2021届（鲁科版）高考化学一轮复习化学反应的方向、限度作业
化学反应的方向、限度
一、选择题(本题包括4小题,每题6分,共24分)
1.(2020·青岛模拟)下列说法中正确的是 ( )
A.生成物的总能量大于反应物的总能量时,ΔH<0
B.已知反应H2(g)+I2(g)2HI(g)的平衡常数为K,则2H2(g)+2I2(g)4HI(g)的平衡常数为2K
C.ΔH<0、ΔS>0的反应在温度低时不能自发进行
D.在其他外界条件不变的情况下,使用催化剂,不能改变化学反应进行的方向
【解析】选D。ΔH=生成物总能量-反应物总能量,当生成物的总能量大于反应物的总能量时,ΔH>0,A项错误;因为相同温度下,化学计量数变为原来的n倍,则化学平衡常数为原来的n次方,所以反应2H2(g)+2I2(g)4HI(g)的平衡常数为K2,B项错误;根据ΔG=ΔH-TΔS判断,对于ΔH<0、ΔS>0的反应,在温度低时
Δ G<0,反应能自发进行,C项错误;催化剂只改变反应速率,不改变化学反应进行的方向,D项正确。
2.(2020·德州模拟)在一定温度下,恒容的密闭容器中,能表示合成氨反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)达到平衡状态的标志有 ( )
①容器中的压强不再发生变化;
②H2的生成速率与NH3的消耗速率之比为3∶2;
③混合气体的平均相对分子质量不变;
④容器内混合气体的密度不变;
⑤NH3的物质的量浓度不再变化;
⑥密闭容器中n(N2)∶n(H2)∶n(NH3)=1∶3∶2。
A.①④⑥ B.②③⑤
C.①③⑤ D.②④⑥
【解析】选C。该反应是气体物质的量变小的反应,压强不变说明反应达到平衡,①正确;H2的生成速率和NH3的消耗速率都表示的v(逆),②错误;反应中混合气体的总质量不变,若平均相对分子质量不变,说明气体物质的量不变,反应已达平衡,③正确;恒容容器中混合气体的总质量和体积均无变化,故气体密度始终不变,④错误;物质的浓度不变,说明已达平衡,⑤正确;容器内气体物质的量之比等于化学计量数之比,与是否达到平衡无关,⑥错误。
3.(2020·成都模拟)在容积不变的密闭容器中进行如下反应:H2O(g)+CO(g)H2(g)+CO2(g) ΔH>0,达到平衡后,改变下列反应条件,相关叙述正确的是 ( )
A.加入H2O(g),平衡向左移动
B.加入少量CO,体系压强不变
C.加入少量H2,平衡向右移动
D.加入CO2,混合气体的密度增大
【解析】选D。加入H2O(g)平衡向右移, A项错误;加入CO,容器内混合气体物质的量增大,压强增大,B项错误;加入少量H2,平衡向左移动, C项错误;加入CO2,达到新平衡后气体的总质量比原平衡总质量大,由于容器容积不变,故混合气体的密度增大,D项正确。
4.(2020·沈阳模拟)某化学科研小组研究在其他条件不变时,改变某一条件对化学平衡的影响,得到如下变化规律(图中p表示压强,T表示温度,n表示物质的量),根据以上规律判断,下列结论正确的是 ( )
A.反应Ⅰ:ΔH>0,p2>p1
B.反应Ⅱ:ΔH<0,T1
0,T2>T1;或ΔH<0,T2T1
【解析】选C。由反应Ⅰ的图象可知,温度越高,反应物A的转化率越小,故ΔH<0;由化学方程式中各物质的化学计量数可知,压强越大,A的转化率越高,故p2>p1,A项错误;由反应Ⅱ的图象中反应达到平衡的时间可知T1>T2,由图象信息可知T2时生成物C的物质的量高,即低温有利于平衡正向移动,故ΔH<0,B项错误;反应Ⅲ,若ΔH<0,温度低,转化率高,由图象信息可知T2时生成物C的平衡体积分数大,故T20,温度高,转化率高,由图象信息可知T2时生成物C的平衡体积分数大,故T2>T1,C项正确;反应Ⅳ,ΔH<0,反应放热,升高温度时,A的平衡转化率降低,故T2乙>甲>丙。
(3)等温等容条件下通入一种惰性气体,反应体系中的各组分的浓度没有改变,平衡不移动;若移走部分Y气体,则压强减小,平衡向气体的物质的量增大的方向移动。
(4)若在等温等压条件下,通入X气体,则与原平衡状态互为等效平衡,转化率不变,此时相当于压缩原平衡体系的体积,平衡会逆向移动,X的转化率减小。
(5)温度和压强不变的等效平衡,满足物质的量成比例,即c=3b,对于a的要求只需要a≥0即可。
(6)通过极限转化思想,将3 mol X全部转化到方程式右边,得到4.5 mol Z,即若要满足等温等体积的等效平衡,那么c的最大值为4.5 mol,而(1)平衡时,Z的物质的量为0.9 mol,如果要求反应逆向进行,则c必须大于0.9。
答案:(1)0.03 (2)丁>乙>甲>丙 (3)不 向右
(4)D (5)c=3b,a≥0 (6)0.9”“<”或“=”),平衡常数K2 (填“增大”“减小”或“不变”)。若要使K2减小,可采用的措施是
。
(2)在汽车上安装高效催化转化器,将有毒气体转化为无毒气体,可有效降低NOx的排放。某研究性学习小组用气体传感器测得不同时间NO和CO的浓度如表:
时间/s
0
1
2
3
4
5
c(NO)
(10-4 mol·L-1)
10.0
4.50
2.50
1.50
1.00
1.00
c(CO)
(10-3 mol·L-1)
3.60
3.05
2.85
2.75
2.70
2.70
转化器中反应的化学方程式: ;
前2 s内的平均反应速率v(N2)= 。
【解析】(1)由10 min内v(ClNO)=7.5×10-3 mol·L-1·min-1得到,n(ClNO)=7.5×10-3 mol·L-1·min-1×10 min×2 L=0.15 mol,故可根据题意可列出三段式:
2NO(g) + Cl2(g)2ClNO(g)
n0/mol: 0.2 0.1 0
Δn/mol: 0.15 0.075 0.15
n10 min/mol: 0.05 0.025 0.15
则平衡后,n(Cl2)=0.025 mol,NO的转化率α1=×100%=75%,其他条件保持不变,反应②在恒压条件下进行,随着反应的进行,气体体积减小,为保持恒压,所以容器体积减小,相对于恒容条件,压强增大,平衡正向进行,平衡时NO的转化率增大,故α2>α1;平衡常数只随温度变化,若要使K2减小,平衡逆向移动,反应是放热反应,依据平衡移动原理,升高温度,平衡逆向移动。(2)汽车排放有毒气体为NO,在高温和高效催化剂作用下,NO和CO发生氧化还原反应生成N2和CO2,反应的化学方程式为2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)。前2 s内的平均反应速率v(NO)==3.75×10-4 mol·L-1·s-1,则v(N2)=v(NO)≈1.88×10-4 mol·L-1·s-1。
答案:(1)2.5×10-2 75% > 不变 升高温度
(2)2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)
1.88×10-4 mol·L-1·s-1
一、选择题(本题包括2小题,每题10分,共20分)
1.(2020·保定模拟)可逆反应:3A(g)3B(?)+C(?);ΔH>0,随着温度升高,气体平均相对分子质量有变小趋势,则下列判断正确的是 ( )
A.B、C可能都是固体
B.B、C一定都是气体
C.若B为固体,C一定是气体
D.B、C可能都是气体
【解析】选D。升高温度,化学平衡向正反应方向移动。若要满足气体平均相对分子质量变小,应该有两种情况:①生成物气体的物质的量之和大于3,即B、C都应是气体;②生成物气体的物质的量之和等于3,且另有固体或液态物质生成,即C为固体,B为气体。B、C都是固体不符合;B和C一定都是气体不正确。
【加固训练】
在某密闭容器中充入等物质的量的气体A和B,一定温度下发生反应A(g)+xB(g)2C(g),达到平衡后,只改变反应的一个条件,测得容器中物质的量浓度、反应速率随时间变化如图所示。下列说法中正确的是( )
A.20～30 min时温度、压强不变,40 min时温度不变,增大压强
B.8 min前A的平均反应速率为0.08 mol·(L·s)-1
C.反应方程式中的x=1,正反应为吸热反应
D.20～40 min时该反应的环境温度不变
【解析】选D。20～40 min时该平衡没有移动,故反应温度没有改变,D正确。
2.(2020·孝义模拟)温度为T1时,在三个容积均为1 L的恒容密闭容器中仅发生反应2NO2(g)2NO(g)+O2(g)(正反应吸热)。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,受温度影响。下列说法正确的是 ( )
容器
编号
物质的起始
浓度/mol·L-1
物质的平衡
浓度/mol·L-1
c(NO2)
c(NO)
c(O2)
c(O2)
Ⅰ
0.6
0
0
0.2
Ⅱ
0.3
0.5
0.2
Ⅲ
0
0.5
0.35
A.设K为该反应的化学平衡常数,则有K=
B.达平衡时,容器Ⅱ与容器Ⅲ中的总压强之比为20∶17
C.容器Ⅱ中起始平衡正向移动,达平衡时,容器Ⅱ中NO2的转化率比容器Ⅰ中的小
D.若改变温度为T2,且T2>T1,则<0.8
【解析】选C。利用平衡时v(正)=v(逆),代入平衡常数表达式中求解:反应2NO2(g)2NO(g)+O2(g)的化学平衡常数K=,结合v(正)=
k正c2(NO2),v(逆)=k逆c2(NO)·c(O2),v(正)=v(逆),k正c2(NO2)=k逆c2(NO)·c(O2),K==,A错误;根据Ⅰ中的数据计算出K=0.8,Ⅱ中的
Qc=(0.3+0.5+0.2)mol,Ⅲ中反应逆向进行,平衡时n(总)<(0.5+0.35) mol,则Ⅱ和Ⅲ中平衡时的物质的量之比>=,恒温恒容,气体压强之比等于物质的量之比,B错误;根据以上分析可知,Ⅱ中反应正向进行,
2NO2(g)2NO(g)+O2(g)
Ⅱ起始/mol·L-1:0.3 0.5 0.2
Ⅱ折算/mol·L-1:0.6 0.2 0.05
Ⅰ起始/mol·L-1:0.6 0 0
所以Ⅱ相当于在Ⅰ的基础上加入一氧化氮和氧气,二氧化氮转化率减小,达平衡时,容器Ⅱ中NO2的转化率比容器Ⅰ中的小,C正确;平衡状态v(正)=v(逆)代入计算:根据以上分析可知,K==,该反应的正反应是吸热反应,升高温度平衡正向移动,K应该变大,即>0.8,D错误。
二、非选择题(本题包括2小题,共30分)
3.(14分)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所发生的反应为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,
改变下列“量”,一定会引起ΔH发生变化的是 (填代号)。
A.温度 B.反应物浓度
C.催化剂 D.化学计量数
② 有人提出上述反应可以用“Fe+”作催化剂。其总反应分两步进行:
第一步:Fe++N2OFeO++N2;第二步: (写化学方程式)。
第二步反应不影响总反应达到平衡所用时间,由此推知,第二步反应速率 第一步反应速率(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,发生反应: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,该可逆反应的平衡常数K= (用含x的代数式表示)。
(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℃发生反应: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四点中,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(并说明原因) (填“可行”或“不可行”)。 。
【解析】(1)①ΔH=生成物所具有的总能量-反应物所具有的总能量=(393.5+0-475.5-283) kJ·mol-1= -365 kJ·mol-1,反应热只与具体反应的化学计量数有关,与温度、压强、催化剂、转化率、反应物浓度等无关,故选D;
②根据催化剂定义,第二步反应中,中间产物(FeO+)氧化CO生成CO2本身被还原成Fe+,FeO++COFe++CO2,第二步反应对总反应速率没有影响,说明第一步是慢反应,控制总反应速率,第二步反应速率大于第一步反应速率;
(2)①曲线b和曲线a的平衡状态相同,曲线b反应速率较大,对于气体分子数相同的反应,加压可以增大浓度,正、逆反应速率同倍数增大,加入催化剂,正、逆反应速率同倍数增大,平衡不移动,曲线b仅改变一个条件,改变的条件可能是加入催化剂(或增大压强);
②设CO的起始浓度为c(对于等气体分子数反应,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)图2中,b点代表平衡点,增大H2、CO的投料比,CO的平衡转化率增大,在a、b、c、d四点中,CO的平衡转化率最大的点是d;
(4)该反应是焓增、熵减反应,任何温度下自由能大于0,任何温度下不能自发进行,故不可行。
答案:(1)①-365 D
②FeO++COFe++CO2 大于
(2)①加入催化剂(或增大压强) ②
(3)d
(4)不可行 该反应是焓增、熵减反应,任何温度下自由能大于0,任何温度下不能自发进行,故不可行
4.(16分)(2020·深圳模拟)乙苯催化脱氢生产苯乙烯的反应:
+H2(g)
(1)一定温度下,将a mol乙苯加入体积为V L的密闭容器中,发生上述反应,反应时间与容器内气体总压强的数据如表。
时间/min
0
10
20
30
40
总压强/100 kPa
1.0
1.2
1.3
1.4
1.4
①平衡时,容器中气体物质的量总和为 mol,乙苯的转化率为 ;
②列式计算此温度下该反应的平衡常数K。
(2)实际生产时反应在常压下进行,且向乙苯蒸气中掺入水蒸气,利用热力学数据计算得到温度和投料比M对乙苯平衡转化率的影响可用如图表示。[M=]
①比较图中A、B两点对应的平衡常数大小:KA KB;
②图中投料比(M1、M2、M3)的大小顺序为 ;
③随着反应的进行,催化剂上的少量积炭使其活性减弱,水蒸气有助于恢复催化剂的活性,原因是
(用化学方程式表示)。
【解析】(1)①根据阿伏加德罗定律,温度、体积一定时,压强之比等于气体物质的量之比,可知平衡时容器中气体物质的量总和为1.4a mol,由差量法可知生成H2的物质的量为0.4a mol,反应的乙苯为0.4a mol,故其转化率为40%。
(2)①分析题图中三条曲线,随温度升高,乙苯的转化率均增大,则该反应为吸热反应,温度越高,化学平衡常数越大,故KAM2>M3;③高温下,炭和水蒸气发生反应生成CO和H2。
答案:(1)①1.4a 40%
②设有x mol乙苯发生转化,利用三段式法进行计算,则
+H2(g)
n(始)
/mol:a 0 0
n(变)
/mol:x x x
n(平)
/mol:a-x x x
a-x+x+x=1.4a x=0.4a
K===
(2)①< ②M1>M2>M3 ③C+H2OCO+H2
