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  • 2021-08-06 发布

2019届高考化学二轮复习微专题2微专题2全面突破化学反应速率、化学平衡常数及转化率的判断与计算学案

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微专题2 全面突破化学反应速率、化学平衡常数及转化率的判断与计算 ‎1.化学平衡常数 ‎(1)意义:化学平衡常数K表示反应进行的程度,K越大,反应进行的程度越大。K>105时,可以认为该反应已经进行完全。K的大小只与温度有关。‎ ‎(2)化学平衡常数表达式:对于可逆化学反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)在一定温度下达到化学平衡时,K=。另可用压强平衡常数表示:‎ Kp=[p(C)为平衡时气体C的分压]。‎ ‎(3)依据化学方程式计算平衡常数 ‎①同一可逆反应中,K正·K逆=1。‎ ‎②同一方程式中的化学计量数等倍扩大或缩小n倍,则新平衡常数K′与原平衡常数K间的关系是K′=Kn或K′=。‎ ‎③几个可逆反应方程式相加,得总方程式,则总反应的平衡常数等于各分步反应平衡常数之积。‎ ‎2.转化率、产率及分压的计算 反应物转化率=×100%‎ 产物的产率=×100%‎ 分压=总压×物质的量分数 ‎3.常用的气体定律 同温同体积:p(前)∶p(后)=n(前)∶n(后)‎ 同温同压强:=== ‎1.(2018·全国卷Ⅰ,28)采用N2O5为硝化剂是一种新型的绿色硝化技术,在含能材料、医药等工业中得到广泛应用。回答下列问题:‎ ‎(1)1840年Devil用干燥的氯气通过干燥的硝酸银,得到N2O5。该反应的氧化产物是一种气体,其分子式为________。‎ ‎(2)F.Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25 ℃时N2O5(g)分解反应:‎ ‎2N2O5(g)―→4NO2(g)+O2(g)‎ ‎      ‎ ‎2N2O4(g)‎ 其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡。体系的总压强p随时间t 的变化如下表所示[t=∞时,N2O5(g)完全分解]:‎ t/min ‎0‎ ‎40‎ ‎80‎ ‎160‎ ‎260‎ ‎1 300‎ ‎1 700‎ ‎∞‎ p/kPa ‎35.8‎ ‎40.3‎ ‎42.5‎ ‎45.9‎ ‎49.2‎ ‎61.2‎ ‎62.3‎ ‎63.1‎ ‎①已知:2N2O5(g)===2N2O4(g)+O2(g)  ΔH1=-4.4 kJ·mol-1‎ ‎2NO2(g)===N2O4(g) ΔH2=-55.3 kJ·mol-1‎ 则反应N2O5(g)===2NO2(g)+O2(g)的ΔH=________kJ·mol-1。‎ ‎②研究表明,N2O5(g)分解的反应速率v=2×10-3×kPa·min-1。t=62 min时,测得体系中=2.9 kPa,则此时=________kPa,v=________kPa·min-1。‎ ‎③若提高反应温度至35 ℃,则N2O5(g)完全分解后体系压强p∞(35 ℃)________63.1 kPa(填“大小”“等于”或“小于”),原因是________________________。‎ ‎④25 ℃时N2O4(g)2NO2(g)反应的平衡常数Kp=________kPa(Kp为以分压表示的平衡常数,计算结果保留1位小数)。‎ ‎(3)对于反应2N2O5(g)―→4NO2(g)+O2(g),R.A.Ogg提出如下反应历程:‎ 第一步 N2O5NO2+NO3 快速平衡 第二步 NO2+NO3―→NO+NO2+O2 慢反应 第三步 NO+NO3―→2NO2 快反应 其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡。下列表述正确的是________(填标号)。‎ A.v(第一步的逆反应)>v(第二步反应)‎ B.反应的中间产物只有NO3‎ C.第二步中NO2与NO3的碰撞仅部分有效 D.第三步反应活化能较高 答案 (1)O2 (2)①+53.1 ②30.0 6.0×10-2‎ ‎③大于 温度提高,体积不变,总压强提高;NO2二聚为放热反应,温度提高,平衡左移,体系物质的量增加,总压强提高 ④13.4 (3)AC 解析 (1)Cl2与AgNO3反应生成N2O5,还应该有AgCl,氧化产物是一种气体,则该气体为O2。‎ ‎(2)①令2N2O5(g)===2N2O4(g)+O2(g) ΔH1=-4.4 kJ·mol-1 a ‎2NO2(g)===N2O4(g) ΔH2=-55.3 kJ·mol-1 b 根据盖斯定律,a式×-b式可得:‎ N2O5(g)===2NO2(g)+O2(g) ΔH=+53.1 kJ·mol-1。‎ ‎②由方程式2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g)可知,62 min时,=2.9 kPa,则减小的N2O5为5.8 kPa,此时=35.8 kPa-5.8 kPa=30.0 kPa,则v(N2O5)=2×10-3×30.0 kPa·min-1=6.0×10-2 kPa·min-1。‎ ‎④时间无限长时N2O5完全分解,故由2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g)知,此时生成的=2=2×35.8 kPa=71.6 kPa,=0.5×35.8 kPa=17.9 kPa。由题意知,平衡时体系的总压强为63.1 kPa,则平衡体系中NO2、N2O4的压强和为63.1 kPa-17.9 kPa=45.2 kPa,设N2O4的压强为x kPa,则 ‎      N2O4(g)2NO2(g)‎ 初始压强/kPa  0    71.6‎ 转化压强/kPa  x    2x 平衡压强/kPa  x    71.6-2x 则x+(71.6-2x)=45.2,解得x=26.4,71.6 kPa-26.4 kPa×2=18.8 kPa,Kp==≈13.4 kPa。‎ ‎(3)第一步反应快速平衡,说明正、逆反应速率很大,极短时间内即可达到平衡,A项正确;第二步反应慢,说明有效碰撞次数少,C项正确;由题给三步反应可知,反应的中间产物有NO3和NO,B项错误;反应快,说明反应的活化能较低,D项错误。‎ ‎2.[2018·全国卷Ⅲ,28(3)]三氯氢硅(SiHCl3)是制备硅烷、多晶硅的重要原料。回答下列问题:对于反应2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)+SiCl4(g),采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂,在323 K和343 K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。‎ ‎①343 K时反应的平衡转化率α=________%。平衡常数K343K=________(保留2位小数)。‎ ‎②在343 K下:要提高SiHCl3转化率,可采取的措施是________;‎ 要缩短反应达到平衡的时间,可采取的措施有________、________。‎ ‎③比较a、b处反应速率大小:va________vb(填“大于”“小于”或“等于”)。反应速率v=v正-v逆=k正x2-k逆xx,k正、k逆分别为正、逆向反应速率常数,x为物质的量分数,计算a处的=________(保留1位小数)。‎ 答案 ①22 0.02 ②及时移去产物 改进催化剂 提高反应物浓度 ③大于 1.3‎ 解析 温度越高,反应速率越快,达到平衡的时间越短,左边曲线达到平衡的时间短,则此曲线代表343 K时SiHCl3的转化率变化,右边曲线代表323 K时SiHCl3的转化率变化。‎ ‎①由题图可知,343 K时反应的平衡转化率α=22%。设起始时SiHCl3(g)的浓度为1 mol·L-1,则有 ‎      2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)‎ 起始浓度/mol·L-1 1      0     0‎ 转化浓度/mol·L-1 0.22    0.11    0.11‎ 平衡浓度/mol·L-1 0.78    0.11    0.11‎ 则343 K时该反应的平衡常数K343 K=[c(SiH2Cl2)·c(SiCl4)]/c2(SiHCl3)=0.112/0.782≈0.02。‎ ‎②在343 K时,要提高SiHCl3转化率,可采取的措施是及时移去产物,使平衡向右移动;要缩短反应达到平衡的时间,需加快化学反应速率,可采取的措施有提高反应物浓度、改进催化剂等。‎ ‎③温度越高,反应速率越快,a点温度为343 K,b点温度为323 K,故反应速率:va>vb。反应速率v=v正-v逆=k正x2-k逆xx,则有v正=k正x2,v逆=k逆xx,343 K下反应达到平衡状态时v正=v逆,即k正x2=k逆xx,此时SiHCl3的平衡转化率α=22%,经计算可得SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4的物质的量分数分别为0.78、0.11、0.11,则有k正×0.782=k逆×0.112,k正/k逆=0.112/0.782≈0.02。a处SiHCl3的平衡转化率α=20%,此时SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4的物质的量分数分别为0.8、0.1、0.1,则有v正/v逆=(k正x2)/(k逆xx)=k正/k逆·x2/(xx)=0.02×0.82/0.12≈1.3。‎ ‎3.[2017·全国卷Ⅰ,28(3)]H2S与CO2在高温下发生反应:H2S(g)+CO2(g)COS(g)+H2O(g)。在610 K时,将0.10 mol CO2与0.40 mol H2S充入2.5 L的空钢瓶中,反应平衡后水的物质的量分数为0.02。‎ ‎①H2S的平衡转化率α1=________%,反应平衡常数K=________。‎ ‎②在620 K重复实验,平衡后水的物质的量分数为0.03,H2S的转化率α2________α1,该反应的ΔH________0(填“>”“<”或“=”)。‎ ‎③向反应器中再分别充入下列气体,能使H2S转化率增大的是________(填标号)。‎ A. H2S B. CO2 C.COS D.N2‎ 答案 ①2.5 2.8×10-3 ②> > ③B 解析 ①设平衡时H2S转化的物质的量为x mol。‎ ‎    H2S(g)+CO2(g)COS(g)+H2O(g)‎ 初始/mol 0.40 0.10 0 0‎ 转化/mol x x x x 平衡/mol 0.40-x 0.10-x x x 由题意得:=0.02‎ 解得:x=0.01,‎ H2S的平衡转化率α1=×100%=2.5%‎ K===≈2.8×10-3。‎ ‎②温度升高,水的平衡物质的量分数增大,平衡右移,则H2S的转化率增大,故α2>α1。温度升高,平衡向吸热反应方向移动,故ΔH>0。‎ ‎③A项,充入H2S,H2S的转化率反而减小;B项,充入CO2,增大了一种反应物的浓度,能够提高另一种反应物的转化率,故H2S的转化率增大;C项,充入COS,平衡左移,H2S的转化率减小;D项,充入N2,对平衡无影响,不改变H2S的转化率。‎ ‎4.[2016·全国卷Ⅰ,27(2)②]元素铬(Cr)在溶液中主要以Cr3+(蓝紫色)、Cr(OH)(绿色)、Cr2O(橙红色)、CrO(黄色)等形式存在,Cr(OH)3为难溶于水的灰蓝色固体,回答下列问题:‎ CrO和Cr2O在溶液中可相互转化。室温下,初始浓度为1.0 mol·L-1的Na2CrO4溶液中c(Cr2O)随c(H+)的变化如图所示。‎ 由图可知,溶液酸性增大,CrO的平衡转化率______(填“增大”“减小”或“不变”)。根据A点数据,计算出该转化反应的平衡常数为________。‎ 答案 增大 1.0×1014‎ 解析 由图中A点数据,可知:c(Cr2O)=0.25 mol·L-1、c(H+)=1.0×10-7 mol·L-1,则进一步可知平衡时c(CrO)=1.0 mol·L-1-2×0.25 mol·L-1=0.5 mol·L-1,根据平衡常数的定义可计算出该转化反应的平衡常数为1.0×1014。‎ ‎5.[2017·全国卷Ⅲ,28(4)④]298 K时,将20 mL 3x mol·L-1Na3AsO3、20 mL 3x mol·L-1 I2和20 mL NaOH溶液混合,发生反应:AsO(aq)+I2(aq)+2OH-(aq)AsO(aq)+2I-(aq)+H2O(l)。溶液中c(AsO)与反应时间(t)的关系如图所示。‎ 若平衡时溶液的pH=14,则该反应的平衡常数K为________。‎ 答案  解析 反应前,三种溶液混合后,c(Na3AsO3)=3x mol·L-1×=x mol·L-1,同理,c(I2)=x mol·L-1,反应情况如下:‎ ‎      AsO(aq)~I2(aq)~AsO(aq)~2I-(aq)‎ 起始浓度/mol·L-1 x x 0 0‎ 平衡浓度/mol·L-1 x-y x-y y 2y K==。‎ ‎6.[2014·新课标全国卷Ⅰ,28(3)改编]乙醇是重要的有机化工原料,可由乙烯气相直接水合法或间接水合法生产。热化学方程式为:‎ C2H4(g)+H2O(g)CH3CH2OH(g)  ΔH=-45.5 kJ·mol-1‎ 下图为气相直接水合法中乙烯的平衡转化率与温度、压强的关系(其中∶=1∶1)。‎ ‎①列式计算乙烯水合制乙醇反应在图中A点的平衡常数Kp=_______________________‎ ‎(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。‎ ‎②图中压强(p1、p2、p3、p4)的大小顺序为___________________________________________,‎ 理由是________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 答案 ①==≈0.07(MPa)-1‎ ‎②p4>p3>p2>p1 反应分子数减少,相同温度下,压强增大,乙烯转化率提高 解析 ②C2H4(g)+H2O(g)C2H5OH(g)是一个气体体积减小的反应,相同温度下,增大压强,平衡向正反应方向移动,C2H4的转化率提高,所以p4>p3>p2>p1。‎ 题组一 分类突破化学平衡常数的计算 ‎1.加热N2O5依次发生的分解反应为:①N2O5(g)N2O3(g)+O2(g),②N2O3(g)N2O(g)+O2(g)。在容积为2 L的密闭容器中充入8 mol N2O5,加热到t ℃,达到平衡状态后O2为9 mol,N2O3为3.4 mol。则t ℃时反应①的平衡常数为(  )‎ A.10.7 B.8.5‎ C.9.6 D.10.2‎ 答案 B 解析 设N2O5的转化浓度为x,N2O3的转化浓度为y。‎ ‎       N2O5(g)N2O3(g)+O2(g)‎ 开始(mol·L-1) 4 0 0‎ 转化(mol·L-1) x x x 平衡(mol·L-1) 4-x x x ‎       N2O3(g)N2O(g)+O2(g)‎ 开始(mol·L-1) x 0 0‎ 转化(mol·L-1) y y y 平衡(mol·L-1) x-y y y 根据题意得 所以x=3.1 mol·L-1‎ y=1.4 mol·L-1‎ 所以反应①的平衡常数为:‎ K===8.5。‎ ‎2.CO2经催化加氢可以生成低碳烃,主要有以下两个竞争反应:‎ 反应Ⅰ:CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)‎ 反应Ⅱ:2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)‎ 为分析催化剂对反应的选择性,在1 L密闭容器中充入2 mol CO2和4 mol H2,测得有关物质的物质的量随温度变化如图所示:‎ 该催化剂在较低温度时主要选择______(填“反应Ⅰ”或“反应Ⅱ”)。520 ℃时,反应Ⅰ的平衡常数K=________(只列算式不计算)。‎ 答案 反应Ⅰ  解析 温度较低时,CH4的物质的量多,所以该催化剂在较低温度时主要选择反应Ⅰ。‎ ‎      CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)‎ 转化(mol·L-1) 0.2 0.8 0.2 0.4‎ ‎      2CO2+6H2C2H4(g)+4H2O(g)‎ ‎ 0.4 1.2 0.2 0.8‎ c(CO2)=(2-0.2-0.4)mol·L-1=1.4 mol·L-1‎ c(H2)=(4-0.8-1.2)mol·L-1=2 mol·L-1‎ c(H2O)=(0.4+0.8)mol·L-1=1.2 mol·L-1‎ 所以K=。‎ 题组二 分压平衡常数的计算 ‎3.(1)(2017·潍坊市高三下学期第一次模拟)活性炭还原NO2的反应为2NO2(g)+2C(s)N2(g)+2CO2(g),在恒温条件下,1 mol NO2和足量活性炭发生该反应,测得平衡时NO2和CO2的物质的量浓度与平衡总压的关系如图所示:‎ ‎①A、B、C三点中NO2的转化率最高的是________(填“A”“B”或“C”)点。‎ ‎②计算C点时该反应的压强平衡常数Kp=__________(Kp是用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。‎ ‎(2)(2017·日照市高三下学期第一次模拟)以CO作还原剂与磷石膏反应,不同反应温度下可得到不同的产物。向盛有CaSO4的真空恒容密闭容器中充入CO,反应体系起始总压强为0.1a MPa,不同温度下反应后所得固体成分的物质的量如图所示。在低于800 ℃时主要反应的化学方程式为______________________________________________________________;‎ ‎1 150 ℃下,反应CaSO4+COCaO+CO2+SO2达到平衡时,c平衡(SO2)=8.0×10-5 mol·L-1,CO的转化率为80%,则c初始(CO)=________mol·L-1,该反应的压强平衡常数Kp=________(用含a的代数式表示;用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数;忽略副反应)。‎ 答案 (1)①A ②4 (2)CaSO4+4COCaS+4CO2 1.0×10-4 0.32a 解析 (1)①增大压强,平衡左移,NO2的转化率减小,所以A点NO2的转化率最高。‎ ‎②设C点时NO2的浓度为c mol·L-1,则CO2的浓度也为c mol·L-1‎ ‎2NO2(g)+2C(s)N2(g)    +2CO2(g)‎ c mol·L-1 c mol·L-1 c mol·L-1‎ p(NO2)=20 MPa×=8 MPa p(N2)=20 MPa×=4 MPa p(CO2)=20 MPa×=8 MPa Kp===4。‎ ‎(2)在低于800 ℃时,固体产物为CaS,所以此时反应方程式为CaSO4+4COCaS+4CO2‎ c初始(CO)==1.0×10-4 mol·L-1‎ ‎     CaSO4+COCaO+CO2 +  SO2‎ 平衡(mol·L-1) 2.0×10-5 8.0×10-5 8.0×10-5‎ 平衡时总压强:0.1a MPa×=0.18a MPa p(CO2)=p(SO2)=0.18a MPa× ‎=0.08a MPa p(CO)=0.18a MPa×=0.02a MPa ‎ Kp===0.32a。‎ 题组三 新题预测 ‎4.氨气是工业制硝酸的主要原料之一,催化氧化步骤中发生的主要反应如下:‎ Ⅰ.4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)‎ ΔH=-906 kJ·mol-1‎ Ⅱ.4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g)‎ ΔH=-126 kJ·mol-1‎ 将固定比例NH3和O2的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器,反应产率与温度的关系如图1所示。‎ ‎(1)催化氧化步骤中,最适宜的温度为________(填“T1”或“T2”)。‎ ‎(2)低于T1℃时,NO的产率较低的原因为______________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)高于T2℃时,NO的产率降低的可能原因为________(填字母)。‎ A.催化剂活性降低 B.平衡常数减小 C.反应活化能增大 D.氨气溶于水 ‎(4)T2℃(T1>T2)时,向20 L恒容密闭容器中充入2 mol NH3和2.75 mol O2,发生反应Ⅰ。反应过程中各物质的物质的量随时间(t)变化的关系如图2所示。T2℃时,该反应的平衡常数K=________;5 min时,改变了某一外界条件,所改变的条件可能为________________。‎ 答案 (1)T2 (2)温度较低时,反应速率慢,同时部分反应物生成N2 (3)AB (4)0.075 升高温度或缩小容器容积 解析 (1)制硝酸用NH3和氧气反应生成NO,NO与O2反应生成NO2,NO2与水反应生成硝酸。T2时NO的产率最高,因此最适宜的温度是T2。‎ ‎(2)低于T1℃时,反应速率慢,同时部分反应物转化为N2造成NO的产率较低。‎ ‎(3)A项,催化剂活性受温度影响,在一定温度时催化剂催化效率最高,超过此温度催化剂的活性降低,正确; B项,根据反应方程式生成NO是放热反应,升高温度,平衡逆向进行,平衡常数减小,正确;C项,活化能的大小不影响平衡移动,错误; D 项,这里的水为气态,所以氨气溶于水是错的。‎ ‎(4)根据图2,4 min时达到平衡,c(NH3)=c(NO)=1/20 mol·L-1,c(O2)=c(H2O)=1.5/20 mol·L-1,根据化学平衡表达式K=代入数据,计算得K=0.075。‎ 由图知氨气和氧气的物质的量增大,NO和H2O(g)的物质的量减小,说明改变这一条件平衡向逆反应方向移动,即升高温度或缩小容器容积。‎ ‎5.现将定量的H2O 与足量碳在体积可变的恒压密闭容器中发生反应:‎ C(s)+H2O (g)CO(g)+H2(g) ΔH,测得压强、温度对CO的平衡组成的影响如图所示:‎ ‎(1)①下列措施能够提高H2产率的是______________________________________(填字母)。‎ a.加压 b.分离出CO c.加热 d.增大碳固体的量 ‎②a、b、c三点所对应的水的转化率最小的是________。‎ ‎(2)700 ℃、p3时,将1 mol H2O 与足量碳充入初始体积为1 L的密闭容器中,恒温、恒压条件下,当反应进行到10 min时,测得容器中H2的物质的量为0.12 mol。‎ ‎①10 min内CO的平均反应速率为________ mol·L-1·min-1(保留两位有效数字)。‎ ‎②此温度下该反应的平衡常数K=________。‎ ‎③向容器中投料后,在下图中画出从0时刻到t1时刻达到平衡时容器中混合气体的平均摩尔质量的变化曲线。‎ ‎④从t1时刻开始,保持温度不变,对容器加压,混合气体平均摩尔质量从t2时刻后变化如上图,出现该变化的原因是___________________________________________________。‎ 答案 (1)①bc ②b ‎(2)①0.011 ②0.8 ③(起点必须=18开始)‎ ‎④压强增大,水蒸气液化 解析 (1)①由图中信息可知,升高温度,CO的体积分数增大,则正反应为吸热反应,反应C(s)+H2O (g)CO(g)+H2(g)为气体体积增大的吸热反应。a项,加压,平衡逆向移动,降低氢气的产率,错误;b项,分离出CO,平衡正向移动,提高氢气的产率,正确;c项,加热,平衡正向移动,提高氢气的产率,正确;d项,增大碳固体的量,反应物浓度不变,平衡不移动,错误。②温度相同,a点CO的体积分数大于b点,则水的转化率a点较大,正反应为吸热反应,c点温度高于a点,升高温度平衡正向移动水的转化率增大,故三点对应的水的转化率最小的是b。(2)700 ℃、p3时,‎ ‎       C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)‎ 开始时的量(mol) 1 0 0‎ 改变的量(mol) 0.12 0.12 0.12‎ 平衡时的量(mol) 0.88 0.12 0.12‎ 反应后容器的体积为=1.12 L,①10 min内CO的平均反应速率为≈0.011 mol·L-1·min-1;③开始时为水的摩尔质量18 g·mol-1,随着反应的进行气体的体积增大,平均摩尔质量减小,故图如下:。④从t1时刻开始,保持温度不变,对容器加压,混合气体平均摩尔质量从t2时刻后变化如上图,出现该变化的原因是压强增大,水蒸气液化。‎ 专题强化练 ‎1.(2018·武威市第一中学高三上学期期末)在密闭容器中发生下列反应:aA(g)cC(g)+dD(g),反应达到平衡后,将气体体积压缩到原来的一半,当再次达到平衡时,D的浓度为原平衡的1.8倍,下列叙述正确的是(  )‎ A.A的转化率变大 B.平衡向正反应方向移动 C.D的体积分数变大 D.aKc>Ka D.b、c点均为化学平衡点,a点未达平衡且反应正向进行 答案 B 解析 A项,根据图像可知SO2的起始量越大,混合气体中SO2的体积分数不一定越大,错误;B项,二氧化硫越少,氧气越多,则二氧化硫的转化率越大,a点转化率最大,正确;C项,平衡常数只与温度有关系,a、b、c三点的平衡常数均相等,错误。‎ ‎10.(2018·宜昌市高三4月调研)煤炭属于不可再生资源,高效、清洁地利用煤炭资源至关重要。请回答下列问题:‎ ‎(1)煤的液化。原理是C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)‎ ΔH=a kJ·mol-1;CO(g)+2H2(g)CH3OH(l) ΔH=b kJ·mol-1。则反应C(s)+H2O(g)+H2(g)CH3OH(l)的ΔH=________kJ·mol-1。‎ ‎(2)煤的气化。原理是C(s) +2H2(g)CH4(g) ΔH。在1 L密闭容器中投入1 mol碳,并充入2 mol H2,测得相关数据如图所示:‎ ‎①有关图1、图2 的说法正确的有________(填字母)。‎ A.氢气的反应速率v(Z)>v(X) >v(Y)‎ B.T1<1 000K C.平衡常数K(X)=K(Y)>K(Z)‎ D.工业生产中,当温度为T2 时,压强越高,经济效益越好 ‎②图2 中A点对应的平衡常数Kp=________(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。‎ ‎(3)煤生产水煤气和半水煤气。‎ ‎①工业上用煤生产作为合成氨原料气的水煤气,要求气体中(CO+H2)与N2的体积之比为3.1~3.2,发生的反应有C(s)+H2O(g)CO(g) +H2(g),C(s)+1/2O2(g)CO(g)。从能量角度考虑,通入空气的目的是________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎②如图3是反应CO(g) +H2O(g) H2(g)+CO2(g) ΔH<0中CO和CO2的浓度随时间发生变化的曲线,则t2时刻改变的条件可能是________________(写出1种即可)。若t4时刻通过改变容积的方法将压强增大为原来的2 倍,在图中t4~t5区间内画出CO、CO2浓度变化曲线,并标明物质(假设各物质状态均保持不变)。‎ 答案 (1) (a+b) (2)①ABC ②1/6‎ ‎(3)①前者是吸热反应,通入空气后发生的是放热反应,可维持体系的热平衡 ②降低温度(或增大水蒸气的量,减少氢气的量)   ‎ 解析 (1)①C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH=a kJ·mol-1;②CO(g)+2H2(g)CH3OH(l) ΔH=b kJ·mol-1,根据盖斯定律,将①+②得:C(s)+H2O(g)+H2(g)CH3OH(l) ΔH=(a+b) kJ·mol-1。‎ ‎(2)①根据C(s) +2H2(g)CH4(g) ,增大压强,平衡正向移动,因此压强越大,碳的转化率越高,因此p1<6 MPa,根据图1,升高温度,碳的转化率减小,说明平衡逆向移动,因此ΔH<0。A项,温度越高,压强越大,反应速率越快,氢气的反应速率v(Z)>v(X)>v(Y),正确;B项,根据图2,T1时碳的转化率大于1 000 K时碳的转化率,根据ΔH<0,温度越高,碳的转化率越低,因此T1<1 000 K,正确;C项,温度不变,平衡常数不变,平衡常数K(X)=K(Y),升高温度,平衡逆向移动,平衡常数减小,因此平衡常数K(X)=K(Y)>K(Z),正确;D项,压强越高,对设备的要求越高,会大大的增加成本,经济效益反而减小,错误。‎ ‎②图2中A点对应的碳的转化率为50%,压强为4.5 MPa。‎ ‎     C(s)+2H2(g)CH4(g) ‎ 起始(mol) 1 2 0‎ 反应(mol) 0.5 1 0.5‎ 平衡(mol) 1 0.5‎ 物质的量分数 平衡常数Kp==。‎ ‎(3)①C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)是吸热反应,通入空气后发生C(s)+1/2O2(g)CO(g),该反应为放热反应,可维持体系的热平衡,因此工业上用煤生产作为合成氨原料气的水煤气。‎ ‎②在t2时刻CO的浓度减小、CO2浓度增大,平衡向正反应方向移动,且CO和CO2‎ 浓度变化有接触点,所以可以通过降低温度、增大水蒸气的量或减少氢气的量实现;t4时刻通过改变容积的方法将压强增大为原先的两倍,则体积变为原来的一半,故浓度分别增大为原来的2倍,又反应前后气体系数相等,平衡不移动,所以图像仅仅是浓度分别变为原来的2倍并且保持不变,如图为。‎ ‎11.(2018·聊城市高三二模)氢在生活、生产、科研中发挥着重要的作用。‎ Ⅰ.工业上利用吸热反应C(s) +2H2O(g)CO2(g)+2H2(g)来制备氢气。一定条件下,将C(s)和H2O(g)分别加入甲、乙两个密闭容器发生反应,相关数据如下表:‎ 容器 容积/L 温度/℃‎ 起始量/mol 平衡量/mol C(s)‎ H2O(g)‎ H2(g)‎ 甲 ‎2‎ T1‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎3.2‎ 乙 ‎1‎ T2‎ ‎1.5‎ ‎2‎ ‎1.2‎ ‎(1)T1________T2 (填“>”“ =”或“<”)。‎ ‎(2)T1时达到平衡后再加入1 mol H2O(g),达到新平衡后H2(g)的物质的量分数________(填“增大”“不变”或“减小”);T2时,若起始时乙容器中加入1.5 mol C(s)、1.2 mol H2O(g)、0.5 mol CO2(g)、1.4 mol H2(g),此时v正________v逆(填“大于”“ 等于” 或“小于”)。‎ Ⅱ.CO(g)和H2(g)在一定条件下可合成甲醇:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH ‎(3)该反应能量变化曲线如图所示,下列叙述正确的是________(填字母)。‎ A.该反应的ΔH>0‎ B.该反应的活化能为419 kJ C.使用催化剂后反应速率加快,ΔH 不变 D.若改变条件使平衡向正反应方向移动,则CO 的转化率可能增大,可能不变,也可能减小 ‎(4)反应分別在230 ℃、250 ℃、270 ℃进行时,CO的平衡转化率与的关系如图所示。‎ ‎①230 ℃对应的曲线是________,依据是_______________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎②向容积为1 L的密闭容器中投入1 mol CO、3 mol H2,在上述某温度下进行反应,平衡后测得=,则反应温度为________,平衡常数K=________。‎ 答案 (1)> (2)减小 大于 (3)CD (4)①X 对于放热反应,其他条件不变时,温度越低反应物的转化率越高 ②250 ℃ 6.25‎ 解析 (1)根据表中数据甲的体积和起始投料均为乙的二倍,若温度相同则为等效平衡,平衡时氢气的量也应为乙的二倍,则乙中氢气应为1.6 mol,实际只有1.2 mol,反应为吸热反应,温度降低平衡逆向移动,氢气的含量减小,故T1>T2。‎ ‎(2)T1时达到平衡后再加入1 mol H2O(g),平衡转移消耗的水比加入的少得多,故达到新平衡后H2(g)的物质的量分数减小;T2时,K==1.35,若起始时乙容器中加入1.5 mol C(s)、1.2 mol H2O(g)、0.5 mol CO2(g)、1.4 mol H2(g),此时Q=≈0.681<1.35=K,反应正向移动,v正大于v逆。‎ ‎(3)A项,由图中信息可知,该反应反应物的总能量大于生成物的总能量,故ΔH<0,错误;B项,该反应没有催化剂条件下正反应的活化能为419 kJ·mol-1,错误;C项,使用催化剂后反应速率加快,但催化剂只能改变反应的活化能,不能改变焓变,故ΔH不变,正确;D项,若改变条件使平衡向正反应方向移动,则CO的转化率可能增大,可能不变,也可能减小,正确。‎ ‎(4)①反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)为放热反应,升高温度反应逆向移动,CO的转化率降低,故230 ℃对应的曲线是X,依据是对于放热反应,其他条件不变时,温度越低反应物的转化率越高。‎ ‎②平衡后测得=,设n(CH3OH)=3x,n(H2)=4x,故 ‎         CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)‎ 开始时的浓度(mol·L-1) 1 3 0‎ 改变的浓度(mol·L-1) 3x 3-4x 3x 平衡时的浓度,(mol·L-1) 0.1 4x=1.2 3x=0.9‎ 根据反应有3-4x=2×3x,x=0.3,代入以上数据,则=3时,CO的转化率为×100%=90%,对应的温度应该为250 ℃,平衡常数K==6.25。‎ ‎12.(2018·保定市高三一模)请根据化学动力学和化学热力学回答下列问题:‎ 过氧化氢是一种重要的物质,在科学研究和生产生活中应用广泛。‎ 利用H2O2和KBrO3反应研究瞬时反应速率(r),原理为在酸催化下,KBrO3+3H2O2===KBr+3O2↑+3H2O。资料显示:r=k·cx(KBrO3)·cy(H2O2),其中k为速率常数。在290 K测得实验数据如下:‎ 实验编号 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ c(H2O2)/mol·L-1‎ ‎1‎ ‎1‎ ‎2‎ ‎4‎ c(KBrO3)/mol·L-1‎ ‎0.003‎ ‎0.006‎ ‎0.001‎ ‎0.001‎ r/mol·L-1·s-1‎ ‎3×10-4‎ ‎6×10-4‎ ‎8×10-4‎ ‎6.4×10-3‎ ‎(1)根据表格数据信息,写出瞬时反应速率表达式r=____________________(k保留两位有效数字); 如果减缓反应速率,可采用的方法有______________________(任写两点)。‎ ‎(2)25 ℃、101 kPa时乙烯酮CH2CO(g)和甲烷CH4的燃烧热分别为:ΔH=-1 025.1 kJ·mol-1,ΔH=-890.3 kJ·mol-1,则反应2CH4(g)+2O2(g)CH2CO(g) +3H2O(l)的热化学方程式为________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)在恒容容器中,通入2 mol CH4和2 mol O2,不能判断反应2CH4(g)+2O2(g)CH2CO(g) +3H2O(l)处于平衡状态的是________(填字母)。‎ A.体系内压强保持不变 B.体系内气体密度保持不变 C.单位时间每消耗2 mol CH4,同时生成1 mol O2‎ D.通入等物质的量的反应物,一段时间后反应物浓度之比不变 ‎(4)对于反应2CH4(g)+2O2(g)CH2CO(g)+3H2O(g),在恒容条件下,向容器内加入0.1 mol CH4和0.1 mol O2,反应达到平衡时CH2CO的物质的量百分含量为15%,则平衡时n(CH4)=________mol。‎ 答案 (1)0.1·c3(H2O2)·c(KBrO3) 骤冷、冲稀反应物、除去催化剂、加阻化剂等(任选两点即可)‎ ‎(2)2CH4(g)+2O2(g)===CH2CO(g)+3H2O(l) ΔH=-755.5 kJ·mol-1‎ ‎(3)CD (4) 0.04‎ 解析 (1)根据表格中数据可知,当c(H2O2)=1 mol·L-1时,根据r=k·cx(KBrO3)·cy(H2O2)‎ 可知:3×10-4/6×10-4=(0.003/0.006)x,x=1;当c(KBrO3)=0.001 mol·L-1时,根据r=k·cx(KBrO3)·cy(H2O2)可知:8×10-4/6.4×10-3=(2/4)y,y=3;根据r=k·c(KBrO3)·c3(H2O2)可知,3×10-4=k×0.003×12,k=0.1;所以瞬时反应速率表达式r=0.1·c3(H2O2)·c(KBrO3);如果减缓反应速率,可采用的方法有骤冷、冲稀反应物、除去催化剂、加阻化剂等。‎ ‎(2)①CH2CO(g)+2O2(g)===2CO2(g)+H2O(l) ΔH=-1 025.1 kJ·mol-1;②CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890.3 kJ·mol-1;根据盖斯定律:②×2-①,得2CH4(g)+2O2(g)CH2CO(g)+3H2O(l) ΔH=-755.5 kJ·mol-1。‎ ‎(3)A项,该反应正反应为气体体积减小的可逆反应,在恒容容器中,压强不再发生变化,能判定反应达平衡状态;B项,反应后气体的总质量减小,容器的总体积不变,气体的密度不再发生变化,能判定反应达平衡状态;D项,按反应物的系数比加入反应物,无论反应进行到什么程度,反应物浓度之比均不变,不能判断反应是否达平衡状态。‎ ‎(4)设甲烷的变化量为x mol,根据方程式进行计算:‎ ‎    2CH4(g)+2O2(g)CH2CO(g)+3H2O(g),‎ 起始量 0.1 0.1 0 0‎ 变化量 x x 0.5x 1.5x 平衡量 0.1-x 0.1-x 0.5x 1.5x 根据反应达到平衡时CH2CO的物质的量百分含量为15%,列方程为:0.5x/(0.1-x+0.1-x+0.5x+1.5x)=15%,x=0.06 mol,所以平衡时n(CH4)=0.04 mol。‎