专题突破练九 化学反应速率与化学平衡(B)一、选择题1.(2021广东四校联考)已知T1温度下:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-mkJ·mol-1。在2L密闭容器中通入3molH2和1molN2,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.ΔH>0,T2>T1B.达到平衡时,T1温度对应反应放出热量为mkJC.平衡时,保持容器容积不变,通入氩气平衡正向移动D.平衡常数,Ka<Kc2.(2021江苏苏州阳光指标调研)在恒压、H2和CO2的起始浓度一定的条件下,用Mg含量不同的催化剂Ni/xMg(x值越大表示Mg含量越高)催化反应相同时间,测得不同温度下反应:4H2(g)+CO2(g)CH4(g)+2H2O(g)中CO2的转化率如图所示。下列说法正确的是( )A.反应4H2(g)+CO2(g)CH4(g)+2H2O(g)的ΔH>0B.延长W点的反应时间可提高CO2的转化率C.相同条件下催化剂中Mg的含量越高催化效率越高D.使用合适的催化剂可以提高CO2的转化率3.(双选)(2021山东临沂联考)利用现代传感技术探究压强对2NO2(g)N2O4(g)平衡移动的影响。在恒定温度和标准压强条件下,往针筒中充入一定体积的NO2气体后密封并保持活塞位置不变。分别在t1、t2时迅速移动活塞后并保持活塞位置不变,测量针筒内气体压强变化如图所示。下列分析中不正确的是( )A.t1时移动活塞,使容器容积增大B.在B、E两点,对应的正反应速率:v(B)<v(E)
C.图中除A、C、F点外,其他点均为平衡状态D.在E、F、H三点中,H点的气体平均相对分子质量最大二、非选择题4.(2021湖南湘豫名校联考)汽车尾气中氮氧化物的排放与雾霾天气的产生密切相关,对其进行无害化处理是化学工作者研究的重要课题。(1)利用反应2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g)ΔH<0,可实现汽车尾气的无害化处理。一定条件下进行该反应,测得CO的平衡转化率与温度、起始投料比m[m=]的关系如图所示。①投料比m1、m2、m3从大到小的顺序为 。 ②随着温度的升高,不同投料比下CO平衡转化率趋于相近的原因是 。 (2)我国学者研究了均相NO-CO的反应过程,反应路径中每一阶段内各驻点的能量均为相对于此阶段内反应物能量的能量之差,TS代表过渡态,反应过程中的复杂中间产物直接用IM表示。①2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g) ΔH= 。 ②整个反应分为三个基元反应阶段,总反应速率由第 (填“一”“二”或“三”)阶段反应决定。 (3)若反应2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g)的正、逆反应速率可分别表示为v正=k正·c2(NO)·c2(CO);v逆=k逆·c(N2)·c2(CO2),k正、k逆分别为正、逆反应速率常数。一定温度下,在容积为1L的恒容密闭容器中加入5molNO和5molCO发生上述反应,测得CO和CO2的物质的量浓度随时间的变化如图所示。①M点时,v正∶v逆= 。 ②测得平衡时体系压强为p,Kp为用气体分压表示的平衡常数,分压=总压×物质的量分数,则平衡常数Kp= 。(用含p的式子表示) ③达平衡后,若改变下列条件,既能增大反应速率又能提高NO的转化率的是 。 A.分离出部分N2
B.恒容时,再加入5molNO,5molCOC.压缩容器容积增大压强D.降低温度5.(2021湖南永州模拟)据统计,约有90%以上的工业过程中需要使用催化剂,因此,对催化剂的研究已成为重要课题。Ⅰ.结合实验与计算机模拟结果,研究了N2与H2在固体催化剂表面合成NH3的反应过程。图示为反应过程中的势能面图(部分数据省略),其中吸附在催化剂表面的物质用*标注。(1)氨的脱附是 (填“吸热”或“放热”)过程,合成氨的热化学方程式为 。 (2)当使用铁催化剂时,合成氨的速率方程式为w=k1·p(N2)-k2,其中w为反应的瞬时总速率,等于正反应速率和逆反应速率之差,k1、k2是正、逆反应速率常数,则合成氨反应N2+3H22NH3的平衡常数Kp= (用k1、k2表示)。 (3)在使用同一催化剂时,将2.0molN2和6.0molH2通入容积为1L的密闭容器中,分别在T1和T2温度下进行反应。曲线a表示T2时n(H2)的变化,曲线b表示T1时n(NH3)的变化,T2时反应到A点恰好达到平衡。①T2温度下反应进行到某时刻,测得容器内气体的压强为起始时的80%,则此时v正 (填“>”“<”或“=”)v逆。 ②能否由图中数据得出温度T1>T2,试说明理由 。 Ⅱ.用催化剂Fe3(CO)12/ZSM-5催化CO2加氢合成乙烯的过程中,还会生成CH4、C3H6、C4H8等副产物,若在催化剂中添加Na、K、Cu助剂后(助剂也起催化作用)可改变反应的选择性(选择性指的是转化的CO2中生成C2H4的百分比)。在其他条件相同时,添加不同助剂,经过相同时间后测得CO2转化率和各产物的物质的量分数如下表:助剂CO2转化率(%)各产物在所有产物中的占比(%)C2H4C3H6其他Na42.535.939.624.5K27.275.622.81.6Cu9.880.712.56.8
(4)欲提高单位时间内乙烯的产量,在Fe3(CO)12/ZSM-5中添加 助剂效果最好;加入助剂能提高单位时间内乙烯产量的根本原因是 。 参考答案专题突破练九 化学反应速率与化学平衡(B)1.D 解析根据图中曲线T2时先达到平衡知,T1<T2,升高温度平衡逆向移动,ΔH<0,A项错误。反应是可逆反应,转化率达不到100%,达到平衡时,T1对应反应放出热量小于mkJ,B项错误。平衡时,通入氩气容器中压强增大,但是反应物和生成物的分压不变,平衡不移动,C项错误。升高温度平衡逆向移动,化学平衡常数减小,所以Ka<Kb,化学平衡常数只与温度有关,温度不变化学平衡常数不变,b、c温度相等化学平衡常数相等,故Ka<Kc,D项正确。2.D 解析据题图可知使用不同催化剂时,在360℃左右、相同时间内CO2的转化率相同,说明该温度下,三种催化剂条件下反应都达到了平衡,继续升高温度,CO2的转化率减小,说明平衡逆向移动,则正反应为放热反应,ΔH<0,A项错误。W点处反应已经达到平衡,延长W点的反应时间平衡也不会移动,CO2的转化率不变,B项错误。据题图可知温度较低反应未达到平衡时,催化剂中Mg的含量越高,相同时间内CO2的转化率越低,催化效率越低,C项错误。反应未达到平衡前,选用合适的催化剂可以增大反应速率,提高CO2的转化率,D项正确。3.BC 解析由图可知,t1时移动活塞,针筒内气体压强迅速减小,说明针筒的容积增大,A项正确。针筒内气体压强越大,化学反应速率越大,由图可知,B点压强大于E点,则对应的正反应速率:v(B)>v(E),B项错误。由图可知,除A、C、F点外,G点也没有达到平衡,C项错误。由质量守恒定律可知,E、F、H三点中气体的质量相同,由图可知,t2时移动活塞,针筒内气体压强迅速增大,说明针筒的容积减小,增大压强,平衡向正反应方向移动,混合气体的物质的量减小,则E、F、H三点中,H点气体的物质的量最小,平均相对分子质量最大,D项正确。4.答案(1)①m1>m2>m3 ②温度较高时,温度变化对平衡移动的影响大于浓度变化对平衡移动的影响(2)①-621.9kJ·mol-1 ②一(3)①160 ② ③BC解析(1)①m=,增大NO的量,平衡向正反应方向移动,可增大CO的转化率,则投料比m1、m2、m3从大到小的顺序为m1>m2>m3;②随着温度的升高,不同投料比下CO平衡转化率趋于相近的原因是温度较高时,温度变化对平衡移动的影响大于浓度变化对平衡移动的影响。(2)①整个反应分为三个基元反应阶段,Ⅰ.NO(g)+NO(g)(g) ΔH=+199.2kJ·mol-1;Ⅱ.(g)+CO(g)CO2(g)+N2O(g) ΔH=-513.5kJ·mol-1;Ⅲ.CO2(g)+N2O(g)+CO(g)2CO2(g)+N2(g) ΔH=-307.6kJ·mol-1;由盖斯定律可知,
由Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ可得2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g) ΔH=+199.2kJ·mol-1+(-513.5kJ·mol-1)+(-307.6kJ·mol-1)=-621.9kJ·mol-1;②由于反应Ⅰ所需活化能最高,则总反应速率由第一阶段反应决定。(3)①由图可知,平衡时,CO的物质的量浓度为1mol·L-1,CO2的物质的量浓度为4mol·L-1,可列出平衡时的三段式: 2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g)550044421142K==32,平衡时v正=v逆,即k正·c2(NO)·c2(CO)=k逆·c(N2)·c2(CO2),=K=32,M点时,CO和CO2的物质的量浓度相等,设CO浓度的减少量为xmol·L-1,则根据化学方程式的化学计量数可知,5-x=x,解得x=2.5,可列出M点时的三段式: 2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g)55002.52.52.51.252.52.52.51.25则=32×=160;②由平衡时的三段式可知,反应达到平衡时,总物质的量为8mol,则Kp=;③分离出部分N2,平衡向正反应方向移动,NO的转化率增大,但是反应速率减小,A项错误。恒容时,再加入5molNO,5molCO,相当于增大压强,反应速率增大,平衡向正反应方向移动,能提高NO的转化率,B项正确。压缩容器容积增大压强,反应速率增大,平衡向正反应方向移动,能提高NO的转化率,C项正确。降低温度,平衡向正反应方向移动,能提高NO的转化率,但是反应速率减小,D项错误。5.答案(1)吸热 N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92kJ·mol-1(2)(3)①> ②不能,因为温度不同,催化剂的活性不同,对反应速率造成的影响不同(4)K 助剂K降低了生成乙烯的反应所需要的活化能,增大乙烯生成速率而对其他副反应的速率几乎无影响解析Ⅰ.(1)NNH3的过程为脱附,由题图可知,氨脱附后能量升高,则氨的脱附是吸热过程,由能量图可知,mol和molH—H被分解生成1molN和3molH时吸收(21-17)kJ的能量、1molN和3molH生成1molNH3(g)时放出50kJ的能量,则mol和molH—H生成1mol氨需要放出46kJ的能量,可得合成氨反应的热化学方程式为N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92kJ·mol-1。(2)当平衡时,合成氨的瞬时总速率w=k1·p(N2)-k2=0,则k1·p(N2)=k2·,得合成氨反应N2+3H22NH3的平衡常数Kp=。(3)①T2温度下反应进行到某时刻,测得容器内气体的压强为起始时的80%,则此时 N2(g)+3H2(g)2NH3(g)2.06.001.03.02.01.03.02.0平衡时气体总量为(1.0+3.0+2.0)mol=6.0mol,平衡时气体的压强是起始时的×100%=75%,合成氨是气体体积减小的反应,随着反应的进行,容器内压强降低,若某
时刻,容器内气体的压强为起始时的80%,说明反应未平衡,反应正向进行,则v正>v逆。②虽然反应时使用同一催化剂,都是将2.0molN2和6.0molH2通入容积为1L的密闭容器中,但分别在T1和T2温度下进行反应。不能根据图示信息判断温度的相对大小,因为温度不同,催化剂的活性不同,对反应速率造成的影响不同。Ⅱ.(4)由表中数据可知,Na的其他副反应占比大,Cu的CO2转化率低,兼顾乙烯的产率、CO2转化率和对副反应的影响,选择添加K助剂效果最好,不仅能提高单位时间内乙烯产量,并且其他副反应占比小。
