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2018年高考化学二轮复习专题限时集训:8 化学反应速率与化学平衡

资料类别: 化学/同步

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专题限时集训(八) 化学反应速率与化学平衡
(对应学生用书第127页)
 (限时:40分钟)
1.(2017· 淄博仿真模拟)CO常用于工业冶炼金属。在不同温度下CO还原四种金属氧化物达平衡后气体中lg 与温度(t)的关系曲线如图。下列说法正确的是(  ) 

A.通过增高反应炉的高度,延长矿石和CO接触的时间,能减少尾气中CO的含量
B.CO不适宜用于工业冶炼金属Cr
C.CO还原PbO2的反应ΔH>0
D.工业冶炼金属Cu时,高温有利于提高CO的转化率
B [增高炉的高度,增大CO与铁矿石的接触,不能影响平衡移动,CO的利用率不变, A错误;由图像可知用CO冶炼金属Cr时,lg 一直很高,说明CO转化率很低,不适合, B正确;由图像可知CO还原PbO2的温度越高,lg 越高,说明CO转化率越低,平衡逆向移动,故ΔH<0, C错误;由图像可知用CO冶炼金属铜时,温度越高,lg 越大,故CO转化率越低, D错误。]
2.(2017·湖南郴州第三次质量检测)在容积均为1 L的三个密闭容器中,分别放入铁粉并充入1 mol CO,控制在不同温度下发生反应:Fe(s)+5CO(g)Fe(CO)5(g),当反应进行到5 min时,测得CO的体积分数与温度的关系如图所示。下列说法一定正确的是(  )

A.反应进行到5 min时,b容器中v(正)=v(逆)
B.正反应为吸热反应,平衡常数:K(T1)>K(T2)
C.b中v(正)大于a中v(逆)
D.达到平衡时,a、b、c中CO的转化率为b>c>a
C [5 min时,b容器中的反应不一定是平衡状态,则v(正)、v(逆)不一定相等,故A错误。温度越高,反应速率越快,根据b、c两点可知,升温平衡逆向移动,说明正反应为放热反应,故B错误。根据图像,a容器中反应未达平衡,v(正)>v(逆),b的反应物浓度及温度都高于a,因此b中v(正)大于a中v(正)大于a中v(逆),故C正确。因为该反应是放热反应,所以三容器达到平衡时,CO的转化率为a>b>c,D项错误。]
3.(2017· 徐州考前打靶卷改编)在3种不同条件下,分别向容积为2 L的恒容密闭容器中充入2 mol A和1 mol B,发生反应:2A(g) + B(g)2D(g) ΔH=Q kJ·mol-1。相关条件和数据见下表:
实验编号	实验Ⅰ	实验Ⅱ	实验Ⅲ		反应温度/℃	700	700	750		达平衡时间/min	40	5	30		n(D)平衡/ mol	1.5	1.5	1		化学平衡常数	K1	K 2	K 3		下列说法正确的是(  ) 
A.K 3>K 2=K 1
B.实验可能使用了催化剂
C.实验达平衡后容器内的压强是实验的倍
D.实验达平衡后,恒温下再向容器中通入1 mol A和1 mol D,平衡正向移动
B [根据表格数据,升高温度到750 ,n(D)减小,平衡逆向移动,K 30.06
D [A项,v(N)=v(M)===1.0×10-2 mol/(L·min),A正确;
B项,根据“三段式”计算
X(g)+Y(g) M(g)+N(g)   
起始(mol·L-1) 0.20  0.20  0   0
转化(mol·L-1) 0.10 0.10  0.10  0.10
平衡(mol·L-1) 0.10 0.10  0.10 0.10
则实验②中,该反应的平衡常数K===1.0,B正确;
C项,根据“三段式”计算
X(g) + Y(g) M(g)+N(g)
起始(mol·L-1)  0.20    0.30   0   0
转化(mol·L-1)  a      a    a   a
平衡(mol·L-1)  0.20-a  0.30-a  a   a
则实验③中,该反应的平衡常数
K===1.0,
解得a=0.12,故X的转化率为×100%=60%,C正确;D项,反应X(g)+Y(g)M(g)+N(g)为气体体积不变的反应,压强不影响化学平衡,若实验①②温度相同,实验②平衡时M的物质的量应该为0.18 mol>0.10 mol,说明升高温度后平衡向逆方向移动,则该反应为放热反应;若实验④③的温度相同,则平衡时实验④中b=0.06,由于实验④温度较高,且该反应为放热反应,则b<0.06 mol,D错误。]
7.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.达平衡时,容器Ⅰ与容器Ⅱ中的总压强之比为4∶5 
B.达平衡时,容器Ⅱ中比容器Ⅰ中的大
C.达平衡时,容器Ⅲ中NO的体积分数小于50%
D.当温度改变为T2时,若k正=k逆,则 T2<T1
C [由容器中反应
        2NO2(g)2NO(g)+O2(g)
起始量(mol/L)  0.6        0       0
变化量(mol/L)  0.4       0.4      0.2
平衡量(mol/L)  0.2       0.4      0.2
可以求出平衡常数K==0.8,平衡时气体的总物质的量为0.8 mol,其中NO占0.4 mol,所以NO的体积分数为50%,=1。在平衡状态下,v正=v(NO2)消耗=v逆=v(NO)消耗,所以k正c2(NO2)=k逆c2(NO)·c(O2),进一步求出=K=0.8。A项,显然容器Ⅱ的起始投料与容器Ⅰ的平衡量相比,增大了反应物浓度,平衡将向正反应方向移动,所以容器Ⅱ在平衡时气体的总物质的量一定大于1 mol,故两容器的压强之比一定小于4∶5,A错误;B项,若容器Ⅱ在某时刻,=1。
由反应     2NO2(g)2NO(g)+O2(g)
起始量(mol/L)  0.3          0.5    0.2
变化量(mol/L)  2x           2x     x
平衡量(mol/L)   0.3-2x  0.5+2x   0.2+x
因为==1,解之得x=,此时浓度商Qc==>K,所以容器Ⅱ达平衡时,一定小于1,B错误;C项,若容器Ⅲ在某时刻,NO的体积分数为50%,
由反应     2NO2(g) 2NO(g)+O2(g)
起始量(mol/L)  0           0.5      0.35
变化量(mol/L)  2x          2x        x
平衡量(mol/L)  2x       0.5-2x  0.35-x
由0.5-2x=2x+0.35-x,解之得,x=0.05,此时浓度商Qc==4.8>K,说明此时反应继续向逆反应方向进行,NO进一步减少, C正确;D项,温度为T2时,=K2=1>0.8,因为正反应是吸热反应,升高温度后化学平衡常数变大,所以T2>T1,D错误。]
8.CO和H2被称为合成气,可以合成很多有机物,用合成气合成甲醛的过程如下:
①H2(g)+CO(g)HCHO(g) ΔH1=a kJ/mol(主反应)
②2H2(g)+CO(g)CH3OH(g) ΔH2=b kJ/mol(副反应)
请回答下列问题: 
(1)根据上述反应,甲醛催化加氢的热化学方程式为______________________
_________________________________________________________________。
(2)根据上述反应,合成甲醛的适合的操作条件为_______________________
_________________________________________________________________。
(3)300 ℃时,在容积为1 L的密闭容器中加入2 mol H2和2 mol CO,随着反应的进行HCHO蒸气的体积分数如图所示。

①0~30 min内,用H2表示该反应的平均反应速率为________mol/(L·min),该温度下合成甲醛反应的平衡常数为________,H2的转化率为________(结果保留三位有效数字)。
②若达到平衡后再通入1 mol CO和1 mol H2,再次达到平衡时,CO的转化率________(填“增大”“减小”或“不变”)。
③若升高温度,该反应的平衡常数减小,则a________0(填“>”或“<”)。
(4)HCHO在一定条件下可以被氧化成,可以和Ca2+结合成CaC2O4沉淀,已知CaC2O4的Ksp为2.57×10-9,用C2O沉淀水中的Ca2+,保证Ca2+沉淀完全(浓度小于1.0×10-5 mol/L),则C2O浓度需大于________ mol/L。将沉淀过滤后,剩余的C2O可以用酸性KMnO4溶液滴定以测定C2O的含量,则滴定过程中发生反应的离子方程式为___________________
_________________________________________________________________。
【解析】 (1)根据盖斯定律,由②式-①式即可得甲醛催化加氢的热化学方程式。
(2)根据题给反应,合成甲醇的反应中CO和H2的化学计量数之比为1∶2,合成甲醛的反应中CO和H2的化学计量数之比为1∶1,故需控制反应物的物质的量之比为1∶1,合成甲醛的温度为300 ℃,合成甲醇的温度为400 ℃,故需控制反应温度为300 ℃。
(3)①设0~30  min内H2的转化浓度为x mol·L-1,则
H2(g)+CO(g)HCHO(g)
起始浓度/(mol·L-1) 2   2      0
转化浓度/(mol·L-1) x   x       x
平衡浓度/(mol·L-1) 2-x  2-x     x
30 min时,HCHO的体积分数为×100%=75%,解得x=,故0~30 min内H2的平均反应速率为≈0.057 1 mol/(L·min),此温度下该反应的平衡常数K==21,H2的转化率为×100%≈85.7%。
②恒温恒容时,再通入1 mol H2和1 mol CO,相当于加压,平衡向正反应方向移动,故CO的转化率增大。
③升高温度,平衡常数减小,说明平衡逆向移动,故正反应为放热反应,则a<0。
(4)欲保证Ca2+沉淀完全,即使其浓度小于1.0×10-5 mol/L,故Qc=c(Ca2+)·c(C2O)>Ksp,故c(C2O)应大于2.57×10-4 mol/L。酸性环境下MnO被还原成Mn2+,C2O被氧化成CO2,用H+保证电荷守恒,用H2O保证H和O的原子守恒。
【答案】 (1)H2(g)+HCHO(g)CH3OH(g) ΔH=(b-a) kJ/mol
(2)控制H2和CO的物质的量之比为1∶1,控制反应温度为300 ℃
(3)①0.057 1 21 85.7% ②增大 ③<
(4)2.57×10-4 16H++5C2O+2MnO===10CO2↑+2Mn2++8H2O
9.氮及其化合物在生产生活中有广泛应用。 
(1)已知下列氨分解反应的活化能Ea1=300 kJ·mol-1。
NH3(g) N2(g)+H2(g) ΔH
反应中相关的化学键的键能数据如下:
化学键	H—H	N≡N	N—H		E/(kJ·mol-1)	436	946	391		由此计算合成氨反应[N2(g)+H2(g)NH3(g)]的活化能Ea2=________kJ·mol-1。
(2)已知:CO可将部分氮的氧化物还原为N2。
反应Ⅰ:2CO(g)+2NO(g)N2(g)+2CO2(g) 
ΔH=-746 kJ·mol-1
反应Ⅱ:4CO(g)+2NO2(g)N2(g)+4CO2(g) 
ΔH=-1 200 kJ·mol-1
在密闭容器中充入5 mol CO和4 mol NO,发生上述反应Ⅰ,如图为平衡时NO的体积分数与温度、压强的关系。

①温度:T1________T2(填“<”或“>”)。
②某温度下,在容积为2 L的密闭容器中,反应进行10 min时放出373 kJ热量,用CO的浓度变化表示的平均反应速率v(CO)=________。
③某温度下,反应达到平衡状态D点时,容器容积为2 L,此时的平衡常数K=________(结果精确到0.01);若在D点对反应容器升温的同时扩大容积使体系压强减小,重新达到的平衡状态可能是图中A~G点中的______点。
(3)某温度时,Ksp(AgNO2)=9.0×10-4、Ksp(Ag2SO4)=4.0×10-5,当向含NO、SO的混合溶液中加入AgNO3溶液至SO恰好完全沉淀(即SO浓度等于1.0×10-5 mol·L-1)时,NO刚好开始形成沉淀,则此时c(NO)=________mol·L-1。
(4)如图,在酸性条件下电解水中的CN-可转化为CO2和N2,请写出阳极的电极反应式:______________________________________________________
_________________________________________________________________。

【解析】 (1)由表中数据可知,反应NH3(g)N2(g)+H2(g)的ΔH=ΣE(反应物)-ΣE(生成物)=(3×391 kJ·mol-1)-(×946 kJ·mol-1+×436 kJ·mol-1)=+46 kJ·mol-1。根据ΔH与正、逆反应的活化能的关系可知,ΔH=Ea1-Ea2=300 kJ·mol-1-Ea2=+46 kJ·mol-1,则有Ea2=300 kJ·mol-1-46 kJ·mol-1=254 kJ·mol-1。
(2)①反应Ⅰ:2CO(g)+2NO(g)N2(g)+2CO2(g)的正反应为气体总分子数减少的放热反应,在一定压强时,升高温度,平衡逆向移动,NO的体积分数增大。由题图可知,压强一定时,温度为T1时NO的体积分数大于T2时,故温度:T1>T2。
②反应Ⅰ进行10 min时放出373 kJ热量,该过程中消耗1 mol CO,则有v(CO)==0.05 mol·L-1·min-1。
③图中D点NO的体积分数为25%,设有2x mol·L-1 NO发生反应,则有
2CO(g)+2NO(g)N2(g)+2CO2(g)
起始/(mol·L-1)2.5   2     0   0
转化/(mol·L-1)2x    2x     x   2x
平衡/(mol·L-1)2.5-2x 2-2x   x   2x
NO的体积分数为=25%,解得x=0.5,则平衡常数K==≈0.22。
若在D点对反应容器升温的同时扩大容积使体系压强减小,则平衡会逆向移动,NO的体积分数增加,重新达到的平衡状态可能是题图中的A点。
(3)Ag2SO4的Ksp(Ag2SO4)=c2(Ag+)·c(SO)=4.0×10-5,混合溶液中加入AgNO3溶液至SO恰好完全沉淀时c(SO)=1.0×10-5 mol·L-1,此时c2(Ag+)=,则有c(Ag+)=2.0 mol·L-1,故溶液中c(NO)== mol·L-1=4.5×10-4 mol·L-1。
(4)在酸性条件下电解水中的CN-,产物为CO2和N2,该过程中CN-发生氧化反应,据此推知,阳极反应式为2CN-+4H2O-10e-===N2↑+2CO2↑+8H+。
【答案】 (1)254
(2)①> ②0.05 mol·L-1·min-1 ③0.22 A
(3)4.5×10-4
(4)2CN-+4H2O-10e-===N2↑+2CO2↑+8H+









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