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专题能力提升练 六化学反应速率和化学平衡(建议用时:20分钟)一、选择题1.(2016福州一模)一定条件下,Cu2+、Mn2+、Fe3+的浓度对乙酸在光照下催化降解速率的影响如图所示。下列判断不正确的是()A.该实验方案的缺陷之一是未做空白对照实验B.Cu2+、Mn2+提高乙酸降解速率的最佳浓度为0.1 mmolL-1C.Fe3+不能提高乙酸降解速率D.相同条件下,乙酸在Cu2+、Mn2+、Fe3+作用下的降解速率依次减小【解析】选A。各离子浓度为0时,乙酸在光照下的降解速率为70%,这一条件下的数值就是三个实验的对照实验,A选项错误。根据图象分析,Cu2+、Mn2+提高乙酸降解速率的最佳浓度为0.1 mmolL-1,B正确;根据图象可知,Fe3+的加入会使乙酸的降解速率减小,C正确;在同一条件下,如三种离子浓度相等时,乙酸在Cu2+作用下的降解速率最大,Fe3+最小,D正确。2.(2016四川高考)一定条件下,CH4与H2O(g)发生反应:CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)。设起始=Z,在恒压下,平衡时CH4的体积分数(CH4)与Z和T(温度)的关系如图所示。下列说法正确的是()A.该反应的焓变H0B.图中Z的大小为a3bC.图中X点对应的平衡混合物中=3D.温度不变时,图中X点对应的平衡在加压后(CH4)减小【解析】选A。据图分析,随着温度升高甲烷的体积分数逐渐减小,说明升温平衡正向移动,则正反应为吸热反应,A正确;的比值越大,起始时水蒸气浓度越大,则甲烷的转化率越大,甲烷的体积分数越小,故a3b,B错误;起始加入量的比值为3,但反应中甲烷和水是按等物质的量反应的,所以达到平衡时比值不是3,C错误;温度不变时,加压,平衡逆向移动,甲烷的体积分数增大,D错误。【加固训练】(2016石家庄一模)某恒容密闭容器中充入一定量SO2和O2进行反应:2SO2(g)+ O2(g)2SO3(g)Hv(b)D.图乙中,温度恒定时,c点的反应正在向逆反应方向进行【解析】选C。图甲中,d点正逆反应速率相等,反应处于平衡状态,平衡后升温,平衡向逆反应方向移动,故v(逆)v(正),曲线1表示逆反应速率,A、B正确;乙图中,p2压强大,反应速率快,C错误;p1达到平衡时SO2的体积分数大于c点时SO2的体积分数,所以反应向生成SO2的方向进行,D正确。3.(2016都江堰一模)Fenton试剂常用于氧化降解有机污染物X。在一定条件下,反应初始时c(X)=2.010-3molL-1,反应10 min进行测定,得图1和图2。下列说法不正确的是()A.50,pH在36时,X降解率随pH增大而减小B.pH=2,温度在4080时,X降解率随温度升高而增大C.无需再进行后续实验,就可以判断最佳反应条件是:pH=3、温度为80D.pH=2,温度为50时,10 min内X的平均降解速率v(X)=1.4410-4molL-1min-1【解析】选C。由图1可知,50、pH在36时,X降解率随pH增大而减小,A正确;由图2可知,pH=2、温度在4080时,X降解率随温度升高而增大,B正确;因溶液pH、温度都会影响X的降解率,故还需要进行pH=3时温度对X降解率影响的实验或温度为80时pH对X降解率影响的实验,C错误;由图2可知,pH=2、50时X的转化率为72%,X的浓度变化量c(X)=2.010-3molL-172%=1.4410-3molL-1,故v(X)=1.4410-4molL-1min-1,D正确。二、非选择题4.(2016淮南一模)工业上先将煤转化为CO,再利用CO和水蒸气反应制H2时,存在以下平衡:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)(1)向2 L恒容密闭容器中充入CO和H2O(g),800时测得部分数据如下表。t/min01234n(H2O)/mol1.201.040.900.700.70n(CO)/mol0.800.640.500.300.30则从反应开始到2 min时,用H2表示的反应速率为_;该温度下反应的平衡常数K=_(小数点后保留1位有效数字)。(2)相同条件下,向2 L恒容密闭容器中充入1 mol CO、1 mol H2O(g)、2 mol CO2(g)、2 mol H2(g),此时v(正)_v(逆)(填“”“1.2,平衡向逆反应方向移动,所以v(正)v(逆)。(3)将3c(CO)c(H2O)=5c(H2)c(CO2)代入平衡常数表达式可知K=0.6,所以温度是1 000。答案:(1)0.075 molL-1min-11.2(2)(3)1 000【方法规律】(1)利用“三段式”进行化学平衡常数的计算(2)对于可逆反应:mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),在一定温度下的任意时刻,反应物浓度和生成物浓度有如下关系:Qc=,Qc叫该反应的浓度商。QcK,反应向逆反应方向进行。5.(2016海口二模)磺酰氯(SO2Cl2)和亚硫酰氯(SOCl2)均是实验室常见试剂。已知:SO2Cl2(g)SO2(g)+Cl2(g)H=akJmol-1K1()SO2(g)+Cl2(g)+SCl2(g)2SOCl2(g)H=bkJmol-1K2()(1)反应:SO2Cl2(g)+SCl2(g)2SOCl2(g)的平衡常数K=_(用K1、K2表示)。(2)为研究不同条件对反应()的影响,以13.5 g SO2Cl2充入2.0 L的烧瓶中,在101 kPa、375 K时,10 min达到平衡,平衡时SO2Cl2转化率为0.80,则010 min Cl2的平衡反应速率为_,平衡时容器内压强为_kPa,该温度的平衡常数为_;若要减小SO2Cl2转化率,除改变温度外,还可采取的措施是_(列举一种)。【解析】(1)SO2Cl2(g)+SCl2(g)2SOCl2(g)是由()、()相加得到,故平衡常数为两者之积,反应热为两者之和,则:K=K1K2。(2)13.5 g SO2Cl2的物质的量为=0.1 mol,10 min达到平衡时SO2Cl2转化率为0.80,则转化的SO2Cl2为0.080 mol,则:SO2Cl2(g)SO2(g)+Cl2(g)起始量(mol):0.1 0 0变化量(mol):0.080 0.0800.080平衡量(mol):0.020 0.0800.080v(Cl2)=0.0040 molL-1min-1;平衡时总物质的量为0.020 mol+0.080 mol+0.080 mol=0.180 mol,故平衡时压强为:101 kPa=181.8 kPa;该温度下平衡常数K=0.16 molL-1。若要减小转化率,可通过缩小容器体积即增大压强的方法。答案:(1)K1K2(2)0.0040 molL-1min-1181.80.16 molL-1增大压强(或缩小容器体积)【加固训练】对氮及其化合物的研究具有重要意义。(1)在1 L密闭容器中,4 mol氨气在一定条件下分解生成氮气和氢气。2 min时反应吸收热量为46.1 kJ,此时氨气的转化率为25%。该反应的热化学方程式为_。(2)某恒温恒压条件下,向容积为VL的密闭容器中,起始充入1 mol N2、3 mol H2、16 mol NH3,发生N2(g)+3H2(g)2NH3(g)。达到平衡后,N2、H2、NH3的物质的量分别为amol、bmol、cmol,此时容器的容积为1.1VL,回答下列问题:起始时反应速率v(正)_v(逆)(填“”、“”或“=”)。平衡时a=_,b=_。若平衡后再充入3.6 mol NH3,重新建立平衡时容器的容积为_L。(3)原料H2还可通过反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)获取。T时,向容积固定为5 L的容器中充入1 mol水蒸气和1 mol CO,反应达平衡后,测得CO的浓度为0.08 molL-1,则平衡时CO的转化率为_,该温度下反应的平衡常数K值为_。保持温度仍为T,改变水蒸气和CO的初始物质的量之比,充入容积固定为5 L的容器中进行反应,下列描述能够说明体系处于平衡状态的是_(填字母序号)。a.容器内压强不随时间改变b.混合气体的密度不随时间改变c.单位时间内生成amol CO2的同时消耗amol H2d.混合气中n(CO)n(H2O)n(CO2)n(H2)=11666【解析】(1)根据4 mol氨气转化率为25%,可以计算出分解2 mol氨气吸收92.2 kJ的热量。(2)恒温恒压条件下,平衡后容器体积增大,说明气体物质的量增加,反应逆向进行,v(正)v(逆)。根据反应开始时,体积为VL,反应达到平衡时,体积为1.1VL,说明反应逆向进行,平衡后气体总物质的量为201.1=22 mol,设生成氮气x,则氢气为3x,消耗氨气2x,可得:1+x+3+3x+16-2x=22,解得x=1,所以a=1+x=2;b=3+3x=6;c=16-2x=14。起始充入1 mol N2、3 mol H2、16 mol NH3,相当于充入18 mol NH3,平衡时体积为1.1V,在恒温恒压条件下,再充入3.6 mol NH3,平衡时的体积增加了=0.22V,所以总体积为:1.1V+0.22V=1.32V。(3)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)起始c(molL-1) 0.2 0.2 0 0转化c(molL-1) 0.12 0.12 0.12 0.12平衡c(molL-1) 0.08 0.08 0.120.12所以平衡时CO的转化率=(0.120.2)100%=60%该温度下反应的平衡常数K=(0.120.12)(0.080.08)=94=2.25。a.反应前后体积不变,因此压强始终是不变的,则容器内压强不随时间改变不能说明反应达到平衡状态b.密度是混合气的质量和容器容积的比值,在反应过程中质量和容积始终是不变的,即密度始终是不变的,所以混合气体的密度不随时间改变不能说明反应达到平衡状态。c.单位时间内生成amol CO2的同时消耗amol H2,由于单位时间内生成amol CO2的同时还生成amol氢气,这说明正逆反应速率相等,可以说明达到平衡状态。d.由于反应前后体积不变,可以用物质的量代替浓度,即混合气中n(CO)n(H2O)n(CO2)n(H2)=11666,则此时Qc=,因此恰好是平衡状态,d正确。答案:(1)2NH3(g)N2(g)+3H2(g)H=+92.2 kJmol-1(2)261.32V(3)60%2.25cd(建议用时:25分钟)一、选择题1.在一定条件下,将A和B各0.32 mol充入容积为10 L的恒容密闭容器中,发生反应:A(g)+B(g)2C(g)Hv(正)C.保持其他条件不变,起始时向容器中充入0.64 mol A和0.64 mol B,平衡时n(C)v(逆),B错误;原平衡时,生成n(C)=(0.32-0.20)mol2=0.24 mol,若充入0.64 mol A和0.64 mol B相等于把两个反应容器压缩至一个,平衡不移动,故n(C)=0.48 mol,C错误;其他条件不变,向平衡体系中再充入0.32 mol A,平衡正向移动,B的转化率增大,D项正确。2.已知:NH2COO-+2H2OHC+NH3H2O。现用两份氨基甲酸铵溶液在不同温度(T1和T2)下实验,得到c(NH2COO-)随时间变化关系,如图所示。以下分析正确的是()A.无法判断T1和T2的大小关系B.T1时,第6 min反应物转化率为6.25 %C.T2时,06 min,v(NH2COO-)=0.3 molL-1min-1D.往平衡体系加水稀释,平衡右移,溶液中各种离子浓度减小【解析】选B。由图象可以看出,用时6 min内,T2温度下氨基甲酸铵浓度变化大,所以T2T1,A错误;在T1时,第6 min,反应物由2.4 molL-1降低到2.25 molL-1,反应掉0.15 molL-1,反应物转化率为(0.152.4)100%=6.25%,B正确;T2时,06 min,v(NH2COO-)=(2.2-1.9)6=0.05(molL-1min-1),C错误;往平衡体系中加水稀释,平衡右移,溶液碱性减弱,酸性增强,H+浓度升高,D错误。【加固训练】一定温度下,将1 mol A和1 mol B气体充入2 L密闭容器,发生反应:A(g)+B(g) xC(g)+D(s)H0,t1时达到平衡。在t2、t3时刻分别改变反应的一个条件,测得容器中气体C的浓度随时间变化如图所示。下列说法正确的是()A.t1t3间该反应的平衡常数均为4B.反应方程式中的x=1C.t2时刻改变的条件是使用催化剂D.t3时刻改变的条件是移去少量物质D【解析】选A。由图可知,t2时刻C的浓度增大,但平衡不移动,故改变的条件应是增大压强,反应前后气体的化学计量数之和相等,故x=1+1=2,B、C项错误;t1t3间温度相同,由图可知t1时刻平衡时,c(C)=0.5 molL-1,则:A(g)+B(g)2C(g)+D(s)开始(molL-1): 0.5 0.5 0变化(molL-1): 0.25 0.25 0.5平衡(molL-1): 0.25 0.25 0.5代入数值计算平衡常数K=4,A正确;D是固体,改变D的用量,不影响平衡移动,t3时刻改变条件时C的瞬时浓度不变,平衡向正反应移动,可能是增大反应物的浓度或升高温度,D项错误。3.一定温度下,在甲、乙、丙三个容积均为2 L的恒容密闭容器中投入SO2(g)和O2(g),发生2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),起始物质的量及SO2的平衡转化率如下表所示:甲乙丙起始物质的量n(SO2)/mol0.40.80.8n(O2)/mol0.240.240.48SO2的平衡转化率/%8012下列判断中,正确的是()A.甲中反应的平衡常数小于乙B.该温度下,平衡常数值为400C.丙中反应可以用平衡分压表示平衡常数Kp,则Kp的大小受温度、压强影响D.平衡时,甲中O2的转化率大于乙中O2的转化率【解析】选B。在反应方程式确定的情况下,平衡常数只与温度有关,甲、乙处于相同温度,平衡常数相同,A项错误;利用甲组数据计算得平衡常数为400,B项正确;对于一定条件下的某一可逆反应,用平衡浓度表示的平衡常数和平衡分压表示的平衡常数,表示方法不同,其数值不同,但意义相同,平衡常数只与温度有关,与压强、浓度变化无关,C项错误;乙相当于在甲中增加0.4 mol SO2(g),平衡正向移动,乙中O2的转化率大,D项错误。【互动探究】(1)平衡时,乙中SO2的转化率_80%(填“”“”或“=”)。提示:”“”“”或“=”)。(3)保持其他条件不变,升高温度,重新达到平衡时,c(PCl3)=0.11 molL-1,则正反应是_反应(填“吸热”或“放热”)。【解析】(1)v(PCl5)=v(PCl3)=0.16 mol/(2.0 L50 s)=1.610-3molL-1s-1。(2)PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g)起始量(mol) 1.0 0 0转化量(mol) 0.20 0.20 0.20平衡量(mol) 0.80 0.20 0.20K=0.025,此时浓度商Qc=0.02v(逆)。(3)平衡时c(PCl3)=0.202=0.10(molL-1),升高温度其浓度增大,平衡正向移动,正反应是吸热反应。答案:(1)1.610-3molL-1s-1(2)(3)吸热【加固训练】在Cu2O/ZnO做催化剂的条件下,将CO(g)和H2(g)充入容积为2 L的密闭容器中发生化合反应生成CH3OH(g),CO(g)+2H2(g)CH3OH(g),反应过程中,CH3OH的物质的量(n)与时间(t)及温度的关系如下图。根据题意回答下列问题:(1)反应达到平衡时,平衡常数表达式K=_;升高温度,K值_(填“增大”、“减小”或“不变”)。(2)在500,从反应开始到平衡,氢气的平均反应速率v(H2)=_。(3)若其他条件不变,对处于Z点的体系,将体积压缩至原来的1/2,达到新的平衡后,下列有关该体系的说法正确的是_。a.氢气的浓度与原平衡比减少b.正、逆反应速率都加快c.甲醇的物质的量增加d.重新平衡时n(H2)/n(CH3OH)增大(4)据研究,反应过程中起催化作用的为Cu2O,反应体系中含少量的CO2有利于维持Cu2O的量不变,原因是:_(写出相关的化学方程式并辅以必要的文字说明)。【解析】(1)根据反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g),K=;根据图象知升高温度,平衡向逆方向移动,正反应是放热反应,所以升高温度,K值减小。(2)在500时,达到平衡时,甲醇的物质的量增加了0.4 mol,所以氢气的物质的量减少了0.8 mol,v(H2)=0.8 mol2 L2 s=0.2 molL-1s-1。(3)对处于Z点的平衡体系,将体积压缩至原来的1/2,各物质的浓度均增大,a错误;正逆反应速率都加快,b正确;平衡正向移动,甲醇的物质的量增加,c正确;平衡正向移动,氢气减少,甲醇增加,所以n(H2)/n(CH3OH)减小,d错误。(4)CO2有利于抑制反应Cu2O+CO2Cu+CO2向正方向移动,所以体系中有CO2可以抑制Cu2O被还原。答案:(1)减小(2)0.2 molL-1s-1(3)bc(4)Cu2O+CO2Cu+CO2,体系中有CO2可以抑制Cu2O被还原。5.氮、碳都是重要的非金属元素,含氮、碳元素的物质在工业生产中有重要的应用。(1)请写出工业上由NH3制取NO的化学方程式_。(2)一定条件下,铁可以和CO2发生反应:Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g),已知该反应的平衡常数K与温度T的关系如图甲所示。该反应的逆反应是_(填“吸热”或“放热”)反应。T、pPa压强下,在体积为VL的容器中进行反应,下列能说明反应达到平衡状态的是_。A.混合气体的平均相对分子质量不再变化B.容器内压强不再变化C.v正(CO2)=v逆(FeO)(3)一定条件下,2.24 L(折算为标准状况)N2O和CO的混合气体在点燃条件下恰好完全反应,放出bkJ热量。生成的3种产物均为大气组成气体,并测得反应后气体的密度是反应前气体密度的倍。请写出该反应的热化学方程式_。【解析】(1)氨催化氧化生成NO和水,则反应的化学方程式为4NH3+5O24NO+6H2O。(2)根据图象,温度升高,平衡常数增大,所以该反应的逆反应是放热反应。据反应Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g),A.该反应向右进行,气体的平均相对分子质量减少,则当混合气体的平均相对分子质量不再变化时,反应达到平衡状态,A正确;B.该反应是气体体积不发生变化的反应,容器内压强始终保持不变,B错误;C.FeO是固体,没有化学反应速率,C错误。(3)大气组成气体有氮气、氧气和CO2等,则N2O和CO反应生成N2、CO2和氧气,反应的化学方程式为4N2O+2CO4N2+2CO2+O2,混合气体的总物质的量为0.1 mol,恰好反应,则反应的CO为0.1/3 mol,放出bkJ的热量,则2 mol CO反应放出b(0.1/3)2=60bkJ的热量,所以反应的热化学方程式为4N2O(g)+2CO(g)4N2(g)+2CO2(g)+O2(g)H=-60bkJmol-1。答案:(1)4NH3+5O24NO+6H2O(2)放热A(3)4N2O(g)+2CO(g)4N2(g)+2CO2(g)+O2(g)H=-60bkJmol-1- 13 -
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