2018届高考化学二轮复习专题突破练第7讲化学反应速率与化学平衡.doc

第7讲　化学反应速率与化学平衡
一、选择题(本题包括7个小题,每小题7分,共49分)
1.(2017北京朝阳模拟)2017年2月3日国务院总理李克强主持召开国务院常务会议。通过“十三五”国家食品和药品安全规划,有效保障人民健康福祉。下列食品添加剂中,其使用目的与反应速率有关的是(　　)
A.抗氧化剂 B.调味剂
C.着色剂 D.增稠剂
2.(2017吉林四平模拟)下列有关颜色的变化不能用勒夏特列原理解释的是(　　)
A.平衡状态的H2、I2、HI混合气体体积压缩时颜色变深
B.平衡状态的NO2和N2O4混合气体体积压缩时颜色先变深后变浅
C.平衡状态的NO2、CO、NO、CO2混合气体升温时颜色变深
D.向Fe(SCN)3溶液中滴加几滴浓KSCN溶液后颜色变深
3.(2017辽宁大连二模)大量燃烧化石燃料产生的CO2被视为全球变暖的“元凶”,但在催化剂作用下,用CO2和H2可制备用途广泛的甲醇。已知下列三个热化学方程式:
①H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g)　ΔH1
②2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)　ΔH2
③3H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CH3OH(g)　ΔH3
三个反应的平衡常数分别为K1、K2、K3,这些平衡常数与温度的关系如表所示:
　　　　　平衡常数
温度/℃　　　　
K1
K2
K3
500
1.00
2.50

800
2.50
0.15

下列说法正确的是(　　)
A.反应②为吸热反应
B.K3(500 ℃)=3.50
C.K3(800 ℃)=2.35
D.ΔH3=ΔH1+ΔH2
4.(2017江苏徐州模拟)一定温度下,在3个体积均为1.0 L的恒容密闭容器中反应2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)达到平衡,下列说法正确的是(　　)
容器

物质的平衡浓度/(mol·L-1)
c(H2)
c(CO)
c(CH3OH)
c(CH3OH)
Ⅰ
400
0.20
0.10
0
0.080
Ⅱ
400
0.40
0.20
0

Ⅲ
500
0
0
0.10
0.025

A.该反应的正反应吸热
B.达到平衡时,容器Ⅰ中反应物转化率比容器Ⅱ中的大
C.达到平衡时,容器Ⅱ中c(H2)大于容器Ⅲ中c(H2)的两倍
D.达到平衡时,容器Ⅲ中的正反应速率比容器Ⅰ中的大
5.(2017海南高考,11)已知反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)　ΔH<0。在一定温度和压强下于密闭容器中,反应达到平衡。下列叙述正确的是(　　)
A.升高温度,K增大
B.减小压强,n(CO2)增加
C.更换高效催化剂,α(CO)增大
D.充入一定量的氮气,n(H2)不变 〚导学号40414034〛
6.(2017重庆万州一模)在一密闭容器中有反应:aX(g)+bY(s)nW(g)　ΔH=Q kJ·mol-1。某化学兴趣小组的同学根据此反应在不同条件下的实验数据,做出了如下曲线图:

其中,w(W)表示W在气体混合物中的百分含量,t表示反应时间。其他条件不变时,下列分析正确的是(　　)
A.图Ⅰ可能是不同压强对反应的影响,且p2>p1,a<n
B.图Ⅱ可能是在同温同压下催化剂对反应的影响,且2使用的催化剂效果好
C.图Ⅱ可能是不同压强对反应的影响,且p1>p2,n=a+b
D.图Ⅲ可能是不同温度对反应的影响,且T1>T2,Q<0
7.(2017四川雅安模拟)一定量的CO2与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应:C(s)+CO2(g)2CO(g),平衡时,体系中气体体积分数与温度的关系如图所示。已知:气体分压(p分)=气体总压(p总)×体积分数。下列说法正确的是(　　)

A.550 ℃时,若充入惰性气体,v(正)、v(逆)均减小,平衡不移动
B.650 ℃时,反应达平衡后CO2的转化率为25.0%
C.T ℃时,若充入等体积的CO2和CO,平衡向逆反应方向移动
D.925 ℃时,用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp=24.0p总
二、非选择题(包括4个小题,共51分)
8.(2017浙江温州二模)(11分)催化还原CO2是解决温室效应及能源问题的重要手段之一。研究表明,在Cu/ZnO催化剂存在下,CO2和H2可发生两个平行反应,分别生成CH3OH和CO。反应的热化学方程式如下:
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
ΔH1=-53.7 kJ·mol-1　Ⅰ
CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH2　Ⅱ
某实验室控制CO2和H2初始投料比为1∶2.2,在相同压强下,经过相同反应时间测得如下实验数据:
T/K
催化剂
CO2转化率/%
甲醇选择性/%
543
Cat.1
12.3
42.3
543
Cat.2
10.9
72.7
553
Cat.1
15.3
39.1
553
Cat.2
12.0
71.6

【备注】Cat.1:Cu/ZnO纳米棒;Cat.2:Cu/ZnO纳米片;甲醇选择性:转化的CO2中生成甲醇的百分比
已知:①CO和H2的燃烧热分别为283.0 kJ·mol-1和285.8 kJ·mol-1
②H2O(l)H2O(g)　ΔH3=44.0 kJ·mol-1
请回答(不考虑温度对ΔH的影响):
(1)反应Ⅰ的平衡常数表达式K=　　　　　　　　　;反应Ⅱ的ΔH2=　　　　 kJ·mol-1。 
(2)有利于提高CO2转化为CH3OH平衡转化率的措施有　　　　。 
A.使用催化剂Cat.1
B.使用催化剂Cat.2
C.降低反应温度
D.投料比不变,增加反应物的浓度
E.增大CO2和H2的初始投料比
(3)表中实验数据表明,在相同温度下不同的催化剂对CO2转化成CH3OH的选择性有显著的影响,其原因是 
　。 
(4)在图中分别画出反应Ⅰ在无催化剂、有Cat.1和有Cat.2三种情况下“反应过程—能量”示意图。

9.(2017陕西西北九校一模)(14分)丙烷、乙烯等有机物在工业上有广泛的应用,回答下列问题:
(1)已知下图为各组物质能量总和及相互间转化的能量关系,写出丙烷气体(C3H8)分解得到石墨(C)和氢气的热化学方程式: 　　　　　　　　　　。 

(2)在两个容积均为1 L的密闭容器中以不同的氢碳比[n(H2)/n(CO2)]充入H2和CO2,在一定条件下发生反应:2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)　ΔH。CO2的平衡转化率α(CO2)与温度的关系如下图所示。

①此反应的平衡常数表达式K=　　　　　　　　,P点对应温度下,K的值为　　　　。 
②该反应的ΔH　　　　(填“>”“<”或“=”)0,判断的理由是　 　。 
③氢碳比:X　　　　(填“>”“<”或“=”)2.0。 
④在氢碳比为2.0时,Q点v(逆)　　　　(填“>”“<”或“=”)P点的v(逆)。 〚导学号40414035〛 
10.(2017安徽合肥一模,节选)(14分)自从德国化学家哈伯研究出合成氨的方法以来,氮的固定的相关研究获得了不断地发展。
(1)下表列举了不同温度下大气固氮的部分平衡常数K值。
反应
大气固氮N2(g)+O2(g)2NO(g)
温度/ ℃
27
2 260
K
3.84×10-31
1

①分析数据可知:大气固氮反应属于　　　　(填“吸热”或“放热”)反应。 
②2 260 ℃时,向2 L密闭容器中充入0.3 mol N2和0.3 mol O2,20 s时反应达到平衡。则此时得到NO　　　　 mol,用N2表示的平均反应速率为　　　　　　　　　　　　。 
(2)已知工业固氮反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0,在其他条件相同时,分别测定此反应中N2的平衡转化率随压强和温度(T)变化的曲线如图A、B所示,其中正确的是　　　　(填“A”或“B”),T1　　　　(填“>”或“<”)T2。 

A

B

11.(2017江西赣州二模节选)(12分)在容积为1.00 L的容器中,通入一定量的N2O4,发生反应N2O4(g)2NO2(g),随温度升高,混合气体的颜色变深。

回答下列问题:
(1)反应的ΔH　　　　(填“大于”或“小于”)0。 
(2)100 ℃时达平衡后,改变反应温度为T,c(N2O4)以0.002 0 mol·L-1·s-1的平均速率降低,经10 s后又达到平衡。
T　　　　(填“大于”或“小于”)100 ℃,判断理由是 　。 
(3)温度T时反应达平衡后,将反应容器的容积减少一半,平衡向　　　　　　(填“正反应”或“逆反应”)方向移动,判断理由是　 　。 

第7讲　化学反应速率与化学平衡
1.A　解析 抗氧化剂属于还原剂,比食品更易与氧气反应,从而降低氧气浓度,减缓食品被氧化的反应速率,A项符合。
2.A　解析 对反应H2(g)+I2(g)2HI(g)而言,改变容器体积不能改变其平衡状态,故A项不能用勒夏特列原理解释。
3.D　解析 由表格中平衡常数数据可知K2(500 ℃)>K2(800 ℃),升高温度平衡逆向移动,故反应②的正反应为放热反应,A错误。K3=K1·K2,故K3(500 ℃)=2.50,K3(800 ℃)=0.375,B、C错误。由盖斯定律可知,①+②=③,D正确。
4.D　解析 对比容器Ⅰ和Ⅲ可知两者投料量相当,若温度相同,最终建立等效平衡,但Ⅲ温度高,平衡时c(CH3OH)小,说明平衡向逆反应方向移动,即逆反应为吸热反应,正反应为放热反应,A错误;Ⅱ相对于Ⅰ成比例增加投料量,相当于加压,平衡正向移动,转化率提高,所以Ⅱ中转化率高,B错误;不考虑温度,Ⅱ中投料量是Ⅲ的两倍,相当于加压,平衡正向移动,所以Ⅱ中c(H2)小于Ⅲ中c(H2)的两倍,且Ⅲ的温度比Ⅱ高,相对于Ⅱ,平衡向逆反应方向移动,c(H2)增大,C错误;对比Ⅰ和Ⅲ,温度相同时,两者建立等效平衡,两容器中速率相等,但Ⅲ温度高,速率加快,D正确。
5.D　解析 此反应的正反应是放热反应,升高温度平衡向逆反应方向进行,化学平衡常数只受温度的影响,即升高温度,K值减小,A错误。反应前后气体的化学计量数之和相等,因此减小压强,平衡不移动,即n(CO2)不变,B错误。催化剂对化学平衡移动无影响,因此CO的转化率不变,C错误。恒压下,充入N2,容器的体积增大,组分浓度降低,但化学反应前后气体的化学计量数之和不变,因此化学平衡不移动,n(H2)不变,D正确。
6.A　解析 反应中Y是固体,如果图Ⅰ表示压强的影响,2用的时间短,说明速率快,压强大,p2>p1,增大压强,w(W)减小,说明平衡向逆反应方向移动,增大压强时平衡向气体分子数减小的方向进行,故a<n,A正确;若图Ⅱ是在同温同压下催化剂对反应的影响,1用的时间短,则1使用的催化剂效果好,B错误;若图Ⅱ是不同压强对反应的影响,则p1>p2,n=a,C错误;若图Ⅲ是不同温度对反应的影响,则1用的时间短,速率快,温度高,T1>T2,升高温度,w(W)增大,平衡向正反应方向移动,也就是向吸热反应方向移动,Q>0,D错误。
7.B　解析 因容器体积可变,故充入惰性气体,体积增大,与反应有关的气体浓度减小,平衡正向移动,A错误。设650 ℃反应达平衡时气体总物质的量为100 mol,则有
　　　　C(s)+CO2(g)2CO(g)
平衡/mol 60 40
反应/mol 20 40
故CO2的转化率为×100%=25.0%,B正确。由图像可知T ℃时,CO和CO2的体积分数相等,故充入等体积的这两种气体,平衡不移动,C错误。Kp==23.04p总,D错误。
8.答案 (1)　+41.2
(2)CD
(3)表中数据表明此时反应未达到平衡,不同的催化剂对反应Ⅰ的催化能力不同,因而在该时刻下对甲醇选择性有影响
(4)
解析 (1)因为CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),平衡常数K的表达式为K=;因为CO和H2的燃烧热分别为283.0 kJ·mol-1和285.8 kJ·mol-1,可得下列热化学方程式:
CO(g)+O2(g)CO2(g)　ΔH=-283.0 kJ·mol-1　①
H2(g)+O2(g)H2O(l)　ΔH=-285.8 kJ·mol-1　②
又H2O(g)H2O(l)　ΔH=-44.0 kJ·mol-1　③
根据盖斯定律,由②-①-③得:
CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH2=+41.2 kJ·mol-1
(2)根据可逆反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),使用催化剂不能使平衡发生移动,即不能提高平衡转化率,A、B错误。该反应为放热反应,降低温度平衡正向移动,平衡转化率提高,C正确。投料比不变,增加反应物浓度,相当于增大压强,平衡正向移动,平衡转化率提高,D正确。增大二氧化碳和氢气的初始投料比,能提高氢气的转化率,但二氧化碳的转化率会降低。(3)从表格数据分析,在相同的温度下,不同的催化剂,其二氧化碳的转化率也不同,说明不同的催化剂的催化能力不同;相同催化剂不同的温度,二氧化碳的转化率不同,且温度高的转化率大,因为正反应为放热反应,说明表中数据是未到平衡数据。故由表中数据表明此时反应未达到平衡,不同的催化剂对反应Ⅰ的催化能力不同,因而在该时刻下对甲醇选择性有影响。(4)催化剂能降低反应的活化能,再结合表中的数据,Cat.2催化效果比Cat.1好,故可得到曲线为

9.答案 (1)C3H8(g)3C(石墨,s)+4H2(g)　ΔH=ΔH1-ΔH2-ΔH3
(2)①　64　②<　温度升高CO2的平衡转化率减小,平衡逆向移动,故逆反应是吸热反应,正反应为放热反应　③>　④<
解析 (1)由图可写出下列热化学方程式:
ⅰ.C3H8(g)+5O2(g)3CO2(g)+4H2O(l)　ΔH1;
ⅱ.3C(石墨,s)+3O2(g)3CO2(g)　ΔH2;
ⅲ.4H2(g)+2O2(g)4H2O(l)　ΔH3。根据盖斯定律,由ⅰ-ⅱ-ⅲ可得:C3H8(g)3C(石墨,s)+4H2(g)　ΔH=ΔH1-ΔH2-ΔH3。
(2)①由图可知,P点平衡时二氧化碳的转化率为0.50,=2.0,设起始时氢气的浓度为2 mol·L-1、二氧化碳的浓度为1 mol·L-1,则二氧化碳的浓度变化量为0.5 mol·L-1,则:
　　　　　2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)
: 1 2 0 0
: 0.5 1.5 0.25 1
: 0.5 0.5 0.25 1
平衡常数K==64。②由题图可知,氢碳比不变时,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,故逆反应是吸热反应,则正反应为放热反应,ΔH<0。③氢碳比[]越大,二氧化碳的转化率越大,故X>2.0。④相同温度下,Q点二氧化碳的转化率小于平衡时的转化率,说明Q点未到达平衡,反应向正反应方向进行,逆反应速率增大,到P点平衡状态时不变,故在氢碳比为2.0时,Q点v(逆)小于P点的v(逆)。
10.答案 (1)①吸热　②0.2　0.002 5 mol·L-1·s-1
(2)B　>
解析 (1)①由表中数据可以看出,温度越高,化学平衡常数越大,则该反应为吸热反应。②由“三段式”进行计算,设达到平衡时,N2转化了x mol·L-1,则有:
　　　　　　N2(g)　+　O2(g)2NO(g)
起始/(mol·L-1) 0.15 0.15 0
转化/(mol·L-1) x x 2x
平衡/(mol·L-1) 0.15-x 0.15-x 2x
K=1=,解得x=0.05。故平衡时n(NO)=2×0.05 mol·L-1×2 L=0.2 mol。v(N2)==0.002 5 mol·L-1·s-1。(2)该反应为气体分子数减小的反应,增大压强,平衡正向移动,即压强越大,N2的平衡转化率越大,图A错误,图B正确。该反应为放热反应,温度越高,N2的平衡转化率越小,故T1>T2。
11.答案 (1)大于
(2)大于　反应正方向吸热,反应向吸热方向进行,故温度升高
(3)逆反应　对气体分子数增大的反应,增大压强平衡向逆反应方向移动
解析 (1)根据题意,温度升高,混合气体颜色变深,说明升温向生成二氧化氮的方向进行,即正反应是吸热反应,焓变大于零。(2)由题意可知,改变温度后c(N2O4)以0.002 0 mol·L-1·s-1的平均速率降低,说明平衡向右进行,正反应是吸热反应,说明是升高温度。(3)温度为T时,反应达平衡后容器的体积减少一半,相当于增加压强,平衡将向气体体积减少的方向移动,即向逆反应方向移动。