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专题八 化学反应速率和化学平衡1.某温度下,对可逆反应2X(g)+Y(g)3Z(g)+W(s)H0 的叙述正确的是()A.加入少量W,逆反应速率增大,平衡向左移动B.增大压强,正反应速率增大,逆反应速率减小C.温度、体积不变,充入He,反应速率会加快D.升高温度,混合气体的平均相对分子质量减小2.当1,3-丁二烯和溴单质11加成时,其反应机理及能量变化如下:图Z8-1不同反应条件下,经过相同时间测得生成物组成如下表:实验编号反应条件反应时间产物中A的物质的量分数产物中B的物质的量分数1-15 t min62%38%225 t min12%88%下列分析不合理的是()A.产物A、B互为同分异构体,由活性中间体生成A、B的反应互相竞争B.相同条件下由活性中间体C生成产物A的速率更快C.实验1测定产物组成时,体系已达平衡状态D.实验1在t min时,若升高温度至25 ,部分产物A会经活性中间体C转化成产物B3.在恒容密闭容器中将CO2 与含少量CO的H2混合生成甲醇,反应为CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)。图Z8-2中是按c(CO2)c(H2)+c(CO)分别为14和16两种投料比时,CO2的平衡转化率随温度变化的曲线。图Z8-2下列有关说法正确的是()A.按投料比时,CO2的平衡转化率随温度变化的曲线对应的是图中的曲线B.图中a点对应的H2的转化率等于30%C.图中b点对应的平衡常数K的值大于c点D.c(CO2)c(CO)c(CH3OH)的数值,a点比c点小4.在体积均为1.0 L的恒容密闭容器中加入足量的相同的炭粉,再分别加入0.1 mol CO2和0.2 mol CO2,在不同温度下反应CO2 (g)+C(s) 2CO(g)达到平衡,平衡时CO2的物质的量浓度c(CO2)随温度的变化如图Z8-3所示(图中、点均处于曲线上)。下列说法正确的是()图Z8-3A.反应CO2(g)+C(s)2CO(g)H0B.体系的总压强p总:p总(状态)2p总(状态)C.体系中c(CO):6c(CO,状态)v正5.(1)碳酸钠作固硫剂并用氢还原辉钼矿的原理为MoS2(s)+4H2(g)+2Na2CO3(s)Mo(s)+2CO(g)+4H2O(g)+2Na2S(s)H。实验测得平衡时的有关变化曲线如图Z8-4所示。(a)温度与平衡时气体成分的关系(b)正、逆反应的平衡常数(K)与温度(T)的关系图Z8-4一定温度下,在体积固定的密闭容器中进行上述反应,下列能说明反应达到了平衡状态的是(填序号)。A.2v正(H2)=v逆(CO) B.CO体积分数保持不变C.混合气体的平均相对分子质量不再变化 D.H不再变化图Z8-4(a)中A点对应的平衡常数Kp=(已知A点总压强为0.1 MPa,用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压物质的量分数)。综合上述分析得到,图Z8-4(b)中,其中表示逆反应的平衡常数(K逆)的曲线是(填“A”或“B”),T1对应的平衡常数为。(2)在某密闭容器中发生反应2CO2(g)2CO(g)+O2(g),1 mol CO2在不同温度下反应,平衡时各气体的体积分数如图Z8-5所示。图Z8-5恒温恒容条件下,能表示该可逆反应达到平衡状态的有(填字母)。A.CO的体积分数保持不变 B.容器内混合气体的密度保持不变C.容器内混合气体的平均摩尔质量保持不变D.单位时间内,消耗CO的浓度等于生成CO2的浓度分析图Z8-5,若1500 时反应达到平衡状态,且容器体积为1 L,则此时反应的平衡常数K=(计算结果保留1位小数)。图Z8-6向2 L的恒容密闭容器中充入2 mol CO2(g),发生反应2CO2(g)2CO(g)+O2(g),测得温度为T 时,容器内O2的物质的量浓度随时间的变化如图Z8-6中曲线所示。图中曲线表示相对于曲线仅改变一种反应条件后,c(O2)随时间的变化,则改变的条件是。(3)在体积固定为1 L的恒温密闭容器中,发生反应2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g),有关物质的量如下表:起始物质的量/mol平衡物质的量/molNOCON2CO2CO20.20.200a上述反应的化学平衡常数表达式K=。若达到平衡后气体的压强为开始时的0.875倍,则a=。(4)汽车使用乙醇汽油并不能减少NOx的排放,某研究小组在实验室以耐高温试剂Ag-ZSW-5催化,测得NO转化为N2的转化率随温度变化情况如图Z8-7所示。在n(NO)/n(CO)=1条件下,最佳温度应控制在左右。若不使用CO,温度超过775 K,发现NO的分解率降低,其可能的原因为。用平衡移动原理解释为什么加入CO后NO转化为N2的转化率增大?。图Z8-76.石油产品含有多种含硫物质,如H2S、COS等。(1)一种脱硫工艺为真空K2CO3-克劳斯法。K2CO3溶液吸收H2S的反应为K2CO3+H2SKHS+KHCO3,该反应的平衡常数的对数值为lg K=。(已知:H2CO3的lg K1=-6.4, lg K2=-10.3;H2S的lg K1=-7,lg K2=-19)已知下列热化学方程式:2H2S(g)+3O2(g)2SO2(g)+2H2O(l)H1 =-1172 kJmol-12H2S(g)+O2(g)2S(s)+2H2O(l)H2 =-632 kJmol-1克劳斯法回收硫的反应为SO2气体和H2S气体反应生成S(s),则该反应的热化学方程式为。同时,COS发生水解反应:COS(g)+H2O(g)CO2(g)+H2S(g)H0,结合以上两个反应,克劳斯法选择反应温度为300 ,温度低有利于,但温度过低会使硫析出,降低催化剂活性,反应过慢,以及不利于。(2)石灰石料浆作为脱硫剂可有效吸收废气中的SO2,将CO2气体通入石灰石料浆罐对CaCO3脱硫剂进行活化处理可明显提高CaCO3脱硫的效率,活化后的主要脱硫反应之一为2Ca2+2SO2+O2+3H2O2CaSO412H2O+4H+。废气经脱硫后,除水蒸气外,(填气体化学式)含量明显增多。其他条件一定,物料比为1.2时,脱硫反应的速率受Ca2+浓度的影响。图Z8-8中a点是Ca(OH)2为脱硫剂时的脱硫效率,曲线表示CaCO3活化时间对脱硫效率的影响。图Z8-8.CaCO3与SO2反应的速率明显低于Ca(OH)2 与SO2反应的速率,其原因是。.a点和b点脱硫效率接近的原因是。专题限时集训(八)1.D解析 W是固体,加入少量W,反应速率不变,平衡不移动,A错误;增大压强,正、逆反应速率均增大,B错误; 温度、体积不变,充入He,反应物浓度不变,反应速率不变,C错误; 正反应吸热,升高温度,平衡向正反应方向移动,混合气体的质量减少,物质的量不变,因此混合气体的平均相对分子质量减小,D正确。2.C解析 产物A、B互为同分异构体,由活性中间体生成A、B的反应互相竞争,A正确;由活性中间体生成A的活化能较低,故相同条件下由活性中间体C生成产物A的速率更快,B正确; 实验1测定产物组成时,无法判断体系是否已达平衡状态,C错误; 由图像可知,由C生成A和B的反应皆为放热反应,由表中数据可知,在较高的温度下,C转化为B有竞争优势,故实验1在t min时,若升高温度至25 ,部分产物A会经活性中间体C转化成产物B,D正确。3.D解析 同一温度下,两种物质参加反应,增加氢气的浓度,二氧化碳的转化率增大,因此从图中可知,按投料比时,CO2的平衡转化率随温度变化的曲线对应的是图中的曲线,A错误。相同条件下,二氧化碳的含量越高,二氧化碳转化率越低,所以曲线的投料比c(CO2)c(H2)+c(CO)为16,而一氧化碳与氢气的物质的量之比未知,无法计算氢气的转化率,B错误。温度升高,二氧化碳的平衡转化率降低,所以平衡逆向移动,则正反应是放热反应,所以b点对应的平衡常数K的值小于c点,C错误。假设CO为1 molL-1,则按c(CO2)c(H2)+c(CO)为14时,c(CO2)=1 molL-1,c(H2)=3 molL-1,根据图像可知,500 时,CO2的平衡转化率约为45%,所以反应剩余c(CO2)=1 mol-1 mol45%=0.55 molL-1,生成甲醇的浓度为0.45 molL-1,代入并计算c(CO2)c(CO)c(CH3OH)=0.5510.45=1.22;假设CO为1 molL-1,则按c(CO2)c(H2)+c(CO)为16时,c(CO2)=1 molL-1,c(H2)=5 molL-1,根据图像可知,500 时,CO2的平衡转化率为60%,所以反应剩余c(CO2)=1 mol-1 mol60%=0.4 molL-1,生成甲醇的浓度为0.6 molL-1,代入并计算c(CO2)c(CO)c(CH3OH)=0.410.6=0.67;综上分析可知c(CO2)c(CO)c(CH3OH)的数值,a点比c点小,D正确。4.B解析 根据图像,升高温度c(CO2)减小,平衡向正反应方向移动,正反应为吸热反应,H0,A错误;状态和状态温度和体积相同,点处于起始加入0.2 mol CO2的曲线上,点处于起始加入0.1 mol CO2的曲线上,状态起始加入的CO2物质的量是状态的两倍,状态相当于在状态达平衡后将体积缩小一半,若平衡不移动,状态总压强等于状态的两倍,增大压强平衡逆向移动,p总(状态)2p总(状态),B正确;状态处于起始加入0.1 mol CO2的曲线上,状态处于起始加入0.2 mol CO2的曲线上,根据图像,状态、状态平衡时c(CO2)相等且小于0.08 molL-1,状态平衡时c(CO)=20.1-c(CO2)平衡,状态平衡时c(CO)=20.2-c(CO2)平衡,若c(CO2)平衡=0.08 molL-1,则6c(CO,状态)=c(CO,状态),而c(CO2)平衡c(CO,状态),C错误;该反应为吸热反应,从状态到状态升温过程中v正v逆,D错误。5.(1)BC410-4 MPa2B1.0(2)AC3.210-8升温(3)c(N2)c2(CO2)c2(NO)c2(CO)0.1(4)870 K(860880 K范围都可以)NO直接分解成N2的反应是放热反应,升高温度不利于反应进行加入的CO与NO分解生成的O2反应,使NO分解平衡向生成N2的方向移动,因此NO的转化率升高解析 (1)2v正(H2)=v逆(CO)不满足反应速率之比等于化学计量数之比,反应没有达到平衡状态,A错误;CO体积分数保持不变说明正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态,B正确;反应前后混合气体的质量变化程度大于物质的量的变化,因此混合气体的平均相对分子质量不再变化说明正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态,C正确;对于具体的化学反应,H是不变的,D错误。图(a)中A点氢气和水蒸气的体积分数相等,均是40%,CO的体积分数是20%,这说明氢气、一氧化碳、水蒸气的物质的量之比是212,所以对应的平衡常数Kp=(250.1 MPa)4(150.1 MPa)2(250.1 MPa)4=410-4 MPa2;升高温度氢气的体积分数减小,说明平衡向正反应方向进行,正反应是吸热反应,所以升高温度正、反应的平衡常数增大,则逆反应的平衡常数减小,因此表示逆反应的平衡常数(K逆)的曲线是B;T1时正、逆反应的平衡常数相等,因此对应的平衡常数为1.0。(2)CO的体积分数保持不变是平衡标志,A正确;反应前后气体质量不变,体积不变,容器内混合气体的密度始终保持不变,不能说明反应达到平衡状态,B错误;反应前后气体物质的量变化,气体质量不变,容器内混合气体的平均摩尔质量保持不变说明反应达到平衡状态,C正确;2CO2(g)2CO(g)+O2(g),单位时间内,消耗CO的浓度等于生成CO2的浓度,均表示逆反应方向,不能说明反应达到平衡状态,D错误。设生成的氧气为x mol,2CO2(g)2CO(g)+O2(g)起始量(mol):100转化量(mol):2x2xx平衡量(mol):1-2x2xx平衡时,氧气的体积分数为0.2%,x1+x100%=0.2%,x=0.002,则c(CO2)=0.996 molL-1,c(CO)=0.004 molL-1,c(O2)=0.002 molL-1,则K=0.00420.0020.99623.210-8;向2 L的恒容密闭容器中充入2 mol CO2(g),发生反应2CO2(g)2CO(g)+O2(g),经分析,正反应为吸热反应,图中曲线表示相对于曲线仅改变一种反应条件后c(O2)随时间的变化,曲线达到平衡所用的时间缩短,平衡状态下氧气浓度增大,则改变的条件是升温。(3)根据化学方程式可写出化学平衡常数表达式K=c(N2)c2(CO2)c2(NO)c2(CO)。根据三段式:2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)n(起始)/mol0.20.200n(转化)/molaaa2an(平衡)/mol0.2-a0.2-aa2a达到平衡后气体的压强为开始时的0.875倍,0.2-a+0.2-a+a2+a=0.875(0.2+0.2),解得a=0.1。(4)根据图像n(NO)n(CO)=1条件下,反应温度为870 K左右时NO还原为N2的转化率已经很大,继续升高温度NO还原为N2的转化率增大不明显,最佳温度控制在870 K左右。温度超过775 K时NO分解率降低的原因可能是该反应为放热反应,升高温度平衡向逆反应方向移动,不利于NO转化为N2,NO的分解率降低。加入的CO与NO分解生成的O2反应,使NO分解平衡向生成N2的方向移动,NO的转化率升高,所以加入CO后NO转化为N2的转化率增大。6.(1)3.32H2S(g)+SO2(g)3S(s)+2H2O(l)H=-362 kJmol-1H2S 与 SO2反应平衡正向移动COS水解(2)CO2相同条件下,Ca(OH)2的溶解度大于CaCO3,溶液中产生的Ca2+浓度比CaCO3 产生的Ca2+浓度大用CaCO3脱硫时会产生CO2,CaCO3+CO2+H2OCa2+2HCO3-,Ca2+浓度增大解析 (1)根据平衡常数的表达式和H2CO3、H2S的电离平衡常数计算。应用盖斯定律写出SO2气体和H2S气体反应的热化学方程式。H2S与SO2的反应为放热反应,COS的水解反应为吸热反应,温度低有利于H2S与SO2的反应平衡正向移动,温度过低不利于COS的水解。(2)石灰石料浆吸收SO2的原理为2CaCO3+2SO2+O2+H2O2CaSO412H2O+2CO2;将CO2通入石灰石料浆进行活化处理,脱硫的原理为CO2+CaCO3+H2OCa(HCO3)2,2Ca(HCO3)2+2SO2+O22CaSO412H2O+4CO2+H2O;废气脱硫后,CO2含量明显增多。.相同条件下,Ca(OH)2的溶解度大于CaCO3,Ca(OH)2溶液中产生Ca2+浓度比CaCO3中产生的Ca2+浓度大,Ca2+浓度越大反应速率越快。.用CaCO3脱硫时会产生CO2,CO2与CaCO3、H2O反应生成可溶性Ca(HCO3)2,溶液中Ca2+浓度增大,使a点和b点的脱硫效率接近。
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