2021版江苏新高考选考化学（苏教版）一轮复习同步练习：专题7 6 专题综合检测（七） 化学反应速率与化学平衡

2021版江苏新高考选考化学（苏教版）一轮复习同步练习：专题7 6 专题综合检测（七） 化学反应速率与化学平衡

专题综合检测(七) (时间：90 分钟；满分：100 分) 一、单项选择题：本题共 10 小题，每小题 2 分，共 20 分。每小题只有一个选项符合题 意。 1．美国亚利桑那州大学(ASU)和阿贡国家实验室的科学家最近设计出生产氢气的人造 树叶，原理为 2H2O(g) ===== 太阳能 人造树叶2H2(g)＋O2(g)。有关该反应的说法正确的是( ) A．ΔH＜0 B．ΔS＜0 C．化学能转变为电能 D．氢能是理想的绿色能源 解析：选 D。该反应是熵增的吸热反应，太阳能转化为化学能。 2．(新题预测)反应速率和反应物浓度的关系是用实验方法测定的。化学反应 H2＋ Cl2===2HCl 的反应速率可表示为 v＝k·cm(H2)·cn(Cl2)，式中 k 为常数，m、n 值可由下表中 数据确定。由此可推得 m、n 值分别是( ) c(H2)/(mol·L－1) c(Cl2)/(mol·L－1) v/(mol·L－1·s－1) 1.0 1.0 1.0k 2.0 1.0 2.0k 2.0 4.0 4.0k A.m＝1、n＝1 B．m＝1 2 、n＝1 2 C．m＝1、n＝1 2 D．m＝1 2 、n＝1 解析：选 C。设三组数据编号分别为①②③，则由② ① ＝2.0k 1.0k ＝2＝k×2.0m×1.0n k×1.0m×1.0n ＝2m，解 得 m＝1；由③ ② ＝4.0k 2.0k ＝2＝k×2.0m×4.0n k×2.0m×1.0n ＝4n，解得 n＝1 2 ，故选 C。 3．(2020·洛阳高三模拟)工业炼铁是在高炉中进行的，高炉炼铁的主要反应是 ①2C(焦炭)＋O2(空气)===== 高温 2CO ②Fe2O3＋3CO 高温 2Fe＋3CO2 该炼铁工艺中，对焦炭的实际使用量要远远高于按照化学方程式计算所需，其主要原因 是( ) A．CO 过量 B．CO 与铁矿石接触不充分 C．炼铁高炉的高度不够 D．CO 与 Fe2O3 的反应有一定限度 解析：选 D。因为高炉炼铁的反应具有一定的限度，通过提高 CO 的浓度使平衡向生成 铁(正反应)的方向移动，所以焦炭的使用量多。 4.如图所示为 800 ℃时，A、B、C 三种气体在密闭容器中反应 时浓度的变化，只从图上分析不能得出的结论是( ) A．发生的反应可表示为 2A(g) 2B(g)＋C(g) B．前 2 min A 的分解速率为 0.1 mol·L－1·min－1 C．开始时，正、逆反应同时开始 D．2 min 时，A、B、C 的浓度之比为 2∶3∶1 解析：选 C。根据图像，反应过程中 A 的浓度减小，B、C 的浓度增大，因此 A 为反应 物，B、C 为生成物，根据浓度的变化量可以确定反应为 2A(g) 2B(g)＋C(g)，A 项正确； 前 2 min，v(A)＝0.4 mol·L－1－0.2 mol·L－1 2 min ＝0.1 mol·L－1·min－1，B 项正确；开始时加入 的物质只有 A 和 B，不能进行逆反应，C 项错误；根据图像，2 min 时，A、B、C 的浓度分 别为 0.2 mol·L－1、0.3 mol·L－1、0.1 mol·L－1，D 项正确。 5．(2018·浙江 11 月选考)已知 X(g)＋Y(g) 2W(g)＋M(g) ΔH＝a kJ·mol－1(a＞0)。 一定温度下，在体积恒定的密闭容器中，加入 1 mol X(g)与 1 mol Y(g)。下列说法正确的是 ( ) A．充分反应后，放出热量为 a kJ B．当反应达到平衡状态时，X 与 W 的物质的量浓度之比一定为 1∶2 C．当 X 的物质的量分数不再改变，表明该反应已达到平衡 D．若增大 Y 的浓度，正反应速率增大，逆反应速率减小 解析：选 C。A 项，反应 X(g)＋Y(g) 2W(g)＋M(g)属于可逆反应，且为吸热反应， 则 1 mol X(g) 与 1 mol Y (g)充分反应后不可能完全转化，所以吸收的热量小于 a kJ，故 A 错误；B 项，当反应达到平衡状态时，正反应速率和逆反应速率相等，反应混合物中各组分 的浓度保持不变，但 X 与 W 的物质的量浓度之比不一定为 1∶2，故 B 错误；C 项，当 X 的物质的量分数不再改变，说明正反应速率和逆反应速率相等，表明该反应已达到平衡，故 C 正确；D 项，若增大 Y 的浓度，正、逆反应速率均增大，故 D 错误。 6．工业上利用 Ga 与 NH3 在高温条件下合成半导体材料氮化镓(GaN)固体，同时有氢气 生成[2Ga(s)＋2NH3(g) 2GaN(s)＋3H2(g)]。反应中，每生成 3 mol H2 时放出 30.8 kJ 的热 量。恒温恒容密闭体系内进行上述反应，下列有关表达正确的是( ) A．Ⅰ图像中如果纵坐标为正反应速率，则 t 时刻改变的条件可以为升温或加压 B．Ⅱ图像中纵坐标可以为镓的转化率 C．Ⅲ图像中纵坐标可以为化学反应速率 D．Ⅳ图像中纵坐标可以为体系内混合气体平均相对分子质量 解析：选 A。A 项，Ⅰ图像中如果纵坐标为正反应速率，升高温度或增大压强，正反应 速率会突然增大，且平衡逆向移动，图像符合题意，正确；B 项，根据题意知，该反应前后 气体分子数增大，则增大压强，平衡逆向移动，镓的转化率降低，错误；C 项，Ga 是固体， 其质量不影响反应速率，错误；D 项，反应方程式为 2Ga(s)＋2NH3(g) 2GaN(s)＋3H2(g) ΔH<0，相同压强下，升高温度，平衡逆向移动，混合气体平均相对分子质量增大；相同温 度下，增大压强，平衡逆向移动，混合气体平均相对分子质量增大，错误。 7．(2020·南京高三模拟)利用下列反应可以将粗镍转化为纯度高达 99.9%的高纯镍。 反应一： Ni(粗，s)＋4CO(g) 50～80 ℃ Ni(CO)4(g) ΔH<0 反应二： Ni(CO)4(g)180～200 ℃ Ni(纯，s)＋4CO(g) ΔH>0 下列说法错误的是( ) A．对于反应一，适当增大压强，有利于 Ni(CO)4 的生成 B．提纯过程中，CO 气体可循环使用 C．升高温度，反应一的反应速率减小，反应二的反应速率增大 D．对于反应二，在 180～200 ℃，温度越高，Ni(CO)4(g)的转化率越高 解析：选 C。反应一的正反应是气体体积减小的反应，增大压强，平衡右移，有利于 Ni(CO)4 的生成，A 正确；反应一以 CO 为原料，反应二产生 CO，故 CO 可以循环使用，B 正确；升高温度，反应一和反应二的反应速率都增大，C 不正确；反应二的正反应是吸热反 应，在 180～200 ℃，温度越高，反应进行的程度越大，Ni(CO)4(g)的转化率越高，D 正确。 8．反应 2NO(g)＋2H2(g)===N2(g)＋2H2O(g)中，每生成 7 g N2，放出 166 kJ 的热量，该 反应的速率表达式为 v＝k·cm(NO)·cn(H2)(k、m、n 待测)，其反应包含下列两步： ①2NO＋H2===N2＋H2O2(慢) ②H2O2＋H2===2H2O(快) T ℃时测得有关实验数据如下： 序号 c(NO)/ (mol·L－1) c(H2)/ (mol·L－1) 速率 (单位略) Ⅰ 0.006 0 0.001 0 1.8×10－4 Ⅱ 0.006 0 0.002 0 3.6×10－4 Ⅲ 0.001 0 0.006 0 3.0×10－5 Ⅳ 0.002 0 0.006 0 1.2×10－4 下列说法错误的是( ) A．整个反应速率由第①步反应决定 B．正反应的活化能一定是①＜② C．该反应速率表达式：v＝5 000c2(NO)·c(H2) D．该反应的热化学方程式为 2NO(g)＋2H2(g)===N2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－664 kJ·mol－1 解析：选 B。A.①2NO＋H2===N2＋H2O2(慢)，②H2O2＋H2===2H2O(快)，反应历程中反 应慢的决定反应速率，整个反应速率由第①步反应决定，正确；B.反应①难以进行，说明反 应的活化能高，正反应的活化能一定是①>②，错误；C.比较实验Ⅰ、Ⅱ中数据，NO 浓度 不变，氢气浓度增大一倍，反应速率变为原来的二倍，实验Ⅲ、Ⅳ中数据，H2 浓度不变， NO 浓度增大一倍，反应速率变为原来的四倍，据此得到速率方程：v＝kc2(NO)·c(H2)，依据 实验Ⅰ中数据计算 k＝5 000，则速率表达式为 v＝5 000c2(NO)·c(H2)，正确；D.反应 2NO(g) ＋2H2(g)===N2(g)＋2H2O(g)中，每生成 7 g N2，放出 166 kJ 的热量，生成 28 g N2 放热 664 kJ， 热化学方程式为 2NO(g)＋2H2(g)===N2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－664 kJ·mol－1，正确。 9．在一恒容的密闭容器中充入 0.1 mol·L－1 CO2、0.1 mol·L－1CH4，在一定条件下发生 反应：CH4(g)＋CO2(g) 2CO(g)＋2H2(g)，测得 CH4 平衡时转化率与温度、压强关系如图。 下列有关说法不正确的是( ) A．上述反应的ΔH>0 B．压强：p4>p3>p2>p1 C．1 100 ℃时该反应的平衡常数为 1.64 D．压强为 p4 时，在 Y 点：v 正0，A 项正确；该反应为气体分子数增加的反应，压强越大，CH4 的平衡转 化率越小，故 p4>p3>p2>p1，B 项正确；1 100 ℃时，甲烷的平衡转化率为 80.00%，故平衡时 各物质的浓度分别为 c(CH4)＝0.02 mol·L－1，c(CO2)＝0.02 mol·L－1，c(CO)＝0.16 mol·L－1， c(H2)＝0.16 mol·L－1，即该温度下的平衡常数 K＝0.162×0.162 0.02×0.02 ≈1.64，C 项正确；压强为 p4 时，Y 点反应未达到平衡，需增大 CH4 的转化率才能达到平衡，此时 v 正>v 逆，D 项错误。 10．(2020·盐城高三检测)同温度下，体积均为 1 L 的两个恒容密闭容器中发生可逆反应： N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝－92.6 kJ·mol－1。测得数据如表： 容器 编号 起始时各物质的物质的量/mol 达到平衡 时 体系能量 的变化 N2 H2 NH3 (1) 2 3 0 27.78 kJ (2) 1.6 1.8 0.8 Q 下列叙述不正确的是( ) A．容器(1)(2)反应达平衡时压强相等 B．容器(2)中反应开始时 v(正)>v(逆) C．容器(2)中反应达平衡时，吸收的热量 Q 为 9.26 kJ D．若条件为“绝热恒容”，容器(1)中反应达平衡时 n(NH3)<0.6 mol 解析：选 B。分析容器(1)(2)中的反应可知，二者可建立等效平衡，所以二者的平衡状 态相同，因此平衡时两个容器内压强相等，A 项正确；根据容器(1)中反应达到平衡时体系 能量的变化可知，该反应中转化的 N2 为 27.78 kJ 92.6 kJ·mol－1 ＝0.3 mol，根据三段式分析： N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) c(始)/(mol·L－1) 2 3 0 c(变)/(mol·L－1) 0.3 0.9 0.6 c(平)/(mol·L－1) 1.7 2.1 0.6 K ＝ c2（NH3） c（N2）·c3（H2） ＝ 0.62 1.7×2.13 ≈ 0.023 。 容 器 (2) 中 反 应 开 始 时 ， 浓 度 商 Qc ＝ c2（NH3） c（N2）·c3（H2） ＝ 0.82 1.6×1.83 ≈0.069>K，所以反应向逆反应方向进行，v(正)T1 B．a、b 两点的反应速率：b>a C．为了提高 Br2(g)的转化率，可采取增加 Br2(g)通入量的方法 D．b 点比 a 点体系的颜色深 解析：选 BD。A 项，根据反应：H2(g)＋Br2(g) 2HBr(g) ΔH<0，升温，平衡向逆 反应方向移动，H2 的体积分数增大，根据图示变化，可知 T1>T2，错误；B 项，b 点 Br2 的 浓度比 a 点 Br2 的浓度大，反应速率也大，正确；C 项，增加 Br2(g)的通入量，Br2(g)的转化 率减小，错误；D 项，b 点对 a 点来说，是向 a 点体系中加入 Br2 使平衡向正反应方向移动， 尽管 Br2 的量在新基础上会减小，但是 Br2 的浓度比原来会增加，导致 Br2 的浓度增加，颜 色变深，即 b 点比 a 点体系的颜色深，正确。 12．热催化合成氨面临的两难问题是：采用高温增大反应速率的同时会因平衡限制导致 NH3 产率降低。我国科研人员研制了 TiHFe 双温区催化剂(TiH 区域和 Fe 区域的温度差可 超过 100 ℃)。TiHFe 双温区催化合成氨的反应历程如图所示，其中吸附在催化剂表面上的 物种用*标注。下列说法正确的是( ) A．①为 N≡N 键的断裂过程 B．①②③在高温区发生，④⑤在低温区发生 C．④为 N 原子由 Fe 区域向 TiH 区域的传递过程 D．使用 TiHFe 双温区催化剂使合成氨反应转变为吸热反应 解析：选 BC。A 选项，经历①过程之后氮气分子被催化剂吸附，并没有变成氮原子， A 错误。B 选项，①为催化剂吸附 N2 的过程，②为形成过渡态的过程，③为 N2 解离为 N 的 过程，以上都需要在高温区进行。④⑤在低温区进行是为了增大平衡产率，B 正确。C 选项， 由题中图示可知，过程④完成了 TiHFe＋*N 到 TiH*NFe 两种过渡态的转化，N 原子由 Fe 区域向 TiH 区域传递，C 正确。D 选项，化学反应不会因加入催化剂而改变吸放热情况， D 错误。 13．(2020·苏州高三月考)将一定量的 NO2 充入注射器中后封口，如图是在拉伸和压缩 注射器的过程中气体透光率随时间的变化(气体颜色越深，透光率越小)。已知反应：2NO2(红 棕色) N2O4(无色) ΔH<0。下列说法正确的是( ) A．b 点的操作是拉伸注射器 B．c 点与 a 点相比，c(NO2)增大，c(N2O4)减小 C．d 点：v(正)>v(逆) D．若注射器绝热(不与外界进行热交换)，则压缩达新平衡后平衡常数 K 减小 解析：选 D。A 项，b 点后的拐点透光率下降，说明颜色加深，c(NO2)增大，若是拉伸 注射器，体积增大，则 c(NO2) 减小，不符合题意，错误；B 项，由于图示是拉伸和压缩注 射器，所以 c 点与 a 点相比，c(NO2)、c(N2O4)均增大(原理同 A 分析)，错误；C 项，c 点后 的拐点透光率升高，即 c(NO2)减小，是拉伸注射器所致，平衡向逆反应方向移动，故 d 点： v(正)K3，p2>2p3 C．v1α3(SO2) D．c2>2c3，α2(SO3)＋α3(SO2)<1 解析：选 CD。容器 2 中反应物投入量相当于容器 1 中反应物投入量的 2 倍，平衡时， 容器 2 中 SO2 的反应速率大，容器 2 中反应达到的平衡相当于容器 1 中反应达到平衡后加压， 增大压强，平衡正向移动，则平衡时 SO3 的浓度：c2>2c1，A 项错误；平衡常数仅与温度有 关，容器 3 中温度高，而该反应为放热反应，升温平衡逆向移动，平衡常数减小，则 K1>K3， 容器 1 和容器 2 中温度相同，投料量不同，平衡时 p2<2p1，升温平衡逆向移动，则平衡时 p1v1，升高温度，平衡逆向移动，SO2 的平衡转化率减小，即α1(SO2)> α3(SO2)，C 项正确；平衡时 c2>2c1，c1>c3，故 c2>2c3，假设容器 2 中投入 2 mol SO3 且保持 容器 2 和容器 3 的反应温度相同，则两容器中的反应达到的平衡完全等效，则有α2(SO3)＋ α3(SO2)＝1，对于容器 2 而言，相当于对容器 3 加压并降低温度，该反应是气体分子数减 小的放热反应，加压、降温均会使平衡正向移动，则α2(SO3)减小，所以α2(SO3)＋α3(SO2)<1， D 项正确。 三、非选择题：本题共 5 小题，共 60 分。 16．(8 分)固定和利用 CO2，能有效地利用资源，并减少空气中的温室气体。工业上正 在 研 究 利 用 CO2 来 生 产 甲 醇 燃 料 的 方 法 ， 该 方 法 的 化 学 方 程 式 是 CO2(g) ＋ 3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＝－49.0 kJ/mol。 某科学实验将 6 mol CO2 和 8 mol H2 充入一容积为 2 L 的密闭容器中，测得 H2 的物质的 量随时间变化如图中实线所示： 回答下列问题： (1)由图分析，在下列时间段内反应速率最快的时间段是________(填字母)。 a．0～1 min b．1～3 min c．3～8 min d．8～11 min (2)仅改变某一条件再进行实验，测得 H2 的物质的量随时间变化如图中虚线所示。与实 线 相 比 ， 曲 线 Ⅰ 改 变 的 条 件 可 能 是 ________________ ， 曲 线 Ⅱ 改 变 的 条 件 可 能 是 ________________。 (3)下列表述能表示该反应已达平衡的是______________(填序号)。 a．容器内压强不再改变 b．容器内气体的密度不再改变 c．容器内气体的平均摩尔质量不再改变 d．容器内各物质的物质的量相等 解析：(1)曲线的斜率越大，速率越大。 (2)曲线Ⅰ与实线相比较，起点相同，达到平衡所用的时间短，反应速率加快，且平衡 时 n(H2)增大，改变的条件应是升高温度，使平衡左移；曲线Ⅱ与实线相比较，起点相同， 达到平衡所用的时间短，反应速率加快， 且平衡时 n(H2)减小，改变的条件应是增大压强， 使平衡右移。 (3)反应 CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＝－49.0 kJ/mol 是正反应气体体积 减小的放热反应。容器内压强、气体平均摩尔质量不再改变，说明气体的总物质的量不再改 变，a、c 符合题意；容器的体积不变，质量不变，密度始终不变，b 不符合题意；容器内各 物质的物质的量相等，不一定达到平衡，d 不符合题意。 答案：(1)a (2)升高温度 增大压强 (3)ac 17．(10 分)聚乙烯醇生产过程中会产生大量副产物乙酸甲酯，其催化醇解反应可用于制 备甲醇和乙酸己酯，该反应的化学方程式为 CH3COOCH3(l)＋C6H13OH(l) 催化剂 △ CH3COOC6H13(l)＋CH3OH(l) 已知 v 正＝k 正·x(CH3COOCH3)·x(C6H13OH)，v 逆＝k 逆·x(CH3COOC6H13)·x(CH3OH)，其 中 v 正、v 逆为正、逆反应速率，k 正、k 逆为速率常数，x 为各组分的物质的量分数。 (1)反应开始时，己醇和乙酸甲酯按物质的量之比 1∶1 投料，测得 348 K、343 K、338 K 三个温度下乙酸甲酯转化率(α)随时间(t)的变化关系如图所示。 该醇解反应的ΔH________0(填“>”或“<”)。348 K 时，以物质的量分数表示的化学平衡 常数 Kx＝________(保留 2 位有效数字)。在曲线①②③中，k 正 －k 逆值最大的曲线是 ________；A、B、C、D 四点中，v 正最大的是________，v 逆最大的是________。 (2)343 K 时，己醇和乙酸甲酯按物质的量之比 1∶1、1∶2 和 2∶1 进行初始投料。则 达到平衡后，初始投料比________时，乙酸甲酯转化率最大；与按 1∶2 投料相比，按 2∶1 投料时化学平衡常数 Kx________(填“增大”“减小”或“不变”)。 (3)该醇解反应使用离子交换树脂做催化剂，下列关于该催化剂的说法正确的是 ________。 a．参与了醇解反应，但并不改变反应历程 b．使 k 正和 k 逆增大相同的倍数 c．降低了醇解反应的活化能 d．提高乙酸甲酯的平衡转化率 解析：(1)根据图像，①的速率最快，说明①对应的是最高温度 348 K，温度升高，平衡 转化率增大，说明正向是吸热的，所以ΔH>0。348 K 时，设初始投入 CH3COOCH3 和 C6H13OH 都为 1 mol，则有 CH3COOCH3(l)＋C6H13OH(l) 催化剂 △ CH3COOC6H13(l)＋CH3OH(l) 起始 /mol 1 1 0 0 转化 /mol 0.64 0.64 0.64 0.64 平衡 /mol 0.36 0.36 0.64 0.64 代入平衡常数表达式：Kx＝x(CH3COOC6H13)·x(CH3OH)/[x(CH3COOCH3)·x(C6H13OH)]＝ 0.32×0.32/(0.18×0.18)＝3.2。 k 正、k 逆是温度的函数，根据平衡移动的规律，k 正受温度影响更多，因此温度升高，k 正 增 大 的 程 度 大 于 k 逆 ， 因 此 k 正 － k 逆 值 最 大 的 曲 线 是 ① 。 根 据 v 正 ＝ k 正 x(CH3COOCH3)·x(C6H13OH) ， v 逆 ＝ k 逆 x(CH3COOC6H13)·x(CH3OH) ， A 点 x(CH3COOCH3)·x(C6H13OH)大，温度高，因此 A 点 v 正最大，C 点 x(CH3COOC6H13)·x(CH3OH) 大且温度高，因此 C 点 v 逆最大。 (2)增大己醇的投入量，可以增大乙酸甲酯转化率，因此 2∶1 时乙酸甲酯转化率最大。 化学平衡常数 Kx 只与温度有关，因此投料比改变而 Kx 不变。 (3)催化剂参与了醇解反应，改变了反应历程，a 错误；催化剂不影响化学平衡，说明催 化剂使 k 正和 k 逆增大相同倍数，b 正确；催化剂能够降低反应的活化能，c 正确；催化剂不 改变化学平衡，d 错误。因此选择 bc。 答案：(1)> 3.2 ① A C (2)2∶1 不变 (3)bc 18．(14 分)(2018·浙江 11 月选考)合成氨工艺(流程如 图所示)是人工固氮最重要的途径。2018 年是合成氨工业 先驱哈伯(F·Haber)获得诺贝尔奖 100 周年。N2 和 H2 生成 NH3 的反应为 1 2N2(g)＋3 2H2(g) NH3(g) ΔH(298 K)＝－46.2 kJ·mol－1。 在 Fe 催化剂作用下的反应历程为(*表示吸附态)： 化学吸附：N2(g)→2N*；H2(g) 2H* 表面反应：N*＋H* NH*；NH*＋H* NH*2；NH*2＋H* NH*3 脱附：NH*3 NH3(g) 其中，N2 的吸附分解反应活化能高、速率慢，决定了合成氨的整体反应速率。 请回答： (1)利于提高合成氨平衡产率的条件有________。 A．低温 B．高温 C．低压 D．高压 E．催化剂 (2)标准平衡常数 K ＝ pNH3/p （pN2/p ）0.5（pH2/p ）1.5 ，其中 p 为标准压强(1×105Pa)，pNH3、 pN2 和 pH2 为各组分的平衡分压，如 pNH3＝xNH3p，p 为平衡总压，xNH3 为平衡系统中 NH3 的 物质的量分数。 ①N2 和 H2 起始物质的量之比为 1∶3，反应在恒定温度和标准压强下进行，NH3 的平衡 产率为ω，则 K ＝________(用含ω的最简式表示)。 ②下图中可以示意标准平衡常数 K 随温度 T 变化趋势的是________。 (3)实际生产中，常用工艺条件：Fe 做催化剂，控制温度 773 K、压强 3.0×107 Pa，原 料气中 N2 和 H2 物质的量之比为 1∶2.8。 ①分析说明原料气中 N2 过量的理由：____________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ②关于合成氨工艺的下列理解，正确的是________。 A．合成氨反应在不同温度下的ΔH 和ΔS 都小于零 B．控制温度(773 K)远高于室温，是为了保证尽可能高的平衡转化率和快的反应速率 C．当温度、压强一定时，在原料气(N2 和 H2 的比例不变)中添加少量惰性气体，有利于 提高平衡转化率 D．基于 NH3 有较强的分子间作用力可将其液化，不断将液氨移去，利于反应正向进行 E．分离空气可得 N2，通过天然气和水蒸气转化可得 H2，原料气须经过净化处理，以 防止催化剂中毒和安全事故发生 解析：(1)根据勒夏特列原理，对于制备氨的反应，加压或降温有助于平衡正向移动。 (2)①设初始氮气为 x mol，氢气为 3x mol。列“三段式”： 1 2N2(g)＋3 2H2(g) NH3(g) 初始/mol x 3x 0 转化/mol xω 3xω 2xω 平衡/mol x(1－ω) 3x(1－ω) 2xω 计算体积分数，代入公式，得 K ＝ 4ω（2－ω） 3 3（1－ω）2 。 ②K 随温度增大而减小，而且根据 K 表达式可知 K 与 T 不是线性关系，故选 A。 (3)①根据题意，从提高转化率和提高反应速率角度来分析，原料中的氮气易得，适度 过量有利于提高氢气的转化率；氮气在铁催化剂上的吸附分解是决定反应速率的步骤，适度 过量有利于提高整体的反应速率。 ②B 项，升温会使平衡逆向移动，平衡转化率减小；C 项相当于减小了分压，平衡逆向 移动，平衡转化率减小。 答案：(1)AD (2)① 4ω（2－ω） 3 3（1－ω）2 ②A (3)①原料气中 N2 相对易得，适度过量有利于提高 H2 的转化率；N2 在 Fe 催化剂上的吸 附分解是决速步骤，适度过量有利于提高整体反应速率 ②ADE 19．(14 分)(2020·石家庄高三模拟)汽车尾气中含有 NO、CO 和碳颗粒等有害物质，已 成为某些大城市空气的主要污染源。 (1)汽车燃料中一般不含氮元素，汽缸中生成 NO 的原因为_______________________ ________________________________________________________________________； (用化学方程式表示，为可逆反应)；汽车启动后，汽缸内温度越高，单位时间内 NO 排 放量越大，试分析其原因：______________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)治理汽车尾气中 NO 和 CO 污染的一种方法是将其转化为无害的 CO2 和 N2，反应原 理为 2NO(g)＋2CO(g) 2CO2(g)＋N2(g) ΔH＜0。某研究小组在三个容积均为 5 L 的恒容 密闭容器中，分别充入 0.4 mol NO 和 0.4 mol CO，在三种不同实验条件下进行上述反应(体 系各自保持温度不变)，反应体系总压强随时间的变化如图所示： ①实验Ⅱ从开始至达到平衡时的反应速率 v(NO)＝____________________。 ② 图 中 三 组 实 验 从 开 始 至 达 到 平 衡 时 的 反 应 速 率 v(NO) 由 大 到 小 的 顺 序 为 ____________(填实验序号)。 ③与实验Ⅱ相比，实验Ⅰ和实验Ⅲ分别仅改变一种反应条件，所改变的条件和判断的理 由分别为 实验Ⅰ______________________________________________________________； 实验Ⅲ___________________________________________________________。 ④ 三 组 实 验 中 CO 的 平 衡 转 化 率 α Ⅰ (CO) 、 α Ⅱ (CO) 和 α Ⅲ (CO) 的 大 小 关 系 为 ________________________________________________________________________。 ⑤实验Ⅲ的平衡常数 K＝________。 解析：(1)氮气与氧气在高温下反应生成 NO，反应的方程式为 N2＋O2 高温 2NO； 温度升高，反应速率加快，单位时间内 NO 排放量大。 (2)①设参加反应的 NO 为 x mol，则： 2NO(g)＋2CO(g) 2CO2(g)＋N2(g) 开始/mol 0.4 0.4 0 0 转化/mol x x x 0.5x 平衡/mol 0.4－x 0.4－x x 0.5x 恒温恒容条件下，压强之比等于物质的量之比，则(0.4＋0.4)∶(0.4－x＋0.4－x＋x＋0.5x) ＝320∶250，解得 x＝0.35，故 v(NO)＝ 0.35 mol 5 L 40 min ＝1.75×10－3mol·L－1·min－1。②反应速率 越快，到达平衡时间越短，由图可知反应速率：Ⅲ＞Ⅰ＞Ⅱ。③对比Ⅱ、Ⅰ可知，Ⅰ到达平 衡时间缩短且起始压强增大，应是升高温度；对比Ⅱ、Ⅲ可知，起始和平衡时压强均不变， Ⅲ到达平衡时间缩短，应是使用催化剂。④根据③中分析可知，Ⅱ、Ⅲ相比，平衡不移动， 故 CO 转化率不变，即αⅡ(CO)＝αⅢ(CO)。Ⅰ与Ⅱ相比，Ⅰ中温度较高，正反应为放热反应， 平衡向逆反应方向移动，CO 的转化率减小，即αⅠ(CO)＜αⅡ(CO)，故转化率αⅡ(CO)＝αⅢ(CO) ＞αⅠ(CO)。⑤Ⅱ、Ⅲ温度相同，平衡常数相同，结合①中计算可知平衡时 NO 浓度为 0.01 mol·L－1，CO 浓度为 0.01 mol·L－1，CO2 的浓度为 0.07 mol·L－1，N2 的浓度为 0.035 mol·L－1， 平衡常数 K＝ c2（CO2）·c（N2） c2（NO）·c2（CO） ＝0.072×0.035 0.012×0.012 ＝17 150。 答案：(1)N2＋O2 高温 2NO 温度升高，反应速率加快 (2)①1.75×10－3 mol· L－1·min－1 ②Ⅲ>Ⅰ>Ⅱ ③升高温度；达到平衡的时间比Ⅱ缩短，起始压强增大 加催化剂；达到平衡的时间比Ⅱ缩短，平衡没有移动 ④αⅡ(CO)＝αⅢ(CO)＞αⅠ(CO) ⑤17 150 20．(14 分)煤燃烧排放的烟气含有 SO2 和 NOx，形成酸雨、污染大气，采用 NaClO2 溶 液作为吸收剂可同时对烟气进行脱硫、脱硝。回答下列问题： (1)NaClO2 的化学名称为________________。 (2)在鼓泡反应器中通入含有 SO2 和 NO 的烟气，反应温度为 323 K，NaClO2 溶液浓度 为 5×10－3mol·L－1。反应一段时间后溶液中离子浓度的分析结果如下表。 离子 SO2－ 4 SO2－ 3 NO－ 3 NO－ 2 Cl－ c/(mol·L－1) 8.35×1 0－4 6.87× 10－6 1.5×10 －4 1.2×10 －5 3.4× 10－3 ① 写 出 NaClO2 溶 液 脱 硝 过 程 中 主 要 反 应 的 离 子 方 程 式 ： _______________________________________________________________________________ ___________。 增加压强，NO 的转化率________(填“提高”“不变”或“降低”)。 ②随着吸收反应的进行，吸收剂溶液的 pH 逐渐________ (填“增大”“不变”或“减 小”)。 ③由实验结果可知，脱硫反应速率________脱硝反应速率(填“大于”或“小于”)。原 因是除了 SO2 和 NO 在烟气中的初始浓度不同，还可能是_______________________ ________________________。 (3)在不同温度下，NaClO2 溶液脱硫、脱硝的反应中 SO2 和 NO 的平衡分压 pc 如图所示。 ①由图分析可知，反应温度升高，脱硫、脱硝反应的平衡常数均________(填“增 大”“不变”或“减小”)。 ②反应 ClO－ 2 ＋2SO2－ 3 ===2SO2－ 4 ＋Cl－的平衡常数 K 表达式为____________________。 (4)如果采用 NaClO、Ca(ClO)2 替代 NaClO2，也能得到较好的烟气脱硫效果。 ①从化学平衡原理分析，Ca(ClO)2 相比 NaClO 具有的优点是_______________ ________________________________________________________________________。 ②已知下列反应： SO2(g)＋2OH－ (aq) ===SO2－ 3 (aq)＋H2O(l) ΔH1 ClO－ (aq)＋SO2－ 3 (aq)===SO2－ 4 (aq)＋Cl－(aq) ΔH2 CaSO4(s)===Ca2＋(aq)＋SO2－ 4 (aq) ΔH3 则反应 SO2(g)＋Ca2＋(aq)＋ClO－(aq)＋2OH－ (aq) === CaSO4(s)＋H2O(l)＋Cl－ (aq)的ΔH ＝________________________________________________________________________。 解析：(1)NaClO2 中氯元素的化合价为＋3，NaClO2 的名称是亚氯酸钠。(2)①NaClO2 溶 液脱硝过程中，NO 转化为 NO－ 3 、NO－ 2 ，主要转化为 NO－ 3 ，书写离子方程式时运用得失电子 守恒、电荷守恒和元素守恒，得到 4NO＋3ClO－ 2 ＋4OH－===4NO－ 3 ＋2H2O＋3Cl－。上述反应 是气体分子数减小的反应，增大压强有利于反应正向进行，使 NO 的转化率提高。②根据上 述反应可知，随着吸收反应的进行，溶液中 c(H＋)逐渐增大，pH 逐渐减小。③由实验结果看 出，溶液中含硫离子的浓度大于含氮离子的浓度，所以脱硫反应速率大于脱硝反应速率。这 可能是因为 NO 溶解度较低、脱硝反应活化能较高等。(3)①纵坐标是平衡分压的负对数， 反应温度升高，SO2 和 NO 的平衡分压的负对数减小，即平衡分压增大，说明平衡逆向移动， 所以平衡常数减小。②根据平衡常数表达式的规则书写即可。(4)①如果使用 Ca(ClO)2，则 生成的 SO 2－ 4 会与 Ca2＋结合，生成 CaSO4 沉淀，促使脱硫反应正向进行，提高 SO2 的转化率。 ②设三个反应依次是 a、b、c，根据盖斯定律，由 a＋b－c 得 SO2(g)＋Ca2＋(aq)＋ClO－(aq) ＋2OH－(aq)===CaSO4(s)＋H2O(l)＋Cl－(aq) ΔH＝ΔH1＋ΔH2－ΔH3。 答案：(1)亚氯酸钠 (2)①4NO＋3ClO－ 2 ＋4OH－===4NO－ 3 ＋2H2O＋3Cl－ 提高 ②减小 ③大于 NO 溶解 度较低(或脱硝反应活化能较高) (3)①减小 ② c2（SO2－ 4 ）·c（Cl－） c2（SO2－ 3 ）·c（ClO－ 2 ） (4)①形成 CaSO4 沉淀，反应平衡正向移动，SO2 转化率提高 ②ΔH1＋ΔH2－ΔH3