新高考新教材广西专版2024届高考化学二轮总复习专题突破练10化学反应速率与化学平衡B

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1.已知T1温度下:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH=-m kJ·ml-1。在2 L密闭容器中通入3 ml H2和1 ml N2,测得不同温度下,NH3的产率随时间变化如图所示。下列有关说法正确的是( )。
A.ΔH>0,T2>T1
B.达到平衡时,T1温度对应反应放出热量为m kJ
C.平衡时,保持容器容积不变,通入氩气平衡正向移动
D.平衡常数,KA2.(2023湖南师大附中月考)将一定量的NH4HS固体置于恒容密闭真空容器中(固体试样的体积忽略不计),使其在50 ℃的恒温条件下分解:NH4HS(s)NH3(g)+H2S(g)。实验测得该体系的压强如表所示:
已知:Kp为用各气体分压表示的平衡常数,分压=总压×物质的量分数。
下列有关说法正确的是( )。
A.当混合气体的平均摩尔质量不再随时间变化时,反应达到平衡
B.0~10 min,用H2S的压强变化表示该反应的平均反应速率为0.066 kPa· min-1
C.50 ℃时,NH4HS(s)的分解反应的压强平衡常数Kp=
D.50 ℃时,若在65 min时将容器的容积压缩至原来的,再次达到平衡时,体系的压强大于2.50 kPa
二、非选择题
3.汽车尾气中氮氧化物的排放与雾霾天气的产生密切相关,对其进行无害化处理是化学工作者研究的重要课题。
(1)利用反应2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g) ΔH<0,可实现汽车尾气的无害化处理。一定条件下进行该反应,测得CO的平衡转化率与温度、起始投料比m[m=]的关系如图所示。
①投料比m1、m2、m3从大到小的顺序为 。
②随着温度的升高,不同投料比下CO平衡转化率趋于相近的原因是 。
(2)我国学者研究了均相 NO-CO的反应过程,反应路径中每一阶段内各驻点的能量均为相对于此阶段内反应物能量的能量之差,TS代表过渡态,反应过程中的复杂中间产物直接用IM表示。
①2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g) ΔH= 。
②整个反应分为三个基元反应阶段,总反应速率由第 (填“一”“二”或“三”)阶段反应决定。
(3)若反应2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g)的正、逆反应速率可分别表示为v正=k正·c2(NO)·c2(CO);v逆=k逆·c(N2)·c2(CO2),k正、k逆分别为正、逆反应速率常数。一定温度下,在容积为1 L的恒容密闭容器中加入5 ml NO和5 ml CO发生上述反应,测得CO和CO2的物质的量浓度随时间的变化如图所示。
①M点时,v正∶v逆= 。
②测得平衡时体系压强为p,Kp为用气体分压表示的平衡常数,分压=总压×物质的量分数,则平衡常数Kp= 。(用含p的式子表示)
③达平衡后,若改变下列条件,既能增大反应速率又能提高NO的转化率的是 。
A.分离出部分N2
B.恒容时,再加入5 ml NO,5 ml CO
C.压缩容器容积增大压强
D.降低温度
4.(2023河南濮阳一模)含NO的烟气需要处理后才能排放。
(1)氢气催化还原含NO的烟气,发生脱硝反应:2NO(g)+2H2(g)N2(g)+2H2O(g) ΔH=-605 kJ·ml-1。一定条件下,通入H2的体积分数对该反应平衡时含氮物质的体积分数的影响如图所示:
①随着H2体积分数增加,NO中氮元素被还原的价态逐渐降低。当H2的体积分数在0.5×10-3~0.75×10-3时,NO的转化率基本为100%,而N2和NH3的体积分数仍呈增加趋势,其可能原因是 。
②已知:Ⅰ.4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) ΔH=-1 025 kJ·ml-1
Ⅱ.2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH=-484 kJ·ml-1
图中N2减少的原因是N2与H2反应生成NH3,写出该反应的热化学方程式: 。
(2)某科研小组研究了NO与H2反应生成N2和NH3的转化过程。在起始温度为400 ℃时,将n(NO)∶n(H2)=1∶2通入甲、乙两个恒容密闭容器中,甲为绝热过程、乙为恒温过程,两反应体系的压强随时间的变化曲线如图所示。
①曲线X是 (填“甲”或“乙”)容器。
②a点在曲线X上,则a点 (填“可能”或“不可能”)是平衡点。
③曲线Y的容器中反应达到平衡时NO的转化率为60%,从开始到平衡点Z时用分压表示的H2消耗速率是 kPa·min-1。400 ℃时,脱硝反应的压强平衡常数Kp= (结果保留两位有效数字,Kp为用分压代替浓度计算的平衡常数,分压=总压×物质的量分数)。
5.氢能作为新型能源,可利用CO制得。我国北京大学的科研团队向容积为V的密闭容器中充入等物质的量的CO和H2O进行反应。
已知:
反应Ⅰ:FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g) ΔH1
反应Ⅱ:FeO(s)+H2(g)Fe(s)+H2O(g) ΔH2
反应Ⅲ:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH
反应Ⅲ在不同催化剂作用下(反应相同时间),温度与CO转化率的关系如图所示。
(1)反应Ⅲ的ΔH与ΔH1、ΔH2关系式:ΔH= 。
(2)若反应Ⅰ和反应Ⅱ的平衡常数分别为K1和K2,则反应Ⅲ的平衡常数K与K1、K2的关系式:K= 。
(3)随着温度的升高,单位时间内CO的转化率先升后降,“后降”的可能原因是 。
(4)由图可知,ΔH (填“大于”或“小于”)0,催化剂应选择 (填“Au/α-MC”或“Au/α-MC/NaCN”)。
(5)已知T=1 025 K时,K=1。则平衡时CO的转化率为 。当T>1 025 K时,平衡时,H2的体积分数φ的取值范围为 。
(6)欲提高H2的体积分数,可采取的措施为 。
专题突破练十 化学反应速率与化学平衡(B)
一、选择题
1.D 解析 根据图中曲线T2时先达到平衡知,T12.C 解析 反应的平均摩尔质量=g·ml-1=25.5g·ml-1,与反应平衡无关,A项错误。0~10min内压强变化了0.66kPa,NH3和H2S物质的量之比为1∶1,则平均速率为=0.033kPa·min-1,B项错误。50min时反应达到平衡,体系压强为2.50kPa,同时两物质的物质的量分数均为,则Kp=()2=,C项正确。由于体系温度不变,Kp不变,则Kp=()2=得出p总=2.50kPa,D项错误。
二、非选择题
3.答案 (1)①m1>m2>m3 ②温度较高时,温度变化对平衡移动的影响大于浓度变化对平衡移动的影响
(2)①-621.9 kJ·ml-1 ②一
(3)①160 ② ③BC
解析 (1)①m=,增大NO的量,平衡向正反应方向移动,可增大CO的转化率,则投料比m1、m2、m3从大到小的顺序为m1>m2>m3;
②随着温度的升高,不同投料比下CO平衡转化率趋于相近的原因是温度较高时,温度变化对平衡移动的影响大于浓度变化对平衡移动的影响。
(2)①整个反应分为三个基元反应阶段,Ⅰ.NO(g)+NO(g)(g) ΔH=+199.2kJ·ml-1;Ⅱ.(g)+CO(g)CO2(g)+N2O(g) ΔH=-513.5kJ·ml-1;Ⅲ.CO2(g)+N2O(g)+CO(g)2CO2(g)+N2(g) ΔH=-307.6kJ·ml-1;由盖斯定律可知,由Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ可得2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g) ΔH=+199.2kJ·ml-1+(-513.5kJ·ml-1)+(-307.6kJ·ml-1)=-621.9kJ·ml-1;
②由于反应Ⅰ所需活化能最高,则总反应速率由第一阶段反应决定。
(3)①由图可知,平衡时,CO的物质的量浓度为1ml·L-1,CO2的物质的量浓度为4ml·L-1,可列出平衡时的三段式:
2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g)
5500
4442
1142
K==32,平衡时v正=v逆,即k正·c2(NO)·c2(CO)=k逆·c(N2)·c2(CO2),=K=32,M点时,CO和CO2的物质的量浓度相等,设CO浓度的减少量为xml·L-1,则根据化学方程式的化学计量数可知,5-x=x,解得x=2.5,可列出M点时的三段式:
2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g)
5500
2.52.52.51.25
2.52.52.51.25
则=32×=160;
②由平衡时的三段式可知,反应达到平衡时,总物质的量为8ml,则Kp=;
③分离出部分N2,平衡向正反应方向移动,NO的转化率增大,但是反应速率减小,A项错误。恒容时,再加入5mlNO,5mlCO,相当于增大压强,反应速率增大,平衡向正反应方向移动,能提高NO的转化率,B项正确。压缩容器容积增大压强,反应速率增大,平衡向正反应方向移动,能提高NO的转化率,C项正确。降低温度,平衡向正反应方向移动,能提高NO的转化率,但是反应速率减小,D项错误。
4.答案 (1)①H2较少时,NO主要被还原为N2O(或+1价含氮化合物等)(合理即可) ②N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.5 kJ·ml-1
(2)①甲 ②可能 ③0.11 0.12
解析 (1)①根据题中信息,随着氢气体积分数的增加,NO中氮元素被还原的价态逐渐降低,根据图像可知,当氢气的体积分数在0.5×10-3~0.75×10-3时,NO转化率基本为100%,而氮气和氨气的体积分数仍呈增加趋势,NO中氮元素显+2价,N2中氮元素显0价,NH3中氮元素显-3价,因此当氢气较少时,NO被还原为N的+1价化合物或N2O;②根据盖斯定律可知,-脱硝反应,推出N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=(+605)kJ·ml-1=-92.5kJ·ml-1。
(2)①该过程发生的两个反应(脱硝反应和N2与H2反应生成NH3)都是物质的量减少的放热反应,恒温恒容状态下,随着时间的进行,气体物质的量减小,压强降低,而绝热容器中,虽然气体物质的量减小,但温度升高,气体压强增大,因此根据图像可知,X为绝热容器,Y为恒温容器;②因为反应为放热反应,甲绝热容器内反应体系温度升高,反应速率大,先达到平衡,温度升高,平衡左移,平衡时压强增大,因此a点可能已达到平衡;③曲线Y是恒温过程的乙容器,恒温容器中反应达到平衡时NO的转化率为60%,开始时体系总压强为9kPa,n(NO)∶n(H2)=1∶2,p(NO)=3kPa,p(H2)=6kPa,设反应过程中N2的压强减少了xkPa,可列三段式:
N2(g)+3H2(g)2NH3(g)
x3x2x
2x
2NO(g)+2H2(g)N2(g)+2H2O(g)
3600
3×0.61.80.91.8
1.24.2-3x0.9-x1.8
平衡压强为7.1kPa,则x=0.5,从开始到平衡时用分压表示的氢气消耗速率是=0.11kPa·min-1;平衡时p(NO)=1.2kPa、p(H2)=(4.2-1.5)kPa=2.7kPa、p(H2O)=1.8kPa、p(N2)=(0.9-0.5)kPa=0.4kPa,Kp==
≈0.12。
5.答案 (1)ΔH1-ΔH2 (2)
(3)温度过高,催化剂的催化活性下降
(4)小于 Au/α-MC
(5)50% 0<φ<25%
(6)及时分离出CO2(或降低温度)
解析 (1)由反应Ⅰ-Ⅱ可得反应Ⅲ,根据盖斯定律,则反应Ⅲ的ΔH=ΔH1-ΔH2。
(2)由于反应Ⅰ-Ⅱ=Ⅲ,反应Ⅰ和Ⅱ的平衡常数分别为K1和K2,则反应Ⅲ的平衡常数为K=。
(3)由图可知,催化剂的催化活性随温度升高先增大后减小,温度过高,催化剂的催化活性下降,会引起单位时间内CO的转化率降低。
(4)由图可知,随着温度的升高,CO平衡转化率逐渐减小,说明升高温度,平衡逆向移动,则该反应的ΔH<0。由图可知,催化剂Au/α-MC在较低温度时具有较高的催化活性,故催化剂应选择Au/α-MC。
(5)起始时CO和H2O(g)的物质的量相等,假设均为1ml,由于反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)前后气体总分子数不变,平衡常数K=1,则平衡时四种物质的物质的量均为0.5ml,故CO的平衡转化率为0.5ml÷1ml×100%=50%。1025K时,H2的体积分数为25%;升高温度,平衡向逆反应方向移动,平衡时H2的体积分数减小,但肯定大于0,故H2的体积分数取值范围为0<φ<25%。
(6)欲提高H2的体积分数,可采取的措施有及时分离出CO2或降低温度等。
时间/min
0
10
20
30
40
50
60
70
压强/kPa
0
0.66
1.28
1.78
2.20
2.50
2.50
2.50