第七章化学反应的方向、限度与速率第一讲化学反应的方向和限度一、选择题1．已知：CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g) ΔH＞0，ΔS＞0，则该反应能自发进行的条件是( )A．低温B．高温C．任何温度下都能自发进行D．任何温度下都不能自发进行解析 ΔG＝ΔH－TΔS＜0时，反应能自发进行，因ΔH＞0，ΔS＞0，则在高温下ΔG可能小于零，故选B。答案 B2．下列关于ΔH－TΔS说法中正确的是( )A．ΔH－TΔS可用于判断所有条件下的反应能否自发进行B．ΔH－TΔS只用于判断温度、体积一定的反应能否自发进行C．ΔH－TΔS只用于判断温度、压强一定的反应能否自发进行D．ΔH－TΔS＜0的反应，在该条件下一定剧烈反应解析 在不同温度、压强下ΔH－TΔS的值不同，所以选项A、B都不正确；ΔH－TΔS＜0能判定反应可以自发进行，但不一定是剧烈反应，所以答案为C。答案 C3．700℃时，向容积为2L的密闭容器中充入一定量的CO和H2O，发生反应：CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)反应过程中测定的部分数据见下表(表中t2＞t1)：反应时间/minn(CO)/moln(H2O)/mol01.200.60t10.80t20.20下列说法正确的是(双选)( )A．反应在t1min内的平均速率为v(H2)＝0.40/t1mol·L－1·min－1B．保持其他条件不变，起始时向容器中充入0.60molCO和1.20molH2O，到达平衡时n(CO2)＝0.40molC．保持其他条件不变，向平衡体系中再通入0.20molH2O，与原平衡相比，达到新平衡8\n时CO转化率增大，H2O的体积分数增大D．温度升至800℃，上述反应平衡常数为0.64，则正反应为吸热反应答案 BC4．在一定条件下，已达平衡的可逆反应：2A(g)＋B(g)===2C(g)，下列说法中正确的是( )A．平衡时，此反应的平衡常数K与各物质的浓度有如下关系：K＝B．改变条件后，该反应的平衡常数K一定不变C．如果改变压强并加入催化剂，平衡常数会随之变化D．若平衡时增加A和B的浓度，则平衡常数会减小解析 K只随温度的改变而改变。答案 A5．向绝热恒容密闭容器中通入SO2和NO2，在一定条件下使反应SO2(g)＋NO2(g)SO3(g)＋NO(g)达到平衡，正反应速率随时间变化的示意图如下所示。由图可得出的正确结论是( )A．反应在c点达到平衡状态B．反应物浓度：a点小于b点C．反应物的总能量低于生成物的总能量D．Δt1＝Δt2时，SO2的转化率：a～b段小于b～c段解析 这是一个反应前后体积不变的可逆反应，由于容器恒容，因此压强不影响反应速率，所以在本题中只考虑温度和浓度的影响。由图可以看出随着反应的进行正反应速率逐渐增大，因为只要开始反应，反应物浓度就要降低，反应速率应该降低，但此时正反应却是升高的，这说明此时温度的影响是主要的，由于容器是绝热的，因此只能是放热反应，从而导致容器内温度升高反应速率加快，所以选项C不正确；但当到达c点后正反应反而降低，这么说此时反应物浓度的影响是主要的，因为反应物浓度越来越小了。但反应不一定达到平衡状态，所以选项A、B均不正确；正反应速率越快，消耗的二氧化硫就越多，因此选项D是正确的。答案 D6．据报道，在300℃、70MPa下由二氧化碳和氢气合成乙醇已成为现实。2CO2(g)＋6H2(g)CH3CH2OH(g)＋3H2O(g)8\n下列叙述错误的是( )A．使用Cu－Zn－Fe催化剂可大大提高生产效率B．反应需在300℃进行可推测该反应是吸热反应C．充入大量CO2气体可提高H2的转化率D．从平衡混合气体中分离出CH3CH2OH和H2O可提高CO2和H2的利用率解析 A项，多数催化剂能提高化学反应速率；B项，判断吸热反应和放热反应是根据体系能量的变化；C项，充入大量CO2气体，平衡正向移动，提高H2的转化率；D项，平衡正向移动，提高CO2和H2的利用率。答案 B7．CO和NO都是汽车尾气中的有害物质，它们之间能缓慢地发生如下反应：2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g) ΔH<0，现利用此反应，拟设计一种环保装置，用来消除汽车尾气对大气的污染，下列设计方案可以提高尾气处理效果的是( )①选用适当的催化剂 ②提高装置温度 ③降低装置的压强 ④装置中放入碱石灰A．①③B．②④C．①④D．②③解析 选用适当催化剂虽不能提高反应物的转化率，但能加快反应速率；因为该反应的正反应为放热反应，所以升高温度，平衡向逆反应方向移动；该反应的正反应为体积减小的反应，因此降低压强，能使平衡向逆反应方向移动；装置中放入碱石灰能吸收CO2，使CO2的浓度降低，平衡向正反应方向移动。答案 C8．250℃和1.01×105Pa时，反应2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g) ΔH＝＋56.76kJ/mol，自发进行的原因是( )A．是吸热反应 B．是放热反应C．是熵减反应D．熵增效应大于能量效应解析 该反应能够自发进行，说明56.76－(250＋273)×ΔS＜0，显然ΔS＞0；或者说该反应ΔH＞0且能够自发进行，那么该反应的ΔS＞0，是熵增加的反应。答案 D二、非选择题9．密闭容器中mA(g)＋nB(g)pC(g)，反应达到平衡状态，经测定增大压强p时，A的转化率随p而变化的曲线如图所示：则：(1)增大压强，A的转化率________，平衡________移动，达到平衡状态后，混合物中C的质量分数________________。(2)上述化学方程式中的系数m、n、p的正确关系是___________，再加入B，则平衡__________________。8\n(3)当降低温度时，C的质量分数增大，则A的转化率____________，正反应是_______________________热反应。解析 由图像可知，随压强的增大，A的转化率降低，说明平衡逆向移动，C的质量分数降低，结合勒夏特列原理有m＋n＜p；增加反应物的量，平衡正向移动；降低温度，C的质量分数增大，说明平衡正向移动，A的转化率增大，结合勒夏特列原理可得正反应为放热反应。答案 (1)降低 逆向 降低(2)m＋n＜p 正向移动 (3)增大 放10．在一恒容密闭容器中发生某化学反应2A(g)B(g)＋C(g)，在三种不同条件下进行，其中实验Ⅰ、Ⅱ都在800℃，实验Ⅲ在850℃，B、C的初始浓度都为0，反应物A的浓度(mol·L－1)随时间(min)的变化如图所示：试回答下列问题：(1)在800℃时该反应的化学平衡常数K＝。(2)在实验Ⅰ中，反应在20min至40min内A的化学反应速率为。(3)实验Ⅱ和实验Ⅰ相比，可能隐含的反应条件是。(4)根据实验Ⅲ和实验Ⅰ的比较，可推测该反应降低温度，平衡向(填“正”或“逆”)反应方向移动，该正反应是(填“放热”或“吸热”)反应。(5)与实验Ⅰ相比，若实验Ⅰ中的A的初始浓度改为0.8mol·L－1，其他条件不变，则达到平衡时所需用的时间实验Ⅰ(填“等于”、“大于”或“小于”)。解析 (1)由图象知，在800℃时该反应达到平衡时A、B、C的平衡浓度分别为0.5mol·L－1、0.25mol·L－1、0.25mol·L－1，则800℃时的化学平衡常数。(2)由图象知，在实验Ⅰ中反应在20min至40min内A的浓度从0.65mol·L－1减小到0.5mol·L－1，因此这段时间内A的平均化学反应速率为：8\nv(A)＝＝0.0075mol·L－1·min－1。(3)实验Ⅱ和实验Ⅰ达到平衡时A的浓度相同，且此反应前后气体体积不变，则在实验Ⅱ中采取的措施为在实验Ⅰ的基础上加入了催化剂或增大压强。(4)由实验Ⅲ和实验Ⅰ可看到升温后A的平衡浓度减小，即升高温度平衡向正反应方向移动，正反应为吸热反应。(5)在恒容密闭容器中，A的起始浓度改为0.8mol·L－1，相当于减小了反应物浓度，化学反应速率减慢，达到平衡时所需用的时间增长。答案 (1)0.25（2）0.0075mol·L－1·min－1(3)加入了催化剂或增大压强 (4)逆 吸热（5）大于11．硫—碘循环分解水制氢主要涉及下列反应：Ⅰ SO2＋2H2O＋I2===H2SO4＋2HIⅡ 2HIH2＋I2Ⅲ 2H2SO4===2SO2＋O2＋2H2O(1)分析上述反应，下列判断正确的是________。a．反应Ⅲ易在常温下进行b．反应Ⅰ中SO2氧化性比HI强c．循环过程中需补充H2Od．循环过程产生1molO2的同时产生1molH2(2)一定温度下，向1L密闭容器中加入1molHI(g)，发生反应Ⅱ，H2物质的量随时间的变化如图所示。0～2min内的平均反应速率v(HI)＝________。该温度下，H2(g)＋I2(g)2HI(g)的平衡常数K＝________。相同温度下，若开始加入HI(g)的物质的量是原来的2倍，则________是原来的2倍。a．平衡常数b．HI的平衡浓度c．达到平衡的时间d．平衡时H2的体积分数(3)实验室用Zn和稀硫酸制取H2，反应时溶液中水的电离平衡________移动(填“向左”、“向右”或“不”)；若加入少量下列试剂中的________，产生H2的速率将增大。a．NaNO3b．CuSO4c．Na2SO4d．NaHSO3(4)以H2为燃料可制作氢氧燃料电池。8\n已知 2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－572kJ·mol－1某氢氧燃料电池释放228.8kJ电能时，生成1mol液态水，该电池的能量转化率为________。解析 本题主要考查平衡理论和反应热中的相关概念，意在考查考生综合分析问题的能力。(1)题中3个反应相加，即得总反应式2H2O2H2↑＋O2↑，因此选项c符合题意。由于H2SO4是一种强酸，很稳定，因此使H2SO4分解需要相当高的温度，选项a错；反应Ⅰ中SO2作还原剂，HI是还原产物，故还原性SO2强于HI，则氧化性HI强于SO2，b错；根据总反应式可知选项d也错。本题应选c。(2)结合图像根据速率的定义v＝可得v(H2)＝＝0.05mol·L－1·min－1，根据速率之比等于化学方程式中物质的系数之比得v(HI)＝2v(H2)＝0.1mol·L－1·min－1。该反应的平衡常数K＝＝＝64。由于平衡常数只与温度有关，温度不变，平衡常数不变，a错。由于题中反应是一个气体体积不变的反应，故改变条件后的平衡和原平衡等效，因此选项b正确，d错误。HI的浓度是原来的2倍，由于浓度增大，反应速率加快，达到平衡所需的时间短，c错。(3)随着反应的进行，硫酸浓度减小，溶液中c(H＋)减小，酸性减弱，故水的电离平衡向右移动。若加入NaNO3(s)，则相当于溶液中存在HNO3，此时将不产生H2而产生NOx；加入CuSO4(s)后形成原电池，反应速率加快；加入Na2SO4(s)后对反应速率无影响；加入NaHSO3(s)后，由于发生反应H＋＋HSO===SO2↑＋H2O，溶液中c(H＋)减小，反应速率减小。综上分析可知选项b符合题意。(4)当生成1mol液态水时，共放热286kJ，故能量利用率为228.8/286×100%＝80%。答案 (1)c (2)0.1mol·L－1·min－1 64 b(3)向右 b (4)80%12．在一定温度下将3molCO2和2molH2混合于2L的密闭容器中，发生如下反应：CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)(1)该反应的化学平衡常数表达式K＝________。(2)已知在700℃时，该反应的平衡常数K1＝0.6，则该温度下反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)的平衡常数K2＝________，反应CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)8\n的平衡常数K3＝________。(3)已知在1000℃时，该反应的平衡常数K4为1.0，则该反应为________反应(填“吸热”或“放热”)。(4)能判断该反应达到化学平衡状态的依据是________。A．容器中压强不变B．c(CO2)＝c(CO)C．生成amolCO2的同时消耗amolH2D．混合气体的平均相对分子质量不变(5)在1000℃下，某时刻CO2的物质的量为2.0mol，则此时v(正)________v(逆)(填“>”、“＝”或“<”)。该温度下反应达到平衡时，CO2的转化率为________。解析 (2)K2＝＝＝1.67；K3＝＝＝0.77。(3)升温时K增大，说明该反应为吸热反应。(5) CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)1.51000.50.50.50.51.00.50.50.5Q＝＝0.5<K4＝1.0所以反应向正向进行，v(正)>v(逆)。设1000℃达平衡时，反应掉CO2的物质的量浓度为x， CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)1.5100xxxx1.5－x1－xxx＝1.0，x＝0.68\nα(CO2)＝×100%＝40%。答案 (1)(2)1.67 0.77 (3)吸热 (4)C(5)> 40%8
