2020届二轮复习专题七 化学反应的方向、限度和速率作业（山东专用）
专题七 化学反应的方向、限度和速率
一、单项选择题
1.向恒温真空密闭容器中投入足量的FeC2O4(s),发生的反应为FeC2O4(s)FeO(s)+
CO(g)+CO2(g) ΔH(制备FeO的原理),达到平衡时测得c(CO2)=c1 mol·L-1。温度不变,压缩
容器体积至原来的一半,达到新平衡时测得c(CO2)=c2 mol·L-1。下列有关说法正确的是( )
A.当混合气体中CO的体积分数保持不变时达到平衡状态
B.缩小容器体积,FeC2O4(s)、FeO(s)的物质的量保持不变
C.两次平衡体系中c1=c2
D.若温度不变,增大容器体积达到新平衡时,平衡常数减小
答案 C 观察反应可知,CO、CO2是气体产物,其他物质都呈固态,即反应开始后,CO的体积分数为50%且始终不变,另外,混合气体的平均摩尔质量也一直不变,A项错误;缩小容器体积相当于加压,平衡逆向移动,FeC2O4的物质的量增大,FeO的物质的量减小,B项错误;平衡常数表达式K=c(CO)·c(CO2),温度不变,平衡常数不变,故达到新平衡时CO2的浓度不变,c1=c2,C项正确,D项错误。
2.已知反应A(g)+3B(g) 2C(g) ΔH<0。为探究外界条件对该反应的影响,以一定量的A和c0 mol·L-1的B参加该反应,在a、b、c三种条件下分别达到平衡,测得B的浓度与反应时间的关系如图所示。下列叙述正确的是( )
A.a条件下,0~t0 min内的平均反应速率v(A)=c0-c13t0 mol·L-1·min-1
B.相对于a,b可能改变的条件是加压,c可能改变的条件是升温
C.M点的逆反应速率大于N点的正反应速率
D.该反应进行到M点放出的热量小于进行到N点放出的热量
答案 D a条件下,0~t0 min内的平均反应速率v(A)=c0-c1300t0 mol·L-1·min-1,故A错误。相对于a,b可能改变的条件是充入A气体,增大c(A),不可能是加压,因为缩容加压,B的起始浓度不可能仍为c0 mol·L-1;c可能改变的条件是升高温度,此时a、c条件下反应物起始浓度相同,符合图像,故B错误。N点处于平衡状态,v正(N)=v逆(N);相对于N点,M点温度可能低于N点,c(C)小,v逆(M)
pB
D.当容器内混合气体密度不变时,反应处于平衡状态
答案 D 在T2时,若反应体系处于状态D,此时NO浓度大于其平衡浓度,反应正向进行,v正>v逆,故A错误;增大NO的物质的量,相当于加压,平衡不移动,不会改变NO的平衡转化率,故B错误;题给反应为反应前后气体体积不变的反应,气体的总物质的量相等,B、C点温度不同,根据pV=nRT可得pC>pB,同理可得pB=pD,故pC>pB=pD,故C错误;容积一定的密闭容器,当容器内混合气体密度不变时,气体质量不变,固体碳质量不变,反应处于平衡状态,故D正确。
5.(2019江西红色七校第一次联考)一定条件下,CH4与H2O(g)发生反应:CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)。设起始n(H2O)n(CH4)=Z,在恒压下,平衡时CH4的体积分数φ(CH4)与Z和T(温度)的关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.该反应的焓变ΔH>0
B.图中Z的大小为a>3>b
C.图中X点对应的平衡混合物中n(H2O)n(CH4)=3
D.温度不变时,图中X点对应的平衡在加压后φ(CH4)减小
答案 A A项,根据图像可知,Z相同时,温度升高,φ(CH4)减小,说明平衡右移,则正反应是吸热反应,该反应的焓变ΔH>0,故正确;B项,温度一定时,Z增大,平衡右移,φ(CH4)减小,则a<33,故错误;D项,加压后X点对应的平衡左移,φ(CH4)增大,故错误。
二、不定项选择题
6.有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 3个体积均为0.5 L的恒容密闭容器,在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中按不同投料比(Z)充入HCl 和O2(如下表),加入催化剂发生反应:4HCl(g)+O2 (g) 2Cl2 (g)+2H2O(g) ΔH。HCl的平衡转化率与Z和T的关系如图所示。下列说法不正确的是( )
容器
起始时
T/℃
n(HCl)/mol
Z
Ⅰ
300
0.25
a
Ⅱ
300
0.25
b
Ⅲ
300
0.25
4
A.ΔH>0
B.a<4v逆
D.300 ℃时,该反应平衡常数的值为320
答案 AD 由题图可知,HCl平衡转化率随温度升高而减小,说明升温平衡逆向移动,正反应为放热反应,则ΔH<0,故A不正确;增大氧气的物质的量,可促进HCl的转化,即投料比越
小,HCl的平衡转化率越大,即a<4v逆,故C正确;300 ℃时,Z=4,n(HCl)
=0.25 mol,n(O2)=0.062 5 mol,即c(HCl)=0.5 mol/L,c(O2)=0.125 mol/L,HCl的平衡转化率为80%,则
4HCl(g)+O2(g) 2Cl2(g)+2H2O(g)
起始(mol/L) 0.5 0.125 0 0
转化(mol/L) 0.4 0.1 0.2 0.2
平衡(mol/L) 0.1 0.025 0.2 0.2
K=(0.2)2×(0.2)2(0.1)4×0.025=640,故D不正确。
7.恒容条件下,1 mol SiHCl3发生如下反应:2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)。已知:v正=v消耗(SiHCl3)=k正x2(SiHCl3),v逆=2v消耗(SiH2Cl2)=k逆x(SiH2Cl2)·x(SiCl4),k正、k逆分别为正、逆反应速率常数(仅与温度有关),x为物质的量分数。如图是不同温度下x(SiHCl3)随时间的变化曲线。下列说法正确的是( )
A.该反应为放热反应,v正,a< v逆,b
B.反应达平衡状态时,2v消耗(SiHCl3)=v消耗(SiCl4)
C.当反应进行到a处时,v正/v逆=16/9
D.T2时平衡体系中再充入1 mol SiHCl3,平衡正向移动,x(SiH2Cl2)增大
答案 C 两曲线对应的状态只是温度不同,由图像知T2时反应达到平衡所需时间小于T1,温度越高反应速率越快,所以温度:T2>T1。T2温度下反应达到平衡时SiHCl3的物质的量分数比T1时小,说明升温平衡向正反应方向移动,由此推知该反应为吸热反应,选项A错误;反应达平衡状态时,v消耗(SiHCl3)=2v消耗(SiCl4),选项B错误;2SiHCl3(g)
SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)反应前后分子数不变,即反应开始至达平衡的过程中混合气体总物质的量始终为1 mol,由图像知T2温度下达到平衡时SiHCl3的物质的量分数为0.75,则此时SiH2Cl2和SiCl4的物质的量分数均为0.125,因为平衡时v正=v逆,v正=k正x2(SiHCl3)=0.752k正,v逆=k逆x(SiH2Cl2)·
x(SiCl4)=0.1252k逆,则0.752k正=0.1252k逆,k正k逆=0.12520.752=136,因k正和k逆只与温度有关,反应进行到a点处时v正=k正x2(SiHCl3)=0.82k正,v逆=k逆x(SiH2Cl2)·x(SiCl4)=0.12k逆,v正v逆=k正k逆×0.820.12=
136×0.820.12=169,选项C正确;恒容条件下再充入1 mol SiHCl3,相当于增大压强,2SiHCl3(g)
SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)反应前后气体分子数不变,所以平衡不移动,x(SiH2Cl2)不变,选项D错误。
三、非选择题
8.(2019山东济南一模)肌红蛋白(Mb)是由肽链和血红素辅基组成的可结合氧的蛋白,广泛存在于肌肉中。肌红蛋白结合氧的反应为Mb(aq)+O2(g) MbO2(aq)。肌红蛋白的结合度(即转化率α)与氧气分压p(O2)密切相关,37 ℃时,反应达平衡时测得的一组实验数据如图所示。回答下列问题:
(1)37 ℃时,上述反应的平衡常数K= kPa-1(气体和溶液中的溶质分别用分压和物质的量浓度表达)。
(2)平衡时,肌红蛋白的结合度α= [用含p(O2)和K的代数式表示];37 ℃时,若空气中氧气分压为20.0 kPa,人正常呼吸时α的最大值为 %(结果保留2位小数)。
(3)一般情况下,高烧患者体内MbO2的浓度会比其健康时 (填“高”或“低”);在温度不变的条件下,游客在高山山顶时体内MbO2的浓度比其在山下时 (填“高”或“低”)。
(4)上述反应的正反应速率v正=k正c(Mb)p(O2),逆反应速率v逆=k逆c(MbO2)。k正和k逆分别是正向和逆向反应的速率常数。37 ℃时,上图中坐标为(1.00,50.0)的点对应的反应状态为向 进行(填“左”或“右”),此时v正∶v逆= (填数值)。
答案 (1)2 (2)K·p(O2)1+K·p(O2) 97.56 (3)低 低 (4)右 2
解析 (1)反应Mb(aq)+O2(g) MbO2(aq)的平衡常数表达式K=c(MbO2)c(Mb)·p(O2)。图中,37 ℃时肌红蛋白结合度为50.0%时,c(Mb)=c(MbO2)、p(O2)=0.50 kPa,求得K=2 kPa-1。
(2)平衡时,c(MbO2)c(Mb)=α1-α,代入K表达式得α=K·p(O2)1+K·p(O2);37 ℃时,将K=2 kPa-1、p(O2)=20.0 kPa代入,得到α最大值为97.56%。
(3)高烧患者体温超过37 ℃,血液中O2浓度降低,MbO2的浓度会比健康时低;高山山顶的O2分压比地面低,使Mb(aq)+O2(g) MbO2(aq)左移,MbO2浓度降低。(4)当上述反应达到化学平衡时,有v正=v逆,即k正c(Mb)p(O2)=k逆c(MbO2),得k正k逆=c(MbO2)c(Mb)·p(O2)=K。图中点(1.00,50.0)不在曲线上,在37 ℃时不是化学平衡状态,此时Qc=1 kPa-1b>c,说明积碳速率a>b>c,由v=k·p(CH4)·[p(CO2)]-0.5可知,p(CH4)一定时,积碳速率与p(CO2)成反比,故pa(CO2)a>b
B.上述三种温度之间关系为T1>T2>T3
C.a点状态下再通入0.5 mol CO和0.5 mol CH3OH,平衡不移动
D.c点状态下再通入1 mol CO和4 mol H2,新平衡中H2的体积分数增大
(3)NO加速臭氧层被破坏,其反应过程如图所示:
①NO的作用是 。
②已知:O3(g)+O(g) 2O2(g) ΔH=-143 kJ/mol
反应1:O3(g)+NO(g) NO2(g)+O2(g) ΔH1=-200.2 kJ/mol
反应2:热化学方程式为 。
(4)大气污染物SO2可用NaOH溶液吸收。已知pKa=-lg Ka,25 ℃时,H2SO3的pKa1=1.85,pKa2=7.19。该温度下用0.1 mol/L NaOH溶液滴定20 mL 0.1 mol/L H2SO3溶液的滴定曲线如图所示。b点所得溶液中各离子浓度由大到小的顺序是
;c点所得溶液中:c(Na+) 3c(HSO3-)(填“>”“<”或“=”)。
答案 (1)HCO3-+H2O H2CO3+OH-或CO32-+H2O HCO3-+OH- 增强 一方面水解平衡为吸热反应,夏天温度升高,平衡正向移动,c(OH-)增大;一方面夏天光合作用强,使得CO2+H2O H2CO3平衡逆向移动,酸性减弱;一方面夏天温度高,二氧化碳在水中的溶解度减小,酸性减弱
(2)C
(3)①催化剂
②NO2(g)+O(g) NO(g)+O2(g) ΔH2=+57.2 kJ/mol
(4)c(Na+)>c(HSO3-)>c(H+)>c(SO32-)>c(OH-) >
解析 (1)海水中无机碳的存在形式主要是HCO3-、CO32-,两种离子均为弱酸根离子,水解使海水显碱性,离子方程式为HCO3-+H2O H2CO3+OH-或CO32-+H2O HCO3-+OH-。
(2)图中n(H2)n(CO)的值:c>b,该值越大,即增大氢气浓度,正向进行程度越大,CO转化率越大,而氢气转化率越小。图中CO转化率:c>b,则H2转化率:b>c,a、b两点n(H2)n(CO)相同,CO转化率越大,氢气转化率也越大,故氢气转化率:a>b,故H2转化率:a>b>c,A项错误;图中n(H2)n(CO)一定时,CO的转化率:T1>T2>T3,正反应为放热反应,n(H2)n(CO)
一定时,升高温度平衡逆向移动,CO的转化率会减小,故温度:T1c(HSO3-)>c(H+)>c(SO32-)>
c(OH-);c点溶液的pH=7.19=pKa2,依据平衡常数溶液显碱性,溶液中溶质主要Na2SO3,SO32-+
H2O HSO3-+OH-,Kh=c(OH-)c(HSO3-)c(SO32-)=KWKa2,c(OH-)=KWc(H+),带入计算得到:c(HSO3-)=c(SO32-),则2c(Na+)=3[c(SO32-)+c(H2SO3)+c(HSO3-)]=3[c(H2SO3)+2c(HSO3-)],c(Na+)>3c(HSO3-)。
命题拓展预测
1.以太阳能为热源分解Fe3O4,最终循环分解水制H2,其中一步重要反应为:2Fe3O4(s) 6FeO(s)+O2(g) ΔH=a kJ·mol-1。在一定压强下,Fe3O4的平衡转化率随温度变化的曲线如图所示。下列有关说法中不正确的是( )
A.a>0
B.压强:p1>p2
C.升高温度,该反应的平衡常数增大
D.将体系中的O2分离出去,能提高Fe3O4的转化率
答案 B 根据图像分析,压强一定,温度升高,Fe3O4的平衡转化率增大,则正反应为吸热反应,ΔH>0,即a>0,A项正确;温度一定时,压强增大,平衡逆向移动,Fe3O4的平衡转化率减小,故p1
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