专题突破练8 化学反应速率与化学平衡一、选择题(本题包括8个小题,每小题8分,共64分)1.(2022福建厦门高三质检)2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)ΔH=-198kJ·mol-1,在V2O5存在时,该反应的机理为V2O5+SO22VO2+SO3(快) 4VO2+O22V2O5(慢)下列说法正确的是( ) A.反应速率主要取决于V2O5的质量B.VO2是该反应的催化剂C.逆反应的活化能大于198kJ·mol-1D.增大SO2的浓度可显著提高反应速率答案C解析由反应机理可得,V2O5是该反应的催化剂,反应速率与催化剂V2O5的质量有一定关系,但主要取决于催化剂V2O5的表面积,故A、B都错误;ΔH=正反应的活化能-逆反应的活化能=-198kJ·mol-1,所以逆反应的活化能大于198kJ·mol-1,故C正确;使用催化剂可以显著提高反应速率,增大SO2的浓度可以提高反应速率(不是显著提高),故D错误。2.(2022山东济宁高三期末)将0.2mol·L-1KI溶液和0.05mol·L-1Fe2(SO4)3溶液等体积混合充分反应后,取混合液分别完成下列实验,能说明溶液中存在化学平衡2Fe3++2I-2Fe2++I2的是( )A.向混合液中滴入KSCN溶液,溶液变红色B.向混合液中滴入AgNO3溶液,有黄色沉淀生成C.向混合液中滴入K3[Fe(CN)6]溶液,有蓝色沉淀生成D.向混合液中滴入淀粉溶液,溶液变蓝色答案A8\n解析0.2mol·L-1的KI溶液和0.05mol·L-1Fe2(SO4)3溶液等体积混合,KI过量,向混合液中滴入KSCN溶液,溶液变红色,说明溶液中仍含有Fe3+,能说明溶液中存在化学平衡2Fe3++2I-2Fe2++I2,故A项正确;由于KI过量,因此KI和AgNO3溶液产生黄色沉淀,不能说明溶液中存在I-,故B项错误;该反应生成Fe2+,向混合液中滴入K3[Fe(CN)6]溶液,有蓝色沉淀生成,不能说明溶液中存在化学平衡2Fe3++2I-2Fe2++I2,故C项错误;该反应生成I2,向混合液中滴入淀粉溶液,溶液变蓝色,不能说明溶液中存在化学平衡2Fe3++2I-2Fe2++I2,故D项错误。3.(2022河北定州中学高补质检)反应C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)在一密闭容器中进行,下列说法或结论能够成立的是( )A.当v正(CO)=v正(H2)时,反应达平衡状态B.其他条件不变仅将容器的体积缩小一半,再次平衡时H2O(g)的平衡浓度可能是原来的2.1倍C.保持体积不变,充入少量He使体系压强增大,反应速率一定增大D.其他条件不变,适当增加C(s)质量会使平衡正向移动答案B解析正逆反应速率相等时达到平衡状态,故A项错误;其他条件不变仅将容器的体积缩小一半,平衡逆向移动,再次平衡时H2O(g)的平衡浓度可能是原来的2.1倍,故B项正确;保持体积不变,充入少量He使体系压强增大,反应物浓度不变,反应速率不变,故C项错误;增加固体的质量,平衡不移动,故D项错误。4.(2022福建晋江季延中学高三检测)在催化剂作用下用乙醇制乙烯,乙醇转化率和乙烯选择性(生成乙烯的物质的量与乙醇转化的物质的量的比值)随温度、乙醇进料量(单位:mL·min-1)的关系如图所示(保持其他条件相同)。在410~440℃温度范围内,下列说法不正确的是( )A.当乙醇进料量一定时,随乙醇转化率增大,乙烯选择性升高B.当乙醇进料量一定时,随温度的升高,乙烯选择性不一定增大C.当温度一定时,随乙醇进料量增大,乙醇转化率减小D.当温度一定时,随乙醇进料量增大,乙烯选择性增大答案A8\n解析根据图像,当乙醇进料量一定时,随乙醇转化率增大,乙烯选择性逐渐升高,但温度高于430℃时,乙烯选择性逐渐降低,故A项错误,B项正确;根据题左图,当温度一定时,随乙醇进料量增大,乙醇转化率减小,故C项正确;根据题右图,当温度一定时,随乙醇进料量增大,乙烯选择性增大,故D项正确。5.(2022湖北襄阳第五中学高三模拟)碳热还原制备氮化铝的总反应化学方程式为Al2O3(s)+3C(s)+N2(g)2AlN(s)+3CO(g)。在温度、容积恒定的反应体系中,CO的浓度随时间的变化关系如图曲线甲所示。下列说法不正确的是( )A.在不同时刻都存在关系:3v(N2)=v(CO)B.c点切线的斜率表示该化学反应在t时刻的瞬时速率C.从a、b两点坐标可求得从a到b时间间隔内该化学反应的平均反应速率D.维持温度、容积不变,若减少N2的物质的量进行反应,曲线甲将转变为曲线乙答案D解析根据化学反应速率之比等于化学方程式中化学计量数之比分析,3v(N2)=v(CO),A项正确;c点处的切线的斜率是此时刻物质浓度除以此时刻时间,为一氧化碳的瞬时速率,B项正确;题给图像中a、b点分别对应浓度和时间,因此从a、b两点坐标可求得从a到b时间间隔内该化学反应的平均反应速率,C项正确;维持温度、容积不变,若减少N2的物质的量进行反应,平衡逆向进行,达到新的平衡状态与原来的平衡状态不同,D项错误。6.(2022河北沧州教学质量监测)某科研小组利用如下反应消除NO和CO的污染:2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) ΔH=xkJ·mol-1。T℃时,在容积为2L的恒容密闭容器中充入2molNO和2molCO,保持温度不变,5min末达到平衡状态,此时c(N2)=0.4mol·L-1。下列说法中不正确的是( )A.x<0B.α(NO)=80%C.0~5min内,v(CO)=0.16mol·L-1·min-1D.保持温度不变,若再向上述平衡体系中充入2molNO和2molCO,重新达到平衡时,c(N2)=0.8mol·L-1答案D解析该反应ΔS<0,若要使反应自发进行,则必须为放热反应,故ΔH<0,即x<0,故A项正确;5min时达到平衡状态,c(N2)=0.4mol·L-1,则n(N2)=0.4mol·L-1×2L=0.8mol,根据方程式可知反应中Δn(NO)=Δn(CO)=1.6mol,则NO的转化率α(NO)=1.6mol2mol×100%=80%,故B项正确;v(NO)=Δn(NO)V·t=1.6mol2L×5min=0.16mol·L-1·min-1,故C项正确;5min时达到平衡状态,n(NO)=n8\n(CO)=(2-1.6)mol=0.4mol,则平衡时c(NO)=c(CO)=0.2mol·L-1,又因为c(N2)=0.4mol·L-1,c(CO2)=0.8mol·L-1,所以该反应的平衡常数K=c(N2)·c2(CO2)c2(NO)·c2(CO)=0.4×0.820.22×0.22。保持温度不变,再充入2molNO和2molCO,平衡向右移动,假设重新达平衡时,c(N2)=0.8mol·L-1,则平衡转化率不变,各物质的浓度分别为c(NO)=c(CO)=0.4mol·L-1,c(CO2)=1.6mol·L-1,则Qc=c(N2)·c2(CO2)c2(NO)·c2(CO)=0.8×1.620.42×0.42≠K,故假设不成立,即重新达到平衡时c(N2)≠0.8mol·L-1时,此时反应正向进行,达到新平衡时,c(N2)>0.8mol·L-1,故D项错误。7.(2022天津耀华中学高三月考)T℃时,在一固定容积的密闭容器中发生反应:A(g)+B(g)C(s) ΔH<0,按照不同配比充入A、B,达到平衡时容器中A、B浓度变化如图中曲线(实线)所示,下列判断正确的是( )A.T℃时,该反应的平衡常数值为4B.c点没有达到平衡,此时反应向逆反应方向进行C.若c点为平衡点,则此时容器内的温度高于T℃D.T℃时,直线cd上的点均为平衡状态答案C解析根据平衡常数的表达式,K=1c(A)×c(B)=14,故A项错误;c点没有达到平衡,若要达到平衡,应向d点移动,A、B的浓度降低,说明平衡向正反应方向移动,故B项错误;如果c点达到平衡,此时的平衡常数小于T℃时的平衡常数,说明平衡向逆反应方向移动,即升高温度,C项正确;平衡常数只受温度的影响,与浓度、压强无关,因此曲线ab是平衡线,D项错误。8.如图所示,向A、B中均充入1molX、1molY,起始时A、B的体积都等于1L。在同温、同压和催化剂存在的条件下,关闭活塞K,使两容器中都发生反应X(g)+Y(g)2Z(g)+W(g) ΔH<0,达平衡时,A的体积为1.4L。下列说法错误的是( )A.两容器中的反应分别达到平衡时,反应物X的反应速率:v(B)>v(A)B.A容器中X的转化率为80%C.平衡时的压强:pA<pBD.平衡时Y的体积分数:A>B答案D8\n解析A为恒压过程,B为恒容过程,该反应为气体体积增大的反应,反应过程中B的压强大于A,反应物X的反应速率:v(B)>v(A),故A正确;A中达到平衡时混合气体的物质的量为1.4×2mol=2.8mol,增多0.8mol,根据反应X(g)+Y(g)2Z(g)+W(g),每有1molX参加反应,生成物增多1mol,现增多0.8mol,则反应了0.8molX,故A容器中X的转化率为80%,故B正确;A为恒压过程,B为恒容过程,该反应为气体体积增大的反应,反应过程中B的压强大于A,平衡时的压强:pA<pB,故C正确;A为恒压过程,B为恒容过程,该反应为气体体积增大的反应,反应过程中B的压强大于A,A中正向进行的程度大于B,平衡时Y的体积分数:A<B,故D错误。二、非选择题(本题包括2个小题,共36分)9.(2022山东济南第一中学高三月考)(18分)氢气是一种新型的绿色能源,又是一种重要的化工原料。以生物材质(以C计)与水蒸气反应制取H2是一种低耗能、高效率的制H2方法。该方法由气化炉制造H2和燃烧炉再生CaO两步构成。气化炉中涉及的反应为:Ⅰ.C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) K1;Ⅱ.CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) K2;Ⅲ.CaO(s)+CO2(g)CaCO3(s) K3。(1)该工艺制H2总反应可表示为C(s)+2H2O(g)+CaO(s)CaCO3(s)+2H2(g),其反应的平衡常数K= (用K1、K2、K3的代数式表示)。在2L的密闭容器中加入一定量的C(s)、H2O(g)和CaO(s)。下列能说明反应达到平衡状态的是 。 a.容器内混合物的质量不变b.H2与H2O(g)的物质的量之比不再变化c.混合气体的密度不再变化d.形成amolH—H键的同时断裂2amolH—O键(2)对于反应Ⅰ,不同温度和压强对H2产率的影响如下表。 压强温度 p1/MPap2/MPa500℃45.6%51.3%700℃67.8%71.6%由表中数据判断:p1 (填“>”“<”或“=”)p2。 下列图像正确的是 。 (3)已知反应Ⅱ的ΔH=-41.1kJ·mol-1,CO键、O—H键、H—H键的键能分别为803kJ·mol-1,464kJ·mol-1、436kJ·mol-1,则CO中碳氧键的键能为 kJ·mol-1。 (4)对于反应Ⅲ,若平衡时再充入CO2,使其浓度增大到原来的2倍,则平衡向 (填“正反应”或“逆反应”)方向移动;当重新平衡后,CO2的浓度 (填“变大”“变小”或“不变”)。 8\n答案(1)K1·K2·K3 bc (2)> BD (3)1072.9 (4)正反应 不变解析(1)根据题意,反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ相加可得反应C(s)+2H2O(g)+CaO(s)CaCO3(s)+2H2(g),则该反应的平衡常数K=K1·K2·K3;根据质量守恒定律,容器内混合物的质量始终不变,不能判断达到平衡状态,a错误;H2与H2O(g)的物质的量之比不再变化,说明正逆反应速率相等,能够判断达到了平衡状态,b正确;C为固体,反应后气体的质量增大,容器的体积不变,则混合气体的密度不再变化,能够判断达到了平衡状态,c正确;形成amolH—H键的同时断裂2amolH—O键描述的都是正反应速率,不能判断达到了平衡状态,d错误;(2)根据反应Ⅰ.C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) K1,相同温度条件下,减小压强,平衡正向移动,氢气的产率增大,因此p1>p2;减小压强,平衡正向移动,与图像不符,A项错误;根据表格数据,升高温度,氢气的产率增大,说明平衡正向移动,与图像吻合,B项正确;升高温度,平衡正向移动,水的含量减少,降低压强,平衡正向移动,水的含量减少,与图像不符,C项错误;升高温度,平衡正向移动,平衡常数增大,与图像吻合,D项正确。(3)设CO中碳氧键的键能为xkJ·mol-1,反应Ⅱ.CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的ΔH=-41.1kJ·mol-1=反应物的键能之和-生成物的键能之和=(x+464×2)kJ·mol-1-(803×2+436)kJ·mol-1,解得x=1072.9;(4)反应Ⅲ.CaO(s)+CO2(g)CaCO3(s),若平衡时再充入CO2,使其浓度增大到原来的2倍,相当于增大压强,平衡正向移动;温度不变,平衡常数不变,K=1c(CO2),则重新平衡后,CO2浓度不变。10.(2022安徽六安示范高中联盟高三期末)(18分)汽车尾气中的主要污染物是NO和CO。为减轻大气污染,人们提出通过以下反应来处理汽车尾气:(1)T℃下,在一容积不变的密闭容器中,通入一定量的NO和CO,用气体传感器测得不同时间时NO和CO的浓度如下表:时间/s012345c(NO)/10-4mol·L-110.04.50c11.501.001.00c(CO)/10-3mol·L-13.603.05c22.752.702.70则c2较合理的数值为 (填字母标号)。 A.4.20B.4.00C.2.95D.2.85(2)将不同物质的量的H2O(g)和CO(g)分别通入体积为2L的恒容密闭容器中,进行反应H2O(g)+CO(g)CO2(g)+H2(g),得到如下三组数据:实验组温度/℃起始量/mol平衡量/mol达到平衡所需的时间8\n/minH2OCOCOH2ⅰ650242.41.65ⅱ900121.60.43ⅲ900abcd1若a=2,b=1,则c= ,三组实验对应平衡常数的关系K(ⅰ) K(ⅱ) K(ⅲ)(填“>”“<”或“=”)。 (3)控制反应条件,CO和H2可以用来合成甲醇和二甲醚,其中合成二甲醚的化学方程式为3H2(g)+3CO(g)CH3OCH3(g)+CO2(g),在相同条件下合成二甲醚和合成甲醇的原料平衡转化率随氢碳比n(H2)n(CO)的变化如图所示:①合成二甲醚的最佳氢碳比为 。 ②甲醇使用不当会导致污染,可用电解法消除这种污染。其原理是电解CoSO4、稀硫酸和CH3OH的混合溶液,将Co2+氧化为Co3+,Co3+再将CH3OH氧化成CO2,Co3+氧化CH3OH的离子方程式为 。 答案(1)D (2)0.6 > = (3)①1.0 ②6Co3++CH3OH+H2OCO2↑+6Co2++6H+解析(1)由表中数据可知4s时反应达到平衡,1~3s内CO浓度变化量为3.05×10-3mol·L-1-2.75×10-3mol·L-1=3×10-4mol·L-1,该2s内平均每秒内变化量为1.5×10-4mol·L-1,随反应进行反应速率减小,该2s中前1s内CO浓度变化量应大于1.5×10-4mol·L-1,则2s时CO的浓度小于3.05×10-3mol·L-1-1.5×10-4mol·L-1=2.9×10-3mol·L-1,故2s时CO的浓度应介于2.75×10-3~2.9×10-3mol·L-1之间,选项中只有2.85×10-3mol·L-1符合。(2)由实验组ⅱ数据,根据“三段式”: H2O(g)+CO(g)CO2(g)+H2(g)初始浓度/(mol·L-1)0.5100转化浓度/(mol·L-1)0.20.20.20.2平衡浓度/(mol·L-1)0.30.80.20.2可得900℃时该反应的平衡常数K=0.2×0.20.3×0.8在实验ⅲ中,当a=2,b=1时,根据“三段式”: H2O(g)+CO(g)CO2(g)+H2(g)初始浓度/(mol·L-1)10.500转化浓度/(mol·L-1)0.5-c20.5-c2d2d28\n平衡浓度/(mol·L-1)0.5+c2c2d2d2根据转化关系可得0.5-c2=d2,则d=1-c,根据相同温度下平衡常数相等可得1-c2×1-c2(0.5+c2)×c2=0.2×0.20.3×0.8,解得c=0.6;650℃时根据“三段式”可得 H2O(g)+CO(g)CO2(g)+H2(g)初始浓度/(mol·L-1)1200转化浓度/(mol·L-1)0.80.80.80.8平衡浓度/(mol·L-1)0.21.20.80.8则平衡常数K=0.8×0.80.2×1.2>0.2×0.20.3×0.8,又因为平衡常数只与温度有关,则三组实验对应平衡常数的关系K(ⅰ)>K(ⅱ)=K(ⅲ)。(3)①根据图像可知氢碳比为1.0时合成二甲醚的转化率最高,则合成二甲醚的最佳氢碳比为1.0。②根据电子得失守恒、原子守恒以及电荷守恒可知Co3+氧化CH3OH的离子方程式为6Co3++CH3OH+H2OCO2↑+6Co2++6H+。8
