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适用于新高考新教材广西专版2024届高考化学一轮总复习第七章化学反应速率与化学平衡课时规范练25化学平衡常数化学反应的方向与调控
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这是一份适用于新高考新教材广西专版2024届高考化学一轮总复习第七章化学反应速率与化学平衡课时规范练25化学平衡常数化学反应的方向与调控，共7页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
1.在淀粉KI溶液中存在下列平衡:I2(aq)+I-(aq)(aq)。测得不同温度下该反应的平衡常数K如表所示。下列说法正确的是( )
A.反应I2(aq)+I-(aq)(aq)的ΔH>0
B.其他条件不变,升高温度,溶液中c()减小
C.该反应的平衡常数表达式为K=
D.25 ℃时,向溶液中加入少量KI固体,平衡常数K小于689
2.(2021江苏七市三模)氯化氢和氯气在生产生活中具有广泛应用。舍勒发现将软锰矿和浓盐酸混合加热可产生氯气,该方法仍是当今实验室制备氯气的主要方法之一。Deacn曾提出在催化剂作用下,氧气直接氧化氯化氢制备氯气,该反应为可逆反应,热化学方程式为4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g) ΔH=-116 kJ·ml-1。关于Deacn提出的制备Cl2的反应,下列说法正确的是( )
A.该反应一定能自发进行
B.每生成22.4 L Cl2,放出58 kJ的热量
C.增大起始时的值,可提高HCl的平衡转化率
D.断裂4 ml H—Cl的同时,有4 ml H—O生成,说明该反应达到平衡状态
3.(2021江苏扬州考前调研)Cl2可用于生产漂白粉等化工产品。Cl2的制备方法有:
方法Ⅰ:NaClO+2HCl(浓)NaCl+Cl2↑+H2O;
方法Ⅱ:4HCl(g)+O2(g)2H2O(g)+2Cl2(g) ΔH=a kJ·ml-1
上述两种方法涉及的反应在一定条件下均能自发进行。一定条件下,在密闭容器中利用方法Ⅱ制备Cl2,下列有关说法正确的是( )
A.升高温度,可以提高HCl的平衡转化率
B.提高,该反应的平衡常数增大
C.若断开1 ml H—Cl的同时有1 ml H—O断开,则表明该反应达到平衡状态
D.该反应的平衡常数表达式K=
二、选择题:本题共3小题,每小题有一个或两个选项符合题目要求。
4.(2021广东汕头一模)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,对节能减排有重要意义。已知反应:6H2(g)+2CO2(g)CH2CH2(g)+4H2O(g),温度对CO2的平衡转化率和催化剂催化效率的影响如图所示,下列说法不正确的是( )
A.正反应为放热反应
B.化学平衡常数:KMC.当温度高于250 ℃时,催化剂的催化效率降低是因为平衡逆向移动引起的
D.若初始投料比n(H2)∶n(CO2)=3∶1,则图中M点的乙烯体积分数约为7.7%
5.(2021辽宁葫芦岛二模)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和温度(T)的关系如图所示。下列说法正确的是( )
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
6.化学反应中催化剂活性会因积碳反应而降低,同时存在的消碳反应则使积碳量减少。相关数据如下表:
在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下,某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如图所示。升高温度时,下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数(K)和速率(v)的叙述正确的是( )
A.K积、K消均增加
B.v(积)减小、v(消)增大
C.催化剂X效果比Y好
D.v(消)增加的倍数比v(积)增加的倍数大
三、非选择题:本题共2小题。
7.(2021湖北二模)丙烯是三大合成材料的基本原料之一,可用于生产多种重要有机化工原料。由丙烷制丙烯的两种方法如下:
Ⅰ.丙烷氧化脱氢法:C3H8(g)+O2(g)C3H6(g)+H2O(g) ΔH1
Ⅱ.丙烷无氧脱氢法:C3H8(g)C3H6(g)+H2(g) ΔH2=+124 kJ·ml-1
请回答下列问题:
(1)已知H2(g)+O2(g)H2O(g) ΔH=-242 kJ·ml-1,由此计算ΔH1= kJ·ml-1。
(2)在催化剂作用下,C3H8氧化脱氢除生成C3H6外,还生成CO、CO2等物质。C3H8的转化率和C3H6的产率随温度变化关系如图所示。
①图中C3H8的转化率随温度升高而增大的原因是 。
②在550 ℃时,C3H6的选择性为 (保留1位小数)(C3H6的选择性=×100%)。
③C3H6的选择性:550 ℃ (填“大于”或“小于”)575 ℃。
(3)某温度下,在刚性密闭容器中充入C3H8发生无氧脱氢制备丙烯。
①下列能说明该反应达到平衡状态的是 (填字母)。
a.v正(C3H8)=v正(C3H6)
b.容器内气体的密度不再发生变化
c.容器内气体平均相对分子质量不再变化
d.容器内的压强不再发生变化
②若起始时容器内压强为10 kPa,反应达平衡后总压强为14 kPa,则C3H8的平衡转化率为 ;该反应的压强平衡常数Kp= (保留1位小数)。
8.(2021广东潮州二模)氮氧化物是形成酸雨、水体富营养化、光化学烟雾等环境问题的主要原因。
已知:反应Ⅰ.2NO(g)+O2(g)2NO2(g) ΔH1=-112 kJ·ml-1;
反应 Ⅱ.2NO2(g)N2O4(g) ΔH2=-24.2 kJ·ml-1;
反应Ⅲ.3O2(g)2O3(g) ΔH3=+144.6 kJ·ml-1;
(1)大气层中O3氧化NO的热化学方程式为3NO(g)+O3(g)3NO2(g) ΔH4= 。
(2)某温度下,向1 L刚性容器中投入1 ml O2发生反应Ⅲ,5 min时压强变为原来的0.9倍后不再变化。
①5 min内O3的生成速率v(O3)= 。
②平衡时O2的转化率α(O2) (填“>”“=”或“<”)30%。
(3)常温下,向压强为p kPa的恒压容器中充入2 ml NO和1 ml O2,发生反应Ⅰ和反应Ⅱ。平衡时NO和NO2的物质的量分别为0.2 ml和1 ml,则常温下反应Ⅱ的平衡常数Kp= [已知气体中某成分的分压p(分)=×p(总),用含p的式子表示]。
(4)工业上常用氨气去除一氧化氮的污染,反应原理为4NH3(g)+6NO(g)5N2(g)+6H2O(g)。测得该反应的平衡常数与温度的关系为lgKp=5.0+(T为开氏温度)。
①该反应ΔH (填“>”“=”或“<”)0。
②一定温度下,按进料比n(NH3)∶n(NO)=1∶1,匀速通入装有锰、镁氧化物作催化剂的反应器中反应。反应相同时间,NO的去除率随反应温度的变化曲线如上图。NO的去除率先迅速上升的主要原因是 ;当反应温度高于380 ℃时,NO的去除率迅速下降的原因可能是 。
参考答案
课时规范练25 化学平衡常数
化学反应的方向与调控
1.B 解析 温度升高,平衡常数减小,因此该反应是放热反应,ΔH<0,A项错误;升高温度,平衡逆向移动,c()减小,B项正确;K=,C项错误;平衡常数仅与温度有关,25℃时,向溶液中加入少量KI固体,平衡正向移动,但平衡常数不变,仍然是689,D项错误。
2.C 解析 该反应为气体体积减小的反应,ΔS<0,ΔH<0,当ΔG=ΔH-TΔS<0时反应自发进行,则需要低温的条件,A错误;没指明气体所处的状态,无法计算Cl2的物质的量,B错误;增大氧气的量,可促进HCl的转化,即增大起始时的值,可提高HCl的平衡转化率,C正确;断裂H—Cl和生成H—O,都指正反应方向,不能说明该反应达到平衡状态,D错误。
3.C 解析 该反应一定条件下能自发进行,即可以满足ΔH-TΔS<0,该反应为气体体积减小的反应,ΔS<0,则只有ΔH<0才可能满足ΔG<0,所以该反应为放热反应,升高温度平衡逆向移动,HCl的平衡转化率减小,A错误;平衡常数只与温度有关,温度不变,平衡常数不变,B错误;若断开1mlH—Cl的同时有1mlH—O断开,说明正逆反应速率相等,反应达到平衡,C正确;该反应中水为气态,平衡常数表达式K=,D错误。
4.BC 解析 由题图示知,随着温度的升高,CO2平衡转化率下降,说明温度升高,平衡逆向移动,故逆反应为吸热反应,正反应为放热反应,A正确;升高温度,平衡逆向移动,平衡常数K减小,故KM>KN,B错误;当温度高于250℃时,催化剂催化效率下降,是因为温度升高使催化剂活性下降,而不是因为平衡移动,C错误;由图示知,M点的CO2平衡转化率为50%,设起始时H2的物质的量为3ml,CO2的物质的量为1ml,列三段式如下:
6H2 + 2CO2 CH2CH2 + 4H2O
起始/ml3100
转化/ml1.50.50.251
平衡/ml1.50.50.251
则平衡时乙烯的体积分数=×100%≈7.7%,D正确。
5.C 解析 由题图可知,温度越高,φ(CH4)越小,则升高温度,平衡正向移动,则正反应为吸热反应,该反应的焓变ΔH>0,A错误;起始=Z,Z越大,即H2O促进CH4转化的程度越大,φ(CH4)越小,则图中Z的大小为b>3>a,B错误;起始=Z=3,转化时CH4(g)、H2O(g)以等物质的量转化,则X点对应的平衡混合物中>3,C正确;该反应为气体体积增大的反应,增大压强,平衡逆向移动,则温度不变时,图中X点对应的平衡在加压后φ(CH4)增大,D错误。
6.AD 解析 由表格数据可知,积碳反应、消碳反应都是吸热反应,所以升高温度,平衡右移,K积、K消均增加,A正确;升高温度,混合气中各分子的能量均升高,分子有效碰撞的次数增多,反应速率加快,所以v(积)增大、v(消)增大,B不正确;从表中活化能数据(活化能数值越大,反应越困难)可以看出,对于积碳反应,催化剂X效果比Y好,对于消碳反应,催化剂X效果比Y差,C不正确;从题图中曲线看,催化剂表面的积碳量先增大后减小,则表明随着温度的不断升高,v(消)增加的倍数比v(积)增加的倍数大,D正确。
7.答案 (1)-118 (2)①温度升高,催化剂活性增大,反应速率加快 ②61.5% ③大于 (3)①cd ②40% 2.7 kPa
解析 (1)根据盖斯定律,把C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)
ΔH2=+124kJ·ml-1和H2(g)+O2(g)H2O(g)
ΔH=-242kJ·ml-1相加,即得C3H8(g)+O2(g)C3H6(g)+H2O(g) ΔH1=+124kJ·ml-1-
242kJ·ml-1=-118kJ·ml-1。
(2)①由(1)可知该反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,C3H8的转化率应该降低,但实际上C3H8的转化率随温度的升高而增大,可能是升高温度,催化剂的活性增大,反应速率加快的缘故。
②由图可知,550℃时,C3H8的转化率为13%,C3H6的产率为8%,设起始时C3H8的物质的量为100ml,则反应的C3H8的物质的量为13ml,生成的C3H6的物质的量为8ml,则C3H6的选择性为×100%≈61.5%。
③550℃时,C3H6的选择性为61.5%,575℃时,C3H6的选择性为×100%≈51.5%,因此550℃时C3H6的选择性大于575℃时C3H6的选择性。
(3)①在C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)反应中,v正(C3H8)=v正(C3H6)均表示正反应速率,无法确定正逆反应速率是否相等,无法判断是否达到平衡状态,a不选;反应物和生成物都是气体,容器内混合气体的总质量是不变的,且容器容积恒定,所以容器内气体密度是定值,则容器内气体的密度不再发生变化时,不能说明反应达到平衡状态,b不选;反应物和生成物都是气体,容器内混合气的质量是不变的,反应前后气体的物质的量发生改变,所以容器内气体的平均相对分子质量在未平衡前是变化的,当容器内气体的平均相对分子质量不再变化时,说明反应达到平衡状态,c选;该反应前后气体计量数之和不相等,所以平衡建立过程中,混合气体的物质的量是变化的,在恒温恒容条件下,压强和气体的物质的量成正比,所以当容器内的压强不再发生变化时,反应达到平衡状态,d选。
②恒温恒容条件下,气体的物质的量和压强成正比,起始时容器内压强为10kPa,反应达平衡后总压强为14kPa,则压强变化了4kPa,根据化学方程式可知,各物质变化的分压均为4kPa,所以平衡时C3H8、C3H6、H2的分压分别为6kPa、4kPa、4kPa。则C3H8的平衡转化率为×100%=40%;Kp==≈2.7kPa。
8.答案 (1)-240.3 kJ·ml-1
(2)①0.04 ml·L-1·min-1 ②=
(3)(kPa)-1
(4)①< ②催化剂活性增强 催化剂失活(或温度上升平衡逆向移动)
解析 (1)由于反应热与反应途径无关,只与物质的始态和终态有关,将,整理可得3NO(g)+O3(g)3NO2(g),ΔH4=ΔH1-ΔH3=-240.3kJ·ml-1。
(2)①设5min时生成O3的物质的量为xml,在同温同体积条件下,气体的物质的量n与压强p成正比,则0.9×n起始(O2)=n平衡(O2)+n平衡(O3),0.9×1ml=(1-)ml+xml,解得x=0.2,所以O3的生成速率v(O3)==0.04ml·L-1·min-1。
②平衡时O2的物质的量n平衡(O2)=1ml-×0.2ml=0.7ml,平衡时O2的转化率α(O2)=×100%=30%。
(3)由题给数据可知,若只进行反应Ⅰ,反应平衡时n(NO2)应为1.8ml,实际为1ml,则有0.8mlNO2发生反应Ⅱ生成0.4mlN2O4,反应平衡时,n(NO)=0.2ml,n(O2)=0.1ml,n(NO2)=1ml,n(N2O4)=0.4ml,p(NO2)=×p(总)=pkPa,p(N2O4)=pkPa,所以常温下反应Ⅱ的平衡常数Kp=(kPa)-1。
(4)①根据该反应的平衡常数与温度的关系式lgKp=5.0+可知,随着温度升高,平衡常数降低,说明升高温度,化学平衡逆向移动,所以该反应的正反应为放热反应。
②该反应的正反应为放热反应,随反应温度的变化,在反应开始时NO的去除率迅速上升是因为催化剂活性增强;当反应温度高于380℃时,NO的去除率迅速下降的原因可能是催化剂失去催化活性或温度上升平衡逆向移动。
T/℃
5
15
25
35
50
K
1 100
841
689
533
409
反应
积碳反应CH4(g)C(s)+2H2(g)
消碳反应CO2(g)+C(s)2CO(g)
ΔH/(kJ·ml-1)
+75
+172
催化剂X
33
91
催化剂Y
43
72
1.在淀粉KI溶液中存在下列平衡:I2(aq)+I-(aq)(aq)。测得不同温度下该反应的平衡常数K如表所示。下列说法正确的是( )
A.反应I2(aq)+I-(aq)(aq)的ΔH>0
B.其他条件不变,升高温度,溶液中c()减小
C.该反应的平衡常数表达式为K=
D.25 ℃时,向溶液中加入少量KI固体,平衡常数K小于689
2.(2021江苏七市三模)氯化氢和氯气在生产生活中具有广泛应用。舍勒发现将软锰矿和浓盐酸混合加热可产生氯气,该方法仍是当今实验室制备氯气的主要方法之一。Deacn曾提出在催化剂作用下,氧气直接氧化氯化氢制备氯气,该反应为可逆反应,热化学方程式为4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g) ΔH=-116 kJ·ml-1。关于Deacn提出的制备Cl2的反应,下列说法正确的是( )
A.该反应一定能自发进行
B.每生成22.4 L Cl2,放出58 kJ的热量
C.增大起始时的值,可提高HCl的平衡转化率
D.断裂4 ml H—Cl的同时,有4 ml H—O生成,说明该反应达到平衡状态
3.(2021江苏扬州考前调研)Cl2可用于生产漂白粉等化工产品。Cl2的制备方法有:
方法Ⅰ:NaClO+2HCl(浓)NaCl+Cl2↑+H2O;
方法Ⅱ:4HCl(g)+O2(g)2H2O(g)+2Cl2(g) ΔH=a kJ·ml-1
上述两种方法涉及的反应在一定条件下均能自发进行。一定条件下,在密闭容器中利用方法Ⅱ制备Cl2,下列有关说法正确的是( )
A.升高温度,可以提高HCl的平衡转化率
B.提高,该反应的平衡常数增大
C.若断开1 ml H—Cl的同时有1 ml H—O断开,则表明该反应达到平衡状态
D.该反应的平衡常数表达式K=
二、选择题:本题共3小题,每小题有一个或两个选项符合题目要求。
4.(2021广东汕头一模)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,对节能减排有重要意义。已知反应:6H2(g)+2CO2(g)CH2CH2(g)+4H2O(g),温度对CO2的平衡转化率和催化剂催化效率的影响如图所示,下列说法不正确的是( )
A.正反应为放热反应
B.化学平衡常数:KM
D.若初始投料比n(H2)∶n(CO2)=3∶1,则图中M点的乙烯体积分数约为7.7%
5.(2021辽宁葫芦岛二模)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和温度(T)的关系如图所示。下列说法正确的是( )
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
6.化学反应中催化剂活性会因积碳反应而降低,同时存在的消碳反应则使积碳量减少。相关数据如下表:
在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下,某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如图所示。升高温度时,下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数(K)和速率(v)的叙述正确的是( )
A.K积、K消均增加
B.v(积)减小、v(消)增大
C.催化剂X效果比Y好
D.v(消)增加的倍数比v(积)增加的倍数大
三、非选择题:本题共2小题。
7.(2021湖北二模)丙烯是三大合成材料的基本原料之一,可用于生产多种重要有机化工原料。由丙烷制丙烯的两种方法如下:
Ⅰ.丙烷氧化脱氢法:C3H8(g)+O2(g)C3H6(g)+H2O(g) ΔH1
Ⅱ.丙烷无氧脱氢法:C3H8(g)C3H6(g)+H2(g) ΔH2=+124 kJ·ml-1
请回答下列问题:
(1)已知H2(g)+O2(g)H2O(g) ΔH=-242 kJ·ml-1,由此计算ΔH1= kJ·ml-1。
(2)在催化剂作用下,C3H8氧化脱氢除生成C3H6外,还生成CO、CO2等物质。C3H8的转化率和C3H6的产率随温度变化关系如图所示。
①图中C3H8的转化率随温度升高而增大的原因是 。
②在550 ℃时,C3H6的选择性为 (保留1位小数)(C3H6的选择性=×100%)。
③C3H6的选择性:550 ℃ (填“大于”或“小于”)575 ℃。
(3)某温度下,在刚性密闭容器中充入C3H8发生无氧脱氢制备丙烯。
①下列能说明该反应达到平衡状态的是 (填字母)。
a.v正(C3H8)=v正(C3H6)
b.容器内气体的密度不再发生变化
c.容器内气体平均相对分子质量不再变化
d.容器内的压强不再发生变化
②若起始时容器内压强为10 kPa,反应达平衡后总压强为14 kPa,则C3H8的平衡转化率为 ;该反应的压强平衡常数Kp= (保留1位小数)。
8.(2021广东潮州二模)氮氧化物是形成酸雨、水体富营养化、光化学烟雾等环境问题的主要原因。
已知:反应Ⅰ.2NO(g)+O2(g)2NO2(g) ΔH1=-112 kJ·ml-1;
反应 Ⅱ.2NO2(g)N2O4(g) ΔH2=-24.2 kJ·ml-1;
反应Ⅲ.3O2(g)2O3(g) ΔH3=+144.6 kJ·ml-1;
(1)大气层中O3氧化NO的热化学方程式为3NO(g)+O3(g)3NO2(g) ΔH4= 。
(2)某温度下,向1 L刚性容器中投入1 ml O2发生反应Ⅲ,5 min时压强变为原来的0.9倍后不再变化。
①5 min内O3的生成速率v(O3)= 。
②平衡时O2的转化率α(O2) (填“>”“=”或“<”)30%。
(3)常温下,向压强为p kPa的恒压容器中充入2 ml NO和1 ml O2,发生反应Ⅰ和反应Ⅱ。平衡时NO和NO2的物质的量分别为0.2 ml和1 ml,则常温下反应Ⅱ的平衡常数Kp= [已知气体中某成分的分压p(分)=×p(总),用含p的式子表示]。
(4)工业上常用氨气去除一氧化氮的污染,反应原理为4NH3(g)+6NO(g)5N2(g)+6H2O(g)。测得该反应的平衡常数与温度的关系为lgKp=5.0+(T为开氏温度)。
①该反应ΔH (填“>”“=”或“<”)0。
②一定温度下,按进料比n(NH3)∶n(NO)=1∶1,匀速通入装有锰、镁氧化物作催化剂的反应器中反应。反应相同时间,NO的去除率随反应温度的变化曲线如上图。NO的去除率先迅速上升的主要原因是 ;当反应温度高于380 ℃时,NO的去除率迅速下降的原因可能是 。
参考答案
课时规范练25 化学平衡常数
化学反应的方向与调控
1.B 解析 温度升高,平衡常数减小,因此该反应是放热反应,ΔH<0,A项错误;升高温度,平衡逆向移动,c()减小,B项正确;K=,C项错误;平衡常数仅与温度有关,25℃时,向溶液中加入少量KI固体,平衡正向移动,但平衡常数不变,仍然是689,D项错误。
2.C 解析 该反应为气体体积减小的反应,ΔS<0,ΔH<0,当ΔG=ΔH-TΔS<0时反应自发进行,则需要低温的条件,A错误;没指明气体所处的状态,无法计算Cl2的物质的量,B错误;增大氧气的量,可促进HCl的转化,即增大起始时的值,可提高HCl的平衡转化率,C正确;断裂H—Cl和生成H—O,都指正反应方向,不能说明该反应达到平衡状态,D错误。
3.C 解析 该反应一定条件下能自发进行,即可以满足ΔH-TΔS<0,该反应为气体体积减小的反应,ΔS<0,则只有ΔH<0才可能满足ΔG<0,所以该反应为放热反应,升高温度平衡逆向移动,HCl的平衡转化率减小,A错误;平衡常数只与温度有关,温度不变,平衡常数不变,B错误;若断开1mlH—Cl的同时有1mlH—O断开,说明正逆反应速率相等,反应达到平衡,C正确;该反应中水为气态,平衡常数表达式K=,D错误。
4.BC 解析 由题图示知,随着温度的升高,CO2平衡转化率下降,说明温度升高,平衡逆向移动,故逆反应为吸热反应,正反应为放热反应,A正确;升高温度,平衡逆向移动,平衡常数K减小,故KM>KN,B错误;当温度高于250℃时,催化剂催化效率下降,是因为温度升高使催化剂活性下降,而不是因为平衡移动,C错误;由图示知,M点的CO2平衡转化率为50%,设起始时H2的物质的量为3ml,CO2的物质的量为1ml,列三段式如下:
6H2 + 2CO2 CH2CH2 + 4H2O
起始/ml3100
转化/ml1.50.50.251
平衡/ml1.50.50.251
则平衡时乙烯的体积分数=×100%≈7.7%,D正确。
5.C 解析 由题图可知,温度越高,φ(CH4)越小,则升高温度,平衡正向移动,则正反应为吸热反应,该反应的焓变ΔH>0,A错误;起始=Z,Z越大,即H2O促进CH4转化的程度越大,φ(CH4)越小,则图中Z的大小为b>3>a,B错误;起始=Z=3,转化时CH4(g)、H2O(g)以等物质的量转化,则X点对应的平衡混合物中>3,C正确;该反应为气体体积增大的反应,增大压强,平衡逆向移动,则温度不变时,图中X点对应的平衡在加压后φ(CH4)增大,D错误。
6.AD 解析 由表格数据可知,积碳反应、消碳反应都是吸热反应,所以升高温度,平衡右移,K积、K消均增加,A正确;升高温度,混合气中各分子的能量均升高,分子有效碰撞的次数增多,反应速率加快,所以v(积)增大、v(消)增大,B不正确;从表中活化能数据(活化能数值越大,反应越困难)可以看出,对于积碳反应,催化剂X效果比Y好,对于消碳反应,催化剂X效果比Y差,C不正确;从题图中曲线看,催化剂表面的积碳量先增大后减小,则表明随着温度的不断升高,v(消)增加的倍数比v(积)增加的倍数大,D正确。
7.答案 (1)-118 (2)①温度升高,催化剂活性增大,反应速率加快 ②61.5% ③大于 (3)①cd ②40% 2.7 kPa
解析 (1)根据盖斯定律,把C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)
ΔH2=+124kJ·ml-1和H2(g)+O2(g)H2O(g)
ΔH=-242kJ·ml-1相加,即得C3H8(g)+O2(g)C3H6(g)+H2O(g) ΔH1=+124kJ·ml-1-
242kJ·ml-1=-118kJ·ml-1。
(2)①由(1)可知该反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,C3H8的转化率应该降低,但实际上C3H8的转化率随温度的升高而增大,可能是升高温度,催化剂的活性增大,反应速率加快的缘故。
②由图可知,550℃时,C3H8的转化率为13%,C3H6的产率为8%,设起始时C3H8的物质的量为100ml,则反应的C3H8的物质的量为13ml,生成的C3H6的物质的量为8ml,则C3H6的选择性为×100%≈61.5%。
③550℃时,C3H6的选择性为61.5%,575℃时,C3H6的选择性为×100%≈51.5%,因此550℃时C3H6的选择性大于575℃时C3H6的选择性。
(3)①在C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)反应中,v正(C3H8)=v正(C3H6)均表示正反应速率,无法确定正逆反应速率是否相等,无法判断是否达到平衡状态,a不选;反应物和生成物都是气体,容器内混合气体的总质量是不变的,且容器容积恒定,所以容器内气体密度是定值,则容器内气体的密度不再发生变化时,不能说明反应达到平衡状态,b不选;反应物和生成物都是气体,容器内混合气的质量是不变的,反应前后气体的物质的量发生改变,所以容器内气体的平均相对分子质量在未平衡前是变化的,当容器内气体的平均相对分子质量不再变化时,说明反应达到平衡状态,c选;该反应前后气体计量数之和不相等,所以平衡建立过程中,混合气体的物质的量是变化的,在恒温恒容条件下,压强和气体的物质的量成正比,所以当容器内的压强不再发生变化时,反应达到平衡状态,d选。
②恒温恒容条件下,气体的物质的量和压强成正比,起始时容器内压强为10kPa,反应达平衡后总压强为14kPa,则压强变化了4kPa,根据化学方程式可知,各物质变化的分压均为4kPa,所以平衡时C3H8、C3H6、H2的分压分别为6kPa、4kPa、4kPa。则C3H8的平衡转化率为×100%=40%;Kp==≈2.7kPa。
8.答案 (1)-240.3 kJ·ml-1
(2)①0.04 ml·L-1·min-1 ②=
(3)(kPa)-1
(4)①< ②催化剂活性增强 催化剂失活(或温度上升平衡逆向移动)
解析 (1)由于反应热与反应途径无关,只与物质的始态和终态有关,将,整理可得3NO(g)+O3(g)3NO2(g),ΔH4=ΔH1-ΔH3=-240.3kJ·ml-1。
(2)①设5min时生成O3的物质的量为xml,在同温同体积条件下,气体的物质的量n与压强p成正比,则0.9×n起始(O2)=n平衡(O2)+n平衡(O3),0.9×1ml=(1-)ml+xml,解得x=0.2,所以O3的生成速率v(O3)==0.04ml·L-1·min-1。
②平衡时O2的物质的量n平衡(O2)=1ml-×0.2ml=0.7ml,平衡时O2的转化率α(O2)=×100%=30%。
(3)由题给数据可知,若只进行反应Ⅰ,反应平衡时n(NO2)应为1.8ml,实际为1ml,则有0.8mlNO2发生反应Ⅱ生成0.4mlN2O4,反应平衡时,n(NO)=0.2ml,n(O2)=0.1ml,n(NO2)=1ml,n(N2O4)=0.4ml,p(NO2)=×p(总)=pkPa,p(N2O4)=pkPa,所以常温下反应Ⅱ的平衡常数Kp=(kPa)-1。
(4)①根据该反应的平衡常数与温度的关系式lgKp=5.0+可知,随着温度升高,平衡常数降低,说明升高温度,化学平衡逆向移动,所以该反应的正反应为放热反应。
②该反应的正反应为放热反应,随反应温度的变化,在反应开始时NO的去除率迅速上升是因为催化剂活性增强;当反应温度高于380℃时,NO的去除率迅速下降的原因可能是催化剂失去催化活性或温度上升平衡逆向移动。
T/℃
5
15
25
35
50
K
1 100
841
689
533
409
反应
积碳反应CH4(g)C(s)+2H2(g)
消碳反应CO2(g)+C(s)2CO(g)
ΔH/(kJ·ml-1)
+75
+172
催化剂X
33
91
催化剂Y
43
72
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