高考化學二輪復習 專項突破練（四）（加試）化學反應速率 化學平衡（含解析）

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專項突破練(四)　(加試)化學反應速率　化學平衡 1．碳酸二甲酯(DMC)是一種近年來受到廣泛關注的環(huán)保型綠色化工產品。在催化劑作用下，可由甲醇和CO2直接合成DMC：CO2＋2CH3OH―→CO(OCH3)2＋H2O，但甲醇轉化率通常不會超過1%是制約該反應走向工業(yè)化的主要原因。某研究小組在其他條件不變的情況下，通過研究溫度、反應時間、催化劑用量分別對轉化數(TON)的影響來評價催化劑的催化效果。 計算公式為TON＝轉化的甲醇的物質的量/催化劑的物質的量。 (1)已知25 ℃時，甲醇和DMC的標準燃燒熱分別為ΔH1和ΔH2，則上述反應在25 ℃時的焓變ΔH3＝________。 (2)根據反應溫度對TON的影響圖(圖1)判斷該反應的焓變ΔH________(填“＞”、“＝”或“＜”)0，理由是_________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)根據反應時間對TON的影響圖(圖2)，已知溶液總體積10 mL，反應起始時甲醇0.25 mol，催化劑0.610－5 mol，計算該溫度下，4～7 h內DMC的平均反應速率：________；計算 10 h時，甲醇的轉化率：________。 (4)根據該研究小組的實驗及催化劑用量TON的影響圖(圖3)，判斷下列說法正確的是________。 a．由甲醇和CO2直接合成DMC，可以利用價廉易得的甲醇把影響環(huán)境的溫室氣體CO2轉化為資源，在資源循環(huán)利用和環(huán)境保護方面都具有重要意義 b．在反應體系中添加合適的脫水劑，將提高該反應的TON c．當催化劑用量低于1.210－5 mol時，隨著催化劑用量的增加，甲醇的平衡轉化率顯著提高 d．當催化劑用量高于1.210－5 mol時，隨著催化劑用量的增加，DMC的產率反而急劇下降 答案　(1)2ΔH1－ΔH2 (2)＜　經過相同的反應時間，溫度較低時，反應未達到平衡；溫度較高時，反應已達到平衡，隨著溫度升高，TON減小，即平衡向左移動，說明該反應放熱 (3)110－3 molL－1h－1　8.410－2% (4)ab 解析　(1)根據反應①CH3OH(l)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH1， ②CO(OCH3)2(l)＋3O2(g)===3CO2(g)＋3H2O(l)　ΔH2，根據蓋斯定律有目標反應等于①2－②，故有ΔH3＝2ΔH1－ΔH2。 (2)根據圖可知，溫度升高，TON降低，催化劑的物質的量不變，故轉化的甲醇的物質的量減少，所以平衡向逆反應方向移動，故正向放熱，ΔH＜0。 (3)4 h時TON＝20,7 h時TON＝30，ΔTON＝10，故Δ甲醇＝100.610－5 mol＝ 0.610－4 mol，甲醇的平均速率為0.610－4 mol0.01 L3 h＝210－3 molL－1h－1，故DMC平均反應速率＝110－3 molL－1h－1。10 h，轉化的甲醇為350.610－5 mol＝2.110－4 mol，轉化率為2.110－4 mol0.25 mol＝8.410－2%。 (4)a項正確，b項減少水，使平衡正向移動，正確；c、d項TON不能代表轉化率和產率，錯誤。 2．(2016嘉興市第一中學高二下學期期末)工業(yè)制硫酸，利用催化氧化反應將SO2轉化為SO3是一個關鍵步驟。請回答： (1)某溫度下，SO2(g)＋O2(g)SO3(g)　ΔH＝－98 kJmol－1。開始時在100 L的密閉容器中加入4.0 mol SO2(g)和10.0 mol O2(g)，當反應達到平衡時共放出熱量196 kJ，該溫度下平衡常數K＝________。 (2)一定條件下，向一帶活塞的密閉容器中充入2 mol SO2和1 mol O2，發(fā)生下列反應：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，達到平衡后改變下述條件，SO2、O2、SO3氣體平衡濃度都比原來增大的是________(填字母)。 A．保持溫度和容器體積不變，充入2 mol SO3 B．保持溫度和容器體積不變，充入2 mol N2 C．保持溫度和容器體積不變，充入0.5 mol SO2和0.25 mol O2 D．保持溫度和容器內壓強不變，充入1 mol SO3 E．升高溫度 F．移動活塞壓縮氣體 (3)下列關于2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)反應的圖像中，一定正確的是________(填字母)。 (4)①某溫度下，SO2的平衡轉化率(α)與體系總壓強(p)的關系如下圖所示。當平衡狀態(tài)由A變到B時，平衡常數K(A)________(填“＞”、“＜”或“＝”)K(B)。 ②將一定量的SO2(g)和O2(g)放入某固定體積的密閉容器中，在一定條件下，c(SO3)的變化如下圖所示。若在第5分鐘將容器的體積縮小一半后，在第8分鐘達到新的平衡(此時SO3的濃度為0.25 molL－1)。請在下圖畫出此變化過程中SO3(g)濃度的變化曲線。 答案　(1) (2)ACF (3)ABD (4)①＝② 解析　(1)反應達到平衡時共放出196 kJ的熱量，根據熱化學方程式可知反應了2.0 mol SO2和1.0 mol O2，則 　　　　　　　　　　SO2(g)＋O2(g)SO3(g) 起始濃度(molL－1) 0.04 0.1 0 轉化濃度(molL－1) 0.02 0.01 0.02 平衡濃度(molL－1) 0.02 0.09 0.02 該溫度下的平衡常數K＝＝。 (2)A項，保持溫度和容器體積不變，充入2 mol SO3，平衡向逆反應方向移動，則SO2、O2、SO3氣體平衡濃度都比原來增大，正確；B項，保持溫度和容器體積不變，充入2 mol N2，對平衡移動沒有影響，各物質的濃度不變，錯誤；C項，保持溫度和容器體積不變，充入 0.5 mol SO2和0.25 mol O2，平衡向正反應方向進行，再次平衡后各物質的濃度均增大，正確；D項，保持溫度和容器內壓強不變，充入1 mol SO3，處于等效平衡狀態(tài)，濃度不變，錯誤；E項，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，SO3的濃度減小，錯誤；F項，移動活塞壓縮氣體，濃度均增大，正確。 (3)A項，溫度升高，平衡逆向移動，逆反應速率增加的倍數大，正確；B項，圖像的前半段為反應建立平衡的過程，SO3%逐漸增大，T1之后的階段為化學反應隨溫度的升高平衡移動的過程，升高溫度，平衡逆向移動，SO3逐漸減小，圖像正確；C項，600 ℃高于500 ℃，平衡逆向移動，SO3%逐漸減小，圖像錯誤；D項，增大壓強，平衡正向移動，SO3%增大，圖像正確。 (4)①平衡常數只與溫度有關系，溫度不變，平衡常數不變，即K(A)＝K(B)。 ②將一定量的SO2(g)和O2(g)放入某固定體積的密閉容器中，在一定條件下，c(SO3)的變化如下圖所示。若在第5分鐘將容器的體積縮小一半后，壓強增大，物質的濃度瞬間變?yōu)樵瓉淼?倍，平衡向正反應方向進行，在第8分鐘達到新的平衡(此時SO3的濃度為0.25 molL－1)，則此變化過程中SO3(g)濃度的變化曲線可表示為 。 3．目前工業(yè)合成氨的原理是N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－93.0 kJmol－1 (1)已知一定條件下：2N2(g)＋6H2O(l)4NH3(g)＋3O2(g)　ΔH＝1 530.0 kJmol－1。則氫氣標準燃燒熱的熱化學方程式為________________________________________________。 (2)如圖，在恒溫恒容裝置中進行合成氨反應。 ①表示N2濃度變化的曲線是_______________________________________________。 ②前25 min內，用H2濃度變化表示的化學反應速率是________。 ③在25 min末剛好平衡，則平衡常數K＝________。 (3)在恒溫恒壓裝置中進行工業(yè)合成氨反應，下列說法正確的是________。 A．氣體體積不再變化，則已平衡 B．氣體密度不再變化，尚未平衡 C．平衡后，往裝置中通入一定量Ar，壓強不變，平衡不移動 D．平衡后，壓縮容器，生成更多NH3 答案　(1)H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH＝－286 kJmol－1 (2)①C　②0.12 molL－1min－1?、? (3)AD 解析　(1)已知反應：①N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－93.0 kJmol－1；②2N2(g)＋6H2O(l)4NH3(g)＋3O2(g)　ΔH＝1 530.0 kJmol－1，則根據蓋斯定律可知(①2－②)6即得到氫氣標準燃燒熱的熱化學方程式為H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH＝－286 kJmol－1。 (2)①根據圖像可知反應進行到25 min時曲線A減少了6.0 molL－1－3.0 molL－1＝ 3.0 molL－1，C減少了2.0 molL－1－1.0 molL－1＝1.0 molL－1，因此根據方程式可知表示N2濃度變化的曲線是C。 ②前25 min內，氫氣濃度減少了3.0 molL－1，則用H2濃度變化表示的化學反應速率是 3.0 molL－125 min＝0.12 molL－1min－1。 ③在25 min末剛好平衡，此時氮氣、氫氣和氨氣的濃度分別是1.0 molL－1、3.0 molL－1、 2.0 molL－1，K＝＝。 (3)A項，正反應是體積減少的可逆反應，因此在恒溫恒壓下氣體體積不再變化時已平衡，正確；B項，密度是混合氣的質量和容器容積的比值，在反應過程中質量始終不變，但容器容積是變化的，所以密度是變化的，因此氣體密度不再變化時反應已達到平衡，錯誤；C項，平衡后，往裝置中通入一定量Ar，壓強不變，容器容積增加，濃度降低，平衡向逆反應方向移動，錯誤；D項，平衡后，壓縮容器，壓強增大，平衡向正反應方向進行，因此生成更多NH3，正確。 4．(2016杭州市七校高二下學期期中)氮化鋁(AlN)是一種人工合成的非氧化物陶瓷材料 ，可在溫度高于1 500 ℃時，通過碳熱還原法制得。實驗研究認為，該碳熱還原反應分兩步進行：①Al2O3在碳的還原作用下生成鋁的氣態(tài)低價氧化物X(X中Al與O的質量比為6.75∶2)；②在碳存在下，X與N2反應生成AlN。請回答： (1)X的化學式為________。 (2)碳熱還原法制備氮化鋁的總化學方程式為 Al2O3(s)＋3C(s)＋N2(g)2AlN(s)＋3CO(g) ①寫出合成AlN的平衡常數表達式：________________________________________________________________________， 若該反應在高溫下自發(fā)進行，則隨著溫度升高，反應物N2的平衡轉化率將________(填“增大”、“不變”或“減小”)； ②在溫度、容積恒定的反應體系中，CO濃度隨時間的變化關系如下圖曲線甲所示。下列說法正確的是______________________________________________________________。 A．從a、b兩點坐標可求得從a到b時間間隔內該化學反應的平均速率 B．c點切線的斜率表示該化學反應在t時刻的瞬時速率 C．在不同時刻都存在關系：v(N2)＝3v(CO) D．維持溫度、容積不變，若減少N2的物質的量進行反應，曲線甲將轉變?yōu)榍€乙 (3)在氮化鋁中加入氫氧化鈉溶液，加熱，吸收產生的氨氣，進一步通過酸堿滴定法可以測定氮化鋁產品中氮的含量。寫出上述過程中氮化鋁與氫氧化鈉溶液反應的化學方程式：________________________________________________________________________。 答案　(1)Al2O (2)①K＝　增大?、贏B (3)AlN＋NaOH＋H2ONaAlO2＋NH3↑ 解析　(1)Al2O3在碳的還原作用下生成鋁的氣態(tài)低價氧化物X(X中Al與O的質量比為6.75∶2)，設這個氧化物的化學式為AlxOy，根據X中Al與O的質量比為6.75∶2可得，27x∶16y＝6.75∶2，x∶y＝2∶1，X的化學式為Al2O。 (2)①反應Al2O3(s)＋3C(s)＋N2(g)2AlN(s)＋3CO(s)的ΔS>0，反應在高溫下自發(fā)進行說明ΔH＞0，所以隨著溫度升高，反應物N2的平衡轉化率將增大。 ②A項，從a、b兩點坐標可以讀出反應時間和這段時間內CO濃度的變化量，可求得從a到b時間間隔內該化學反應的平均速率，正確；B項，c點切線的斜率為Δc(CO)/Δt，表示該化學反應在t時刻的瞬時速率，正確；C項，3v(N2)＝v(CO)，錯誤；D項，維持溫度、容積不變，若減少N2的物質的量，則反應逆向移動，CO平衡時的濃度減小，曲線甲和曲線乙平衡時CO濃度相同，錯誤。 (3)在氮化鋁中加入氫氧化鈉溶液，產生氨氣和偏鋁酸鈉，反應的方程式為 AlN＋NaOH＋H2ONaAlO2＋NH3↑。 5．(2016紹興市第一中學高二下學期期末)煙氣的主要污染物是SO2、NOx，經臭氧預處理后再用適當溶液吸收，可減少煙氣中SO2、NOx的含量。O3氧化煙氣中SO2、NOx的主要反應的熱化學方程式為 NO(g)＋O3(g)===NO2(g)＋O2(g) ΔH＝－200.9 kJmol－1 NO(g)＋O2(g)===NO2(g)　ΔH＝－58.2 kJmol－1 SO2(g)＋O3(g)===SO3(g)＋O2(g) ΔH＝－241.6 kJmol－1 (1)反應3NO(g)＋O3(g)===3NO2(g)的ΔH＝____________________________kJmol－1。 (2)臭氧脫硝反應2NO2(g)＋O3(g)N2O5(g)＋O2(g)能自發(fā)進行。在溫度為T1 K時，向體積為2 L的恒容密閉容器中充入1 mol O3和2 mol NO2，發(fā)生上述反應，經25分鐘反應達平衡，測得平衡時N2O5(g)的濃度為0.25 molL－1。 ①判斷該反應的ΔS________0，ΔH________0(填“>”、“＜”或“＝”)。 ②在溫度為T1 K時該反應的平衡常數K＝________。 ③下列說法正確的是________。 A．從反應開始到達平衡，NO2的平均反應速率v(NO2)＝0.04 molL－1min－1 B．T1 K時，若起始時向容器中充入1 mol O3、2 mol NO2、1 mol O2和1 mol N2O5氣體，則反應達到平衡前v正 ＜v逆 C．若改變反應溫度為T2 K，測得平衡時NO2的濃度為0.60 molL－1，則T2>T1 D．T1 K時反應達平衡時容器的體積為2 L，若維持T1 K，壓縮容器使NO2轉化率為60%，則此時容器的體積約為0.71 L ④若維持其他條件不變，僅改變溫度為T2 K時，經15分鐘反應達平衡，測得平衡時N2O5(g)的濃度為0.20 molL－1。畫出在T2 K下從0到25分鐘c(NO2)隨時間變化圖。 答案　(1)－317.3 (2)①＜　＜?、?　③CD　 ④ 解析　(1)已知：①NO(g)＋O2(g)===NO2(g)＋O2(g) ΔH＝－200 kJmol－1 ②NO(g)＋O2(g)===NO2(g)　ΔH＝－58.2 kJmol－1 根據蓋斯定律可知①＋②2即得到反應3NO(g)＋O3(g)===3NO2(g)的ΔH＝－317.3 kJmol－1。 (2)①正反應是體積減小的可逆反應，則該反應的ΔS＜0。由于該反應能自發(fā)進行，則根據ΔH－TΔS＜0可知該反應的ΔH＜0。 ②　　　　　　2NO2(g)＋O3(g)N2O5(g)＋O2(g) 起始濃度 ( molL－1)　 1　　　　0.5　　　0　　　0 轉化濃度 ( molL－1)　 0.5　　　0.25　　 0.25　　0.25 平衡濃度 ( molL－1)　 0.5　　　 0.25　　 0.25　　0.25 則在溫度為T1 K時該反應的平衡常數K＝＝1。 ③A項，從反應開始到達平衡，NO2的平均反應速率v(NO2)＝0.5 molL－125 min＝ 0.02 molL－1min－1，錯誤；B項，T1 K時，若起始時向容器中充入1 mol O3、2 mol NO2、1 mol O2和1 mol N2O5氣體，則此時Q＝＝0.5＜1，因此反應達到平衡前v正＞v逆，錯誤；C項，若改變反應溫度為T2 K，測得平衡時NO2的濃度為0.60 molL－1，這說明平衡向逆反應方向進行，由于正反應是放熱反應，則T2＞T1，正確；D項， 　　　　　　　2NO2(g)＋O3(g)N2O5(g)＋O2(g) 起始量(mol) 2 1 0　　　 0 轉化量(mol 1.2 0.6 0.6 0.6 平衡量(mol) 0.8 0.4 0.6 0.6 則＝1， 解得V＝0.71 L，D正確。 ④升高溫度反應速率加快，到達平衡的時間減少，經15分鐘反應達到平衡，測得平衡時N2O5(g)的濃度為0.20 molL－1，因此消耗二氧化氮濃度是0.4 molL－1，剩余二氧化氮濃度是0.6 molL－1，則圖像可表示為 。