- 2.23 MB
- 2021-05-14 发布
- 1、本文档由用户上传,淘文库整理发布,可阅读全部内容。
- 2、本文档内容版权归属内容提供方,所产生的收益全部归内容提供方所有。如果您对本文有版权争议,请立即联系网站客服。
- 3、本文档由用户上传,本站不保证质量和数量令人满意,可能有诸多瑕疵,付费之前,请仔细阅读内容确认后进行付费下载。
- 网站客服QQ:403074932
2011年高考各地化学试题分类汇编和解析
十一、化学反应速率和化学平衡
【经典例题】
1.速率~时间图 此类图像定性揭示了v正、v逆随时间(含条件改变对速率的影响)而变化的规律,体现了平衡的“动、等、定、变”的基本特征,以及平衡移动的方向等。如N2+ 3H22NH3+Q建立平衡后加热对速率的影响如图1。
***(图1、2)
2.浓度~时间图 此类图像能说明各平衡体系组分(或某一成分)在反应过程中的变化情况。如A+BAB反应情况如图2,此类图像要注意各物质曲线的折点(达平衡)时刻相同,各物质浓度变化的内在联系及其比例符合化学方程式中的系数关系。
3.全程速率~时间图 如Zn与足量盐酸的反应,反应速率随时间的变化出现如下情况如图3,解释原因:AB段(v渐增),因反应为放热反应,随反应的进行,温度渐增,导致反应速率的渐增;BC段(v渐小),则主要因为随反应的迸行,溶液中 [H+]渐小,导致反应速率的减小。故分析时要抓住各阶段的主要矛盾,认真探究。
***(图3)
4.含量~时间~温度(压强)图 常见形式有如下几种。 (C%指产物百分数;B%指某反应物百分数)(在其他条件不变时,改变任一条件如:使用催化剂或温度升高或压强增大,都能缩短到达平衡的时间),这种图像的折点反映了速率大小——T (P)高低;水平线高低对应平衡移动方向。
***(图4)
(a用催剂,b不用)
(T2>T1,正反应为吸热反应)
(T2>T1,正反应为放热反应)
(P1>P2,正反应为体积减小)
(P1>P2,正反应为体积增大)
5.恒压(温)线 该类图的纵坐标为物质的平衡浓度(c)或反应物的转化率(α),横坐标为温度(T)或压强(P),常见类型有:
***(图5)
6.速率——温度(压强)图,这类图有两种情况,一是不隐含时间因素的速率——时间图,二是隐含时间变化的速率——时间图。以2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g);△H<0为例,v-t(P)图如图6。v-t(P)图:**(图6)
7.其它如图在一定条件下,将X、Y按不同的物质的量比放入密闭容器中反应,平衡后测得X和Y的转化率(α)与起始两物质的物质的量之比[n(X)/n(Y)]的关系如图7,据此可推知X、Y的反应式系数比为3:1。
***(图7)
如图8曲线是其它条件不变时,某反应物的最大转化率 (α)与温度(T)的关系曲线,图中标出的1、2、3、4四个点,表示v(正)>v(逆)的点是3,表示v(正)V逆,即逆反应减小的倍数大,错误。
3.(09天津卷5)人体血液内的血红蛋白(Hb)易与O2结合生成HbO2,因此具有输氧能力,CO吸入肺中发生反应:CO+HbO2O2+HbCO ,37 ℃时,该反应的平衡常数K=220 。HbCO的浓度达到HbO2浓度的0.02倍,会使人智力受损。据此,下列结论错误的是
A.CO与HbO2反应的平衡常数K=
B.人体吸入的CO越多,与血红蛋白结合的O2越少
C.当吸入的CO与O2浓度之比大于或等于0.02时,人的智力才会受损
D.把CO中毒的病人放入高压氧仓中解毒,其原理是使上述平衡向左移动
答案:C
解析:由反应方程式知,K的表达式正确,A对;CO与HbO2反应的平衡常数达220,可见其正向进行的程度很大,正确。K=,由题意知,K=220, 时,人受损,则C(CO)/C(O2)=9×10-5,C项错。D项,当O2浓度很大时,题中平衡将逆向移动,从而解救人,正确。
4.(09江苏卷14)I2在KI溶液中存在下列平衡:
某I2、、KI混合溶液中, 的物质的量浓度c()与温度T的关系如图所示(曲线上任何一点都表示平衡状态)。下列说法正确的是
A. 反应 的△H>0w.w.w.k.s.5.u.c.o.m
B.若温度为,反应的平衡常数分别为
C.若反应进行到状态D时,一定有
D.状态A与状态B相比,状态A的c(I2)大
答案:BC
解析:
随着温度的不断升高,的浓度逐渐的减小,说明反应向逆方向移动,也就意味着该反应是放热反应,所以,所以A项错;
因为,,所以当温度升高时,反应向逆方向移动,即;C项,
从图中可以看出D点并没有达到平衡状态,所以它要向A点移动,这时的浓度在增加,所以,C项正确;D项,从状态A到状态B,的浓度在减小,那么的浓度就在增加。
5.(09广东理科基础29)已知汽车尾气无害化处理反应为
下列说法不正确的是
A.升高温度可使该反应的逆反应速率降低
B.使用高效催化剂可有效提高正反应速率
C.反应达到平衡后,N0的反应速率保持恒定
D.单位时间内消耗CO和CO2的物质的量相等时,反应达到平衡
答案:A
解析:升温,无论是正反应,还是逆反应,速率均加快,A项错;催化剂可以加快化学反应速率,B项正确;达平衡后,各组分的速率保持不变,C项正确;由于CO和CO2的计量系数相等,故当两者同时消耗的量相等时,反应即达平衡,D项正确。
6.(09福建卷10) 在一定条件下,Na2CO3溶液存在水解平衡:
。下列说法正确的是
A. 稀释溶液,水解平衡常数增大 B. 通入CO2,平衡朝正反应方向移动
C. 升高温度,减小 D. 加入NaOH固体,溶液PH减小
答案:B
解析:平衡常数仅与温度有关,故稀释时是不变的,A项错;CO2通入水中,相当于生成H2CO3,可以与OH-反应,而促进平衡正向移动,B项正确;升温,促进水解,平衡正向移动,故表达式的结果是增大的,C项错;D项,加入NaOH,碱性肯定增强,pH增大,故错。
7.(09福建卷12)某探究小组利用丙酮的溴代反应:()来研究反应物浓度与反应速率的关系。反应速率通过测定溴的颜色消失所需的时间来确定。在一定温度下,获得如下实验数据:
分析实验数据所得出的结论不正确的是w.w.w.k.s.5.u.c.o.m
A. 增大增大 B. 实验②和③的相等
C. 增大增大 D. 增大,增大
答案:D
解析:从表中数据看,①④中CH3COCH3,HCl的浓度是相同的,而④中Br2比①中的大,所以结果,时间变长,即速率变慢了,D项错。其他选项依次找出表中两组相同的数据,看一变量对另一变量的影响即可。
8. (09广东化学7)难挥发性二硫化钽(TaS2 )可采用如下装置提纯。将不纯的TaS2 粉末装入石英管一端,抽真空后引入适量碘并封管,置于加热炉中。反应如下:
TaS2 (s)+2I2 (g)TaI4 (g)+S2 (g)
下列说法正确的是
A.在不同温度区域,TaI4 的量保持不变
B. 在提纯过程中,I2 的量不断减少
C.在提纯过程中,I2 的作用是将TaS2 从高温区转移到低温区
D. 该反应的平衡常数与TaI4 和S2 的浓度乘积成反比
答案:C
解析:根据反应条件可知当温度不同时反应进行的主要方向不同所以A错误。
因为是在同一密闭系统中有质量守恒定律可知I2的量不可能不断减少,而是充当一个“搬运工”的角色,将TaS2从高温区转移到低温区,B错误。
根据平衡常数表达式可知K与Tal4 和S2 的浓度乘积成正比,D错误。
9.(09广东化学15)取五等份NO2 ,分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中,发生反应:2NO2(g) N2O4(g),ΔH<0 反应相同时间后,分别测定体系中NO2的百分量(NO2%),并作出其随反应温度(T)变化的关系图。下列示意图中,可能与实验结果相符的是
答案:BD
解析:在恒容状态下,在五个相同的容器中同时通入等量的NO2,反应相同时间。那么则有两种可能,一是已达到平衡状态,二是还没有达到平衡状态,仍然在向正反应移动。若5个容器在反应相同时间下,均已达到平衡,因为该反应是放热反应,温度越高,平衡向逆反应方向移动,NO2的百分含量随温度升高而升高,所以B正确。若5个容器中有未达到平衡状态的,那么温度越高,反应速率越大,会出现温度高的NO2转化得快,导致NO2的百分含量少的情况,在D图中转折点为平衡状态,转折点左则为未平衡状态,右则为平衡状态,D正确。
10.(09北京卷9)已知有相同容积的定容密封容器甲和乙,甲中加入和各0.1mol ,乙中加入HI 0.2mol,相同温度下分别达到平衡。欲使甲中HI的平衡浓度大于乙中HI的平衡浓度,应采取的措施是
A.甲、乙提高相同温度 B 甲中加入0.1mol He,乙不改变
C.甲降低温度,乙不变 D 甲增加0.1mol ,乙增加0.1mol
答案:C
【解析】本题考查化学平衡移动、等效平衡。 在相同条件下,甲、乙容器中达平衡时是等效平衡,欲使甲中HI的平衡浓度大于乙中HI的平衡浓度,则甲中平衡向着正反应方向移动,同时乙向着逆反应方向移动或者不移动。选项A,甲、乙提高相同温度时,平衡均向逆反应方向移动,且达平衡是二者等效,HI浓度相等。选项B,加入稀有气体时,平衡不移动,二者HI浓度相等。选项C,甲降低温度平衡向着正反应方向移动,达平衡是HI浓度增大,而乙中HI浓度不变,符合题意。选项D,甲中增加等量的H2或I2,达平衡是HI浓度相等。
11. (09四川卷13)在一体积可变的密闭容器中,加入一定量的X、Y,发生反应 kJ/mol。反应达到平衡时,Y的物质的量浓度与温度、气体体积的关系如下表所示:
气体体积
C(Y)/mol·L-1
温度℃
1
2
3
100
1.00
0.75
0.53
200
1.20
0.09
0.63
300
1.30
1.00
0.70
下列说法正确的是
A.m>n B.Q<0
C.温度不变,压强增大,Y的质量分数减少
D.体积不变,温度升高,平衡向逆反应方向移动
答案:C
【解析】 根据题目信息可得,在温度相同的条件下,当体积扩大到原来的两倍时,Y的浓度降低的倍数小于2,所以可确定增大体积,平衡正向移动,根据平衡移动原理,增大体积,平衡向体积增大的方向移动,因此A错误,C项正确。当体积相同时,温度升高,Y的浓度增大,即平衡正向移动,所以此反应的正向为放热反应,B、D错误。
【点评】本题主要通过控制变量讨论化学平衡移动问题,对于学生的基本功要求较高。
12. (09重庆卷13)各可逆反应达平衡后,改变反应条件,其变化趋势正确的是
答案:D
解析:A项CH3COOH溶液中加入CH3COONa固体,CH3COOH溶液中CH3COO—浓度增加,电离平衡逆向移动,c(H+)减小,pH逐渐增大,A错误;B项加入KCl对平衡体系无影响,化学平衡不移动,B错误;C项恒温恒压,加入Ar,各反应物的物质的量不变,体积变大,各物质的量浓度成倍减小(等效于减压),化学平衡朝体积增大方向移动,H2的改变量减小,起始量不变,转化率减小,C错误;大暗暗选D。
13.(09海南卷4)在25℃时,密闭容器中X、Y、Z三种气体的初始浓度和平衡浓度如下表:
下列说法错误的是:w.w.w.k.s.5.u.c.o.m
A.反应达到平衡时,X的转化率为50%
B.反应可表示为X+3Y2Z,其平衡常数为1600
C.增大压强使平衡向生成Z的方向移动,平衡常数增大
D.改变温度可以改变此反应的平衡常数
答案:C
解析: 由 aX+ bY cZ
初始浓度/mol·L-1 0.1 0.2 0
平衡浓度/mol·L-1 0.05 0.05 0.1
转化浓度/mol·L-1 0.05 0.15 0.1
利用转化浓度之比等于化学计量数比可得到化学方程式为X+3Y2Z,这样再利用相关数据可得到A、B正确,D因为平衡常数是温度函数而正确。
点评:本题考查化学反应速率和化学平衡的相关知识。最快捷的方法是利用排除法,抓住化学平衡常数是温度函数,即可得到C错误。
14.(09宁夏卷10)硫代硫酸钠溶液与稀硫酸反应的化学方程式为:Na2S2O3+H2SO4=Na2SO4+SO2+S↓+H2O,下列各组实验中最先出现浑浊的是
实验
反应温度/℃
Na2S2O3溶液
稀H2SO4
H2O
V/mL
c/(mol·L-1)
V/mL
c/(mol·L-1)
V/mL
A
25
5
0.1
10
0.1
5
B
25
5
0.2
5
0.2
10
C
35
5
0.1
10
0.1
5
D
35
5
0.2
5
0.2
10
答案:D
解析:影响化学反应速率的因素众多,本题从浓度和和温度两个因素考查,非常忠实于新教材必修2,只要抓住浓度越大,温度越高反应速率越大,便可以选出正确答案D。
15.(09宁夏卷13)在一定温度下,反应1/2H2(g)+ 1/2X2(g) HX(g)的平衡常数为10。若将1.0mol的HX(g)通入体积为1.0L的密闭容器中,在该温度时HX(g)的最大分解率接近于
A. 5% B. 17% C. 25% D.33%
答案:B
解析:
1/2H2(g)+ 1/2X2(g) HX(g)的平衡常数K1为10,那么HX(g) 1/2H2(g)+ 1/2X2(g) 的平衡常数K2为1/10, 2HX(g) H2(g)+ X2(g) 的平衡常数K3为(1/10)2=0.01.设HX(g)分解xmol/L,有, 2HX(g) H2(g)+ X2(g)
1 0 0
x x x
1-x x x
K3= x·x/(1-x) 2= 0.01 ,得到x=0.17,所以, 该温度时HX(g)的最大分解率接近于B. 17%
16.(09全国卷Ⅱ27)(15分)w.w.w.k.s.5.u.c.o.m
某温度时,在2L密闭容器中气态物质X和Y反应生成气态物质Z,它们的物质的量随时间的变化如表所示。
(1)根据左表中数据,在右图中画出X、Y、Z的物质的量(n)随时间(t)变化的曲线:
t/min
X/mol
Y/mol
Z/mol
0
1.00
1.00
0.00
1
0.90
0.80
0.20
3
0.75
0.50
0.50
5
0.65
0.30
0.70
9
0.55
0.10
0.90
10
0.55
0.10
0.90
14
0.55
0.10
0.90
(2) 体系中发生反应的化学方程式是______________;
(3) 列式计算该反应在0-3min时间内产物Z的平均反应速率:_______________;
(4) 该反应达到平衡时反应物X的转化率等于___________________________;
(5) 如果该反应是放热反应。改变实验条件(温度、压强、催化剂)得到Z随时间变化的曲线①、②、③(如右图所示)则曲线①、②、③所对应的实验条件改变分别是:
① _________________ ②________________ ③__________________
答案:
解析:本题考查化学反应速率和化学平衡的综合运用,注意图像和有关计算。
(1)根据题目中表格给出的数据,在坐标系中找出相应的点,然后用光滑的曲线描点即可。
(2)根据题意,可以利用“三步法”求解
开始 1.00 1.00 0
转化 0.45 0.9 0.9
平衡 0.55 0.1 0.9
根据各物质的量之比可得体系中发生反应的化学方程式是:。
(3)根据图像可知在3min时,生成物Z的物质的量为0.5mol, 其平均速率为0.083mol/L·min。
(4)X的转化率等于0.45。
(5)由题目所给图象可知,在1中,平衡时Z的物质的量小于原平衡的物质的量,说明平衡逆向移动,条件为升高温度。在2中,平衡时Z的物质的量与原平衡相同,且速率加快,条件为加入催化剂;在3中,平衡正向移动,且速率加快,条件为加压。
17.(09安徽卷28)(17分)Fenton法常用于处理含难降解有机物的工业废水,通常是在调节好PH和浓度的废水中加入H2O2,所产生的羟基自由基能氧化降解污染物。现运用该方法降解有机污染物p-CP,探究有关因素对该降解反应速率的影响。
[实验设计]控制p-CP的初始浓度相同,恒定实验温度在298K或313K(其余实验条件见下表),设计如下对比试验。
(1)请完成以下实验设计表(表中不要留空格)。
实验
编号
实验目的
T/K
PH
c/10-3mol·L-1
H2O2
Fe2+
①
为以下实验作参考
298
3
6.0
0.30
②
探究温度对降解反应速率的影响
③
298
10
6.0
0.30
[数据处理]实验测得p-CP的浓度随时间变化的关系如右上图。
(2)请根据右上图实验①曲线,计算降解反应在50~150s内的反应速率:
(p-CP)= mol·L-1·s-1
[解释与结论]
(3)实验①、②
表明温度升高,降解反应速率增大。但温度过高时反而导致降解反应速率减小,请从Fenton法所用试剂H2O2的角度分析原因: 。
(4)实验③得出的结论是:PH等于10时, 。
[思考与交流]
(5)实验时需在不同时间从反应器中取样,并使所取样品中的反应立即停止下来。根据上图中的信息,给出一种迅速停止反应的方法:
答案:(1)
实验编号
实验目的
T/K
PH
c/10-3mol·L-1
H2O2
Fe2+
①
②
313
3
6.0
0.30
③
探究实验的对PH降解反应速率的影响
(2)8.0×10-6(3)过氧化氢在温度过高时迅速分解。
(4)反应速率趋向于零(或该降解反应趋于停止)
(5)将所取样品迅速加入到一定量的NaOH溶液中,使pH约为10(或将所取样品骤冷等其他合理答案均可)
解析:(1)实验①是参照实验,所以与实验①相比,实验②和③只能改变一个条件,这样才能起到对比实验的目的,则实验②是探究温度对反应速率的影响,则T=313K,pH=3,c(H2O2)=6.0 mol·L-1,c(Fe2+)=0.30 mol·L-1,实验③显然是探究pH的大小对反应速率的影响;(2)在50~150s内,△c(p-CP)=0.8mol·L-1,则v (p-CP)=0.08mol·L-1·s-1;(3)温度过高时,H2O2分解,c(H2O2)浓度减小,导致反应速率减小;(4)从图中看出,pH=10时,c(p-CP)不变,即反应速率为零,说明碱性条件下,有机物p-CP不能降解;
(5)从第(4)可以得出,在发言液中加入NaOH溶液,使溶液的pH迅速增大,反应停止。
18.(山东卷28)(14分)运用化学反应原理研究氮、氧等单质及其化合物的反应有重要意义。
(1)合成氨反应反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g),若在恒温、恒压条件下向平衡体系中通入氩气,平衡 移动(填“向左”“向右”或“不”);,使用催化剂 反应的ΔH(填“增大”“减小”或“不改变”)。
(2)O2 (g)= O+2(g)+e- H1= 1175.7 kJ·mol-1
PtF6(g)+ e-1 PtF6-(g) H2= - 771.1 kJ·mol-1
O2+PtF6-(s)=O2+(g)+PtF6- H3=482.2 kJ·mol-1
则反应O2(g)+ PtF6 (g) = O2+PtF6- (s)的H=_____________ kJ·mol-1。
(3)在25℃下,向浓度均为0.1 mol·L-1的MgCL2和CuCl2混合溶液中逐滴加入氨水,先生成__________沉淀(填化学式),生成该沉淀的离子方程式为____________。已知25℃时Ksp[Mg(OH)2]=1.8×10-11,KsP[Cu(OH)2]=2.2×10-20。
(4)在25℃下,将a mol·L-1的氨水与0.01 mol·L-1的盐酸等体积混合,反应平衡时溶液中c(NH4*)=c(Cl-),则溶液显_____________性(填“酸”“碱”或“中”);用含a的代数式表示NH3·H2O的电离常数Kb=__________。
答案: (1)向左 不改变 (2)-77.6 (3)Cu(OH)2 Cu2++2NH3·H2O=Cu(OH)2 ↓+2NH4+
(4)中 Kb=10-9/(a-0.01)mol·L-1.
解析:(1)在恒压条件下加入氩气,则容积增大,导致原平衡中各物质的浓度同等比例减小,所以平衡向气体体积增大的方向即向左移动;催化剂仅是改变化学反应速率,不会影响焓变。(2)根据盖斯定律,将化学方程式①+②-③叠加。
(3)Cu(OH)2 的Ksp小于Mg(OH)2的,所以离子的浓度商首先大于Cu(OH)2 的而先沉淀;由于氨水是弱碱,书写离子方程式时
不能拆开。
(4)由溶液的电荷守恒可得: c(H*)+c(NH4*)=c(Cl-)+c(OH-),已知c(NH4*)=c(Cl-),则有c(H*)=c(OH-),溶液显中性;电离常数只与温度有关,则此时NH3·H2O的电离常数
Kb= [c(NH4*)·c(OH-)]/c(NH3·H2O)= (0.01 mol·L-1·10-7mol·L-1)/(amol·L-1-0.01 mol·L-1)= 10-9/(a-0.01)mol·L-1.
19.(09江苏卷17)(8分)废旧印刷电路板的回收利用可实现资源再生,并减少污染。废旧印刷电路板经粉碎分离,能得到非金属粉末和金属粉末。
(1)下列处理印刷电路板非金属粉末的方法中,不符合环境保护理念的是 (填字母)。
A.热裂解形成燃油 B.露天焚烧
C.作为有机复合建筑材料的原料 D.直接填埋
(2)用的混合溶液可溶出印刷电路板金属粉末中的铜。已知:
====
====
====
在溶液中与反应生成和的热化学方程式为 。
(3)控制其他条件相同,印刷电路板的金属粉末用10℅和3.0的混合溶液处理,测得不同温度下铜的平均溶解速率(见下表)。
温度(℃)
20
30
40
50
60
70
80
铜平均溶解速率
()
7.34
8.01
9.25
7.98
7.24
6.73
5.76
当温度高于40℃时,铜的平均溶解速率随着反应温度升高而下降,其主要原因是 。
(4)在提纯后的溶液中加入一定量的和溶液,加热,生成沉淀。制备的离子方程式是 。
答案: (1)BD(2)Cu(s)+H2O2 (l)+2H+(aq)=Cu2+(aq)+2H2O(l) △H=-319.68KJ.mol-1
(3)H2O2 分解速率加快(4)2Cu2++SO32-+2Cl-+H2O2CuCl↓+SO42-+2H+
解析:(1)有关环保的比较容易。(2)主要考察盖斯定律的灵活运用。适当变形,注意反应热的计算。不要忽视热化学方程式的书写的注意事项。(3)考察影响化学反应速率的因素,结合双氧水的性质即可得出答案。(4)根据题目条件书写离子方程式常规题。
20.(09江苏卷20)(10分)联氨(N2H4)及其衍生物是一类重要的火箭燃料。N2H4与N2O4反应能放出大量的热。
(1)已知:2NO2(g)=====N2O4(g) △H=-57.20kJ·mol-1。一定温度下,在密闭容器中反应2NO2(g)N2O4(g)达到平衡。
其他条件不变时,下列措施能提高NO2转化率的是 (填字幕)
A.减小NO2的浓度 B.降低温度 C.增加NO2的浓度 D.升高温度
(2)25℃时,1.00gN2H4(l)与足量N2O4(l)完全反应生成N2(g)和H2O(l),放出19.14kJ的热量。则反应2N2H4(l)+N2O4(l)=3N2(g)+4H2O(l)的△H= kJ·mol-1
(3)17℃、1.01×105Pa,密闭容器中N2O4和NO2的混合气体达到平衡时,c(NO2)=0.0300 mol·L-1、c(N2O4)=0.0120 mol·L-1。计算反应2NO2(g)N2O4(g)的平衡常数K。
(4)现用一定量的Cu与足量的浓HNO3反应,制得1.00L已达到平衡的N2H4和NO2的混合气体(17℃、1.01×105Pa),理论上至少需消耗Cu多少克?
答案:(1)BC(2)-1224.96
(3)根据题意知平衡时:;
K=
答:平衡常数为13.3。
(4)由(3)可知,在17℃、1.01×105Pa达到平衡时,1.00L混合气体中:
则
由===可得
答:理论上至少需消耗Cu 1.73 g.
解析:(1)考查影响化学平衡移动的因素(2)简单的反应热计算要注意将质量转化为物质的量,还要注意比例关系。(3)(4)见答案
21.(09浙江卷27)(15分)超音速飞机在平流层飞行时,尾气中的会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的和转变成和,化学方程式如下:
为了测定在某种催化剂作用下的反应速率,在某温度下用气体传感器测得不同时间的NO和CO浓度如表:
请回答下列问题(均不考虑温度变化对催化剂催化效率的影响):
(1)在上述条件下反应能够自发进行,则反应的 0(填写“>”、“<”、“=”。
(2)前2s内的平均反应速率v(N2)=_____________。
(3)在该温度下,反应的平衡常数K= 。
(4)假设在密闭容器中发生上述反应,达到平衡时下列措施能提高NO转化率的是 。
A.选用更有效的催化剂 B.升高反应体系的温度
C.降低反应体系的温度 D.缩小容器的体积
(5)研究表明:在使用等质量催化剂时,增大催化剂比表面积可提高化学反应速率。为了分别验证温度、催化剂比表面积对化学反应速率的影响规律,某同学设计了三组实验,部分实验条件已经填在下面实验设计表中。
①请在上表格中填入剩余的实验条件数据。
②请在给出的坐标图中,画出上表中的三个实验条件下混合气体中NO浓度随时间变化的趋势曲线图,并标明各条曲线是实验编号。
答案:(1)< (2) 1.88×10-4mol/(L·s) (3)5000 (4)C、D(5)①II: 280、1.20×10-3、5.80×10-3Ⅲ:1.2×10-3 、5.80×10-3
②
解析:(1)自发反应,通常为放热反应,即H小于0。(2)以NO计算,2s内NO的浓度变化为(10-2.5)×10-4mol/L,V(NO)=7.5×10-4/2 =3.75×10-4mol/(L·s)。根据速率之比等于计量系数比可知,V(N2)=1/2 V(NO)=1.875×10-4mol/(L·s)。
(3)==5000。
(4)催化剂不影响平衡的移动,A项错;该反应放热,故降温平衡正向移动,NO转化率增大,B项错,C项正确;缩小体积,即增大压强,平衡向体积减小的方向运动,即正向移动,D项正确。
(5)本题为实验探究题,目的是研究温度和催化剂的比表面积对速率的影响,研究时只能是一个变量在起作用,所以II中数据与I比较催化剂的比表面积增大了,故其他的数据应与I完全相同;III中数据与II比较,催化剂的比表面积数据未变,但是温度升高,故其他数据是不能改变的。实质I、II研究是催化剂的比表面积对速率的影响,II、III研究是温度对速率的影响。作图,可根据先拐先平的原则,即最里面的线先达平衡,速率快,应对应于III(因为其温度和催化剂的比表面积是三组中最高的),II比I快,因为两组温度相同,但是II中催化剂的比表面积大。
22.(10分)甲酸甲酯水解反应方程式为:
某小组通过实验研究该反应(反应过程中体积变化忽略不计)。反应体系中各组分的起始量如下表:
甲酸甲酯转化率在温度T1下随反应时间(t)的变化如下图:
(1)根据上述条件,计算不同时间范围内甲酸甲酯的平均反应速率,结果见下表:
请计算15~20min范围内甲酸甲酯的减少量为 mol,甲酸甲酯的平均反应速率
为 mol·min-1(不要求写出计算过程)。
(2)依据以上数据,写出该反应的反应速率在不同阶段的变化规律及其原因: 。
(3)上述反应的平衡常数表达式为:,则该反应在温度T1下的K值为 。
(4)其他条件不变,仅改变温度为T2(T2大于T1),在答题卡框图中画出温度T2下甲酸甲酯转化率随反应时间变化的预期结果示意图。
答案:(1)0.045 9.0×10-3 (2)该反应中甲酸具有催化作用
①反应初期:虽然甲酸甲酯的量较大,但甲酸量很小,催化效果不明显,反应速率较慢。
②反应中期:甲酸量逐渐增多,催化效果显著,反应速率明显增大。③反应后期:甲酸量增加到一定程度后,浓度对反应速率的影响成主导因素,特别是逆反应速率的增大,使总反应速率逐渐减小,直至为零。(3)0.14
(4)
解析:(1)15min时,甲酸甲酯的转化率为6.7%,所以15min时,甲酸甲酯的物质的量为1-1.00mol×6.7%==0.933mol;20min时,甲酸甲酯的转化率为11.2%所以20min时,甲酸甲酯的物质的量为1-1.00mol×11.2%==0.888mol,所以15至20min甲酸甲酯的减少量为0.933mol-0.888mol=0.045mol,则甲酸甲酯的平均速率=0.045mol/5min==0.009mol·min-1。
(2)参考答案。(3)由图象与表格可知,在75min时达到平衡,甲酸甲酯的转化率为24%,所以甲酸甲酯转化的物质的量为1.00×24%=0.24mol,结合方程式可计算得平衡时,甲酸甲酯物质的量=0.76mol,水的物质的量1.75mol,甲酸的物质的量=0.25mol 甲醇的物质的量=0.76mol所以K=(0.76×0.25)/(1.75×0.76)=1/7
(4)因为升高温度,反应速率增大,达到平衡所需时间减少,所以绘图时要注意T2达到平衡的时间要小于T1,又该反应是吸热反应,升高温度平衡向逆反应方向移动,甲酸甲酯的转化率减小,所以绘图时要注意T2达到平衡时的平台要低于T1。
23.(09北京卷28)(15分)以黄铁矿为原料生产硫酸的工艺流程图如下:
(1)将燃烧黄铁矿的化学方程式补充完整
4 +11
(2)接触室中发生反应的化学方程式是 。
(3)依据工艺流程图判断下列说法正确的是(选填序号字母) 。
a. 为使黄铁矿充分燃烧,需将其粉碎
b. 过量空气能提高的转化率
c. 使用催化剂能提高的反应速率和转化率
d. 沸腾炉排出的矿渣可供炼铁
(4)每160g气体与化合放出260.6kJ的热量,该反应的热化学方程是 。
(5)吸收塔排出的尾气先用氨水吸收,再用浓硫酸处理,得到较高浓度的和铵盐。
①既可作为生产硫酸的原料循环再利用,也可用于工业制溴过程中吸收潮湿空气中的。吸收的离子方程式是 。
② 为测定该铵盐中氮元素的质量分数,将不同质量的铵盐分别加入到50.00mL相同浓度的溶液中,沸水浴加热至气体全部逸出(此温度下铵盐不分解)。该气体经干燥后用浓硫酸吸收完全,测定浓硫酸增加的质量。
部分测定结果;
铵盐质量为10.00g和20.00g 时,浓硫酸增加的质量相同;铵盐质量为30.00g时,浓硫酸增加的质量为0.68g;铵盐质量为40.00g时,浓硫酸的质量不变。
计算:该铵盐中氮元素的质量分数是 %; 若铵盐质量为15.00g。 浓硫酸增加的质量为 。 (计算结果保留两位小数)
答案:(1)FeS2(2)(3)a b d
(4)SO3(g) + H2O(l) = H2SO4(l);ΔH=-130.3kJ/mol(5)①SO2 + Br2 + 2H2O = 4H+ + 2Br- + SO42-②14.56 2.31g
【解析】本题主要考查硫酸工业、热化学方程式的书写、计算等。
(1)根据原子守恒即可判断该物质为FeS2。
(2)SO2和O2在接触室发生反应生成SO3:2SO2 + O2 2SO3。
(3)选项a,将黄铁矿粉碎更增加反应接触面积而加快反应速率。选项b,增加空气(O2)浓度能提高SO2的转化率。选项c,催化剂对转化率无影响。选项d,矿渣中含有Fe2O3,可用于冶炼铁。
(4)160g SO3(g)与H2O(l)反应生成H2SO4(l)放出260.6kJ热量,则1mol SO3(g)与H2O(l)反应生成H2SO4(l)放出130.3kJ热量,则相关热化学方程式为: SO3(g) + H2O(l)=H2SO4(l);△H=-130.3kJ/mol。
(5)10g时说明铵盐不足,20g时说明氢氧化钠不足,由10.00g和20.00g 时浓硫酸增加的质量相同说明铵盐有酸式根产生的氨气, 氢氧化钠的物质的量浓度为Cmol/L
设10克中有Xmol的 (NH4)2SO4 和ymol的NH4HSO4则
132X + 115y=10…………………………………………………….(1)
10g时说明铵盐不足由N守恒知
n(NH3)=2X + y
20g时铵盐已经过量,氢氧化钠先和酸式根反应,则(NH4)2SO4为2Xmol,2ymol的NH4HSO4
HSO4— + OH— = SO42— + H2O
1 1
2y 2y
NH4+ + OH— = NH3 + H2O
1 1
50C×10—3—2y 50C×10—3—2y
由于产生的氨气一样多
n(NH3)=2X + y=50C×10—3—2y………………………………….(2)
30g时铵盐过量,则(NH4)2SO4为3Xmol,3ymol的NH4HSO4 n(NH3)=0.68/17=0.04mol
HSO4— + OH— = SO42— + H2O
1 1
3y 3y
NH4+ + OH— = NH3 + H2O
1 1
50C×10—3—3y 0.04
所以
50C×10—3—3y=0.04…………………………………………………….(3)
联立(1) (2) (3)解得
X=0.02mol y=0.064mol C=4.64mol/L
氮的质量百分含量= ×100%=(0.04+0.064) ×14/10×100%=14.56%
15g时铵盐已经过量,则(NH4)2SO4为1.5Xmol,1.5 ymol的NH4HSO4
HSO4— + OH— = SO42— + H2O
1 1
1.5y 1.5y
NH4+ + OH— = NH3 + H2O
1 1
50C×10—3—1.5y 50C×10—3—1.5y
n(NH3)= 50C×10—3—1.5y=50×4.64×10—3—1.5×0.064=0.136mol
m(NH3)=0.136×17=2.31g