学年选修4 第2章 化学反应速率和化学平衡 本章测试 2.docx
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学年选修4第2章化学反应速率和化学平衡本章测试2
第2章化学反应速率和化学平衡
1.NH3和纯净的O2在一定条件下发生反应:
4NH3(g)+3O2(g)
2N2(g)+6H2O(g),现向一容积不变的2L密闭容器中充入4molNH3和3molO2,4min后,测得生成的H2O占混合气体体积的40%,则下列表示此段时间内该反应的平均速率不正确的是( )
A.v(N2)=0.125mol·L-1·min-1
B.v(H2O)=0.375mol·L-1·min-1
C.v(O2)=0.225mol·L-1·min-1
D.v(NH3)=0.250mol·L-1·min-1
【答案】C
2.在带有活塞的密闭容器中发生反应:
Fe2O3(s)+3H2(g)
2Fe(s)+3H2O(g),采取下列措施不能加快正反应速率的是( )
A.增加H2O(g)的量
B.保持容器体积不变,增加H2输入量
C.充入N2,保持容器内压强不变
D.升高体系温度
【答案】C
3.在一密闭容器中充入1molH2和1molI2,压强为p(Pa),并在一定温度下使其发生反应:
H2(g)+I2(g)
2HI(g) ΔH<0,下列说法正确的是( )
A.保持容器容积不变,向其中加入1molH2(g),反应速率一定加快
B.保持容器容积不变,向其中加入1molN2(N2不参加反应),反应速率一定加快
C.保持容器内气体压强不变,向其中加入1molN2(N2不参加反应),反应速率一定加快
D.保持容器内气体压强不变,向其中加入1molH2(g)和1molI2(g),反应速率一定加快
【答案】A
【解析】增加反应物的浓度,反应速率加快,A正确;加入氮气,因为容器体积不变,反应体系中各气体的浓度不变,故反应速率不变,B错误;保持压强不变,加入氮气,容器体积增大,反应体系中各气体的浓度减小,反应速率减小,C错误;保持压强不变,再次充入1molH2(g)和1molI2(g),则容器体积增大为原来的2倍,反应体系中各气体的浓度不变,反应速率不变,D错误。
4.一定条件下,通过下列反应可实现燃煤烟气中的硫的回收:
SO2(g)+2CO(g)
2CO2(g)+S(l) ΔH<0。
一定温度下,在容积为2L的恒容密闭容器中1molSO2和nmolCO发生反应,5min后达到平衡,生成2amolCO2。
下列说法正确的是( )
A.反应前2min的平均速率v(SO2)=0.1amol·L-1·min-1
B.当混合气体的物质的量不再改变时,反应达到平衡状态
C.平衡后保持其他条件不变,从容器中分离出部分硫,平衡向正反应方向移动
D.平衡后保持其他条件不变,升高温度和加入催化剂,SO2的转化率均增大
【答案】B
【解析】根据方程式可知,生成2amolCO2的同时,消耗amolSO2,其浓度变化是0.5amol·L-1,所以反应前5min的平均速率v(SO2)=0.5amol·L-1÷5min=0.1amol·L-1·min-1,故前2min的平均速率大于0.1amol·L-1·min-1,A错误;根据方程式可知,该反应是反应前后气体的物质的量减小的可逆反应,因此当混合气体的物质的量不再改变时,可以说明反应达到平衡状态,B正确;S是液体,改变液体的质量,平衡不移动,C错误;该反应是放热反应,升高温度平衡向逆反应方向移动,SO2的转化率降低,催化剂不能改变平衡状态,转化率不变,D错误。
5.在一恒温、恒容的密闭容器中发生反应:
A(s)+2B(g)
C(g)+D(g),当下列物理量不再变化时,能够表明该反应已达到平衡状态的是( )
A.混合气体的压强
B.混合气体的平均相对分子质量
C.A的物质的量浓度
D.气体的总物质的量
【答案】B
6.反应X(g)+Y(g)
2Z(g) ΔH>0,达到平衡时,下列说法不正确的是( )
A.减小容器体积,平衡不移动
B.加入催化剂,Z的产率不变
C.增大c(X),X的转化率增大
D.升高温度,Y的转化率增大
【答案】C
7.将燃煤废气中的CO2转化为二甲醚的反应原理为2CO2(g)+6H2(g)
CH3OCH3(g)+3H2O(g),一定条件下,现有两个体积均为1.0L恒容密闭容器甲和乙,在甲中充入0.1molCO2和0.2molH2,在乙中充入0.2molCO2和0.4molH2,发生上述反应并达到平衡。
该反应中CO2的平衡转化率随温度的变化曲线如图所示。
下列说法正确的是
A.反应2CO2(g)+6H2(g)
CH3OCH3(g)+3H2O(g)的ΔS<0、ΔH>0
B.表示乙容器CO2的平衡转化率随温度变化的是曲线B
C.体系中c(CH3OCH3):
c(CH3OCH3,状态Ⅱ)<2c(CH3OCH3,状态Ⅲ)
D.逆反应速率v逆:
v逆(状态Ⅰ) 【答案】D 【解析】A项,根据方程式可知,该反应的ΔS<0;根据B曲线,升高温度,CO2的平衡转化率减小,平衡逆向移动,则正反应放热,ΔH<0,错误;B项,因起始量乙是甲的二倍,恒温恒容下,乙相当于在甲的基础上增大压强,平衡正向移动,CO2的平衡转化率增大,故A曲线是乙,B曲线为甲,错误;C项,假设在恒温恒压下,乙的初始量是甲的二倍,达到平衡后,c(CH3OCH3,状态Ⅱ)=2c(CH3OCH3,状态Ⅲ),实际上在恒温恒容条件下,乙相当于在甲的基础上增大压强,平衡正向移动,故c(CH3OCH3,状态Ⅱ)>2c(CH3OCH3,状态Ⅲ),错误;D项,随温度升高速率增大,对于B曲线,v逆(状态Ⅰ) 8.下列说法正确的是( ) A.凡是放热反应都是自发的,因为吸热反应都是非自发的 B.自发反应一定是熵增大,非自发反应一定是熵减小 C.常温下,反应C(s)+CO2(g) 2CO(g)不能自发进行,则该反应的ΔH>0 D.反应2Mg(s)+CO2(g)===C(s)+2MgO(s)能自发进行,则该反应的ΔH>0 【答案】C 【解析】反应的自发性取决于熵判据和焓判据,若ΔH<0,ΔS>0,一定能自发,若ΔH>0,ΔS<0,一定不能自发,若ΔH<0,ΔS<0或ΔH>0,ΔS>0,反应能否自发进行取决于温度高低,A、B错误;C项中该反应ΔS>0,若ΔH<0,一定能自发,现常温下不能自发,则说明ΔH>0,正确;D项中反应的ΔS<0,能自发,则说明ΔH<0,错误。 9.在一定条件下,将3molA和1molB两种气体混合于固定容积为2L的密闭容器中,发生如下反应: 3A(g)+B(g) xC(g)+2D(g)。 2min末该反应达到平衡,生成0.8molD,并测得C的浓度为0.2mol·L-1。 下列判断错误的是( ) A.平衡常数约为0.3 B.B的转化率为40% C.A的平均反应速率为0.3mol·L-1·min-1 D.若混合气体的相对分子质量不变则表明该反应达到平衡状态 【答案】A 10.某研究小组在实验室用三份不同初始浓度的氨基甲酸铵(NH2COONH4)溶液在不同温度下进行水解实验: NH2COONH4+2H2O NH4HCO3+NH3·H2O,测得c(NH2COO-)与反应时间的关系如图所示。 据图判断下列说法中正确的是( ) A.0~12min,初始浓度越大的实验,水解反应速率越大 B.c(NH2COO-)将随反应时间的不断延长而不断减小 C.25℃时,0~6min,v(NH2COO-)为0.05mol·L-1·min-1 D.15℃时,第30min时,c(NH2COO-)为2.0mol·L-1 【答案】C 【解析】A项,0~12min,25℃时的水解反应速率最大,错误;B项,随着反应时间的不断延长,反应达到平衡状态后,c(NH2COO-)不再减小,错误;C项,0~6min,v(NH2COO-)==0.05mol·L-1·min-1,正确;D项,随着反应的进行,反应速率不断减小,v(24min~30min) 11.在密闭容器中充入一定量NO2,发生反应2NO2(g) N2O4(g) ΔH=-57kJ·mol-1。 在温度为T1、T2时,平衡体系中NO2的体积分数随压强变化的曲线如图所示。 下列说法正确的是( ) A.a、c两点的反应速率: a>c B.a、b两点NO2的转化率: a C.a、c两点气体的颜色: a深,c浅 D.由a点到b点,可以用加热的方法 【答案】B 【解析】选。 由图象可知,a、c两点都在等温线上,c的压强大,则a、c两点的反应速率: a 12.在容积不变的密闭容器中,一定条件下进行反应: NO(g)+CO(g) N2(g)+CO2(g) ΔH=-373.2kJ·mol-1。 如图曲线a表示该反应过程中,NO的转化率与反应时间的关系, 若改变起始条件,使反应过程按照曲线b进行,可采取的措施是( ) A.加催化剂 B.向密闭容器中加入氩气 C.降低温度D.增大反应物中NO的浓度 【答案】C 【解析】A项,加入催化剂,平衡不移动,错误;B项,向密闭容器中加入氩气,参加反应的气体的浓度不变,平衡不移动,错误;C项,降低温度,反应速率减小,但平衡向正反应方向移动,NO的转化率增大,正确;D项,增大反应物中NO的浓度,反应速率增大,达到平衡所用时间缩短,CO的转化率增大但NO的转化率降低,错误。 13.已知2H2O2(l) 2H2O(l)+O2(g)在催化剂作用下分解速率加快,其能量随反应进程的变化如下图所示。 下列说法不正确的是( ) A.加入催化剂,活化分子百分数增加,反应速率变大 B.加入催化剂,增加了正反应速率,逆反应速率不变 C.降低温度,对逆反应速率影响大 D.增大压强,正反应速率几乎不变,逆反应速率增大 【答案】B 14.已知可逆反应X(g)+Y(g) Z(g)(未配平)。 温度为T0时,在容积固定的容器中发生反应,各物质的浓度随时间变化的关系如图a所示。 其他条件相同,温度分别为T1、T2时发生反应,Z的浓度随时间变化关系如图b所示。 下列叙述正确的是( ) A.发生反应时,各物质的反应速率大小关系为v(X)=v(Y)=2v(Z) B.图a中反应达到平衡时,Y的转化率为37.5% C.温度为T0时,该反应的平衡常数为33.3 D.该反应正反应的反应热ΔH<0 【答案】C 15.以二氧化碳和氢气为原料制取乙醇的反应为2CO2(g)+6H2(g) CH3CH2OH(g)+3H2O(g) ΔH<0。 某压强下的密闭容器中,按CO2和H2的物质的量比为1∶3投料,不同温度下平衡体系中各物质的物质的量百分数(y%)随温度变化如图所示。 下列说法正确的是 A.a点的平衡常数小于b点 B.b点,v正(CO2)=v逆(H2O) C.a点,H2和H2O物质的量相等 D.其他条件恒定,充入更多H2,v(CO2)不变 【答案】C 【解析】选。 从图象可知,温度越高氢气的含量越大,说明反应向逆反应方向移动,即正反应是放热反应,故平衡常数a点>b点,A错误;b点只能说是该温度下,CO2和H2O的浓度相同,b点时H2O的量仍然减小,CO2的量仍然增大,说明没有达到平衡,所以v正(CO2)≠v逆(H2O),B错误;根据图象分析,a点为H2和H2O百分含量的交点,所以二者物质的量相等,C正确;其他条件恒定,充入更多H2,增大反应物的浓度则正反应速率增大,所以v(CO2)也增大,D错误。 16.一定条件下,反应: 6H2(g)+2CO2(g) C2H5OH(g)+3H2O(g)的数据如下图所示。 下列说法正确的是( ) A.该反应的ΔH>0 B.达到平衡时,v正(H2)=v逆(CO2) C.b点对应的平衡常数K值大于a点 D.a点对应的H2的平衡转化率为90% 【答案】D 【解析】A项,升温,CO2的转化率逐渐减小,平衡左移,正反应为放热反应,ΔH<0,错误;B项,应为v正(H2)=3v逆(CO2);C项,升温,平衡左移,b点温度高,其平衡常数小,错误;D项,设生成C2H5OH的量为x, 6H2(g)+2CO2(g) C2H5OH(g)+3H2O(g) 2100 6x2xx3x ×100%=60% x=0.3 所以H2的平衡转化率为 ×100%=90%,正确。 17.石油气“芳构化”是由石油气生产高辛烷值汽油的一种有效生产工艺。 测得反应2C4H10(g) C8H10(g)+5H2(g)在不同温度下的平衡常数变化如下: 温度(℃) 400 450 500 平衡常数K a 6a 40a (1)该反应的正反应是__________(填“吸热”或“放热”)反应。 (2)向2L密闭定容容器中充入2molC4H10,反应10s后测得H2浓度为1mol·L-1,此10s内,以C8H10表示的平均速率为__________。 (3)能表示该反应在恒温恒容密闭容器中t1时刻后已经达到平衡状态的图示是__________(填字母)。 【答案】 (1)吸热 (2)0.02mol·L-1·s-1(3)b、d 18.在恒定温度T℃,2L恒容密闭容器中发生反应aA(g)+bB(g) cC(g),容器中A、B、C物质的量变化如图所示,回答下列问题: (1)该化学方程式中a∶b∶c为________,T℃时该反应的化学平衡常数K 的值为________。 (保留两位小数) (2)0~15min内,B的平均反应速率为________,反应达到平衡时,A的转化率为________。 (3)据图判断,反应进行至20min时,曲线发生变化的原因是___________________(用文字表达),反应重新达到平衡时,A的体积分数将________(填“增大”“减小”或“不变”)。 (4)10min到15min的曲线变化的原因可能是__________________________________。 【答案】 (1)2∶1∶2 0.31 (2)0.0033mol·L-1·min-1 20% (3)增大了B的量 减小 (4)使用了催化剂 19.甲醇是重要的化工原料,又是一种可再生能源,具有广泛的开发和应用前景。 (1)已知反应CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH=-99kJ·mol-1中的相关化学键键能如下: 化学键 H—H C—O C O H—O C—H E(kJ·mol-1) 436 343 x 465 413 则x=________。 (2)在一容积可变的密闭容器中,1molCO与2molH2发生反应: CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH1<0,CO在不同温度下的平衡转化率(α)与压强的关系如图所示。 ①a、b两点的反应速率: v(a)________v(b)(填“>”“<”或“=”) ②T1________T2(填“>”“<”或“=”),原因是_________________________________。 ③在c点条件下,下列叙述能说明上述反应能达到化学平衡状态的是___________(填代号)。 a.H2的消耗速率是CH3OH生成速率的2倍 b.CH3OH的体积分数不再改变 c.混合气体的密度不再改变 d.CO和CH3OH的物质的量之和保持不变 ④计算图中a点的平衡常数Kp=________(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。 【答案】 (1)1076 (2)①< ②< CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)是放热反应,温度升高,平衡逆向移动,CO的平衡转化率减小,故T1 【解析】 (1)ΔH=xkJ·mol-1+2EH—H-(3EC—H+EC—O+EO—H)=xkJ·mol-1+2×436kJ·mol-1-(3×413+343+465)kJ·mol-1=-99kJ·mol-1,解得x=1076。 (2)①观察图象知,当温度为T2时,a点的压强小于b点,则反应速率: v(a) ②当压强为0.5×104kPa时,由T2平衡状态a点到T1平衡状态c点,α(CO)增大,平衡向正反应方向移动,正反应是放热反应,因此T1 ③H2的消耗速率和CH3OH生成速率均为正反应速率,a项错误;随着反应的进行,CH3OH的体积分数逐渐增大,当CH3OH的体积分数不再改变时说明反应达到平衡状态,b项正确;气体总质量不变,随着反应的进行,气体分子数减小,容器的容积减小,混合气体的密度逐渐增大,当混合气体的密度不再改变时说明反应达到平衡状态,c项正确;由碳原子守恒知,CO和CH3OH的物质的量之和始终保持不变,d项错误。 ④据图象a点的α(CO)=0.5 CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) n(起始)/mol120 n(转化)/mol0.510.5 n(平衡)/mol0.510.5 平衡时混合气体的总物质的量为2mol,总压强为0.5×104kPa,则a点的平衡常数Kp= = =1.6×10-7(kPa)-2。 20.氨气在工业上有广泛用途。 请回答以下问题: (1)工业上利用N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0合成氨,某小组为了探究外界条件对该反应的影响,以c0mol·L-1H2参加合成氨反应,在a、b两种条件下分别达到平衡,如图A。 ①相对a而言,b可能改变的条件是________,判断的理由是______________________。 ②a条件下,0~t0的平均反应速率v(N2)=________mol·L-1·min-1。 (2)有人利用NH3和NO2构成电池的方法,既能实现有效消除氮氧化物的排放减少环境污染,又能充分利用化学能进行粗铝的精炼,如图B所示,e极为精铝。 a极通入________气体(填化学式),判断的理由是_____________________________。 (3)某小组往一恒温恒压容器充入9molN2和23molH2模拟合成氨反应,图C为不同温度下平衡混合物中氨气的体积分数与总压强(p)的关系图,若体系在T2、60MPa下达到平衡。 ①能判断N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)达到平衡的是________(填序号)。 a.容器内压强不再发生变化 b.混合气体的密度不再发生变化 c.v正(N2)=3v逆(H2) d.混合气体的平均相对分子质量不再发生变化 ②若T1、T2、T3温度下的平衡常数分别为K1、K2、K3,则K1、K2、K3由大到小的排序为________________。 ③此时N2的平衡分压为________MPa(分压=总压×物质的量分数)。 计算出此时的平衡常数Kp=__________(用平衡分压代替平衡浓度计算,结果保留2位有效数字并带上单位)。 【答案】 (1)①增大c(N2) a、b起始浓度相同,b到达平衡的时间缩短且氢气的转化率增大 ② (2)NO2 e极为精铝,电极上发生还原反应,所以d极发生氧化反应,则a极为正极,正极上二氧化氮得电子生成氮气(3)①b、d ②K1>K2>K3③9 0.043(MPa)-2 【解析】 (1)①a、b氢气起始浓度相同,b到达平衡的时间缩短,说明反应速率增大,平衡时氢气的浓度减小,说明平衡正向移动,所以改变的条件是增大c(N2)。 ②a条件下,0~t0的平均反应速率v(N2)= v(H2)= × =mol·L-1·min-1。 (2)根据图知,e极为精铝,则e极为电解池阴极,d极为阳极,所以a电极是正极、b电极是负极;NH3和NO2构成原电池,负极上失电子发生氧化反应,正极上得电子发生还原反应,原电池中二氧化氮得电子生成氮气,氨气失电子生成氮气,所以a电极上通入的是NO2。 (3)①a.该反应在恒压条件下进行,所以无论反应是否达到平衡状态压强都不变,所以不能据此判断平衡状态,错误;b.恒压条件下,反应前后气体总质量不变但容器体积改变,所以混合气体的密度改变,当混合气体密度不变时该反应达到平衡状态,正确;c.当3v正(N2)=v逆(H2)时说明正逆反应速率相等,该反应达到平衡状态,错误;d.反应前后混合气体质量不变,但气体总物质的量减小,所以混合气体相对分子质量增加,当混合气体的平均相对分子质量不再发生变化时,正逆反应速率相等,反应达到平衡状态,正确。 ②相同压强下,升高温度平衡逆向移动,氨气的体积分数减小,根据图知,温度T1 ③若体系在T2、60MPa下达到平衡,相同温度下,气体的体积分数等于其物质的量分数,设平衡时n(NH3)=xmol, N2(g)+ 3H2(g) 2NH3(g) 开始物质的量(mol)9230 转化物质的量(mol)0.5x1.5xx 平衡物质的量(mol)9-0.5x23-1.5xx 平衡时氨气体积分数= ×100%=60%,x=12, 则氮气的分压为 ×60MPa=9MPa,氨气的分压为60%×60MPa=36MPa,氢气分压为60MPa-9MPa-36MPa=15MPa,此时的平衡常数Kp= ≈0.043(MPa)-2。
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