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第二单元 化学反应的方向与限度教师备用题库1.(2016浙江10月选考,12,2分)在一定条件下,可逆反应X(g)+2Y(g) 2Z(g)H=-a kJmol-1,达到化学平衡时,下列说法一定正确的是()A.反应放出a kJ热量B.X和Y的物质的量之比为12C.反应物和生成物的浓度都不再发生变化D.X的正反应速率等于Z的逆反应速率答案C达到化学平衡时,放出热量的多少与参加反应的物质的物质的量有关,故A错误;平衡时,X和Y的物质的量之比与反应的起始量有关,故B错误;反应物和生成物的浓度都不再发生变化,说明反应物和生成物的量保持不变,可作为达到化学平衡的判断依据,故C正确;同一物质的正反应速率等于逆反应速率是达到化学平衡的判断依据,X的正反应速率为Z的逆反应速率的12时反应达到平衡,故D错误。2.在一定温度下,向某固定容积的密闭容器中加入1 mol N2和3 mol H2,发生如下反应:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)。此反应达到平衡的标志是()A.容器内气体密度不再发生变化B.容器内各物质的浓度不再发生变化C.正反应和逆反应都已停止D.单位时间内消耗0.1 mol N2的同时生成0.2 mol NH3答案B=mV,反应前后气体的总质量和体积不变,故密度也不变,A项错误;平衡的标志为容器内各物质的浓度不变,B正确;化学反应达到平衡时v正=v逆0,C项错误;消耗N2和生成NH3表示的都是正反应方向,不能说明v正=v逆,D项错误。3.一定温度下,在密闭容器内进行某一反应,X气体、Y气体的物质的量随反应时间变化的曲线如图所示。则下列叙述中正确的是()A.反应的化学方程式为2Y(g) X(g)B.t1时,Y的浓度是X浓度的1.5倍C.t2时,可逆反应达到化学平衡状态D.t3时,逆反应速率大于正反应速率答案B由图示曲线知,Y的物质的量逐渐减小,为反应物,X的物质的量逐渐增大,为生成物,n(Y)n(X)=(9 mol-3 mol)(5 mol-2 mol)=21,且反应可逆,故反应的化学方程式为2Y(g) X(g),A错误;t1时,c(Y)c(X)=6VmolL-14VmolL-1=64=1.5,B正确;t2时,该可逆反应仍在进行,且未达到平衡状态,C错误;t3时,X、Y的浓度不再发生变化,表明该可逆反应达到化学平衡状态,此时正反应速率等于逆反应速率,D错误。4.乙苯催化脱氢制苯乙烯反应:H2(g)(1)已知:化学键CHCCC CHH键能/kJmol-1412348612436计算上述反应的H=kJmol-1。(2)维持体系总压p恒定,在温度T时,物质的量为n、体积为V的乙苯蒸气发生催化脱氢反应。已知乙苯的平衡转化率为,则在该温度下反应的平衡常数K=(用等符号表示)。(3)工业上,通常在乙苯蒸气中掺混水蒸气(原料气中乙苯和水蒸气的物质的量之比为19),控制反应温度600 ,并保持体系总压为常压的条件下进行反应。在不同反应温度下,乙苯的平衡转化率和某催化剂作用下苯乙烯的选择性(指除了H2以外的产物中苯乙烯的物质的量分数)示意图如下:掺入水蒸气能提高乙苯的平衡转化率,解释说明该事实。控制反应温度为600 的理由是。(4)某研究机构用CO2代替水蒸气开发了绿色化学合成工艺乙苯-二氧化碳耦合催化脱氢制苯乙烯。保持常压和原料气比例不变,与掺水蒸气工艺相比,在相同的生产效率下,可降低操作温度;该工艺中还能够发生反应:CO2+H2 CO+H2O,CO2+C 2CO。新工艺的特点有(填编号)。CO2与H2反应,使乙苯脱氢反应的化学平衡右移不用高温水蒸气,可降低能量消耗有利于减少积炭有利于CO2资源利用答案(1)124(2)21-2p或n2(1-2)V(3)正反应方向气体分子数增加,加入水蒸气稀释,相当于起减压的效果600 ,乙苯的转化率和苯乙烯的选择性均较高。温度过低,反应速率慢,转化率低;温度过高,选择性下降。高温还可能使催化剂失活,且能耗大(4)解析(1)H=旧键断裂吸收的总能量-新键形成放出的总能量,H=(348+4122)kJmol-1-(612+436)kJmol-1=+124 kJmol-1。(2) +H2(g)始n 0 0转 n n n平 n-n n n因反应处于恒压体系,由阿伏加德罗定律的推论可知VV=nn,所以V=nnV=n(1+)nV=(1+)V,则Kc=(nV)2n-nV=n2(1-2)V;或Kp=nn(1+)p2n(1-)n(1+)p=21-2p。(3)正反应方向的气体分子数增加,加入水蒸气相当于减压,减压有利于平衡正向移动。控制温度为600 既要考虑转化率,又要考虑催化剂的活性和苯乙烯的选择性,同时还要考虑反应速率问题。(4)CO2与H2反应使得平衡体系中H2浓度减小,平衡右移,正确;新工艺中不用高温水蒸气,降低了能量消耗,正确;CO2+C 2CO,CO2可消耗积炭,正确;该工艺中需消耗CO2,正确。5.用CaSO4代替O2与燃料CO反应,既可提高燃烧效率,又能得到高纯CO2,是一种高效、清洁、经济的新型燃烧技术,反应为主反应,反应和为副反应。1/4CaSO4(s)+CO(g) 1/4CaS(s)+CO2(g)H1=-47.3 kJmol-1CaSO4(s)+CO(g) CaO(s)+CO2(g)+SO2(g) H2=+210.5 kJmol-1CO(g) 1/2C(s)+1/2CO2(g)H3=-86.2 kJmol-1(1)反应2CaSO4(s)+7CO(g) CaS(s)+CaO(s)+6CO2(g)+C(s)+SO2(g)的H=(用H1、H2和H3表示)。(2)反应的平衡常数的对数lgK随反应温度T的变化曲线如图所示,结合各反应的H,归纳lgK-T曲线变化规律:a);b)。(3)向盛有CaSO4的真空恒容密闭容器中充入CO,反应于900 达到平衡,c平衡(CO)=8.010-5 molL-1,计算CO的转化率(忽略副反应,结果保留两位有效数字)。(4)为减少副产物,获得更纯净的CO2,可在初始燃料中适量加入。(5)以反应中生成的CaS为原料,在一定条件下经原子利用率100%的高温反应,可再生CaSO4,该反应的化学方程式为;在一定条件下,CO2可与对二甲苯反应,在其苯环上引入一个羧基,产物的结构简式为。答案(1)4H1+H2+2H3(2)a)放热反应的lgK随温度升高而下降(或“吸热反应的lgK随温度升高而升高”)b)放出或吸收热量越大的反应,其lgK受温度影响越大(3)由题图查得反应在900 时:lgK=2平衡常数K=102=100设容器容积为V L,反应达到平衡时CO的浓度减少x molL-114CaSO4(s)+CO(g) 14CaS(s)+CO2(g)c开始(molL-1)x+8.010-50c平衡(molL-1)8.010-5xK=c平衡(CO2)c平衡(CO)=x8.010-5=100x=1008.010-5=8.010-3CO转化率=8.010-3V(8.010-3+8.010-5)V100%=99%(4)CO2(5)CaS+2O2 CaSO4解析(1)反应4+反应+反应2即得所求反应,故H=4H1+H2+2H3。(2)仔细观察题给三条曲线的走势及斜率,即可归纳出lgK-T曲线变化的规律。(3)从图像中可得出900 时反应的平衡常数K=100,计算过程见答案。(5)CaS再生为CaSO4,反应的原子利用率为100%,故反应的化学方程式为CaS+2O2 CaSO4。对二甲苯苯环上引入一个COOH,产物为。
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