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专题八 化学反应速率与化学平衡
化学反应速率及其影响因素
1.(2021年福建理综,12,6分)NaHSO3溶液在不同温度下均可被过量KIO3氧化,当NaHSO3完全消耗即有I2析出,依据I2析出所需时间可以求得NaHSO3的反应速率。将浓度均为0.020 mol·L-1的NaHSO3溶液(含少量淀粉)10.0 mL、KIO3(过量)酸性溶液40.0 mL混合,记录10～55 ℃间溶液变蓝时间,55 ℃时未观看到溶液变蓝,试验结果如图。据图分析,下列推断不正确的是( )
A.40 ℃之前与40 ℃之后溶液变蓝的时间随温度的变化趋势相反
B.图中b、c两点对应的NaHSO3反应速率相等
C.图中a点对应的NaHSO3反应速率为5.0×10-5 mol·L-1·s-1
D.温度高于40 ℃时,淀粉不宜用作该试验的指示剂
解析:由图像可知,温度低于40 ℃时,随温度上升,溶液变蓝所需的时间缩短,但温度高于40 ℃时状况相反,所以A项正确;由于b、c两点的温度不同,反应速率不行能相同,B项错误;当溶液变蓝时发生反应I+5I-+6H+3I2+3H2O,此时反应6HS+2I6S+2I-+6H+恰好结束,即溶液变蓝时NaHSO3恰好完全反应,v(NaHSO3)==5.0×10-5 mol·L-1·s-1,C项正确;温度高于40 ℃,随着温度上升,淀粉溶液与碘显色的灵敏度降低,因此有温度高于40 ℃ 时,淀粉不宜作该试验的指示剂,D项正确。
答案:B
2.(2022年福建理综,12,6分)确定条件下,溶液的酸碱性对TiO2光催化染料R降解反应的影响如图所示。下列推断正确的是( )
A.在0～50 min之间,pH=2和pH=7时R的降解百分率相等
B.溶液酸性越强,R的降解速率越小
C.R的起始浓度越小,降解速率越大
D.在20～25 min之间,pH=10时R的平均降解速率为0.04 mol·L-1·min-1
解析:由图像可看出,50 min时,pH=2和pH=7时R均完全降解,A正确;斜率越大,降解速率越大,则pH=2时R的降解速率明显大于pH=7和pH=10时的降解速率,B错误;图像中毁灭了两个影响速率的条件:反应物起始浓度和pH,因pH不同,不能由图像推断反应物浓度对反应速率的影响,C错误;20～25 min之间,pH=10时R的平均降解速率为: =4×10-6 mol·L-1·min-1,D错误。
答案:A
3.(双选题)(2022年上海化学,18,4分)为探究锌与稀硫酸的反应速率[以v(H2)表示],向反应混合液中加入某些物质,下列推断正确的是( )
A.加入NH4HSO4固体,v(H2)不变
B.加入少量水,v(H2)减小
C.加入CH3COONa固体,v(H2)减小
D.滴加少量CuSO4溶液,v(H2)减小
解析:反应实质为:Zn+2H+Zn2++H2↑。A项导致溶液中c(H+)增大,v(H2)加快,A项错误;B项导致溶液中c(H+)减小,v(H2)减小,B项正确;C项因发生CH3COO-+H+CH3COOH,导致溶液中c(H+)减小,v(H2)减小,C项正确;D项形成铜锌原电池,v(H2)加快,D项错误。
答案:BC
4.(双选题)(2011年海南化学,8,4分)对于可逆反应H2(g)+I2(g)2HI(g),在温度确定下由H2(g)和I2(g)开头反应,下列说法正确的是( )
A.H2(g)的消耗速率与HI(g)的生成速率之比为2∶1
B.反应进行的净速率是正、逆反应速率之差
C.正、逆反应速率的比值是恒定的
D.达到平衡时,正、逆反应速率相等
解析:各物质的反应速率之比等于各物质化学计量数之比,H2的消耗速率与HI的生成速率之比为1∶2,A错;该反应进行的净速率是指某一物质的正反应速率与逆反应速率之差,B正确;随反应进行正反应速率在减小,逆反应速率在增大,两者之比渐渐减小,C错;正、逆反应速率相等是平衡建立的特征,D正确。
答案:BD
5.(2010年福建理综,12,6分)化合物Bilirubin在确定波长的光照射下发生分解反应,反应物浓度随反应时间变化如图所示,计算反应4～8 min间的平均反应速率和推想反应16 min时反应物的浓度,结果应是( )
A.2.5 μmol·L-1·min-1和2.0 μmol·L-1
B.2.5 μmol·L-1·min-1和2.5 μmol·L-1
C.3.0 μmol·L-1·min-1和3.0 μmol·L-1
D.5.0 μmol·L-1·min-1和3.0 μmol·L-1
解析:由图可知,4 min时化合物Bilirubin的浓度为20 μmol·L-1,8 min时其浓度为10 μmol·L-1,因此4～8 min间的平均反应速率为=2.5 μmol·L-1·min-1。随着反应的进行,反应速率渐渐减慢,大致的变化规律是反应每进行4 min,反应速率降低一半,所以当反应进行到16 min时,反应物的浓度降到大约2.5 μmol·L-1。
答案:B
6.(2022年广东理综,31,16分)碘在科研与生活中有重要应用。某爱好小组用0.50 mol·L-1 KI、0.2%淀粉溶液、0.20 mol·L-1 K2S2O8、0.10 mol·L-1 Na2S2O3等试剂,探究反应条件对化学反应速率的影响。
已知:S2+2I-2S+I2 (慢)
I2+2S22I-+S4 (快)
(1)向KI、Na2S2O3与淀粉的混合溶液中加入确定量的K2S2O8溶液,当溶液中的 耗尽后,溶液颜色将由无色变为蓝色。为确保能观看到蓝色,S2与S2初始的物质的量需满足的关系为:n(S2)∶n(S2) 。
(2)为探究反应物浓度对化学反应速率的影响,设计的试验方案如下表:
试验
序号
体积V/mL
K2S2O8溶液
水
KI溶液
Na2S2O3溶液
淀粉溶液
①
10.0
0.0
4.0
4.0
2.0
②
9.0
1.0
4.0
4.0
2.0
③
8.0
Vx
4.0
4.0
2.0
表中Vx= ,理由是 。
(3)已知某条件下,浓度c(S2)～反应时间t的变化曲线如图所示,若保持其他条件不变,请在坐标图中,分别画出降低反应温度和加入催化剂时c(S2)～t的变化曲线示意图(进行相应的标注)。
(4)碘也可用作心脏起搏器电源—锂碘电池的材料。该电池反应为:2Li(s)+I2(s)2LiI(s) ΔH
已知:4Li(s)+O2(g)2Li2O(s) ΔH1
4LiI(s)+O2(g)2I2(s)+2Li2O(s) ΔH2
则电池反应的ΔH= ;碘电极作为该电池的 极。
解析:(1)依据供应的2个反应可知,当S2耗尽后,生成的I2不再被转化为I-,溶液变为蓝色,若要保证能看到蓝色需有I2剩余。所以n(S2)∶n(S2)<2∶1。
(2)为确保只有S2浓度一个因素变化,故溶液的总体积V是定值,三次试验的总体积应当是20.0 mL,所以Vx应为2.0。
(3)降温会使反应速率减慢,反应所需时间长,加入催化剂会加快反应,反应所需时间短。
(4)4Li(s)+O2(g)2Li2O(s) ΔH1①
4LiI(s)+O2(g)2I2(s)+2Li2O(s) ΔH2②
由得:
2Li(s)+I2(s)2LiI(s)ΔH=
I2→I-发生还原反应,作正极。
答案:(1)Na2S2O3 <2∶1
(2)2.0 保持溶液总体积相等,仅转变S2的浓度而保持其他物质浓度不变
(3)如图
(4) 正
7.(2011年重庆理综,29,14分)臭氧是一种强氧化剂,常用于消毒、灭菌等。
(1)O3与KI溶液反应生成的两种单质是 和 (填分子式)。
(2)O3在水中易分解,确定条件下,O3的浓度削减一半所需的时间(t)如表所示。已知:O3的起始浓度为
0.021 6 mol/L。
pH
t /minT
T/℃
3.0
4.0
5.0
6.0
20
301
231
169
58
30
158
108
48
15
50
31
26
15
7
①pH增大能加速O3分解,表明对O3分解起催化作用的是 。
②在30 ℃、pH=4.0条件下,O3的分解速率为 mol/(L·min)。
③据表中的递变规律,推想O3在下列条件下分解速率依次增大的挨次为 (填字母代号)。
a.40 ℃、pH=3.0 b.10 ℃、pH=4.0
c.30 ℃、pH=7.0
(3)O3可由臭氧发生器(原理如图)电解稀硫酸制得。
①图中阴极为 (填“A”或“B”),其电极反应式为
。
②若C处通入O2,则A极的电极反应式为 。
③若C处不通入O2,D、E处分别收集到x L和y L气体(标准状况),则E处收集的气体中O3所占的体积分数为 。(忽视O3的分解)
解析:(1)O3具有氧化性可把I-氧化为I2同时生成O2。
(2)①pH增大,OH-浓度增大,加速了O3分解,表明OH-对O3分解具有催化作用。
②30 ℃、pH=4.0时,O3分解的Δc==0.010 8 mol/L,用时108 min,则O3分解速率v==1.00×10-4mol/(L·min)。
③据表中递变规律,40 ℃、pH=3.0时,所用时间介于31 min～158 min;10 ℃、pH=4.0时所用时间>231 min;
30 ℃、pH=7.0时所用时间<15 min,而浓度变化同为0.010 8 mol/L,则分解速率依次增大挨次为:b<a<c。
(3)①电解稀H2SO4生成O3,转化原理为:H2O中氧失电子被氧化为O3,所以生成O3的电极为阳极,则阴极为A,电极反应为2H++2e-H2↑。
②C处通入O2后阴极得电子的物质为O2,电极反应为O2+4e-+4H+2H2O。
③C处不通入O2,则A极生成H2,E处生成O3和O2。
设y L气体中O3、O2体积分别为m L、n L,依据电子守恒和原子守恒有
解得m=x-2y,则O3体积分数为。
答案:(1)I2 O2
(2)①OH- ②1.00×10-4 ③b、a、c
(3)①A 2H++2e-H2↑
②O2+4H++4e-2H2O ③(x-2y)/y
8.(2010年新课标全国理综,28,14分)某同学在用稀硫酸与锌制取氢气的试验中,发觉加入少量硫酸铜溶液可加快氢气的生成速率。请回答下列问题:
(1)上述试验中发生反应的化学方程式有 ;
(2)硫酸铜溶液可以加快氢气生成速率的缘由是 ;
(3)试验室中现有Na2SO4、MgSO4、Ag2SO4、K2SO4等4种溶液,可与上述试验中CuSO4溶液起相像作用的是
;
(4)要加快上述试验中气体产生的速率,还可实行的措施有
(答两种);
(5)为了进一步争辩硫酸铜的量对氢气生成速率的影响,该同学设计了如下一系列的试验。将表中所给的混合溶液分别加入到6个盛有过量Zn粒的反应瓶中,收集产生的气体,记录获得相同体积的气体所需时间。
试验
混合溶液
A
B
C
D
E
F
4 mol·L-1
H2SO4溶液/mL
30
V1
V2
V3
V4
V5
饱和CuSO4
溶液/mL
0
0.5
2.5
5
V6
20
H2O/mL
V7
V8
V9
V10
10
0
①请完成此试验设计,其中:V1= ,V6= ,V9= ;
②反应一段时间后,试验A中的金属呈 色,试验E中的金属呈 色;
③该同学最终得出的结论为:当加入少量CuSO4溶液时,生成氢气的速率会大大提高,但当加入的CuSO4溶液超过确定量时,生成氢气的速率反而会下降。请分析氢气生成速率下降的主要缘由
。
解析:(1)(2)(3)考查了原电池可以加快氧化还原反应的速率这一考点,要想与Zn、稀H2SO4形成原电池,先由Zn置换活泼性排在Zn之后的金属,使其成为原电池的正极,从而加快Zn与稀H2SO4的反应速率。
(4)加快化学反应速率的方法有上升温度、增大浓度、加入催化剂、增大固体表面接触面积等。
(5)争辩硫酸铜的量对H2生成速率的影响,前提条件要保证H2SO4溶液浓度以及与Zn的接触面积相同,由已知A中V(H2SO4溶液)=30(mL),推知V1=V2=V3=V4=V5=30(mL),由F知溶液总体积为50(mL),则V7=20(mL),
V8=19.5(mL),V9=17.5(mL),V10=15(mL),V6=10(mL)。当加入少量CuSO4溶液时,形成ZnCu原电池,反应速率大大提高,当加入确定量CuSO4 溶液后,生成的单质Cu会沉积在Zn表面,减小了Zn与H2SO4溶液的接触面积,使反应速率减慢。
答案:(1)Zn+CuSO4ZnSO4+Cu、
Zn+H2SO4ZnSO4+H2↑
(2)CuSO4溶液与Zn反应产生的Cu与Zn形成Cu/Zn原电池,加快了H2产生的速率
(3)Ag2SO4
(4)上升反应温度、适当增加H2SO4溶液的浓度、增加锌粒的比表面积等(答两种即可)
(5)①30 10 17.5 ②灰黑 暗红
③当加入确定量的CuSO4溶液后,生成的单质Cu会沉积在Zn的表面,减小了Zn与H2SO4溶液的接触面积
化学平衡及其影响因素
1. (2021年安徽理综,11,6分)确定条件下,通过下列反应可以制备特种陶瓷的原料MgO:MgSO4(s)+CO(g)MgO(s)+CO2(g)+SO2(g) ΔH>0
该反应在恒容的密闭容器中达到平衡后,若仅转变图中横坐标x的值,重新达到平衡后,纵坐标y随x变化趋势合理的是( )
选项
x
y
A
温度
容器内混合气体的密度
B
CO的物质的量
CO2与CO的物质的量之比
C
SO2的浓度
平衡常数K
D
MgSO4的质量(忽视体积)
CO的转化率
解析:温度上升,平衡正向移动,气体总质量增加,容器体积不变,故混合气体的密度增大,A项合理;增大CO的物质的量,平衡正向移动,但CO的转化率降低,所以CO2与CO的物质的量之比减小,B项不合理;增大SO2的浓度,平衡逆向移动,但平衡常数只与温度有关,温度不变平衡常数K不变,C项不合理;因MgSO4为固体,增大MgSO4的质量,平衡不移动,CO的转化率不变,D项不合理。
答案:A
2.(2021年山东理综,12,4分)对于反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH<0,在其他条件不变的状况下( )
A.加入催化剂,转变了反应的途径,反应的ΔH也随之转变
B.转变压强,平衡不发生移动,反应放出的热量不变
C.上升温度,反应速率加快,反应放出的热量不变
D.若在原电池中进行,反应放出的热量不变
解析:催化剂不能转变反应的ΔH,其只与反应物始态、生成物终态有关,与反应途径无关,A项错误;反应前后气体分子数不变,转变压强,平衡不移动,B项正确;上升温度,平衡向逆反应方向移动,反应放出的热量削减,C项错误;原电池中化学能主要转化为电能,反应放出的热量削减,D项错误。
答案:B
3.(2021年北京理综,11,6分)下列试验事实不能用平衡移动原理解释的是( )
A.
B.
t ℃
25
50
100
KW/10-14
1.01
5.47
55.0
C.
D.
c(氨水)/(mol·L-1)
0.1
0.01
pH
11.1
10.6
解析:NO2球浸在冷水中颜色变浅,热水中颜色加深,说明2NO2(g)N2O4(g) ΔH<0,温度转变,平衡发生移动的结果,A正确;B表中数据表明,温度上升,KW增大,即水的电离程度增大,说明水的电离是吸热过程,上升温度,促进水电离,B正确;C中加催化剂MnO2可加快H2O2的分解速率,催化剂不影响平衡移动,C错误;D中0.01 mol·L-1氨水相当于0.1 mol·L-1氨水稀释10倍,但c(OH-)关系是:10-3.4>10-2.9×,说明加水稀释,促进NH3·H2O电离,D正确。
答案:C
4.(2021年重庆理综,7,6分)将E和F加入密闭容器中,在确定条件下发生反应:E(g)+F(s)2G(g)。忽视固体体积,平衡时G的体积分数(%)随温度和压强的变化如下表所示:
压强/Mpa
体积分数/%
温度/℃
1.0
2.0
3.0
810
54.0
a
b
915
c
75.0
d
1 000
e
f
83.0
①b<f
②915 ℃、2.0 MPa时E的转化率为60%
③该反应的ΔS>0
④K(1 000 ℃)>K(810 ℃)
上述①～④中正确的有( )
A.4个 B.3个 C.2个 D.1个
解析:E(g)+F(s)2G(g)为气体分子数增大的反应,增大压强,平衡向逆反应方向移动,b<a<54.0,因a<75.0,故上升温度,平衡向正反应方向移动,因此有:f>a>b,K(1 000 ℃)>K(810 ℃),①④正确;设开头时E为1 mol,E的转化量为x mol则有
E(g)+F(s)2G(g)
反应前(mol) 1 0
转化量(mol) x 2x
平衡后(mol) 1-x 2x
在915 ℃时,×100%=75%,x=0.6
则E的转化率为60%,②正确;E(g)+F(s)2G(g)为熵增反应,ΔS>0,③正确。
答案:A
5.(2021年四川理综,6,6分)在确定温度下,将气体X和气体Y各0.16 mol充入10 L恒容密闭容器中,发生反应X(g)+Y(g)2Z(g) ΔH<0, 一段时间后达到平衡。反应过程中测定的数据如下表:
t/min
2
4
7
9
n(Y)/mol
0.12
0.11
0.10
0.10
下列说法正确的是( )
A.反应前2 min的平均速率v(Z)=2.0×10-3 mol/(L·min)
B.其他条件不变,降低温度,反应达到新平衡前v(逆)>v(正)
C.该温度下此反应的平衡常数K=1.44
D.其他条件不变,再充入0.2 mol Z,平衡时X的体积分数增大
解析:反应前2 min,Y的物质的量变化(0.16-0.12)mol,浓度变化为0.004 mol/L,v(Y)=0.004 mol·L-1÷2 min=0.002 mol/(L·min),则v(Z)=2v(Y)=0.004 mol/(L·min),A错误;正反应为放热反应,降低温度平衡正向移动,v(正)>v(逆),B错误;7 min时反应达到平衡,这时c(Z)=0.012 mol/L,c(X)=c(Y)=0.01 mol/L,K==1.44,C正确;反应前后气体体积不变,再充入0.2 mol Z,平衡状态相同,达到平衡后X的体积分数不变,D错误。
答案:C
6.(双选题)(2021年江苏化学,15,4分)确定条件下存在反应:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),其正反应放热。现有三个相同的2 L恒容绝热(与外界没有热量交换) 密闭容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ,在Ⅰ中充入1 mol CO和1 mol H2O,在Ⅱ中充入1 mol CO2 和1 mol H2,在Ⅲ中充入2 mol CO 和2 mol H2O,700 ℃条件下开头反应。达到平衡时,下列说法正确的是( )
A.容器Ⅰ、Ⅱ中正反应速率相同
B.容器Ⅰ、Ⅲ中反应的平衡常数相同
C.容器Ⅰ中CO 的物质的量比容器Ⅱ中的多
D.容器Ⅰ中CO 的转化率与容器Ⅱ中CO2 的转化率之和小于1
解析:因反应是在恒容绝热密闭容器中进行的,容器Ⅰ中反应正向进行,放出热量,容器Ⅱ中反应逆向进行,吸取热量,平衡时两个容器中反应温度不同,则Ⅰ、Ⅱ中正反应速率不相同,A错。容器Ⅲ中加入反应物的量比容器Ⅰ中多,由于该反应为放热反应,Ⅲ中放出热量比Ⅰ多,Ⅲ中反应正向进行的程度比Ⅰ小,因此容器Ⅲ中反应的化学平衡常数比Ⅰ小,B错。Ⅰ中反应正向进行,放出热量,Ⅱ中反应逆向进行,吸取热量,由于容器均为绝热容器,结合化学平衡移动原理,温度对化学平衡的影响可知Ⅰ和Ⅱ中反应进行的程度均较小,则C、D均正确。
答案:CD
7.(2022年安徽理综,9,6分)确定条件下,通过下列反应可实现燃煤烟气中硫的回收:
SO2(g)+2CO(g)2CO2(g)+S(l) ΔH<0
若反应在恒容的密闭容器中进行,下列有关说法正确的是( )
A.平衡前,随着反应的进行,容器内压强始终不变
B.平衡时,其他条件不变,分别出硫,正反应速率加快
C.平衡时,其他条件不变,上升温度可提高SO2的转化率
D.其他条件不变,使用不同催化剂,该反应的平衡常数不变
解析:因该反应是气体体积缩小的反应,故随着反应的进行,容器内压强渐渐变小,A错误;平衡时分别出硫,因反应物SO2和CO浓度不变,正反应速率不变,B错误;正反应是放热反应,上升温度平衡逆向移动,SO2转化率降低,C错误;因平衡常数只与温度有关,使用催化剂平衡常数不变,D正确。
答案:D
8.(2022年四川理综,12,6分)在体积恒定的密闭容器中,确定量的SO2与1.100 mol O2在催化剂作用下加热到600 ℃发生反应:2SO2+O22SO3 ΔH<0。当气体的物质的量削减0.315 mol时反应达到平衡,在相同温度下测得气体压强为反应前的82.5%,下列有关叙述正确的是( )
A.当SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等时反应达到平衡
B.降低温度,正反应速率减小程度比逆反应速率减小程度大
C.将平衡混合气体通入过量BaCl2溶液中,得到沉淀的质量为161.980 g
D.达到平衡时,SO2的转化率为90%
解析:SO3的生成速率与SO2的消耗速率都表示正反应,两者始终相等,与平衡无关,A错;该反应是放热反应,降低温度,利于正反应进行,正反应速率减小程度比逆反应速率减小程度小,B错;依据题中方程式,反应达到平衡时削减的气体物质的量等于反应的O2物质的量,则生成SO3:0.63 mol;SO2与BaCl2不反应,0.63 mol SO3可生成BaSO4:0.63 mol×233 g·mol-1=146.79 g,C错;依据气体压强比等于气体物质的量之比,原有气体物质的量为0.315 mol÷(1-82.5%)=1.8 mol,有SO2 0.7 mol,转化SO2:0.315 mol×2=0.63 mol,SO2转化率为:0.63 mol÷0.7 mol×100%=90%,D正确。
答案:D
9.(2022年重庆理综,13,6分)在一个不导热的密闭反应器中,只发生两个反应:
a(g)+b(g)2c(g) ΔH1<0
x(g)+3y(g)2z(g) ΔH2>0
进行相关操作且达到平衡后(忽视体积转变所作的功),下列叙述错误的是( )
A.等压时,通入惰性气体,c的物质的量不变
B.等压时,通入z气体,反应器中温度上升
C.等容时,通入惰性气体,各反应速率不变
D.等容时,通入z气体,y的物质的量浓度增大
解析:A.等压条件下,通入惰性气体,反应体系的压强减小,第②个反应平衡逆向移动,放出热量,温度上升,导致第①个反应逆向移动,c的物质的量削减。B.等压时,通入z气体,第②个反应逆向移动,使温度上升。C.等容时,通入惰性气体,反应体系中各物质浓度不变,反应速率不变。D.等容时,通入z气体,平衡逆向移动,y的浓度增大。
答案:A
10.(2011年安徽理综,9,6分)电镀废液中Cr2可通过下列反应转化成铬黄(PbCrO4):
Cr2(aq)+2Pb2+(aq)+H2O(l)2PbCrO4(s)+2H+(aq) ΔH<0
该反应达平衡后,转变横坐标表示的反应条件,下列示意图正确的是( )
解析:ΔH<0,正反应放热温度上升,平衡左移,故K减小,A对;pH增大,c(H+)减小,平衡右移,Cr2转化率增大,B错;温度上升,正、逆反应速率都增大,C错;Pb2+物质的量浓度增大,平衡右移,Cr2物质的量减小,D错。
答案:A
11.(2011年重庆理综,10,6分)确定条件下,下列反应中水蒸气含量随反应时间的变化趋势符合题图的是( )
A.CO2(g)+2NH3(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g) ΔH<0
B.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH>0
C.CH3CH2OH(g)CH2CH2(g)+H2O(g) ΔH>0
D.2C6H5CH2CH3(g)+O2(g)2C6H5CHCH2(g)+2H2O(g) ΔH<0
解析:从温度(T)的影响示意图上可知,T2>T1(T2时的反应速率快),而平衡时T2水蒸气含量低,表明正反应为放热反应,ΔH<0;从压强(p)的影响示意图可知,p1>p2(p1时的反应速率快),且平衡时p1条件下水蒸气含量高,表明正反应是一个气体体积减小的反应,综合以上,选项A符合。
答案:A
12. (2011年福建理综,12,6分)25 ℃时,在含有Pb2+、Sn2+的某溶液中,加入过量金属锡(Sn),发生反应:Sn(s)+Pb2+(aq)Sn2+(aq)+Pb(s),体系中c(Pb2+)和c(Sn2+)变化关系如图所示。下列推断正确的是( )
A.往平衡体系中加入金属铅后,c(Pb2+)增大
B.往平衡体系中加入少量Sn(NO3)2固体后,c(Pb2+)变小
C.上升温度,平衡体系中c(Pb2+)增大,说明该反应ΔH>0
D.25 ℃时,该反应的平衡常数K=2.2
解析:金属铅是固体,固体浓度可认为是常数,其量的转变不影响平衡,A项错误;加入Sn(NO3)2后c(Sn2+)增大,平衡左移,c(Pb2+)增大,B项错误;上升温度,c(Pb2+)增大,说明平衡向左移动,是放热反应,ΔH<0,C项错误;由图像知K===2.2,D项正确。
答案:D
13.(2010年重庆理综,10,6分)COCl2(g)CO(g)+Cl2(g)
ΔH>0。当反应达到平衡时,下列措施:①升温 ②恒容通入惰性气体 ③增加CO浓度 ④减压 ⑤加催化剂 ⑥恒压通入惰性气体,能提高COCl2转化率的是( )
A.①②④ B.①④⑥ C.②③⑤ D.③⑤⑥
解析:能提高反应物转化率的方法是在不转变该反应物起始量的条件下使化学平衡向正方向移动,①升温向吸热方向即正方向移动,②恒容通入惰性气体,各组分浓度不变,平衡不移动,③增加CO浓度使平衡逆向移动,④减压使平衡正向移动,⑤催化剂不影响平衡,⑥恒压通入惰性气体,参与反应的各组分分压减小,平衡正向移动,故①④⑥符合题意。
答案:B
14.(2010年北京理综,12,6分)某温度下,H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g)的平衡常数K=。该温度下在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中,投入H2(g)和CO2(g),其起始浓度如下表所示。
起始浓度
甲
乙
丙
c(H2)/mol·L-1
0.010
0.020
0.020
c(CO2)/mol·L-1
0.010
0.010
0.020
下列推断不正确的是( )
A.平衡时,乙中CO2的转化率大于60%
B.平衡时,甲中和丙中H2的转化率均是60%
C.平衡时,丙中c(CO2)是甲中的2倍,是0.012 mol·L-1
D.反应开头时,丙中的反应速率最快,甲中的反应速率最慢
解析:三段法:
H2(g) +CO2(g) H2O(g)+CO(g)
0.010 0.010 0 0
x x x x
0.010-x 0.010-x x x
K==,所以x=0.006,甲中H2的转化率为60%,CO2的转化率也为60%,乙相当于在甲的基础上又充入了H2,CO2的转化率增大,A正确;丙相当于在甲的基础上加压,使容器体积缩小一半,平衡不移动,丙中CO2的浓度是甲中CO2浓度的2倍,甲平衡时CO2浓度为0.004 mol·L-1,丙平衡时CO2浓度为0.008 mol·L-1,B正确、C错误;D项,温度相同,丙中反应物浓度最大,甲中最小,故丙中的反应速率最快,甲中的反应速率最慢。
答案:C
15.(2021年新课标全国理综Ⅰ,28,15分)二甲醚(CH3OCH3)是无色气体,可作为一种新型能源。由合成气(组成为H2、CO和少量的CO2)直接制备二甲醚,其中的主要过程包括以下四个反应:
甲醇合成反应:
(ⅰ)CO(g)+2H2(g)CH3OH (g)
ΔH1=-90.1 kJ·mol-1
(ⅱ)CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
ΔH2=-49.0 kJ·mol-1
水煤气变换反应:
(ⅲ)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
ΔH3=-41.1 kJ·mol-1
二甲醚合成反应:
(ⅳ)2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)
ΔH4=-24.5 kJ·mol-1
回答下列问题:
(1)Al2O3是合成气直接制备二甲醚反应催化剂的主要成分之一。工业上从铝土矿制备较高纯度Al2O3的主要工艺流程是 (以化学方程式表示)。
(2)分析二甲醚合成反应(ⅳ)对于CO转化率的影响
。
(3)由H2和CO直接制备二甲醚(另一产物为水蒸气)的热化学方程式为 。
依据化学反应原理,分析增加压强对直接制备二甲醚反应的影响
。
(4)有争辩者在催化剂(含CuZnAlO和Al2O3)、压强为5.0 MPa的条件下,由H2和CO直接制备二甲醚,结果如图所示。其中CO转化率随温度上升而降低的缘由是
。
(5)二甲醚直接燃料电池具有启动快、效率高等优点,其能量密度高于甲醇直接燃料电池(5.93 kW ·h·kg-1)。若电解质为酸性,二甲醚直接燃料电池的负极反应为 ,一个二甲醚分子经过电化学氧化,可以产生 个电子的电量;该电池的理论输出电压为1.20 V,能量密度E= (列式计算。能量密度=电池输出电能/燃料质量,1 kW·h=3.6×106 J)。
解析:(1)工业上从铝土矿提纯氧化铝的方法是:用氢氧化钠溶解铝土矿,然后过滤,往滤液中通入过量CO2,得到氢氧化铝,然后高温煅烧氢氧化铝,即可得到高纯度的氧化铝。
(2)合成二甲醚消耗甲醇,对于CO参与的反应(ⅰ)、(ⅲ)相当于减小生成物的浓度,有利于平衡向右移动,使CO转化率提高。
(3)依据盖斯定律,将(ⅰ)+(ⅱ)+(ⅲ)+(ⅳ)即可得到:
2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)
ΔH=-204.7 kJ·mol-1。
当增加压强时,平衡右移。
(4)合成二甲醚的反应是放热的,因此升温平衡向左移,CO的转化率降低。
(5)由于构成燃料电池,则电池反应式为:
CH3OCH3+3O22CO2+3H2O ①
负极反应式为:O2+4H+2H2O ②
推出正极反应式:①-3×②
CH3OCH3+3H2O-12e-2CO2+12H+
输出电能=1.20 V××12×96 500 C·mol-1÷(3.6×106 J/kW·h)≈8.39 kW·h,则E=≈8.39 kW·h·kg-1。
答案:(1)Al2O3+2NaOH+3H2O2NaAl(OH)4、
NaAl(OH)4+CO2Al(OH)3↓+NaHCO3、
2Al(OH)3Al2O3+3H2O
(2)消耗甲醇,促进甲醇合成反应(ⅰ)平衡右移,CO转化率增大;生成的H2O,通过水煤气变换反应(ⅲ)消耗部分CO
(3)2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH=-204.7 kJ·mol-1 平衡右移,反应速率增大,反应物量削减,生成物量增加
(4)反应放热,温度上升,平衡左移
(5)CH3OCH3+3H2O-12e-2CO2+12H+ 12 ÷(3.6×106 J·kW-1·h-1)≈8.39 kW·h·kg-1
16.(2011年浙江理综,27,14分)某争辩小组在试验室探究氨基甲酸铵(NH2COONH4)分解反应平衡常数和水解反应速率的测定。
(1)将确定量纯洁的氨基甲酸铵固体置于特制的密闭真空容器中(假设容器体积不变,固体试样体积忽视不计),在恒定温度下使其达到分解平衡:
NH2COONH4(s)2NH3(g)+CO2(g)
试验测得不同温度下的平衡数据列于下表:
温度/℃
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0
平衡总压
强/kPa
5.7
8.3
12.0
17.1
24.0
平衡气体总浓度
/mol·L-1
2.4×
10-3
3.4×
10-3
4.8×
10-3
6.8×
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