（新课标）广西2020高考化学二轮复习 专题二 化学基本理论 第7讲 化学反应速率与化学平衡学案 9页

第7讲　化学反应速率与化学平衡 一、选择题(本题包括7个小题,每小题7分,共49分)‎ ‎1.下列食品添加剂中,其使用目的与反应速率有关的是(　　)‎ ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ A.抗氧化剂 B.调味剂 C.着色剂 D.增稠剂 答案A 解析抗氧化剂属于还原剂,比食品更易与氧气反应,从而降低氧气浓度,减缓食品被氧化的反应速率,A项符合。‎ ‎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 答案A 解析对反应H2(g)+I2(g)2HI(g)而言,改变容器容积不能改变其平衡状态,故A项不能用勒夏特列原理解释。‎ ‎3.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 解析由表格中平衡常数数据可知K2(‎500 ℃‎)>K2(‎800 ℃‎),升高温度平衡逆向移动,故反应②的正反应为放热反应,A错误。K3=K1·K2,故K3(‎500 ℃‎)=2.50,K3(‎800 ℃‎)=0.375,B、C错误。由盖斯定律可知,①+②=③,D正确。‎ 9‎ ‎4.一定温度下,在3个容积均为‎1.0 L的恒容密闭容器中反应2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)达到平衡,下列说法正确的是(　　)‎ 容器 物质的平衡浓度/(mol·L-1)‎ c(H2)‎ c(CO)‎ c(CH3OH)‎ c(CH3OH)‎ Ⅰ ‎400‎ ‎0.20‎ ‎0.10‎ ‎0‎ ‎0.080‎ Ⅱ ‎400‎ ‎0.40‎ ‎0.20‎ ‎0‎ Ⅲ ‎500‎ ‎0‎ ‎0‎ ‎0.10‎ ‎0.025‎ A.该反应的正反应吸热 B.达到平衡时,容器Ⅰ中反应物转化率比容器Ⅱ中的大 C.达到平衡时,容器Ⅱ中c(H2)大于容器Ⅲ中c(H2)的两倍 D.达到平衡时,容器Ⅲ中的正反应速率比容器Ⅰ中的大 答案D 解析对比容器Ⅰ和Ⅲ可知两者投料量相当,若温度相同,最终建立等效平衡,但Ⅲ温度高,平衡时c(CH3OH)小,说明平衡向逆反应方向移动,即逆反应为吸热反应,正反应为放热反应,A错误;Ⅱ相对于Ⅰ成比例增加投料量,相当于加压,平衡正向移动,转化率提高,所以Ⅱ中转化率高,B错误;不考虑温度,Ⅱ中投料量是Ⅲ的两倍,相当于加压,平衡正向移动,所以Ⅱ中c(H2)小于Ⅲ中c(H2)的两倍,且Ⅲ的温度比Ⅱ高,相对于Ⅱ,平衡向逆反应方向移动,c(H2)增大,C错误;对比Ⅰ和Ⅲ,温度相同时,两者建立等效平衡,两容器中速率相等,但Ⅲ温度高,速率加快,D正确。‎ ‎5.(2017海南高考,11)已知反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)　ΔH<0。在一定温度和压强下于密闭容器中,反应达到平衡。下列叙述正确的是(　　)‎ A.升高温度,K增大 B.减小压强,n(CO2)增加 C.更换高效催化剂,α(CO)增大 D.充入一定量的氮气,n(H2)不变 答案D 解析此反应的正反应是放热反应,升高温度平衡向逆反应方向进行,化学平衡常数只受温度的影响,即升高温度,K值减小,A错误。反应前后气体的化学计量数之和相等,因此减小压强,平衡不移动,即n(CO2)不变,B错误。催化剂对化学平衡移动无影响,因此CO的转化率不变,C错误。恒压下,充入N2,容器的体积增大,组分浓度降低,但化学反应前后气体的化学计量数之和不变,因此化学平衡不移动,n(H2)不变,D正确。‎ ‎6.在一密闭容器中有反应:aX(g)+bY(s)nW(g)　ΔH=Q kJ·mol-1。某化学兴趣小组的同学根据此反应在不同条件下的实验数据,做出了如下曲线图:‎ 9‎ 其中,w(W)表示W在气体混合物中的百分含量,t表示反应时间。其他条件不变时,下列分析正确的是(　　)‎ A.图Ⅰ可能是不同压强对反应的影响,且p2>p1,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 答案A 解析反应中Y是固体,如果图Ⅰ表示压强的影响,2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。‎ ‎7.一定量的CO2与足量的碳在容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 解析因容器容积可变,故充入惰性气体,容积增大,与反应有关的气体浓度减小,平衡正向移动,A错误。设‎650 ℃‎反应达平衡时气体总物质的量为100 mol,则有 ‎　　　　C(s)+CO2(g)2CO(g)‎ 平衡/mol 60 40‎ 反应/mol 20 40‎ 故CO2的转化率为×100%=25.0%,B正确。由图像可知T ℃时,CO和CO2的体积分数相等,故充入等体积的这两种气体,平衡不移动,C错误。Kp==23.04p总,D错误。‎ 9‎ 二、非选择题(包括4个小题,共51分)‎ ‎8.(11分)催化还原CO2是解决温室效应及能源问题的重要手段之一。研究表明,在Cu/ZnO催化剂存在下,CO2和H2可发生两个平行反应,分别生成CH3OH和CO。反应的热化学方程式如下:‎ CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)‎ ΔH1=-53.7 kJ·mol-1　Ⅰ CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH2　Ⅱ 某实验室控制CO2和H2初始投料比为1∶2.2,在相同压强下,经过相同反应时间测得如下实验数据:‎ T/K 催化剂 CO2转化率/%‎ 甲醇选择性/%‎ ‎543‎ Cat.1‎ ‎12.3‎ ‎42.3‎ ‎543‎ Cat.2‎ ‎10.9‎ ‎72.7‎ ‎553‎ Cat.1‎ ‎15.3‎ ‎39.1‎ ‎553‎ Cat.2‎ ‎12.0‎ ‎71.6‎ ‎【备注】Cat.1:Cu/ZnO纳米棒;Cat.2:Cu/ZnO纳米片;甲醇选择性:转化的CO2中生成甲醇的百分比 已知:①CO和H2的燃烧热分别为283.0 kJ·mol-1和285.8 kJ·mol-1‎ ‎②H2O(l)H2O(g)　ΔH3=44.0 kJ·mol-1‎ 请回答(不考虑温度对ΔH的影响):‎ ‎(1)反应Ⅰ的平衡常数表达式K=　　　　　　　　　;反应Ⅱ的ΔH2=　　　　 kJ·mol-1。 ‎ ‎(2)有利于提高CO2转化为CH3OH平衡转化率的措施有　　　　。 ‎ A.使用催化剂Cat.1‎ B.使用催化剂Cat.2‎ C.降低反应温度 D.投料比不变,增加反应物的浓度 E.增大CO2和H2的初始投料比 ‎(3)表中实验数据表明,在相同温度下不同的催化剂对CO2转化成CH3OH的选择性有显著的影响,其原因是 ‎ ‎　。 ‎ ‎(4)在图中分别画出反应Ⅰ在无催化剂、有Cat.1和有Cat.2三种情况下“反应过程—能量”示意图。‎ 答案(1)　+41.2‎ ‎(2)CD 9‎ ‎(3)表中数据表明此时反应未达到平衡,不同的催化剂对反应Ⅰ的催化能力不同,因而在该时刻下对甲醇选择性有影响 ‎(4)‎ 解析(1)因为CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),平衡常数K的表达式为K=;因为CO和H2的燃烧热分别为283.0 kJ·mol-1和285.8 kJ·mol-1,可得下列热化学方程式:‎ CO(g)+O2(g)CO2(g)　ΔH=-283.0 kJ·mol-1 ①‎ H2(g)+O2(g)H2O(l)　ΔH=-285.8 kJ·mol-1 ②‎ 又H2O(g)H2O(l)　ΔH=-44.0 kJ·mol-1 ③‎ 根据盖斯定律,由②-①-③得:‎ CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH2=+41.2 kJ·mol-1‎ ‎(2)根据可逆反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),使用催化剂不能使平衡发生移动,即不能提高平衡转化率,A、B错误。该反应为放热反应,降低温度平衡正向移动,平衡转化率提高,C正确。投料比不变,增加反应物浓度,相当于增大压强,平衡正向移动,平衡转化率提高,D正确。增大二氧化碳和氢气的初始投料比,能提高氢气的转化率,但二氧化碳的转化率会降低。(3)从表格数据分析,在相同的温度下,不同的催化剂,其二氧化碳的转化率也不同,说明不同的催化剂的催化能力不同;相同催化剂不同的温度,二氧化碳的转化率不同,且温度高的转化率大,因为正反应为放热反应,说明表中数据是未到平衡数据。故由表中数据表明此时反应未达到平衡,不同的催化剂对反应Ⅰ的催化能力不同,因而在该时刻下对甲醇选择性有影响。(4)催化剂能降低反应的活化能,再结合表中的数据,Cat.2催化效果比Cat.1好,故可得到曲线为 ‎9.(2018全国Ⅲ,28)(14分)三氯氢硅(SiHCl3)是制备硅烷、多晶硅的重要原料。回答下列问题:‎ ‎(1)SiHCl3在常温常压下为易挥发的无色透明液体,遇潮气时发烟生成(HSiO)2O等,写出该反应的化学方程式　。 ‎ ‎(2)SiHCl3在催化剂作用下发生反应:‎ 9‎ ‎2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)‎ ΔH1=48 kJ·mol-1‎ ‎3SiH2Cl2(g)SiH4(g)+2SiHCl3(g)‎ ΔH2=-30 kJ·mol-1‎ 则反应4SiHCl3(g)SiH4(g)+3SiCl4(g)的ΔH为　　　　　 kJ·mol-1。 ‎ ‎(3)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K343 K=　　　　　(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-k逆,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(1)2SiHCl3+3H2O(HSiO)2O+6HCl ‎(2)114　(3)①22　0.02　②及时移去产物　改进催化剂　提高反应物压强(浓度)　③大于　1.3‎ 解析(1)SiHCl3与H2O反应生成(HSiO)2O为非氧化还原反应,由原子守恒配平:2SiHCl3+3H2O(HSiO)2O+6HCl。‎ ‎(2)2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)‎ ΔH1=48 kJ·mol-1 ①‎ ‎3SiH2Cl2(g)SiH4(g)+2SiHCl3(g)‎ ΔH2=-30 kJ·mol-1 ②‎ 根据盖斯定律:①×3+②即可得4SiHCl3(g)SiH4(g)+3SiCl4(g)　ΔH=114 kJ·mol-1。‎ ‎(3)①由图根据“先拐先平速率大”可知a曲线温度较高(343 K),平衡转化率为22%;‎ 设SiHCl3起始物质的量为1 mol,则有 ‎　　　　2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)‎ 起始物质 的量/mol 1 0 0‎ 转化物质 的量/mol 0.22 0.11 0.11‎ 9‎ 平衡物质 的量/mol 0.78 0.11 0.11‎ 平衡常数K343 K=≈0.02‎ ‎③a处反应相当于在b处反应的基础上升高温度,反应速率va大于vb;‎ 达平衡时v正、v逆相等,k正=k逆 ‎=K343 K=0.02‎ a处SiHCl3转化率为20%,设起始时SiHCl3物质的量为1 mol,则有:‎ ‎　　　2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)‎ 起始物质 的量/mol 1 0 0‎ 转化物质 的量/mol 0.2 0.1 0.1‎ a点物质的 量/mol 0.8 0.1 0.1‎ 此时SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4的物质的量分数分别为0.8、0.1、0.1,‎ ‎=1.28≈1.3。‎ ‎10.(14分)自从德国化学家哈伯研究出合成氨的方法以来,氮的固定的相关研究获得了不断地发展。‎ ‎(1)下表列举了不同温度下大气固氮的部分平衡常数K值。‎ 反应 大气固氮N2(g)+O2(g)2NO(g)‎ 温度/ ℃‎ ‎27‎ ‎2 260‎ K ‎3.84×10-31‎ ‎1‎ ‎①分析数据可知:大气固氮反应属于　　　　(填“吸热”或“放热”)反应。 ‎ ‎②2 ‎260 ℃‎时,向‎2 L密闭容器中充入0.3 mol N2和0.3 mol O2,20 s时反应达到平衡。则此时得到NO　　　　 mol,用N2表示的平均反应速率为　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(2)已知工业固氮反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0,在其他条件相同时,分别测定此反应中N2的平衡转化率随压强和温度(T)变化的曲线如图A、B所示,其中正确的是　　　　(填“A”或“B”),T1　　　　(填“>”或“<”)T2。 ‎ 9‎ A B 答案(1)①吸热　②0.2　0.002 5 mol·L-1·s-1‎ ‎(2)B　>‎ 解析(1)①由表中数据可以看出,温度越高,化学平衡常数越大,则该反应为吸热反应。②由“三段式”进行计算,设达到平衡时,N2转化了x mol·L-1,则有:‎ ‎　　　　　　N2(g)　+　O2(g)2NO(g)‎ 起始/(mol·L-1) 0.15 0.15 0‎ 转化/(mol·L-1) x x 2x 平衡/(mol·L-1) 0.15-x 0.15-x 2x K=1=,解得x=0.05。故平衡时n(NO)=2×0.05 mol·L-1×‎2 L=0.2 mol。v(N2)==0.002 5 mol·L-1·s-1。(2)该反应为气体分子数减小的反应,增大压强,平衡正向移动,即压强越大,N2的平衡转化率越大,图A错误,图B正确。该反应为放热反应,温度越高,N2的平衡转化率越小,故T1>T2。‎ ‎11.(12分)在容积为‎1.00 L的容器中,通入一定量的N2O4,发生反应N2O4(g)2NO2(g),随温度升高,混合气体的颜色变深。‎ 回答下列问题:‎ ‎(1)反应的ΔH　　　　(填“大于”或“小于”)0。 ‎ 9‎ ‎(2)‎100 ℃‎时达平衡后,改变反应温度为T,c(N2O4)以0.002 0 mol·L-1·s-1的平均速率降低,经10 s后又达到平衡。‎ T　　　　(填“大于”或“小于”)‎100 ℃‎,判断理由是　 ‎ ‎　。 ‎ ‎(3)温度T时反应达平衡后,将反应容器的容积减少一半,平衡向　　　　　　(填“正反应”或“逆反应”)方向移动,判断理由是　 ‎ ‎　。 ‎ 答案(1)大于 ‎(2)大于　反应正方向吸热,反应向吸热方向进行,故温度升高 ‎(3)逆反应　对气体分子数增大的反应,增大压强平衡向逆反应方向移动 解析(1)根据题意,温度升高,混合气体颜色变深,说明升温向生成二氧化氮的方向进行,即正反应是吸热反应,焓变大于零。(2)由题意可知,改变温度后c(N2O4)以0.002 0 mol·L-1·s-1的平均速率降低,说明平衡向右进行,正反应是吸热反应,说明是升高温度。(3)温度为T时,反应达平衡后容器的容积减少一半,相当于增加压强,平衡将向气体体积减少的方向移动,即向逆反应方向移动。‎ 9‎