1、专题十二化学反应速率和化学平衡应用篇【应用集训】1.(2020济南二模,13)在3个容积均为10L的密闭容器中分别放入0.2molPCl3和0.2molCl2,在不同条件下发生反应PCl3(g)+Cl2(g)PCl5(g)。各容器内气体总压强随时间的变化如图所示。下列说法错误的是()A.实验a从反应开始至达到平衡时的平均速率v(Cl2)=16000molL-1min-1B.与实验a相比,实验b使用了催化剂,实验c是在较高温度下进行的C.实验c中反应的平衡常数为509Lmol-1D.三组实验中反应的平衡转化率:a=bc答案C2.(2021济钢高中高三月考,15)(双选)在2L密闭容器中充入气体A
2、和B,发生反应:A(g)+B(g)C(g)+2D(g)H,所得实验数据如表。下列说法不正确的是()实验编号温度/起始时物质的量/mol平衡时物质的量/moln(A)n(B)n(C)3000.400.100.095000.400.100.085000.200.05aA.H0B.500该反应的平衡常数K=0.16molL-1C.中达到平衡时,A的转化率大于20%D.5min末测得中n(C)=0.05mol,则05min内v(D)=0.02molL-1min-1答案AD3.(2021济南外国语学校高三月考,13)(双选)某温度下,在起始压强为80kPa的刚性容器中,发生NO的氧化反应:2NO(g)+
3、O2(g)2NO2(g)H,该反应的反应历程分两步进行,其速率方程和反应过程中能量变化如下:2NO(g)N2O2(g)v1正=k1正c2(NO)v1逆=k1逆c(N2O2)N2O2(g)+O2(g)2NO2(g)v2正=k2正c(N2O2)c(O2)v2逆=k2逆c2(NO2)下列说法正确的是()A.NO氧化反应速率快慢的决定步骤的活化能是E5-E3B.一定温度下,2NO(g)+O2(g)2NO2(g)平衡常数表达式K=k1正k2正k1逆k2逆C.升高温度,NO氧化反应的化学平衡向逆反应方向移动D.该温度下,将等物质的量的NO和O2混合反应(忽略2NO2N2O4),NO的平衡转化率为40%时,
4、该反应的平衡常数Kp=180kPa-1答案BC4.(2021省实验中学高三第一次诊断考,18)碳热还原法广泛用于合金及材料的制备。下列是碳热还原制锰合金的三个反应,CO与CO2平衡分压比的自然对数lnp(CO)p(CO2)与温度的关系如图所示(已知Kp是用平衡分压代替浓度计算所得的平衡常数,分压=总压气体的物质的量分数)。.Mn3C(s)+4CO2(g)3MnO(s)+5CO(g)Kp().Mn(s)+CO2(g)MnO(s)+CO(g)Kp().Mn3C(s)+CO2(g)3Mn(s)+2CO(g)Kp()回答下列问题:H0的反应是(填“”“”或“”)。1200K时在一体积为2L的恒容密闭容
5、器中有17.7gMn3C(s)和0.4molCO2,只发生反应,5min后达到平衡,此时CO的浓度为0.125molL-1,则05min内v(CO2)=molL-1min-1。在一体积可变的密闭容器中加入一定量的Mn(s)并充入一定量的CO2(g),只发生反应,下列能说明反应达到平衡状态的是(填标号)。A.容器的体积不再改变B.固体的质量不再改变C.气体的总质量不再改变向恒容密闭容器中加入Mn3C并充入0.1molCO2,若只发生反应,则在A点反应达到平衡时,容器的总压为akPa,CO2的转化率为(保留一位小数),A点对应温度下的Kp()=。答案0.02BC33.3%0.5akPa5.(202
6、0烟台高三期末,16)合成气(CO+H2)可利用甲烷与水蒸气重整反应制得。(1)已知:H2(g)+12O2(g)H2O(g)H1=-242kJmol-12CO(g)+O2(g)2CO2(g)H2=-576kJmol-1CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g)H3=-802.6kJmol-1则甲烷和水蒸气重整反应CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)H4=。该反应的活化能E1=240.1kJmol-1,则逆反应的活化能E2=。(2)重整反应中CH4的平衡转化率与温度、压强关系其中n(CH4)n(H2O)=11如图1所示。图1图中A点的平衡常数Kp=(MPa)2(用平衡分
7、压代替平衡浓度计算,分压=总压物质的量分数),A、B、C三点的平衡常数Kp(A)、Kp(B)、KP(C)由大到小的顺序为。图中压强p1、p2、p3由大到小的顺序为,理由是。(3)在恒容密闭容器中充入2mol的CH4和H2O(g)的混合气体,且CH4和H2O(g)的物质的量之比为x,相同温度下测得H2平衡产率与x的关系如图2所示。请比较a、b两点CH4的转化率a点b点(填“”“Kp(B)Kp(A)p3p2p1其他条件不变时,压强增大,平衡左移,甲烷的转化率减小(3)=CD创新篇【创新集训】1.(2020济南高三期末,15)Burns和Dainton研究发现Cl2与CO合成COCl2的反应机理如下
8、:Cl2(g)2Cl(g)快CO(g)+Cl(g)COCl(g)快COCl(g)+Cl2(g)COCl2(g)+Cl(g)慢其中反应存在v正=k正c(CO)c(Cl)、v逆=k逆c(COCl)下列说法正确的是()A.反应的活化能大于反应的活化能B.反应的平衡常数K=k正k逆C.要提高合成COCl2的速率,关键是提高反应的速率D.选择合适的催化剂能加快该反应的速率,并提高COCl2的平衡产率答案B2.(2021届济钢高级中学月考,17节选)(3)H2还原NO的反应为2NO(g)+2H2(g)N2(g)+2H2O(l),实验测得反应速率的表达式为:v=kcm(NO)cn(H2)(k是速率常数,只与
9、温度有关)。某温度下,反应速率与反应物浓度的变化关系如下表所示。编号c(NO)/(molL-1)c(H2)/(molL-1)v/(molL-1min-1)10.100.100.41420.100.201.65630.500.102.070由表中数据可知,m=,n=。上述反应分两步进行:.2NO(g)+H2(g)N2(g)+H2O2(l)(慢反应);.H2O2(l)+H2(g)2H2O(l)(快反应)。下列叙述正确的是(填字母)A.H2O2是该反应的催化剂B.反应的活化能较高C.总反应速率由反应的速率决定D.反应中NO和H2的碰撞仅部分有效答案(3)12BD3.(2020聊城一模,16)研究SO
10、2、NOx等大气污染物的妥善处理具有重要意义。(1)燃煤发电厂常利用反应2CaCO3(s)+2SO2(g)+O2(g)2CaSO4(s)+2CO2(g)对煤进行脱硫处理。某温度下,测得反应在不同时间点各物质的浓度如下:时间/min浓度/molL-1物质01020304050O21.000.780.600.600.640.64CO200.440.800.800.880.88010min内,平均反应速率v(SO2)=molL-1min-1。30min后,只改变某一条件,反应重新达到平衡。根据上表中的数据判断,改变的条件可能是(填字母)。A.移除部分CaSO4(s)B.通入一定量的O2C.加入合适的
11、催化剂D.适当缩小容器的体积(2)利用活性炭吸附汽车尾气中的NO:C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g),实验测得,v正=k正c2(NO),v逆=k逆c(N2)c(CO2)(k正、k逆为速率常数,只与温度有关)。在密闭容器中加入足量C(s)和一定量的NO气体,保持恒压测得NO的转化率随温度的变化如图所示:由图可知:该反应的H0(填“”或“”“”或“=”)k逆增大的倍数,1100K时,计算k正k逆=。答案(1)0.044BD(2)反应未达到平衡状态,温度升高,反应速率加快,NO转化率增大40.11或194.(2020青岛一模,16,节选)医用酒精在抗击“新型冠状病毒”战役中发挥着杀菌消毒
12、的作用,其主要成分是乙醇。回答下列问题:.工业上主要采用乙烯直接水合法(CH2CH2+H2OCH3CH2OH)制乙醇。(1)在磷酸/硅藻土催化剂作用下,乙烯进行气相水合的反应机理大致如下:.CH2CH2+H3O+CH3CH2+H2O.CH3CH2+H2OCH3CH2OH2+.CH3CH2OH2+H2OCH3CH2OH+H3O+随着反应进行,该过程能量变化如图所示。下列有关说法正确的是(填字母标号,下同)。a.该反应过程中步均释放能量b.第步反应的活化能最大,决定总反应速率c.CH3CH2+和CH3CH2OH2+是反应的中间产物(2)已知:C2H4(g)+H2O(g)C2H5OH(g)的反应速率
13、表达式为v正=k正c(C2H4)c(H2O),v逆=k逆c(C2H5OH),其中k正、k逆为速率常数。若其他条件不变时,降低温度,则下列推断合理的是。a.k正增大,k逆减小b.k正减小,k逆增大c.k正减小的倍数大于k逆d.k正减小的倍数小于k逆答案.(1)bc(2)d教师专用题组创新篇【创新集训】1.工业上,可采用还原法处理尾气中NO,其原理:2NO(g)+2H2(g)N2(g)+2H2O(g)H0。在化学上,正反应速率方程式表示为v(正)=k(正)cm(NO)cn(H2),逆反应速率方程式表示为v(逆)=k(逆)cx(N2)cy(H2O),其中,k表示反应速率常数,只与温度有关,m,n,x
14、,y叫反应级数,由实验测定。在恒容密闭容器中充入NO、H2,在T下进行实验,测得有关数据如下:实验c(NO)/molL-1c(H2)/molL-1v(正)/molL-1min-10.100.100.414k0.100.401.656k0.200.101.656k下列有关推断正确的是()A.上述反应中,正反应活化能大于逆反应活化能B.若升高温度,则k(正)增大,k(逆)减小C.在上述反应中,反应级数:m=2,n=1D.在一定温度下,NO、H2的浓度对正反应速率影响程度相同答案C2NO(g)+2H2(g)N2(g)+2H2O(g)H0中,v正=k正c(N2O4),v逆=k逆c2(NO2)(k正、k
15、逆只是温度的函数)。若该温度下的平衡常数K=10,则k正=k逆。升高温度,k正增大的倍数(填“大于”“小于”或“等于”)k逆增大的倍数。答案10大于解析当反应达到平衡时,v正=v逆,即 k正c(N2O4)=k逆c2(NO2),k正=k逆c2(NO2)c(N2O4)=k逆K=10k逆;该反应是吸热反应,升高温度,平衡向正反应方向移动,k正增大的倍数大于k逆增大的倍数。3.在一定温度下,在1L恒容密闭容器中充入一定量PCl3(g)和Cl2(g),发生如下反应:PCl3(g)+Cl2(g)PCl5(g)H,测得PCl3(g)的转化率与时间关系如图所示。其速率方程:v正=k正c(PCl3)c(Cl2)
16、,v逆=k逆c(PCl5)(k是速率常数,只与温度有关)(1)上述反应中,H0(填“”“”“”或“=”),升高温度,k正增大的倍数k逆增大的倍数(填“大于”“小于”或“等于”)。(3)T1时,测得平衡体系中c(Cl2)=0.25molL-1,则k正k逆=(要求结果带单位)。答案(1)小于(3)16Lmol-1解析(1)由图像知,T2先达到平衡,说明T2大于T1,T2达到平衡时转化率降低,升高温度,平衡向左移动,说明正反应是放热反应。(2)M点正反应速率大于逆反应速率,K=k正k逆,说明浓度商小于平衡常数;正反应是放热反应,升高温度,平衡向左移动,说明k逆增大的倍数大于k正增大的倍数。(3)T1
17、下,平衡时PCl3(g)的转化率为80%,设PCl3(g)的起始浓度为c,平衡时c(PCl3)=0.2c,c(PCl5)=0.8c,c(Cl2)=0.25molL-1。K=k正k逆=c(PCl5)c(PCl3)c(Cl2)=0.8c0.2c0.25Lmol-1=16Lmol-1。4.航天员呼吸产生的CO2用下列反应处理,可实现空间站中O2的循环利用。Sabatior反应:CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)水电解反应:2H2O(g)2H2(g)+O2(g)一种新的循环利用方案是用Bosch反应CO2(g)+2H2(g)C(s)+2H2O(g)H”“”“v逆,则得到v正=k正c
18、(CO2)c2(H2)v逆=k逆c2(H2O),k正k逆c2(H2O)c(CO2)c2(H2),反应为放热反应,升高温度,平衡逆向进行,v正v逆,k正增大的倍数”“”、“”或“=”);一定条件下,2NO(g)+O2(g)2NO2(g)达平衡后,升高到某温度,再达平衡后,v2正较原平衡减小,根据上述速率方程分析,合理的解释是。(4)在恒容的密闭容器中充入一定量的NO和O2气体,保持其它条件不变,请在图2画出该容器中N2O2体积分数随时间t变化曲线。答案(1)4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(l)H=-(3a+2c+30d)15kJmol-1;(2)反应的活化能大(3)k1正k2
19、正k1逆k2逆温度升高,反应、的平衡均逆向移动,由于反应的速率大,导致c(N2O2)减小且其程度大于k2正和c(O2)增大的程度,使三者的乘积即v2正减小;(4)解析(1)4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)H1=-akJmol-12NO(g)+O2(g)2NO2(g)H2=-bkJmol-14NH3(g)+6NO(g)5N2(g)+6H2O(g)H3=-ckJmol-1H2O(1)H2O(g)H4=+dkJmol-1构建目标方程式(3+2-30)15得到NH3燃烧的热化学方程式:4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(l)H,利用盖斯定律求H=(-akJmol
20、-1)3+(-ckJmol-1)2-(+dkJmol-1)3015=-(3a+2c+30d)15kJmol-1,4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(l)H=-(3a+2c+30d)15kJmol-1(2)根据反应过程能量图可知,Ea1Ea2,活化能越大,单位时间内有效碰撞次数越少,反应速率越慢,(3)2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的平衡常数K=c2(NO2)c(O2)c2(NO),反应达到化学平衡时,v正=v逆,所以k1正c2(NO)=k1逆c2(N2O2),k2正c2(N2O2)c(O2)=k2逆c2(NO2),则有k1正k2正k1逆k2逆=c2(NO2)c2(N2O
21、2)c(O2)c2(NO)c2(N2O2)=c2(NO2)c(O2)c2(NO)=K,反应速率常数k随温度升高而增大,反应为放热反应,温度升高不利于反应正向进行,则v正v逆,所以若升高温度后k2正、k2逆分别增大m倍和n倍,则mn,反应为快反应,温度升高,两个反应均逆向移动,体系中c(N2O2)降低,影响v2正,导致v2正减小,可以解释为:温度升高,反应、的平衡均逆移,由于反应的速率大,导致c(N2O2)减小且其程度大于k2正和c(O2)增大的程度,使三者的乘积即v2正减小,(4)2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的反应历程分两步进行,在恒容的密闭容器中充入一定量的NO和O2气体,保持其它条件不变,该容器中N2O2体积分数随时间t变化从原点开始,先升高后降低。
