c(NO)
c(O2)
c(O2)
Ⅰ
0.6
0
0
0.2
Ⅱ
0.3
0.5
0.2

Ⅲ
0
0.5
0.35

A.达平衡时，容器Ⅰ与容器Ⅱ中的总压强之比为4∶5
B．达平衡时，容器Ⅱ中比容器Ⅰ中的大
C．达平衡时，容器Ⅲ中NO的体积分数小于50%
D．当温度改变为T2时，若k正＝k逆，则 T2＜T1
C　[由容器Ⅰ中反应
　　　　　　　　2NO2(g)2NO(g)＋O2(g)
起始量(mol/L) 0.6 0 0
变化量(mol/L) 0.4 0.4 0.2
平衡量(mol/L) 0.2 0.4 0.2
可以求出平衡常数K＝＝0.8，平衡时气体的总物质的量为0.8 mol，其中NO占0.4 mol，所以NO的体积分数为50%，＝1。在平衡状态下，v正＝v(NO2)消耗＝v逆＝v(NO)消耗，所以k正c2(NO2)＝k逆c2(NO)·c(O2)，进一步求出＝K＝0.8。A项，显然容器Ⅱ的起始投料与容器Ⅰ的平衡量相比，增大了反应物浓度，平衡将向正反应方向移动，所以容器Ⅱ在平衡时气体的总物质的量一定大于1 mol，故两容器的压强之比一定小于4∶5，A错误；B项，若容器Ⅱ在某时刻，＝1。
由反应　　　　　2NO2(g)2NO(g)＋O2(g)
起始量(mol/L) 0.3 0.5 0.2
变化量(mol/L) 2x 2x x
平衡量(mol/L) 0.3－2x 0.5＋2x 0.2＋x
因为＝＝1，解之得x＝，此时浓度商Qc＝＝>K，所以容器Ⅱ达平衡时，一定小于1，B错误；C项，若容器Ⅲ在某时刻，NO的体积分数为50%，
由反应　　　　　2NO2(g) 2NO(g)＋O2(g)
起始量(mol/L) 0 0.5 0.35
变化量(mol/L) 2x 2x x
平衡量(mol/L) 2x 0.5－2x 0.35－x
由0.5－2x＝2x＋0.35－x，解之得，x＝0.05，此时浓度商Qc＝＝4.8>K，说明此时反应继续向逆反应方向进行，NO进一步减少， C正确；D项，温度为T2时，＝K2＝1>0.8，因为正反应是吸热反应，升高温度后化学平衡常数变大，所以T2>T1，D错误。]
8．CO和H2被称为合成气，可以合成很多有机物，用合成气合成甲醛的过程如下：
①H2(g)＋CO(g)HCHO(g)　ΔH1＝a kJ/mol(主反应)
②2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g)　ΔH2＝b kJ/mol(副反应)
请回答下列问题： 【97184108】
(1)根据上述反应，甲醛催化加氢的热化学方程式为______________________
_________________________________________________________________。
(2)根据上述反应，合成甲醛的适合的操作条件为_______________________
_________________________________________________________________。
(3)300 ℃时，在容积为1 L的密闭容器中加入2 mol H2和2 mol CO，随着反应的进行HCHO蒸气的体积分数如图所示。

①0～30 min内，用H2表示该反应的平均反应速率为________mol/(L·min)，该温度下合成甲醛反应的平衡常数为________，H2的转化率为________(结果保留三位有效数字)。
②若达到平衡后再通入1 mol CO和1 mol H2，再次达到平衡时，CO的转化率________(填“增大”“减小”或“不变”)。
③若升高温度，该反应的平衡常数减小，则a________0(填“>”或“<”)。
(4)HCHO在一定条件下可以被氧化成，可以和Ca2＋结合成CaC2O4沉淀，已知CaC2O4的Ksp为2.57×10－9，用C2O沉淀水中的Ca2＋，保证Ca2＋沉淀完全(浓度小于1.0×10－5 mol/L)，则C2O浓度需大于________ mol/L。将沉淀过滤后，剩余的C2O可以用酸性KMnO4溶液滴定以测定C2O的含量，则滴定过程中发生反应的离子方程式为___________________
_________________________________________________________________。
【解析】　(1)根据盖斯定律，由②式－①式即可得甲醛催化加氢的热化学方程式。
(2)根据题给反应，合成甲醇的反应中CO和H2的化学计量数之比为1∶2，合成甲醛的反应中CO和H2的化学计量数之比为1∶1，故需控制反应物的物质的量之比为1∶1，合成甲醛的温度为300 ℃，合成甲醇的温度为400 ℃，故需控制反应温度为300 ℃。
(3)①设0～30 min内H2的转化浓度为x mol·L－1，则
H2(g)＋CO(g)HCHO(g)
起始浓度/(mol·L－1)　2　　　2　　　　　　0
转化浓度/(mol·L－1)　x　　　x　　　　 　 x
平衡浓度/(mol·L－1)　2－x　 2－x　　　 　x
30 min时，HCHO的体积分数为×100%＝75%，解得x＝，故0～30 min内H2的平均反应速率为≈0.057 1 mol/(L·min)，此温度下该反应的平衡常数K＝＝21，H2的转化率为×100%≈85.7%。
②恒温恒容时，再通入1 mol H2和1 mol CO，相当于加压，平衡向正反应方向移动，故CO的转化率增大。
③升高温度，平衡常数减小，说明平衡逆向移动，故正反应为放热反应，则a<0。
(4)欲保证Ca2＋沉淀完全，即使其浓度小于1.0×10－5 mol/L，故Qc＝
c(Ca2＋)·c(C2O)>Ksp，故c(C2O)应大于2.57×10－4 mol/L。酸性环境下MnO被还原成Mn2＋，C2O被氧化成CO2，用H＋保证电荷守恒，用H2O保证H和O的原子守恒。
【答案】　(1)H2(g)＋HCHO(g)CH3OH(g)　ΔH＝(b－a) kJ/mol
(2)控制H2和CO的物质的量之比为1∶1，控制反应温度为300 ℃
(3)①0.057 1　21　85.7%　②增大　③<
(4)2.57×10－4　16H＋＋5C2O＋2MnO===10CO2↑＋2Mn2＋＋8H2O
9．氮及其化合物在生产生活中有广泛应用。 【97184109】
(1)已知下列氨分解反应的活化能Ea1＝300 kJ·mol－1。
NH3(g) N2(g)＋H2(g)　ΔH
反应中相关的化学键的键能数据如下：
化学键
H—H
N≡N
N—H
E/(kJ·mol－1)
436
946
391
由此计算合成氨反应[N2(g)＋H2(g)NH3(g)]的活化能Ea2＝________kJ·mol－1。
(2)已知：CO可将部分氮的氧化物还原为N2。
反应Ⅰ：2CO(g)＋2NO(g)N2(g)＋2CO2(g)　
ΔH＝－746 kJ·mol－1
反应Ⅱ：4CO(g)＋2NO2(g)N2(g)＋4CO2(g)　
ΔH＝－1 200 kJ·mol－1
在密闭容器中充入5 mol CO和4 mol NO，发生上述反应Ⅰ，如图为平衡时NO的体积分数与温度、压强的关系。

①温度：T1________T2(填“<”或“>”)。
②某温度下，在容积为2 L的密闭容器中，反应进行10 min时放出373 kJ热量，用CO的浓度变化表示的平均反应速率v(CO)＝________。
③某温度下，反应达到平衡状态D点时，容器容积为2 L，此时的平衡常数K＝________(结果精确到0.01)；若在D点对反应容器升温的同时扩大容积使体系压强减小，重新达到的平衡状态可能是图中A～G点中的______点。
(3)某温度时，Ksp(AgNO2)＝9.0×10－4、Ksp(Ag2SO4)＝4.0×10－5，当向含NO、SO的混合溶液中加入AgNO3溶液至SO恰好完全沉淀(即SO浓度等于1.0×10－5 mol·L－1)时，NO刚好开始形成沉淀，则此时c(NO)＝________mol·L－1。
(4)如图，在酸性条件下电解水中的CN－可转化为CO2和N2，请写出阳极的电极反应式：______________________________________________________
_________________________________________________________________。

【解析】　(1)由表中数据可知，反应NH3(g)N2(g)＋H2(g)的ΔH＝ΣE(反应物)－ΣE(生成物)＝(3×391 kJ·mol－1)－(×946 kJ·mol－1＋×436 kJ·mol－1)＝＋46 kJ·mol－1。根据ΔH与正、逆反应的活化能的关系可知，ΔH＝Ea1－Ea2＝300 kJ·mol－1－Ea2＝＋46 kJ·mol－1，则有Ea2＝300 kJ·mol－1－46 kJ·mol－1＝254 kJ·mol－1。
(2)①反应Ⅰ：2CO(g)＋2NO(g)N2(g)＋2CO2(g)的正反应为气体总分子数减少的放热反应，在一定压强时，升高温度，平衡逆向移动，NO的体积分数增大。由题图可知，压强一定时，温度为T1时NO的体积分数大于T2时，故温度：T1>T2。
②反应Ⅰ进行10 min时放出373 kJ热量，该过程中消耗1 mol CO，则有v(CO)＝＝0.05 mol·L－1·min－1。
③图中D点NO的体积分数为25%，设有2x mol·L－1 NO发生反应，则有
2CO(g)＋2NO(g)N2(g)＋2CO2(g)
起始/(mol·L－1)2.5　　　2　　　　　0　　　0
转化/(mol·L－1)2x　　　 2x　　　　 x　　　2x
平衡/(mol·L－1)2.5－2x　2－2x　　　x　　　2x
NO的体积分数为＝25%，解得x＝0.5，则平衡常数K＝＝≈0.22。
若在D点对反应容器升温的同时扩大容积使体系压强减小，则平衡会逆向移动，NO的体积分数增加，重新达到的平衡状态可能是题图中的A点。
(3)Ag2SO4的Ksp(Ag2SO4)＝c2(Ag＋)·c(SO)＝4.0×10－5，混合溶液中加入AgNO3溶液至SO恰好完全沉淀时c(SO)＝1.0×10－5 mol·L－1，此时
c2(Ag＋)＝，则有c(Ag＋)＝2.0 mol·L－1，故溶液中c(NO)＝＝ mol·L－1＝4.5×10－4 mol·L－1。
(4)在酸性条件下电解水中的CN－，产物为CO2和N2，该过程中CN－发生氧化反应，据此推知，阳极反应式为2CN－＋4H2O－10e－===N2↑＋2CO2↑＋8H＋。
【答案】　(1)254
(2)①>　②0.05 mol·L－1·min－1　③0.22　A
(3)4.5×10－4
(4)2CN－＋4H2O－10e－===N2↑＋2CO2↑＋8H＋