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专题突破练7化学反应速率和化学平衡一、选择题(本题包括10个小题,每题5分,共50分)1.(2020山东潍坊二模)燃煤工业锅炉烟气中含有1%3%的CO和0.02%0.04%的NO,在新型催化剂作用下可消除CO和NO两种有害气体,反应机理如图所示,在反应过程中CO可被O2氧化。下列说法中正确的是()A.温度越高越有利于有害气体消除B.O2浓度越大催化除杂效果越好C.催化反应的速率由氧化吸附过程决定D.总反应方程式为2NO+2CON2+2CO22.(2020北京西城区高三一模)向某密闭容器中充入NO2,发生反应:2NO2(g)N2O4(g)。其他条件相同时,不同温度下平衡体系中各物质的物质的量分数如下表(已知N2O4为无色气体)。t/27354970百分含量/%NO220254066N2O480756034下列说法不正确的是()A.27 时,该平衡体系中NO2的转化率为B.平衡时,NO2的消耗速率为N2O4消耗速率的2倍C.室温时,将盛有NO2的密闭玻璃球放入冰水中其颜色会变浅D.增大NO2起始量,可增大相同温度下该反应的化学平衡常数3.(2019山东济南外国语学校高三模拟)常压下羰基化法精炼镍的一步反应为Ni(s)+4CO(g)Ni(CO)4(g)。230 时,该反应的平衡常数K=210-5。已知:Ni(CO)4的沸点为42.2 ,固体杂质不参与反应。第一阶段:将粗镍与CO反应转化成气态Ni(CO)4;第二阶段:将第一阶段反应后的气体分离出来,加热至230 制得高纯镍。下列判断不正确的是()A.该反应达到平衡时,v分解Ni(CO)4=4v消耗(CO)B.第一阶段应选择稍高于42.2 的反应温度C.第二阶段,230 时Ni(CO)4分解率较高D.其他条件不变,增大c(CO)时平衡向正反应方向移动,反应的平衡常数不变4.(2020北京东城一模)科研人员提出CeO2催化合成DMC需经历三步反应,示意图如下:下列说法正确的是()A.、中均有OH键的断裂B.生成DMC总反应的原子利用率为100%C.该催化剂可有效提高反应物的平衡转化率D.DMC与过量NaOH溶液反应生成C和甲醇5.(2020河南中原名校第四次质量考评)某同学在实验室中进行如下两组实验:T1 K时,将2 mL 0.02 molL-1的酸性KMnO4溶液与2 mL 0.2 molL-1草酸溶液混合,观察到溶液完全褪色所需要的时间是4 s;T2 K时,将2 mL 0.03 molL-1的酸性KMnO4溶液与2 mL 0.2 molL-1草酸溶液混合,观察到溶液完全褪色所需要的时间是5 s。下列说法正确的是()A.实验反应速率较快B.实验反应速率较快C.无法比较二者反应速率的快慢D.T2 K定高于T1 K6.(2020山东枣庄二调)在一定温度下,向2 L恒容密闭容器中充入1 mol A,发生反应2A(g)B(g)+C(g)。反应过程中c(C)随时间变化的曲线如图所示,下列说法不正确的是()A.反应在050 s的平均速率v(C)=1.610-3 molL-1s-1B.该温度下,反应的平衡常数K=0.025C.保持其他条件不变,升高温度,平衡时c(B)=0.09 molL-1,则该反应的H0、H0B.体系的总压强p总:p总(点)2p总(点)C.体系中c(CO):c(CO,点)v逆(点)9.(2020江西名师联盟一模)在两个体积均为1 L的恒容密闭容器中以不同的氢碳比充入H2和CO2,在一定条件下发生反应:2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)H。CO2的平衡转化率(CO2)与温度的关系如图所示。下列说法正确的是()A.该反应不可能自发进行B.氢碳比X”“=”或“”)50%。12.(2020海南高三三模)(12分)氮及其化合物与工农业生产及人们的日常生活密切相关。回答下列问题:(1)利用某废铜下脚料(主要成分是Cu)可制备硫酸铜晶体(蓝矾),制备方法如图所示:蓝矾的化学式为。废铜与浓硝酸、稀硫酸反应的化学方程式为。(2)工业上制备尿素的反应是CO2(g)+2NH3(g)CO(NH2)2(l)+H2O(g)H”或“”或“”)v(逆);上述反应达到平衡后,继续通入一定量的NO2,则NO2的平衡转化率将(填“增大”“减小”或“不变”,下同),NO2的平衡浓度将。参考答案专题突破练7化学反应速率和化学平衡1.C解析在一定温度下,催化剂的活性能达到最大限度,有利于有害气体的消除,若温度过高,会使催化剂失去活性,不利于有害气体的消除,故A错误;O2浓度稍微增大,可以利于反应正向进行,但是O2浓度太大会把一氧化碳氧化,则不利于有害气体的消除,故B错误;催化反应的速率由慢反应决定,即由氧化吸附过程决定,故C正确;根据两步反应,2NO+O22NO2,2NO2+4CON2+4CO2,可得总反应为2NO+O2+4CON2+4CO2,故D错误。2.D解析由表格数据可知,27反应达到平衡时,二氧化氮和四氧化二氮的物质的量之比为14,则若四氧化二氮为4mol,由方程式可知,反应消耗二氧化氮为8mol,起始二氧化氮为(8+1)mol=9mol,则二氧化氮的转化率为,故A正确;平衡时,正逆反应速率相等,由方程式可知,NO2的消耗速率为N2O4消耗速率的2倍,故B正确;二氧化氮转化为四氧化二氮的反应为放热反应,降低温度,平衡向正反应方向移动,二氧化氮浓度减小,气体颜色变浅,故C正确;化学平衡常数是温度的函数,温度不变,化学平衡常数不变,故D错误。3.A解析各物质反应的速率之比等于相应的计量数之比,该反应达到平衡时,应满足4v分解Ni(CO)4=v消耗(CO),A错误;第一阶段应选择稍高于42.2的反应温度,有利于Ni(CO)4的生成,B正确;230时Ni(CO)4分解反应的平衡常数较大,分解率较高,C正确;平衡常数是温度的函数,温度不变,平衡常数不变,D正确。4.D解析根据示意图可知反应中没有OH键的断裂,A错误;中有水分子生成,生成DMC总反应的原子利用率小于100%,B错误;催化剂不影响化学反应平衡,不能提高反应物的平衡转化率,C错误;DMC的结构中有酯基,能与过量NaOH溶液发生水解反应生成C和甲醇,D正确。5.B解析用KMnO4溶液变化表示的反应速率v1(KMnO4)=0.0025molL-1s-1,v2(KMnO4)=0.003molL-1s-1,则实验反应速率快,选项B正确;选项A、C错误;由于实验中c(KMnO4)较实验中c(KMnO4)大,故T2K不一定高于T1K,选项D错误。6.B解析反应在050s的平均速率v(C)=1.610-3molL-1s-1,A正确;该温度下,平衡时,c(C)=0.10molL-1,则c(B)=0.10molL-1,c(A)=0.50molL-1-0.20molL-1=0.30molL-1,反应的平衡常数K=0.11,B不正确;升高温度,平衡时c(B)=0.09molL-10.10molL-1,则平衡逆向移动,该反应的H0,由图可知温度越高,平衡时c(CO2)越小,则升高温度时平衡正向移动,则题给反应的H0,故A错误;分别加入0.1molCO2和0.2molCO2,点所在曲线为加入0.1molCO2,点所在曲线为加入0.2molCO2,将点所在曲线代表的反应看作两个1.0L恒容容器分别加入了0.1molCO2,平衡后将两容器压缩为一个容器,若平衡不移动,体系的总压强为p总(点)=2p总(点),但加压CO2(g)+C(s)2CO(g)平衡逆向移动,体系压强减小,c(CO2)增大,为使c(CO2)相同,则加热使平衡正向移动,则体系的总压强又增大,由于前面压强减小和后面压强增大的程度未知,因此无法判断p总(点)和2p总(点)的相对大小,故B错误;点、点的温度相同,点看作先加入0.1molCO2,与点平衡时CO的浓度相同,再加入0.1molCO2,若平衡不移动,点CO的浓度等于点的2倍,但再充入CO2,相当于增大压强,平衡左移,消耗CO,则c(CO,点)2c(CO,点),故C正确;点、点的温度不同,温度越高,反应速率越快,则逆反应速率为v逆(点)v逆(点),故D错误。9.C解析由图可知,随温度升高CO2的平衡转化率减小,说明升高温度,平衡逆向移动,则正反应为放热反应,故H0,反应的熵变S2.0,故B错误;由图可知,P点平衡时二氧化碳转化率为0.5,氢碳比的值为2,起始时氢气为1molL-1、二氧化碳为0.5molL-1,则二氧化碳的浓度变化量为0.25molL-1,则:2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)起始/(molL-1)0.5100转化/(molL-1)0.250.750.1250.5平衡/(molL-1)0.250.250.1250.5则P点对应温度的平衡常数K=512,故C正确。10.AD解析根据图示可知t=400s时,CH3OCH3的分压p(CH3OCH3)=35.0kPa,容器内初始压强为41.6kPa,初始投料只有CH3OCH3,恒容密闭容器中压强比等于物质的量之比,所以此时CH3OCH3的转化率为=0.16,故A正确;该温度下,要缩短达到平衡所需的时间,除使用催化剂外,还可以增大反应物的压强或增大反应物的浓度,故B错误;达到平衡时,测得体系的总压强p总=121.6kPa,设起始时甲醚物质的量为1mol,达到平衡时反应消耗甲醚物质的量为xmol,列三段式有:CH3OCH3(g)CO(g)+H2(g)+CH4(g)起始/mol1000转化/molxxxx平衡/mol1-xxxx压强之比等于气体物质的量之比,所以有,解得x0.96,气体总物质的量为1mol+20.96mol=2.92mol,所以Kp=38000,故C错误;反应速率满足v(CH3OCH3)=kp(CH3OCH3),k=,将点(10.0,4.4)代入可得k=4.410-4s-1,则400s时v(CH3OCH3)=4.410-4s-135kPa=1.5410-2kPas-1,故D正确。11.答案.(1)bc(2)d.(1)m3m2m1(2)ce(3)4.810-3m2m1;(2)若投料比m=1,一定温度下发生反应2CO2(g)+6H2(g)C2H5OH(g)+3H2O(g),a.反应体系中各物质均为气体,保持压强为5MPa,随反应正向进行,容器体积减小,密度增大,密度不变可说明该反应达到平衡;b.平均相对分子质量等于气体总质量与气体总物质的量的比值,随反应正向进行,气体总质量不变,总物质的量减小,平均相对分子质量增大,当平均相对分子质量不再变化时,可说明反应达到平衡;c.CO2的体积分数即物质的量分数,反应前CO2的体积分数为50%,根据极值法可以求出当氢气完全消耗之后,二氧化碳的体积分数仍为50%,故反应中CO2的体积分数始终保持为50%不变,故不能据此判断该反应是否达到平衡;d.容器内反应前为11,而反应过程中不是按11反应,当容器内不再变化时,说明该反应达到平衡;e.断裂HH键和生成水分子表示正反应,故断裂3NA个HH键的同时生成1.5NA个水分子不能说明正反应速率等于逆反应速率。(3)若m3=3,则A点温度下,CO2的平衡转化率为50%,根据“三段式”分析如下:2CO2(g)+6H2(g)C2H5OH(g)+3H2O(g)起始/mol1300转化/mol150%1.50.250.75平衡/mol0.51.50.250.75平衡时气体的总物质的量=(0.5+1.5+0.25+0.75)mol=3mol,则CO2、H2、C2H5OH、H2O的物质的量分数分别为,该反应的平衡常数Kp=4.810-3;现为刚性密闭容器,题给正反应是气体的物质的量减小的反应,相当于在原平衡的基础上减压,平衡向气体分子数增大的方向移动,即向逆反应方向移动,则CO2的转化率小于50%。12.答案(1)CuSO45H2O3Cu+2HNO3(浓)+3H2SO43CuSO4+2NO+4H2O(2)CO(NH2)2或H2O0.00880%向逆反应方向移动不移动(3)6Fe2+2N+8H+6Fe3+N2+4H2O解析(1)蓝矾是硫酸铜的结晶水合物,其化学式为CuSO45H2O;由流程图可知,Cu与浓硝酸、稀硫酸反应生成CuSO4,没有生成Cu(NO3)2,说明硝酸中的N完全转化为NO,则化学方程式为3Cu+2HNO3(浓)+3H2SO43CuSO4+2NO+4H2O。(2)曲线甲的特点是逐渐升高,则代表生成物,而化学方程式中两种生成物的化学计量数相等,故甲为CO(NH2)2或H2O。由图像中曲线的变化特点可知曲线丙为CO2,则v(NH3)=2v(CO2)=0.008molL-1s-1。根据“三段式”进行分析:CO2(g)+2NH3(g)CO(NH2)2(l)+H2O(g)起始/mol1200转化/mol0.81.60.80.8平衡/mol0.20.40.80.8则NH3的平衡转化率为100%=80%;由化学方程式CO2(g)+2NH3(g)CO(NH2)2(l)+H2O(g)H0可知,该反应为放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动;生成物CO(NH2)2为液体,及时从容器中分离出尿素,不会导致平衡的移动。(3)阳极为Fe,失电子生成Fe2+,该离子具有还原性,在酸性条件下能够将N还原为无害的N2,该反应的离子方程式为6Fe2+2N+8H+6Fe3+N2+4H2O。13.答案(1)-127.5 kJmol-1催化剂(或提高催化剂的选择性)(2)0.12 molL-1min-1不能确定(或22.22%)减小该反应正反应为放热反应,当温度升高时平衡逆向移动,平衡常数(Kp或ln Kp)减小解析(1)根据题意可得:CH3OH(l)+O2(g)CO2(g)+2H2O(l)H=-726.5kJmol-1;H2(g)+O2(g)H2O(l)H=-285.5kJmol-1;CO(g)+O2(g)CO2(g)H=-283kJmol-1。根据盖斯定律+2-得CO(g)+2H2(g)CH3OH(l)H=-283kJmol-1-285.5kJmol-12+726.5kJmol-1=-127.5kJmol-1;选择合适的催化剂可以提高合成甲醇反应的选择性,所以关键因素是催化剂。(2)v(H2)=0.12molL-1min-1;10min往后到M点时氢气浓度逐渐减小,平衡正向移动,改变的条件可能是加入CO(g)或分离出甲醇或降低温度。若加入CO(g)反应速率加快;若分离出甲醇或降低温度,反应速率减慢,所以不能确定M点和N点的逆反应速率的大小;根据图示10min时容器内CO的物质的量是0.4mol、氢气的物质的量是0.8mol、甲醇的物质的量是0.6mol,CO的体积分数为100%22.22%;相同条件下,若起始投料加倍,相当于加压,平衡正向移动,所以CO的体积分数将减小;Kp=;该反应正反应为放热反应,当温度升高平衡逆向移动,平衡常数(Kp或lnKp)减小。14.答案(1)NO+NO2+Na2CO32NaNO2+CO2(2)增大增大解析(1)Na2CO3溶液和NO、NO2反应生成NaNO2,根据元素守恒可得该反应的化学方程式为NO+NO2+Na2CO32NaNO2+CO2。(2)升高温度体系颜色加深,平衡逆向移动,则正反应为放热反应,Hv(逆),则下降相同温度时lgk逆减小更快,则表示lgk正随变化关系的是斜线,表示lgk逆随变化关系的是斜线。(3)化学平衡常数K=10;NO2、N2O4浓度均为0.2molL-1,则此时浓度商Q=5v(逆);上述反应达到平衡后,继续通入一定量的NO2,等效于达到平衡后加压,平衡正移;根据勒夏特列原理,达到平衡时浓度比起始时大。
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