1、专题六 化学反应速率和化学平衡一、选择题1.向恒温真空密闭容器中投入足量的FeC2O4(s),发生的反应为FeC2O4(s)FeO(s)+CO(g)+CO2(g) H(制备FeO的原理),达到平衡时测得c(CO2)=c1 molL-1。温度不变,压缩容器体积至原来的一半,达到新平衡时测得c(CO2)=c2 molL-1。下列有关说法正确的是( )A.当混合气体中CO的体积分数保持不变时达到平衡状态B.缩小容器体积,FeC2O4(s)、FeO(s)的物质的量保持不变C.两次平衡体系中c1=c2D.若温度不变,增大容器体积达到新平衡时,平衡常数减小答案 C 观察反应可知,CO、CO2是气体产物,其
2、他物质都呈固态,即反应开始后,CO的体积分数为50%且始终不变,另外,混合气体的平均摩尔质量也一直不变,A项错误;缩小容器体积相当于加压,平衡逆向移动,FeC2O4的物质的量增大,FeO的物质的量减小,B项错误;平衡常数表达式K=c(CO)c(CO2),温度不变,平衡常数不变,故达到新平衡时CO2的浓度不变,c1=c2,C项正确,D项错误。2.已知反应A(g)+3B(g) 2C(g)H0。为探究外界条件对该反应的影响,以一定量的A和c0 molL-1的B参加该反应,在a、b、c三种条件下分别达到平衡,测得B的浓度与反应时间的关系如图所示。下列叙述正确的是()A.a条件下,0t0 min内的平均
3、反应速率v(A)=c0-c13t0 molL-1min-1B.相对于a,b可能改变的条件是加压,c可能改变的条件是升温C.M点的逆反应速率大于N点的正反应速率D.该反应进行到M点放出的热量小于进行到N点放出的热量答案Da条件下,0t0 min内的平均反应速率v(A)=c0-c1300t0 molL-1min-1,故A错误。相对于a,b可能改变的条件是充入A气体,增大c(A),不可能是加压,因为缩容加压,B的起始浓度不可能仍为c0 molL-1;c可能改变的条件是升高温度,此时a、c条件下反应物起始浓度相同,符合图像,故B错误。N点处于平衡状态,v正(N)=v逆(N);相对于N点,M点温度可能低
4、于N点,c(C)小,v逆(M)v逆(N),所以v逆(M)v正(N),故C错误。该反应为放热反应,N点消耗的B比M点多,放出的热量多,故D正确。3.(2019湖北鄂东南市级示范高中联考)向某密闭容器中加入0.3 mol A、0.1 mol C和一定量的B三种气体。一定条件下发生反应,各物质浓度随时间变化如甲图所示t0t1阶段c(B)未画出。乙图为t2时刻后改变条件平衡体系中反应速率随时间变化的情况,且四个阶段都各改变一种不同的条件。已知t3t4阶段使用催化剂,下列说法中不正确的是()A.若t1=15 min,则用C的浓度变化表示在t0t1时间段的平均反应速率为0.004molL-1min-1B.
5、t4t5阶段改变的条件一定是减小压强C.B的起始物质的量为0.02 molD.t5t6阶段,容器内A的物质的量减少了0.03 mol,而此过程中容器与外界的热交换总量为a kJ,该反应的热化学方程式为3A(g)B(g)+2C(g)H = +100a kJmol-1答案C若t1=15 min,生成物C在t0t1时间段的平均反应速率v=ct=0.11molL-1-0.05 molL-115min=0.004 molL-1min-1,A项正确。t4t5阶段改变条件,正、逆反应速率都减小且相等,所以改变的条件应为减小压强,B项正确。反应中A的浓度变化为0.15 molL-1-0.06 molL-1=0
6、.09 molL-1,C的浓度变化为0.11 molL-1-0.05 molL-1=0.06 molL-1,反应中A与C的化学计量数之比为0.090.06=32,根据t4t5阶段改变压强平衡不移动可知,该反应的化学方程式为3A(g) B(g)+2C(g),由A的起始物质的量为0.3 mol和起始浓度为0.15 molL-1可知,容器的容积V=0.3mol0.15molL-1=2 L;由反应的化学方程式可知B的起始浓度为0.05 molL-1-(0.11 molL-1-0.05 molL-1)/2=0.02 molL-1,所以B的起始物质的量为0.02 molL-12 L=0.04 mol,C项
7、错误。A的物质的量减少0.03 mol,此过程中容器与外界的热交换总量为a kJ,则A的物质的量减少3 mol,与外界的热交换总量为100a kJ,根据图像可知t5t6阶段改变的条件应为升高温度,A的物质的量减少,说明反应向正反应方向移动,则正反应为吸热反应,故该反应的热化学方程式为3A(g) B(g)+2C(g)H = +100a kJmol-1,D项正确。4.在容积一定的密闭容器中,加入一定量的一氧化氮和足量碳发生反应:C(s)+2NO(g) CO2(g)+N2(g),平衡时c(NO)与温度T的关系如图所示。下列说法正确的是()A.在T2时,若反应体系处于状态D,则此时v正pBD.当容器内
8、混合气体密度不变时,反应处于平衡状态答案D在T2时,若反应体系处于状态D,此时NO浓度大于其平衡浓度,反应正向进行,v正v逆,故A错误;增大NO的物质的量,相当于加压,平衡不移动,不会改变NO的平衡转化率,故B错误;题给反应为反应前后气体体积不变的反应,气体的总物质的量相等,B、C点温度不同,根据pV=nRT可得pCpB,同理可得pB=pD,故pCpB=pD,故C错误;容积一定的密闭容器,当容器内混合气体密度不变时,气体质量不变,固体碳质量不变,反应处于平衡状态,故D正确。5.(2019江西红色七校第一次联考)一定条件下,CH4与H2O(g)发生反应:CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3
9、H2(g)。设起始n(H2O)n(CH4)=Z,在恒压下,平衡时CH4的体积分数(CH4)与Z和T(温度)的关系如图所示。下列说法正确的是()A.该反应的焓变H0B.图中Z的大小为a3bC.图中X点对应的平衡混合物中n(H2O)n(CH4)=3D.温度不变时,图中X点对应的平衡在加压后(CH4)减小答案AA项,根据图像可知,Z相同时,温度升高,(CH4)减小,说明平衡右移,则正反应是吸热反应,该反应的焓变H0,故正确;B项,温度一定时,Z增大,平衡右移,(CH4)减小,则a33,故错误;D项,加压后X点对应的平衡左移,(CH4)增大,故错误。6.(2019河北邢台高三期末)有、 3个体积均为0
10、.5 L的恒容密闭容器,在、中按不同投料比(Z)充入HCl和O2(如下表),加入催化剂发生反应:4HCl(g)+O2 (g) 2Cl2 (g)+2H2O(g)H。HCl的平衡转化率与Z和T的关系如图所示。下列说法不正确的是()容器起始时T/n(HCl)/molZ3000.25a3000.25b3000.254A.H0B.a4v逆D.300 时,该反应平衡常数的值为320答案D由题图可知,HCl平衡转化率随温度升高而减小,说明升温平衡逆向移动,正反应为放热反应,则H0,故A正确;增大氧气的物质的量,可促进HCl的转化,即投料比越小,HCl的平衡转化率越大,即a4v逆,故C正确;300 时,Z=4
11、,n(HCl)=0.25 mol,n(O2)=0.062 5 mol,即c(HCl)=0.5 mol/L,c(O2)=0.125 mol/L,HCl的平衡转化率为80%,则4HCl(g)+O2(g) 2Cl2(g)+2H2O(g)起始(mol/L)0.5 0.125 0 0转化(mol/L)0.4 0.1 0.2 0.2平衡(mol/L)0.1 0.025 0.2 0.2K=(0.2)2(0.2)2(0.1)40.025=640,故D错误。7.(2019河北唐山第一中学下学期冲刺)恒容条件下,1 mol SiHCl3发生如下反应:2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)。已知
12、:v正=v消耗(SiHCl3)=k正x2(SiHCl3),v逆=2v消耗(SiH2Cl2)=k逆x(SiH2Cl2)x(SiCl4),k正、k逆分别为正、逆反应速率常数(仅与温度有关),x为物质的量分数。如图是不同温度下x(SiHCl3)随时间的变化曲线。下列说法正确的是()A.该反应为放热反应,v正,aT1。T2温度下反应达到平衡时SiHCl3的物质的量分数比T1时小,说明升温平衡向正反应方向移动,由此推知该反应为吸热反应,选项A错误;反应达平衡状态时,v消耗(SiHCl3)=2v消耗(SiCl4),选项B错误;2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)反应前后分子数不变,即
13、反应开始至达平衡的过程中混合气体总物质的量始终为1 mol,由图像知T2温度下达到平衡时SiHCl3的物质的量分数为0.75,则此时SiH2Cl2和SiCl4的物质的量分数均为0.125,因为平衡时v正=v逆,v正=k正x2(SiHCl3)=0.752k正,v逆=k逆x(SiH2Cl2)x(SiCl4)=0.1252k逆,则0.752k正=0.1252k逆,k正k逆=0.12520.752=136,因k正和k逆只与温度有关,反应进行到a点处时v正=k正x2(SiHCl3)=0.82k正,v逆=k逆x(SiH2Cl2)x(SiCl4)=0.12k逆,v正v逆=k正k逆0.820.12=1360.
14、820.12=169,选项C正确;恒容条件下再充入1 mol SiHCl3,相当于增大压强,而2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)反应前后气体分子数不变,所以平衡不移动,x(SiH2Cl2)不变,选项D错误。二、非选择题8.(2019江西南昌一模)乙酸制氢具有重要意义:热裂解反应:CH3COOH(g) 2CO(g)+2H2(g)H = +213.7 kJmol-1脱羧基反应:CH3COOH(g) CH4(g)+CO2(g)H = -33.5 kJmol-1(1)请写出CO与H2甲烷化的热化学方程式: 。(2)在密闭容器中,利用乙酸制氢,选择的压强为(填“较大”或“常压”)
15、。其中温度与气体产率的关系如图:约650 之前,脱羧基反应活化能低,速率快,故氢气产率低于甲烷;650 之后氢气产率高于甲烷,理由是随着温度升高,热裂解反应速率加快,同时。保持其他条件不变,在乙酸气中掺杂一定量水,氢气产率显著提高而CO的产率下降,请用化学方程式表示:。(3)若利用合适的催化剂控制其他副反应,温度为T K时达到平衡,总压强为p kPa,热裂解反应消耗乙酸20%,脱羧基反应消耗乙酸60%,乙酸的体积分数为(计算结果保留1位小数);脱羧基反应的平衡常数Kp为kPa(Kp为以分压表示的平衡常数,计算结果保留1位小数)。答案(1)2CO(g)+2H2(g) CH4(g)+CO2(g)H
16、=-247.2 kJmol-1(2)常压热裂解反应正向移动,而脱羧基反应逆向移动CO(g)+H2O(g) H2(g)+CO2(g)(3)9.1%0.8p解析(1)将已知热化学方程式依次编号为,-得2CO(g)+2H2(g)CH4(g)+CO2(g)H=-247.2 kJmol-1。(2)CH3COOH(g)2CO(g)+2H2(g)为气体体积增大的反应,选择的压强为常压。(3)CH3COOH(g) 2CO(g)+2H2(g)0.2 0.4 0.4CH3COOH(g) CH4(g)+CO2(g)0.6 0.6 0.6乙酸的体积分数为0.20.4+0.4+0.6+0.6+0.2100%9.1%脱羧
17、基反应的平衡常数Kp=p(CH4)p(CO2)p(CH3COOH)=0.6p2.20.6p2.20.2p2.20.8p。9.(2019湖南常德一模)含氮化合物对环境、生产和人类生命活动等具有很大的影响。请按要求回答下列问题:(1)利用某分子筛作催化剂,NH3可脱除工厂废气中的NO、NO2,反应机理如图所示。A包含的物质为H2O和(填化学式)。(2)已知:4NH3(g)+6NO(g) 5N2(g)+6H2O(g)H1=-a kJ/mol4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g)H2=-b kJ/molH2O(l) H2O(g)H3=+c kJ/mol则反应4NH3(g)+3O2(
18、g) 2N2(g)+6H2O(l)的H=kJ/mol。(3)工业上利用氨气生产氢氰酸(HCN)的反应为CH4(g)+NH3(g) HCN(g)+3H2(g)H0。其他条件一定,达到平衡时NH3转化率随外界条件X变化的关系如图甲所示,则X可以是(填字母序号)。图甲a.温度 b.压强 c.催化剂 d.n(NH3)n(CH4)在一定温度下,向2 L密闭容器中加入n mol CH4和2 mol NH3,平衡时NH3的体积分数随n(CH4)变化的关系如图乙所示。图乙a点时,CH4的转化率为%;平衡常数:K(a)K(b)(填“”“=”或“”“.34.4%解析(1)根据盖斯定律,H=2H1+H2=2(-12
19、0.4 kJmol-1)+126.3 kJmol-1=-114.5 kJmol-1。(2)对于题中氯化反应的反应条件的选择,既要考虑反应速率的增大(温度不能太低)、催化剂的活性温度(温度不能太低或太高),同时因该反应为放热反应,还要考虑反应物的转化率(温度不能太高)。(3)a项,表示的均为正反应速率,不能说明达到平衡状态;b项,由于反应前后气体总物质的量不相等,若总物质的量不再变化,则压强不再变化,说明达到平衡状态;c项,混合气体的密度始终不变;d项,气体颜色不变,说明氯气浓度不变,即达到平衡状态。由图可知,在HCl与O2的进料体积比为21时,产物中的氯气含量最高。.该反应为放热反应,所以升高温度,平衡逆向移动,K值减小,即K(A)K(B);该反应为气体体积减小的反应,增大压强,平衡正向移动,HCl的平衡转化率增大,所以p1p2。.设HCl的起始量为2a mol,则O2为a mol,列三段式:4HCl(g) + O2(g) 2Cl2(g)+2H2O(g)起始量(mol) 2a a 0 0转化量(mol) 0.882a 0.44a 0.88a 0.88a平衡量(mol) 0.24a 0.56a 0.88a 0.88a平衡时Cl2的体积分数为0.88a0.88a+0.88a+0.24a+0.56a100%34.4%。
