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上海卷)据报道,在300℃、70MPa下由二氧化碳和氢气合成乙醇已成为现实。
2CO2(g)+6H2(g)CH3CH2OH(g)+3H2O(g)
下列叙述错误的是( )
A.使用Cu-Zn-Fe催化剂可大大提高生产效率
B.反应需在300℃进行可推测该反应是吸热反应
C.充入大量CO2气体可提高H2的转化率
D.从平衡混合气体中分离出CH3CH2OH和H2O可提高CO2和H2的利用率
答案 B
解析 本题考查化学反应速率和化学平衡,意在考查考生对化学平衡移动原理的理解和应用能力。
使用催化剂可以加快反应速率,从而提高生产效率,A项正确;
仅仅根据反应发生所需温度,不能判断反应的热效应,B项错误;
充入大量CO2气体,平衡向正反应方向移动,H2的转化率增大,C项正确;
从平衡混合气体中分离出CH3CH2OH和H2O,反应不断向正反应方向进行,CO2和H2的利用率增大,D项正确。
5.(2011·
南昌一中)一定条件下,体积为10L的密闭容器中,1molX和1molY进行反应:
2X(g)+Y(g)Z(g),经60s达到平衡,生成0.3molZ。
下列说法正确的是( )
A.以X浓度变化表示的反应速率为0.001mol/(L·
s)
B.将容器体积变为20L,Z的平衡浓度变为原来的1/2
C.若增大压强,则物质Y的转化率减小
D.若升高温度,X的体积分数增大,则该反应的ΔH>
解析 生成0.3molZ,则消耗X0.6mol,以X表示的反应速率为:
=0.001mol/(L·
s),故A正确;
B项,容器体积扩大一倍,如果平衡不移动,Z的浓度变为原来的1/2,但容器体积扩大,相当于减小压强,平衡向逆反应方向移动,Z的平衡浓度小于原来的1/2;
C项,增大压强,平衡向正反应方向移动,则Y的转化率增大,不正确;
D项,若升温后X的体积分数增大,平衡向逆反应方向移动,则正反应为放热反应,即ΔH<
0,不正确。
6.在两个恒容的密闭容器中进行下列两个可逆反应:
(甲)C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g);
(乙)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)。
现有下列状态:
①混合气体平均相对分子质量不再改变 ②恒温时,气体压强不再改变 ③各气体组分浓度相等 ④断裂氢氧键的速率等于断裂氢氢键速率的2倍 ⑤混合气体密度不变 ⑥单位时间内,消耗水蒸气的质量与生成氢气的质量比为9∶1 ⑦同一时间内,水蒸气消耗的物质的量等于氢气消耗的物质的量
其中能表明甲、乙容器中反应都达到平衡状态的是( )
A.①②⑤B.③④⑥
C.①⑥⑦D.④⑦
解析 甲容器中,碳为固态,该可逆反应属于气体体积不相等的反应;
乙容器中,反应属于等气体分子数的反应,气体相对分子质量、密度、压强都始终不变, ①②⑤错误;
各组分浓度相等,不能判断反应是否都达到了平衡状态,③错误。
断裂氢氧键速率等于断裂氢氢键速率的2倍,经转化,得氢氧键的断裂速率等于生成氢氧键的速率,④正确;
消耗水蒸气与生成氢气是同一反应方向,⑥错误;
消耗氢气的物质的量等于同时生成水蒸气的物质的量,经转化得消耗氢气的物质的量等于生成氢气的物质的量,⑦正确。
7.(2011·
浙江)高温、催化剂条件下,某反应达到平衡,平衡常数K=
。
恒容时,温度升高,H2浓度减小。
A.该反应的焓变为正值
B.恒温恒容下,增大压强,H2浓度一定减小
C.升高温度,逆反应速率减小
D.该反应的化学方程式为CO+H2O
CO2+H2
解析 因为该可逆反应的化学平衡常数K=
,可得出该反应的化学方程式为CO2(g)+H2(g)
CO(g)+H2O(g),D项错误;
由于恒容时,温度升高,氢气浓度减小,说明平衡向正反应方向移动,故正反应为吸热反应,即焓变为正值,A项正确;
该反应为反应前后体积不变的反应,恒温恒容下,如充入惰性气体使压强增大,H2浓度不变,B项错误;
升高温度,正、逆反应速率都增大,C项错误。
8.(2011·
荷泽)合成氨反应:
N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4kJ·
mol-1,在反应过程中,正反应速率的变化如下图:
A.t1时升高了温度B.t2时使用了催化剂
C.t3时增大了压强D.t4时降低了温度
解析 升温正逆反应速率同时升高,但由于该反应是放热反应,逆反应的速率增加的幅度更大一些,A不对;
加压,正逆反应速率同时增加,C不对;
降温,正逆反应速率瞬间即降低,D不对。
9.已知:
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-49.0kJ·
mol-1。
一定条件下,向体积为1L的密闭容器中充入1molCO2和3molH2,测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化曲线如图所示。
下列叙述中,正确的是( )
A.升高温度能使
增大
B.反应达到平衡状态时,CO2的平衡转化率为75%
C.3min时,用CO2的浓度表示的正反应速率等于用CH3OH的浓度表示的逆反应速率
D.从反应开始到平衡,H2的平均反应速率v(H2)=0.075mol·
L-1·
min-1
解析 该反应ΔH<
0,为放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,n(CH3OH)减小,n(CO2)增大,
减小,A错;
反应达平衡时,CO2的转化率为
×
100%=75%,B对;
3min时,c(CH3OH)=c(CO2),由于3min后c(CH3OH)增大,c(CO2)减小,即v正>
v逆,因此用CO2的浓度表示的正反应速率大于用CH3OH的浓度表示的逆反应速率,C错;
0~10min内,v(CO2)=
=0.075mol·
min-1,根据同一反应中用不同物质表示的反应速率之比等于化学计量数之比,v(H2)=3v(CO2)=0.225mol·
min-1,D错。
10.(2011·
湖南)在一个容积为VL的密闭容器中,放入2LA(g)和1LB(g),在一定条件下发生下列反应:
3A(g)+B(g)nC(g)+2D(g)。
达到平衡后,A物质的量浓度减小
,混合气的平均摩尔质量增大
,则该反应的化学方程式中n的值是( )
A.1B.2
C.3D.4
解析 混合气的平均摩尔质量=
,在密闭容器中,气体的质量不变,混合气体的平均摩尔质量增大,则n总减小,故n值只能为1,故选A。
11.(2011·
福建卷)25℃时,在含有Pb2+、Sn2+的某溶液中,加入过量金属锡(Sn),发生反应:
Sn(s)+Pb2+(aq)Sn2+(aq)+Pb(s),体系中c(Pb2+)和c(Sn2+)变化关系如图所示。
下列判断正确的是( )
A.往平衡体系中加入金属铅后,c(Pb2+)增大
B.往平衡体系中加入少量Sn(NO3)2固体后,c(Pb2+)变小
C.升高温度,平衡体系中c(Pb2+)增大,说明该反应ΔH>
D.25℃时,该反应的平衡常数K=2.2
解析 本题考查化学平衡知识及考生运用平衡移动原理分析平衡移动方向等问题的能力。
由于固体量改变不会引起平衡的移动,A项错误;
加入固体Sn(NO3)2后,溶液中c(Sn2+)增大,平衡向左移动,从而使c(Pb2+)增大,B项错误;
升高温度时c(Pb2+)增大,表明平衡向左移动,逆反应吸热,正反应的ΔH<
0,C项错误;
由图像中平衡时两种离子的浓度及平衡常数表达式知,25℃时该反应的平衡常数为2.2,D项正确。
12.(2011·
四川卷)可逆反应①X(g)+2Y(g)2Z(g)、②2M(g)N(g)+P(g)分别在密闭容器的两个反应室中进行,反应室之间有无摩擦、可滑动的密封隔板。
反应开始和达到平衡状态时有关物理量的变化如图所示:
A.反应①的正反应是吸热反应
B.达平衡(Ⅰ)时体系的压强与反应开始时体系的压强之比为14∶15
C.达平衡(Ⅰ)时,X的转化率为
D.在平衡(Ⅰ)和平衡(Ⅱ)中,M的体积分数相等
解析 本题考查化学平衡知识,题目通过三种情况下隔板的位置变化并结合平衡移动原理考查平衡移动、转化率、反应热等,具有很强的选拔功能。
选项A,比较平衡(Ⅰ)、(Ⅱ),降温时隔板向左移动,说明反应①平衡向右移动,故反应①的正反应为放热反应。
选项B,从反应开始至平衡(Ⅰ)时,隔板右边体系中气体的总物质的量不变,体积由2个单位扩大至2.2个单位,则达平衡(Ⅰ)时体系的压强与反应开始时体系的压强之比为2∶2.2=10∶11。
选项C,设平衡(Ⅰ)时反应①气体总物质的量为xmol,平衡(Ⅰ)时隔板两边压强相等,相同压强下,物质的量与体积成正比,则有
=
,解得x=
,则X的转化率为
选项D,由于体系温度变化,所以平衡(Ⅰ)、(Ⅱ)中M的含量不可能相等。
二、非选择题
13.(2011·
浙江)合成氨工业的核心反应是:
N2(g)+3H2(g)
2NH3(g) ΔH=QkJ·
反应过程中能量变化如图所示,回答下列问题:
(1)在反应体系中加入催化剂,反应速率增大,E1和E2的变化是:
E1________,E2________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(2)在500℃、2×
107Pa和催化剂条件下向一密闭容器中充入0.5molN2和1.5molH2,充分反应后,放出的热量________(填“<
”、“>
”或“=”)46.2kJ,理由是_________________________________________________________________________________________。
(3)关于该反应的下列说法中,正确的是________。
A.ΔH>
0,ΔS>
0B.ΔH>
0,ΔS<
C.ΔH<
0D.ΔH<
(4)将一定量的H2(g)和N2(g)放入1L密闭容器中,在500℃、2×
107Pa下达到平衡,测得N2为0.10mol,H2为0.30mol,NH3为0.10mol。
则该条件下达到平衡时H2转化为NH3的转化率为________。
该温度下的平衡常数K的值为________。
若升高温度,K值________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(5)在上述(4)反应条件的密闭容器中,欲提高合成氨的转化率,下列措施可行的是________(填字母)。
A.向容器中按原比例再充入原料气
B.向容器中再充入惰性气体
C.改变反应的催化剂
D.分离出氨
答案
(1)减小 减小
(2)<
此反应为可逆反应,0.5molN2和1.5molH2不可能完全反应,所以放热小于46.2kJ
(3)D (4)33.3% 3.7 减小 (5)AD
解析
(1)在反应体系中加入催化剂,降低了活化能,故E1和E2均减小。
(3)根据题给的图像可以看出合成氨的反应为放热反应,故ΔH<
0;
又因为合成氨的反应为气体体积减小的反应,故ΔS<
所以选D。
(4)根据三段法进行计算:
N2(g)+3H2(g)2NH3(g)
起始浓度(mol/L):
0.150.450
改变浓度(mol/L):
0.050.150.10
平衡浓度(mol/L):
0.100.300.10
故达到平衡时H2的转化率为0.05/0.15×
100%=33.3%。
该温度下,平衡常数K=
=3.7;
若升高温度,平衡向逆反应方向移动,故K值将减小。
(5)向容器中按原比例再充入原料气,相当于增大压强,平衡正向移动;
分离出氨气,平衡正向移动;
而向容器中再充入惰性气体、改变反应的催化剂均不能使平衡发生移动。
14.(2011·
海淀)工业上一般在恒容密闭容器中采用下列反应合成甲醇:
CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH
(1)判断反应达到平衡状态的依据是(填字母序号,下同)________。
A.生成CH3OH的速率与消耗CO的速率相等
B.混合气体的密度不变
C.混合气体的平均相对分子质量不变
D.CH3OH、CO、H2的浓度都不再发生变化
(2)下表所列数据是反应在不同温度下的化学平衡常数(K)。
温度
250℃
300℃
350℃
K
2.041
0.270
0.012
①由表中数据判断ΔH________(填“>
”、“=”或“<
”)0;
②某温度下,将2molCO和6molH2充入2L的密闭容器中,充分反应后,达到平衡时测得c(CO)=0.2mol/L,则CO的转化率为________,此时的温度为________。
(3)要提高CO的转化率,可以采取的措施是________。
a.升温b.加入催化剂
c.增加CO的浓度d.加入H2加压
e.加入惰性气体加压f.分离出甲醇
(4)300℃时,在一定的压强下,5molCO与足量的H2在催化剂的作用下恰好完全反应变化的热量为454kJ。
在该温度时,在容积相同的3个密闭容器中,按不同方式投入反应物,保持恒温、恒容,测得反应达到平衡时的有关数据如下:
容器
甲
乙
丙
反应物投入量
1molCO、
2molH2
1mol
CH3OH
2mol
平衡时数据
CH3OH的浓度(mol/L)
c1
c2
c3
反应的能量变化
akJ
bkJ
ckJ
体系压强(Pa)
p1
p2
p3
反应物转化率
α1
α2
α3
下列说法正确的是________。
A.2c1>
c3B.a+b<
90.8
C.2p2<
p3D.α1+α3<
1
答案
(1)CD
(2)①<
②80% 250℃ (3)df (4)D
解析
(1)可通过甲醇的生成速率和CO生成速率相等或甲醇的消耗速率和CO消耗速率相等来判断反应达到平衡状态,但不能通过甲醇的生成速率和CO的消耗速率相等来判断反应是否达到平衡状态。
恒容容器不能通过混合气体密度不变来判断反应是否达到平衡状态,故A、B错。
(2)分析表中数据可知,温度升高,化学平衡常数变小,说明升高温度平衡向逆方向移动,即逆反应是吸热反应,那么正反应为放热反应,ΔH<
0。
开始时c(CO)=1mol/L,平衡时c(CO)=0.2mol/L,CO的转化率=
100%=80%,此时平衡常数K=0.8/[0.2×
(1.4)2]=2.041,此时对应的温度为250℃。
(3)升高温度,平衡向逆反应方向移动,CO的转化率减小;
使用催化剂平衡不移动,CO的转化率不变;
增加CO的浓度,CO的转化率减小;
加入惰性气体加压,平衡不移动,CO的转化率不变。
(4)A项,可假设丙的容积为甲的两倍,达平衡时浓度与甲相等,再压缩至容积相等,若平衡不移动,则CH3OH浓度丙为甲的2倍,但实际平衡向正反应方向移动,则有2c1<
c3,A不正确;
B项,甲、乙两容器从两个相反的方向建立相同的平衡,a+b=90.8,故不正确。
15.(2011·
浙江卷)某研究小组在实验室探究氨基甲酸铵(NH2COONH4)分解反应平衡常数和水解反应速率的测定。
(1)将一定量纯净的氨基甲酸铵固体置于特制的密闭真空容器中(假设容器体积不变,固体试样体积忽略不计),在恒定温度下使其达到分解平衡:
NH2COONH4(s)2NH3(g)+CO2(g)
实验测得的不同温度下的平衡数据列于下表:
温度/℃
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0
平衡总
压强/kPa
5.7
8.3
12.0
17.1
24.0
平衡气体总
浓度/mol·
L-1
2.4×
10-3
3.4×
4.8×
6.8×
9.4×
①可以判断该分解反应已经达到平衡的是________。
A.2v(NH3)=v(CO2)
B.密闭容器中总压强不变
C.密闭容器中混合气体的密度不变
D.密闭容器中氨气的体积分数不变
②根据表中数据,列式计算25.0℃时氨基甲酸铵的分解平衡常数:
_____________________________________________________。
③取一定量的氨基甲酸铵固体放在一个带活塞的密闭真空容器中,在25.0℃下达到分解平衡。
若在恒温下压缩容器体积,氨基甲酸铵固体的质量________(填“增加”、“减少”或“不变”)。
④氨基甲酸铵分解反应的焓变ΔH________0(填“>
”),熵变ΔS________0(填“>
”)。
(2)已知:
NH2COONH4+2H2ONH4HCO3+NH3·
H2O。
该研究小组分别用三份不同初始浓度的氨基甲酸铵溶液测定其水解反应速率,得到c(NH2COO-)随时间的变化趋势如图所示。
⑤计算25.0℃时,0~6min氨基甲酸铵水解反应的平均速率:
________。
⑥根据图中信息,如何说明该水解反应速率随温度升高而增大:
答案
(1)①BC
②K=c2(NH3)·
c(CO2)=(
c总)2(
c总)=
(4.8×
10-3mol·
L-1)3=1.6×
10-8(mol·
L-1)3
③增加 ④>
>
(2)⑤0.05mol·
⑥25.0℃时反应物的起始浓度较小,但0~6min的平均反应速率(曲线的斜率)仍比15.0℃时的大
解析 本题考查平衡常数和反应速率,意在考查考生对化学反应原理的理解和应用能力。
(1)①A项没有指明反应速率的方向,不能作为反应达到平衡的标志;
该反应前后气体分子数不相等,因此密闭容器中总压强不变可以作为反应达到平衡的标志;
由于反应中有非气体物质,因此混合气体的密度不变可以作为反应达到平衡的标志;
密闭容器中只有NH3和CO2,且二者的体积比始终为2∶1,因此氨气的体积分数不变不能作为反应达到平衡的标志。
③恒温下压缩容器体积,则体系压强增大,平衡向逆反应方向移动,氨基甲酸铵固体质量增加。
④升高温度,平衡气体总浓度增大,说明平衡向正反应方向移动,故正反应为吸热反应,ΔH>
0,反应后气体分子数增大,则ΔS>
(2)⑤25.0℃时,0~6min氨基甲酸铵水解反应的平均速率为
=0.05mol/(L·
min)。
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