专题八 化学反应速率和化学平衡
考点一 化学反应速率
1.(2015安徽理综,11,6分)汽车尾气中NO产生的反应为:N2(g)+O2(g)2NO(g)。一定条件下,等物质的量的N2(g)和O2(g)在恒容密闭容器中反应,如图曲线a表示该反应在温度T下N2的浓度随时间的变化,曲线b表示该反应在某一起始反应条件改变时N2的浓度随时间的变化。下列叙述正确的是( )
A.温度T下,该反应的平衡常数K=
B.温度T下,随着反应的进行,混合气体的密度减小 C.曲线b对应的条件改变可能是加入了催化剂
D.若曲线b对应的条件改变是温度,可判断该反应的ΔH<0 答案 A
2.(2015福建理综,12,6分)在不同浓度(c)、温度(T)条件下,蔗糖水解的瞬时速率(v)如下表。下列判断不正确．．．的是( ) c/mol·L-1 v/mmol·L-1·min-1 0.600 0.500 0.400 0.300 T/K 318.2 328.2 b 3.60 9.00 2.16 3.00 7.50 1.80 2.40 a 1.44 1.80 4.50 1.08 A.a=6.00
B.同时改变反应温度和蔗糖的浓度,v可能不变 C.b<318.2
D.不同温度时,蔗糖浓度减少一半所需的时间相同 答案 D
考点二 化学平衡
1.(2015四川理综,7,6分)一定量的CO2与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应:C(s)+CO2(g)2CO(g),平衡时,体系中气体体积分数与温度的关系如下图所示:
已知:气体分压(p分)=气体总压(p总)×体积分数。下列说法正确的是( ) A.550℃时,若充入惰性气体,v正、v逆均减小,平衡不移动 B.650℃时,反应达平衡后CO2的转化率为25.0%
C.T℃时,若充入等体积的CO2和CO,平衡向逆反应方向移动 D.925℃时,用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp=24.0p总
答案 B
6.(2015课标Ⅰ,28,15分)碘及其化合物在合成杀菌剂、药物等方面具有广泛用途。回答下列问题: (1)大量的碘富集在海藻中,用水浸取后浓缩,再向浓缩液中加MnO2和H2SO4,即可得到I2。该反应的还原产物为 。
(2)上述浓缩液中主要含有I-、Cl-等离子。取一定量的浓缩液,向其中滴加AgNO3溶液,当AgCl开始沉淀时,溶液中为 。已知Ksp(AgCl)=1.8×10-10,Ksp(AgI)=8.5×10-17。 (3)已知反应2HI(g)
H2(g)+I2(g)的ΔH=+11kJ·mol-1,1molH2(g)、1molI2(g)分子中化学键断裂时分别需要吸
收436kJ、151kJ的能量,则1molHI(g)分子中化学键断裂时需吸收的能量为 kJ。 (4)Bodensteins研究了下列反应:
2HI(g)
H2(g)+I2(g)
120 0.784 0.784 在716K时,气体混合物中碘化氢的物质的量分数x(HI)与反应时间t的关系如下表: t/min 0 20 40 60 80 x(HI) 1 0.91 0.85 0.815 0.795 x(HI) 0 0.60 0.73 0.773 0.780 ①根据上述实验结果,该反应的平衡常数K的计算式为 。
②上述反应中,正反应速率为v正=k正x2(HI),逆反应速率为v逆=k逆x(H2)x(I2),其中k正、k逆为速率常数,则k
-1-1
逆为 (以K和k正表示)。若k正=0.0027min,在t=40min时,v正= min。
③由上述实验数据计算得到v正~x(HI)和v逆~x(H2)的关系可用下图表示。当升高到某一温度时,反应重新达到平衡,相应的点分别为 (填字母)。
答案 (15分)(1)MnSO4(或Mn2+)(1分) (2)4.7×10-7(2分) (3)299(2分) (4)①(2分)
②k正/K 1.95×10-3(每空2分,共4分) ③A、E(4分)
7.(2015北京理综,26,12分)氢能是一种极具发展潜力的清洁能源。以太阳能为热源,热化学硫碘循环分解水是一种高效、无污染的制氢方法。其反应过程如下图所示:
(1)反应Ⅰ的化学方程式是 。
(2)反应Ⅰ得到的产物用I2进行分离。该产物的溶液在过量I2的存在下会分成两层——含低浓度I2的H2SO4层和含高浓度I2的HI层。
①根据上述事实,下列说法正确的是 (选填序号)。 a.两层溶液的密度存在差异
b.加I2前,H2SO4溶液和HI溶液不互溶 c.I2在HI溶液中比在H2SO4溶液中易溶 ②辨别两层溶液的方法是 。
③经检测,H2SO4层中c(H+)∶c(S)=2.06∶1。其比值大于2的原因是 。 (3)反应Ⅱ:2H2SO4(l)
2SO2(g)+O2(g)+2H2O(g) ΔH=+550kJ·mol-1。
SO3(g)+H2O(g) ΔH=+177kJ·mol-1;ⅱ.SO3(g)分解。
它由两步反应组成:ⅰ.H2SO4(l)
L(L1、L2)、X可分别代表压强或温度。如图表示L一定时,ⅱ中SO3(g)的平衡转化率随X的变化关系。 ①X代表的物理量是 。
②判断L1、L2的大小关系,并简述理由: 。
答案 (12分)(1)SO2+I2+2H2OH2SO4+2HI (2)①a、c
②观察颜色,颜色深的是HI层,颜色浅的是H2SO4层 ③H2SO4层中含有少量HI (3)①压强
②L1 2SO2(g)+O2(g) ΔH=+196kJ·mol-1,当压强一定时,温度升高, 8.(2015浙江理综,28,15分)乙苯催化脱氢制苯乙烯反 应:(1)已知: 化学键 键能/kJ·mol-1 C—H 412 C—C 348 CC H—H 436 612 计算上述反应的ΔH= kJ·mol-1。 (2)维持体系总压p恒定,在温度T时,物质的量为n、体积为V的乙苯蒸气发生催化脱氢反应。已知乙苯的平衡转化率为α,则在该温度下反应的平衡常数K= (用α等符号表示)。 (3)工业上,通常在乙苯蒸气中掺混水蒸气(原料气中乙苯和水蒸气的物质的量之比为1∶9),控制反应温度600℃,并保持体系总压为常压的条件下进行反应。在不同反应温度下,乙苯的平衡转化率和某催化剂作用下苯乙烯的选择性(指除了H2以外的产物中苯乙烯的物质的量分数)示意图如下: ①掺入水蒸气能提高乙苯的平衡转化率,解释说明该事 实 。 ②控制反应温度为600℃的理由是 。 (4)某研究机构用CO2代替水蒸气开发了绿色化学合成工艺——乙苯-二氧化碳耦合催化脱氢制苯乙烯。保持常压和原料气比例不变,与掺水蒸气工艺相比,在相同的生产效率下,可降低操作温度;该工艺中还能够发生反应:CO2+H2CO+H2O,CO2+C2CO。新工艺的特点有 (填编号)。 ①CO2与H2反应,使乙苯脱氢反应的化学平衡右移 ②不用高温水蒸气,可降低能量消耗 ③有利于减少积炭 ④有利于CO2资源利用 答案 (1)124 (2)p或 (3)①正反应方向气体分子数增加,加入水蒸气稀释,相当于起减压的效果 ②600℃,乙苯的转化率和苯乙烯的选择性均较高。温度过低,反应速率慢,转化率低;温度过高,选择性下降。高温还可能使催化剂失活,且能耗大 (4)①②③④ 考点三 综合题 1.(2015天津理综,6,6分)某温度下,在2L的密闭容器中,加入1molX(g)和2molY(g)发生反应: X(g)+mY(g) 3Z(g) 平衡时,X、Y、Z的体积分数分别为30%、60%、10%。在此平衡体系中加入1molZ(g),再次达到平衡后,X、Y、Z的体积分数不变。下列叙述不正确的是( ) ．．．A.m=2 B.两次平衡的平衡常数相同 C.X与Y的平衡转化率之比为1∶1 D.第二次平衡时,Z的浓度为0.4mol·L-1 答案 D 2.(2015重庆理综,7,6分)羰基硫(COS)可作为一种粮食熏蒸剂,能防止某些昆虫、线虫和真菌的危害。在恒容密闭容器中,将CO和H2S混合加热并达到下列平衡: CO(g)+H2S(g) COS(g)+H2(g) K=0.1 反应前CO物质的量为10mol,平衡后CO物质的量为8mol。下列说法正确的是( ) A.升高温度,H2S浓度增加,表明该反应是吸热反应 B.通入CO后,正反应速率逐渐增大 C.反应前H2S物质的量为7mol D.CO的平衡转化率为80% 答案 C 5.(2015山东理综,30,19分)合金贮氢材料具有优异的吸放氢性能,在配合氢能的开发中起着重要作用。 (1)一定温度下,某贮氢合金(M)的贮氢过程如图所示,纵轴为平衡时氢气的压强(p),横轴表示固相中氢原子与金属原子的个数比(H/M)。 在OA段,氢溶解于M中形成固溶体MHx,随着氢气压强的增大,H/M逐渐增大;在AB段,MHx与氢气发生氢化反应生成氢化物MHy,氢化反应方程式为:zMHx(s)+H2(g)zMHy(s) ΔH1(Ⅰ);在B点,氢化反应结束,进一步增大氢气压强,H/M几乎不变。反应(Ⅰ)中z= (用含x和y的代数式表示)。温度为T1时,2g某合金4min内吸收氢气240mL,吸氢速率v= mL·g-1·min-1。反应(Ⅰ)的焓变ΔH1 0(填“>”“=”或“< ”)。 (2)η表示单位质量贮氢合金在氢化反应阶段的最大吸氢量占其总吸氢量的比例,则温度为T1、T2时,η(T1) η(T2)(填“>”“=”或“< ”)。当反应(Ⅰ)处于图中a点时,保持温度不变,向恒容体系中通入少量氢气,达平衡后反应(Ⅰ)可能处于图中的 点(填“b”“c”或“d”),该贮氢合金可通过 或 的方式释放氢气。 (3)贮氢合金ThNi5可催化由CO、H2合成CH4的反应。温度为T时,该反应的热化学方程式为 。 已知温度为T时: CH4(g)+2H2O(g)CO(g)+H2O(g) CO2(g)+4H2(g) ΔH=+165kJ·mol-1 CO2(g)+H2(g) ΔH=-41kJ·mol-1 答案 (1) 30 < (2)> c 加热 减压 (3)CO(g)+3H2(g)ΔH=-206kJ·mol-1 CH4(g)+H2O(g)