济南备战高考化学化学反应的速率与限度推断题综合经典题.docx
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济南备战高考化学化学反应的速率与限度推断题综合经典题
济南备战高考化学化学反应的速率与限度推断题综合经典题
一、化学反应的速率与限度练习题(含详细答案解析)
1.在一定体积的密闭容器中,进行如下反应:
CO2(g)+H2(g)
CO(g)+H2O(g),其化学平衡常数K和温度t的关系如下表所示:
t℃
700
800
830
1000
1200
K
0.6
0.9
1.0
1.7
2.6
回答下列问题:
(1)该反应化学平衡常数的表达式:
K=___;
(2)该反应为___(填“吸热”或“放热”)反应;
(3)下列说法中能说明该反应达平衡状态的是___;
A.容器中压强不变
B.混合气体中c(CO)不变
C.混合气体的密度不变
D.c(CO)=c(CO2)
E.化学平衡常数K不变
F.单位时间内生成CO的分子数与生成H2O的分子数相等
(4)某温度下,各物质的平衡浓度符合下式:
c(CO2)×c(H2)=c(CO)×c(H2O),试判此时的温度为___。
【答案】
吸热BE830℃
【解析】
【分析】
(1)化学平衡常数等于生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值;
(2)随温度升高,平衡常数增大,说明升高温度平衡正向移动;
(3)根据平衡标志判断;
(4)某温度下,c(CO2)×c(H2)=c(CO)×c(H2O),即K=
=1;
【详解】
(1)根据平衡常数的定义,该反应化学平衡常数的表达式K=
(2)随温度升高,平衡常数增大,说明升高温度平衡正向移动,所以正反应为吸热反应;
(3)A.CO2(g)+H2(g)
CO(g)+H2O(g)反应前后气体系数和相等,容器中压强是恒量,压强不变,不一定平衡,故不选A;
B.根据化学平衡定义,浓度不变一定平衡,所以混合气体中c(CO)不变一定达到平衡状态,故选B;
C.反应前后气体质量不变、容器体积不变,根据
,混合气体的密度是恒量,混合气体的密度不变,反应不一定平衡,故不选C;
D.反应达到平衡时,浓度不再改变,c(CO)=c(CO2)不能判断浓度是否改变,所以反应不一定平衡,故不选D;
E.正反应吸热,温度是变量,平衡常数只与温度有关,化学平衡常数K不变,说明温度不变,反应一定达到平衡状态,故选E;
F.单位时间内生成CO的分子数与生成H2O的分子数相等,不能判断正逆反应速率是否相等,反应不一定平衡,故不选F;
(4)某温度下,c(CO2)×c(H2)=c(CO)×c(H2O),即K=
=1,根据表格数据,此时的温度为830℃。
2.在一固定容积的密闭容器中进行着如下反应:
CO2(g)+H2(g)
CO(g)+H2O(g),其平衡常数K和温度t的关系:
t℃
700
800
850
1000
1200
K
2.6
1.7
1.0
0.9
0.6
(1)K的表达式为:
_________;
(2)该反应的正反应为_________反应(“吸热”或“放热”);
(3)下列选项中可作为该反应在850℃时已经达到化学平衡状态的标志的是:
_________。
A.容器中压强不再变化B.混合气体中CO浓度不再变化
C.混合气体的密度不再变化D.c(CO2)=c(CO)=c(H2)=c(H2O)
(4)当温度为850℃,某时刻测得该温度下的密闭容器中各物质的物质的量见表:
CO
H2O
CO2
H2
0.5mol
8.5mol
2.0mol
2.0mol
此时上述的反应中正、逆反应速率的关系式是_________(填代号)。
A.v(正)>v(逆)B.v(正)<v(逆)C.v(正)=v(逆)D.无法判断
(5)在700℃通过压缩体积增大气体压强,则该反应中H2(g)的转化率_________(“增大”、“减小”或“不变”);工业生产中,通过此方法使容器内气体压强增大以加快反应,却意外发现H2(g)的转化率也显著提高,请你从平衡原理解释其可能原因是__________________________________________。
Ⅱ.设在容积可变的密闭容器中充入10molN2(g)和10molH2(g),反应在一定条件下达到平衡时,NH3的体积分数为0.25。
(6)求该条件下反应N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)的平衡常数__________。
(设该条件下,每1mol气体所占的体积为VL)上述反应的平衡时,再充入10mol的N2,根据计算,平衡应向什么方向移动?
[需按格式写计算过程,否则答案对也不给分]__________。
【答案】
放热B、DB不变压强增大使水蒸气液化,平衡向右移动8V2(mol·L-1)-2平衡向逆反应方向移动
【解析】
【分析】
根据平衡常数随温度的变化规律分析反应的热效应,根据化学平衡状态的特征分析达到化学平衡状态的标志,根据平衡移动原理分析化学平衡影响化学平衡移动的因素,根据浓度商与平衡常数的关系分析平衡移动的方向。
【详解】
(1)根据化学平衡常数的定义,可以写出该反应的K的表达式为
;
(2)由表中数据可知,该反应的平衡常数随着温度的升高而减小,说明升高温度后化学平衡向逆反应方向移动,故该反应的正反应为放热反应;
(3)A.该反应在建立化学平衡的过程中,气体的分子数不发生变化,故容器内的压强也保持不变,因此,无法根据容器中压强不再变化判断该反应是否达到平衡;
B.混合气体中CO浓度不再变化,说明正反应速率等于逆反应速率,该反应达到化学平衡状态;
C.由于容器的体积和混合气体的质量在反应过程中均保持不变,故混合气体的密度一直保持不变,因此,无法根据混合气体的密度不再变化判断该反应是否到达化学平衡状态;
D.由表中数据可知,该反应在850℃时K=1,当c(CO2)=c(CO)=c(H2)=c(H2O)时,
=1=K,故可以据此判断该反应到达化学平衡状态。
综上所述,可以作为该反应在850℃时已经达到化学平衡状态的标志的是B、D。
(4)当温度为850℃,由于反应前后气体的分子数不变,故可以根据某时刻该温度下的密闭容器中各物质的物质的量的数据求出Qc=
=
>1(该温度下的平衡常数),因此,此时上述的反应正在向逆反应方向进行,故v(正)<v(逆),选B。
(5)在700℃通过压缩体积增大气体压强,由于反应前后气体的分子数不变,则该化学平衡不移动,故H2(g)的转化率不变;工业生产中,通过此方法使容器内气体压强增大以加快反应,却意外发现H2(g)的转化率也显著提高,根据平衡移动原理分析,其可能原因是:
压强增大使水蒸气液化,正反应成为气体分子数减少的方向,故化学平衡向右移动。
Ⅱ.(6)在容积可变的密闭容器中充入10molN2(g)和10molH2(g),反应在一定条件下达到平衡时,NH3的体积分数为0.25。
设氮气的变化量为xmol,则氢气和氨气的变化量分别为3x和2x,
,解之得x=2,则N2(g)、H2(g)、NH3(g)的平衡量分别为8mol、4mol、4mol。
由于该条件下每1mol气体所占的体积为VL,则在平衡状态下,气体的总体积为16VL,故该条件下该反应的平衡常数为
8V2(mol·L-1)-2。
上述反应平衡时,再充入10mol的N2,则容器的体积变为26VL,此时,Qc=
9.4V2(mol·L-1)-2>K,故平衡向逆反应方向移动。
3.Ⅰ.某实验小组对H2O2的分解做了如下探究。
下表是该实验小组研究影响H2O2分解速率的因素时记录的一组数据,将质量相同但状态不同的MnO2分别加入盛有15mL5%的H2O2溶液的大试管中,并用带火星的木条测试,结果如下:
MnO2
触摸试管情况
观察结果
反应完成所需的时间
粉末状
很烫
剧烈反应,带火星的木条复燃
3.5min
块状
微热
反应较慢,火星红亮但木条未复燃
30min
(1)写出上述实验中发生反应的化学方程式:
_______________________________。
(2)实验结果表明,催化剂的催化效果与________有关。
(3)某同学在10mLH2O2溶液中加入一定量的二氧化锰,放出气体的体积(标准状况)与反应时间的关系如图所示,则A、B、C三点所表示的即时反应速率最慢的是______。
Ⅱ.某反应在体积为5L的恒容密闭容器中进行,在0~3分钟内各物质的量的变化情况如下图所示(A,B,C均为气体,且A气体有颜色)。
(4)该反应的的化学方程式为________________。
(5)反应开始至2分钟时,B的平均反应速率为____。
(6)下列措施能使该反应加快的是__(仅改变一个条件)。
a.降低温度b.缩小容积c.使用效率更高更合适的催化剂
(7)能说明该反应已达到平衡状态的是___________(填序号)。
①单位时间内生成nmolB的同时生成2nmolC
②单位时间内生成nmolB的同时生成2nmolA
③容器内压强不再随时间而发生变化的状态
④用C、A、B的物质的量浓度变化表示的反应速率的比为2:
2:
1的状态
⑤混合气体的颜色不再改变的状态
⑥混合气体的密度不再改变的状态
⑦v逆(A)=v正(C)
(8)由图求得平衡时A的转化率为__________。
【答案】2H2O2
2H2O+O2↑催化剂的颗粒大小C2A+B
2C0.1mol·(L·min)-1bc①③⑤⑦40%
【解析】
【分析】
【详解】
Ⅰ.
(1)在催化剂二氧化锰的作用下双氧水分解生成氧气和水,发生反应的化学方程式为2H2O2
2H2O+O2↑。
(2)根据表中数据可知粉末状的二氧化锰催化效果好,即实验结果表明,催化剂的催化效果与催化剂的颗粒大小有关。
(3)曲线斜率越大,反应速率越快,则A、B、C三点所表示的即时反应速率最慢的是C点。
Ⅱ.(4)根据图像可知2min时各物质的物质的量不再发生变化,此时A和B分别减少2mol、1mol,C增加2mol,因此该反应的的化学方程式为2A+B
2C。
(5)反应开始至2分钟时,B的平均反应速率为
=0.1mol·(L·min)-1。
(6)a.降低温度,反应速率减小,a错误;b.缩小容积,压强增大,反应速率加快,b正确;c.使用效率更高更合适的催化剂,反应速率加快,c正确;答案选bc;
(7)①单位时间内生成nmolB的同时生成2nmolC表示正、逆反应速率相等,能说明;②单位时间内生成nmolB的同时生成2nmolA均表示逆反应速率,不能说明;③正反应体积减小,容器内压强不再随时间而发生变化的状态能说明;④用C、A、B的物质的量浓度变化表示的反应速率的比为2:
2:
1的状态不能说明;⑤混合气体的颜色不再改变的状态,说明A的浓度不再发生变化,能说明;⑥密度是混合气的质量和容器容积的比值,在反应过程中质量和容积始终是不变的,因此混合气体的密度不再改变的状态不能说明;⑦v逆(A)=v正(C)表示正逆反应速率相等,能说明;答案选①③⑤⑦;
(8)由图求得平衡时A的转化率为2/5×100%=40%。
【点睛】
平衡状态的判断是解答的易错点,注意可逆反应达到平衡状态有两个核心的判断依据:
①正反应速率和逆反应速率相等。
②反应混合物中各组成成分的百分含量保持不变。
只要抓住这两个特征就可确定反应是否达到平衡状态,对于随反应的发生而发生变化的物理量如果不变了,即说明可逆反应达到了平衡状态。
判断化学反应是否达到平衡状态,关键是看给定的条件能否推出参与反应的任一物质的物质的量不再发生变化。
4.在2L密闭容器内,800℃时反应2NO(g)+O2(g)→2NO2(g)体系中,n(NO)随时间的变化如表:
时间/s
0
1
2
3
4
5
n(NO)/mol
0.020
0.010
0.008
0.007
0.007
0.007
(1)上述反应_____(填“是”或“不是”)可逆反应。
(2)如图所示,表示NO2变化曲线的是____。
用O2表示0~1s内该反应的平均速率v=____。
(3)能说明该反应已达到平衡状态的是____(填字母)。
a.v(NO2)=2v(O2)b.容器内压强保持不变
c.v逆(NO)=2v正(O2)d.容器内密度保持不变
【答案】是b0.0025mol/(L·s)bc
【解析】
【分析】
(1)从表中数据可看出,反应进行3s后,n(NO)始终保持不变,从而可确定上述反应是否为可逆反应。
(2)利用图中数据,结合化学反应,可确定表示NO2变化的曲线。
从表中数据可以得出,0~1s内,∆n(NO)=0.01mol,则可计算出用O2表示0~1s内该反应的平均速率v。
(3)a.不管反应进行到什么程度,总有v(NO2)=2v(O2);
b.因为反应前后气体分子数不等,所以平衡前容器内压强始终发生改变;
c.v逆(NO)=2v正(O2)表示反应方向相反,且数值之比等于化学计量数之比;
d.容器内气体的质量不变,容器的体积不变,所以容器内密度保持不变。
【详解】
(1)从表中数据可看出,反应进行3s后,n(NO)=0.007mol,且始终保持不变,从而可确定上述反应是可逆反应。
答案为:
是;
(2)从图中可看出,∆n(NO)=0.007mol,结合化学反应,可确定∆n(NO2)=0.007mol,从而确定表示NO2变化的是曲线b。
从表中数据可以得出,0~1s内,∆n(NO)=0.01mol,则可计算出用O2表示0~1s内该反应的平均速率v=
=0.0025mol/(L·s)。
答案为:
b;0.0025mol/(L·s);
(3)a.不管反应进行到什么程度,总有v(NO2)=2v(O2),所以不一定达平衡状态,a不合题意;
b.因为反应前后气体分子数不等,所以平衡前容器内压强始终发生改变,当压强不变时,反应达平衡状态,b符合题意;
c.v逆(NO)=2v正(O2)表示反应方向相反,且数值之比等于化学计量数之比,则此时反应达平衡状态,c符合题意;
d.容器内气体的质量不变,容器的体积不变,所以容器内密度保持不变,所以当密度不变时,反应不一定达平衡状态,d不合题意;
故选bc。
答案为:
bc。
【点睛】
用体系的总量判断平衡状态时,应分析此总量是常量还是变量,常量不能用来判断平衡状态,变量不变时反应达平衡状态。
5.将气体A、B置于固定容积为2L的密闭容器中,发生如下反应:
3A(g)+B(g)⇌2C(g)+2D(g),反应进行到10s末,达到平衡,测得A的物质的量为1.8mol,B的物质的量为0.6mol,C的物质的量为0.8mol。
(1)用C表示10s内反应的平均反应速率为_____________。
(2)反应前A的物质的量浓度是_________。
(3)10s末,生成物D的浓度为________。
(4)平衡后,若改变下列条件,生成D的速率如何变化(填“增大”、“减小”或“不变”):
①降低温度____;②增大A的浓度_____;③恒容下充入氖气________。
(5)下列叙述能说明该反应已达到化学平衡状态的是(填标号)_________。
A.v(B)=2v(C)
B.容器内压强不再发生变化
C.A的体积分数不再发生变化
D.器内气体密度不再发生变化
E.相同时间内消耗nmol的B的同时生成2nmol的D
(6)将固体NH4I置于密闭容器中,在某温度下发生下列反应:
NH4I(s)⇌NH3(g)+HI(g),2HI(g)⇌H2(g)+I2(g)。
当反应达到平衡时,c(H2)=0.5mol·L−1,c(HI)=4mol·L−1,则NH3的浓度为_______________。
【答案】0.04mol/(L∙s)1.5mol/L0.4mol/L减小增大不变C5mol·L−1
【解析】
【分析】
【详解】
(1)由题可知,10s内,C的物质的量增加了0.8mol,容器的容积为2L,所以用C表示的反应速率为:
;
(2)由题可知,平衡时A的物质的量为1.8mol,且容器中C的物质的量为0.8mol;又因为发生的反应方程式为:
,所以反应过程中消耗的A为1.2mol,那么初始的A为3mol,浓度即1.5mol/L;
(3)由于初始时,只向容器中加入了A和B,且平衡时生成的C的物质的量为0.8mol,又因为C和D的化学计量系数相同,所以生成的D也是0.8mol,那么浓度即为0.4mol/L;
(4)①降低温度会使反应速率下降,所以生成D的速率减小;
②增大A的浓度会使反应速率增大,生成D的速率增大;
③恒容条件充入惰性气体,与反应有关的各组分浓度不变,反应速率不变,因此生成D的速率也不变;
(5)A.由选项中给出的关系并不能推出正逆反应速率相等的关系,因此无法证明反应处于平衡状态,A项错误;
B.该反应的气体的总量保持不变,由公式
,恒温恒容条件下,容器内的压强恒定与是否平衡无关,B项错误;
C.A的体积分数不变,即浓度不再变化,说明该反应一定处于平衡状态,C项正确;
D.根据公式:
,容器内气体的总质量恒定,总体积也恒定,所以密度为定值,与是否平衡无关,D项错误;
E.消耗B和生成D的过程都是正反应的过程,由选项中的条件并不能证明正逆反应速率相等,所以不一定平衡,E项错误;
答案选C;
(6)由题可知,NH4I分解产生等量的HI和NH3;HI分解又会产生H2和I2;由于此时容器内c(H2)=0.5mol/L,说明HI分解生成H2时消耗的浓度为0.5mol/L×2=1mol/L,又因为容器内c(HI)=4mol/L,所以生成的HI的总浓度为5mol/L,那么容器内NH3的浓度为5mol/L。
【点睛】
通过反应速率描述可逆反应达到平衡状态,若针对于同一物质,则需要有该物质的生成速率与消耗速率相等的关系成立;若针对同一侧的不同物质,则需要一种描述消耗的速率,另一种描述生成的速率,并且二者之比等于相应的化学计量系数比;若针对的是方程式两侧的不同物质,则需要都描述物质的生成速率或消耗速率,并且速率之比等于相应的化学计量系数比。
6.“一碳化学”是指以含一个碳原子的化合物(如CO2、CO、CH4、CH3OH等)为初始反应物,合成一系列重要的化工原料和燃料的化学。
(1)以CO2和NH3为原料合成尿素是利用CO2的成功范例。
在尿素合成塔中的主要反应可表示如下:
反应I:
2NH3(g)+CO2(g)
NH2COONH4(s)∆H1
反应II:
NH2COONH4(s)
CO(NH2)2(s)+H2O(g)∆H2=+72.49kJ/mol
总反应:
2NH3(g)+CO2(g)
CO(NH2)2(s)+H2O(g)∆H3=-86.98kJ/mol
请回答下列问题:
①反应I的∆H1=__kJ/mol。
②反应II一般在__(填“高温或“低温")条件下有利于该反应的进行。
③一定温度下,在体积固定的密闭容器中按计量比投料进行反应I,下列能说明反应达到了平衡状态的是__(填字母序号)。
A.混合气体的平均相对分子质量不再变化
B.容器内气体总压强不再变化
C.2v正(NH3)=v逆(CO2)
D.容器内混合气体的密度不再变化
(2)将CO2和H2按物质的量之比为1:
3充入一定体积的密闭容器中,发生反应:
CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)∆H。
测得CH3OH的物质的量在不同温度下随时间的变化关系如图所示。
①根据图示判断∆H__0(填“>”或“<”)。
②一定温度下,在容积均为2L的两个密闭容器中,按如下方式加入反应物,10min后达到平衡。
容器
甲
乙
反应物投入量
1molCO2、3molH2
amolCO2、bmolH2
cmolCH3OH(g)、cmolH2O(g)(a、b、c均不为零)
若甲容器平衡后气体的压强为开始时的0.8倍,则反应10min内甲容器中以CH3OH(g)表示的化学反应速率为__,此温度下的化学平衡常数为__(保留两位小数);要使平衡后乙容器与甲容器中相同组分的体积分数相等,且起始时维持化学反应向逆反应方向进行,则乙容器中c的取值范围为__。
(3)氢气可将CO2还原为甲烷,反应为CO2(g)+4H2(g)
CH4(g)+2H2O(g)。
ShyamKattel等结合实验与计算机模拟结果,研究了在Pt/SiO2催化剂表面上CO2与H2的反应历程,前三步历程如图所示其中吸附在Pt/SiO2催化剂表面用“·”标注,Ts表示过渡态。
物质吸附在催化剂表面,形成过渡态的过程会__(填“放出热量”或“吸收热量”);反应历程中最小能垒(活化能)步骤的化学方程式为__。
【答案】-159.47高温BD<0.02mol·L-1·min-10.180.4 OH+ H==H2O(g) 【解析】 【分析】 (1)①根据盖斯定律计算反应I的∆H1; ②根据复合判据 分析。 ③根据平衡标志分析; (2)①由图象可知,T2温度下反应速率快,所以T2>T1;升高温度,平衡时甲醇的物质的量减小; ②利用三段式计算反应速率和平衡常数;利用极值法判断c的取值范围; (3)根据图象可知,吸附态的能量小于过渡态;活化能最小的过程是 CO、 OH、 H+3H2(g)生成 CO+3H2(g)+H2O。 【详解】 (1)①反应I: 2NH3(g)+CO2(g) NH2COONH4(s)∆H1 反应II: NH2COONH4(s) CO(NH2)2(s)+H2O(g)∆H2=+72.49kJ/mol 根据盖斯定律I+II得总反应: 2NH3(g)+CO2(g) CO(NH2)2(s)+H2O(g)∆H3=-86.98kJ/mol,所以∆H1=-86.98kJ/mol-72.49kJ/mol=-159.47kJ/mol; ②NH2COONH4(s) CO(NH2)2(s)+H2O(g)∆H>0,气体物质的量增大∆S>0,根据复合判据 ,一般在高温条件下有利于该反应的进行; ③A.在体积固定的密闭容器中按计量比投料进行反应,容器中气体物质始终是NH3(g)、CO2且物质的量比等于2: 1,所以混合气体的平均相对分子质量是定值,平均相对分子质量不再变化,不一定平衡,故不选A; B.体积固定,正反应气体物质的量减小,所以压强是变量,容器内气体总压强不再变化,一定达到平衡状态,故选B; C.反应达到平衡状态时,正逆反应的速率比等于系数比,v正(NH3)=2v逆(CO2)时达到平衡状态,2v正(NH3)=v逆(CO2)时反应没有达到平衡状态,故不选C; D.体积固定,气体质量减小,密度是变量,若容器内混合气体的密度不再变化,一定达到平衡状态,故选D; 答案选BD; (2)①由图象可知,T2温度下反应速率快,所以T2>T1;升高温度,平衡时甲醇的物质的量减小,即升高温度平衡逆向移动,∆H<0; ②设达到平衡是,CO2转化了xmol/L,根据三等式,有: 甲容器平衡后气体的压强为开始时的0.8倍,则 ,x=0.2;反应10min内甲容器中以CH3OH(g)表示的化学反应速率为 0.02mol·L-1·min-1,此温度下的化学平衡常数为 0.18; 平衡后乙容器与甲容器中相同组分的体积分数相等,说明甲乙的平衡是等效的。 该反应
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