1、专题七化学反应的方向、限度和速率一、单项选择题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,其他
2、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内的平均反
3、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点温度可能低于
4、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0.004 molL-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项错
7、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.当容器内混合气
8、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)+3H2(
9、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。二、不定项选择题6.有、 3个体积均为0.5 L的恒容密闭
10、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AD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不正确;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,n(HCl
11、)=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不正确。7.恒容条件下,1 mol SiHCl3发生如下反应:2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)。已知:v正=v消耗(SiHCl3)=k正x2(
12、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,即反应开始至达平衡的过程中混合气体总物质的量
13、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=1360.820.12=169,选项C正确;恒容条件
14、下再充入1 mol SiHCl3,相当于增大压强,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。三、非选择题8.(2019山东济南一模)肌红蛋白(Mb)是由肽链和血红素辅基组成的可结合氧的蛋白,广泛存在于肌肉中。肌红蛋白结合氧的反应为Mb(aq)+O2(g) MbO2(aq)。肌红蛋白的结合度(即转化率)与氧气分压p(O2)密切相关,37 时,反应达平衡时测得的一组实验数据如图所示。回答下列问题:(1)37 时,上述反应的平衡常数K=kPa-1(气体和溶液中的溶质分别用分压和物质的量浓度表达)。(2)平衡
15、时,肌红蛋白的结合度=用含p(O2)和K的代数式表示;37 时,若空气中氧气分压为20.0 kPa,人正常呼吸时的最大值为%(结果保留2位小数)。(3)一般情况下,高烧患者体内MbO2的浓度会比其健康时(填“高”或“低”);在温度不变的条件下,游客在高山山顶时体内MbO2的浓度比其在山下时(填“高”或“低”)。(4)上述反应的正反应速率v正=k正c(Mb)p(O2),逆反应速率v逆=k逆c(MbO2)。k正和k逆分别是正向和逆向反应的速率常数。37 时,上图中坐标为(1.00,50.0)的点对应的反应状态为向进行(填“左”或“右”),此时v正v逆=(填数值)。答案(1)2(2)Kp(O2)1+
16、Kp(O2)97.56(3)低低(4)右2解析(1)反应Mb(aq)+O2(g) MbO2(aq)的平衡常数表达式K=c(MbO2)c(Mb)p(O2)。图中,37 时肌红蛋白结合度为50.0%时,c(Mb)=c(MbO2)、p(O2)=0.50 kPa,求得K=2 kPa-1。(2)平衡时,c(MbO2)c(Mb)=1-,代入K表达式得=Kp(O2)1+Kp(O2);37 时,将K=2 kPa-1、p(O2)=20.0 kPa代入,得到最大值为97.56%。(3)高烧患者体温超过37 ,血液中O2浓度降低,MbO2的浓度会比健康时低;高山山顶的O2分压比地面低,使Mb(aq)+O2(g) M
17、bO2(aq)左移,MbO2浓度降低。(4)当上述反应达到化学平衡时,有v正=v逆,即k正c(Mb)p(O2)=k逆c(MbO2),得k正k逆=c(MbO2)c(Mb)p(O2)=K。图中点(1.00,50.0)不在曲线上,在37 时不是化学平衡状态,此时Qc=1 kPa-1bc,说明积碳速率abc,由v=kp(CH4)p(CO2)-0.5可知,p(CH4)一定时,积碳速率与p(CO2)成反比,故pa(CO2)pb(CO2)pc(CO2)。11.(2019山东聊城二模)研究碳、氮、硫等元素化合物的性质或转化对建设生态文明、美丽中国具有重要意义。(1)海水中无机碳的存在形式及分布如下图所示:用离
18、子方程式表示海水呈弱碱性的原因:。已知春季海水pH=8.1,预测夏季海水碱性将会(填写“增强”或“减弱”),理由是 。(2)工业上以CO和H2为原料合成甲醇的反应:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)HabB.上述三种温度之间关系为T1T2T3C.a点状态下再通入0.5 mol CO和0.5 mol CH3OH,平衡不移动D.c点状态下再通入1 mol CO和4 mol H2,新平衡中H2的体积分数增大(3)NO加速臭氧层被破坏,其反应过程如图所示:NO的作用是。已知:O3(g)+O(g) 2O2(g)H=-143 kJ/mol反应1:O3(g)+NO(g) NO2(g)+O2(g)H1
19、=-200.2 kJ/mol反应2:热化学方程式为 。(4)大气污染物SO2可用NaOH溶液吸收。已知pKa=-lg Ka,25 时,H2SO3的pKa1=1.85,pKa2=7.19。该温度下用0.1 mol/L NaOH溶液滴定20 mL 0.1 mol/L H2SO3溶液的滴定曲线如图所示。b点所得溶液中各离子浓度由大到小的顺序是;c点所得溶液中:c(Na+)3c(HSO3-)(填“”“c(HSO3-)c(H+)c(SO32-)c(OH-)解析(1)海水中无机碳的存在形式主要是HCO3-、CO32-,两种离子均为弱酸根离子,水解使海水显碱性,离子方程式为HCO3-+H2O H2CO3+O
20、H-或CO32-+H2O HCO3-+OH-。(2)图中n(H2)n(CO)的值:cb,该值越大,即增大氢气浓度,正向进行程度越大,CO转化率越大,而氢气转化率越小。图中CO转化率:cb,则H2转化率:bc,a、b两点n(H2)n(CO)相同,CO转化率越大,氢气转化率也越大,故氢气转化率:ab,故H2转化率:abc,A项错误;图中n(H2)n(CO)一定时,CO的转化率:T1T2T3,正反应为放热反应,n(H2)n(CO)一定时,升高温度平衡逆向移动,CO的转化率会减小,故温度:T1T2c(HSO3-)c(H+)c(SO32-)c(OH-);c点溶液的pH=7.19=pKa2,依据平衡常数溶
21、液显碱性,溶液中溶质主要Na2SO3,SO32-+H2O HSO3-+OH-,Kh=c(OH-)c(HSO3-)c(SO32-)=KWKa2,c(OH-)=KWc(H+),带入计算得到:c(HSO3-)=c(SO32-),则2c(Na+)=3c(SO32-)+c(H2SO3)+c(HSO3-)=3c(H2SO3)+2c(HSO3-),c(Na+)3c(HSO3-)。命题拓展预测1.以太阳能为热源分解Fe3O4,最终循环分解水制H2,其中一步重要反应为:2Fe3O4(s) 6FeO(s)+O2(g)H=a kJmol-1。在一定压强下,Fe3O4的平衡转化率随温度变化的曲线如图所示。下列有关说法
22、中不正确的是()A.a0B.压强:p1p2C.升高温度,该反应的平衡常数增大D.将体系中的O2分离出去,能提高Fe3O4的转化率答案B根据图像分析,压强一定,温度升高,Fe3O4的平衡转化率增大,则正反应为吸热反应,H0,即a0,A项正确;温度一定时,压强增大,平衡逆向移动,Fe3O4的平衡转化率减小,故p1p2,B项错误;升高温度,平衡正向移动,反应的平衡常数增大,C项正确;将体系中的O2分离出去,平衡正向移动,能提高Fe3O4的转化率,D项正确。2.工业上用氢气合成氨气的原理为N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)H0。(1)用太阳能分解水制备H2是一项新技术,其过程如下已知:2H2O(
23、g) 2H2(g)+O2(g)H=+483.6 kJmol-12Fe3O4(s) 6FeO(s)+O2(g)H=+313.8 kJmol-1过程的热化学方程式是 。整个过程中,Fe3O4的作用是。(2)在2 L密闭容器中通入3 mol H2和1 mol N2,测得不同温度下,NH3的产率随时间变化如图所示。下列有关说法正确的是。A.由b点到c点混合气体密度逐渐增大B.达到平衡时,2v正(H2)=3v逆(NH3)C.平衡时,通入氩气平衡正向移动D.平衡常数,KaKb=KcT1温度时,015 min内v(H2)=molL-1min-1。已知:瞬时速率表达式v正=k正c3(H2)c(N2),v逆=k
24、逆c2(NH3)(k为速率常数,只与温度有关)。温度由T1调到T2,活化分子百分率(填“增大”“减小”或“不变”),k正增大倍数k逆增大倍数(填“大于”“小于”或“等于”)。T1 时,k正k逆=。答案(1)3FeO(s)+H2O(g) Fe3O4(s)+H2(g)H=+84.9 kJmol-1催化剂(2)BD0.05增大小于6427或2.37解析(1)已知中两式相减后除2可得:3FeO(s)+H2O(g) Fe3O4(s)+H2(g)H=+84.9 kJmol-1。从反应总效果看,Fe3O4催化了水的分解。(2)合成氨反应中所有物质均为气体,是气体总物质的量减小的放热反应。容器体积为2 L,气
25、体的总质量不变所以气体密度始终保持不变,A项错误;2v正(H2)=3v逆(NH3),正、逆反应速率符合化学计量数之比,能够说明反应达到化学平衡状态,B项正确;容器体积不变,通入氩气不影响反应混合物的浓度,不影响化学平衡,C项错误;该反应是放热反应,由图可知T2T1,则KaKb=Kc,D项正确。v(H2)=32v(NH3)=321mol15min2 L=0.05 molL-1min-1。升高温度,反应混合物的总能量增大,活化分子的百分含量增大。升高温度平衡逆向移动,说明逆反应速率常数增大的幅度更大。T1 时氨气的产率是50%,则平衡时N2、H2、NH3浓度分别为0.25 molL-1、0.75 molL-1、0.5 molL-1,达到化学平衡时,正、逆反应速率相等,则 k正k逆=c2(NH3)c(N2)c3(H2)=0.520.250.753=6427。
