2024苏教版新教材高中化学选择性必修1
综合拔高练
五年高考练
考点1 化学反应速率及其影响因素
1.(2021浙江1月选考,19)取50 mL过氧化氢水溶液,在少量I-存在下分解:2H2O2 2H2O+O2↑。在一定温度下,测得O2的放出量,转换成H2O2浓度(c)如下表:
t/min 0 20 40 60 80
c/(mol·L-1) 0.80 0.40 0.20 0.10 0.050
下列说法不正确的是( )
A.反应20 min时,测得O2体积为224 mL(标准状况)
B.20~40 min,消耗H2O2的平均速率为0.010 mol·L-1·min-1
C.第30 min时的瞬时速率小于第50 min时的瞬时速率
D.H2O2分解酶或Fe2O3代替I-也可以催化H2O2分解
2.(2021广东,14)反应X2Z经历两步:①XY;②Y2Z。反应体系中X、Y、Z的浓度c随时间t的变化曲线如图所示。下列说法不正确的是( )
A.a为c(X)随t的变化曲线
B.t1时,c(X)=c(Y)=c(Z)
C.t2时,Y的消耗速率大于生成速率
D.t3后,c(Z)=2c0-c(Y)
3.(2021河北,13)室温下,某溶液初始时仅溶有M和N且浓度相等,同时发生以下两个反应:①M+NX+Y;②M+NX+Z。反应①的速率可表示为v1=k1c2(M),反应②的速率可表示为v2=k2c2(M)(k1、k2为速率常数)。反应体系中组分M、Z的浓度随时间变化情况如图。下列说法错误的是( )
A.0~30 min时间段内,Y的平均反应速率为6.67×10-3mol·L-1·min-1
B.反应开始后,体系中Y和Z的浓度之比保持不变
C.如果反应能进行到底,反应结束时62.5%的M转化为Z
D.反应①的活化能比反应②的活化能大
4.[2020江苏单科,20(1)(3)]CO2/HCOOH循环在氢能的贮存/释放、燃料电池等方面具有重要应用。
(1)CO2催化加氢。在密闭容器中,向含有催化剂的KHCO3溶液(CO2与KOH溶液反应制得)中通入H2生成HCOO-,其离子方程式为 ;其他条件不变,HC转化为HCOO-的转化率随温度的变化如图1所示。反应温度在40~80 ℃范围内,HC催化加氢的转化率迅速上升,其主要原因是 。
图1
(3)HCOOH催化释氢。在催化剂作用下,HCOOH分解生成CO2和H2可能的反应机理如图3所示。
图3
①HCOOD催化释氢反应除生成CO2外,还生成 (填化学式)。
②研究发现:其他条件不变时,以HCOOK溶液代替HCOOH催化释氢的效果更佳,其具体优点是 。
5.[2018北京理综,27(4)]ⅰ.SO2+4I-+4H+ S↓+2I2+2H2O
ⅱ.I2+2H2O+SO2 S+4H++2I-
探究ⅰ、ⅱ反应速率与SO2歧化反应速率的关系,实验如下:分别将 18 mL SO2饱和溶液加入到2 mL下列试剂中,密闭放置观察现象。(已知:I2易溶解在KI溶液中)
序 号 A B C D
0.4 mol· L-1 KI a mol·L-1 KI 0.2 mol· L-1 H2SO4 0.2 mol· L-1 H2SO4 0.2 mol· L-1 KI 0.000 2 mol I2
溶液变黄,一段时间后出现浑浊 溶液变黄,出现浑浊较A快 无明显现象 溶液由棕褐色很快褪色,变成黄色,出现浑浊较A快
①B是A的对比实验,则a= 。
②比较A、B、C,可得出的结论是 。
③实验表明,SO2的歧化反应速率D>A。结合ⅰ、ⅱ反应速率解释原因: 。
6.(2019课标Ⅰ,28节选)水煤气变换[CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)]是重要的化工过程,主要用于合成氨、制氢以及合成气加工等工业领域中。回答下列问题:
(4)Shoichi研究了467 ℃、489 ℃时水煤气变换中CO和H2分压随时间变化关系(如下图所示),催化剂为氧化铁,实验初始时体系中的和pCO相等、和相等。
计算曲线a的反应在30~90 min内的平均速率(a)= kPa·min-1。467 ℃时和pCO随时间变化关系的曲线分别是 、 。489 ℃时和pCO随时间变化关系的曲线分别是 、 。
考点2 化学平衡及平衡移动原理
7.(双选)(2021湖南,11)已知:A(g)+2B(g)3C(g) ΔH<0,向一恒温恒容的密闭容器中充入1 mol A和3 mol B发生反应,t1时达到平衡状态Ⅰ,在t2时改变某一条件,t3时重新达到平衡状态Ⅱ,正反应速率随时间的变化如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.容器内压强不变,表明反应达到平衡
B.t2时改变的条件:向容器中加入C
C.平衡时A的体积分数φ:φ(Ⅱ)>φ(Ⅰ)
D.平衡常数K:K(Ⅱ)
A.反应2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)的ΔH>0
B.图中X点所示条件下,延长反应时间能提高NO转化率
C.图中Y点所示条件下,增加O2的浓度不能提高NO转化率
D.380 ℃下,c起始(O2)=5.0×10-4 mol·L-1,NO平衡转化率为50%,则平衡常数K>2 000
9.(2021全国甲,28)二氧化碳催化加氢制甲醇,有利于减少温室气体二氧化碳。回答下列问题:
(1)二氧化碳加氢制甲醇的总反应可表示为:
CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)
该反应一般认为通过如下步骤来实现:
①CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH1=+41 kJ·mol-1
②CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH2=-90 kJ·mol-1
总反应的ΔH= kJ·mol-1;若反应①为慢反应,下列示意图中能体现上述反应能量变化的是 (填标号),判断的理由是 。
(2)合成总反应在起始物n(H2)/n(CO2)=3时,在不同条件下达到平衡,设体系中甲醇的物质的量分数为x(CH3OH),在t=250 ℃下的x(CH3OH)~p、在p=5×105Pa下的x(CH3OH)~t如图所示。
①用各物质的平衡分压表示总反应的平衡常数,表达式Kp= ;
②图中对应等压过程的曲线是 ,判断的理由是 ;
③当x(CH3OH)=0.10时,CO2的平衡转化率α= ,反应条件可能为 或 。
10.(2021浙江6月选考,29节选)含硫化合物是实验室和工业上的常用化学品。请回答:
(1)实验室可用铜与浓硫酸反应制备少量SO2:
Cu(s)+2H2SO4(l) CuSO4(s)+SO2(g)+2H2O(l) ΔH=-11.9 kJ·mol-1
判断该反应的自发性并说明理由 。
(2)已知2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH=-198 kJ·mol-1
850 K时,在一恒容密闭反应器中充入一定量的SO2和O2,当反应达到平衡后测得SO2、O2和SO3的浓度分别为6.0×10-3 mol·L-1、8.0× 10-3 mol·L-1和4.4×10-2 mol·L-1。
①该温度下反应的平衡常数为 。
②平衡时SO2的转化率为 。
(3)工业上主要采用接触法由含硫矿石制备硫酸。
①下列说法正确的是 。
A.须采用高温高压的反应条件使SO2氧化为SO3
B.进入接触室之前的气流无需净化处理
C.通入过量的空气可以提高含硫矿石和SO2的转化率
D.在吸收塔中宜采用水或稀硫酸吸收SO3以提高吸收速率
②接触室结构如图1所示,其中1~4表示催化剂层。图2所示进程中表示热交换过程的是 。
A.a1→b1 B.b1→a2 C.a2→b2 D.b2→a3
E.a3→b3 F.b3→a4 G.a4→b4
图1
图2
③对于放热的可逆反应,某一给定转化率下,最大反应速率对应的温度称为最适宜温度。在图3中画出反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)的转化率与最适宜温度(曲线Ⅰ)、平衡转化率与温度(曲线Ⅱ)的关系曲线示意图(标明曲线Ⅰ、Ⅱ)。
图3
三年模拟练
应用实践
1.(2021山东泰安联考)已知反应2NO(g)+2H2(g) N2(g)+2H2O(g) ΔH=-752 kJ·mol-1的反应机理如下:
①2NO(g) N2O2(g)(快)
②N2O2(g)+H2(g) N2O(g)+H2O(g)(慢)
③N2O(g)+H2(g) N2(g)+H2O(g)(快)
下列有关说法正确的是( )
A.反应②的活化能最小
B.②中N2O2与H2的碰撞仅部分有效
C.N2O2和N2O是该反应的催化剂
D.总反应中逆反应的活化能比正反应的活化能小
2.(2022江苏盐城期中)对于反应CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g) ΔH<0。下列有关说法不正确的是( )
A.CH4既是氧化产物,又是还原产物
B.提高的值可增大H2的转化率
C.升高温度有利于提高CO2的平衡转化率
D.为了提高CO2的转化率,需研发低温区的高效催化剂
3.(2020北京丰台期末)某同学研究浓度对化学平衡的影响,已知:Cr2(橙色,aq)+H2O(l) 2Cr(黄色,aq)+2H+(aq) ΔH=+13.8 kJ/mol。
待试管b中溶液颜色不变后与试管a比较,溶液颜色变浅。滴加浓硫酸,试管c温度略有升高,溶液颜色与试管a相比,变深。下列说法正确的是( )
A.该反应为氧化还原反应
B.“待试管b中溶液颜色不变”的目的是使Cr2完全反应
C.试管c中的现象说明影响平衡的主要因素是温度
D.该实验不能证明减小生成物浓度平衡正向移动
4.(2021江苏淮阴中学开学练习)在体积为2 L的恒容密闭容器中发生反应xA(g)+yB(g) zC(g),图Ⅰ表示200 ℃时容器中A、B、C物质的量随时间的变化,图Ⅱ表示不同温度下平衡时C的体积分数随起始n(A)∶n(B)的变化关系,则下列结论正确的是( )
图Ⅰ
图Ⅱ
A.200 ℃时,反应从开始到平衡的平均速率v(B)=0.04 mol·L-1·min-1
B.图Ⅱ可知反应xA(g)+yB(g) zC(g) ΔH<0,且a=2
C.若在图Ⅰ所示的平衡状态下,再向体系中充入He,重新达到平衡前v正>v逆
D.200 ℃时,向容器中充入2 mol A和1 mol B,达到平衡时,A的体积分数小于50%
5.(2022江苏启东质量监测)CH4与CO2重整可以同时利用两种温室气体,其工艺过程中涉及如下反应:
反应Ⅰ CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g) ΔH1=+247.4 kJ·mol-1
反应Ⅱ CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41.2 kJ·mol-1
反应Ⅲ CH4(g)+O2(g) CO(g)+2H2(g) ΔH3=-35.6 kJ·mol-1
一定条件下,向体积为V L的密闭容器中通入CH4、CO2各1.0 mol及少量O2,测得不同温度下反应平衡时各产物产量如图所示。下列说法正确的是( )
A.随着温度升高,各产物产量都增加
B.图中曲线a表示H2的物质的量随温度的变化
C.1 100 K时,CH4与CO2的转化率分别为95%、90%,反应Ⅰ的平衡常数K=
D.反应2CO(g)+O2(g) 2CO2(g) ΔH=-283 kJ·mol-1
6.(2022江苏扬州中学测试)某研究小组在容积为1 L的容器中,以AgZSM为催化剂,催化相同时间,测得不同温度下0.1 mol NO转化为N2的转化率如图所示。下列说法错误的是( )
A.其他条件不变,更换高效催化剂进行相同的测定,所得曲线与上图不一致
B.反应2NO(g)N2(g)+O2(g)的ΔH<0
C.CO能提高NO的转化率的原因可能是CO与生成的氧气反应
D.Y点再通入CO、N2各0.01 mol,此时平衡逆向移动
7.(2022江苏镇江期中)NH3与O2作用分别生成N2、NO、N2O的反应均为放热反应。工业尾气中的NH3可通过催化氧化为N2除去。将一定比例的NH3、O2和N2的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应管,NH3的转化率、生成N2的选择率[×100%]与温度的关系如图所示。
下列说法正确的是( )
A.其他条件不变,升高温度,NH3的平衡转化率增大
B.其他条件不变,在175~300 ℃范围,随温度的升高,出口处N2和氮氧化物的量均不断增大
C.催化氧化除去尾气中的NH3应选择反应温度高于250 ℃
D.高效除去尾气中的NH3,需研发低温下NH3转化率高和N2选择率高的催化剂
8.燃煤电厂锅炉尾气中含有氮氧化物(主要成分NO),可通过主反应4NH3(g)+4NO(g)+O2(g) 4N2(g)+6H2O(g) ΔH=-1 627.7 kJ·mol-1除去。温度高于300 ℃时会发生副反应:4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g) ΔH=-904.74 kJ·mol-1。在恒压、反应物起始物质的量之比一定的条件下,反应相同时间,NO的转化率在不同催化剂作用下随温度变化的曲线如图所示。下列有关说法一定正确的是( )
A.升高温度、增大压强均可提高主反应中NO的平衡转化率
B.N2(g)+O2(g) 2NO(g) ΔH=-180.74 kJ·mol-1
C.图中X点所示条件下,反应时间足够长,NO的转化率能达到Y点 的值
D.图中Z点到W点NO的转化率降低的原因是主反应的平衡逆向移动
9.科学家一直致力于研究“人工固氮”的新方法。
Ⅰ.目前合成氨技术原理为N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH= -92.4 kJ·mol-1。
(1)某温度下,在一定容积的容器中发生上述反应,下列描述中能说明该反应已达平衡状态的是 (填字母)。
A.容器内气体的平均摩尔质量保持不变
B.2v正(NH3)=v逆(N2)
C.容器中气体的压强保持不变
D.N2、H2、NH3的物质的量之比为1∶3∶2
(2)673 K、30 MPa下,向容积为2.0 L的恒容密闭容器中充入0.80 mol N2和1.60 mol H2,反应3分钟达到平衡状态时,NH3的体积分数为0.2。
①该条件下反应:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)的平衡常数K= 。一定条件下该反应的K越大,表明反应达到平衡时 (填字母)。
A.H2的转化率一定越高
B.NH3的产率一定越大
C.正反应进行得越完全
D.化学反应速率越大
②若达平衡后再向该容器中充入0.40 mol N2和0.40 mol NH3,该平衡将 (填“向正反应方向移动”“向逆反应方向移动”或“不移动”)。
Ⅱ.根据“人工固氮”的最新研究报道,在常温、常压、光照条件下,N2在催化剂(掺有少量Fe2O3的TiO2)表面与水发生下列反应:2N2(g)+6H2O(l) 4NH3(g)+3O2(g) ΔH=a kJ·mol-1。进一步研究NH3生成量与温度的关系,常压下达到平衡时测得部分实验数据如表。
T/K 303 313 323
NH3的生成量/(10-6 mol) 4.8 5.9 6.0
(1)此合成反应的a 0;ΔS 0(填“>”“<”或“=”)。
(2)已知(K为平衡常数):
N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) K1
2H2(g)+O2(g) 2H2O(l) K2
则N2(g)+3H2O(l) 2NH3(g)+O2(g)的K= (用K1、K2表示)。
迁移创新
10.(2021辽宁省实验中学月考)随着经济全球化,我国已于2020年全面脱贫,家用汽车普及,有效处理汽车排放的尾气是需要进行研究的一项重要课题。利用催化技术可将尾气中的NO和CO转化成CO2和N2,化学方程式为2NO(g)+2CO(g) 2CO2(g)+N2(g),为研究如何提高该转化过程反应速率,某课题组进行了实验探究。
资料查阅:①不同的催化剂对同一反应的催化效率不同;
②使用相同的催化剂,当催化剂质量相等时,催化剂的比表面积对催化效率有影响。
实验设计:课题组为探究某些外界条件对汽车尾气转化反应速率的影响规律,设计了以下对比实验。
(1)完成以下实验设计表格:
实验编号 Ⅰ Ⅱ Ⅲ
实验目的 为实验 Ⅱ、Ⅲ作 参照 ① 探究温度对尾 气转化速率的 影响
温度/℃ 280 280 360
NO初始浓 度/(mol/L) 6.50× 10-3 6.50× 10-3 6.50× 10-3
CO初始浓 度/(mol/L) 4.00× 10-3 4.00× 10-3 4.00× 10-3
同质量的同种 催化剂的比表 面积/(m2/g) 80 120 ②
图像分析与结论:利用气体传感器测定了三组实验中CO浓度随时间变化的曲线图。
(2)第Ⅱ组实验中,达平衡时NO的浓度为 。
(3)由曲线Ⅰ、Ⅱ可知,增大催化剂比表面积,汽车尾气转化速率 (填“增大”“减小”或“无影响”)。
综合拔高练
五年高考练
1.C A项, 20 min时,消耗H2O2:(0.80 mol·L-1-0.40 mol·L-1)×0.05 L= 0.02 mol,由2H2O2 2H2O+O2↑知,生成O20.01 mol×22.4 L·mol-1= 0.224 L=224 mL,正确;B项,20~40 min,v(H2O2)== 0.010 mol·L-1·min-1,正确;C项,随着H2O2浓度的下降,反应逐渐变慢,故第30 min时的瞬时速率大于第50 min时的瞬时速率,错误;D项,Fe2O3或H2O2分解酶对H2O2的分解均有催化作用,故可代替I-作催化剂,正确。
2.D A项,X为反应物,随反应进行,浓度减小,则a为c(X)随t的变化曲线,正确;B项,t1时,三条曲线交于一点,即此时三种物质浓度相等,正确;C项,由题图分析各曲线的变化趋势,持续上升的曲线代表c(Z),Y作为中间体,c(Y)先增大后减小,t2时刻Y的浓度呈下降趋势,说明Y的消耗速率大于生成速率,正确;t3后,X全部被消耗,若全部转化为Y,则Y的起始浓度为c0,Y再继续转化为Z,假设t3后Y的浓度变化了x,列出该反应的三段式:
Y 2Z
起始 c0 0
转化 x 2x
t3后 c0-x 2x
所以t3后,c(Z)=2x,c(Y)=c0-x,计算可得,c(Z)=2c0-2c(Y),错误。
3.A A项,由图像可知0~30 min时间段内,M的浓度变化为(0.500-0.300) mol·L-1=0.200 mol·L-1,Z的浓度变化为0.125 mol·L-1,即反应②中M的浓度变化为0.125 mol·L-1,故反应①中M的浓度变化为(0.200-0.125) mol·L-1=0.075 mol·L-1,即Y的浓度变化为 0.075 mol·L-1,所以0~30 min时间段内,Y的平均反应速率v(Y)===2.5×10-3 mol·L-1·min-1,A项错误;B项,由v=可得:Δc=v·Δt,且v1=k1c2(M),v2=k2c2(M),则Y、Z的浓度变化之比Δc(Y)∶Δc(Z)=v1∶v2= k1∶k2,所以反应开始后,Y、Z的浓度之比保持不变,B项正确;C项,根据A项计算,参加反应②的M所占的比例为×100%=62.5%,故如果反应能进行到底,反应结束时62.5%的M转化为Z,C项正确;D项,反应②的速率较大,所以反应①的活化能比反应②的活化能大,D项正确。
4.答案 (1)HC+H2 HCOO-+H2O
温度升高反应速率增大,温度升高催化剂的活性增强
(3)①HD ②提高释放氢气的速率,提高释放出氢气的纯度
解析 (1)根据题意,HC+H2 HCOO-,1个H2失去2个电子,1个HC得到2个电子,说明n(HC)∶n(H2)∶n(HCOO-)=1∶1∶1。根据原子守恒及电荷守恒配平离子方程式:HC+H2 HCOO-+H2O;反应温度在40~80 ℃范围内,随着温度升高,催化剂活性增强,单位时间内HC催化加氢的转化率迅速上升。
(3)①观察题图所示反应机理,HCOOH电离出的H+结合形成,HCOO-结合形成,然后脱去CO2形成,与结合产生H2,故是HCOOH的2个H结合产生了H2,则HCOOD的产物除了CO2还有HD。②HCOOK与HCOOH的不同之处在于前者完全电离,更易与催化剂结合脱去CO2,相比而言,可提高释放氢气的速率;HCOOK溶液呈碱性,CO2不易放出,故还可提高释放出氢气的纯度。
5.答案 ①0.4
②I-是SO2歧化反应的催化剂,H+单独存在时不具有催化作用,但H+可以加快歧化反应速率
③反应ⅱ比ⅰ快;D中由反应ⅱ产生的H+使反应ⅰ加快
解析 ①B是A的对比实验,B中加入0.2 mol·L-1的H2SO4,A中不加H2SO4,所以KI的浓度应该与A相同,即a=0.4。
②比较A、B、C可知,有H2SO4和KI时,SO2歧化反应速率较只有KI时快;只有H2SO4,无KI时不发生歧化反应,所以可得出的结论为酸性增强,I-催化SO2歧化反应速率提高。
6.答案 (4)0.004 7 b c a d
解析 (4)(a)=≈0.004 7 kPa·min-1;据“先拐先平数值大”原则,结合图像可知,虚线(a、d)表示489 ℃时气体分压变化曲线,实线(b、c)表示467 ℃时气体分压变化曲线;当温度由467 ℃升至489 ℃时,平衡逆向移动,则减小,pCO增大,由图像可知,b→a气体分压减小,故曲线b表示467 ℃时变化曲线,曲线a表示489 ℃时变化曲线;c→d气体分压增大,则曲线c表示467 ℃时pCO变化曲线,曲线d表示489 ℃时pCO变化曲线。
7.BC A项,该反应反应前后气体物质的量不变,随着反应的进行,压强始终不变,因此压强不变不能作为达到平衡状态的标志,错误;B项,t2时刻条件改变瞬间正反应速率不变,后逐渐增大,说明反应向逆反应方向进行,即加入了C,正确;C项,状态Ⅰ的初始投料n(A)∶n(B)=1∶3,向体系中加入C时,相当于投料n(A)∶n(B)=1∶2,状态Ⅰ和状态Ⅱ不是等效平衡,状态Ⅱ达到状态Ⅰ的等效平衡需再加入一定量B,因此A的体积分数φ(Ⅱ)>φ(Ⅰ),正确;D项,化学平衡常数只与温度有关,状态Ⅰ和状态Ⅱ温度相同,所以平衡常数相同,错误。
8.BD 从虚线可知,随温度升高NO平衡转化率逐渐降低,说明平衡逆向移动,则NO与O2生成NO2的反应为放热反应,ΔH<0,A项错误;X点NO转化率小于相同条件下NO的平衡转化率,X点未达到平衡,延长反应时间,反应继续正向进行,NO转化率增大,B项正确;Y点为平衡点,增大O2浓度,平衡正向移动,可以提高NO转化率,C项错误;该反应的平衡常数表达式为K=,因该温度下NO转化率为50%,则K=>=2 000,D项正确。
9.答案 (1)-49 A ΔH1为正值,ΔH2和ΔH为负值,反应①活化能大于反应②的
(2)①
②b 总反应ΔH<0,升高温度时平衡向逆反应方向移动,甲醇的物质的量分数变小
③33.3% 5×105Pa,210 ℃ 9×105Pa,250 ℃
解析 (1)根据盖斯定律,总反应=反应①+反应②,则ΔH=ΔH1+ΔH2=-49 kJ·mol-1;反应①为吸热反应,反应物总能量低于生成物总能量,反应②和总反应为放热反应,反应物总能量高于生成物总能量,又知反应①为慢反应,所以反应①的活化能更高,A正确。
(2)①结合总反应的化学方程式可知Kp=。
②总反应为气体体积减小的放热反应,当其他条件不变,升高温度或减小压强时,平衡逆向移动,x(CH3OH)减小,则a为250 ℃下的x(CH3OH)~p曲线,b为p=5×105Pa下的x(CH3OH)~t曲线。
③当x(CH3OH)=0.10时,设CO2、H2起始物质的量分别为a mol、3a mol, CO2转化了b mol,列三段式:
CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)
始/mol a 3a 0 0
转/mol b 3b b b
平/mol a-b 3a-3b b b
x(CH3OH)==0.10,得a=3b,CO2的平衡转化率α=×100%≈ 33.3%;分析题给图像,x(CH3OH)=0.10时,曲线a相应的点表示温度250 ℃、压强9×105Pa,曲线b相应的点表示压强5×105Pa、温度210 ℃。
10.答案 (1)不同温度下都能自发,是因为ΔH<0,ΔS>0
(2)①6.7×103 mol-1·L ②88%
(3)①C ②BDF
③
解析 (1)反应Cu(s)+2H2SO4(l)CuSO4(s)+SO2(g)+2H2O(l)是气体分子数增加的反应,ΔS>0,又因为反应的ΔH<0,则在任何温度下,该反应的ΔH-TΔS<0,故反应在任何温度下都能自发进行。
(2)①K==≈6.7×103 mol-1·L。
②SO3的平衡浓度为4.4×10-2 mol·L-1,SO2转化的浓度也为4.4× 10-2 mol·L-1,则SO2的初始浓度为4.4×10-2 mol·L-1+6.0×10-3 mol·L-1= 5.0×10-2mol·L-1,故SO2的转化率为×100%=88%。
(3)①SO2转化为SO3时使用高压不经济,实际工业生产采用常压,A项错误;为了防止催化剂中毒,进入接触室前气体要净化,B项错误;通入过量的空气可以提高含硫矿石和SO2的转化率,是因为氧气的浓度增大,平衡正向移动,C项正确;在吸收塔中是利用98.3%的浓硫酸吸收SO3,D项错误。
②热交换过程中没有催化剂,反应难以进行,其转化率不变,故图2中表示热交换过程的是b1→a2、b2→a3、b3→a4,选B、D、F。
③2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)是放热反应,温度升高平衡转化率降低;在某一确定的转化率下,要使速率在某温度下最快,则该温度(最适宜温度)应低于平衡温度,故曲线Ⅰ在曲线Ⅱ的下方。
三年模拟练
1.B ①2NO(g)N2O2(g)(快);②N2O2(g)+H2(g) N2O(g)+ H2O(g)(慢),反应②最慢,说明活化能最大,A错误;不是每次碰撞都能发生反应,所以②中N2O2与H2的碰撞仅部分有效,B正确;反应过程中N2O2和N2O是中间产物,不是催化剂,C错误;总反应为放热反应,则总反应中逆反应的活化能比正反应的活化能大,D错误。
2.C 根据化合价变化可知CH4既是还原产物,又是氧化产物,A正确;提高的值,相当于增大CO2的量,平衡正向移动,H2的转化率增大,B正确;该反应的正反应是放热反应,升高温度,平衡逆向移动,CO2的平衡转化率减小,C错误;降低温度,平衡正向移动,所以为了提高CO2的转化率,需研发低温区的高效催化剂,D正确。
3.D Cr2(aq,橙色)+H2O(l) 2Cr(aq,黄色)+2H+(aq),反应前后各元素化合价不变,故该反应不是氧化还原反应,A项错误;由于该反应为可逆反应,故任何物质均不可能完全反应,“待试管b中溶液颜色不变”的目的是使反应重新达到平衡,B项错误;已知试管c中温度略微升高,且温度升高,平衡正向移动,颜色应该是变浅的,但现象是颜色变深,说明影响平衡的主要因素并不是温度,而是H+浓度,C项错误;该实验不能证明减小生成物浓度,平衡正向移动,D项正确。
素养解读
本题以实验探究的角度,考查了浓度对化学平衡的影响,体现科学探究与创新意识的学科核心素养。
4.D 200 ℃时,反应从开始到平衡的平均速率v(B)=(0.4-0.2)mol÷ 2 L÷5 min=0.02 mol·L-1·min-1,A项错误;据图Ⅱ可知温度升高,平衡时C的体积分数增大,平衡正向移动,故正反应为吸热反应,ΔH>0,由图Ⅰ可知0~5 min内A、B、C物质的量的变化量依次为0.4 mol、0.2 mol、0.2 mol,化学方程式中各物质的化学计量数之比等于反应中各物质的物质的量变化之比,则反应的化学方程式为2A(g)+B(g) C(g),当反应物按化学计量数之比投料,达到平衡时C的体积分数最大,故a=2,B项错误;若在图Ⅰ所示的平衡状态下,再向体系中充入He,因为容器的容积没有改变,且He是稀有气体不参与反应,反应中A、B、C的浓度不变,故反应速率不变,C项错误;图Ⅰ中平衡时混合物中A的体积分数为×100%=50%,200 ℃时向容器中充入2 mol A和1 mol B,相当于在原来基础上加压,由B项分析知加压平衡正向移动,A的体积分数将变小,即小于50%,D项正确。
素养解读
本题以图像为载体,考查化学平衡的移动和计算,体现变化观念与平衡思想的学科核心素养。
5.B 随着温度升高,CO、H2产量增加,但H2O产量降低,A错误;由于反应Ⅱ消耗氢气,所以得到CO物质的量比氢气物质的量多,图中曲线a表示H2的物质的量随温度的变化,B正确;1 100 K时,CH4与CO2的转化率分别为95%、90%,则甲烷物质的量为0.05 mol,二氧化碳物质的量为0.1 mol,根据图中信息得到CO物质的量为1.90 mol,氢气物质的量为1.55 mol,反应Ⅰ的平衡常数K==,C错误;(反应Ⅲ-反应Ⅰ)×2得到反应2CO(g)+O2(g) 2CO2(g) ΔH=-566 kJ·mol-1, D错误。
6.D 更换高效催化剂,能使反应速率加快,催化相同时间,若反应未达平衡,则NO的转化率较原曲线相应温度的转化率大,所得曲线与题图不一致,A正确;升高温度,NO的转化率降低,因此2NO(g)N2(g)+O2(g)为放热反应,ΔH<0,B正确;CO可以与生成的氧气反应,因此CO能提高NO的转化率,C正确;n(CO)/n(NO)=1时,发生反应2CO(g)+2NO(g) 2CO2(g)+N2(g),Y点时NO的转化率为80%,体积为1 L,则:
2CO(g)+2NO(g) 2CO2(g)+N2(g)
开始(mol/L) 0.1 0.1 0 0
转化(mol/L) 0.08 0.08 0.08 0.04
平衡(mol/L) 0.02 0.02 0.08 0.04
K==1 600,Y点再通入CO、N2各0.01 mol,Qc==888.9
8.C 主反应的焓变小于0,为放热反应,升高温度、增大压强平衡均逆向移动,NO的平衡转化率减小,A错误;根据盖斯定律,×(副反应-主反应)可得N2(g)+O2(g) 2NO(g),ΔH=×[-904.74 kJ·mol-1- (-1 627.7 kJ·mol-1)]=+180.74 kJ·mol-1,B错误;据图可知X点的转化率低于相同温度下的Y点,说明测定转化率时X点还未达到平衡,反应时间足够长,NO的转化率能达到Y点的值,C正确;Z点到W点的转化率降低可能是因为催化剂的活性降低,还有可能是温度高于300 ℃发生副反应造成的,D错误。
9.答案 Ⅰ.(1)AC
(2)①1.1 C ②向逆反应方向移动
Ⅱ.(1)> >
(2)
解析 Ⅰ.(1)该反应中所有物质均为气体,故反应前后气体的质量不变,该反应反应前后气体物质的量发生变化,由=可知,当容器内气体的平均摩尔质量不变时,该反应达到了化学平衡状态,A正确; 2v正(NH3)=v逆(N2)时反应未达到化学平衡状态,B错误;该反应在恒温恒容容器中进行,反应后气体体积减小,容器内气体的压强保持不变,可说明该反应达到了化学平衡状态,C正确;当容器内N2、H2、NH3的物质的量之比为1∶3∶2时,反应不一定达到了化学平衡状态,D错误。
①设平衡时N2转化了x mol/L,列三段式:
N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)
起(mol/L) 0.4 0.8 0
转(mol/L) x 3x 2x
平(mol/L) 0.4-x 0.8-3x 2x
平衡时NH3的体积分数为=0.2,解得x=0.1,平衡常数K=≈1.1。氢气的转化率与氮气、氢气的投入量等有关,K大,氢气转化率不一定高,A错误;氨气的产率与压强等有关,K大,氨气的产率不一定大,B错误;K越大,表示反应进行程度越大,即正反应进行得越完全,C正确;K越大,表示反应进行程度越大,与化学反应速率无关,D错误。②向该容器中充入0.40 mol N2和0.40 mol NH3瞬间,c(N2)=0.5 mol/L,c(NH3)=0.4 mol/L,c(H2)=0.5 mol/L,Qc== 2.56>K,故平衡将向逆反应方向移动。
Ⅱ.(1)由表格可知,升高温度,平衡正向移动,升高温度,平衡将向吸热方向移动,故正反应为吸热反应,a>0;因气体混乱程度大于液体,该反应正向为熵增反应,故ΔS>0。
(2)①N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) K1
②2H2(g)+O2(g) 2H2O(l) K2
①-×②可得N2(g)+3H2O(l) 2NH3(g)+O2(g) K=。
10.答案 (1)①探究催化剂比表面积对尾气转化速率的影响 ②80
(2)3.50×10-3 mol/L
(3)增大
解析 (1)由题表中数据可知,实验Ⅱ的目的是探究催化剂比表面积对尾气转化速率的影响;实验Ⅲ的目的是探究温度对反应速率的影响,则催化剂的比表面积为80 m2/g。(2)通过图像可知,平衡时CO的浓度改变量Δc(CO)=4.00×10-3 mol/L-1.00×10-3 mol/L=3.00× 10-3 mol/L,则NO的浓度改变量Δc(NO)=3.00×10-3 mol/L,NO的平衡浓度c(NO)=6.50×10-3 mol/L-3.00×10-3 mol/L=3.50×10-3 mol/L。 (3)由曲线Ⅰ、Ⅱ可知,Ⅱ先达到平衡,则增大催化剂比表面积,汽车尾气转化速率增大。
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