必刷题14 化学反应的速率与限度-高一化学下学期期末复习（人教版2019必修第二册）

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I．一定温度下，在10L的恒容密闭容器中充入和，一定条件下发生反应：，2min时达到平衡状态，并测得容器内气体的总压强为初始压强的0.6倍，该反应过程中的能量变化如图所示。
(1)已知断开和中的化学键需要吸收的能量为，则断开中的化学键需要吸收 能量。
(2)从反应开始至达到平衡，以CO表示该反应的平均反应速率 。
(3)下列描述能说明上述达到平衡状态的是 (填字母)。
A．和三种物质的浓度相等
B．密闭容器中混合气体的密度不随时间的变化而变化
C．密闭容器中混合气体的压强不随时间的变化而变化
D．密闭容器中混合气体的平均相对分子质量不随时间的变化而变化
E．单位时间内消耗的同时生成
(4)平衡时的转化率为 (写百分数，保留2位有效数字)。
Ⅱ.甲醇燃料电池能量利用率高，且符合绿色化学理念。若以酸性溶液做电解质溶液：
(5)应通入 极(填“正”或“负”)，
(6)写出甲醇所在电极的反应式： 。
【答案】
(1)2052.8
(2)
(3)ACD
(4)50%
(5)正极
(6)
【详解】（1）反应的焓变等于反应物的键能和减去生成物的键能和，结合图像可知，-E()=-128.8kJ，E()=2052.8 kJ；
（2）根据阿伏伽德罗定律可知，反应总的物质的量为（2+3）ml×0.6=3ml，结合化学方程式可知，反应的CO为（5-3）ml÷2=1ml：
以CO表示该反应的平均反应速率；
（3）A．结合（2）分析可知，平衡时一氧化碳、氢气、甲醇的物质的量均为1ml，故和三种物质的浓度相等，能说明达到平衡状态，A符合题意；
B．容器体积和气体总质量始终不变，则混合气体的密度始终不变，因此不能说明反应已达平衡，B不符合题意；
C．反应是气体分子数改变的的化学反应，物质的量与压强成正比，则混合气体的压强不随时间的变化而变化，达到平衡状态，C符合题意；
D．混合气体的平均摩尔质量为M= m/n，气体质量不变，但是气体的总物质的量随反应进行而改变，所以M会发生改变，当M不变时，反应达到平衡，D符合题意；
E．单位时间内消耗的同时生成，描述的都是正反应，不能说明反应达到平衡，E不符合题意；
故选ACD；
（4）由（2）分析可知，平衡时的转化率为；
（5）氧气得到电子发生还原反应，应该在正极通入；
（6）甲醇失去电子发生氧化反应生成二氧化碳和水，反应为。
2．（22-23高一下·内蒙古阿拉善盟·期末）研究碳、氮的氧化物的性质对化工生产和环境保护有重要意义。
(1)现代社会的一切活动都离不开能量，化学反应在发生物质变化的同时伴随能量的变化。下图为1mlN2(g)和1mlO2(g)充分反应生成2mlNO(g)的能量变化图。若断裂1mlNO(g)分子中的化学键，需要吸收 能量。该反应中反应物所具有的总能量 (填“高于”“低于”或“等于”生成物所具有的总能量。
(2)由下图的能量转化关系可知生成16g CH3OH(l)需要 (填“吸收”或“放出”) kJ能量。
(3)CO2催化加氢合成新能源甲醇，既实现了碳资源充分利用，又可有效减少CO2排放。在体积为2L的密闭容器中，充入2mlCO2和6mlH2，一定条件下发生反应：，测得CO2(g)和CH3OH(g)的浓度随时间变化如下图所示。
①在4min到9min时间段，v(H2)= ml·L-1·min-1
②能说明上述反应达到平衡状态的是 ；
A．恒温、恒容时，容器内混合气体的密度不再变化
B．反应中CO2与CH3OH的物质的量浓度相等时(即图中交叉点)
C．有2个C=O键断裂的同时，有3个H-H键生成
D．当v正(CO2)=3v逆(H2)
③平衡时H2的物质的量为 。
(4)燃料电池是一种高效、环境友好的供电装置，如有图为CH3OH燃料电池的工作原理示意图，a、b均为情性电极。
①b极的电极反应为： ；
②若此燃料电池电路中转移2ml电子，则消耗的O2在标准状况下的体积为 。
【答案】
(1)632kJ 低于
(2)放出 45.5
(3)0.15 C 1.5ml
(4) 11.2L
【详解】（1）从图中可以看出，若断裂1mlNO(g)分子中的化学键，需要吸收632kJ能量。该反应中△H=946kJ/ml+498kJ/ml-2×632kJ/ml=+180kJ/ml，则该反应为吸热反应，反应物所具有的总能量低于生成物所具有的总能量。
（2）从图中可以看出，生成1ml CH3OH(l)，放热510kJ-419kJ=91kJ，则生成16g CH3OH(l)(物质的量为0.5ml)需要放出0.5ml×91kJ/ml=45.5kJ能量。
（3）①在4min到9min时间段，CO2的浓度变化为0.25ml/L，则v(H2)==0.15 ml·L-1·min-1；
②A．恒温、恒容时，容器内混合气体的质量不变，则密度始终不变，所以密度不再变化时，反应不一定达平衡状态，A不符合题意；
B．反应中CO2与CH3OH的物质的量浓度相等时(即图中交叉点)，反应继续正向进行，B不符合题意；
C．有2个C=O键断裂的同时，有3个H-H键生成，反应进行的方向相反，且速率之比等于化学计量数之比，说明反应达到平衡状态，C符合题意；
D．当v正(CO2)=3v逆(H2)，速率之比不等于化学计量数之比，反应未达平衡状态，D不符合题意；
故选C。
③平衡时CO2的物质的量变化为0.75ml/L×2=1.5ml，则H2的物质的量的变化为4.5ml，H2的物质的量为6ml-4.5ml=1.5ml。
（4）从电子流向看，a电极为负极，b电极为正极。
①b极O2得电子产物与电解质作用生成OH-，电极反应为：；
②若此燃料电池电路中转移2ml电子，则消耗的O2的物质的量为0.5ml，在标准状况下的体积为11.2L。
3．（22-23高一下·湖南郴州·期末）甲醇是一种重要的有机化工原料，现有在实验室中模拟甲醇的合成反应，在的恒容密闭容器内以物质的量之比充入和。在时，发生反应：。体系中随时间的变化如表：
(1)如图表示反应中的变化曲线，其中合理的是 。
(2)内该反应的平均速率 。
(3)达到平衡时，的转化率为 。
(4)在相同温度、容积不变的条件下，能说明该反应已达平衡状态的是 。
A．
B．容器内压强保持不变
C．断开键的同时形成键
D．容器内混合气体的平均摩尔质量保持不变
E．
(5)下列条件能加快正反应速率的是________(填字母)。
A．从平衡混合物中分离出甲醇B．保持压强不变，充入使容积增大
C．保持体积不变，充入使压强增大D．升高温度
(6)将甲醇设计成燃料电池，具有启动快、效率高等优点，装置如图所示(A、B为多孔碳棒)。
实验测得向电极定向移动，则从 (填“A”或“B”)处电极入口加入甲醇，该电极反应式为 。
【答案】
(1)b
(2)
(3)
(4)BD
(5)D
(6)B
【详解】（1）由知，乙醇的物质的量等于消耗CO的物质的量，随着反应进行，乙醇不断增多，平衡时乙醇为(0.020-0.007)ml，则其平衡浓度为0.0065ml/L，则如图表示反应中的变化曲线，其中合理的是b。
（2）内该反应的平均速率=。
（3）在2L的恒容密闭容器内以物质的量之比2：5充入CO和H2。由表知充入氢气为0.050ml，消耗氢气为2×(0.020-0.007)ml=0.026ml，达到平衡时，的转化率为。
（4）A．时正反应和逆反应速率相等，而说明正反应和逆反应速率不相等、不平衡，A错误；
B．反应中，气体的物质的量、压强会随着反应而变化，故容器内压强不随时间的变化，说明气体的物质的量不随时间变化，则说明反应已达平衡，B正确；
C．断开键的同时形成键，均指正反应，不能说明已平衡，C错误；
D．气体质量始终不变，气体的物质的量、混合气体的平均摩尔质量会随着反应而变，混合气体的平均相对分子质量不变说明反应已达平衡，D正确；
E．在2L的恒容密闭容器内以物质的量之比2：5充入CO和H2，当，吧能说明各成分的量不再变化、不能说明已平衡，E错误；
选 BD。
（5）A. 从平衡混合物中分离出甲醇，减少了生成物浓度，反应速率减小，A错误；
B. 保持压强不变，充入使容积增大，同比例减少了所有气体的浓度，等效于减压，反应速率减小，B错误；
C. 保持体积不变，充入使压强增大，所有气体的浓度均不变，反应速率不变，C错误；
D. 升高温度，反应速率增大，D正确；
选D。
（6）燃料电池工作时阴离子向负极移动，实验测得向电极定向移动，则从B处电极入口加入甲醇，负极上甲醇失去电子被氧化，该电极反应式为。
4．（22-23高一下·海南海口·期末）用合成燃料甲醇()是碳减排的新方向。现进行如下实验：某温度下在体积为1L的密闭容器中，充入2ml和6ml发生反应：，请回答下列问题：
(1)能判断该反应已达化学平衡状态的标志是___________(填字母)。
A．百分含量保持不变B．容器中浓度与浓度之比为3：1
C．容器中混合气体的密度保持不变D．的生成速率与的生成速率相等
(2)现测得和的浓度随时间变化如图所示，回答下列问题：
①从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率 。
②平衡时甲醇的体积分数为 ，反应过程中的最大转化率为 。
(3)下图是以为电解质溶液的甲醇燃料电池示意图：，通入氧气的电极为燃料电池的 极(填“正”或“负”)，随着电池工作，电解质溶液的如何变化 。
A．变大 B．变小 C．不变 D．无法判断
【答案】
(1)AD
(2) 30% 75%
(3)正 B
【详解】（1）A．平衡时各物质的浓度保持不变，CO2百分含量保持不变，说明到达平衡，故A正确；
B．开始投料比，2ml CO2和6ml H2，根据方程式可知容器中H2浓度与CO2浓度之比始终为3：1，所以不能证明达平衡状态，故B错误；
C．容器的体积不变，反应前后都为气体，容器中混合气体的质量始终保持不变，混合气体的密度始终不变，不能说明到达平衡，故C错误；
D．CO2生成速率表示逆反应速率，CH3OH生成速率表示正反应速率，两者相等，说明到达平衡，故D正确；
答案选AD。
（2）①由图可知，12min到达平衡时二氧化碳的浓度变化量为2ml/L-0.5ml/L=1.5ml/L，所以v(CO2)=1.5ml/L÷12min=0.125ml/(L•min)，速率之比等于化学计量数之比，所以v(H2)=3v(CO2)=3×0.125ml/(L•min)=0.375ml/(L•min)；
②根据图象可知平衡时生成甲醇是1.5ml，同时生成水蒸气是1.5ml，根据方程式可知消耗二氧化碳和氢气分别是1.5ml和4.5ml，剩余二氧化碳和氢气分别是0.5ml和1.5ml，则平衡时甲醇的体积分数为×100%＝30%；CO2的转化率为×100%＝75%；
（3）甲醇-空气燃料电池中燃料在负极失电子发生氧化反应，在碱溶液中生成碳酸盐，氧气在正极得到电子发生还原反应，由总反应可知随反应进行，溶液中氢氧根离子浓度减小，pH变小。
5．（22-23高一下·黑龙江哈尔滨·期末）以制备甲醇是实现“双碳”目标的重要途径。在体积为的密闭容器中，充入和，180℃下反应得甲醇(沸点64．7℃)和物质X，测得各物质物质的量随时间的部分变化图如图：
(1)和化学反应方程式为 。
(2)内，氢气的平均反应速率为 。
(3)时，正反应速率 逆反应速率(填“>”“”“