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专题限时集训(六) 化学反响速率和化学平衡
(限时：45分钟)
(对应学生用书第139页)
1．(2023·沧州模拟)目前，对碳、氮及化合物的研究备受关注。：
Ⅰ.2C(s)＋2NO(g)N2(g)＋2CO(g) ΔH＝－414.8 kJ·mol－1
Ⅱ.2CO(g)＋O2(g)2CO2(g) ΔH＝－566 kJ·mol－1
Ⅲ.2CO(g)＋2NO(g)N2(g)＋2CO2(g) ΔH＝－759.8 kJ·mol－1
答复以下问题：
(1)表示碳的燃烧热的热化学方程式为______________________
_____________________________________________________。
(2)某催化剂的M型、N型均可催化反响为2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)。向容积相同的恒容密闭容器中分别充入等量的CO和O2，在相同时间段内，不同温度下测得CO的转化率(α)如下图。
①由图推断以下说法正确的选项是________(填选项字母)。
A．a、b、c、d点均到达平衡状态
B．该反响的平衡常数K(b)＝K(c)
C．b点反响物的有效碰撞几率最大
D．图中五个点对应状态下，a点反响速率最慢
②e点CO的转化率突然减小的可能原因为________________
_____________________________________________________。
③假设b点容器中c(O2)＝0.5 mol·L－1，那么T0 ℃时该反响的平衡常数K＝________。
(3)T1 ℃时，向刚性容器中充入2 mol NO和2 mol CO，发生反响Ⅲ。5 min时到达平衡状态，测得容器中n(N2)＝0.8 mol、c(CO2)＝0.32 mol·L－1。
①0～5 min内，用NO表示的反响速率v(NO)＝________。
②反响进行到2 min时，v正(CO)________v逆(CO2)(填“>〞“<〞或“＝〞)。
③假设升高温度，容器内气体压强________(填“增大〞“减小〞或“不变〞)，原因为______________________________________
_____________________________________________________。
[解析] (1)根据盖斯定律，目标反响为C(s)＋O2(g)===CO2(g)可根据(Ⅰ＋2Ⅱ－Ⅲ)求出ΔH。
(2)③b点到达平衡状态，α(CO)＝0.4，设起始投入的CO和O2的物质的量浓度均为x mol·L－1，
2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)
起始/(mol·L－1) x x 0
转化/(mol·L－1) 0.4x 0.2x 0.4x
平衡/(mol·L－1) 0.6x 0.8x 0.4x
因c(O2)＝0.5 mol·L－1，那么0.8x＝0.5 mol·L－1，x＝ mol·L－1，
平衡常数K＝＝＝＝。
(3)①因反响：2CO(g)＋2NO(g)N2(g)＋2CO2(g)，反响的NO的浓度Δc(NO)＝Δc(CO2)＝0.32 mol·L－1－0 mol·L－1＝0.32 mol·L－1，所以v(NO)＝＝＝0.064 mol·L－1·min－1。
[答案] (1)C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝－393.5 kJ·mol－1 (2)①BD ②催化剂失去活性 ③
(3)①0.064 mol·L－1·min－1 ②> ③增大 升高温度，容积不变，压强增大(或反响Ⅲ为气体分子总数减小的放热反响，温度升高，平衡逆向移动，气体总物质的量增大，压强增大)
2．二氧化硫在一定条件下可以发生如下反响：
SO2(g)＋NO2(g)SO3(g)＋NO(g) ΔH＝－42 kJ·mol－1
在固定体积的密闭容器中，使用某种催化剂，改变原料气配比[n0(NO2)/n0(SO2)]进行多组实验(各次实验的温度可能相同，也可能不同)，测定NO2的平衡转化率[α(NO2)]。局部实验结果如下图：
(1)如果要将图中C点对应的平衡状态改变为B点对应的平衡状态，那么应采取的措施是____________________________。
(2)假设A点对应实验中，SO2(g)的起始浓度为c0 mol·L－1，经过t min到达平衡状态，那么该时段化学反响速率v(NO2)＝________mol·L－1·min－1。
(3)图中C、D两点对应的实验温度分别为TC和TD，通过计算判断：TC________TD(填“>〞“＝〞或“<〞)。
[解析] (1)由题图可知，C点对应的平衡状态变为B点对应的平衡状态，不变，但α(NO2)增大，即SO2(g)＋NO2(g)SO3(g)＋NO(g)平衡右移，由于反响前后气体的物质的量不变，且该反响为放热反响，所以采取的措施为降低温度。(2)A点对应实验中，SO2的起始浓度为c0 mol·L－1，那么NO2的起始浓度为0.4c0 mol·L－1，平衡时NO2的转化率为50%，所以NO2的浓度变化为0.4c0 mol·L－1×50%＝0.2c0 mol·L－1，v(NO2)＝＝ mol·L－1·min－1。(3)结合题图中数据，根据三段式法分别算出C点和D点的平衡常数KC＝KD＝1，所以TC＝TD。
[答案] (1)降低温度 (2) (3)＝
3．(2023·平顶山二调)处理、回收CO是环境科学家研究的热点课题。
(1)CO用于处理大气污染物N2O所发生的反响为N2O(g)＋CO(g)CO2(g)＋N2(g) ΔH。
几种物质的相对能量如下：
物质
N2O(g)
CO(g)
CO2(g)
N2(g)
相对能量/ (kJ·mol－1)
475.5
283
0
393.5
①ΔH＝________ kJ·mol－1。改变以下“量〞，一定会引起ΔH发生变化的是________(填代号)。
A．温度 B．反响物浓度
C．催化剂 D．化学计量数
②有人提出上述反响可以用“Fe＋〞作催化剂。其总反响分两步进行：
第一步：Fe＋＋N2O===FeO＋＋N2；
第二步：_______________________(写化学方程式)。
第二步反响不影响总反响到达平衡所用时间，由此推知，第二步反响速率________第一步反响速率(填“大于〞或“等于〞)。
(2)在实验室，采用I2O5测定空气中CO的含量。在密闭容器中充入足量的I2O5粉末和一定量的CO，发生反响：I2O5(s)＋5CO(g)5CO2(g)＋I2(s)。测得CO的转化率如图1所示。
①相对曲线a，曲线b仅改变一个条件，改变的条件可能是____________。
②在此温度下，该可逆反响的平衡常数K＝________(用含x的代数式表示)。
图1 图2
(3)工业上，利用CO和H2合成CH3OH。在1 L恒容密闭容器中充入1 mol CO(g)和n mol H2，在250 ℃发生反响：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)，测得混合气体中CH3OH的体积分数与H2的物质的量的关系如图2所示。在a、b、c、d点中，CO的平衡转化率最大的点是________。
(4)有人提出，利用2CO(g)===2C(s)＋O2(g)消除CO对环境的污染，你的评价是________(填“可行〞或“不可行〞)。
[解析] (1)①ΔH＝(393.5＋0－475.5－283) kJ·mol－1＝－365 kJ·mol－1。反响的ΔH只与状态和化学计量数有关。
(2)②设CO的起始浓度为c(对于等气体分子数反响，体积始终不变)，平衡时，c(CO)＝(1－x)c mol·L－1，c(CO2)＝xc mol·L－1，K＝＝。
(3)增大H2的量，平衡正向移动，α(CO)增大。
(4)该反响的ΔH>0，ΔS<0，任何温度下该反响都不能自发进行。
[答案] (1)①－365 D ②FeO＋＋CO===Fe＋＋CO2 大于 (2)①参加催化剂(或增大压强) ② (3)d (4)不可行
4．(2023·许昌一诊)温度为T1时，在容积为1 L的恒容密闭容器中充入0.6 mol的NO2，达平衡时c(O2)＝0.2 mol·L－1，仅发生反响：2NO2(g)2NO(g)＋O2(g)(ΔH>0)。实验测得：v正＝v(NO2)消耗＝k正c2(NO2)，v逆＝v(NO)消耗＝2v(O2)消耗＝k逆c2(NO)·c(O2)，k正、k逆为速率常数，仅受温度影响。当温度改变为T2时，假设k正＝k逆，那么T1________T2(填“>〞或“<〞)，得出该结论的理由是___________
______________________________________________________
______________________________________________________
_____________________________________________________。
[答案] < 到达平衡状态时正、逆反响速率相等，根据k正c2(NO2)＝k逆c2(NO)·c(O2)，且k正＝k逆，可知c2(NO2)＝c2(NO)·c(O2)，T2时化学平衡常数K等于1，大于0.8，且该反响的正反响是吸热反响，说明升高温度平衡正向移动，所以T2>T1
5．(2023·抚顺一模)工业制硫酸，在接触室发生反响：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，在1 L的恒容密闭容器中充入2 mol SO2和1 mol O2，在不同温度下测得c(SO3)与时间的关系如图1：
(1)能证明反响已经到达平衡状态的是________。
①c(SO2)∶c(O2)∶c(SO3)＝2∶1∶2
②单位时间内生成n mol SO3的同时消耗n mol SO2
③反响速率2v(SO3)正＝v(O2)逆
④温度和体积一定时，容器内压强不再变化
(2)反响的ΔH________0(填“>〞“<〞或“＝〞)。
(3)反响开始到10 min时，SO2的平均反响速率v(SO2)＝________ mol·L－1·min－1。t2时该反响的平衡常数K＝________。
(4)一定条件下在恒温恒容的密闭容器中按一定比例充入SO2(g)和O2(g)，平衡时SO3的体积分数[φ(SO3)]随的变化图像如图2，那么A、B、C三状态中，SO2的转化率最小的是________点，当＝3时，到达平衡状态SO3的体积分数可能是D、E、F三点中的________点。
[解析] (3) 2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)
反响开始前/(mol·L－1)： 2 1 0
变化的量/(mol·L－1): 1 0.5 1
平衡时的量/(mol·L－1): 1 0.5 1
反响开始到10 min时SO2的平均反响速率v(SO2)＝＝＝0.1 mol·L－1·min－1，
t2时该反响的平衡常数K＝＝＝2。
(4)越大，SO2越多，SO2的转化率越小。
＝2时，平衡时，φ(SO3)最大。
[答案] (1)④ (2)< (3)0.1 2 (4)C F
6．(2023·银川一模)T1 ℃时，在刚性反响器中以投料比为1∶3 的NO(g)与O2(g)反响，其中NO2二聚为N2O4的反响可以迅速到达平衡。体系的总压强p随时间t的变化如下表所示[t＝∞时，NO(g)完全反响]。
t/min
0
40
80
160
260
700
∞
p/kPa
32.8
30.7
29.9
29.4
29.2
28.8
26.9
(1)NO(g)与O2(g)合成的反响速率v＝4.2×10－2×p2(NO)×p(O2)(kPa·min－1)，t＝42 min时，测得体系中p(O2)＝22.4 kPa，那么此时的v＝________ kPa·min－1(计算结果保存1位小数)。
(2)假设降低反响温度至T2 ℃，那么NO(g)与O2(g)完全反响后体系压强p∞(T2 ℃)________(填“大于〞“等于〞或“小于〞)26.9 kPa，原因是_____________
__________________________________。(：2NO2(g)N2O4(g) ΔH<0)
(3)T1 ℃时，反响N2O4(g)2NO2(g)的平衡常数Kp＝________kPa(Kp为以分压表示的平衡常数，保存2位小数)。
[解析] (1)T1 ℃，起始时p(NO)＝32.8× kPa＝8.2 kPa，
p(O2)＝32.8× kPa＝24.6 kPa
t＝42 min时，p(O2)＝22.4 kPa，Δp(O2)＝2.2 kPa，故42 min时，p(NO)＝(8.2－4.4)kPa＝3.8 kPa，p(NO2)＝4.4 kPa。
故v＝4.2×10－2×p2(NO)×p(O2)(kPa·min－1)＝4.2×10－2×3.82×22.4(kPa·min－1)≈13.6(kPa·min－1)。
(3)假设NO全部转化为NO2，那么p(NO2)＝8.2 kPa，p(O2)＝20.5 kPa，设平衡时p(N2O4)＝x，
N2O4(g)2NO2(g)
p(始)/kPa 0 8.2
p(变)/kPa x 2x
p(平)/kPa x 8.2－2x
x＋8.2－2x＋20.5＝26.9 解得：x＝1.8，
平衡常数Kp＝＝≈11.76。
[答案](1)13.6 (2)小于 温度降低，体积不变，体系压强减小，同时，降温时2NO2(g)N2O4(g)右移，气体物质的量减小，总压强降低
(3)11.76
7．(2023·湖北七市联考)(1)合成氨反响：N2(g)＋H2(g)NH3(g) ΔH＝－46.2 kJ·mol－1，标准平衡常数Kθ＝，其中pθ为标准压强，pNH3、pN2、pH2为各组分的平衡分压，如pNH3＝xNH3p，p为平衡总压，xNH3为平衡系统中NH3的物质的量分数。假设往一密闭容器中参加的N2、H2起始物质的量之比为1∶3，反响在恒定温度和标准压强下进行，NH3的平衡产率为w，那么Kθ＝________(用含w的最简式表示)。
(2)某科研小组向一恒容密闭容器中通入2 mol CH4、2 mol CO2，控制适当条件使其发生如下反响：CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g) ΔH＝＋247 kJ·mol－1，测出CH4的某个平衡物理量X随着温度、压强的变化如下图。
①X________(填“能〞或“不能〞)表示平衡体系中CH4的体积分数；p1、p2的大小关系为________，b点浓度商Qc与对应温度下的平衡常数K相比，较大的是________。
②假设容器容积为2 L，a点时c(CH4)＝0.4 mol·L－1，那么相应温度下的平衡常数K＝________。
[解析] (1)设n(N2)＝1 mol，那么n(H2)＝3 mol，N2转化的为a mol，
N2(g)＋H2(g)NH3(g)
n(始)/mol 1 3 0
Δn/mol a 3a 2a
n平/mol 1－a 3－3a 2a
理论生成NH3 2 mol，故＝w，a＝w。
又因为p＝pθ，因此：
Kθ＝＝＝。
(2)①压强一定时升高温度，X表示的物理量增加，而升温有利于平衡向右移动，故X不能表示平衡体系中CH4的体积分数。X可以看成是平衡体系中CH4的转化率，由于正反响是气体分子数增加的反响，压强越小越有利于平衡向右移动，CH4的平衡转化率越大，故p1<p2。b点时反响未到达平衡状态，此时反响正向进行，故此时浓度商小于对应温度下的平衡常数。②甲烷的初始浓度为1 mol·L－1，反响中消耗的浓度为0.6 mol·L－1，由此可求出平衡时c(CO2)＝0.4 mol·L－1、c(CO)＝c(H2)＝1.2 mol·L－1，故K＝12.96。
[答案] (1) (2)①不能 p1<p2 K ②12.96
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