高考化学深化复习命题热点提分专题10化学反应速率和化学平衡 18页

专题 10 化学反应速率和化学平衡 1．下列说法正确的是( ) A．焓变和熵变都大于 0 的反应肯定是自发的 B．焓变小于 0 而熵变大于 0 的反应肯定是自发的 C．因为焓变和熵变都与反应的自发性有关，因此焓变或熵变均可以单独作为反应自发性的判据 D．在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂可以改变化学反应进行的方向 【答案】：B 2．下列有关颜色的变化不能用勒夏特列原理解释的是( ) A．平衡状态的 H2、I2、HI 混合气体体积压缩时颜色变深 B．平衡状态的 NO2 和 N2O4 混合气体体积压缩时颜色先变深后变浅 C．平衡状态的 NO2、CO、NO、CO2 混合气体升温时颜色变深 D．向 Fe(SCN)3 溶液中滴加几滴浓 KSCN 溶液后颜色变深 【解析】：对反应 H2(g)＋I2(g) 2HI(g)而言，压强不能改变其平衡状态，故 A 项不能用勒夏特列原理解 释。 【答案】：A 3．燃煤造成的污染是大气污染的主要原因，利用下列反应可减少燃煤污染： SO2(g)＋2CO(g) 催化剂 2CO2(g)＋S(l) ΔH<0 下列有关该反应的判断正确的是( ) A．使用催化剂改变了反应途径，但ΔH 没变 B．升高温度，反应速率加快，反应放出的热量增多 C．反应物的化学计量数之和等于生成物的化学计量数之和，故压强对转化率无影响 D．在容积固定的容器中进行反应时，若混合气体的密度不再改变，则该反应不一定达到平衡状态 【解析】：升高温度，反应速率加快，但该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，反应放出的热量减 少，B 项错误；生成物 S 为液体，C 项错误；该反应在反应前后气体质量不相等，因此混合气体的密度不再 改变时，该反应一定达到平衡状态，D 项错误。 【答案】：A 4．大量燃烧化石燃料产生的 CO2 被视为全球变暖的“元凶”，但在催化剂作用下，用 CO2 和 H2 可制备用途广 泛的甲醇。已知下列三个热化学方程式： ①H2(g)＋CO2(g) H2O(g)＋CO(g) ΔH1 ②2H2(g)＋CO(g) CH3OH(g) ΔH2 ③3H2(g)＋CO2(g) H2O(g)＋CH3OH(g) ΔH3 三个反应的平衡常数分别为 K1、K2、K3，这些平衡常数与温度的关系如表所示： 平衡常数 温度/℃ K1 K2 K3 500 1.00 2.50 800 2.50 0.15 下列说法正确的是( ) A．反应②为吸热反应 B．K3(500 ℃)＝3.50 C．K3(800 ℃)＝2.35 D．ΔH3＝ΔH1＋ΔH2 【答案】：D 5．FeCl3 溶液与 KSCN 溶液混合时存在平衡：Fe3＋(aq)＋SCN－(aq) Fe(SCN)2＋(aq)。已知某一条件下，反 应达到平衡时，Fe(SCN)2＋的物质的量浓度与温度的关系如图所示，下列说法正确的是( ) A．该反应为吸热反应 B．T1、T2 时反应的平衡常数分别为 K1、K2，则 K1>K2 C．反应处于 D 时，一定有 v 正大于 v 逆 D．A 点的 c(Fe3＋)比 B 点的 c(Fe3＋)大 【解析】：由图知温度升高，产物的物质的量浓度减小，则化学平衡向逆反应方向移动，正反应为放热反应， A 项错误；温度 T1p1，ap2，n＝a＋b D．图Ⅲ可能是不同温度对反应的影响，且 T1>T2，Q<0 【解析】：反应中 Y 是固体，如果图Ⅰ表示压强的影响，2 线用的时间短，说明速率快，压强大，p2>p1，增 大压强，w(W)减小，说明平衡向逆反应方向移动，增大压强时平衡向气体分子数减小的方向进行，故 ap2，n＝a，C 错误；若图Ⅲ是不同温度对反应的影响，则 1 用的时 间短，速率快，温度高，T1>T2，升高温度，w(W)增大，平衡向正反应方向移动，也就是向吸热反应方向移 动，Q>0，D 错误。 【答案】：A 8．一定量的 CO2 与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应：C(s)＋CO2(g) 2CO(g)，平衡时，体系中 气体体积分数与温度的关系如图所示。已知：气体分压(p 分)＝气体总压(p 总)×体积分数。下列说法正确的 是( ) A．550 ℃时，若充入惰性气体，v 正、v 逆均减小，平衡不移动 B．650 ℃时，反应达平衡后 CO2 的转化率为 25.0% C．T ℃时，若充入等体积的 CO2 和 CO，平衡向逆反应方向移动 D．925 ℃时，用平衡分压、代替平衡浓度表示的化学平衡常数 Kp＝24.0p 总 【答案】：B 9．在温度、容积相同的三个密闭容器中发生反应：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1， 按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，测得反应达到平衡时的有关数据如下： 容器 甲 乙 丙 反应物投入量 1 mol N2、3 mol H2 2 mol NH3 4 mol NH3 NH3 的浓度/ (mol·L－1) c1 c2 c3 反应的能量变化 放出 a kJ 吸收 b kJ 吸收 c kJ 体系压强 p1 p2 p3 反应物转化率 α1 α2 α3 下列说法正确的是( ) A．2c1>c3 B．a＋b＝92.4 C．2p1p3，C 错误；在反应容器甲中，反应物是 氮气和氢气，在反应容器乙中，反应物是氨气，达到平衡时有α1＋α2＝1，丙容器中反应物的量是乙容器 中的 2 倍，丙容器中压强大于乙容器中压强，丙容器中平衡相对于乙容器中，平衡正向移动，故α2>α3， 因此有α1＋α3<1，D 错误。 【答案】：B 10．一定条件下存在反应：C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g) ΔH>0。向甲、乙、丙三个恒容容器中加入一 定量 C(s)和 H2O(g)，各容器中温度、反应物的起始量如表，反应过程中 CO 的物质的量浓度随时间变化如图 所示。 容器 甲 乙 丙 容积 0.5 L 0.5 L V 温度 T1 ℃ T2 ℃ T1 ℃ 起始量 2 mol C 1 mol H2O 1 mol CO 1 mol H2 4 mol C 2 mol H2O 下列说法正确的是( ) A．甲容器中，反应在前 15 min 的平均速率 v(H2)＝0.2 mol·L－1·min－1 B．丙容器的体积 V<0.5 L C．当温度为 T1℃时，反应的平衡常数 K＝2.25 D．乙容器中，若平衡时 n(H2O)＝0.4 mol，则 T1p3>p2>p1 C．1 100 ℃时该反应的平衡常数为 1.64 D．压强为 p4 时，在 y 点：v 正>v 逆 正确。 【答案】 A 14．在一定温度下，将 H2 和 N2 两种气体按不同比例通入相同的恒容密闭容器中，发生反应：3H2 ＋ N2 高温、高压 催化剂 2NH3。起始时 H2 和 N2 的物质的量之和相等，平衡后分别测出 H2、N2 的转化率。能正确表示 H2、 N2 的转化率与起始时n（H2） n（N2） 的关系图是( ) 【解析】 反应物按化学计量数之比投料时，达到平衡时转化率相等，增加一种反应物的物质的量，该反 应物的转化率减小，其他反应物的转化率增大。 【答案】 A 15．高温下，某反应达平衡，平衡常数 K＝c（CO）·c（H2O） c（CO2）·c（H2） 。恒容时，温度升高，H2 浓度减小。下列说法 正确的是( ) A．该反应的焓变为正值 B．恒温恒容下，增大压强，H2 浓度一定减小 C．升高温度，逆反应速率减小 D．该反应的化学方程式为 CO＋H2O CO2＋H2 【答案】 A 16．Fenton 试剂常用于氧化降解有机污染物 X。在一定条件下，反应初始时 c(X)＝2.0×10－3mol·L－1，反 应 10 min 进行测定，得图 1 和图 2。下列说法不正确的是( ) A．50 ℃，pH 在 3～6 时，X 降解率随 pH 增大而减小 B．pH＝2，温度在 40～80 ℃时，X 降解率随温度升高而增大 C．无需再进行后续实验，就可以判断最佳反应条件是：pH＝3、温度为 80 ℃ D．pH＝2，温度为 50 ℃时，10 min 内 X 的平均降解速率 v(X)＝1.44×10－4mol·L－1·min－1 【答案】 C 17．已知甲为恒压容器、乙为恒容容器。相同条件下充入等物质的量的 NO2 气体，且起始时体积相同。发生 反应：2NO2(g) N2O4 (g) ΔH＜0。一段时间后相继达到平衡状态。下列说法中正确的是( ) A．平衡时 NO2 体积分数：甲＜乙 B．达到平衡所需时间，甲与乙相等 C．该反应的平衡常数表达式 K＝c(N2O4)/c(NO2) D．若两容器内气体的压强保持不变，均说明反应已达到平衡状态 【解析】 A 项，甲、乙两体积相同的容器，相同条件下充入等物质的量的 NO2 气体，反应发生时，气体物 质的量减小，乙相当于减小压强，平衡向左移动，平衡时 NO2 体积分数，甲<乙，正确；B 项，由 A 知，乙容 器相当于减小压强，化学反应速率减小，达到平衡所需时间，甲<乙，错误；C 项，该反应的平衡常数表达 式应为 K＝c(N2O4)/c2(NO2)，错误；D 项，甲为恒压容器，压强不能作为平衡状态的标志，乙容器压强不变， 说明反应达到平衡，错误。 【答案】 A 18．下列四图中，曲线变化情况与所给反应(a、b、c、d 均大于 0)相对应的是( ) 【答案】 C 19． t ℃时，在体积不变的密闭容器中发生反应：X(g)＋3Y(g) 2Z(g)，各组分在不同时刻的浓度如下 表： 物质 X Y Z 初始浓度/(mol·L－1) 0.1 0.2 0 2 min 末浓度/(mol·L－1) 0.08 a b 平衡浓度/(mol·L－1) 0.05 0.05 0.1 下列说法正确的是( ) A．平衡时，X 的转化率为 20% B．t ℃时，该反应的平衡常数为 40 C．增大平衡后的体系压强，v(正)增大，v(逆)减小，平衡向正反应方向移动 D．前 2 min 内，用 Y 的变化量表示的平均反应速率 v(Y)＝0.03 mol·(L·min)－1 【答案】 D 20．一定条件下，向某密闭容器中加入一定量的 N2 和 H2 发生可逆反应 N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH ＝－92.2 kJ·mol－1，测得 0～10 s 内，c(H2)减小了 0.75 mol·L－1，下列说法正确的是( ) A．10～15 s 内 c(NH3)增加量等于 0.25 mol·L－1 B．10 s 内氨气的平均反应速率为 0.025 mol·L－1·s－1 C．达平衡后，分离出少量 NH3，v(正)增大 D．该反应的逆反应的活化能不小于 92.2 kJ·mol－1 【解析】 10～15 s 内与 0～10 s 内的反应速率不同，故 A 项错误，0～10 s，c(H2)减小了 0.75 mol·L－1， 根据反应的方程式可知，氨气浓度增加了 0.5 mol·L－1，10 s 内氨气的反应速率是 0.5 mol·L－1÷10 s＝ 0.05 mol·L－1·s－1，选项 B 不正确；降低生成物浓度，反应速率降低，选项 C 不正确；由于正反应的ΔH ＝－92.2 kJ·mol－1，所以逆反应的活化能不小于 92.2 kJ·mol－1，选项 D 正确。 【答案】 D 21、反应 4CO(g)＋2NO2(g) N2(g)＋4CO2(g)开始进行时 CO 浓度为 4 mol·L－1，N2 浓度为 0。2 min 后测 得 N2 的浓度为 0.6 mol·L－1，则此段时间内，下列反应速率表示正确的是( ) A．v(CO)＝1.2 mol·(L·s)－1 B．v(NO2)＝0.3 mol·(L·min)－1 C．v(N2)＝0.6 mol·(L·min)－1 D．v(CO2)＝1.2 mol·(L·min)－1 【解析】 由题意知 N2 的反应速率为0.6 mol·L－1 2 min ＝0.3 mol·(L·min)－1，根据化学反应速率之比等于化 学计量数之比，可得 D 选项正确。要注意的 A 项中的单位是 mol·(L·s)－1，故不正确。 【答案】 D 22、在容积不变的密闭容器中进行反应：2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g) ΔH<0。下列各图表示当其他条件不 变时，改变某一条件对上述反应的影响，其中分析正确的是( ) A．图Ⅰ表示温度对化学平衡的影响，且甲的温度较高 B．图Ⅱ表示 t0 时刻使用催化剂对反应速率的影响 C．图Ⅲ表示 t0 时刻增大 O2 的浓度对反应速率的影响 D．图Ⅳ中 a、b、c 三点中只有 b 点已经达到化学平衡状态 【答案】 B 23、某一容积为 5 L 的密闭容器内，加入 0.2 mol CO 和 0.2 mol H2O，在催化制存在的条件下高温加热， 发生如下反应：CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) ΔH>0。反应中 CO2 的浓度随时间的变化情况如图所示。 (1)根据图中数据，反应开始至达到平衡时，v(CO)＝________；反应达到平衡时，c(H2)＝________。 (2)判断该反应达到平衡的依据是________。 ①CO2 减少的化学反应速率和 CO 减少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 【答案】 (1)0.003 mol·L－1·min－1 0.03 mol·L－1 (2)①③ 24、(1)反应 Fe(s)＋CO2(g) FeO(s)＋CO(g) ΔH1，平衡常数为 K1 反应 Fe(s)＋H2O(g) FeO(s)＋H2(g) ΔH2，平衡常数为 K2 在不同温度时 K1、K2 的值如下表： 700 ℃ 900 ℃ K1 1.47 2.15 K2 2.38 1.67 反应 CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g) ΔH，平衡常数 K，则ΔH＝________(用ΔH1 和ΔH2 表示)，K＝ ________(用 K1 和 K2 表示)，且由上述计算可知，反应 CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)是________反应(填 “吸热”或“放热”)。 (2)一定温度下，向某密闭容器中加入足量铁粉并充入一定量的 CO2 气体，发生反应 Fe(s)＋CO2(g) FeO(s) ＋CO(g) ΔH>0，CO2 的浓度与时间的关系如图所示： ①该条件下反应的平衡常数为________；若铁粉足量，CO2 的起始浓度为 2.0 mol·L－1，则平衡时 CO2 的浓 度为____________mol·L－1。 ②下列措施中能使平衡时c（CO） c（CO2） 增大的是__________(填序号)。 A．升高温度 B．增大压强 C．再充入一定量的 CO2 D．再加入一定量铁粉 【答案】 (1)ΔH1－ΔH2 K1 K2 吸热 (2)①2.0 0.67(或 2/3) ②A 25．2016 年冬季，雾霾天气多次肆虐我国中东部地区。其中，汽车尾气和燃煤尾气是造成空气污染的原因 之一。 (1)汽车尾气净化的主要原理为：2NO(g)＋2CO(g) 催化剂 2CO2(g)＋N2(g)。在密闭容器中发生该反应时， c(CO2)随温度(T)、催化剂的表面积(S)和时间(t)的变化曲线，如下图所示。 据此判断： ①该反应的ΔH________0(填“>”或“<”)。 ②在 T2 温度下，0～2 s 内的平均反应速率 v(N2)________。 ③当固体催化剂的质量一定时，增大其表面积可提高化学反应速率。若催化剂的表面积 S1>S2，在上图中画 出 c(CO2)在 T1、S2 条件下达到平衡过程中的变化曲线。 ④若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行，下列示意图正确且能说明反应在进行到 t1 时刻达到平衡状态 的是________(填代号)。 (2)直接排放煤燃烧产生的烟气会引起严重的环境问题。 ①煤燃烧产生的烟气含氮的氧化物，用 CH4 催化还原 NOx 可以消除氮氧化物的污染。 例如： CH4(g)＋2NO2(g)===N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH1＝－867 kJ/mol 2NO2(g) N2O4(g) ΔH2＝－56.9 kJ/mol 写 出 CH4(g) 催 化 还 原 N2O4(g) 生 成 N2(g) 和 H2O(g) 的 热 化 学 方 程 式 ： __________________________________________________________________ ②将燃煤产生的二氧化碳回收利用，可达到低碳排放的目的。下图是通过人工光合作用，以 CO2 和 H2O 为原 料 制 备 HCOOH 和 O2 的 原 理 示 意 图 。 催 化 剂 b 表 面 发 生 的 电 极 反 应 式 为 _______________________________________。 【答案】 (1)①< ②0.025 mol·(L·s)－1 ③ ④bd (2)①CH4(g)＋N2O4(g)===N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－810.1 kJ/mol ②CO2＋2H＋＋2e－===HCOOH 26．如图所示的装置中发生反应 2A2(g)＋B2(g) 2C(g) ΔH＝－a kJ·mol－1(a>0)，已知 P 是 可自由滑动的活塞。在相同温度时关闭 K，向 A、B 容器中分别充入 2 mol A2 和 1 mol B2，两容器分别在 500 ℃ 时达平衡，A 中 C 的浓度为 w1 mol·L－1，放出热量 b kJ，B 中 C 的浓度为 w2 mol·L－1，放出热量 c kJ。请 回答下列问题： (1)此反应的平衡常数表达式为________；若将温度升高到 700 ℃，反应的平衡常数将________(填“增大”、 “减小”或“不变”)。 (2) 比 较 大 小 ： w1________w2( 填 “>” 、 “ ＝ ” 或 “<”) ， a 、 b 、 c 由 大 到 小 的 关 系 为 ________________________________________________________________。 (3)若打开 K，一段时间后重新达平衡，容器 B 的体积将________(填“增大”、“减小”或“不变”)。 (4)若让 A、B 体积相等且固定 P，在 B 中改充入 4 mol A2 和 2 mol B2，在 500 ℃时达平衡后 C 的浓度为 w3 mol·L －1，则 w1、w3 的关系为__________________________________________________________________。 (5)能说明 A 中已达到平衡状态的是________(填序号，有一个或多个选项符合题意)。 a．v(C)＝2v(B2) b．容器内气体压强保持不变 c．容器中气体的平均相对分子质量不随时间而变化 d．容器内的气体密度保持不变 (6)使该反应的反应速率增大，且平衡向正反应方向移动的是________。 a．及时分离出 C 气体 b．适当升高温度 c．增大 B2 的浓度 d．选择高效的催化剂 【答案】 (1)K＝ c2（C） c2（A2）·c（B2） 减小 (2)< a>c>b (3)减小 (4)w3>2w1 (5)bc (6)c 27．二氧化氮可由 NO 和 O2 生成，已知在 2 L 密闭容器内，800 ℃时反应：2NO(g)＋O2(g) 2NO2(g) ΔH， n(NO)、n(O2)随时间的变化如表： 时间/s 0 1 2 3 4 5 n(NO)/mol 0.200 0.100 0.080 0.050 0.050 0.050 n(O2)/mol 0.100 0.050 0.040 0.025 0.025 0.025 (1)已知：K800 ℃>K1 000 ℃，则该反应的ΔH________0(填“大于”或“小于”)，用 O2 表示 0～2 s 内该反应的 平均速率为________。 (2)能说明该反应已达到平衡状态的是________。 a．容器内气体颜色保持不变 b．2v 逆(NO)＝v 正(O2) c．容器内压强保持不变 d．容器内气体密度保持不变 (3)为使该反应的速率增大，提高 NO 的转化率，且平衡向正反应方向移动，应采取的措施有________。 (4)在题述条件下，计算通入 2 mol NO 和 1 mol O2 的平衡常数 K＝________。 (5)在题述条件下，若开始通入的是 0.2 mol NO2 气体，达到化学平衡时，NO2 的转化率为_____ ___。 (6)煤燃烧产生的烟气含氮的氧化物，用 CH4 催化还原 NOx 可以消除氮氧化物的污染。 ①CH4(g)＋4NO(g) 催化剂 2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O ΔH<0 ②CH4(g)＋2NO2(g) 催化剂 N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH<0 对于反应②，欲提高 NO2 的转化率，可采取的措施有________。 a．增加原催化剂的表面积 b．降低温度 c．减小投料比[n(NO2)/n(CH4)] d．增大压强 【答案】：(1)小于 0.015 mol·L－1·s－1 (2)ac (3)通入氧气、增大压强(缩小容器体积) (4)720 (5)25% (6)bc