1、化学反应速率与化学平衡(A)(时间:75分钟满分:100分)一、选择题:本题共16小题,共44分。第110小题,每小题2分;第1116小题,每小题4分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的。1.对于可逆反应3H2+N22NH3,下列措施能使反应物中活化分子百分数、化学反应速率和化学平衡常数都变化的是()A.增大压强 B.充入更多N2C.使用高效催化剂 D.降低温度解析:增大压强,活化分子百分数、平衡常数都不变,故A项错误;充入更多N2,活化分子百分数、平衡常数都不变,故B项错误;使用高效催化剂,平衡常数不变,故C项错误;降低温度,反应物中活化分子百分数、化学反应速率都减小,且化学
2、平衡常数发生变化,故D项正确。答案:D2.反应C2H6(g)C2H4(g)+H2(g)H0,在一定条件下于密闭容器中达到平衡。下列各项措施中,不能提高乙烷的平衡转化率的是()A.增大容器容积B.升高反应温度C.分离出部分氢气D.等容下通入稀有气体解析:该反应的正反应是气体体积增大的吸热反应,增大反应容器的容积,体系的压强减小,化学平衡正向移动,能提高乙烷的平衡转化率,A项不符合题意;该反应的正反应是气体体积增大的吸热反应,升高温度,化学平衡正向移动,可提高乙烷的平衡转化率,B项不符合题意;分离出部分氢气,减小了生成物浓度,平衡正向移动,可提高乙烷的平衡转化率,C项不符合题意;等容下通入稀有气体
3、,体系的总压强增大,但各物质的浓度不变,因此化学平衡不移动,对乙烷的平衡转化率无影响,D项符合题意。答案:D3.只改变一个影响因素,平衡常数K与化学平衡移动的关系叙述错误的是()A.K不变,平衡可能移动B.K变化,平衡一定移动C.平衡移动,K可能不变D.平衡移动,K一定变化解析:平衡常数只与温度有关,温度不变,平衡也可能发生移动,则K不变,平衡可能移动,A项正确;K变化,说明反应的温度一定发生了变化,因此平衡一定移动,B项正确;平衡移动,温度可能不变,因此K可能不变,C项正确;平衡移动,温度可能不变,因此K不一定变化,D项错误。答案:D4.金属锡的冶炼常用焦炭作还原剂:SnO2(s)+2C(s
4、)Sn(s)+2CO(g),反应过程中能量的变化如图所示。下列有关该反应的H、S的说法正确的是()A.H0,S0,S0C.H0 D.H0,S0解析:SnO2(s)+2C(s)Sn(s)+2CO(g),该反应生成物气体化学计量数增大,混乱度增大,所以是熵增加的反应,故S0;从图中可知,反应物能量低,生成物能量高,该反应是吸热反应,故H0。答案:D5.下列说法中正确的是()A.2CaCO3(s)+2SO2(g)+O2(g)2CaSO4(s)+2CO2(g)在低温下能自发进行,则该反应的H0B.NH4Cl(s)NH3(g)+HCl(g)在室温下不能自发进行,则该反应的H0,S0,化学反应在任何温度下
5、都能自发进行D.加入合适的催化剂能降低反应的活化能,从而改变反应的焓变解析:2CaCO3(s)+2SO2(g)+O2(g)2CaSO4(s)+2CO2(g)S0,根据H-TS0时反应自发进行,则反应在S0时,只有当H0才可能满足H-TS0,B项错误;若H0,S0,化学反应在任何温度下都不能自发进行,C项错误;催化剂只能改变化学反应速率,对反应的始态和终态无影响,所以不影响焓变,D项错误。答案:A6.298 K时,在2 L固定容积的密闭容器中,发生反应:2NO2(g)N2O4(g)H=-a kJ/mol(a0)。N2O4的物质的量浓度随时间变化如图所示。达到平衡时,N2O4的浓度为NO2浓度的2
6、倍,若反应在398 K下进行,某时刻测得n(NO2)=0.6 mol、n(N2O4)=1.2 mol,则此时,下列大小关系中正确的是()A.v正v逆 B.v正v逆C.v正=v逆 D.v正、v逆大小关系不确定解析:根据图示可知,在298 K时,当反应达到平衡时c(N2O4)=0.6 mol/L,由于平衡时,N2O4的浓度为NO2浓度的2倍,则平衡时c(NO2)=0.3 mol/L,则该温度下的化学平衡常数K=0.60.326.67。由于2NO2(g)N2O4(g)H0,正反应是放热反应,升高温度,化学平衡向吸热的逆反应方向移动,所以若反应在398 K下进行,反应达到平衡时的化学平衡常数K6.67
7、。若反应在398 K下进行,某时刻测得c(NO2)=0.3 mol/L,c(N2O4)=0.6 mol/L,则Q=0.60.326.67,说明反应未处于平衡状态,反应逆向进行,因此v正v逆,B项正确。答案:B7.下列能用来描述可逆反应2A(g)+B(g)2C(g)H0的图像是() A B C D解析:升高温度,正、逆反应速率都增大,图像不正确,A项错误;增大压强,正、逆反应速率都增大,平衡向正反应方向移动,说明正反应速率增大的倍数比逆反应速率增大的倍数大,图像不正确,B项错误;升高温度,反应速率增大,平衡向逆反应方向移动,C的百分含量减小,C项正确;增大压强,平衡向正反应方向移动,A的转化率增
8、大,升高温度,平衡向逆反应方向移动,A的转化率减小,图像不正确,D项错误。答案:C8.在容积为2 L的密闭容器中,一定条件下发生化学反应:2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)H=-746.4 kJ/mol。起始反应时NO和CO各为4 mol,10 s后达到化学平衡,测得N2为 1 mol。下列有关反应速率的说法中,正确的是()A.反应前5 s内,用NO表示的平均反应速率为 0.1 mol/(Ls)B.达到平衡后,升高温度,正反应速率将减小,逆反应速率将增大C.达到平衡后,反应速率的关系:v正(CO)=2v逆(N2)D.保持容器容积不变,向容器中充入1 mol O2,正、逆反应速
9、率都不改变解析:10 s内,由化学方程式知,参加反应的NO为2 mol,v(NO)=2mol2 L10 s=0.1 mol/(Ls),所以反应前5 s内的反应速率不是0.1 mol/(Ls),A项错误;升高温度,正、逆反应速率均增大,B项错误;由化学方程式知,v正(CO)=2v正(N2),结合C项中的关系,可说明v正(N2)=v逆(N2),即为平衡状态,C项正确;充入O2可以与NO反应,使反应物的浓度减小,则正反应速率减小,逆反应速率瞬间不变,随后减小,D项错误。答案:C9.利用图1和图2中的信息,按图3装置(连接的A、B瓶中已充有NO2气体)进行实验。下列说法正确的是(已知:H2O2分解放热
10、)()A.H2O2中只含有极性共价键和非极性共价键,且所有原子均达到了8电子稳定结构B.2NO2N2O4的平衡常数K随温度升高而减小C.向H2O2中加入Fe2 (SO4)3后,B中颜色变浅D.实验室若要准确测定NO2的相对分子质量,应选择低温、高压 解析:过氧化氢的结构式是HOOH,含有非极性共价键和极性共价键,但是氢原子是2电子稳定结构,A项错误;据图2可知,2NO2N2O4为放热反应,所以温度越高,K越小,B项正确;B瓶中H2O2在Fe2(SO4)3催化剂的作用下分解加快,相同时间内放热多,因此B瓶的温度升高,2NO2N2O4平衡逆向移动,NO2浓度增大,颜色变深,C项错误;要想准确测定N
11、O2的相对分子质量,应该使平衡2NO2N2O4向左移动,根据勒夏特列原理,应该选择高温、低压,D项错误。答案:B10.在一个容积为2 L的密闭容器中,加入0.8 mol A2气体与0.6 mol B2气体,一定条件下发生反应:A2(g)+B2(g)2AB(g)H0,反应中各物质的浓度随时间的变化情况如图所示。下列说法中不正确的是()A.图中a为0.15B.该反应的平衡常数K=0.03C.升高温度,平衡常数K减小D.平衡时A2的转化率为62.5%解析:本题是数形结合的题型,结合图像分析是解题的关键,利用变化量之比等于化学计量数之比的规律进行求解。在求解平衡常数和转化率时一定要规范表达式,严格代入
12、数据进行求解。该反应的平衡常数K=0.520.150.0533.3。答案:B11.反应mA(s)+nB(g)eC(g)+fD(g),反应过程中,当其他条件不变时,C的百分含量(C%)与温度(T)和压强(p)的关系如图所示。下列叙述中正确的是()A.达到平衡后,加入催化剂则C%增大B.化学方程式中ne+f,B项错误;由图像可知,当压强一定时,升高温度,生成物C的百分含量减小,平衡向逆反应方向(即向左)移动,C项正确; A是固体,固体浓度视为常数,增加A的量平衡不发生移动,D项错误。答案:C12.一个真空恒容密闭容器中盛有1 mol PCl5,加热到200 时发生以下反应:PCl5(g)PCl3(
13、g)+Cl2(g),反应达到平衡时,混合气体中PCl5所占体积分数为M%。若在同一温度和同一容器中,最初投入2 mol PCl5,反应达到平衡时,混合气体中PCl5所占体积分数为N%,则M和N的关系是()A.MN B.MN C.M=N D.无法确定解析:开始加入2 mol PCl5所达到的平衡,可以等效为先将容积增大至原来的2倍达到的平衡状态,该状态与开始加入1 mol PCl5是完全相同的平衡状态,然后再将容积缩小,恢复到原来的容积,增大压强,平衡向气体体积减小的方向移动,即平衡向逆反应方向移动,PCl5所占体积分数增大,故M乙B.反应达到平衡时所需时间:甲乙C.平衡时,氧气的浓度:甲乙解析
14、:容器中发生的反应为2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)。若甲、乙都保持温度和容积不变,则达到平衡时甲、乙为完全等同的平衡状态,甲、乙中各物理量分别对应相等。乙容器保持温度、压强不变,随着平衡的建立,气体分子物质的量减少,乙容器的容积减小直至平衡时保持不变,故乙容器相当于在甲容器达到平衡后增大压强,平衡向正反应方向移动。A项,平衡时,容器内压强:甲甲,反应达到平衡时所需时间:甲乙,错误;C项,乙容器平衡时容积小于甲容器平衡时容积,平衡时O2的浓度:甲甲,错误。答案: C14.工业上制备纯硅反应的热化学方程式为SiCl4(g)+2H2(g)Si(s)+4HCl(g)H=+Q kJ/mol(Q
15、0)。某温度、压强下,将一定量反应物通入密闭容器进行以上反应,下列叙述中正确的是()A.反应过程中,若增大压强,能提高SiCl4的转化率B.若反应开始时SiCl4为1 mol,则在平衡时,吸收热量为Q kJC.将反应的温度由T1升高至T2,则反应的平衡常数K1K2D.当反应吸收热量为0.25Q kJ时,生成的HCl恰好与1 mol NaOH完全反应解析: A项,该反应正向为气体体积增大的反应,若增大压强,平衡逆向移动,SiCl4的转化率减小,错误;B项,可逆反应的特点是不能进行到底,若反应开始时SiCl4为1 mol,则在平衡时,吸收热量小于Q kJ,错误;C项,该反应为吸热反应,升高温度,平
16、衡正向移动,平衡常数增大,将反应的温度由T1升高至T2,则反应的平衡常数K10B.若该反应在T1、T2时的平衡常数分别为K1、K2,则K1pLD.在T2时,若反应体系处于状态M ,则此时v正v逆解析:升高温度,NO的浓度增大,说明平衡左移,该反应的H0,故A项错误;HK2,故B项错误;反应中气体的物质的量不变,压强与温度有关,温度越高,压强越大,pNpM=pL,故C项错误;在T2时,若反应体系处于状态M,达到平衡NO浓度要减小,反应需要正向进行,则此时v正v逆,故D项正确。答案: D16.在恒压、NO和O2的起始浓度一定的条件下,催化反应相同时间,测得不同温度下NO转化为NO2的转化率如图中实
17、线所示(图中虚线表示相同条件下NO的平衡转化率随温度的变化)。下列说法中不正确的是()A.反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的H2 000解析:实线表示不同温度下相同时间内NO的转化率,虚线表示相同条件下NO的平衡转化率随温度的变化,由虚线知,温度升高,NO的平衡转化率减小,即温度升高,2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的平衡逆向移动,说明该反应为放热反应,H0,所以K2 000,D项正确。答案: C二、非选择题:本题共4小题,共56分。17.(12分)合成氨工业对化学工业和国防工业具有重要意义。工业合成氨生产示意图如图甲所示。 甲乙(1)X的化学式为。(2)改变反应条件,会使平衡
18、发生移动。图乙表示随条件改变,氨的百分含量的变化趋势。当横坐标为压强时,变化趋势正确的是(填图中字母,下空同);当横坐标为温度时,变化趋势正确的是。解析: (1)原料气N2与H2在一定条件下反应生成的NH3(X)冷却后从设备中分离出来,同时尾气中含有的N2和H2的混合气(Y)进行循环利用。(2)此题考查压强、温度对化学平衡的影响。答案: (1)NH3(2)ca18.(14分)H2S、SO2、NO和CO都是常见的大气污染物。目前治理汽车尾气是在催化剂条件下发生反应2NO+2CON2+2CO2。实验室模拟上述反应,已知t时在2 L恒容密闭容器中加入2 mol NO与1 mol CO气体,经10 m
19、in达到平衡,测得此时CO2的体积分数为17。回答下列问题。(1)这段时间内用CO表示的化学反应速率为。 (2)该反应的平衡常数为(结果精确至0.001)。 (3)平衡后再向密闭容器中通入0.4 mol CO和0.4 mol CO2,平衡将(填“正向”“逆向”或“不”)移动。判断理由是。 (4)若升温发现体系气体平均相对分子质量增大,则该反应的H(填“”“K,平衡逆向移动;(4)2NO+2CON2+2CO2的正反应为气体体积减小的反应,升温体系气体平均相对分子质量增大,说明升高温度平衡正向移动,升高温度平衡向吸热反应方向移动,则该反应的正反应为吸热反应,H0。答案: (1)0.02 mol/(
20、Lmin)(2)0.069 (3)逆向 通入气体后Q大于平衡常数 (4)19.(14分)汽车尾气里含有的NO气体是由内燃机燃烧时产生的高温引起氮气与氧气反应所致:N2(g)+O2(g)2NO(g)H0。已知该反应在2 404 时的平衡常数K=6.410-3。请回答下列问题。(1)该反应的平衡常数表达式为。(2)该温度下,向2 L密闭容器中充入N2与O2各1 mol,平衡时N2的转化率是%(保留整数)。(3)该温度下,某时刻测得容器内N2、O2、NO的浓度分别为0.25 mol/L、4.010-2 mol/L、3.010-3 mol/L,此时反应(填“处于化学平衡状态”“正向进行”或“逆向进行”
21、)。(4)将N2、O2的混合气体充入恒温恒容密闭容器中,下图所示变化趋势正确的是(填字母)。 A B C (5)向恒温恒容的密闭容器中充入等物质的量的N2与O2,达到平衡状态后再向其中充入一定量NO, 重新达到化学平衡状态。与原平衡状态相比,此时平衡混合气中NO的体积分数(填“变大”“变小”或“不变”)。解析: (1)根据化学方程式可知,该反应的平衡常数表达式为K=c2(NO)c(N2)c(O2)。(2)设平衡时消耗氮气和氧气的物质的量均是x mol,则生成NO 2x mol,则有x2(0.5-0.5x)(0.5-0.5x)=6.410-3,解得x0.04,则N2的转化率是4%。(3)此时浓度
22、商Q=(3.010-3)20.254.010-2=9.010-4T2,正反应吸热,升高温度,平衡向正反应方向移动,氮气的转化率增大,C项正确。(5)向恒温恒容的密闭容器中充入等物质的量的N2与O2,达到平衡状态后再向其中充入一定量NO,由于反应前后气体体积不变,则相当于增大压强,平衡不移动,与原平衡状态相比,此时平衡混合气体中NO的体积分数不变。答案: (1)K=c2(NO)c(N2)c(O2)(2)4(3)正向进行(4)AC(5)不变20.(16分)环戊二烯()是重要的有机化工原料,广泛应用于农药、橡胶、塑料等生产。请回答下列问题。(1)某温度下,等物质的量的碘与环戊烯()在刚性容器内发生反
23、应:(g)+I2(g)(g)+2HI(g)H0。起始的总压强为105Pa,平衡时总压强比起始时总压强增加了20%,则环戊烯的转化率为,该反应的平衡常数Kp=。达到平衡后,欲增大环戊烯的平衡转化率,可采取的措施有(填字母)。A.通入稀有气体B.提高温度C.增加环戊烯浓度 D.增加碘浓度(2)环戊二烯容易发生聚合反应生成二聚体,该反应为可逆反应。不同温度下,溶液中环戊二烯浓度与反应时间的关系如图所示,下列说法中正确的是(填字母)。A.T1T2B.M点的反应速率小于K点的反应速率C.M点的正反应速率大于N点的逆反应速率D.N点时二聚体的浓度为0.45 mol/L解析: (1)设碘和环戊烯的物质的量均
24、为1 mol,达到平衡时转化的物质的量为x mol,由题意得:(g)+I2(g)(g)+2HI(g)起始量/mol11 00变化量/molxx x2x平衡量/mol 1-x 1-x x2x平衡时,容器内气体总物质的量为(2+x)mol,则有(2+x)mol-2mol2mol100%=20%,解得x=0.4,则环戊烯的转化率为0.4mol1mol100%=40%。平衡时的总压强为105Pa(1+20%)=1.2105Pa,则各种气体的分压为p()=1.2105Pa0.6mol2.4mol=0.3105Pa,p(I2)=1.2105Pa0.6mol2.4mol=0.3105Pa, p()=1.21
25、05Pa0.4mol2.4mol=0.2105Pa,p(HI)=1.2105Pa0.8mol2.4mol=0.4105Pa,反应的平衡常数Kp=0.2105(0.4105)20.31050.31053.56104。欲增大环戊烯的平衡转化率,则平衡正向移动。由于该反应是吸热反应,因此升温可使平衡正向移动;增加碘的浓度,平衡正向移动,环戊烯的转化率增大。(2)同时间内,T2温度下环戊二烯消耗的物质的量更多,反应速率大,所以T2T1,A项错误;M点的反应物浓度大,但是温度低,无法比较它们的速率大小,B项错误;M点、N点都未达到平衡,此时它们的正反应速率都大于逆反应速率,M点在前,反应物浓度高,所以M点的正反应速率大于N点的正反应速率,从而大于N点的逆反应速率,C项正确;N点时反应消耗的环戊二烯浓度为0.9 mol/L,所以生成的二聚体浓度为0.45 mol/L,D项正确。答案: (1)40%3.56104BD(2)CD
