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高考化学二轮复习 专题09 化学反应速率与化学平衡押题专练(含解析)

专题 09 化学反应速率与化学平衡
1.在恒温恒容的密闭体系中,可逆反应:A(s)+2B(g) 反应达到化学平衡的标志的是( ①v


2C(g);Δ H<0,不能作为该

)

(B)=v



(C) ②n(B)∶n(C)=1∶1 ③容器内压强不再改变 ④容器内气体的密度

不再改变 ⑤容器内混合气体的平均相对分子质量不再改变 A.②③④⑤ C.①③④ B.②③ D.全部

2.下列说法正确的是(

)

A.增大压强,活化分子百分数增加,化学反应速率一定增大 B.升高温度,单位体积内分子总数不变,但活化分子数增加了 C.分子间所有的碰撞为有效碰撞 D.加入反应物,使活化分子百分数增加,化学反应速率增大 解析:选 B。A.压强对反应速率的影响只能适用于气体体系,且增大压强,活化分子百分 数不变,A 错误;B.升高温度,活化分子百分数增加,化学反应速率一定能够增大,B 正确;C. 活化分子间所发生的分子间的碰撞,只有能发生反应的碰撞才是有效碰撞,C 错误;D.加入反 应物,活化分子百分数不变,但是单位体积内活化分子数增加,化学反应速率增大,且改变固 体的质量反应速率不变,D 错误,答案选 B。 3.维持体系总压强 p 恒定,在温度 T 时,A 的起始物质的量为 n、容器起始体积为 V,发 生 A(g) +C(g)反应。已知 A 的平衡转化率为 α ,则在该温度下反应的平衡常数 ) B.nα /(1-α ) V D.nα /(1 +α ) V A(g) B(g)+C(g) 0 0
2 2 2 2

K 为(用 α 等符号表示)(
A.nα /(1 -α ) V C.nα /(1+α ) V 解析:选 B。 起始量(mol) 转化量(mol) 平衡量(mol)
2 2 2

n nα n-nα

nα nα

nα nα

压 强 不 变 , 则 平 衡 时 容 器 的 容 积 是 (1 + α )V , 所 以 该 温 度 下 的 平 衡 常 数 为 K =

1

nα V+Vα n-nα V+Vα

nα V+Vα



nα V

2 2

-α

,答案选 B。

4.298 K 时,在 2 L 固定体积的密闭容器中,发生可逆反应:2NO2(g)

N2O4(g) Δ H

=-a kJ/mol(a>0)。N2O4 的物质的量浓度随时间变化如图。达平衡时,N2O4 的浓度为 NO2 的 2 倍,若反应在 398 K 进行,某时刻测得 n(NO2)=0.6 mol,n(N2O4)=1.2 mol,则此时,下列大 小关系正确的是( )

A.v(正)>v(逆) B.v(正)<v(逆) C.v(正)=v(逆) D.v(正)、v(逆)大小关系不确定

5.在 373 K 时,把 0.5 mol N2O4 气体通入体积为 5 L 的真空密闭容器中,立即出现红棕色。反 应进行到 2 s 时,NO2 的浓度为 0.02 mol/L。在 60 s 时,体系已达到平衡,此时容器内压强为 反应前的 1.6 倍。下列说法正确的是( )
-1 -1

A.前 2 s,以 N2O4 浓度变化表示的平均反应速率为 0.01 mol·L ·s B.在 2 s 时,体系内压强为反应前的 1.1 倍 C.平衡时,体系内含 N2O4 0.25 mol D.平衡时,若往容器内充入氮气,则可提高 N2O4 的转化率

解析:选 B。A.2 s 时,NO2 的浓度为 0.02 mol/L,则转化的 N2O4 的浓度为 0.01 mol/L,则 前 2 s,以 N2O4 的浓度变化表示的平均反应速率为 0.01 mol/L÷2 s=0.005 mol/(L·s),A 错 误;B.由 N2O4 2NO2,2 s 时 NO2 的物质的量为 0.1 mol,N2O4 的物质的量为 0.5 mol-0.01

mol/L×5 L=0.45 mol,由反应前后的物质的量之比等于压强之比,则在 2 s 时体系内的压强
2

为开始时的(0.1 mol+0.45 mol)÷0.5 mol=1.1 倍,B 正确;C.设转化的 N2O4 的物质的量为 x, 则平衡时 N2O4 的物质的量为 0.5 mol-x,NO2 的物质的量为 2x,由平衡时容器内压强为开始时 的 1.6 倍,则(0.5 mol-x+2x)÷0.5 mol=1.6,解得 x=0.3 mol,则平衡时 N2O4 的物质的量 为 0.5 mol-x=0.5 mol-0.3 mol=0.2 mol,C 错误;D.在恒容条件下,向容器中充入氮气, 压强虽然增大,但体积不变,各组分的浓度不变,平衡不移动,则 N2O4 的转化率不变,D 不变; 答案选 B。 6.下列有关平衡常数的说法中,正确的是( )

A.改变条件,反应物的转化率增大,平衡常数也一定增大 B.反应 2NO2(g)===N2O4(g) Δ H<0,升高温度该反应平衡常数增大 C.对于给定可逆反应,温度一定时,其正、逆反应的平衡常数相等 D.平衡常数为 K=

c c

2

c c

2 2

催化剂 的反应,化学方程式为 CO2+H2 CO+H2O 加热

7 .某温度下,在 2 L 的密闭容器中,加入 1 mol X (g) 和 2 mol Y(g) 发生反应: X(g) +

mY(g)

3Z(g),平衡时,X、Y、Z 的体积分数分别为 30%、60%、10%。在此平衡体系中加入 )

1 mol Z(g),再次达到平衡后,X、Y、Z 的体积分数不变。下列叙述不正确的是( A.m=2 B.两次平衡的平衡常数相同 C.X 与 Y 的平衡转化率之比为 1∶1 D.第二次平衡时,Z 的浓度为 0.4 mol·L
-1

解析:选 D。A.根据再次加入 1 mol Z(g),平衡后,X、Y、Z 的体积分数不变,可知该反 应是一个反应前后气体分子数相等的反应,因此 m=2。B.由于温度没有变化,故两次平衡的平 衡常数不变。C.因为是按照化学方程式中化学计量数之比充入的反应物,因此二者的平衡转化 率相等。 D.该反应前后气体分子数不变, 因此反应后气体的物质的量与反应前一样, 都为 4 mol, 而平衡后 Z 的体积分数为 10%,平衡时 Z 的物质的量为 4 mol×10%=0.4 mol,容器体积为 2 L, Z 的浓度为 0.2 mol·L 。 8.硝酸生产中,500 ℃时,NH3 和 O2 可能发生如下反应: ①4NH3 (g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g)
3
-1

Δ H=-9 072 kJ·mol ②4NH3(g)+4O2(g)

-1

K=1.1×1026
2N2O(g)+6H2O(g)

Δ H=-1104.9 kJ·mol ③4NH3(g)+3O2(g)

-1

K=4.4×1028
2N2 (g)+6H2O(g)
-1

Δ H=-1 269.02 kJ·mol

K=7.1×1034
)

其中, ②、 ③是副反应。 若要减少副反应, 提高单位时间内 NO 的产率, 最合理的措施是( A.增大 O2 浓度 B.使用合适的催化剂 C.减小压强 D.降低温度

9.汽车尾气中,产生 NO 的反应为:N2(g)+O2(g)

2NO(g),一定条件下,等物质的量的

N2(g)和 O2(g)在恒容密闭容器中反应,如图曲线 a 表示该反应在温度 T 下 N2 的浓度随时间的变 化, 曲线 b 表示该反应在某一起始条件改变时 N2 的浓度随时间的变化。 下列叙述正确的是( )

A.温度 T 下,该反应的平衡常数 K=

c0-c1 c2 1

2

B.温度 T 下,随着反应的进行,混合气体的密度减小 C.曲线 b 对应的条件改变可能是加入了催化剂 D.若曲线 b 对应的条件改变是温度,可判断该反应的 Δ H <0

4

10.某温度下,密闭容器中,发生如下可逆反应: 2E(g)
-1

F(g)+xG(g);Δ H<0。若起始
-1

时 E 浓度为 a mol·L ,F、G 浓度均为 0,达平衡时 E 浓度为 0.5a mol·L ;若 E 的起始浓 度改为 2a mol·L ,F、G 浓度仍为 0,当达到新的平衡时,下列说法正确的是( A.若 x=1,容器体积保持不变,新平衡下 E 的体积分数为 50% B.升高温度时,正反应速率加快、逆反应速率减慢 C.若 x=2,容器体积保持不变,新平衡下 F 的平衡浓度为 0.5a mol·L D.若 x=2,容器压强保持不变,新平衡下 E 的物质的量为 a mol 解析:选 A。A.若 x=1,达到平衡时 E 的体积分数为 50%,E 的起始浓度改为 2a mol·L , 相当于两个相同的容器中 E 浓度均为 a mol·L ,然后压缩使气体的体积与一个容器的容积体 积相等,平衡不移动,E 的体积分数仍为 50%,故 A 正确;B.升高温度正逆反应速率都增大,与 反应是吸热还是放热无关,故 B 错误;C.达原平衡时 E 浓度为 0.5a mol·L ,F 的平衡浓度为 0.25a mol·L ,若 x=2,压缩气体使体积为原体积的一半,F 的浓度为 0.5a mol·L ,但压 缩气体体积相当于增大压强,平衡逆向移动,新平衡下 F 的平衡浓度小于 0.5a mol·L ,故 C 错误;D.若 x=2,容器压强保持不变,则随反应的进行容器的体积大小会发生相应的变化,而 物质的量的多少与容器的大小有关,故 D 错误;答案为 A。 11.(1)在一体积为 10 L 的容器中,通入一定量的 CO 和 H2O,在 850 ℃时发生如下反应: CO(g)+H2O(g)
2 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1

)

(g)+H2(g);Δ H<0。CO 和 H2O 浓度变化如图,则 0~4 min 的

平均反应速率 v(CO)=____ mol/(L·min)。

t1 ℃时物质浓度(mol/L)的变化
5

时间(min) 0 2 3 4 5 6

CO 0.200 0.138

H2O 0.300 0.238

CO2 0 0.062

H2 0 0.062

c1 c1
0.116 0.096

c2 c2
0.216 0.266

c3 c3
0.084 0.104

c4 c4

(2)t1 ℃(高于 850 ℃)时,在相同容器中发生上述反应,容器内各物质的浓度变化如上表。 请回答: ①表中 3~4 min 之间反应处于________状态;c1 数值________0.08 mol/L(填大于、小于 或等于)。 ②反应在 4~5 min 间,平衡向逆方向移动,可能的原因是________(单选),表中 5~6 min 之间数值发生变化,可能的原因是________(单选)。 a.增加了水蒸气的量 c.使用催化剂 b.降低温度 d.增加氢气浓度

解析:(1)根据图像可知,在 0~4 min 内 CO 的浓度减小了 0.20 mol/L-0.08 mol/L=0.12 mol/L,所以其反应速率是 0.12 mol/L÷4 min=0.03 mol/(L·min)。(2)①根据表中数据可知, 在此时间内,物质的浓度是不变的,所以反应处于平衡状态。由于反应是放热反应,所以升高 温度,平衡向逆反应方向移动,因此 CO 的浓度大于 0.08 mol/L。②增大反应物浓度或降低温 度,平衡向正反应方向移动,而催化剂不能改变平衡状态。所以应该是增大了氢气浓度,平衡 向逆反应方向移动,答案选 d。根据表中数据可知,5~6 min 是 CO 的浓度减小,而水蒸气和氢 气的浓度增大,说明改变的条件是增大了水蒸气的浓度,平衡向正反应方向移动,答案选 a。 答案:(1) 0.03 (2) ①平衡 大于 ②d a

12.一氧化碳是一种用途广泛的化工基础原料。有机物加氢反应中镍是常用的催化剂。但 H2 中一般含有微量 CO 会使催化剂镍中毒,在反应过程中消除 CO 的理想做法是投入少量 SO2,为 弄清该方法对催化剂的影响,查得资料如下:

6

则:(1)① 不用通入 O2 氧化的方法除去 CO 的原因是 ______________________________。 ②SO2(g)+2CO(g)===S(s)+2CO2(g) Δ H=________。 (2)工业上用一氧化碳制取氢气的反应为: CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g), 已知 420 ℃

时,该反应的化学平衡常数 K=9。如果反应开始时,在 2 L 的密闭容器中充入 CO 和 H2O 的物质 的量都是 0.60 mol,5 min 末达到平衡,则此时 CO 的转化率为________,H2 的平均生成速率为 ________ mol·L ·min 。 (3)为减少雾霾、降低大气中有害气体含量, 研究机动车尾气中 CO、NOx 及 CxHy 的排放量 意义重大。机动车尾气污染物的含量与空/燃比 (空气与燃油气的体积比)的变化关系示意图如 图所示:
-1 -1

①随空/燃比增大,CO 和 CxHy 的含量减少的原因是 ________________________________________________。 ② 当 空 / 燃 比 达 到 15 后 , NOx 减 少 的 原 因 可 能 是

____________________________________________。

7

答案:(1)① Ni 会与氧气反应 ②-270.0 kJ·mol (2)75% 0.045

-1

(3)①空/燃比增大,燃油气燃烧更充分,故 CO、CxHy 含量减少 ②因为反应 N2(g)+O2(g) 是吸热反应,当空/燃比大于 15 后,由于燃

油气含量减少,燃油气燃烧放出的热量相应减少,环境温度降低,使该反应不易进行,故 NOx 减少 13. Ⅰ.为减少碳排放, 科学家提出利用 CO2 和 H2 反应合成甲醇, 其反应原理为 CO2(g)+3H2(g)
3

OH(g)+H2O(g)。

(1)上述反应常用 CuO 和 ZnO 的混合物作催化剂。 经研究发现, 催化剂中 CuO 的质量分数对 CO2 的转化率和 CH3OH 的产率有明显影响。实验数据如表所示:

8

根据数据表判断,催化剂中 CuO 的最佳质量分数为________。 (2)已知:①CO(g)+H2O(g) ②CO(g)+2H2(g)===CH3OH(g) Δ H2=-91 kJ·mol 。 写 出 由 CO2 和 H2 制 备 甲 醇 蒸 气 并 产 生 水 蒸 气 的 热 化 学 方 程 式 : _____________________________________________________。 (3)甲醇是清洁能源。某甲醇燃料电池的电解质为稀硫酸,其能量密度为 5.93 kW·h·kg
1 -1 - -1 2

(g)+H2(g) Δ H1=-41 kJ·mol ;

-1

。该电池的负极反应式为______________。若甲醇的燃烧热为 Δ H=-726.5 kJ·mol ,该电
6

池的能量利用率为________(结果精确到小数点后 1 位数字)。(已知 1 kW·h=3.6×10 J) Ⅱ. 利 用 CO 和 H2 在 催 化 剂 的 作 用 下 合 成 甲 醇 , 发 生 如 下 反 应 : CO(g) + 2H2(g)
3

OH(g)。在体积一定的密闭容器中按物质的量之比 1∶2 充入 CO 和 H2,测得平衡混合

物中 CH3OH 的体积分数在不同压强下随温度的变化情况如图 1 所示。现有两个体积相同的恒容 密闭容器甲和乙,向甲中加入 1 mol CO 和 2 mol H2,向乙中加入 2 mol CO 和 4 mol H2,测得 不同温度下 CO 的平衡转化率如图 2 所示。

9

(1)该反应的 Δ H________(填“>”、“<”或“=”,后同)0,p1________p2。 (2)达到平衡时,反应速率:A 点________B 点。平衡常数:C 点________D 点。 (3)在 C 点时,CO 的转化率为________。 (4)L、M 两点容器内压强:p(M)________2p(L)。

Ⅱ.(1)从图示可以看出,随温度升高,平衡混合物中 CH3OH 的体积分数不断减小,说明该反应 为放热反应,Δ H<0;因为该反应是气体体积缩小的反应,图示中从 C 点到 B 点,平衡混合物 中 CH3OH 的体积分数增大,反应向正反应方向移动,所以 p1>p2。(2)A 点与 B 点相比较,B 点压 强大、温度高,反应速率快;C 点与 D 点相比较,虽然压强不同,但温度相同,所以平衡常数 相同。(3)假设 CO 的转化率为 x,CO、H2 的起始物质的量分别为 1 mol、2 mol, CO(g) + 起始物质的量: 1 mol 变化物质的量: x mol 平衡物质的量: (1-x)mol 2H2(g) 2 mol 2x mol (2-2x)mol
3

OH(g)

0

x mol x mol

根据题意:x mol÷(1-x)mol+(2-2x)mol+x mol]×100%=50%,x=0.75。 (4)如果不考虑平衡移动, 容器乙中气体总物质的量是容器甲中气体总物质的量的两倍, p(M) =2p(L),但现在容器乙温度高,反应又是放热反应,升高温度平衡向逆反应方向移动,气体的 物质的量增加,所以 p(M)>2p(L)。 答 案 : Ⅰ.(1)50%


(2)CO2(g) + 3H2(g)===CH3OH(g) + H2O(g)


Δ H = - 50 kJ·mol

-1

(3)CH3OH-6e +H2O===CO2↑+6H

94.0%

Ⅱ.(1)< > (2)< = (3)75% (4)>
10


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