2020届高三备考化学专题能力提升练-化学反应速率与化学平衡的移动 A组
一、选择题(本题包括1小题,共7分) 1.下列叙述与图象相对应的是 ( )
A.图(1)是N2(g)+3H2(g)衡逆向移动
B.图(2)中p2>p1,T1>T2
2NH3(g)的化学平衡图象,在t0时刻充入一定量的NH3,平
C.图(3)表示的化学方程式为2AD.图(4)对应反应2X(g)+3Y(g)
B+3C
2Z(g) ΔH<0,y可以表示Y的百分含量
【解析】选B。在t0时刻充入一定量的NH3,v'(正)应与平衡点相连,A项错误;由先拐先平知p2>p1,T1>T2,B项正确;图(3)表示的是可逆反应,C项错误;温度升高,平衡逆向移动,Y的百分含量将增大,D项错误。 二、非选择题(本题包括2小题,共43分)
2.(21分)甲醇是重要的化工原料,又可作为燃料。利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂作用下合成甲醇,发生的主要反应如下: Ⅰ.CO(g)+2H2(g)Ⅱ.CO2(g)+3H2(g)
CH3OH(g) ΔH1 CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2
Ⅲ.CO2(g)+H2(g)回答下列问题:
CO(g)+H2O(g) ΔH3
(1)已知反应Ⅰ中相关的化学键键能数据如下:
化学键 E/(kJ·mol-1) H—H C—O 436 343 CO H—O C—H 465 413 1 076 由此计算ΔH1=__________________kJ·mol-1;已知ΔH2=-58 kJ·mol-1,则Δ
H3=________________kJ·mol-1。
(2)反应Ⅰ的化学平衡常数K表达式为_____________________________; 图1中能正确反映平衡常数K随温度变化关系的曲线为_______________ (填曲线标记字母),其判断理由是_______________________________。
(3)合成气组成n(H2)/n(CO+CO2)=2.60时,体系中的CO平衡转化率(α)与温度和压强的关系如图2所示。α(CO)值随温度升高而________(填“增大”或“减小”),其原因是________________________________________________________; 图2中的压强由大到小为________,其判断理由是__ _________________。 【解析】(1)反应热等于反应物键能减去生成物键能,根据反应Ⅰ:CO(g)+
2H2(g)CH3OH(g)可知ΔH1=1 076 kJ·mol-1+2×436 kJ·mol-1-3×413 kJ·mol-1
-343 kJ·mol-1-465 kJ·mol-1=-99 kJ·mol-1,再根据盖斯定律:Ⅱ-Ⅰ=Ⅲ,则 ΔH3=-58 kJ·mol-1+99 kJ·mol-1=+41 kJ·mol-1。 (2)根据平衡常数表达式可知反应Ⅰ的K=
;正反应是放热反应,升高
温度平衡向逆反应方向移动,所以平衡常数减小,a正确。
(3)升高温度时,反应Ⅰ为放热反应,平衡向左移动,使得体系中CO的量增大;反应Ⅲ为吸热反应,平衡向右移动,产生CO的量增大;总结果,随温度升高,使CO的转化率减小;由于同温时反应Ⅰ加压右移,有利于CO的转化,反应Ⅲ平衡不移动,CO的量不受压强影响,故增大压强时,有利于CO的转化率升高,所以图2中的压强由大到小为p3>p2>p1。 答案:(1)-99 +41 (2) K=
[或Kp=
] a
反应Ⅰ为放热反应,平衡常数数值应随温度升高而减小
(3)减小 升高温度时,反应Ⅰ为放热反应,平衡向左移动,使得体系中CO的量增大;反应Ⅲ为吸热反应,平衡向右移动,又使产生CO的量增大;总结果,随温度升高,使CO的转化率降低 p3>p2>p1 相同温度下,由于反应Ⅰ为气体分子数减小的反应,加压有利于提高CO的转化率;而反应Ⅲ为气体分子数不变的反应,产生CO的量不受压强影响,故增大压强时,有利于CO的转化率升高
3.(22分)能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈。甲醇是一种可再生能源,具有广泛的开发和应用前景,因此甲醇被称为21世纪的新型燃料。工业上用CO生产燃料甲醇,一定条件下发生反应:CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)。图1表示反应中能
量的变化;图2表示一定温度下,在容积为2 L的密闭容器中加入4 mol H2和一定量的CO后,CO和CH3OH(g)的浓度随时间的变化。
请回答下列问题: (1)在图1中,曲线________(填“a”或“b”)表示使用了催化剂;该反应属于________(填“吸热”或“放热”)反应。 (2)根据图2判断,下列说法不正确的是________。 A.起始充入的CO为1 mol B.增加CO浓度,CO的转化率增大 C.容器中压强恒定时,反应已达平衡状态
D.保持温度和密闭容器容积不变,再充入1 mol CO和2 mol H2,再次达到平衡 时n(CH3OH)/n(CO)会增大
(3)从反应开始到建立平衡,v(H2)=____________________________________; 该温度下CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)的化学平衡常数为________。若保持其他条件
不变,向平衡体系中再充入0.5 mol CO、1 mol H2、1.5 mol CH3OH,此反应进行的方向为________(填“正反应方向”或“逆反应方向”)。
【解析】(1)由图1可知,曲线b降低了反应所需的活化能,故b使用了催化剂,又知该反应中反应物的总能量大于生成物的总能量,故该反应为放热反应。 (2)A项,由图象可知,起始时,c(CO)=1 mol·L-1,则充入的n(CO)=1 mol·L-1×2 L= 2 mol,错误;B项,增加CO浓度,会促进氢气的转化,氢气的转化率增大,但CO的转化率减小,B错误;C项,该反应前后气体的物质的量不相等,若反应正向进行,气体
的物质的量减小,压强减小,若反应逆向进行,气体的物质的量增大,压强增大,如果压强不变,则说明该反应达到平衡状态,正确;D项,由图2可知,起始时,充入2 mol CO和4 mol H2,若达到平衡后 ,再充入1 mol CO和2 mol H2,容器容积不变,则压强增大,平衡正向移动,CO的转化率增大,故再次达到平衡时,n(CH3OH)/n(CO)会增大,正确。
(3)由图2可知,v(H2)=2v(CO)=2× CO(g) + 2H2(g)
CH3OH(g)
=0.15 mol·L-1·min-1。
开始(mol·L-1) 1 2 0 转化(mol·L-1) 0.75 1.5 0.75 平衡(mol·L-1) 0.25 0.5 0.75 则化学平衡常数K=
=
=12。若保持其他条件不变,向平
衡体系中再充入0.5 mol CO、1 mol H2、1.5 mol CH3OH,c(CO)=0.25 mol·L-1 +
=0.5 mol·L-1,c(H2)=0.5 mol·L-1+
=1.5 mol·L-1,则Qc=
=1.0 mol·L-1,c(CH3OH)=
=3 答案:(1)b 放热 (2)A、B (3)0.15 mol·L-1·min-1 12 正反应方向 B组 一、选择题(本题包括1小题,共6分) 1.以二氧化碳和氢气为原料制取乙醇的反应为2CO2(g)+6H2(g) CH3CH2OH(g) +3H2O(g) ΔH<0。某压强下的密闭容器中,按CO2和H2的物质的量比为1∶3投料,不同温度下平衡体系中各物质的物质的量百分数(y%)随温度(T/K)变化如图所示。下列说法正确的是 ( ) A.A点的平衡常数小于B点 B.B点,v正(CO2)=v逆(H2O) C.A点,H2和H2O物质的量相等 D.其他条件恒定,充入更多H2,v(CO2)不变 【解析】选C。A项,从图象可知,温度越高H2的含量越大,说明升高温度,平衡逆向移动,即升高温度平衡常数减小,A点→B点,温度升高,故平衡常数KA>KB,A错误;B项,B点,v正(CO2)∶v逆(H2O)=2∶3,B错误;C项,根据图象分析,A、B点所在的曲线表示的是生成物H2O的物质的量百分数随温度的变化情况,在A点时,H2和H2O物质的量分数相同,即H2和H2O物质的量相等,正确;D项,其他条件恒定,充入更多H2,增大反应物的浓度则正反应速率增大,所以v(CO2)也增大,D错误。 二、非选择题(本题包括2小题,共44分) 2.(22分)制备α-氯乙基苯(原理如下所示): (g)+Cl2(g)(g)+HCl(g) ΔH>0 T ℃时,向10 L恒容密闭容器中充入2 mol乙苯(g)和2 mol Cl2(g)发生上述反应,5 min时达到平衡,乙苯和Cl2、α-氯乙基苯和HCl的物质的量浓度(c)随时间(t)变化的曲线如图1所示: (1)0～5 min内,以HCl表示的该反应速率v(HCl)=_____________________。 (2)T ℃时,该反应的平衡常数K=________。 (3)6 min时,改变的外界条件为________。 (4)10 min时,保持其他条件不变,再向容器中充入1 mol乙苯、1 mol Cl2、1 mol α-氯乙基苯和1 mol HCl,12 min时达到新平衡。在图2中画出10～12 min内Cl2和HCl的浓度变化曲线(曲线上标明Cl2和HCl);0～5 min和0～12 min时间段内Cl2的转化率分别用α1、α2表示,则α1________α2(填“>”“<”或“=”)。 【解析】(1)据图1得,Δc(HCl)=0.16 mol·L-1,v(HCl)=0.032 mol·L-1·min-1。 (2)据图1,5 min达平衡时,c(HCl)=c(α-氯乙基苯)=0.16 mol·L-1,c(Cl2)=c(乙苯)=0.04 mol·L-1,故该反应的平衡常数K= = =16。 = (3)6 min时,平衡正向移动,反应物、生成物浓度瞬间不变,由于该正反应为吸热反应,故6 min时改变的条件是升高温度。 (4)10 min时,c(Cl2)=c(乙苯)=0.02 mol·L-1,c(HCl)=c(α-氯乙基苯)= 0.18 mol·L-1,则K= = =81。保持其他条件不变, 再向容器中充入1 mol乙苯、1 mol Cl2、1 mol α-氯乙基苯和1 mol HCl, 此时,c(Cl2)=c(乙苯)=0.12 mol·L-1,c(HCl)=c(α-氯乙基苯)=0.28 mol·L-1, Qc=== = =81,解 得:x=0.08,故12 min时,反应重新达到平衡,c(HCl)=(0.28+0.08)mol·L-1 =0.36 mol·L-1,c(Cl2)=(0.12-0.08) mol·L-1=0.04 mol·L-1,故10～12 min, Cl2和HCl的浓度变化曲线如图所示: 由图示可知,0～5 min时,Cl2的转化率 α1= ×100%=80%,0～12 min时,共充入的n(Cl2)=3 mol,12 min 时,剩余n(Cl2)=0.04 mol·L-1×10 L=0.4 mol,则0～12 min时,Cl2的转化率 α2= ×100%≈86.7%,故α1<α2。 答案:(1)0.032 mol·L-1·min-1 (2)16 (3)升高温度 (4)< 3.(22分)氢气是一种新型的绿色能源,又是一种重要的化工原料。以生物材质(以C计)与水蒸气反应制取H2是一种低耗能、高效率的制H2方法。该方法由气化炉制造H2和燃烧炉再生CaO两步构成。气化炉中涉及的反应为 Ⅰ.C(s)+H2O(g)Ⅱ.CO(g)+H2O(g)Ⅲ.CaO(s)+CO2(g) CO(g)+H2(g) K1; CO2(g)+H2(g) K2; CaCO3(s) K3; CaCO3(s)+2H2(g),其反应 (1)该工艺制H2总反应可表示为C(s)+2H2O(g)+CaO(s) 的平衡常数K=________(用K1、K2、K3的代数式表示)。在2 L的密闭容器中加入一定量的C(s)、H2O(g)和CaO(s)。下列能说明反应达到平衡状态的是________。 a.容器内混合物的质量不变 b.H2与H2O(g)的物质的量之比不再变化 c.混合气体的密度不再变化 d.形成a mol H—H键的同时断裂2a mol H—O键 (2)对于反应Ⅰ,不同温度和压强对H2产率影响如下表。 压强 p1/MPa p2/MPa 温度 500 ℃ 700 ℃ 45.6% 67.8% 51.3% 71.6% 由表中数据判断:p1________p2(填“>”“<”或“=”) 下列图象正确的是________。 (3)已知反应Ⅱ的ΔH=-41.1 kJ·mol-1,CO、O—H、H—H的键能分别为 803 kJ·mol-1,464 kJ·mol-1、436 kJ·mol-1,则CO中碳氧键的键能为 ________kJ·mol-1。 (4)对于反应Ⅲ,若平衡时再充入CO2,使其浓度增大到原来的2倍,则平衡 向________(填“正反应”或“逆反应”)方向移动;当重新平衡后,CO2浓 度________(填“变大”“变小”或“不变”)。 【解析】(1)①已知:Ⅰ:C(s)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) K2,Ⅲ:CaO(s)+CO2(g)C(s)+2H2O(g)+CaO(s) CO(g)+H2(g) K1,Ⅱ:CO(g)+H2O(g) CaCO3(s) K3,反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ之和为反应 CaCO3(s)+2H2(g),则K=K1·K2·K3;a.根据质量守恒定律,容 器内混合物的质量始终不变,不能判断达到平衡状态,a错误;b.H2与H2O(g)的物质的量之比不再变化,说明正逆反应速率相等,能够判断达到了平衡状态,正确;c.C为固体,反应后气体的质量减小,则混合气体的密度不再变化,能够判断达到了平衡状态,c正确;d.形成a mol H—H键的同时断裂2a mol H—O键描述的都是正反应速率,不能判断达到了平衡状态,d错误;故选b、c。 (2)根据反应Ⅰ:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g),相同温度下,减小压强,平衡正向移动, 氢气的产率增大,因此p1>p2;A.减小压强,平衡正向移动,与图象不符,错误; B.根据表格数据,升高温度,氢气的产率增大,说明平衡正向移动,与图象吻合; C.升高温度,平衡正向移动,水的含量减少,降低压强,平衡正向移动,水的含量减少,与图象不符;D.升高温度,平衡正向移动,平衡常数增大,与图象吻合,正确。 (3)设CO中碳氧键的键能为x kJ·mol-1,反应ⅡCO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) ΔH=-41.1 kJ·mol-1=反应物的键能之和-生成物的键能之和=(x+464×2)-(803 ×2+436),解得x=1072.9。 (4)反应ⅢCaO(s)+CO2(g) CaCO3(s),若平衡时再充入CO2,使其浓度增大到原来的 不变,则 2倍,相当于增大压强,平衡正向移动;温度不变,平衡常数不变, K=重新平衡后,CO2浓度不变。 答案:(1) K1·K2·K3 b、c (2)> B、D (3)1 072.9 (4)正反应 不变 【加固训练】 为有效控制雾霾,各地积极采取措施改善大气质量。研究并有效控制空气中的氮氧化物、碳氧化物含量显得尤为重要。 Ⅰ.氮氧化物研究 (1)一定条件下,将2 mol NO与2 mol O2置于恒容密闭容器中发生反应:2NO(g)+O2(g) 2NO2(g),下列各项能说明该反应达到平衡状态的是______ ___________________。 a.体系压强保持不变 b.混合气体颜色保持不变 c.NO和O2的物质的量之比保持不变 d.每消耗1 mol O2,同时生成2 mol NO2 (2)在T1、T2温度下,一定量的NO发生分解反应时N2的体积分数随时间变化如图所示,根据图象判断反应N2(g)+O2(g) 2NO(g)的ΔH________0(填“>”或“<”)。 (3)NOx是汽车尾气中的主要污染物之一。汽车发动机工作时会引发N2和O2反应,其能量变化如图所示: 写出该反应的热化学方程式:___________________________________。 Ⅱ.碳氧化物研究 体积可变(活塞与容器之间的摩擦力忽略不计)的密闭容器如所示,现将3 mol H2和2 mol CO放入容器中,移动活塞至体积2 L,用铆钉固定在A、B点,发生合成甲醇的反应如下:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) 图V为 测定不同条件、不同时间段内CO的转化率,得到如下数据: T1 T2 10 min 20 min 30 min 40 min 30% 35% 55% 50% 65% a1 65% a2 (1)根据上表数据,请比较T1________T2(选填“>”“<”或“=”);T2温度下,第30 min时,a1=_____________________________________________________, 该温度下的化学平衡常数为________。 (2)T2温度下,第40 min时,拔出铆钉(容器密封性良好)后,活塞没有发生移动,再向容器中通入6 mol CO,此时v(正)________v(逆)(选填“>”“<”或“=”),判断的理由是___________________________________。 【解析】Ⅰ.(1)该反应在反应前后气体分子数不相等,压强不变说明反应达到平衡,a项正确;混合气体颜色不变,则NO2的浓度不变,说明反应达到平衡,b项正确;因为该反应中NO和O2的化学计量数不相等,且加入的NO和O2的物质的量相等,故当NO和O2的物质的量之比不变时说明反应达到平衡,c项正确;无论是否达到平衡,消耗1 mol O2的同时都生成2 mol NO2,d项不能说明反应达到平衡,d项错误。(2)由温度高时反应速率快,达到平衡的时间短,判断T2>T1,由图象可知,温度高时,N2的体积分数小,即升高温度会使平衡正向移动,则该反应的正反应为吸热反应,Δ H>0。(3)由题给条件可写出反应的热化学方程式:N2(g)+O2(g) kJ·mol-1+498 kJ·mol-1-2×630 kJ·mol-1=+183 kJ·mol-1。 2NO(g) ΔH=945 Ⅱ.(1)由表中数据可知,其他条件不变,升高温度,化学反应速率加快,10 min时T2温度下CO的转化率大,所以T2温度高,即T1 (2)拔去铆钉,反应在同温同压条件下进行,体积之比等于物质的量之比,40 min时,CO、H2、CH3OH的物质的量均为1 mol,此时容器的体积为2 L,当充入6 mol CO时,假设平衡不移动,此时容器的体积为6 L,Qc=动,v(正) (2)< 拔去铆钉,反应在同温同压下进行,体积之比等于物质的量之比,当充入 6 mol CO时,假设平衡不移动,此时容器的体积为6 L,Qc=逆向移动 => K,平衡 2NO(g) ΔH=+183 kJ·mol-1 =>K,平衡逆向移 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容