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- 2021-07-02 发布
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课时分层作业(十一) 化学反应的限度 化学反应条件的控制
(建议用时:40分钟)
[合格过关练]
1.将煤块粉碎、经脱硫处理、在适当过量的空气中燃烧,这样处理的目的是( )
①使煤充分燃烧,提高煤的利用率 ②减少SO2的产生,避免造成“酸雨” ③减少有毒CO的产生,避免污染空气 ④减少CO2的产生,避免“温室效应”
A.①②③ B.②③④
C.①③④ D.①②③④
A [①将煤块粉碎,增大与空气的接触面积,能使煤充分燃烧,提高煤的利用率,正确;②煤中含有硫元素,燃烧时能生成SO2,经脱硫处理可减少SO2的产生,避免造成“酸雨”,正确;③在适当过量的空气中燃烧,生成CO2,减少CO的产生,正确;④无论是否脱硫处理,在适当过量的空气中燃烧,生成CO2的量都不变,不能减少CO2的产生,错误。]
2.反应2SO2+O22SO3达到平衡后,再向反应容器中充入含氧的同位素O的氧气,经过一段时间后,O可能存在于( )
A.O2 B.SO2
C.O2和SO2 D.O2、SO2和SO3
D [可逆反应在相同条件下,可以同时向两个反应方向进行,反应体系中各物质同时存在,由于三种物质均含有氧元素,故O可能存在于三种物质中。]
3.化学反应H2(g)+I2(g)2HI(g)在持续加热的条件下进行,向密闭容器中充入2 mol H2和3 mol I2(g),充分反应后,该密闭容器中( )
A.2 mol H2已耗尽
B.3 mol I2(g)已耗尽
C.HI的物质的量等于4 mol
D.HI的物质的量小于4 mol
[答案] D
4.哈伯因发明了由氮气和氢气合成氨气的方法而获得1918年诺贝尔化学奖。现向一密闭容器中充入1 mol N2和3 mol H2,在一定条件下使该反应发生。下列说法正确的是( )
A.达到化学平衡时,N2将完全转化为NH3
B.达到化学平衡时,N2、H2和NH3的物质的量浓度一定相等
C.达到化学平衡时,正反应和逆反应的速率都为0
D.达到化学平衡时,3v正(N2)=v逆(H2)
D [可逆反应中反应物不可能完全转化,A错误;达到化学平衡时,N2、H2和NH3的物质的量浓度不再改变,但不一定相等,B错误;化学平衡状态是动态平衡,达到化学平衡时,正反应和逆反应的速率相等且不为0,C错误;达到化学平衡时,v逆(H2)=v正(H2)=3v正(N2),D正确。]
5.在一定温度下,向密闭容器中充入一定量的NO2和SO2,发生反应:NO2(g)+SO2(g)NO(g)+SO3(g),当化学反应达到平衡时,下列叙述正确的是( )
A.SO2和SO3的物质的量一定相等
B.NO2和SO3的物质的量一定相等
C.反应混合物的总物质的量一定等于反应开始时NO2和SO2的总物质的量
D.SO2、NO2、NO、SO3的物质的量一定相等
C [题中没有给出各物质的投料情况,NO2、SO2和SO3的量之间没有必然的关系,可能相等,也可能不相等,A、B、D项错误;该反应反应前后气体分子数不变,故反应混合物的总物质的量一定等于反应开始时NO2和SO2的总物质的量,C项正确。]
6.在一定温度下的恒容密闭容器中,能说明反应X2(g)+Y2(g)2XY(g)已经达到平衡状态的是( )
A.容器内的总压强不随时间变化
B.容器中气体的平均相对分子质量不随时间变化
C.XY气体的物质的量分数不变
D.X2和Y2的消耗速率相等
C [该反应的特点:一是可逆反应;二是反应前后气体体积相等。根据气体压强之比等于气体物质的量之比推断,该反应在整个反应过程中总压强是不变的,
A项不能说明该反应已经达到平衡状态;同理推断,容器中气体的平均相对分子质量始终不随时间的变化而变化,B项不能说明该反应已经达到平衡状态;X2和Y2的化学计量数相等,其消耗速率始终相等,D项不能说明该反应已经达到平衡状态。]
7.对于反应2HI(g)H2(g)+I2(g,紫色),下列叙述能够说明已达到平衡状态的是( )
A.混合气体的质量不再变化
B.温度和容积一定时,容器内压强不再变化
C.1 mol H—H键断裂的同时有2 mol H—I键断裂
D.各物质的物质的量浓度之比为2∶1∶1
C [根据反应可知,反应物、生成物全部为气体,结合质量守恒定律可知,气体的质量在反应前后不发生变化,无法判断是否达到平衡状态,故A错误;该反应是反应前后气体分子数相等的反应,反应过程中压强始终不变,所以容器内压强不再变化,无法判断是否达到平衡状态,故B错误;1 mol H—H键断裂表示逆反应,2 mol H—I键断裂表示正反应,且正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态,故C正确;由于反应起始各物质的量没有给出,因此平衡状态时各物质的物质的量浓度之比不确定,即各物质的物质的量浓度之比为2∶1∶1,不能证明反应达到平衡状态,故D错误。]
8.氨基甲酸铵分解反应为NH2COONH4(s)2NH3(g)+CO2(g),在一容积恒定的容器里,发生上述反应,可以说明该反应已经达到平衡状态的是( )
A.密闭容器中氨气的体积分数不变
B.1 mol NH2COONH4分解同时有17 g NH3消耗
C.密闭容器中混合气体的密度不变
D.2v(NH3)=v(CO2)
C [反应混合气体中只有氨气与二氧化碳,反应开始时只有氨基甲酸铵,则氨气和二氧化碳物质的量之比始终为2∶1,氨气体积分数始终不变,故不能说明反应达到平衡状态,A错误;1 mol NH2COONH4分解同时有17 g NH3消耗,17 g NH3的物质的量为1 mol,消耗17 g NH3生成0.5 mol NH2COONH4,反应未达到平衡状态,B错误;随反应正向进行,混合气体的质量增大,容器的容积不变,混合气体的密度增大,当密度不再变化,说明反应达到平衡状态,C正确;若2v(NH3
)=v(CO2),反应一定没有达到平衡状态,D错误。]
9.下列反应条件的控制中不恰当的是 ( )
A.为防止铁生锈,在其表面涂一层防锈油漆
B.为防止火灾,在面粉厂、加油站等场所要严禁烟火
C.为加快KClO3的分解速率,加入MnO2
D.为加快H2O2的分解速率,把反应容器放到冷水中冷却
D [在铁制品表面涂一层防锈油漆,可减少其与空气的接触,从而防止铁生锈,A正确;面粉颗粒、汽油等都是易燃物质,为防止火灾,在面粉厂、加油站等场所要严禁烟火,B正确;KClO3在有催化剂时会快速分解产生O2,所以为加快KClO3的分解速率,加入催化剂MnO2,C正确;H2O2在温度较高时容易发生分解反应,所以为加快H2O2的分解速率,应把反应容器放到温水中加热,D错误。]
10.在某一容积为5 L的密闭容器内,加入0.2 mol的CO和0.2 mol的H2O(g),在催化剂存在的条件下高温加热,发生反应:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),反应放出热量。反应中CO2的浓度随时间变化的情况如图所示:
(1)根据图中数据,从反应开始至达到平衡时,CO的化学反应速率为________;反应平衡时c(H2)=________;平衡时H2O的转化率为________。
(2)判断该反应达到平衡状态的依据是________(填序号)。
①CO减小的化学反应速率和CO2减小的化学反应速率相等
②CO、H2O、CO2、H2的浓度都相等
③CO、H2O、CO2、H2的浓度都不再发生变化
④正、逆反应速率都为零
[解析] (1)由图可知10 min时反应达到平衡,所以v(CO)===0.003 mol·L-1·min-1,
反应时转化的浓度之比=化学方程式中化学计量数之比,所以Δc(H2)=Δc(CO)=0.03 mol·L-1。α(H2O)=×100%=75%。
(2)达到平衡状态的标志是各物质的物质的量分数保持一定,浓度不变,正、逆反应速率相等且不为零。CO减小的化学反应速率是正反应速率,CO2减小的化学反应速率是逆反应速率。
[答案] (1)0.003 mol·L-1·min-1 0.03 mol·L-1 75% (2)①③
[素养培优练]
11.(易错题)向绝热恒容密闭容器中通入SO2和NO2,使反应SO2(g)+NO2(g)SO3(g)+NO(g)在一定条件下达到平衡,正反应速率随时间变化的曲线如图所示。由图可得出的正确结论是( )
A.反应在c点达到平衡状态
B.反应物浓度:a点小于b点
C.反应物的总能量低于生成物的总能量
D.Δt1=Δt2时,SO2的转化率:a~b段小于b~c段
D [化学平衡状态的标志是各物质的浓度不再改变,其实质是正反应速率等于逆反应速率,且保持不变,c点对应的正反应速率显然还在改变,故一定未达到平衡,A错误;a到b时正反应速率增加,反应物浓度不断减小,B错误;随着反应的进行,反应物浓度减小,但正反应速率增大,说明体系温度升高,正反应是放热反应,即反应物的总能量高于生成物的总能量,C错误;因为反应一直正向进行,且a~c段正反应速率一直在增大,故SO2的转化率:a~b段小于b~c段,D正确。]
12.X、Y、Z三种气体,取X和Y按1∶1的物质的量之比混合,放入密闭容器中发生反应:X(g)+2Y(g)2Z(g),达到平衡后,测得混合气体中反应物的总物质的量与生成物的总物质的量之比为3∶2,则Y的转化率最接近于( )
A.33% B.40%
C.50% D.66%
D [假设X和Y物质的量为1 mol,达平衡时消耗Y物质的量为n mol,则:
平衡后,测得混合气体中反应物的总物质的量与生成物的总物质的量之比为3∶2,则(1-0.5n+1-n)∶n=3∶2,解得n=,Y的转化率=×100%≈67%。]
13.(素养题)在2 L密闭容器内,800 ℃时反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)体系中,n(NO)随时间的变化如表:
时间(s)
0
1
2
3
4
5
n(NO)/mol
0.020
0.010
0.008
0.007
0.007
0.007
(1)下图表示NO2的变化的曲线是________。用O2表示从0~2 s内该反应的平均速率v=________。
(2)能说明该反应已达到平衡状态的是________(选填字母,下同)。
a.v(NO2)=2v(O2) b.容器内压强保持不变
c.v逆(NO)=2v正(O2) d.容器内密度保持不变
(3)为使该反应的反应速率增大,下列措施正确的是________。
a.及时分离出NO2气体 b.适当升高温度
c.增大O2的浓度 d.选择高效催化剂
[解析] (1)NO2的起始浓度为c(NO2)=0,2 s时c(NO2)可根据图表中n(NO)的变化量求解,c(NO2)= mol·L-1=0.006 mol·L-1,故答案选b。由图表可求0~2 s内v(NO)= mol·(L·s)-1=0.003 mol·(L·s)-1,故v(O2)=1.5×10-3 mol·(L·s)-1。
(2)a.在任意状态下,都存在v(NO2)=2v(O2)这样的速率关系,不能作为平衡状态的标志,故a错。b.因该反应为气体体积不等的反应,故压强不变可作为平衡状态的标志。c.由v逆(NO)=2v正(O2),可推出v逆(NO)=v正(NO),说明已达到平衡状态。d.由于平衡体系中全是气体,容器体积固定,故任意状态下密度不变,故d错。
(3)及时分离出NO2气体,只能使平衡向正反应方向移动,不能增大反应速率,故a错;因该反应为放热反应,适当升高温度,反应速率增大,故b正确;增大O2的浓度既能增大反应速率,又能使平衡向正反应方向移动,故c正确;选择高效催化剂能增大反应速率,故d正确。
[答案] (1)b 1.5×10-3 mol·(L·s)-1 (2)bc (3)bcd
14.(素养题)(1)一定温度下,在密闭容器内进行某化学反应,气体X、Y的物质的量随反应时间变化的曲线如图所示。
①写出该反应的化学方程式:____________________________________。
②在t1和t2时正反应速率分别为v1和v2,则二者大小关系为v1________v2(填“>”“<”或“=”)。
③在t1、t2和t3三个时刻中,反应程度最大的是_____________________(填“t1”“t2”或“t3”)。
(2)将一定量N2和H2(体积比为1∶3)的混合气体通入合成塔,反应达到平衡后,氨的体积分数为16%,则平衡时混合气体中N2的体积分数为________,H2的转化率为________。
(3)已知2NO2(g)N2O4(g) ΔH<0。现将NO2和N2O4的混合气体通入容积为2 L的恒容密闭容器中,恒温条件下反应体系中物质浓度随时间的变化关系如图所示。
①平衡时NO2的转化率为______________。
②起始压强与平衡时压强之比为________。
[解析] (1)①随着时间变化,Y的物质的量减少、X的物质的量增加,即Y为反应物、X为生成物,依据物质的量变化量之比等于化学计量数之比,可得化学方程式为3Y(g)2X(g)。
②随着反应的进行,反应物的浓度降低,正反应速率减慢,即v1>v2。
③反应正向进行,t3时刻达到化学平衡,即t3时刻反应程度最大。
(2)设起始时充入1 mol N2、3 mol H2,转化的N2为x mol,则
平衡时混合气体的总物质的量为(4-2x)mol,
依题意有×100%=16%,得x= mol,
N2的体积分数为×100%=×100%=21%,
H2的转化率为×100%=×100%≈27.6%。
①平衡时NO2的转化率为×100%=66.7%。
②恒温恒容条件下,起始压强与平衡时压强之比等于物质的量之比,则起始压强与平衡时压强之比为
(0.8 mol·L-1×2 L)∶(0.6 mol·L-1×2 L)=4∶3。
[答案] (1)①3Y(g)2X(g) ②> ③t3
(2)21% 27.6% (3)①66.7% ②4∶3
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