专项突破练(四) (加试)化学反应速率 化学平衡
1．碳酸二甲酯(DMC)是一种近年来受到广泛关注的环保型绿色化工产品。在催化剂作用下，可由甲醇和CO2直接合成DMC：CO2＋2CH3OH―→CO(OCH3)2＋H2O，但甲醇转化率通常不会超过1%是制约该反应走向工业化的主要原因。某研究小组在其他条件不变的情况下，通过研究温度、反应时间、催化剂用量分别对转化数(TON)的影响来评价催化剂的催化效果。 计算公式为TON＝转化的甲醇的物质的量/催化剂的物质的量。
(1)已知25 ℃时，甲醇和DMC的标准燃烧热分别为ΔH1和ΔH2，则上述反应在25 ℃时的焓变ΔH3＝________。
1
(2)根据反应温度对TON的影响图(图1)判断该反应的焓变ΔH________(填“＞”、“＝”或“＜”)0，理由是_________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)根据反应时间对TON的影响图(图2)，已知溶液总体积10 mL，反应起始时甲醇0.25 mol，催化剂0.6×10 mol，计算该温度下，4～7 h内DMC的平均反应速率：________；计算 10 h时，甲醇的转化率：________。
(4)根据该研究小组的实验及催化剂用量TON的影响图(图3)，判断下列说法正确的是________。
a．由甲醇和CO2直接合成DMC，可以利用价廉易得的甲醇把影响环境的温室气体CO2转化为资源，在资源循环利用和环境保护方面都具有重要意义 b．在反应体系中添加合适的脱水剂，将提高该反应的TON
c．当催化剂用量低于1.2×10 mol时，随着催化剂用量的增加，甲醇的平衡转化率显著提高
d．当催化剂用量高于1.2×10 mol时，随着催化剂用量的增加，DMC的产率反而急剧下降 答案 (1)2ΔH1－ΔH2
(2)＜ 经过相同的反应时间，温度较低时，反应未达到平衡；温度较高时，反应已达到平衡，随着温度升高，TON减小，即平衡向左移动，说明该反应放热 (3)1×10 mol·L·h 8.4×10% (4)ab
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解析 (1)根据反应①CH3OH(l)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH1，
2
②CO(OCH3)2(l)＋3O2(g)===3CO2(g)＋3H2O(l) ΔH2，根据盖斯定律有目标反应等于①×2－②，故有ΔH3＝2ΔH1－ΔH2。
(2)根据图可知，温度升高，TON降低，催化剂的物质的量不变，故转化的甲醇的物质的量减少，所以平衡向逆反应方向移动，故正向放热，ΔH＜0。
(3)4 h时TON＝20,7 h时TON＝30，ΔTON＝10，故Δ甲醇＝10×0.6×10 mol＝ 0.6×10 mol，甲醇的平均速率为0.6×10 mol÷0.01 L÷3 h＝2×10 mol·L·h，故DMC平均反应速率＝1×10 mol·L·h。10 h，转化的甲醇为35×0.6×10 mol＝2.1×10 mol，转化率为2.1×10 mol÷0.25 mol＝8.4×10%。
(4)a项正确，b项减少水，使平衡正向移动，正确；c、d项TON不能代表转化率和产率，错误。
2．(2016·嘉兴市第一中学高二下学期期末)工业制硫酸，利用催化氧化反应将SO2转化为SO3是一个关键步骤。请回答：
1－1
(1)某温度下，SO2(g)＋O2(g)??SO3(g) ΔH＝－98 kJ·mol。开始时在100 L的密闭容
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器中加入4.0 mol SO2(g)和10.0 mol O2(g)，当反应达到平衡时共放出热量196 kJ，该温度下平衡常数K＝________。
(2)一定条件下，向一带活塞的密闭容器中充入2 mol SO2和1 mol O2，发生下列反应：2SO2(g)＋O2(g)??2SO3(g)，达到平衡后改变下述条件，SO2、O2、SO3气体平衡浓度都比原来增大的是________(填字母)。
A．保持温度和容器体积不变，充入2 mol SO3 B．保持温度和容器体积不变，充入2 mol N2
C．保持温度和容器体积不变，充入0.5 mol SO2和0.25 mol O2 D．保持温度和容器内压强不变，充入1 mol SO3 E．升高温度 F．移动活塞压缩气体
(3)下列关于2SO2(g)＋O2(g)??2SO3(g)反应的图像中，一定正确的是________(填字母)。
(4)①某温度下，SO2的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如下图所示。当平衡状态由A变到B时，平衡常数K(A)________(填“＞”、“＜”或“＝”)K(B)。
②将一定量的SO2(g)和O2(g)放入某固定体积的密闭容器中，在一定条件下，c(SO3)的变化如下图所示。若在第5分钟将容器的体积缩小一半后，在第8分钟达到新的平衡(此时SO3的浓度为0.25 mol·L)。请在下图画出此变化过程中SO3(g)浓度的变化曲线。
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3
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答案 (1)
3(2)ACF (3)ABD
(4)①＝②
解析 (1)反应达到平衡时共放出196 kJ的热量，根据热化学方程式可知反应了2.0 mol SO2和1.0 mol O2，则
1
SO2(g)＋O2(g)??SO3(g)
2起始浓度(mol·L) 0.04 0.1 0 转化浓度(mol·L) 0.02 0.01 0.02 平衡浓度(mol·L) 0.02 0.09 0.02 0.0210
该温度下的平衡常数K＝＝。
13
0.02×0.09
2
(2)A项，保持温度和容器体积不变，充入2 mol SO3，平衡向逆反应方向移动，则SO2、O2、SO3气体平衡浓度都比原来增大，正确；B项，保持温度和容器体积不变，充入2 mol N2，对平衡移动没有影响，各物质的浓度不变，错误；C项，保持温度和容器体积不变，充入 0.5 mol SO2和0.25 mol O2，平衡向正反应方向进行，再次平衡后各物质的浓度均增大，正确；D项，保持温度和容器内压强不变，充入1 mol SO3，处于等效平衡状态，浓度不变，错误；E项，升高温度，平衡向逆反应方向移动，SO3的浓度减小，错误；F项，移动活塞压缩气体，浓度均增大，正确。
(3)A项，温度升高，平衡逆向移动，逆反应速率增加的倍数大，正确；B项，图像的前半段为反应建立平衡的过程，SO3%逐渐增大，T1之后的阶段为化学反应随温度的升高平衡移动的过程，升高温度，平衡逆向移动，SO3逐渐减小，图像正确；C项，600 ℃高于500 ℃，平衡逆向移动，SO3%逐渐减小，图像错误；D项，增大压强，平衡正向移动，SO3%增大，图像正确。 (4)①平衡常数只与温度有关系，温度不变，平衡常数不变，即K(A)＝K(B)。
②将一定量的SO2(g)和O2(g)放入某固定体积的密闭容器中，在一定条件下，c(SO3)的变化如下图所示。若在第5分钟将容器的体积缩小一半后，压强增大，物质的浓度瞬间变为原来的2倍，平衡向正反应方向进行，在第8分钟达到新的平衡(此时SO3的浓度为0.25 mol·L)，则此变化过程中SO3(g)浓度的变化曲线可表示为
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－1－1－1
4
。
3．目前工业合成氨的原理是N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g) ΔH＝－93.0 kJ·mol
(1)已知一定条件下：2N2(g)＋6H2O(l)??4NH3(g)＋3O2(g) ΔH＝1 530.0 kJ·mol。则氢气标准燃烧热的热化学方程式为________________________________________________。 (2)如图，在恒温恒容装置中进行合成氨反应。
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①表示N2浓度变化的曲线是_______________________________________________。 ②前25 min内，用H2浓度变化表示的化学反应速率是________。 ③在25 min末刚好平衡，则平衡常数K＝________。
(3)在恒温恒压装置中进行工业合成氨反应，下列说法正确的是________。 A．气体体积不再变化，则已平衡 B．气体密度不再变化，尚未平衡
C．平衡后，往装置中通入一定量Ar，压强不变，平衡不移动 D．平衡后，压缩容器，生成更多NH3
1－1
答案 (1)H2(g)＋O2(g)===H2O(l) ΔH＝－286 kJ·mol
24－1－1
(2)①C ②0.12 mol·L·min ③
27(3)AD
解析 (1)已知反应：①N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g) ΔH＝－93.0 kJ·mol；②2N2(g)＋6H2O(l)??4NH3(g)＋3O2(g) ΔH＝1 530.0 kJ·mol
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，则根据盖斯定律可知(①×2－
1
②)÷6即得到氢气标准燃烧热的热化学方程式为H2(g)＋O2(g)===H2O(l) ΔH＝－286
2kJ·mol。
(2)①根据图像可知反应进行到25 min时曲线A减少了6.0 mol·L－3.0 mol·L＝ 3.0 mol·L，C减少了2.0 mol·L－1.0 mol·L＝1.0 mol·L，因此根据方程式可知
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表示N2浓度变化的曲线是C。
②前25 min内，氢气浓度减少了3.0 mol·L，则用H2浓度变化表示的化学反应速率是 3.0 mol·L÷25 min＝0.12 mol·L·min。
③在25 min末刚好平衡，此时氮气、氢气和氨气的浓度分别是1.0 mol·L、3.0 mol·L
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－
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－1－1
、
2
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2.04
2.0 mol·L，K＝＝。 2
1×3.0×1.027
(3)A项，正反应是体积减少的可逆反应，因此在恒温恒压下气体体积不再变化时已平衡，正确；B项，密度是混合气的质量和容器容积的比值，在反应过程中质量始终不变，但容器容积是变化的，所以密度是变化的，因此气体密度不再变化时反应已达到平衡，错误；C项，平衡后，往装置中通入一定量Ar，压强不变，容器容积增加，浓度降低，平衡向逆反应方向移动，错误；D项，平衡后，压缩容器，压强增大，平衡向正反应方向进行，因此生成更多NH3，正确。
4．(2016·杭州市七校高二下学期期中)氮化铝(AlN)是一种人工合成的非氧化物陶瓷材料 ，可在温度高于1 500 ℃时，通过碳热还原法制得。实验研究认为，该碳热还原反应分两步进行：①Al2O3在碳的还原作用下生成铝的气态低价氧化物X(X中Al与O的质量比为6.75∶2)；②在碳存在下，X与N2反应生成AlN。请回答： (1)X的化学式为________。
(2)碳热还原法制备氮化铝的总化学方程式为 Al2O3(s)＋3C(s)＋N2(g)??2AlN(s)＋3CO(g) ①写出合成AlN的平衡常数表达式：
________________________________________________________________________， 若该反应在高温下自发进行，则随着温度升高，反应物N2的平衡转化率将________(填“增大”、“不变”或“减小”)；
②在温度、容积恒定的反应体系中，CO浓度随时间的变化关系如下图曲线甲所示。下列说法正确的是______________________________________________________________。
A．从a、b两点坐标可求得从a到b时间间隔内该化学反应的平均速率 B．c点切线的斜率表示该化学反应在t时刻的瞬时速率 C．在不同时刻都存在关系：v(N2)＝3v(CO)
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