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广西专用2022年高考化学一轮复习单元质检卷7化学反应速率和化学平衡含解析新人教版
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这是一份广西专用2022年高考化学一轮复习单元质检卷7化学反应速率和化学平衡含解析新人教版，共10页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
单元质检卷(七) 化学反应速率和化学平衡
(时间:45分钟 满分:100分)
一、选择题(本题共10小题,每小题5分,共50分。每小题只有一个选项符合题目要求)
1.已建立化学平衡的某可逆反应,当改变条件使化学平衡向正反应方向移动时,下列有关叙述正确的是( )。
①生成物的质量分数一定增加
②生成物的产量一定增大
③反应物的转化率一定增大
④反应物的浓度一定降低
⑤正反应速率一定大于逆反应速率
⑥平衡常数一定增大
A.①② B.③⑤
C.②⑤ D.④⑥
答案:C
解析:若加入反应物,平衡向正反应方向移动,生成物的质量分数不一定增加,①错误;化学平衡向正反应方向移动时,生成物的产量一定增大,②正确;若加入反应物,平衡向正反应方向移动时,反应物的转化率不一定增大,如对于恒温恒容条件下的反应A(g)+B(g)C(g),加入A,B的转化率增大,A的转化率减小,③错误;增大压强,平衡向正反应方向移动至新的平衡,反应物的浓度比原平衡时增大,④错误;平衡向正反应方向移动时,正反应速率一定大于逆反应速率,⑤正确;温度不变,平衡常数不变,⑥错误。故选C。
2.处于平衡状态的反应:2H2S(g)2H2(g)+S2(g) ΔH>0,不改变其他条件的情况下正确的是( )。
A.加入催化剂,反应途径将发生改变,ΔH也将随之改变
B.升高温度,正、逆反应速率都增大,H2S的分解率也增大
C.增大压强,平衡向逆反应方向移动,将引起体系温度降低
D.若体系恒容,充入一些H2后达新平衡,H2浓度将减小
答案:B
解析:加入催化剂,反应途径将发生改变,但根据盖斯定律,反应的始态和终态不变,反应的ΔH不会改变,A项错误;升高温度,正、逆反应速率都增大,根据勒夏特列原理,化学平衡向吸热反应方向移动,所以该平衡向正反应方向移动,H2S的分解率增大,B项正确;该反应随反应进行气体分子数增多,增大压强,化学平衡向逆反应方向移动。由于正反应为吸热反应,所以平衡向逆反应方向移动使体系温度升高,C项错误;根据勒夏特列原理,对于恒容体系,充入H2,平衡向逆反应方向移动,但平衡移动的趋势是很微弱的,只能减弱这种改变,但不能抵消这种改变,因此H2的浓度与原来相比是增大的,D项错误。
3.有可逆反应A(g)+3B(g)2C(g) ΔH<0。该反应的速率与时间的关系如图所示:
如果t2、t4、t6、t8时都只改变了一个反应条件,则对应t2、t4、t6、t8时改变的条件正确的是( )。
A.增大反应物浓度、使用了催化剂、减小压强、升高温度
B.升高温度、减小压强、增大反应物浓度、使用了催化剂
C.使用了催化剂、增大压强、减小反应物浓度、降低温度
D.升高温度、减小压强、减小反应物浓度、使用了催化剂
答案:B
解析:该反应的正反应为气体分子数减小的放热反应,t2时刻正、逆反应速率均增大,但逆反应速率增大的程度更大,平衡逆向移动,说明改变的条件是升高温度;t4时刻正、逆反应速率均减小,但逆反应速率仍大于正反应速率,平衡逆向移动,说明改变的条件是减小压强;t6时刻逆反应速率不变,正反应速率突然增大,说明改变的条件是增大反应物浓度;t8时刻正、逆反应速率同等程度增大,说明改变的条件是加入了催化剂;故B项正确。
4.已知N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.3 kJ· mol-1,在一定温度和存在催化剂的条件下,向一密闭容器中,通入1 mol N2和3 mol H2,达到平衡状态Ⅰ;相同条件下,向另一容积相同的密闭容器中通入0.9 mol N2、2.7 mol H2和0.2 mol NH3,达到平衡状态Ⅱ,则下列说法正确的是( )。
A.两个平衡状态的平衡常数的关系:KⅠ
C.N2的转化率:平衡Ⅰ<平衡Ⅱ
D.反应放出的热量:QⅠ=QⅡ<92.3 kJ
答案:B
解析:两种情况下反应的温度相同,故平衡常数KⅠ=KⅡ;两个平衡是等效平衡,故两平衡中H2的百分含量相同;由于后一容器的投料中已经有一部分NH3,故反应放出的热量:QⅠ>QⅡ,且都小于92.3kJ,N2的转化率:平衡Ⅰ>平衡Ⅱ。
5.(2020广西南宁高三模拟)某温度下,在容积为1 L的密闭容器中充入1 mol CO2和3.25 mol H2发生反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-49.0 kJ·mol-1,测得CH3OH(g)的物质的量随时间的变化如图所示。已知,此温度下,该反应的平衡常数K=2.25。下列说法正确的是( )。
A.反应开始至10 min内,v(H2)=0.075 mol·L-1·min-1
B.点N所对应的状态为化学平衡状态
C.CH3OH的生成速率,点M小于点N
D.欲增大平衡状态时c(CH3OH)c(CO2),可保持其他条件不变,升高温度
答案:B
解析:反应开始至10min内,n(CH3OH)增加0.75mol,v(CH3OH)=0.75mol1L×10min=0.075mol·L-1·min-1,则v(H2)=3v(CH3OH)=0.225mol·L-1·min-1,A项错误。根据图中数据,点N所在状态有0.25molCO2、1.0molH2、0.75molCH3OH、0.75molH2O(g),Qc=c(CH3OH)·c(H2O)c(CO2)·c3(H2)=2.25=K,为化学平衡状态,B项正确。从起始到平衡过程中,CH3OH的生成速率(正反应速率)逐渐减小,即正反应速率点M大于点N,C项错误。欲使平衡状态时c(CH3OH)c(CO2)增大,即使平衡右移,因ΔH<0,可保持其他条件不变降低温度,D项错误。
6.向绝热恒容密闭容器中通入SO2和NO2,在一定条件下使反应SO2(g)+NO2(g)SO3(g)+NO(g)达到平衡,正反应速率随时间变化的示意图如图所示。由图可得出的正确结论是( )。
A.该反应为放热反应
B.反应物浓度:C>B>A
C.A、B点均未建立平衡,C点恰好达到平衡
D.若在恒温恒容容器中,以相同的投料进行该反应,平衡后转化率小于绝热恒容容器中的转化率
答案:A
解析:一个可逆反应,随着反应进行,反应物浓度降低,正反应速率减小,但该图像中开始时正反应速率升高,说明反应过程中温度升高,故正反应为放热反应,A项正确;从A到C点正反应速率增大,反应物浓度不断减小,B项错误;可逆反应达到化学平衡时,正反应速率与逆反应速率相等,且保持不变,而C点后反应速率仍然在变化,C项错误;该反应为放热反应,恒温容器随着反应进行温度不变,而绝热容器随着反应进行,体系温度升高,温度越高,反应物转化率越小,D项错误。
7.在容积为300 mL的密闭容器中,放入镍粉并充入一定量的CO气体,一定条件下发生反应:Ni(s)+4CO(g)Ni(CO)4(g),已知该反应平衡常数与温度的关系如下表:
温度/℃
25
80
230
平衡常数
5×104
2
1.9×10-5
下列说法不正确的是( )。
A.上述生成Ni(CO)4(g)的反应为放热反应
B.25 ℃时反应Ni(CO)4(g)Ni(s)+4CO(g)的平衡常数为2×10-5
C.在80 ℃时,测得某时刻,Ni(CO)4(g)、CO浓度均为0.5 mol·L-1,则此时v(正)>v(逆)
D.80 ℃达到平衡时,测得n(CO)=0.15 mol,则Ni(CO)4的平衡浓度为0.125 mol·L-1
答案:C
解析:由表中数据可知随温度升高,平衡常数减小,故正反应为放热反应,A正确;15×104=2×10-5,B正确;代入数据计算可得Qc>K,平衡逆向移动,v(正)
A.A、C两点的反应速率:A>C
B.A、C两点气体的颜色:A深,C浅
C.由状态B到状态A,可以用加热的方法
D.若p2>p1,则化学平衡常数KA>KC
答案:C
解析:由图像可知,A、C两点在等温线上,C点压强大,则A、C两点的反应速率:A
A.反应进行到5.0 min时实验③的反应速率最快
B.条件②的反应最先达到平衡
C.②与①比较,②可能压强更大
D.该反应的正反应是吸热反应
答案:C
解析:由图像看出条件②的反应最先达到平衡,B项正确;②与①比较,只有反应速率不同,达到的平衡状态相同,可能为加入催化剂,在溶液中进行的反应,压强对反应速率没有影响,C项错误;条件③比条件①先达到平衡,说明条件③反应速率比条件①反应速率快,且平衡时X的转化率③比①大,为升温所致,升温平衡正向移动,说明该反应正反应为吸热反应,D项正确。
10.如图表示反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0的正反应速率随时间的变化情况,试根据如图所示曲线判断下列说法中可能正确的是( )。
A.t1时只减小了压强
B.t1时只降低了温度
C.t1时只减小了NH3的浓度,平衡向正反应方向移动
D.t1时减小N2的浓度,同时增大了NH3的浓度
答案:D
解析:若t1时只减小了压强,再次达到平衡后不能再恢复到原来的压强,达到新的平衡后,速率应低于原平衡状态,故A项错误;若t1时只降低了温度,平衡正向移动,反应物浓度降低,正反应速率减小,速率小于原来的速率,故B项错误;若t1时只减小了NH3的浓度,平衡向正反应方向移动,反应物浓度降低,正反应速率减小,速率小于原来的速率,故C项错误;若t1时减小N2的浓度,同时增大了NH3的浓度,正反应速率降低,平衡逆向移动,使反应物浓度增大,正反应速率又增大,所加NH3的量若足够,达到新的平衡时,速率能够大于原来的速率,故D项正确。
二、非选择题(本题共3个小题,共50分)
11.(16分)在压强为0.1 MPa、容积为10 L的密闭容器中,2 mol CO与5 mol H2的混合气体在催化剂作用下能生成甲醇:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH<0。请回答下列问题:
(1)①该反应的熵变ΔS (填“>”“<”或“=”)0。
②若温度T1>T2,则平衡常数K(T1) (填“>”“<”或“=”)K(T2)。
③下列措施既可以增大反应速率又可以提高甲醇产率的是 (填字母)。
A.升高温度
B.将CH3OH(g)从体系中分离
C.充入He,使体系总压强增大
D.再充入2 mol CO和5 mol H2
④下列可说明反应已达到化学平衡状态的是 (填字母)。
A.v生成(CH3OH)=v消耗(CO)
B.混合气体的密度不再改变
C.混合气体的平均相对分子质量不再改变
D.CO与H2的浓度之比不再变化
(2)若温度为T2时,5 min后反应达到平衡,CO的转化率为75%,则:
①平衡时体系总的物质的量为 mol。
②反应的平衡常数K= 。
③反应在0~5 min的平均反应速率v(H2)= 。
答案:(1)①< ②< ③D ④CD
(2)①4 ②75 ③0.06 mol·L-1·min-1
解析:(1)①反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)是气体的物质的量减小的反应,所以ΔS<0。
②若T1>T2,温度升高,对逆反应有利,平衡逆向移动,则平衡常数减小,所以K(T1)
④v生成(CH3OH)与v消耗(CO)表示的都是正反应速率,两者相等不能说明反应达到平衡状态,A错误;容器的容积不变,气体的总质量不变,则混合气体的密度始终不变,所以混合气体的密度不再改变不能判断为平衡状态,B错误;因为该反应是气体的物质的量发生变化的可逆反应,所以混合气体的平均相对分子质量发生变化,达到平衡时,混合气体的平均相对分子质量不再变化,C正确;CO与H2的浓度之比不再变化,符合化学平衡的定义,达到平衡状态,D正确。
(2)①平衡时消耗CO的物质的量是2mol×75%=1.5mol。
CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
起始/mol 25 0
转化/mol 1.53 1.5
平衡/mol 0.52 1.5
所以平衡时气体的总物质的量是1.5mol+0.5mol+2mol=4mol。
②根据上述计算,平衡时CO的浓度是0.05mol·L-1,氢气的浓度是0.2mol·L-1,甲醇的浓度是0.15mol·L-1,则平衡常数K=c(CH3OH)c(CO)·c2(H2)=75。
③根据反应速率的定义,反应在0~5min的平均反应速率v(H2)=3mol10L×5min=0.06mol·L-1·min-1。
12.(2020全国Ⅲ改编)(16分)二氧化碳催化加氢合成乙烯是综合利用CO2的热点研究领域。回答下列问题:
(1)CO2催化加氢生成乙烯和水的反应中,产物的物质的量之比n(C2H4)∶n(H2O)= 。当反应达到平衡时,若增大压强,则n(C2H4) (填“变大”“变小”或“不变”)。
(2)理论计算表明,原料初始组成n(CO2)∶n(H2)=1∶3,在体系压强为0.1 MPa,反应达到平衡时,四种组分的物质的量分数x随温度T的变化如图所示。
图中,表示C2H4、CO2变化的曲线分别是 、 。CO2催化加氢合成C2H4反应的ΔH (填“大于”或“小于”)0。
(3)根据图中点A(440 K,0.39),计算该温度时反应的平衡常数Kp= (列出计算式。以分压表示,分压=总压×物质的量分数)。
(4)二氧化碳催化加氢合成乙烯反应往往伴随副反应,生成C3H6、C3H8、C4H8等低碳烃。一定温度和压强条件下,为了提高反应速率和乙烯选择性,应当 。
答案:(1)1∶4 变大
(2)d c 小于
(3)94×10.0393或0.394×0.3940.396×(0.393)2×10.13等
(4)选择合适催化剂等
解析:本题考查了压强、温度对平衡的影响,压强平衡常数的计算,催化剂的使用及平衡图像的分析。
(1)根据题给信息可知,反应原理为2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g),则乙烯和水的物质的量之比为1∶4。当反应达平衡时增大压强,平衡向气体分子数减小的方向移动,即平衡向正反应方向移动,则乙烯的物质的量增大。
(2)由于原料初始组成n(CO2)∶n(H2)=1∶3,而反应2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)中二氧化碳和氢气的化学计量数之比也为1∶3,则无论反应进行到什么程度,混合气体中n(CO2)∶n(H2)始终为1∶3,由此可判断曲线a、b、c、d分别代表H2、H2O、CO2、C2H4。由于升高温度,CO2或H2的量增大,说明正反应为放热反应。
(3)根据(2)中的分析可知,任意时刻CO2和H2的物质的量分数之比始终为1∶3,根据点A坐标(440K,0.39)可知,氢气和水蒸气的物质的量分数都为0.39,则CO2的体积分数为0.393,C2H4的体积分数为0.394(注意:C2H4和H2O的物质的量分数之比始终为化学计量数之比),则CO2(g)、H2(g)、C2H4(g)、H2O(g)的分压分别为0.1MPa×0.393、0.1MPa×0.39、0.1MPa×0.394、0.1MPa×0.39,从而可求得Kp=
0.394×0.3940.396×(0.393)2×10.13=94×10.0393。
(4)根据外界条件对速率的影响,可知在一定温度和压强下,选择合适的催化剂可提高反应速率,同时使合成乙烯的主反应较多地发生,而副反应被抑制(即反应的选择性)。
13.(18分)研究发现,氮氧化物、硫的氧化物和可吸入颗粒物是雾霾的主要成分。回答下列问题。
(1)有下列反应:①N2(g)+O2(g)2NO(g) ΔH1=+180.5 kJ·mol-1
②C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH2=-393.5 kJ·mol-1
③2C(s)+O2(g)2CO(g) ΔH=-221.0 kJ·mol-1
已知某反应的平衡常数表达式为K=c(N2)·c2(CO2)c2(NO)·c2(CO),请写出此反应的热化学方程式: 。
(2)往1 L恒容密闭容器中充入一定量的NO2,在三种不同条件下发生反应:2NO2(g)2NO(g)+O2(g),实验测得NO2的浓度(单位:mol·L-1)随时间的变化如下表(不考虑生成N2O4)。
实验组别
时间/min
0
10
20
30
40
50
实验1/800 ℃
1.00
0.80
0.65
0.55
0.50
0.50
实验2/800 ℃
1.00
0.70
0.50
0.50
0.50
0.50
实验3/850 ℃
1.00
0.50
0.40
0.35
0.35
0.35
①下列说法正确的是 。
A.实验2容器内压强比实验1容器内压强小
B.由实验2和实验3可判断该反应是放热反应
C.实验1的平衡常数比实验3的平衡常数大
D.实验2使用了比实验1效率更高的催化剂
E.在0~10 min内实验2的反应速率v(O2)=
0.015 mol·L-1·min-1
②不能判断反应已达到化学平衡状态的是 。
A.容器内的气体压强不变
B.2v正(NO2)=v逆(O2)
C.气体的平均相对分子质量保持不变
D.NO2和NO的浓度比保持不变
③已知容器内的起始压强为p0kPa,在800 ℃温度下该反应的平衡常数Kp= (用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。在该温度下达到平衡后,再向容器中加入NO2和NO各2 mol,平衡将 (填“向正反应方向移动”或“向逆反应方向移动”或“不移动”)。
(3)为了减少雾霾中的SO2,工业尾气中SO2可用饱和Na2SO3溶液吸收,该反应的化学方程式为 ;25 ℃时,若用1 mol·L-1的Na2SO3溶液吸收SO2,当恰好完全反应时,溶液的pH (填“大于”“小于”或“等于”)7,溶液中各离子浓度由大到小的顺序为 (已知:常温下H2SO3的电离常数K1=1.3×10-2,K2=6.2×10-8)。
答案:(1)2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) ΔH=-746.5 kJ·mol-1
(2)①DE ②B ③0.25p0 不移动
(3)Na2SO3+SO2+H2O2NaHSO3 小于 c(Na+)>c(HSO3-)>c(H+)>c(SO32-)>c(OH-)
解析:(1)若某反应的平衡常数表达式为K=c(N2)·c2(CO2)c2(NO)·c2(CO),可知反应为2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g),①N2(g)+O2(g)2NO(g) ΔH=+180.5kJ·mol-1
②C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH=-393.5kJ·mol-1
③2C(s)+O2(g)2CO(g) ΔH=-221kJ·mol-1
根据盖斯定律,将②×2-③-①得到2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) ΔH=-746.5kJ·mol-1。
(2)①A项,由图表数据可知,实验2和实验1温度相同,NO2的起始量相同,达到平衡状态时c(NO2)相同,但实验2达到平衡状态所需时间少于实验1,说明是使用了催化剂,实验2容器内压强和实验1容器内压强相同,A项错误;
B项,实验3在850℃的条件下反应,达到平衡时c(NO2)比在800℃条件下反应达到平衡时c(NO2)小,说明升高温度,化学平衡向正反应方向移动,则正反应为吸热反应,B项错误;
C项,升高温度,平衡向正反应方向移动,平衡常数会增大,所以实验3的化学平衡常数比实验1的平衡常数大,C项错误;
D项,因实验1和实验2达到平衡时NO2的浓度相同,但实验2的反应速率大,说明实验2使用了效率更高的催化剂,D项正确;
E项,2NO2(g)2NO(g)+O2(g),在0~10min内实验2的反应速率v(O2)=12v(NO2)=12×1mol1L-0.7mol1L10min=0.015mol·L-1·min-1,E项正确。
②对于反应2NO2(g)2NO(g)+O2(g),
A项,由于该反应是在恒容条件下进行的反应前后气体分子数不等的反应,若容器内气体的压强不变,说明反应达到平衡状态,A项不符合题意;
B项,用不同物质表示的速率之比等于化学方程式计量数之比,v正(NO2)=2v逆(O2)能说明氧气的正、逆反应速率相同,但2v正(NO2)=v逆(O2)不能说明反应达到平衡状态,B项符合题意;
C项,其他条件不变,若反应未达到平衡状态,气体的物质的量发生改变,气体的平均相对分子质量就发生变化,因此气体的平均相对分子质量保持不变,说明反应达到平衡状态,C项不符合题意;
D项,NO2和NO的浓度比保持不变说明正、逆反应速率相同,反应处于平衡状态,D项不符合题意。
③已知容器内的起始压强为p0kPa,800℃达到平衡状态c(NO2)=0.50mol·L-1,由于容器的容积为1L,所以n(NO2)=0.50mol,结合三段式法列式计算:
2NO2(g)2NO(g)+O2(g)
起始量/mol 1 0 0
变化量/mol 0.5 0.5 0.25
平衡量/mol 0.5 0.5 0.25
平衡状态气体的总物质的量n(总)=0.5mol+0.5mol+0.25mol=1.25mol
在800℃温度下该反应的平衡常数Kp=1.25p0×0.51.2521.25p0×0.251.251.25p0×0.51.252=0.25p0,在该温度下达到平衡后,平衡常数K=0.52×0.250.52=0.25,再向容器中加入NO2和NO各2mol,浓度商Qc=0.25×2.522.52=0.25=K,说明平衡不移动。
(3)工业尾气中SO2可用饱和Na2SO3溶液吸收,该反应的化学方程式为Na2SO3+SO2+H2O2NaHSO3,25℃时,若用1mol·L-1的Na2SO3溶液吸收SO2,当恰好完全反应时,溶液中生成亚硫酸氢钠,根据题意可知HSO3-的电离平衡常数K2=6.2×10-8,HSO3-在溶液中也存在水解平衡:HSO3-+H2OH2SO3+OH-,水解平衡常数Kh=c(H2SO3)·c(OH-)c(HSO3-)=c(H2SO3)·c(OH-)·c(H+)c(HSO3-)·c(H+)=c(OH-)·c(H+)c(HSO3-)·c(H+)c(H2SO3)=KWK1=1×10-141.3×10-2=7.7×10-13<6.2×10-8,说明HSO3-的电离程度大于HSO3-的水解程度,溶液显酸性,pH<7,所以溶液中离子浓度由大到小的顺序为c(Na+)>c(HSO3-)>c(H+)>c(SO32-)>c(OH-)。
单元质检卷(七) 化学反应速率和化学平衡
(时间:45分钟 满分:100分)
一、选择题(本题共10小题,每小题5分,共50分。每小题只有一个选项符合题目要求)
1.已建立化学平衡的某可逆反应,当改变条件使化学平衡向正反应方向移动时,下列有关叙述正确的是( )。
①生成物的质量分数一定增加
②生成物的产量一定增大
③反应物的转化率一定增大
④反应物的浓度一定降低
⑤正反应速率一定大于逆反应速率
⑥平衡常数一定增大
A.①② B.③⑤
C.②⑤ D.④⑥
答案:C
解析:若加入反应物,平衡向正反应方向移动,生成物的质量分数不一定增加,①错误;化学平衡向正反应方向移动时,生成物的产量一定增大,②正确;若加入反应物,平衡向正反应方向移动时,反应物的转化率不一定增大,如对于恒温恒容条件下的反应A(g)+B(g)C(g),加入A,B的转化率增大,A的转化率减小,③错误;增大压强,平衡向正反应方向移动至新的平衡,反应物的浓度比原平衡时增大,④错误;平衡向正反应方向移动时,正反应速率一定大于逆反应速率,⑤正确;温度不变,平衡常数不变,⑥错误。故选C。
2.处于平衡状态的反应:2H2S(g)2H2(g)+S2(g) ΔH>0,不改变其他条件的情况下正确的是( )。
A.加入催化剂,反应途径将发生改变,ΔH也将随之改变
B.升高温度,正、逆反应速率都增大,H2S的分解率也增大
C.增大压强,平衡向逆反应方向移动,将引起体系温度降低
D.若体系恒容,充入一些H2后达新平衡,H2浓度将减小
答案:B
解析:加入催化剂,反应途径将发生改变,但根据盖斯定律,反应的始态和终态不变,反应的ΔH不会改变,A项错误;升高温度,正、逆反应速率都增大,根据勒夏特列原理,化学平衡向吸热反应方向移动,所以该平衡向正反应方向移动,H2S的分解率增大,B项正确;该反应随反应进行气体分子数增多,增大压强,化学平衡向逆反应方向移动。由于正反应为吸热反应,所以平衡向逆反应方向移动使体系温度升高,C项错误;根据勒夏特列原理,对于恒容体系,充入H2,平衡向逆反应方向移动,但平衡移动的趋势是很微弱的,只能减弱这种改变,但不能抵消这种改变,因此H2的浓度与原来相比是增大的,D项错误。
3.有可逆反应A(g)+3B(g)2C(g) ΔH<0。该反应的速率与时间的关系如图所示:
如果t2、t4、t6、t8时都只改变了一个反应条件,则对应t2、t4、t6、t8时改变的条件正确的是( )。
A.增大反应物浓度、使用了催化剂、减小压强、升高温度
B.升高温度、减小压强、增大反应物浓度、使用了催化剂
C.使用了催化剂、增大压强、减小反应物浓度、降低温度
D.升高温度、减小压强、减小反应物浓度、使用了催化剂
答案:B
解析:该反应的正反应为气体分子数减小的放热反应,t2时刻正、逆反应速率均增大,但逆反应速率增大的程度更大,平衡逆向移动,说明改变的条件是升高温度;t4时刻正、逆反应速率均减小,但逆反应速率仍大于正反应速率,平衡逆向移动,说明改变的条件是减小压强;t6时刻逆反应速率不变,正反应速率突然增大,说明改变的条件是增大反应物浓度;t8时刻正、逆反应速率同等程度增大,说明改变的条件是加入了催化剂;故B项正确。
4.已知N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.3 kJ· mol-1,在一定温度和存在催化剂的条件下,向一密闭容器中,通入1 mol N2和3 mol H2,达到平衡状态Ⅰ;相同条件下,向另一容积相同的密闭容器中通入0.9 mol N2、2.7 mol H2和0.2 mol NH3,达到平衡状态Ⅱ,则下列说法正确的是( )。
A.两个平衡状态的平衡常数的关系:KⅠ
C.N2的转化率:平衡Ⅰ<平衡Ⅱ
D.反应放出的热量:QⅠ=QⅡ<92.3 kJ
答案:B
解析:两种情况下反应的温度相同,故平衡常数KⅠ=KⅡ;两个平衡是等效平衡,故两平衡中H2的百分含量相同;由于后一容器的投料中已经有一部分NH3,故反应放出的热量:QⅠ>QⅡ,且都小于92.3kJ,N2的转化率:平衡Ⅰ>平衡Ⅱ。
5.(2020广西南宁高三模拟)某温度下,在容积为1 L的密闭容器中充入1 mol CO2和3.25 mol H2发生反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-49.0 kJ·mol-1,测得CH3OH(g)的物质的量随时间的变化如图所示。已知,此温度下,该反应的平衡常数K=2.25。下列说法正确的是( )。
A.反应开始至10 min内,v(H2)=0.075 mol·L-1·min-1
B.点N所对应的状态为化学平衡状态
C.CH3OH的生成速率,点M小于点N
D.欲增大平衡状态时c(CH3OH)c(CO2),可保持其他条件不变,升高温度
答案:B
解析:反应开始至10min内,n(CH3OH)增加0.75mol,v(CH3OH)=0.75mol1L×10min=0.075mol·L-1·min-1,则v(H2)=3v(CH3OH)=0.225mol·L-1·min-1,A项错误。根据图中数据,点N所在状态有0.25molCO2、1.0molH2、0.75molCH3OH、0.75molH2O(g),Qc=c(CH3OH)·c(H2O)c(CO2)·c3(H2)=2.25=K,为化学平衡状态,B项正确。从起始到平衡过程中,CH3OH的生成速率(正反应速率)逐渐减小,即正反应速率点M大于点N,C项错误。欲使平衡状态时c(CH3OH)c(CO2)增大,即使平衡右移,因ΔH<0,可保持其他条件不变降低温度,D项错误。
6.向绝热恒容密闭容器中通入SO2和NO2,在一定条件下使反应SO2(g)+NO2(g)SO3(g)+NO(g)达到平衡,正反应速率随时间变化的示意图如图所示。由图可得出的正确结论是( )。
A.该反应为放热反应
B.反应物浓度:C>B>A
C.A、B点均未建立平衡,C点恰好达到平衡
D.若在恒温恒容容器中,以相同的投料进行该反应,平衡后转化率小于绝热恒容容器中的转化率
答案:A
解析:一个可逆反应,随着反应进行,反应物浓度降低,正反应速率减小,但该图像中开始时正反应速率升高,说明反应过程中温度升高,故正反应为放热反应,A项正确;从A到C点正反应速率增大,反应物浓度不断减小,B项错误;可逆反应达到化学平衡时,正反应速率与逆反应速率相等,且保持不变,而C点后反应速率仍然在变化,C项错误;该反应为放热反应,恒温容器随着反应进行温度不变,而绝热容器随着反应进行,体系温度升高,温度越高,反应物转化率越小,D项错误。
7.在容积为300 mL的密闭容器中,放入镍粉并充入一定量的CO气体,一定条件下发生反应:Ni(s)+4CO(g)Ni(CO)4(g),已知该反应平衡常数与温度的关系如下表:
温度/℃
25
80
230
平衡常数
5×104
2
1.9×10-5
下列说法不正确的是( )。
A.上述生成Ni(CO)4(g)的反应为放热反应
B.25 ℃时反应Ni(CO)4(g)Ni(s)+4CO(g)的平衡常数为2×10-5
C.在80 ℃时,测得某时刻,Ni(CO)4(g)、CO浓度均为0.5 mol·L-1,则此时v(正)>v(逆)
D.80 ℃达到平衡时,测得n(CO)=0.15 mol,则Ni(CO)4的平衡浓度为0.125 mol·L-1
答案:C
解析:由表中数据可知随温度升高,平衡常数减小,故正反应为放热反应,A正确;15×104=2×10-5,B正确;代入数据计算可得Qc>K,平衡逆向移动,v(正)
A.A、C两点的反应速率:A>C
B.A、C两点气体的颜色:A深,C浅
C.由状态B到状态A,可以用加热的方法
D.若p2>p1,则化学平衡常数KA>KC
答案:C
解析:由图像可知,A、C两点在等温线上,C点压强大,则A、C两点的反应速率:A
A.反应进行到5.0 min时实验③的反应速率最快
B.条件②的反应最先达到平衡
C.②与①比较,②可能压强更大
D.该反应的正反应是吸热反应
答案:C
解析:由图像看出条件②的反应最先达到平衡,B项正确;②与①比较,只有反应速率不同,达到的平衡状态相同,可能为加入催化剂,在溶液中进行的反应,压强对反应速率没有影响,C项错误;条件③比条件①先达到平衡,说明条件③反应速率比条件①反应速率快,且平衡时X的转化率③比①大,为升温所致,升温平衡正向移动,说明该反应正反应为吸热反应,D项正确。
10.如图表示反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0的正反应速率随时间的变化情况,试根据如图所示曲线判断下列说法中可能正确的是( )。
A.t1时只减小了压强
B.t1时只降低了温度
C.t1时只减小了NH3的浓度,平衡向正反应方向移动
D.t1时减小N2的浓度,同时增大了NH3的浓度
答案:D
解析:若t1时只减小了压强,再次达到平衡后不能再恢复到原来的压强,达到新的平衡后,速率应低于原平衡状态,故A项错误;若t1时只降低了温度,平衡正向移动,反应物浓度降低,正反应速率减小,速率小于原来的速率,故B项错误;若t1时只减小了NH3的浓度,平衡向正反应方向移动,反应物浓度降低,正反应速率减小,速率小于原来的速率,故C项错误;若t1时减小N2的浓度,同时增大了NH3的浓度,正反应速率降低,平衡逆向移动,使反应物浓度增大,正反应速率又增大,所加NH3的量若足够,达到新的平衡时,速率能够大于原来的速率,故D项正确。
二、非选择题(本题共3个小题,共50分)
11.(16分)在压强为0.1 MPa、容积为10 L的密闭容器中,2 mol CO与5 mol H2的混合气体在催化剂作用下能生成甲醇:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH<0。请回答下列问题:
(1)①该反应的熵变ΔS (填“>”“<”或“=”)0。
②若温度T1>T2,则平衡常数K(T1) (填“>”“<”或“=”)K(T2)。
③下列措施既可以增大反应速率又可以提高甲醇产率的是 (填字母)。
A.升高温度
B.将CH3OH(g)从体系中分离
C.充入He,使体系总压强增大
D.再充入2 mol CO和5 mol H2
④下列可说明反应已达到化学平衡状态的是 (填字母)。
A.v生成(CH3OH)=v消耗(CO)
B.混合气体的密度不再改变
C.混合气体的平均相对分子质量不再改变
D.CO与H2的浓度之比不再变化
(2)若温度为T2时,5 min后反应达到平衡,CO的转化率为75%,则:
①平衡时体系总的物质的量为 mol。
②反应的平衡常数K= 。
③反应在0~5 min的平均反应速率v(H2)= 。
答案:(1)①< ②< ③D ④CD
(2)①4 ②75 ③0.06 mol·L-1·min-1
解析:(1)①反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)是气体的物质的量减小的反应,所以ΔS<0。
②若T1>T2,温度升高,对逆反应有利,平衡逆向移动,则平衡常数减小,所以K(T1)
④v生成(CH3OH)与v消耗(CO)表示的都是正反应速率,两者相等不能说明反应达到平衡状态,A错误;容器的容积不变,气体的总质量不变,则混合气体的密度始终不变,所以混合气体的密度不再改变不能判断为平衡状态,B错误;因为该反应是气体的物质的量发生变化的可逆反应,所以混合气体的平均相对分子质量发生变化,达到平衡时,混合气体的平均相对分子质量不再变化,C正确;CO与H2的浓度之比不再变化,符合化学平衡的定义,达到平衡状态,D正确。
(2)①平衡时消耗CO的物质的量是2mol×75%=1.5mol。
CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
起始/mol 25 0
转化/mol 1.53 1.5
平衡/mol 0.52 1.5
所以平衡时气体的总物质的量是1.5mol+0.5mol+2mol=4mol。
②根据上述计算,平衡时CO的浓度是0.05mol·L-1,氢气的浓度是0.2mol·L-1,甲醇的浓度是0.15mol·L-1,则平衡常数K=c(CH3OH)c(CO)·c2(H2)=75。
③根据反应速率的定义,反应在0~5min的平均反应速率v(H2)=3mol10L×5min=0.06mol·L-1·min-1。
12.(2020全国Ⅲ改编)(16分)二氧化碳催化加氢合成乙烯是综合利用CO2的热点研究领域。回答下列问题:
(1)CO2催化加氢生成乙烯和水的反应中,产物的物质的量之比n(C2H4)∶n(H2O)= 。当反应达到平衡时,若增大压强,则n(C2H4) (填“变大”“变小”或“不变”)。
(2)理论计算表明,原料初始组成n(CO2)∶n(H2)=1∶3,在体系压强为0.1 MPa,反应达到平衡时,四种组分的物质的量分数x随温度T的变化如图所示。
图中,表示C2H4、CO2变化的曲线分别是 、 。CO2催化加氢合成C2H4反应的ΔH (填“大于”或“小于”)0。
(3)根据图中点A(440 K,0.39),计算该温度时反应的平衡常数Kp= (列出计算式。以分压表示,分压=总压×物质的量分数)。
(4)二氧化碳催化加氢合成乙烯反应往往伴随副反应,生成C3H6、C3H8、C4H8等低碳烃。一定温度和压强条件下,为了提高反应速率和乙烯选择性,应当 。
答案:(1)1∶4 变大
(2)d c 小于
(3)94×10.0393或0.394×0.3940.396×(0.393)2×10.13等
(4)选择合适催化剂等
解析:本题考查了压强、温度对平衡的影响,压强平衡常数的计算,催化剂的使用及平衡图像的分析。
(1)根据题给信息可知,反应原理为2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g),则乙烯和水的物质的量之比为1∶4。当反应达平衡时增大压强,平衡向气体分子数减小的方向移动,即平衡向正反应方向移动,则乙烯的物质的量增大。
(2)由于原料初始组成n(CO2)∶n(H2)=1∶3,而反应2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)中二氧化碳和氢气的化学计量数之比也为1∶3,则无论反应进行到什么程度,混合气体中n(CO2)∶n(H2)始终为1∶3,由此可判断曲线a、b、c、d分别代表H2、H2O、CO2、C2H4。由于升高温度,CO2或H2的量增大,说明正反应为放热反应。
(3)根据(2)中的分析可知,任意时刻CO2和H2的物质的量分数之比始终为1∶3,根据点A坐标(440K,0.39)可知,氢气和水蒸气的物质的量分数都为0.39,则CO2的体积分数为0.393,C2H4的体积分数为0.394(注意:C2H4和H2O的物质的量分数之比始终为化学计量数之比),则CO2(g)、H2(g)、C2H4(g)、H2O(g)的分压分别为0.1MPa×0.393、0.1MPa×0.39、0.1MPa×0.394、0.1MPa×0.39,从而可求得Kp=
0.394×0.3940.396×(0.393)2×10.13=94×10.0393。
(4)根据外界条件对速率的影响,可知在一定温度和压强下,选择合适的催化剂可提高反应速率,同时使合成乙烯的主反应较多地发生,而副反应被抑制(即反应的选择性)。
13.(18分)研究发现,氮氧化物、硫的氧化物和可吸入颗粒物是雾霾的主要成分。回答下列问题。
(1)有下列反应:①N2(g)+O2(g)2NO(g) ΔH1=+180.5 kJ·mol-1
②C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH2=-393.5 kJ·mol-1
③2C(s)+O2(g)2CO(g) ΔH=-221.0 kJ·mol-1
已知某反应的平衡常数表达式为K=c(N2)·c2(CO2)c2(NO)·c2(CO),请写出此反应的热化学方程式: 。
(2)往1 L恒容密闭容器中充入一定量的NO2,在三种不同条件下发生反应:2NO2(g)2NO(g)+O2(g),实验测得NO2的浓度(单位:mol·L-1)随时间的变化如下表(不考虑生成N2O4)。
实验组别
时间/min
0
10
20
30
40
50
实验1/800 ℃
1.00
0.80
0.65
0.55
0.50
0.50
实验2/800 ℃
1.00
0.70
0.50
0.50
0.50
0.50
实验3/850 ℃
1.00
0.50
0.40
0.35
0.35
0.35
①下列说法正确的是 。
A.实验2容器内压强比实验1容器内压强小
B.由实验2和实验3可判断该反应是放热反应
C.实验1的平衡常数比实验3的平衡常数大
D.实验2使用了比实验1效率更高的催化剂
E.在0~10 min内实验2的反应速率v(O2)=
0.015 mol·L-1·min-1
②不能判断反应已达到化学平衡状态的是 。
A.容器内的气体压强不变
B.2v正(NO2)=v逆(O2)
C.气体的平均相对分子质量保持不变
D.NO2和NO的浓度比保持不变
③已知容器内的起始压强为p0kPa,在800 ℃温度下该反应的平衡常数Kp= (用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。在该温度下达到平衡后,再向容器中加入NO2和NO各2 mol,平衡将 (填“向正反应方向移动”或“向逆反应方向移动”或“不移动”)。
(3)为了减少雾霾中的SO2,工业尾气中SO2可用饱和Na2SO3溶液吸收,该反应的化学方程式为 ;25 ℃时,若用1 mol·L-1的Na2SO3溶液吸收SO2,当恰好完全反应时,溶液的pH (填“大于”“小于”或“等于”)7,溶液中各离子浓度由大到小的顺序为 (已知:常温下H2SO3的电离常数K1=1.3×10-2,K2=6.2×10-8)。
答案:(1)2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) ΔH=-746.5 kJ·mol-1
(2)①DE ②B ③0.25p0 不移动
(3)Na2SO3+SO2+H2O2NaHSO3 小于 c(Na+)>c(HSO3-)>c(H+)>c(SO32-)>c(OH-)
解析:(1)若某反应的平衡常数表达式为K=c(N2)·c2(CO2)c2(NO)·c2(CO),可知反应为2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g),①N2(g)+O2(g)2NO(g) ΔH=+180.5kJ·mol-1
②C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH=-393.5kJ·mol-1
③2C(s)+O2(g)2CO(g) ΔH=-221kJ·mol-1
根据盖斯定律,将②×2-③-①得到2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) ΔH=-746.5kJ·mol-1。
(2)①A项,由图表数据可知,实验2和实验1温度相同,NO2的起始量相同,达到平衡状态时c(NO2)相同,但实验2达到平衡状态所需时间少于实验1,说明是使用了催化剂,实验2容器内压强和实验1容器内压强相同,A项错误;
B项,实验3在850℃的条件下反应,达到平衡时c(NO2)比在800℃条件下反应达到平衡时c(NO2)小,说明升高温度,化学平衡向正反应方向移动,则正反应为吸热反应,B项错误;
C项,升高温度,平衡向正反应方向移动,平衡常数会增大,所以实验3的化学平衡常数比实验1的平衡常数大,C项错误;
D项,因实验1和实验2达到平衡时NO2的浓度相同,但实验2的反应速率大,说明实验2使用了效率更高的催化剂,D项正确;
E项,2NO2(g)2NO(g)+O2(g),在0~10min内实验2的反应速率v(O2)=12v(NO2)=12×1mol1L-0.7mol1L10min=0.015mol·L-1·min-1,E项正确。
②对于反应2NO2(g)2NO(g)+O2(g),
A项,由于该反应是在恒容条件下进行的反应前后气体分子数不等的反应,若容器内气体的压强不变,说明反应达到平衡状态,A项不符合题意;
B项,用不同物质表示的速率之比等于化学方程式计量数之比,v正(NO2)=2v逆(O2)能说明氧气的正、逆反应速率相同,但2v正(NO2)=v逆(O2)不能说明反应达到平衡状态,B项符合题意;
C项,其他条件不变,若反应未达到平衡状态,气体的物质的量发生改变,气体的平均相对分子质量就发生变化,因此气体的平均相对分子质量保持不变,说明反应达到平衡状态,C项不符合题意;
D项,NO2和NO的浓度比保持不变说明正、逆反应速率相同,反应处于平衡状态,D项不符合题意。
③已知容器内的起始压强为p0kPa,800℃达到平衡状态c(NO2)=0.50mol·L-1,由于容器的容积为1L,所以n(NO2)=0.50mol,结合三段式法列式计算:
2NO2(g)2NO(g)+O2(g)
起始量/mol 1 0 0
变化量/mol 0.5 0.5 0.25
平衡量/mol 0.5 0.5 0.25
平衡状态气体的总物质的量n(总)=0.5mol+0.5mol+0.25mol=1.25mol
在800℃温度下该反应的平衡常数Kp=1.25p0×0.51.2521.25p0×0.251.251.25p0×0.51.252=0.25p0,在该温度下达到平衡后,平衡常数K=0.52×0.250.52=0.25,再向容器中加入NO2和NO各2mol,浓度商Qc=0.25×2.522.52=0.25=K,说明平衡不移动。
(3)工业尾气中SO2可用饱和Na2SO3溶液吸收,该反应的化学方程式为Na2SO3+SO2+H2O2NaHSO3,25℃时,若用1mol·L-1的Na2SO3溶液吸收SO2,当恰好完全反应时,溶液中生成亚硫酸氢钠,根据题意可知HSO3-的电离平衡常数K2=6.2×10-8,HSO3-在溶液中也存在水解平衡:HSO3-+H2OH2SO3+OH-,水解平衡常数Kh=c(H2SO3)·c(OH-)c(HSO3-)=c(H2SO3)·c(OH-)·c(H+)c(HSO3-)·c(H+)=c(OH-)·c(H+)c(HSO3-)·c(H+)c(H2SO3)=KWK1=1×10-141.3×10-2=7.7×10-13<6.2×10-8,说明HSO3-的电离程度大于HSO3-的水解程度,溶液显酸性,pH<7,所以溶液中离子浓度由大到小的顺序为c(Na+)>c(HSO3-)>c(H+)>c(SO32-)>c(OH-)。
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