2019届高考化学二轮复习 专题6 化学反应速率与化学平衡学案.docx

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6 化学反应速率与化学平衡1了解化学反应速率的概念及反应速率的定量表示方法。2了解催化剂在生产、生活和科学研究领域中的重大作用。3了解化学反应的可逆性及化学平衡的建立。4掌握化学平衡的特征,了解化学平衡常数的含义,能够利用化学平衡常数进行相关计算。5理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对反应速率和化学平衡的影响,认识其一般规律。6了解化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。客观题(1)考查化学反应速率、化学平衡常数的简单计算。(2)外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响,化学平衡状态的判断。(3)以图像表格考查化学反应速率、化学平衡的综合应用。主观题常常与基本理论,工业生产相联系,通过图像或表格提供信息进行命题,主要考查化学反应速率表示方法、外界条件对速率和平衡的影响规律、化学平衡常数的应用以及平衡转化率、起始或平衡浓度的计算等。一、化学反应速率及影响因素1对化学反应速率计算公式的理解对于反应mA(g)nB(g)=cC(g)dD(g)(1)计算公式:v(B)。(2)同一反应用不同的物质表示反应速率时,数值可能不同,但意义相同。不同物质表示的反应速率,存在如下关系:v(A)v(B)v(C)v(D)mncd。(3)注意事项浓度变化只适用于气体和溶液中的溶质,不适用于固体和纯液体。化学反应速率是某段时间内的平均反应速率,而不是即时速率,且计算时取正值。2外界条件对化学反应速率的影响3稀有气体对反应速率的影响(1)恒容:充入“惰性气体”总压增大物质浓度不变(活化分子浓度不变) 反应速率不变。(2)恒压:充入“惰性气体”体积增大物质浓度减小(活化分子浓度减小)反应速率减小。二、平衡的判定与平衡移动原理1化学平衡状态的判断标志(1)速率标志同一物质在同一时间内生成速率与消耗速率相等。不同物质在相同时间内代表反应方向相反时的化学反应速率比等于化学计量数之比。(2)物质的数量标志平衡体系中各物质的质量、浓度、百分含量等保持不变。反应物消耗量达到最大值或生成物的量达到最大值(常用于图像分析中)。不同物质在相同时间内代表反应方向相反的量(如物质的量、物质的量浓度、气体体积)的变化值之比等于化学计量数之比。(3)特殊的标志对反应前后气体分子数目不同的可逆反应来说,当体系的总物质的量、总压强(恒温恒容时)、平均相对分子质量不变。有色体系的颜色保持不变。(4)依Q与K关系判断:若QK,反应处于平衡状态。2化学平衡移动的判断方法(1)依据勒夏特列原理判断通过比较平衡破坏瞬时的正、逆反应速率的相对大小来判断平衡移动的方向。若外界条件改变,引起v正v逆,则化学平衡向正反应方向(或向右)移动;若外界条件改变,引起v正v逆,则化学平衡向逆反应方向(或向左)移动;若外界条件改变,虽能引起v正和v逆变化,但变化后新的v正和v逆仍保持相等,则化学平衡没有发生移动。(2)依据浓度商(Q)规则判断通过比较浓度商(Q)与平衡常数(K)的大小来判断平衡移动的方向。若QK,平衡逆向移动;若QK,平衡不移动;若QK,平衡正向移动。三、平衡常数、转化率的判断1化学平衡计算中常用公式对于可逆反应:aA(g)bB(g)cC(g)dD(g)在一定温度下达到化学平衡时,其计算的表达式为(1)化学平衡常数K(式中的浓度是指平衡状态的浓度)Kp其中p(C)、p(D)分别为C、D两气体的分压,气体的分压气体总压体积分数(2)转化率计算公式转化率()100%(3)平衡常数的关系反应1(平衡常数为K1)反应2(平衡常数为K2)反应3(平衡常数为K3),则K3K1K2。若两反应互为可逆反应,其平衡常数互为倒数关系。若反应系数扩大2倍,其平衡常数为原来的2次方。2化学平衡常数的应用(1)平衡常数的应用判断反应可能进行的程度;判断化学反应是否达到平衡状态及平衡移动的方向;计算反应物的转化率或产物的产率等。(2)注意事项化学平衡常数K只是温度的函数,温度不变,K不变,即改变浓度、压强等引起平衡移动,K不变。可逆反应中反应物及生成物为固态或纯液态时,则该物质不计入平衡常数表达式中。四、化学反应速率与化学平衡图像的综合判断1理解化学反应速率与化学平衡的5种常见图像(1)浓度(或物质的量)时间图像描述可逆反应到达平衡的过程,如:反应A(g)B(g)AB(g)的浓度时间图像如图所示。(2)体积分数温度图像描述平衡进程,如:在容积相同的不同密闭容器内,分别充入相同量的N2和H2,在不同温度下,任其发生反应N2(g)3H2(g)2NH3(g),在某一时刻,测定NH3的体积分数,如图所示,A、B未到达平衡;C点最大,恰好到达平衡;D、E体积分数变小,是升温平衡逆向移动的结果。可推知该反应为放热反应。(3)速率时间图像描述平衡移动的本质,如:N2(g)3H2(g)2NH3(g) H92.4 kJmol1,在一定条件下达到化学平衡,现升高温度使平衡发生移动,正、逆反应速率(v)变化图像如图所示。(4)物质的量(或浓度、转化率、含量)时间温度(或压强)图像描述温度(或压强)对平衡移动的影响,如:放热反应2X(g)Y(g)2Z(g),在不同温度(T1和T2)及压强(p1和p2)下,产物Z的物质的量n(Z)与反应时间t的关系如图所示,则:T1T2,p1p2。(5)恒压(或恒温)线描述反应在不同压强或温度下,平衡移动与反应特征的关系,如:mA(g)nB(g)xC(g)yD(g),A的转化率RA与p、T的关系如图所示,则该反应的正反应吸热,mnxy。2速率、平衡图像题的解题模板1H2S与CO2在高温下发生反应:H2S(g)+CO2(g)COS(g) +H2O(g)。在610K时,将0.10mol CO2与0.40mol H2S充入2.5L的空钢瓶中,反应平衡后水的物质的量分数为0.02。H2S的平衡转化率1=_%,反应平衡常数K=_。在620K重复试验,平衡后水的物质的量分数为0.03,H2S的转化率2_1,该反应的H_0。(填“”“ B2(2018江苏卷改编)在3个体积均为1 L的恒容密闭容器中发生反应:SO2(g)2NO(g)2NO2(g)S(s)。改变容器I的反应温度,平衡时c(NO2)与温度的关系如下图所示。下列说法正确的是()A该反应的H0BT1时,该反应的平衡常数为1/16C容器与容器均在T1时达到平衡,总压强之比小于12D若T2T1,达到平衡时,容器中NO的体积分数大于40%【解题思路】本题考查了化学平衡的影响元素和平衡的移动以及等效平衡的原理的应用。根据三段式法得到平衡时各种物质的浓度以求得平衡常数K。本题的难点为D,要注意将反应物尽可能的转化为生成物,在根据等效平衡的思想分析判断。A根据图像,升高温度,c(NO2)减小,说明平衡逆向移动,因此正反应为放热反应,H0,故A正确;BT1时,平衡是c(NO2)=0.2mol/L,SO2(g)2NO(g)2NO2(g)S(s)起始(mol/L) 0.5 0.6 0 0反应(mol/L) 0.1 0.2 0.2 平衡(mol/L) 0.4 0.4 0.2 该反应的平衡常数K=0.220.40.42=1016,故B错误;CT1时,容器I平衡时气体的物质的量为0.4+0.4+0.2=1.0mol,容器中Qc=0.520.512=0.51016,说明反应正向移动,气体的物质的量小于0.5+1+0.5=2.0mol,因此达到平衡,总压强之比大于12,故C错误;D.根据上述分析,T1时,平衡时容器I中NO的体积分数为0.40.4+0.4+0.2100%=40%;容器I相当于起始时加入0.5mol二氧化硫和0.6mol二氧化氮,容器相当于起始时加入1.0mol二氧化硫和1.2mol一氧化氮,容器相当于容器I缩小体积的结果,根据方程式,增大压强,平衡正向移动,一氧化氮的物质的量减少,因此平衡时容器中NO的体积分数小于40%,若T2bc【解题思路】曲线的斜率反映了化学反应速率,斜率越大说明反应速率越快。先达到平衡,说明反应速率快,温度高。注意化学平衡常数与温度有关。A曲线比曲线变化快,说明曲线的温度高,故A错误;B曲线比曲线的温度高,但是转化率低,说明升温平衡逆向移动,转化率降低,故B错误;C曲线和曲线对应的温度不同,化学平衡常数只与温度有关,所以曲线和表示反应的化学平衡常数不相等,故C错误;D反应开始反应物的浓度最大,随着反应物的浓度减小速率也逐渐减小,所以d处速率大于b处,因为曲线的温度高所以,b处速率大于c处,故D正确;本题选D。【答案】D5(2018山西大同理综)在恒温、恒容条件下发生下列反应:2X2O5(g)4XO2(g) +O2(g) H0,T温度下的部分实验数据为:t/s050100150c(X2O5)mol/L4.002.502.002.00下列说法错误的是( )AT温度下的平衡数为K=64(mol/L)3,100s时转化率为50%B50s内X2O5分解速率为0.03mol(Ls)1CT1温度下的平衡常数为K1,T2温度下的平衡常数为K2,若T1T2,则KlK2D若只将恒容改为恒压,其它条件都不变,则平衡时X2O5的转化率和平衡常数都不变【解题思路】三段式得到平衡时各组分的浓度,利用K=c4XO2cO2c2X2O5、转化率()100%计算。结合勒夏特列原理来作答。A由表中数据可知,100s时处于平衡状态,平衡时c(X2O5)=2mol/L,则: 2X2O5(g)=4XO2(g)+O2(g)起始浓度(mol/L):4 0 0变化浓度(mol/L):2 4 1平衡浓度(mol/L):2 4 1T温度下平衡常数K=c4XO2cO2c2X2O5=(4mol/L)41mol/L(2mol/L)2=64(mol/L)3,100s时转化率为2mol/L4mol/L100%=50%,故A正确;B50s内X2O5浓度变化量为(4-2.5)mol/L=1.5mol/L,50s内X2O5分解速率=1.5mol/L50s=0.03mol/(Ls),故B正确;CT1温度下的平衡常数为K1,T2温度下的平衡常数为K2,若温度T1T2,正反应为吸热反应,升高温度平衡正向移动,平衡常数增大,则K1K2,故C正确;D恒容条件下,随反应进行容器内压强增大,若只将恒容改为恒压,其它条件都不变,等效为在原平衡基础上减小压强,平衡正向移动,平衡时X2O5的转化率增大,平衡常数只受温度影响,温度不变,平衡常数不变,故D错误;故选D。【答案】D6(2018浙江招生考)合成氨工艺(流程如图所示)是人工固氮最重要的途径。2018年是合成氨工业先驱哈伯(PHaber)获得诺贝尔奖100周年。N2和H2生成NH3的反应为:1/2N2(g)+3/2H2(g)NH3(g)H(298K)=-46.2kJmol1,在Fe催化剂作用下的反应历程为(*表示吸附态)化学吸附:N2(g)2N*;H2(g)2H*;表面反应:N*+H*NH*;NH*+ H*NH2*;NH2*+H*NH3*脱附:NH3*NH3(g)其中,N2的吸附分解反应活化能高、速率慢,决定了合成氨的整体反应速率。请回答:(1)利于提高合成氨平衡产率的条件有_。A低温B高温 C低压 D高压 E催化剂(2)标准平衡常数K=,其中P为标准压强(1105Pa),PNH3、PN2和PH2为各组分的平衡分压,如PNH3=PxNH3,p为平衡总压,xNH3为平衡系统中NH3的物质的量分数。N2和H2起始物质的量之比为13,反应在恒定温度和标准压强下进行,NH3的平衡产率为w,则K=_(用含w的最简式表示)下图中可以示意标准平衡常数K随温度T变化趋势的是_。(3)实际生产中,常用工艺条件,Fe作催化剂,控制温度773K,压强3.0105Pa,原料中N2和H2物质的量之比为12.8。分析说明原料气中N2过量的理由_。关于合成氨工艺的下列理解,正确的是_。A合成氨反应在不同温度下的H和S都小于零B控制温度(773K)远高于室温,是为了保证尽可能的平衡转化率和快的反应速率C当温度、压强一定时,在原料气(N2和H2比例不变)中添加少量惰性气体,有利于提高平衡转化率D基于NH3有较强的分子间作用力可将其液化,不断将液氨移去,利于反应正向进行E分离空气可得N2,通过天然气和水蒸气转化可得H2,原料气须经过净化处理,以防止催化剂中毒和安全事故发生。【解题思路】勒夏特列原理的应用。注意InK与温度不成正比。(1)由勒夏特列原理可知,根据反应12N2(g)32H2(g)NH3(g)H(298K)46.2kJ/mol,为了提高合成氨平衡产率,即平衡正向移动,低温和高压符合条件,答案选AD;(2)12N2(g)32H2(g)NH3(g)起始量: 1 3 0转化量:32平衡量:1-3-32x(NH3)%=24-2;x(N2)%=1-4-2;x(H2)%=3-34-2K=24-2pp(1-4-2)pp12(3-34-2)pp32,化简得4(2-)33(1-)2;反应12N2(g)32H2(g)NH3(g)H(298K)46.2kJ/mol为放热反应,温度T升高,平衡向逆反应方向移动,K减小,InK也减小,InK与温度不成正比,故答案选A;(3)由反应12N2(g)32H2(g)NH3(g)可知,加过量氮气,有利于平衡正向移动,提高H2的转化率以及氨气的产率,同时根据题干“N2的吸附分解反应活化能高、速率慢,决定了合成氨的整体反应速率。”可知,N2在Fe催化剂上的吸附是决速步骤,适度过量有利于提高整体反应速率。易知A选项正确;控制温度远高于室温是为了保证催化剂的活性,提高反应速率,并非为了保证尽可能高的平衡转化率和快的反应速率,B错误;恒压条件充入少量惰性气体,相当于减压,平衡逆向移动,不利于提高平衡转化率,C错误;不断将氨气液化,生成物浓度降低,有利于平衡正向移动,D正确,当选;通过天然气和水蒸气转化制得的H2,由于含有CH4,CO等易燃易爆气体,容易出现安全隐患,此外CH4,CO可能会与催化剂反应,造成催化剂活性降低,所以必须经过净化处理,E正确。答案选ADE;【答案】(1)AD (2) 4(2-)33(1-)2 A (3) 原料气中N2相对易得,适度过量有利于提高H2的转化率;N2在Fe催化剂上的吸附是决速步骤,适度过量有利于提高整体反应速率。(4)ADE 1在1.0L恒容密闭容器中投入1mol CO2和2.75mol H2发生反应CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g),实验测得不同温度及压强下,平衡时甲醇的物质的量如图所示。下列说法正确的是()A该反应的正反应为吸热反应B压强大小关系为p1p2p3CM点对应平衡常数K的值约为1.04102 D在p2及512K时,图中N点v正v逆【解题思路】压强不变时,升高温度,平衡时甲醇的物质的量减小,平衡逆向移动,说明该反应的正反应为放热反应,A项错误;温度不变时,增大压强,平衡正向移动,平衡时甲醇的物质的量增大,则p3p2p1,B项错误;M点时,n(CH3OH)0.25mol,据此计算出各物质的平衡浓度分别为c(CO2)0.75 molL1,c(H2)2molL1,c(CH3OH)c(H2O)0.25molL1,K1.04102,C项正确;在p2及512K时,图中N点甲醇的物质的量比平衡时的物质的量小,反应正向移动才能达到平衡,此时v逆v正,D项错误。【答案】C2(2018陕西西安长安五中月考)在容积为2.0L的密闭容器内,物质D在T时发生反应,其反应物和生成物的物质的量随时间t的变化关系如图,下列叙述不正确的是()A从反应开始到第一次达到平衡时,A物质的平均反应速率为0.0667mol/(Lmin)B该反应的化学方程式为2D(s)2A(g)+B(g),该反应的平衡常数表达式为K=c(A)2c(B)C已知:反应的H0,则第5分钟时图象呈现上述变化的原因可能是升高体系的温度D若在第7分钟时增加D的物质的量,则表示A的物质的量变化正确的是a曲线【解题思路】擅于结合图象作答。从图像中三种物质的物质的量的变化量之比等于化学反应计量数之比,可以得到反应方程式2D(s)2A(g)+B(g)。注意增加固体的质量不会影响化学平衡的移动。A根据v=c/t计算得A物质的平均反应速率为0.4/(23)=0.0667mol/(Lmin),A正确;B根据图在第一次达到平衡时A的物质的量增加了0.4mol,B的物质的量增加了0.2mol,所以A、B为生成物,D的物质的量减少了0.4mol/L,所以D为反应物,D、A、B的变化量之比为0.40.40.2=221,反应中各物质计量数之比等于物质的浓度的变化量之比,化学方程式为2D(s)2A(g)+B(g),该反应的平衡常数表达式为K=c(A)2c(B),故B正确;C第5分钟时A、B的物质的量在原来的基础上增加,而D的物质的量在原来的基础上减小,说明平衡正向移动,因为反应的H0,所以此时是升高温度,故C正确;D因为D是固体,量的改变不影响化学平衡,所以A的物质的量不变,故D错误;综上所述,本题选D。【答案】D3(2018湖北襄阳四中联考)光气(COCl2)在塑料、制革、制药等工业中有许多用途。工业上常利用废气CO2通过反应:C(s)+CO2(g)2CO(g) H0,制取合成光气的原料气CO。在体积可变的恒压(p总)密闭容器中充入1mol CO2与足量的碳发生上述反应,在平衡时体系中气体体积分数与温度的关系如图所示:(1)T时,在容器中若充入稀有气体,平衡_移动(填“正向”“逆向”或“不”,下同);若充入等体积的CO2和CO,平衡_移动。(2)CO体积分数为40%时,CO2的转化率为_。(3)已知:气体分压(p分)=气体总压体积分数。800时用平衡分压代替平衡浓度表示平衡常数Kp=_(用含p总的代数式表示)。【解题思路】本题难度不大,主要熟记化学平衡常数的计算公式,三段式法的运用。(1)该反应正向为气体分子数增大的反应,恒温恒压时充入稀有气体,对该反应来说相当于减压,v(正)v(逆),平衡正向移动;T时,反应达到平衡时CO2、CO的体积分数相同,即浓度相等,恒压条件下充入等体积的CO2和CO,各物质的浓度都不变,故平衡不移动;(2)设CO2的转化率为a,由已知列三段式得:化学反应方程式:C(s)+ CO2(g)2CO(g)起始物质的量/mol 1 0转化物质的量mol a 2a平衡物质的量/mol 1-a 2a根据题意列关系式:2a1-a+2a100%=40%,解得:a=25%;(3)用平衡浓度表示该反应化学平衡常数表达式为K=c2(CO)c(CO2),所以若用平衡分压代替平衡浓度表示平衡常数的表达式为Kp=P2(CO)p(CO2),由图可得,800时CO体积分数为86%,分压为86%p总,CO2体积分数为14%,分压为14%p总,所以Kp=P2(CO)p(CO2)=(86%P总)214%P总=5.28p总。【答案】(1)正向不(2)25% (3)5.28p总4丙烯腈(CH2=CHCN)是一种重要的化工原料,工业上可用“丙烯氨氧化法”生产,主要副产物有丙烯醛(CH2=CHCHO)和乙腈CH3CN等,回答下列问题:(1)以丙烯、氨、氧气为原料,在催化剂存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副产物丙烯醛(C3H4O)的热化学方程式如下:C3H6(g)+NH3(g)+3/2O2(g)=C3H3N(g)+3H2O(g) H=-515kJ/molC3H6(g)+O2(g)=C3H4O(g)+H2O(g) H=-353kJ/mol两个反应在热力学上趋势均很大,其原因是_;有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是_;提高丙烯腈反应选择性的关键因素是_。(2)图(a)为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线,最高产率对应温度为460。低于460时,丙烯腈的产率_(填“是”或者“不是”)对应温度下的平衡产率,判断理由是_;高于460时,丙烯腈产率降低的可能原因是_(双选,填标号)A催化剂活性降低 B平衡常数变大 C副反应增多 D反应活化能增大(3)丙烯腈和丙烯醛的产率与n(氨)/n(丙烯)的关系如图(b)所示。由图可知,最佳n(氨)/n(丙烯)约为_,理由是_。进料氨、空气、丙烯的理论体积约为_。【解题思路】(1)因为两个反应均为放热量大的反应,所以热力学趋势大;该反应为气体分子数增大的放热反应,所以降低温度、降低压强有利于提高丙烯腈的平衡产率;提高丙烯腈反应选择性的关键因素是催化剂。(2)因为该反应为放热反应,平衡产率应随温度升高而降低,反应刚开始进行,尚未达到平衡状态,460以前是建立平衡的过程,所以低于460 时,丙烯晴的产率不是对应温度先的平衡产率;高于460时,丙烯腈产率降低,A催化剂在一定温度范围内活性较高,如温度过高,活性降低,正确;B平衡产生越大,对产率的影响是提高产率才对,错误;C根据题意,副产物有丙烯醛,副反应增大导致产率下降,正确;D反应活化能的大小不影响平衡,错误;答案选AC。(3)根据图像可知,当n(氨)/n(丙烯)约为1时,该比例下丙烯腈产率最高,而副产物丙烯醛产率最低;根据化学反应C3H6(g)+NH3(g)+ 3/2O2(g)=C3H3N(g)+3H2O(g),氨气、氧气、丙烯按11.51的体积比加入反应达到最佳状态,而空气中氧气约占20%,所以进料氨、空气、丙烯的理论体积约为17.51。【答案】(1)两个反应均为放热量大的反应;降低温度、降低压强;催化剂;(2)不是;该反应为放热反应,平衡产率应随温度升高而降低;AC(3)1;该比例下丙烯腈产率最高,而副产物丙烯醛产率最低;17.515(2018河北保定二模)甲醇是重要的化工原料。利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂的作用下合成甲醇,发生的主要反应如下:CO(g)2H2(g)CH3OH(g) H199kJmol1CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g) H258 kJmol1CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g) H3(1)CO2的电子式是_。(2)H3_kJmol1,反应正向的熵变S_0(填“”“”或“”)。(3)在容积为2L的密闭容器中,充入一定量CO2和H2合成甲醇(上述反应),在其他条件不变时,温度T1、T2对反应的影响图像如图。温度为T1时,从反应到平衡,生成甲醇的平均速率为v(CH3OH)_molL1min1。图示的温度T1_T2(填写“”、“”或“=”)(4)T1温度时,将2mol CO2和6mol H2充入2L密闭容器中,充分反应(上述反应)达到平衡后,若CO2转化率为50%,此时容器内的压强与起始压强之比为_;反应在该温度达到平衡时,其平衡常数的数值为_。【解题思路】学会利用图象解,用“先拐先平”法分析,图像中T2先出现拐点,T2反应速率快,结合温度对化学反应速率的影响进行判断,熟练使用三段式。(1)CO2的电子式为。(2)分析各热化学方程式,应用盖斯定律,将-得,CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) H3=H2-H1=(-58kJ/mol)-(-99kJ/mol)=+41kJ/mol。反应中气体反应物的化学计量数之和为4,气体生成物的化学计量数之和为24,反应正向的S0。(3)根据图像,温度为T1时,从反应到平衡反应生成CH3OH物质的量为nAmol,生成甲醇的平均速率为(CH3OH)=nA2tAmol/(Lmin)=nA2tAmol/(Lmin)。用“先拐先平”法分析,图像中T2先出现拐点,T2反应速率快,根据温度对化学反应速率的影响知:T1T2。(4)用三段式,CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)c(起始)(mol/L)1 3 0 0c(转化)(mol/L)150%=0.5 1.5 0.5 0.5c(平衡)(mol/L)0.5 1.5 0.5 0.5在恒温恒容时气体压强之比等于气体物质的量之比,此时容器内的压强与起始压强之比为(0.5+1.5+0.5+0.5)(1+3)=34。该反应的平衡常数K=0.50.50.51.53=0.15。【答案】(1)(2)41 (3)nA2tA(4)34 0.15(或1/6.75以及4/27)1(2018年内蒙古赤峰市模拟)如图所示,左室容积为右室的两倍,温度相同,现分别按照如图所示的量充入气体,同时加入少量固体催化剂使两室内气体充分反应达到平衡,打开活塞,继续反应再次达到平衡,下列说法不正确的是()A第一次平衡时,SO2的物质的量左室更多B通入气体未反应前,左室压强和右室一样大C第一次平衡时,左室内压强一定小于右室D第二次平衡时,SO2的总物质的量比第一次平衡时左室SO2的物质的量的2倍还要多【解题思路】解答本题需要注意:由于容器为恒容容器,左室充入的1molAr对化学平衡无影响;比较平衡时各物理量之间的关系采用“等效”思维和“先同后变”,即先设计等效平衡,再考虑压强对化学平衡的影响。由于为恒容容器,1molAr对化学平衡无影响,容器中发生的反应为2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)。A项,若右室的容积与左室相等,左室和右室在相同条件达到的平衡状态相同,含有的SO2物质的量相等,右室在此平衡时将体积缩小为1/2,增大压强,平衡向正反应方向移动,SO2物质的量减少,第一次平衡时,SO2物质的量左室更多,A项正确;B项,通入气体未反应前,左室气体总物质的量为2mol+1mol+1mol=4mol,右室气体总物质的量为2mol,左室容积为右室的两倍,温度相同,则左室压强和右室一样大,B项正确;C项,左室从正反应开始建立平衡,左室平衡时压强小于左室起始压强,右室从逆反应开始建立平衡,右室平衡时压强大于右室起始时压强,左室与右室起始压强相等,则第一次平衡时左室内压强一定小于右室,C项正确;D,若在容积为2倍左室容积的容器中起始充入4molSO2、2molO2,相同条件下达到平衡时SO2物质的量为左室SO2物质的量的2倍,打开活塞相当于容积为1.5倍左室容积的容器中起始充入2molSO2、1molO2、2molSO3(g)、1molAr,等效于容积为1.5倍左室容积的容器中起始充入4molSO2、2molO2、1molAr,相对于2倍左室容积的容器缩小体积,增大压强,平衡向正反应方向移动,SO2物质的量减小,即第二次平衡时,SO2的总物质的量比第一次平衡时左室SO2物质的量的2倍要少,D项错误;答案选D。【答案】D2(2018九江联考)一定温度下,向容积为2L的恒容密闭容器中充入6molCO2 和8molH2,发生反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) H= -49.0kJmol1,测得n(H2)随时间的变化如曲线所示。下列说法正确的是()A该反应在08min内CO2的平均反应速率是0.375molL-1min-1B保持温度不变,若起始时向上述容器中充入4molCO2、2molH2、2molCH3OH(g)和1mol H2O(g),则此时反应向正反应方向进行C保持温度不变,若起始时向上述容器中充入3molCO2 和4molH2,则平衡时H2的体积分数等于20%D改变条件得到曲线、,则曲线、改变的条件分别是升高温度、充入氦气【解题思路】在恒温恒容条件下向平衡体系中充入稀有气体,虽然体系的压强增大,但由于平衡混合物的浓度不受影响,所以不能改变平衡状态。若在恒温恒压下充入稀有气体,则相当于减压。A由图中曲线I可知,该反应在08min内氢气的变化量为6mol,则二氧化碳的变化量为2mol,该反应在08min内CO2的平均反应速率是molL-1min-1,A不正确;B由图中曲线I可知,该反应在8min达到平衡,反应混合物中有4mol CO2、2mol H2、2molCH3OH(g)和2mol H2O(g)。保持温度不变,若起始时向上述容器中充入4mol CO2、2mol H2、2molCH3OH(g)和1mol H2O(g),相当于在原平衡状态减少1mol H2O(g),则此时反应向正反应方向进行,B正确;C原平衡混合物中H2的体积分数等于20%。保持温度不变,若起始时向上述容器中充入3molCO2和4molH2,相当于对原平衡减压,平衡向逆向移动,则平衡时H2的体积分数大于20%,C不正确;D该反应为放热反应。改变条件后,化学反应速率都加快了,但是II的平衡向左移动、III的平衡向右移动,所以曲线改变的条件是升高温度、曲线改变的条件是升增大压强,D不正确。本题选B。【答案】B3利用CO和H2在催化剂的作用下合成甲醇,发生如下反应:CO(g)2H2(g)CH3OH(g)。在体积一定的密闭容器中按物质的量之比12充入CO和H2,测得平衡混合物中CH3OH的体积分数在不同压强下随温度的变化情况如图1所示。现有两个体积相同的恒容密闭容器甲和乙,向甲中加入1mol CO和2mol H2,向乙中加入2mol CO和4mol H2,测得不同温度下CO的平衡转化率如图2所示。(1)该反应的H_(填“”“”或“”,后同)0,p1_p2。(2)达到平衡时,反应速率:A点_B点。平衡常数:C点_D点。(3)在C点时,CO的转化率为_。(4)L、M两点容器内压强:p(M)_2p(L)。【解题思路】(1)从图示可以看出,随温度升高,平衡混合物中CH3OH的体积分数不断减小,说明该反应为放热反应,H0;因为该反应是气体体积缩小的反应,图示中从C点到B点,平衡混合物中CH3OH的体积分数增大,反应向正反应方向移动,所以p1p2。(2)A点与B点相比较,B点压强大、温度高,反应速率快;C点与D点相比较,虽然压强不同,但温度相同,所以平衡常数相同。(3)假设CO的转化率为x,CO、H2的起始物质的量分别为1 mol、2 mol, CO(g)2H2(g)CH3OH(g)起始物质的量: 1mol 2mol 0变化物质的量:x mol 2x mol x mol平衡物质的量:(1x)mol (22x)mol x mol根据题意:x mol(1x)mol(22x)molx mol100%50%,x0.75。(4)如果不考虑平衡移动,容器乙中气体总物质的量是容器甲中气体总物质的量的两倍,p(M)2p(L),但现在容器乙温度高,反应又是放热反应,升高温度平衡向逆反应方向移动,气体的物质的量增加,所以p(M)2p(L)。【答案】(1)(2)(3)75%(4)4(2018广东湛江市调研)烟气中主要污染物SO2、NOx,为消除排放,保护环境,实现绿色可持续发展。处理方法一:烟气经O3预处理后用CaSO3水悬浮液吸收,可减少烟气中SO2、NOx的含量。O3氧化烟气中SO2、NO的主要反应的热化学方程式为:NO(g)+O3(g)=NO2(g)+O2(g) H1NO(g)+1/2O2(g)=NO2(g) H2SO2(g)+O3(g)SO3(g)+O2(g) H3(1)反应3NO(g)+O3(g)=3NO2(g)的H=_。(2)室温下,进入反应器的NO、SO2的物质的量恒定,改变通入O3的物质的量,反应一段时间后体系中n(NO)、n(NO2)和n(SO2)随反应前n(O3)n(NO)的变化见图。说明预处理过程中NO2的物质的量变化的原因_,在反应中SO2的物质的量几乎不发生变化的原因是_。(3)在一定条件下,SO2(g)+O3(g)SO3(g)+O2(g) H30,在一定温度下,向2L某恒容密闭容器中充入4molSO2(g)和1molO3(g),5min时,测得容器中SO3(g)的物质的量为0.5mol。0-5min内,用SO2表示的平均反应速率v(SO2)_。下列说法中能判断该反应达到平衡状态的是_a单位时间内生成nmolSO2同时生成nmolSO3bSO3和O2的物质的量浓度之比11C容器内压强保持不变d混合气体的密度不变e混合气体的平均相对分子质量不变处理方法二:也可采用NaClO2溶液作为吸收剂对烟气进行处理。在不同温度下,NaClO2溶液脱硫(S)、脱硝(N)的反应中,SO2和NO的平衡分压Pe如图所示。(4)由图分析可知,反应温度升高,脱硫、脱硝反应的平衡常数均_(填“增大”、“不变”或“减小”)。(5)反应ClO+2SO2SO+Cl的平衡常数K表达式为_。【解题思路】本题考查氧化还原反应、盖斯定律、外界条件对反应速率和平衡状态的影响等。注意化学平衡原理的应用,如果改变影响平衡的一个条件,化学平衡会向能够减弱这种改变的方向移动。并且充分理解化学平衡状态的标志的判断。(1)NO(g)+O3(g)=NO2(g)+O2(g) H1;NO(g)+1/2O2(g)=NO2(g) H2;由盖斯定律,+2可得:3NO(g)+O3(g)=3NO2(g),则H=H1+2H2;(2)n(O3)n(NO)1,臭氧过量把NO2转化成更高价态;增加n(O3),O3氧化SO2的反应几乎不受影响,说明浓度对反应速率影响较小,可能是SO2与O3的反应速率慢;(3)在一定条件下,SO2(g)+O3(g)SO3(g)+O2(g) H30,在一定温度下,向2L某恒容密闭容器中充入4molSO2(g)和1molO3(g),5min时,测得容器中SO3(g)的物质的量为0.5mol,则消耗SO2(g)的物质的量为0.5mol,0-5min内,用SO2表示的平均反应速率v(SO2)=0.5mol2L5min=0.05mol/(Lmin);a.单位时间内生成nmolSO2同时生成nmolSO3,表示的是正逆反应速率,且满足二者的化学计量数关系,说明正逆反应速率相等,达到平衡状态,故正确;b.各物质分子数之比等于多少决定于开始加入的各物质的多少,与化学反应是否处于平衡状态无关,不能说明反应达到平衡状态,故错误;c.混合气体物质的量不变,恒温恒容下,容器内压强为定值,不能说明反应达到平衡状态,故错误;d. 容器容积不变,气体的体积不变,反应两边都是气体,气体的总质量不变,根据=mV,所以气体的密度始终不变,因此密度不能作为判断平衡状态的依据,故错误;e.反应为气体体积不变的反应,在反应的任何阶段,总质量没变,总的气体分子数没变,所以平均相对分子质量不会变,不能说明反应达到平衡状态,故错误;答案选a;(4)在不同温度下,NaClO2溶液脱硫、脱硝的反应中,SO2和NO的平衡分压pe如图所示。由图分析可知,反应温度升高,O2和NO的平衡分压负对数减小,这说明反应向逆反应方向进行,因此脱硫、脱硝反应的平衡常数均减小;(5)根据反应离子方程式ClO+2SO2SO+Cl可知平衡常数K表达式为K=c(Cl-)c2(SO42-)c(ClO-)c2(SO32-)。【答案】(1)H1+2H2(2)n(O3)n(NO)1,臭氧过量把NO2转化成更高价态 SO2与O3的反应速率慢(3)0.05mol(Lmin)1 a (4)减小(5)c(Cl-)c2(SO42-)c(ClO-)c2(SO32-)5(2018广西质检理综)(2)CH4不仅是优质的气体燃料,还能利用它和CO2重整,发生反应:CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g),获得合成气(主要成分为CO、H2),从而减少温室气体的排放。在一定条件下CH4的平衡转化率与温度及压强(单位:Pa)的关系如图所示。则y点:v(正)_(填“”、“”或“ v(逆);该反应正向为气体体积增大的反应,减小压强,平衡正向移动,由p1到p2,甲烷转化率降低,即增大了压强,故p10;(3)恒温恒压条件下,同等增大各物质浓度,平衡不移动;(4)a.平衡时,2v逆(N2)v正(H2O),故a错误;b.反应过程中,气体总质量不变,恒容条件下气体总体积不变,故气体密度始终不变,错误;c.该反应反应过程中,混合气体的总物质的量不断发生改变,若混合气体的物质的量不再变化,则反应达到平衡,正确;d.平衡时,单位时间内有2mol NO2消耗同时消耗1mol CO2,错误;e.反应进行过程中,混合气体总物质的量发生改变,气体总质量不变,若混合气体的平均相对分子质量不变,则反应达到平衡状态,正确;f.甲烷和二氧化碳属于可逆反应中不同反应方向的反应物,比值会随着反应的进行而改变,故当CH4与CO2的物质的量之比不再发生变化,反应达到平衡状态;(5)A.增大甲烷物质的量,NO2的转化率增大,正确;B. CO2为生成物,增大CO2的量,平衡逆向移动,NO2的转化率减小,错误;C.通入物质的量之比为12的CH4与NO2的混合气体,相当于压强增大,平衡逆向移动,NO2转化率降低,错误;D.N2为生成物,增大N2的浓度,平衡逆向移动,NO2转化率减小,错误。【答案】(2)(3)不(4)cef (5)A
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