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2023版高考化学一轮复习新题精练第七章化学反应速率与化学平衡课件
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这是一份2023版高考化学一轮复习新题精练第七章化学反应速率与化学平衡课件，共60页。PPT课件主要包含了必备知识新题精练，关键能力强化提升，高频易错高效快攻，考点2化学平衡，疑难点专练，情境创新专练，提升素养拓展思维，题型专练创新集训，全章综合训练等内容，欢迎下载使用。
考点1 化学反应速率
[2022山东济南检测]下列措施的目的是加快化学反应速率的是（ ）A.含氯消毒剂避光保存B.谷物酿酒时使用酒曲C.葡萄酒中添加二氧化硫D.航海轮船船底镶嵌锌块
题组 化学反应速率及其影响因素
1.B 酒曲相当于催化剂,可以加快谷物酿酒时的反应速率,B项正确。
2. [2022北京丰台区考试]臭氧分解2O3 3O2的反应历程包括以下反应:反应①:O3 O2+O· (快)反应②:O3+O· 2O2 (慢)大气中的氯氟烃光解产生的氯自由基(Cl·)能够催化O3分解,加速臭氧层的破坏。下列说法正确的是 （ ）A.活化能:反应①>反应②B.O3分解为O2的速率主要由反应②决定C.Cl·主要参与反应①,改变O3分解的反应历程D.Cl·参与反应提高了O3分解为O2的平衡转化率
2.B 活化能越大,反应速率越慢,由反应②的速率慢,可知反应②的活化能大,A项错误;化学反应速率由反应速率慢的一步反应决定,则O3分解为O2的速率主要由反应②决定,B项正确;Cl·能够催化O3分解,是臭氧分解反应的催化剂,催化剂主要通过降低反应历程中最大的活化能来提高反应速率,则Cl·主要参与反应②,C项错误;Cl·是催化剂,只能改变反应历程不能影响平衡转化率,D项错误。
3 .[2022黑龙江鹤岗一中考试]反应4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g) ΔH=-a kJ·ml-1(a>0),在5 L密闭容器中投入1 ml NH3和1 ml O2,2 min时NO的物质的量增加了0.4 ml,下列说法不正确的是 ( )A.在2 min时,反应放出的热量为0.1a kJB.用氧气表示0~2 min的反应速率:v(O2)=0.05 ml·L-1·min-1C.在2 min时,NH3的转化率为40%D.在2 min时,c(H2O)=0.6 ml·L-1
4 [2022辽宁营口质检]一定条件下,溶液的酸碱性对TiO2光催化染料R降解反应的影响如图所示。下列说法正确的是 （ ）A.在50 min时,pH=2和pH=7条件下R降解的百分率相等B.溶液酸性越强,R的降解速率越小C.R的起始浓度越小,降解速率越大D.在20~25 min之间,pH=10时,R的平均降解速率为0.04 ml·L-1·min-1
5. [2022辽宁重点高中一模]反应2H2(g)+2NO(g)===2H2O(g)+N2(g)的速率方程为v=kcα(H2)·cβ(NO),该反应在不同条件下的反应速率如下:下列说法正确的是 （ ）A.T2
易错点 不能结合图象正确分析反应速率的变化而出错
题组1 化学平衡状态及化学平衡移动
1 [2022贵州贵阳期末]在容积不变的密闭容器中进行如下反应:H2O(g)+C(s) H2(g)+CO(g) ΔH>0,下列有关叙述正确的是 （ ）A.平衡后加入少量C(s),正反应速率增大B.平衡后升高温度,混合气体的密度增大C.v(H2O)=v(CO),说明反应达到了平衡状态D.平衡后加入H2O(g),平衡向正反应方向移动,体系压强减小
1.B C为固体,改变固体的量不会影响反应速率,A项错误;该反应为吸热反应,升高温度,平衡正向移动,气体总质量增大,容器容积不变,则混合气体的密度增大,B项正确;选项中未注明反应速率的正、逆,则不能判断反应是否达到平衡状态,C项错误;平衡后加入H2O(g),平衡正向移动,气体总物质的量增大,容器容积不变,体系压强增大,D项错误。
2 [2022广东六校联考]NO2在有机化学中可用作氧化剂、硝化剂和丙烯酸酯聚合的抑制剂。已知反应:2NO2(g) N2O4(g) ΔH<0。在恒温条件下,将一定量的NO2充入注射器中后封口,如图表示在拉伸和压缩注射器的过程中气体透光率随时间的变化关系(气体颜色越深,透光率越小)。下列说法正确的是( )A.反应速率:cK(c)C.e点到f点的过程中从环境吸收热量D.d点到e点的变化可以用勒夏特列原理解释
2.C NO2浓度越大,透光率越小,c点透光率小于a点,说明c点NO2的浓度大,则反应速率c>a,A项错误;拉伸和压缩注射器,温度不变,则平衡常数相同,B项错误;e点的透光率小于f点,说明f点NO2浓度较小,则该过程为减压过程,平衡逆向移动,从环境吸收热量,C项正确;d点到e点没有因减压后平衡逆向移动而使透光率减小的过程,故不能用勒夏特列原理解释,D项错误。
3 [2022河北唐山考试]顺-1,2-二甲基环丙烷(g)和反-1,2-二甲基环丙烷(g)可发生如图所示转化,该反应的速率方程可表示为v正=k正·c顺和v逆=k逆·c反,k正和k逆分别为正、逆反应的速率常数。T1 ℃时,k正=0.006,k逆=0.002。下列说法错误的是 （ ）A.T1 ℃时,反应的平衡常数K=3B.温度升高,k正和k逆均增大C.若该转化过程为吸热反应,则活化能Ea(正)>Ea(逆)D.在恒容的密闭容器中,若压强不再变化则说明反应达到平衡状态
题组2 化学平衡常数、转化率的相关计算
5 [2022辽宁沈阳一测]由γ-羟基丁酸(HOCH2CH2CH2COOH)生成γ-丁内酯( )的反应如下: HOCH2CH2CH2COOH +H2O。在25 ℃时,溶液中γ-羟基丁酸初始浓度为0.180 ml·L-1,随着反应的进行,测得γ-丁内酯的浓度随时间的变化如表所示。下列说法错误的是 （ ）A.在120 min时,γ-羟基丁酸的转化率为50%B.在50~80 min内,以γ-丁内酯的浓度变化表示的反应速率为0.07 ml·L-1·min-1C.在25 ℃时,该反应的平衡常数K=2.75D.为提高平衡时γ-羟基丁酸的转化率,可采取的措施是移出γ-丁内酯
6 [2022福建三明质检]T ℃时,在某恒容密闭容器中发生反应:X(g)+Y(g) Z(s) ΔH<0。按照不同配比充入X、Y,达到平衡时容器中X、Y的浓度变化如图中曲线(实线)所示。下列判断错误的是 （ ）A.该温度下反应的平衡常数为0.25B.该温度下c点反应正向进行C.若e点为平衡点,则此时容器内的温度低于T ℃D.该温度下当反应达到平衡后,按照相同配比再充入一定量的X、Y,重新达到平衡后,c(X)和c(Y)增大
7 [2022河北唐山一模]氨气去除NO的反应原理为4NH3(g)+6NO(g) 5N2(g)+6H2O(g)ΔH<0,反应速率与浓度之间存在如下关系:v正=k正·c4(NH3)·c6(NO),v逆=k逆·c5(N2)·c6(H2O),k正、k逆为速率常数,仅受温度影响。350 ℃时,在2 L恒容密闭容器中,通入0.9 ml NH3(g)和1.2 ml NO(g),保持温度不变,5 min时反应达到平衡,NO的转化率为50%。下列说法正确的是 （ ）A.0~5 min,用NH3表示的化学反应速率为0.06 ml·L-1·min-1B.350 ℃时,该反应的平衡常数为0.5C.其他条件不变,向反应后的容器中再通入0.9 ml NH3(g)和1.2 ml NO(g),重新达到平衡时NO的体积分数增大D.当温度变为T ℃时,若k正=k逆,则T>350
8 [2022河北五校联考](双选)氢能是清洁的绿色能源。现有一种太阳能两步法甲烷蒸气重整制氢工艺(图1),反应原理为:NiFe2O4(s)+CH4(g) NiO(s)+2FeO(s)+CO(g)+2H2(g) ΔH1=a kJ·ml-1NiO(s)+2FeO(s)+H2O(g) NiFe2O4(s)+H2(g) ΔH2=b kJ·ml-1第Ⅰ、Ⅱ步反应的lg Kp与T之间的关系如图2所示。下列有关说法正确的是 （ ）A.CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g) ΔH>0 B.1 000 ℃时,反应CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)的平衡常数Kp=4C.1 000 ℃时,第Ⅰ步反应达到平衡时CH4的平衡分压p(CH4)=4 kPa,则第Ⅰ步反应达到平衡时混合气体中H2的体积分数为58.8%D.NiFe2O4改变了反应历程,降低了反应的活化能,提升了反应物的平衡转化率
1 [2022重庆一调]汽车尾气中的NO和CO可在催化剂作用下生成无污染的气体而除去。在密闭容器中充入10 ml CO和8 ml NO发生反应2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g) ΔH<0,测得平衡时NO的体积分数与温度、压强的关系如图。下列说法正确的是 ( )A.温度:T2ω(E)D.平衡常数:K(A)>K(G)
1.C 压强相同时,T2→T1,NO的体积分数减小,说明平衡正向移动,而该反应为放热反应,降低温度,平衡正向移动,故T2>T1,A项错误;B、C点温度相同,但C点压强较大,故v(C)>v(B),B项错误;A点NO的体积分数大于E点,则A点相对于E点平衡向逆反应方向移动,CO的体积分数增大,故ω(A)>ω(E),C项正确;A点温度比G点温度高,升高温度,该反应平衡逆向移动,平衡常数减小,故K(A)
4 [2022山东临沂一模](双选)在160 ℃、200 ℃条件下,分别向两个容积为2 L的刚性容器中充入2 ml CO和2 ml N2O(g),发生反应:CO(g)+N2O(g) CO2(g)+N2(g) ΔH<0。实验测得两容器中CO或N2的物质的量随时间的变化关系如图所示。下列说法正确的是 （ ）A.当容器中混合气体的密度不再随时间变化时,该反应达到平衡状态B.ac段N2的平均反应速率为0.10 ml·L-1·min-1C.逆反应速率:c>d>bD.160 ℃时,该反应的压强平衡常数Kp=9
易错点 不能熟练运用“三段式”法解化学平衡类计算题
考点3 化学反应的方向 化学反应的调控
题组1 化学反应的方向与限度
1 [2022湖北部分学校质检]反应进行的方向是化学反应原理的重要组成部分之一。下列说法正确的是 （ ）A.一定温度和压强下,某种给定物质的ΔH、ΔS均为定值B.根据反应的自发性可以预测该反应发生的快慢C.某可逆反应的正反应能够自发进行,则该反应的ΔH一定小于零D.常温下,反应C(s)+CO2(g)===2CO(g)不能自发进行,则该反应的ΔH>0
1.D 一定温度和压强下,某种给定物质的H、S均为定值,A项错误;根据反应的自发性只能判断反应进行的方向,不能预测反应发生的快慢,B项错误;由ΔG=ΔH-TΔS可知,在ΔH>0、ΔS>0和高温条件下,正反应也具有自发性,C项错误;反应不能自发进行,即ΔH-TΔS>0,由于该反应的ΔS>0,则其ΔH>0,D项正确。
2 [2022辽宁大连测试]一定条件下,在体积为1.0 L的密闭容器中进行反应:Cl2(g)+CO(g) COCl2(g) ΔH<0,反应过程中的有关数据如表所示。下列说法正确的是 （ ）A.该反应在高温条件下能自发进行B.0~2 min,用CO表示的化学反应速率为0.4 ml·L-1·s-1C.保持其他条件不变,升高温度,重新达到平衡时c(COCl2)<1.8 ml·L-1D.若保持温度不变,在第8 min时向体系中加入三种物质各1 ml,则平衡向逆反应方向移动
题组2 化学反应的调控
3. [2022陕西渭南一模]羰基硫(COS)是以煤、石油、天然气为原料生产的化工原料气中有机硫的主要形式。COS催化水解的反应为:COS(g)+H2O(g) CO2(g)+H2S(g) ΔH<0,在相同投料比、相同气流速度、相同时间内,测得不同温度及不同催化剂下COS的转化率如图所示。下列说法正确的是 （ ）A.N点为该反应达到平衡状态的点B.正反应的反应速率:P>N>MC.任何温度下,γ-Al2O3的催化效果都比TiO2好D.150 ℃时,用γ-Al2O3作催化剂,达到平衡时CO2的体积分数最大
3.B 由题图可知,N点对应温度下TiO2作催化剂时COS的转化率更高,催化剂不改变平衡转化率,因此N点并未达到平衡状态,A项错误;相同时间内COS的转化率越大,催化效率越高,正反应的反应速率越大,B项正确;低温时,γ-Al2O3的催化效果好,当温度高于175 ℃时,TiO2的催化效果好,C项错误;在相同温度下,无论用哪种催化剂,达到平衡时CO2的体积分数都一样,D项错误。
4. [2022重庆名校联考]已知:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH=-197.8 kJ·ml-1。下列说法正确的是 （ ）A.高温条件有利于该反应自发进行B.该反应达到平衡状态时2v(SO2)=v(O2)C.工业生产中选择400~500 ℃进行该反应是为了提高反应速率及原料的平衡转化率D.该反应每生成1 ml SO3可释放98.9 kJ热量,工业上利用热交换器将放出的热量来预热反应前的原料气(SO2和O2),实现能量的循环利用
4.D 该反应的ΔH<0、ΔS<0,根据ΔH-TΔS<0可知,低温条件有利于该反应自发进行,A项错误;同一反应中,用不同物质表示的反应速率之比等于化学计量数之比,故任意状态时v(SO2)=2v(O2),B项错误;工业生产中选择400~500 ℃进行该反应,能使催化剂达到最大活性,提高化学反应速率,但高温条件下,平衡逆向移动,原料的平衡转化率降低,C项错误;由热化学方程式可知,每生成1 ml SO3可释放98.9 kJ热量,工业上利用热交换器将放出的热量来预热反应前的原料气,能实现能量的循环利用,D项正确。
1 [2022浙江温州测试]在相同温度和压强下,有关下列两个反应的说法不正确的是 （ ）注:Δn表示化学方程式中气体的化学计量数之差。A.因为Δn相同,所以a与b大小相近B.热分解温度:MgCO3(s)>CaCO3(s)C.a-b=S[MgO(s)]+S[CaCO3(s)]-S[MgCO3(s)]-S[CaO(s)]D.两个反应在不同温度下的ΔH和Δn都大于零
2. [2022安徽名校联考改编]合成氨工艺是人工固氮的重要途径,解决数亿人口生存问题。(1)合成氨反应为N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)ΔH=-92.4 kJ·ml-1,合成氨反应在催化剂作用下的反应历程为(*表示吸附态):第一步N2(g) 2N*;H2(g) 2H*(慢反应)第二步N*+H* NH*;NH*+H* NH2*;NH2*+H* NH3*(快反应)第三步NH3* NH3(g)(快反应)①第一步反应的活化能E1与第二步反应的活化能E2相比:E1>E2,请写出判断理由 。 ②下列关于合成氨工艺的理解正确的是 (填标号)。 A.合成氨实际工业生产条件是高温、高压、合适的催化剂B.当温度、压强一定时,在原料气(N2和H2的比例不变)中添加少量惰性气体,不会改变平衡转化率C.基于NH3有较强的分子间作用力,可将其液化,不断将液氨移去,有利于提高正反应速率D.分离空气可得N2,通过天然气和水蒸气转化可得H2,原料气需经过净化处理,以防止催化剂中毒和安全事故发生
2.【参考答案】 (1)①活化能越大,反应速率越慢 ②AD (2)①T3 40% ②0.007 3【解题思路】 (1)①第一步反应为慢反应,第二步反应为快反应,活化能越大,反应速率越慢,因此E1>E2。②合成氨实际工业生产条件是高温、高压、合适的催化剂,该条件下反应速率较快,同时转化率也较高,故A正确;当温度、压强一定时,在原料气(N2和H2的比例不变)中添加少量惰性气体,相当于减小压强,平衡逆向移动,平衡转化率减小,故B错误;将液氨移去,平衡正向移动,但随着反应进行,反应物浓度减小,正反应速率减小,故C错误;工业上制备氮气采用分离液态空气的方法,甲烷和水蒸气可反应生成H2,原料气需经过净化处理,以防止催化剂中毒和安全事故发生,故D正确。(2)①合成氨反应为放热反应,其他条件相同时,温度越高,平衡体系中氨气的质量分数越小,故T3最大;设M点氢气的转化率为x,由题意可列三段式: N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)起始量/ml515 0变化量/ml5x15x 10x平衡量/ml5-5x15-15x 10x
专项 化学平衡常数的创新应用
1.[2022山东济南检测]环戊烯( )常用于有机合成及树脂交联等。在催化剂作用下,可通过环戊二烯( )选择性氢化制得,体系中同时存在如下反应:反应Ⅰ: (g)+H2(g) (g) ΔH1=-100.3 kJ·ml-1反应Ⅱ: (g)+H2(g) (g) ΔH2=-109.4 kJ·ml-1反应Ⅲ: (g)+ (g) 2 (g) ΔH3已知:选择性指生成目标产物所消耗的原料量在全部所消耗原料量中所占的比例。(1)反应Ⅲ的ΔH3= kJ·ml-1。(2)为研究上述反应的平衡关系,在T ℃下,向某密闭容器中加入a ml环戊二烯和4 ml H2,测得平衡时,容器中环戊二烯和环戊烷( )的物质的量相等,环戊烯的选择性为80%,此时H2的转化率为 %,反应Ⅲ以物质的量分数表示的平衡常数Kx3= 。 (3)为研究不同温度下催化剂的反应活性,保持其他条件不变,测得在相同时间内,上述反应的转化率和选择性与温度的关系如图所示。
疑难点 化学反应速率与化学平衡综合题的分析
该氢化体系制环戊烯的最佳温度为 ;30 ℃以上时,环戊烯的选择性降低的可能原因是 (填标号)。 A.催化剂活性降低B.平衡常数变大C.反应活化能减小(4)实际生产中采用双环戊二烯( )解聚成环戊二烯:若将3 ml双环戊二烯通入恒容密闭容器中,分别在T1和T2温度下进行反应。曲线A表示T2温度下n(双环戊二烯)的变化,曲线B表示T1温度下n(环戊二烯)的变化,T2温度下反应到a点恰好达到平衡。①曲线B在T1温度下恰好达到平衡时的点的坐标为(m,n),则m 2(填“>”“<”或“=”),由图象计算n的取值范围是 。 ②T2温度下,若某时刻,容器内气体的压强为起始时的1.5倍,则此时v(正) v(逆)(填“>”“<”或“=”)。
则T2温度下反应达到平衡时环戊二烯的物质的量为4.8 ml,由于 为吸热反应,升高温度,平衡向右移动,结合可逆反应不能进行到底,知T1温度下反应达平衡时环戊二烯的物质的量大于4.8 ml,小于6 ml。②由①中分析知,T2温度下平衡时环戊二烯的物质的量为4.8 ml,容器内气体的总物质的量为0.6 ml+4.8 ml=5.4 ml,恒温恒容条件下,气体的压强之比等于物质的量之比,则平衡时容器内气体的压强为起始时的1.8倍,1.8>1.5,又该反应为气体体积增大的反应,所以此时反应正向进行,v(正)>v(逆) 。
(2)将工序Ⅰ中产生的气体(温度高于800 ℃)快速冷却到100 ℃以下,然后再送入接触氧化设备中发生工序Ⅱ中反应,目的是 (任答一条即可)。(3)工序Ⅱ中,以物质的量之比为2∶1通入NO和O2,NO达到一定转化率所需时间(t)和温度(T)、压强(p)的关系如表所示:由表中数据可知,工序Ⅱ是在 (填 “加”或“减”)压、 (填 “高”或“低”)温下进行的。 (4)只需一步完成的反应称为基元反应,基元反应如aA+dD===gG+hH的速率方程为v正=k正·ca(A)·cd(D),v逆=k逆·cg(G)·ch(H)。非基元反应由多个基元反应组成,非基元反应的速率方程可由反应机理推定。工序Ⅱ:2NO(g)+O2(g) 2NO2(g) ΔH<0 v正=k·c2(NO)·c(O2)(非基元反应)一种可能的机理为(ⅰ)2NO(g) N2O2(g) 快速平衡 ΔH<0 平衡常数为K1(ⅱ)N2O2(g)+O2(g) 2NO2(g) 慢反应(即控速步)①k与k1、k-1、k2的关系为 (用含有k、k1、k-1、k2的表达式表示)。
②2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)是升高温度,速率反而减慢的反应,目前的研究认为和上述机理有关,如表为平衡常数(K1)和第二步的速率常数(k2)在不同温度下的数值:根据表中数据推测:升高温度,工序Ⅱ的反应速率反而减慢的原因可能是 。
1. [2022河南名校质检](角度创新:双单原子催化剂的使用)多个专家研究组经过通力合作,设计了双单原子协同催化剂,该催化剂在协同作用下不仅可以最大程度上提高原子利用率,而且可以提高催化剂的选择性。4-硝基苯乙烯选择性加氢反应制备4-氨基苯乙烯的反应如图,下列说法错误的是 （ ）A.Ir单原子位点促进氢气的活化,M和Ir的协同作用改变催化剂选择性B.从图示的催化过程可以发现,M单原子位点对4-硝基苯乙烯有较好的吸附效果C.在双单原子催化剂作用下,可以提高4-硝基苯乙烯的平衡转化率D.使用双单原子催化剂时,可以大大减少副反应的发生,提高4-氨基苯乙烯的产率
1.C 由图示可以看出,Ir单原子位点能促进氢气的活化,与双单原子催化剂相比,在单原子催化剂作用下,4-氨基苯乙烯的选择性明显降低,说明M和Ir的协同作用能改变催化剂的选择性,A项正确;由图示可以看出,M单原子位点对4-硝基苯乙烯有较好的吸附效果,B项正确;催化剂不能使化学平衡发生移动,即不能改变4-硝基苯乙烯的平衡转化率,C项错误;由图示可以看出,在单原子催化剂作用下有多种副产物,而使用双单原子催化剂时,4-氨基苯乙烯的选择性大于96%,说明使用双单原子催化剂可以大大减少副反应的发生,提高4-氨基苯乙烯的产率,D项正确。
2. [2022北京海淀区期末](综合创新:实验+化学平衡)小组同学探究盐溶液对Fe3++SCN- [Fe(SCN)]2+(血红色)的影响。将2 mL 0.01 ml·L-1 FeCl3溶液与2 mL 0.02 ml·L-1 KSCN溶液混合,分别加入等量的试剂①~④,测得平衡后体系的透光率如图所示。已知:ⅰ.溶液的血红色越深,透光率越小,其他颜色对透光率的影响可忽略ⅱ.Fe3++4Cl- [FeCl4]-(黄色) 下列说法不正确的是 （ ）A.注入试剂①后溶液透光率升高,证明Fe3++SCN- [Fe(SCN)]2+逆向移动B.透光率③比②高,可能是阳离子种类或溶液pH导致的C.透光率④比③高,可能发生了反应[Fe(SCN)]2++4Cl- [FeCl4]-+SCN-D.若要证明试剂③中Cl-对平衡体系有影响,还应使用0.04 ml·L-1的KNO3溶液进行实验
2.A 注入试剂①(蒸馏水)后溶液透光率升高,说明溶液血红色变浅,即[Fe(SCN)]2+浓度减小,由于稀释会使[Fe(SCN)]2+浓度减小,故不能证明加蒸馏水使该平衡逆向移动,A项错误;③与②相比,不同的是阳离子种类和溶液pH,B项正确;④与③相比,KCl溶液的浓度增大,由已知ⅱ知,④透光率增大可能是因为发生了反应: [Fe(SCN)]2++4Cl- [FeCl4]-+SCN-,C项正确;若要证明试剂③中Cl-对平衡体系有影响,可以使用等体积的0.04 ml·L-1 KNO3溶液进行对照实验,D项正确。
3. [2022辽宁葫芦岛测试](角度创新:半衰期)已知反应2N2O(g)===2N2(g)+O2(g),速率方程为v=k·cn(N2O)。N2O在金(Au)表面分解的实验数据如表所示。已知:①k为速率常数,只与温度、催化剂有关,与反应物浓度无关;②n=0时,该反应为0级反应,n=1时,该反应为1级反应,以此类推,n可以为整数,也可以为分数;③浓度消耗一半所用的时间叫半衰期(t1/2)。下列说法正确的是 （ ）A.a=0.030B.该反应为2级反应C.该反应的速率常数k=1.0×10-2 ml·L-1·min-1D.保持其他条件不变,若起始浓度为0.200 ml·L-1,则半衰期为100 min
1.[2022广东广州一测]一定温度下向容器中加入A发生如下反应:①A B,②A C,③B C。反应体系中A、B、C的浓度随时间t的变化曲线如图所示。下列说法错误的是 （ ）A.反应①的活化能大于反应②B.该温度下,反应③的平衡常数大于1C.t1 s时,B的消耗速率大于生成速率D.t2 s时,c(C)=c0 ml·L-1-c(B)
4. [2022山东德州考试]氨的催化氧化是工业制硝酸的基础,其反应机理如图1。在1 L密闭容器中充入1 ml NH3和2 ml O2,测得有关产物的物质的量与温度的关系如图2。下列说法错误的是（ ）A.加入Pt—Rh合金的目的是提高反应的速率B.氨催化氧化的最佳温度应控制在840 ℃C.520 ℃时,NH3的转化率为40%D.840 ℃以上,发生了反应:2NO(g) O2(g)+N2(g) ΔH>0
4.C Pt—Rh合金作催化剂可以降低反应的活化能,提高反应速率,A项正确;根据图2可知840 ℃时氨催化氧化生成的NO最多,B项正确;520 ℃时,生成0.2 ml NO和0.2 ml N2,根据氮原子守恒可知有0.6 ml NH3发生反应,则NH3的转化率为60%,C项错误;840 ℃以上,N2的产率上升、NO的产率下降,说明发生了反应2NO(g) O2(g)+N2(g),升高温度氮气产率增加,说明该反应的正反应是吸热反应,ΔH>0,D项正确。
5. [2022广东深圳一调]N2O是《联合国气候变化框架公约》所列六种温室气体之一。目前,直接催化分解法是消除N2O的主要方法,该过程中发生的反应如下:ⅰ.2N2O(g) 2N2(g)+O2(g) ΔH1ⅱ.2N2O(g) N2(g)+2NO(g) ΔH2ⅲ.4N2O(g) 3N2(g)+2NO2(g) ΔH3(1)根据盖斯定律,反应2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)的ΔH= (写出代数式即可)。 (2)已知反应ⅰ在任意温度下均能自发进行,则反应ⅰ为 (填“吸热”或“放热”)反应。 (3)反应ⅰ的势能曲线示意图如图(…表示吸附作用,A表示催化剂,TS表示过渡态分子):
①过程Ⅲ中最大能垒(活化能)为 kcal·ml-1。 ②下列有关反应ⅰ的说法不正确的是 (填标号)。 A.过程Ⅰ中有极性键断裂B.过程Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中都有N2生成C.该反应中只有两种物质能够吸附N2O分子D.过程Ⅱ中间体A—O2可释放O2也可吸附N2O分子(4)模拟废气中N2O直接催化分解过程。①515 ℃时,将模拟废气(N2O体积分数为40%)以6 000 m3·h-1的速度通过催化剂,测得N2O的转化率为40%,则平均反应速率v(N2O)为 m3·h-1。欲提高N2O的转化率,可采取的措施为 (任写一条)。 ②T ℃和p0 kPa时,在恒压密闭容器中进行模拟实验。各组分的相关信息如表:其中x= ,N2O的平衡转化率为 (保留三位有效数字);该温度下,反应2N2O(g) 2N2(g)+O2(g)的压强平衡常数Kp= kPa(以分压表示,分压=总压×物质的量分数)。
6. [2022山东潍坊一模]碘及其化合物有着多方面的用途,用化学反应原理研究碘及其化合物有重要意义。(1)一碘甲烷(CH3I)热裂解可制取乙烯等低碳烯烃化工原料。一碘甲烷(CH3I)热裂解时主要反应有:反应Ⅰ 2CH3I(g) C2H4(g)+2HI(g) ΔH1反应Ⅱ 3C2H4(g) 2C3H6(g) ΔH2反应Ⅲ 2C2H4(g) C4H8(g) ΔH3(298 K)实验测得,反应Ⅰ、Ⅱ的ΔH随温度的变化如图1所示,在体积为1 L的密闭容器中,起始投料1 ml CH3I(g),反应温度对平衡体系中乙烯、丙烯和丁烯物质的量分数的影响如图2所示。
①298 K时,反应3CH3I(g) C3H6(g)+3HI(g) ΔH4,ΔH4= kJ·ml-1。 ②当体系温度高于600 K时,乙烯的物质的量分数随温度升高而显著增加的可能原因是 。 ③若维持体系温度为715 K,CH3I(g)的平衡转化率为 ,反应Ⅰ以物质的量分数表示的平衡常数Kx= 。 (2)研究HI的分解与合成对提高反应Ⅰ中CH3I(g)的平衡转化率有重要意义。T ℃,将a ml I2(g)和a ml H2(g)置于已抽成真空的特制1 L密闭容器中,40 min时体系达到平衡,体系中存在如下反应关系:Ⅰ.I2(g) 2I(g) Kp1=2.304Ⅱ.H2(g)+I2(g) 2HI(g) Kp2Ⅲ.HI(g) H(g)+I(g) Kp3=8.0×10-6Ⅳ.H2(g) 2H(g) Kp4=1.0×10-9①则Kp2= 。 ②实验测得平衡体系总压强为5.0×107 Pa,HI的分压为3.6×107 Pa,H2的分压为7.2×106 Pa,已知该反应的正反应速率v正=k正x(H2)x(I2),逆反应速率v逆=k逆x2(HI),其中k正、k逆为速率常数,x为物质的量分数,若k正=b min-1,在t=40 min时,v正= min-1(用含b的代数式表示)。
考点1 化学反应速率
[2022山东济南检测]下列措施的目的是加快化学反应速率的是（ ）A.含氯消毒剂避光保存B.谷物酿酒时使用酒曲C.葡萄酒中添加二氧化硫D.航海轮船船底镶嵌锌块
题组 化学反应速率及其影响因素
1.B 酒曲相当于催化剂,可以加快谷物酿酒时的反应速率,B项正确。
2. [2022北京丰台区考试]臭氧分解2O3 3O2的反应历程包括以下反应:反应①:O3 O2+O· (快)反应②:O3+O· 2O2 (慢)大气中的氯氟烃光解产生的氯自由基(Cl·)能够催化O3分解,加速臭氧层的破坏。下列说法正确的是 （ ）A.活化能:反应①>反应②B.O3分解为O2的速率主要由反应②决定C.Cl·主要参与反应①,改变O3分解的反应历程D.Cl·参与反应提高了O3分解为O2的平衡转化率
2.B 活化能越大,反应速率越慢,由反应②的速率慢,可知反应②的活化能大,A项错误;化学反应速率由反应速率慢的一步反应决定,则O3分解为O2的速率主要由反应②决定,B项正确;Cl·能够催化O3分解,是臭氧分解反应的催化剂,催化剂主要通过降低反应历程中最大的活化能来提高反应速率,则Cl·主要参与反应②,C项错误;Cl·是催化剂,只能改变反应历程不能影响平衡转化率,D项错误。
3 .[2022黑龙江鹤岗一中考试]反应4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g) ΔH=-a kJ·ml-1(a>0),在5 L密闭容器中投入1 ml NH3和1 ml O2,2 min时NO的物质的量增加了0.4 ml,下列说法不正确的是 ( )A.在2 min时,反应放出的热量为0.1a kJB.用氧气表示0~2 min的反应速率:v(O2)=0.05 ml·L-1·min-1C.在2 min时,NH3的转化率为40%D.在2 min时,c(H2O)=0.6 ml·L-1
4 [2022辽宁营口质检]一定条件下,溶液的酸碱性对TiO2光催化染料R降解反应的影响如图所示。下列说法正确的是 （ ）A.在50 min时,pH=2和pH=7条件下R降解的百分率相等B.溶液酸性越强,R的降解速率越小C.R的起始浓度越小,降解速率越大D.在20~25 min之间,pH=10时,R的平均降解速率为0.04 ml·L-1·min-1
5. [2022辽宁重点高中一模]反应2H2(g)+2NO(g)===2H2O(g)+N2(g)的速率方程为v=kcα(H2)·cβ(NO),该反应在不同条件下的反应速率如下:下列说法正确的是 （ ）A.T2
易错点 不能结合图象正确分析反应速率的变化而出错
题组1 化学平衡状态及化学平衡移动
1 [2022贵州贵阳期末]在容积不变的密闭容器中进行如下反应:H2O(g)+C(s) H2(g)+CO(g) ΔH>0,下列有关叙述正确的是 （ ）A.平衡后加入少量C(s),正反应速率增大B.平衡后升高温度,混合气体的密度增大C.v(H2O)=v(CO),说明反应达到了平衡状态D.平衡后加入H2O(g),平衡向正反应方向移动,体系压强减小
1.B C为固体,改变固体的量不会影响反应速率,A项错误;该反应为吸热反应,升高温度,平衡正向移动,气体总质量增大,容器容积不变,则混合气体的密度增大,B项正确;选项中未注明反应速率的正、逆,则不能判断反应是否达到平衡状态,C项错误;平衡后加入H2O(g),平衡正向移动,气体总物质的量增大,容器容积不变,体系压强增大,D项错误。
2 [2022广东六校联考]NO2在有机化学中可用作氧化剂、硝化剂和丙烯酸酯聚合的抑制剂。已知反应:2NO2(g) N2O4(g) ΔH<0。在恒温条件下,将一定量的NO2充入注射器中后封口,如图表示在拉伸和压缩注射器的过程中气体透光率随时间的变化关系(气体颜色越深,透光率越小)。下列说法正确的是( )A.反应速率:c
2.C NO2浓度越大,透光率越小,c点透光率小于a点,说明c点NO2的浓度大,则反应速率c>a,A项错误;拉伸和压缩注射器,温度不变,则平衡常数相同,B项错误;e点的透光率小于f点,说明f点NO2浓度较小,则该过程为减压过程,平衡逆向移动,从环境吸收热量,C项正确;d点到e点没有因减压后平衡逆向移动而使透光率减小的过程,故不能用勒夏特列原理解释,D项错误。
3 [2022河北唐山考试]顺-1,2-二甲基环丙烷(g)和反-1,2-二甲基环丙烷(g)可发生如图所示转化,该反应的速率方程可表示为v正=k正·c顺和v逆=k逆·c反,k正和k逆分别为正、逆反应的速率常数。T1 ℃时,k正=0.006,k逆=0.002。下列说法错误的是 （ ）A.T1 ℃时,反应的平衡常数K=3B.温度升高,k正和k逆均增大C.若该转化过程为吸热反应,则活化能Ea(正)>Ea(逆)D.在恒容的密闭容器中,若压强不再变化则说明反应达到平衡状态
题组2 化学平衡常数、转化率的相关计算
5 [2022辽宁沈阳一测]由γ-羟基丁酸(HOCH2CH2CH2COOH)生成γ-丁内酯( )的反应如下: HOCH2CH2CH2COOH +H2O。在25 ℃时,溶液中γ-羟基丁酸初始浓度为0.180 ml·L-1,随着反应的进行,测得γ-丁内酯的浓度随时间的变化如表所示。下列说法错误的是 （ ）A.在120 min时,γ-羟基丁酸的转化率为50%B.在50~80 min内,以γ-丁内酯的浓度变化表示的反应速率为0.07 ml·L-1·min-1C.在25 ℃时,该反应的平衡常数K=2.75D.为提高平衡时γ-羟基丁酸的转化率,可采取的措施是移出γ-丁内酯
6 [2022福建三明质检]T ℃时,在某恒容密闭容器中发生反应:X(g)+Y(g) Z(s) ΔH<0。按照不同配比充入X、Y,达到平衡时容器中X、Y的浓度变化如图中曲线(实线)所示。下列判断错误的是 （ ）A.该温度下反应的平衡常数为0.25B.该温度下c点反应正向进行C.若e点为平衡点,则此时容器内的温度低于T ℃D.该温度下当反应达到平衡后,按照相同配比再充入一定量的X、Y,重新达到平衡后,c(X)和c(Y)增大
7 [2022河北唐山一模]氨气去除NO的反应原理为4NH3(g)+6NO(g) 5N2(g)+6H2O(g)ΔH<0,反应速率与浓度之间存在如下关系:v正=k正·c4(NH3)·c6(NO),v逆=k逆·c5(N2)·c6(H2O),k正、k逆为速率常数,仅受温度影响。350 ℃时,在2 L恒容密闭容器中,通入0.9 ml NH3(g)和1.2 ml NO(g),保持温度不变,5 min时反应达到平衡,NO的转化率为50%。下列说法正确的是 （ ）A.0~5 min,用NH3表示的化学反应速率为0.06 ml·L-1·min-1B.350 ℃时,该反应的平衡常数为0.5C.其他条件不变,向反应后的容器中再通入0.9 ml NH3(g)和1.2 ml NO(g),重新达到平衡时NO的体积分数增大D.当温度变为T ℃时,若k正=k逆,则T>350
8 [2022河北五校联考](双选)氢能是清洁的绿色能源。现有一种太阳能两步法甲烷蒸气重整制氢工艺(图1),反应原理为:NiFe2O4(s)+CH4(g) NiO(s)+2FeO(s)+CO(g)+2H2(g) ΔH1=a kJ·ml-1NiO(s)+2FeO(s)+H2O(g) NiFe2O4(s)+H2(g) ΔH2=b kJ·ml-1第Ⅰ、Ⅱ步反应的lg Kp与T之间的关系如图2所示。下列有关说法正确的是 （ ）A.CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g) ΔH>0 B.1 000 ℃时,反应CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)的平衡常数Kp=4C.1 000 ℃时,第Ⅰ步反应达到平衡时CH4的平衡分压p(CH4)=4 kPa,则第Ⅰ步反应达到平衡时混合气体中H2的体积分数为58.8%D.NiFe2O4改变了反应历程,降低了反应的活化能,提升了反应物的平衡转化率
1 [2022重庆一调]汽车尾气中的NO和CO可在催化剂作用下生成无污染的气体而除去。在密闭容器中充入10 ml CO和8 ml NO发生反应2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g) ΔH<0,测得平衡时NO的体积分数与温度、压强的关系如图。下列说法正确的是 ( )A.温度:T2
1.C 压强相同时,T2→T1,NO的体积分数减小,说明平衡正向移动,而该反应为放热反应,降低温度,平衡正向移动,故T2>T1,A项错误;B、C点温度相同,但C点压强较大,故v(C)>v(B),B项错误;A点NO的体积分数大于E点,则A点相对于E点平衡向逆反应方向移动,CO的体积分数增大,故ω(A)>ω(E),C项正确;A点温度比G点温度高,升高温度,该反应平衡逆向移动,平衡常数减小,故K(A)
4 [2022山东临沂一模](双选)在160 ℃、200 ℃条件下,分别向两个容积为2 L的刚性容器中充入2 ml CO和2 ml N2O(g),发生反应:CO(g)+N2O(g) CO2(g)+N2(g) ΔH<0。实验测得两容器中CO或N2的物质的量随时间的变化关系如图所示。下列说法正确的是 （ ）A.当容器中混合气体的密度不再随时间变化时,该反应达到平衡状态B.ac段N2的平均反应速率为0.10 ml·L-1·min-1C.逆反应速率:c>d>bD.160 ℃时,该反应的压强平衡常数Kp=9
易错点 不能熟练运用“三段式”法解化学平衡类计算题
考点3 化学反应的方向 化学反应的调控
题组1 化学反应的方向与限度
1 [2022湖北部分学校质检]反应进行的方向是化学反应原理的重要组成部分之一。下列说法正确的是 （ ）A.一定温度和压强下,某种给定物质的ΔH、ΔS均为定值B.根据反应的自发性可以预测该反应发生的快慢C.某可逆反应的正反应能够自发进行,则该反应的ΔH一定小于零D.常温下,反应C(s)+CO2(g)===2CO(g)不能自发进行,则该反应的ΔH>0
1.D 一定温度和压强下,某种给定物质的H、S均为定值,A项错误;根据反应的自发性只能判断反应进行的方向,不能预测反应发生的快慢,B项错误;由ΔG=ΔH-TΔS可知,在ΔH>0、ΔS>0和高温条件下,正反应也具有自发性,C项错误;反应不能自发进行,即ΔH-TΔS>0,由于该反应的ΔS>0,则其ΔH>0,D项正确。
2 [2022辽宁大连测试]一定条件下,在体积为1.0 L的密闭容器中进行反应:Cl2(g)+CO(g) COCl2(g) ΔH<0,反应过程中的有关数据如表所示。下列说法正确的是 （ ）A.该反应在高温条件下能自发进行B.0~2 min,用CO表示的化学反应速率为0.4 ml·L-1·s-1C.保持其他条件不变,升高温度,重新达到平衡时c(COCl2)<1.8 ml·L-1D.若保持温度不变,在第8 min时向体系中加入三种物质各1 ml,则平衡向逆反应方向移动
题组2 化学反应的调控
3. [2022陕西渭南一模]羰基硫(COS)是以煤、石油、天然气为原料生产的化工原料气中有机硫的主要形式。COS催化水解的反应为:COS(g)+H2O(g) CO2(g)+H2S(g) ΔH<0,在相同投料比、相同气流速度、相同时间内,测得不同温度及不同催化剂下COS的转化率如图所示。下列说法正确的是 （ ）A.N点为该反应达到平衡状态的点B.正反应的反应速率:P>N>MC.任何温度下,γ-Al2O3的催化效果都比TiO2好D.150 ℃时,用γ-Al2O3作催化剂,达到平衡时CO2的体积分数最大
3.B 由题图可知,N点对应温度下TiO2作催化剂时COS的转化率更高,催化剂不改变平衡转化率,因此N点并未达到平衡状态,A项错误;相同时间内COS的转化率越大,催化效率越高,正反应的反应速率越大,B项正确;低温时,γ-Al2O3的催化效果好,当温度高于175 ℃时,TiO2的催化效果好,C项错误;在相同温度下,无论用哪种催化剂,达到平衡时CO2的体积分数都一样,D项错误。
4. [2022重庆名校联考]已知:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH=-197.8 kJ·ml-1。下列说法正确的是 （ ）A.高温条件有利于该反应自发进行B.该反应达到平衡状态时2v(SO2)=v(O2)C.工业生产中选择400~500 ℃进行该反应是为了提高反应速率及原料的平衡转化率D.该反应每生成1 ml SO3可释放98.9 kJ热量,工业上利用热交换器将放出的热量来预热反应前的原料气(SO2和O2),实现能量的循环利用
4.D 该反应的ΔH<0、ΔS<0,根据ΔH-TΔS<0可知,低温条件有利于该反应自发进行,A项错误;同一反应中,用不同物质表示的反应速率之比等于化学计量数之比,故任意状态时v(SO2)=2v(O2),B项错误;工业生产中选择400~500 ℃进行该反应,能使催化剂达到最大活性,提高化学反应速率,但高温条件下,平衡逆向移动,原料的平衡转化率降低,C项错误;由热化学方程式可知,每生成1 ml SO3可释放98.9 kJ热量,工业上利用热交换器将放出的热量来预热反应前的原料气,能实现能量的循环利用,D项正确。
1 [2022浙江温州测试]在相同温度和压强下,有关下列两个反应的说法不正确的是 （ ）注:Δn表示化学方程式中气体的化学计量数之差。A.因为Δn相同,所以a与b大小相近B.热分解温度:MgCO3(s)>CaCO3(s)C.a-b=S[MgO(s)]+S[CaCO3(s)]-S[MgCO3(s)]-S[CaO(s)]D.两个反应在不同温度下的ΔH和Δn都大于零
2. [2022安徽名校联考改编]合成氨工艺是人工固氮的重要途径,解决数亿人口生存问题。(1)合成氨反应为N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)ΔH=-92.4 kJ·ml-1,合成氨反应在催化剂作用下的反应历程为(*表示吸附态):第一步N2(g) 2N*;H2(g) 2H*(慢反应)第二步N*+H* NH*;NH*+H* NH2*;NH2*+H* NH3*(快反应)第三步NH3* NH3(g)(快反应)①第一步反应的活化能E1与第二步反应的活化能E2相比:E1>E2,请写出判断理由 。 ②下列关于合成氨工艺的理解正确的是 (填标号)。 A.合成氨实际工业生产条件是高温、高压、合适的催化剂B.当温度、压强一定时,在原料气(N2和H2的比例不变)中添加少量惰性气体,不会改变平衡转化率C.基于NH3有较强的分子间作用力,可将其液化,不断将液氨移去,有利于提高正反应速率D.分离空气可得N2,通过天然气和水蒸气转化可得H2,原料气需经过净化处理,以防止催化剂中毒和安全事故发生
2.【参考答案】 (1)①活化能越大,反应速率越慢 ②AD (2)①T3 40% ②0.007 3【解题思路】 (1)①第一步反应为慢反应,第二步反应为快反应,活化能越大,反应速率越慢,因此E1>E2。②合成氨实际工业生产条件是高温、高压、合适的催化剂,该条件下反应速率较快,同时转化率也较高,故A正确;当温度、压强一定时,在原料气(N2和H2的比例不变)中添加少量惰性气体,相当于减小压强,平衡逆向移动,平衡转化率减小,故B错误;将液氨移去,平衡正向移动,但随着反应进行,反应物浓度减小,正反应速率减小,故C错误;工业上制备氮气采用分离液态空气的方法,甲烷和水蒸气可反应生成H2,原料气需经过净化处理,以防止催化剂中毒和安全事故发生,故D正确。(2)①合成氨反应为放热反应,其他条件相同时,温度越高,平衡体系中氨气的质量分数越小,故T3最大;设M点氢气的转化率为x,由题意可列三段式: N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)起始量/ml515 0变化量/ml5x15x 10x平衡量/ml5-5x15-15x 10x
专项 化学平衡常数的创新应用
1.[2022山东济南检测]环戊烯( )常用于有机合成及树脂交联等。在催化剂作用下,可通过环戊二烯( )选择性氢化制得,体系中同时存在如下反应:反应Ⅰ: (g)+H2(g) (g) ΔH1=-100.3 kJ·ml-1反应Ⅱ: (g)+H2(g) (g) ΔH2=-109.4 kJ·ml-1反应Ⅲ: (g)+ (g) 2 (g) ΔH3已知:选择性指生成目标产物所消耗的原料量在全部所消耗原料量中所占的比例。(1)反应Ⅲ的ΔH3= kJ·ml-1。(2)为研究上述反应的平衡关系,在T ℃下,向某密闭容器中加入a ml环戊二烯和4 ml H2,测得平衡时,容器中环戊二烯和环戊烷( )的物质的量相等,环戊烯的选择性为80%,此时H2的转化率为 %,反应Ⅲ以物质的量分数表示的平衡常数Kx3= 。 (3)为研究不同温度下催化剂的反应活性,保持其他条件不变,测得在相同时间内,上述反应的转化率和选择性与温度的关系如图所示。
疑难点 化学反应速率与化学平衡综合题的分析
该氢化体系制环戊烯的最佳温度为 ;30 ℃以上时,环戊烯的选择性降低的可能原因是 (填标号)。 A.催化剂活性降低B.平衡常数变大C.反应活化能减小(4)实际生产中采用双环戊二烯( )解聚成环戊二烯:若将3 ml双环戊二烯通入恒容密闭容器中,分别在T1和T2温度下进行反应。曲线A表示T2温度下n(双环戊二烯)的变化,曲线B表示T1温度下n(环戊二烯)的变化,T2温度下反应到a点恰好达到平衡。①曲线B在T1温度下恰好达到平衡时的点的坐标为(m,n),则m 2(填“>”“<”或“=”),由图象计算n的取值范围是 。 ②T2温度下,若某时刻,容器内气体的压强为起始时的1.5倍,则此时v(正) v(逆)(填“>”“<”或“=”)。
则T2温度下反应达到平衡时环戊二烯的物质的量为4.8 ml,由于 为吸热反应,升高温度,平衡向右移动,结合可逆反应不能进行到底,知T1温度下反应达平衡时环戊二烯的物质的量大于4.8 ml,小于6 ml。②由①中分析知,T2温度下平衡时环戊二烯的物质的量为4.8 ml,容器内气体的总物质的量为0.6 ml+4.8 ml=5.4 ml,恒温恒容条件下,气体的压强之比等于物质的量之比,则平衡时容器内气体的压强为起始时的1.8倍,1.8>1.5,又该反应为气体体积增大的反应,所以此时反应正向进行,v(正)>v(逆) 。
(2)将工序Ⅰ中产生的气体(温度高于800 ℃)快速冷却到100 ℃以下,然后再送入接触氧化设备中发生工序Ⅱ中反应,目的是 (任答一条即可)。(3)工序Ⅱ中,以物质的量之比为2∶1通入NO和O2,NO达到一定转化率所需时间(t)和温度(T)、压强(p)的关系如表所示:由表中数据可知,工序Ⅱ是在 (填 “加”或“减”)压、 (填 “高”或“低”)温下进行的。 (4)只需一步完成的反应称为基元反应,基元反应如aA+dD===gG+hH的速率方程为v正=k正·ca(A)·cd(D),v逆=k逆·cg(G)·ch(H)。非基元反应由多个基元反应组成,非基元反应的速率方程可由反应机理推定。工序Ⅱ:2NO(g)+O2(g) 2NO2(g) ΔH<0 v正=k·c2(NO)·c(O2)(非基元反应)一种可能的机理为(ⅰ)2NO(g) N2O2(g) 快速平衡 ΔH<0 平衡常数为K1(ⅱ)N2O2(g)+O2(g) 2NO2(g) 慢反应(即控速步)①k与k1、k-1、k2的关系为 (用含有k、k1、k-1、k2的表达式表示)。
②2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)是升高温度,速率反而减慢的反应,目前的研究认为和上述机理有关,如表为平衡常数(K1)和第二步的速率常数(k2)在不同温度下的数值:根据表中数据推测:升高温度,工序Ⅱ的反应速率反而减慢的原因可能是 。
1. [2022河南名校质检](角度创新:双单原子催化剂的使用)多个专家研究组经过通力合作,设计了双单原子协同催化剂,该催化剂在协同作用下不仅可以最大程度上提高原子利用率,而且可以提高催化剂的选择性。4-硝基苯乙烯选择性加氢反应制备4-氨基苯乙烯的反应如图,下列说法错误的是 （ ）A.Ir单原子位点促进氢气的活化,M和Ir的协同作用改变催化剂选择性B.从图示的催化过程可以发现,M单原子位点对4-硝基苯乙烯有较好的吸附效果C.在双单原子催化剂作用下,可以提高4-硝基苯乙烯的平衡转化率D.使用双单原子催化剂时,可以大大减少副反应的发生,提高4-氨基苯乙烯的产率
1.C 由图示可以看出,Ir单原子位点能促进氢气的活化,与双单原子催化剂相比,在单原子催化剂作用下,4-氨基苯乙烯的选择性明显降低,说明M和Ir的协同作用能改变催化剂的选择性,A项正确;由图示可以看出,M单原子位点对4-硝基苯乙烯有较好的吸附效果,B项正确;催化剂不能使化学平衡发生移动,即不能改变4-硝基苯乙烯的平衡转化率,C项错误;由图示可以看出,在单原子催化剂作用下有多种副产物,而使用双单原子催化剂时,4-氨基苯乙烯的选择性大于96%,说明使用双单原子催化剂可以大大减少副反应的发生,提高4-氨基苯乙烯的产率,D项正确。
2. [2022北京海淀区期末](综合创新:实验+化学平衡)小组同学探究盐溶液对Fe3++SCN- [Fe(SCN)]2+(血红色)的影响。将2 mL 0.01 ml·L-1 FeCl3溶液与2 mL 0.02 ml·L-1 KSCN溶液混合,分别加入等量的试剂①~④,测得平衡后体系的透光率如图所示。已知:ⅰ.溶液的血红色越深,透光率越小,其他颜色对透光率的影响可忽略ⅱ.Fe3++4Cl- [FeCl4]-(黄色) 下列说法不正确的是 （ ）A.注入试剂①后溶液透光率升高,证明Fe3++SCN- [Fe(SCN)]2+逆向移动B.透光率③比②高,可能是阳离子种类或溶液pH导致的C.透光率④比③高,可能发生了反应[Fe(SCN)]2++4Cl- [FeCl4]-+SCN-D.若要证明试剂③中Cl-对平衡体系有影响,还应使用0.04 ml·L-1的KNO3溶液进行实验
2.A 注入试剂①(蒸馏水)后溶液透光率升高,说明溶液血红色变浅,即[Fe(SCN)]2+浓度减小,由于稀释会使[Fe(SCN)]2+浓度减小,故不能证明加蒸馏水使该平衡逆向移动,A项错误;③与②相比,不同的是阳离子种类和溶液pH,B项正确;④与③相比,KCl溶液的浓度增大,由已知ⅱ知,④透光率增大可能是因为发生了反应: [Fe(SCN)]2++4Cl- [FeCl4]-+SCN-,C项正确;若要证明试剂③中Cl-对平衡体系有影响,可以使用等体积的0.04 ml·L-1 KNO3溶液进行对照实验,D项正确。
3. [2022辽宁葫芦岛测试](角度创新:半衰期)已知反应2N2O(g)===2N2(g)+O2(g),速率方程为v=k·cn(N2O)。N2O在金(Au)表面分解的实验数据如表所示。已知:①k为速率常数,只与温度、催化剂有关,与反应物浓度无关;②n=0时,该反应为0级反应,n=1时,该反应为1级反应,以此类推,n可以为整数,也可以为分数;③浓度消耗一半所用的时间叫半衰期(t1/2)。下列说法正确的是 （ ）A.a=0.030B.该反应为2级反应C.该反应的速率常数k=1.0×10-2 ml·L-1·min-1D.保持其他条件不变,若起始浓度为0.200 ml·L-1,则半衰期为100 min
1.[2022广东广州一测]一定温度下向容器中加入A发生如下反应:①A B,②A C,③B C。反应体系中A、B、C的浓度随时间t的变化曲线如图所示。下列说法错误的是 （ ）A.反应①的活化能大于反应②B.该温度下,反应③的平衡常数大于1C.t1 s时,B的消耗速率大于生成速率D.t2 s时,c(C)=c0 ml·L-1-c(B)
4. [2022山东德州考试]氨的催化氧化是工业制硝酸的基础,其反应机理如图1。在1 L密闭容器中充入1 ml NH3和2 ml O2,测得有关产物的物质的量与温度的关系如图2。下列说法错误的是（ ）A.加入Pt—Rh合金的目的是提高反应的速率B.氨催化氧化的最佳温度应控制在840 ℃C.520 ℃时,NH3的转化率为40%D.840 ℃以上,发生了反应:2NO(g) O2(g)+N2(g) ΔH>0
4.C Pt—Rh合金作催化剂可以降低反应的活化能,提高反应速率,A项正确;根据图2可知840 ℃时氨催化氧化生成的NO最多,B项正确;520 ℃时,生成0.2 ml NO和0.2 ml N2,根据氮原子守恒可知有0.6 ml NH3发生反应,则NH3的转化率为60%,C项错误;840 ℃以上,N2的产率上升、NO的产率下降,说明发生了反应2NO(g) O2(g)+N2(g),升高温度氮气产率增加,说明该反应的正反应是吸热反应,ΔH>0,D项正确。
5. [2022广东深圳一调]N2O是《联合国气候变化框架公约》所列六种温室气体之一。目前,直接催化分解法是消除N2O的主要方法,该过程中发生的反应如下:ⅰ.2N2O(g) 2N2(g)+O2(g) ΔH1ⅱ.2N2O(g) N2(g)+2NO(g) ΔH2ⅲ.4N2O(g) 3N2(g)+2NO2(g) ΔH3(1)根据盖斯定律,反应2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)的ΔH= (写出代数式即可)。 (2)已知反应ⅰ在任意温度下均能自发进行,则反应ⅰ为 (填“吸热”或“放热”)反应。 (3)反应ⅰ的势能曲线示意图如图(…表示吸附作用,A表示催化剂,TS表示过渡态分子):
①过程Ⅲ中最大能垒(活化能)为 kcal·ml-1。 ②下列有关反应ⅰ的说法不正确的是 (填标号)。 A.过程Ⅰ中有极性键断裂B.过程Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中都有N2生成C.该反应中只有两种物质能够吸附N2O分子D.过程Ⅱ中间体A—O2可释放O2也可吸附N2O分子(4)模拟废气中N2O直接催化分解过程。①515 ℃时,将模拟废气(N2O体积分数为40%)以6 000 m3·h-1的速度通过催化剂,测得N2O的转化率为40%,则平均反应速率v(N2O)为 m3·h-1。欲提高N2O的转化率,可采取的措施为 (任写一条)。 ②T ℃和p0 kPa时,在恒压密闭容器中进行模拟实验。各组分的相关信息如表:其中x= ,N2O的平衡转化率为 (保留三位有效数字);该温度下,反应2N2O(g) 2N2(g)+O2(g)的压强平衡常数Kp= kPa(以分压表示,分压=总压×物质的量分数)。
6. [2022山东潍坊一模]碘及其化合物有着多方面的用途,用化学反应原理研究碘及其化合物有重要意义。(1)一碘甲烷(CH3I)热裂解可制取乙烯等低碳烯烃化工原料。一碘甲烷(CH3I)热裂解时主要反应有:反应Ⅰ 2CH3I(g) C2H4(g)+2HI(g) ΔH1反应Ⅱ 3C2H4(g) 2C3H6(g) ΔH2反应Ⅲ 2C2H4(g) C4H8(g) ΔH3(298 K)实验测得,反应Ⅰ、Ⅱ的ΔH随温度的变化如图1所示,在体积为1 L的密闭容器中,起始投料1 ml CH3I(g),反应温度对平衡体系中乙烯、丙烯和丁烯物质的量分数的影响如图2所示。
①298 K时,反应3CH3I(g) C3H6(g)+3HI(g) ΔH4,ΔH4= kJ·ml-1。 ②当体系温度高于600 K时,乙烯的物质的量分数随温度升高而显著增加的可能原因是 。 ③若维持体系温度为715 K,CH3I(g)的平衡转化率为 ,反应Ⅰ以物质的量分数表示的平衡常数Kx= 。 (2)研究HI的分解与合成对提高反应Ⅰ中CH3I(g)的平衡转化率有重要意义。T ℃,将a ml I2(g)和a ml H2(g)置于已抽成真空的特制1 L密闭容器中,40 min时体系达到平衡,体系中存在如下反应关系:Ⅰ.I2(g) 2I(g) Kp1=2.304Ⅱ.H2(g)+I2(g) 2HI(g) Kp2Ⅲ.HI(g) H(g)+I(g) Kp3=8.0×10-6Ⅳ.H2(g) 2H(g) Kp4=1.0×10-9①则Kp2= 。 ②实验测得平衡体系总压强为5.0×107 Pa,HI的分压为3.6×107 Pa,H2的分压为7.2×106 Pa,已知该反应的正反应速率v正=k正x(H2)x(I2),逆反应速率v逆=k逆x2(HI),其中k正、k逆为速率常数,x为物质的量分数,若k正=b min-1,在t=40 min时,v正= min-1(用含b的代数式表示)。
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