1、课时规范练20化学反应的方向和限度(时间:45分钟满分:100分)一、选择题(本题共8小题,每小题6分,共48分,每小题只有一个选项符合题目要求)1.下列过程属于熵增加的是()。A.一定条件下,水由气态变成液态B.工业上合成氨C.将散落的火柴放入火柴盒D.固态碘升华答案:D解析:熵增加的过程就是物质的混乱程度增大的过程。水由气态变成液态是熵减小的过程,A不符合题意;工业合成氨的反应为N2+3H22NH3,该反应为熵减小的过程,B不符合题意;将散落的火柴放入火柴盒是熵减小的过程,C不符合题意;固态碘升华属于熵增加的过程,D符合题意。2.下列说法错误的是()。A.同一物质在气态时熵值最大,液态时次
2、之,而固态时熵值最小B.硝酸铵溶于水吸热,说明其溶于水不是自发的过程C.不借助外力能自发进行的过程,其体系的能量趋向于从高能量状态转变为低能量状态D.由能量判据和熵判据组合而成的复合判据,更适合于所有的过程答案:B解析:虽然硝酸铵溶于水吸热,但因为体系的熵增大,故在常温下也能自发进行。3.已知某密闭容器中存在下列平衡:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),其他条件不变,平衡时c(CO2)与温度t的关系如图所示。下列说法错误的是()。A.平衡状态A与C相比,平衡状态A的c(CO)较小B.在t2时,D点的反应速率:v(逆)v(正)C.反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
3、的H0D.若t1、t2时的平衡常数分别为K1、K2,则K1K2答案:A解析:由题图可知题给反应正反应吸热,C项正确。升高温度平衡正向移动,CO浓度减小,所以A点CO浓度大,A项错误。由于t2时反应进行到状态D,c(CO2)高于平衡浓度,所以反应向逆反应方向进行,则一定有v(正)v(逆),B项正确。由于正反应是吸热反应,升高温度平衡向正反应方向移动,化学平衡常数增大,故K1K2,D项正确。4.PCl3和PCl5都是重要的化工原料。将PCl3(g)和Cl2(g)充入容积不变的2 L密闭容器中,在一定条件下发生反应PCl3(g)+Cl2(g)PCl5(g),并于10 min时达到平衡。有关数据如下:
4、物质PCl3(g)Cl2(g)PCl5(g)初始浓度/(molL-1)2.01.00平衡浓度/(molL-1)c1c20.4下列判断不正确的是()。A.10 min内,v(Cl2)=0.04 molL-1min-1B.升高温度(T1T2),反应的平衡常数减小,平衡时PCl3的物质的量变化n(T1)n(T2)1C.当容器中Cl2为1.2 mol时,反应达到平衡D.平衡后移走2.0 mol PCl3和1.0 mol Cl2,相同条件下再达平衡时,c(PCl5)0.2 molL-1答案:B解析:10min内,PCl5的浓度变化量为0.4molL-1,故Cl2的浓度变化量为0.4molL-1,所以v(
5、Cl2)=0.04molL-1min-1,A项正确。升高温度(T1T2),反应的平衡常数减小,说明正反应为放热反应,高温不利于反应向正反应方向移动,PCl3的物质的量变化较小,比值大于1,B项错误。平衡时Cl2的浓度为0.6molL-1,体积为2L,故Cl2为1.2mol,C项正确。平衡后移走2.0molPCl3和1.0molCl2,压强减小,平衡逆向移动,相同条件下再达平衡时,c(PCl5)0.2molL-1,D项正确。5.已知反应:CO(g)+CuO(s)CO2(g)+Cu(s)和反应:H2(g)+CuO(s)Cu(s)+H2O(g)在相同的某温度下的平衡常数分别为K1和K2,该温度下反应
6、:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的平衡常数为K。则下列说法正确的是()。A.反应的平衡常数K1=c(CO2)c(Cu)c(CO)c(CuO)B.反应的平衡常数K=K1K2C.对于反应,恒容时,温度升高,H2浓度减小,则该反应的焓变为正值D.对于反应,恒温恒容下,增大压强,H2浓度一定减小答案:B解析:在书写平衡常数表达式时,固体表示在平衡常数表达式中为1,A项错误。由于反应=反应-反应,因此平衡常数K=K1K2,B项正确。反应中,温度升高,H2浓度减小,则平衡左移,即逆反应为吸热反应,正反应为放热反应,因此H0,C项错误。对于反应,在恒温恒容下,增大压强,若充入惰性气体,则平
7、衡不移动,H2的浓度不变,D项错误。6.下列说法正确的是()。A.H0的反应在温度低时不能自发进行B.NH4HCO3(s)NH3(g)+H2O(g)+CO2(g)H=+185.57 kJmol-1能自发进行,原因是体系有自发地向混乱度增加的方向转变的倾向C.焓变和熵变都与反应的自发性有关,因此焓变或熵变均可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解析:H0的反应,H-TS0、S0,反应能自发进行说明H-TS0,原因是体系有自发地向混乱度增加的方向转变的倾向,B项正确。反应能否自发进行需要由焓变、熵变和温度共同决定,C项错误。在其他条
8、件不变的情况下,使用催化剂可以改变化学反应速率,但不能改变化学平衡状态和化学反应的方向,D项错误。7.一定温度下,在一个容积为1 L的密闭容器中,充入1 mol H2(g)和1 mol I2(g),发生反应H2(g)+I2(g)2HI(g),经充分反应达到平衡后,生成的HI(g)占气体体积的50%,该温度下,在另一个容积为2 L的密闭容器中充入1 mol HI(g)发生反应HI(g)12H2(g)+12I2(g),则下列判断正确的是()。A.后一反应的平衡常数为1B.后一反应的平衡常数为0.5C.后一反应达到平衡时,H2的平衡浓度为0.25 molL-1D.后一反应达到平衡时,HI(g)的平衡
9、浓度为0.5 molL-1答案:B解析:前一反应达平衡时c(H2)=c(I2)=0.5molL-1,c(HI)=1molL-1,则平衡常数K1=c2(HI)c(H2)c(I2)=120.50.5=4,而后一反应的平衡常数K2=c12(H2)c12(I2)c(HI)=1K1=0.5,A项错误,B项正确。设后一反应达平衡时c(H2)=xmolL-1,则平衡时c(I2)=xmolL-1,c(HI)=(0.5-2x)molL-1,K2=x12x120.5-2x=0.5,解得x=0.125,故平衡时c(H2)=0.125molL-1,c(HI)=0.25molL-1,C、D项错误。8.(2020四川成都
10、高三模拟)一密闭容器中存在反应:2Fe3O4(s)6FeO(s)+O2(g)H,实验测得平衡时Fe3O4的转化率随温度和压强的变化如图所示。下列说法正确的是()。A.该反应的H0B.压强p1p2C.将O2不断分离出去可以提高Fe3O4的转化率D.a、b两点的平衡常数大小:Ka0,故A项错误。相同温度下,增大压强,平衡向体积减小的方向移动,平衡逆向移动,Fe3O4的减小,ap1,故B项错误。减少生成物,平衡正向移动,Fe3O4的增大,故C项正确。平衡常数只受温度影响,a、b两点的温度相同,平衡常数相同,故D项错误。二、非选择题(本题共3个小题,共52分)9.(16分)三氯氢硅(SiHCl3)是制
11、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:2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)H1=48 kJmol-13SiH2Cl2(g)SiH4(g)+2SiHCl3(g)H2=-30 kJmol-1则反应4SiHCl3(g)SiH4(g)+3SiCl4(g)的H为 kJmol-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
12、转化率随时间变化的结果如图所示。343 K时反应的平衡转化率=%。平衡常数K343 K=(保留2位小数)。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、。比较a、b处反应速率大小:va(填“大于”“小于”或“等于”)vb。反应速率v=v(正)-v(逆)=k正xSiHCl32-k逆xSiH2Cl2xSiCl4,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v(正)v(逆)=(保留1位小数)。答案:(1)2SiHCl3+3H2O(HSiO)2O+6HCl(2)114(3)220.02及时移去产物改进催化剂提高反应物压强(浓度
13、)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)H1=48kJmol-13SiH2Cl2(g)SiH4(g)+2SiHCl3(g)H2=-30kJmol-1根据盖斯定律:3+即可得4SiHCl3(g)SiH4(g)+3SiCl4(g)H=114kJmol-1。(3)由图根据“先拐先平速率大”可知a曲线温度较高(343K),平衡转化率为22%;设SiHCl3起始物质的量为1mol,则有2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+S
14、iCl4(g)起始物质的量/mol100转化物质的量/mol0.220.110.11平衡物质的量/mol0.780.110.11平衡常数K343K=0.110.11(0.78)20.02a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xSiHCl32=k逆xSiH2Cl2xSiCl4k正k逆=xSiH2Cl2xSiCl4xSiHCl32=K343K=0.02a处SiHCl3转化率为20%,设起始时SiHCl3物质的量为1mol,则有:2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)起始物质的量/mol100转化物质的量/mol0.2
15、0.10.1a点物质的量/mol0.80.10.1此时SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4的物质的量分数分别为0.8、0.1、0.1,v(正)v(逆)=k正xSiHCl32k逆xSiH2Cl2xSiCl4=0.020.820.10.1=1.281.3。10.(2020广西玉林、柳州高三模拟)(18分)机动车尾气和燃煤产生的烟气是目前城市空气污染的重要来源。NO和CO均为汽车尾气的成分,这两种气体在催化转换器中发生反应:2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)H=-a kJmol-1。(1)CO可用于炼铁,已知:Fe2O3(s)+3C(s)2Fe(s)+3CO(g)H=+489.
16、0 kJmol-1C(s)+CO2(g)2CO(g)H=+172.5 kJmol-1则CO还原Fe2O3的热化学方程式为。(2)在一定温度下,将1.2 mol NO、1.0 mol CO气体通入固定容积为2 L的密闭容器中,反应过程中部分物质的浓度变化如图所示。020 min CO2的平均速率v(CO2)=,CO的转化率为。(3)下列能够说明该反应已经达到平衡的是(填字母)。A.该容器内压强不再改变B.上述反应的焓变H不变C.v(NO)=2v(N2)D.混合气体的密度不再变化(4)若保持反应体系的温度不变,20 min时再向容器中充CO、CO2各0.2 mol,化学平衡将(填“逆向”“正向”或
17、“不”)移动。重新达到平衡后,该反应的化学平衡常数为(结果保留2位有效数字)。答案:(1)Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g)H=-28.5 kJmol-1(2)0.01 molL-1min-140%(3)A(4)逆向0.28解析:(1)已知:Fe2O3(s)+3C(s)2Fe(s)+3CO(g)H1=+489.0kJmol-1C(s)+CO2(g)2CO(g)H2=+172.5kJmol-1由-3,得到热化学方程式:Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g)H=-28.5kJmol-1。(2)由图示可知020min内c(NO)=0.2molL-1,所以v
18、(NO)=0.2molL-120min=0.01molL-1min-1,同一反应中物质的反应速率之比等于化学计量数之比,所以v(CO2)=v(NO)=0.01molL-1min-1;c(NO)=0.2molL-1,则c(CO)=0.2molL-1,容器容积为2L,所以CO的转化率为2L0.2molL-11mol100%=40%。(3)该反应前后气体化学计量数之和不相等,所以未达到平衡时容器内气体总物质的量会变,容器恒容,则压强会变,所以压强不再改变说明反应达到平衡,故A项正确。反应是否达到平衡并不影响反应的焓变,故B项错误。反应达到平衡时正反应速率等于逆反应速率,但选项中没有指明各物质的速率是
19、正反应速率还是逆反应速率,故C项错误。反应物和生成物均为气体,所以整个过程中气体的总质量不变,容积恒定,则密度一直不变,故D项错误。(4)初始投料为1.2molNO、1.0molCO,容器容积为2L,则c(NO)=0.6molL-1,c(CO)=0.5molL-1;据图可知平衡时c(NO)=0.6molL-1,c(NO)=0.2molL-1,根据方程式可知c(CO)=0.2molL-1,c(CO2)=0.2molL-1,c(N2)=0.1molL-1,所以平衡时各物质的浓度为c(NO)=0.4molL-1,c(CO)=0.3molL-1,c(CO2)=0.2molL-1,c(N2)=0.1mo
20、lL-1,则该温度下平衡常数为K=0.10.220.420.320.28,充入CO、CO2各0.2mol后,容器容积为2L,所以c(CO)=0.4molL-1,c(CO2)=0.3molL-1,此时0.10.320.420.42=0.350.28,所以平衡逆向移动;温度不变平衡常数不变,平衡常数为0.28。11.(18分)丁烯是一种重要的化工原料,可由丁烷催化脱氢制备。回答下列问题:(1)正丁烷(C4H10)脱氢制1-丁烯(C4H8)的热化学方程式如下:C4H10(g)C4H8(g)+H2(g)H1已知:C4H10(g)+12O2(g)C4H8(g)+H2O(g)H2=-119 kJmol-1
21、H2(g)+12O2(g)H2O(g)H3=-242 kJmol-1反应的H1为 kJmol-1。图(a)是反应平衡转化率与反应温度及压强的关系图,x(填“大于”或“小于”)0.1;欲使丁烯的平衡产率提高,应采取的措施是(填字母)。A.升高温度B.降低温度C.增大压强D.降低压强图(a)图(b)图(c)(2)丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器(氢气的作用是活化催化剂),出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。图(b)为丁烯产率与进料气中n(氢气)/n(丁烷)的关系。图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势,其降低的原因是。(3)图(c)为反应产率和反应温度的关系曲线,副产物主要是高温裂解
22、生成的短碳链烃类化合物。丁烯产率在590 之前随温度升高而增大的原因可能是、;590 之后,丁烯产率快速降低的主要原因可能是。答案:(1)+123小于AD(2)原料中过量H2会使反应平衡逆向移动,所以丁烯转化率下降(3)590 前升高温度,反应平衡正向移动升高温度时,反应速率加快,单位时间产生丁烯更多更高温度导致C4H10裂解生成更多的短碳链烃,故丁烯产率快速降低解析:(1)根据盖斯定律,式-式可得式,因此H1=H2-H3=-119kJmol-1+242kJmol-1=+123kJmol-1。由图(a)可以看出,温度相同时,由0.1MPa变化到xMPa,丁烷的转化率增大,即平衡正向移动,由于反应是气体物质的量增大的反应,压强越小平衡转化率越大,所以x的压强更小,x0.1。由于反应为吸热反应,所以温度升高时,平衡正向移动,丁烯的平衡产率增大,因此A项正确,B项错误。由于反应是气体物质的量增大的反应,加压时平衡逆向移动,丁烯的平衡产率减小,因此C项错误,D项正确。(2)H2是反应的产物,增大n(氢气)n(丁烷)会促使平衡逆向移动,从而降低丁烯的产率。(3)590之前,随温度升高,反应速率增大,反应是吸热反应,升高温度平衡正向移动,生成的丁烯会更多。温度超过590,更多的丁烷裂解生成短链烃类,导致丁烯产率快速降低。
