1、1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：CO 22CH 3OH CO(OCH 3)2H 2O，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 H1和 H2，则上述反应在 25 时的焓变 H3_。2(2)根据反应温度对
2、TON 的影响图(图 1)判断该反应的焓变 H_(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 0.6105 mol，计算该温度下，47 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
3、 TONc当催化剂用量低于 1.2105 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 1.2105 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)2 H1 H2(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)1103 molL1 h1 8.410 2 %(4)ab解析 (1)根据反应CH 3OH(l) O2(g)=CO2(g)2H 2O(l) H1，32CO(OCH 3)2(l)3O 2(g)=3CO2(g)3H 2O(l) H2，根据
4、盖斯定律有目标反应等于2，故有 H32 H1 H2。(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， H0。(3)4 h 时 TON20,7 h 时 TON30，TON10，故 甲醇100.610 5 mol0.6104 mol，甲醇的平均速率为 0.6104 mol0.01 L3 h210 3 molL1 h1 ，故 DMC 平均反应速率110 3 molL1 h1 。10 h，转化的甲醇为350.6105 mol2.110 4 mol，转化率为 2.1104 mol0.25 mol8.410 2 %。(4)a
5、 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3SO3是一个关键步骤。请回答：(1)某温度下，SO 2(g) O2(g)SO 3(g) H98 kJmol1 。开始时在 100 L 的密闭12容器中加入 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)O 2(g)2SO
6、3(g)，达到平衡后改变下述条件，SO 2、O 2、SO 3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 SO3B保持温度和容器体积不变，充入 2 mol N2C保持温度和容器体积不变，充入 0.5 mol SO2和 0.25 mol O2D保持温度和容器内压强不变，充入 1 mol SO3E升高温度F移动活塞压缩气体(3)下列关于 2SO2(g)O 2(g)2SO 3(g)反应的图像中，一定正确的是_(填字母)。(4)某温度下，SO 2的平衡转化率( )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“” 、
7、 “”或“”) K(B)。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 molL1 )。请在下图画出此变化过程中 SO3(g)浓度的变化曲线。4答案 (1)103(2)ACF(3)ABD(4)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SO 2(g) O2(g) SO3(g)12起始浓度(molL 1 ) 0.04 0.1 0转化浓度(mol
8、L 1 ) 0.02 0.01 0.02平衡浓度(molL 1 ) 0.02 0.09 0.02该温度下的平衡常数 K 。0.020.020.0912 103(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、O 2、SO 3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 S
9、O3，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，SO 3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，SO 3%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，SO 3逐渐减小，图像正确；C 项，600 高于 500 ，平衡逆向移动，SO 3%逐渐减小，图像错误；D 项，增大压强，平衡正向移动，SO 3%增大，图像5正确。(4)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)。
10、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 molL1 )，则此变化过程中 SO3(g)浓度的变化曲线可表示为。3目前工业合成氨的原理是 N2(g)3H 2(g)2NH 3(g) H93.0 kJmol 1(1)已知一定条件下：2N 2(g)6H 2O(l)4NH 3(g)3O 2(g) H1 530.0 kJmol 1 。则氢气标准燃烧热的热化学方程式为_。(2
11、)如图，在恒温恒容装置中进行合成氨反应。表示 N2浓度变化的曲线是_。前 25 min 内，用 H2浓度变化表示的化学反应速率是_。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答案 (1)H 2(g) O2(g)=H2O(l) H286 kJmol 112(2)C 0.12 molL 1 min1 427(3)AD解析 (1)已知反应：N 2(g)3H 2(g) 2NH3(g) H9
12、3.0 kJmol1 ；2N 2(g)66H 2O(l) 4NH3(g)3O 2(g) H1 530.0 kJmol1 ，则根据盖斯定律可知(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) 12 H286 kJmol 1 。(2)根据图像可知反应进行到 25 min 时曲线 A 减少了 6.0 molL1 3.0 molL 1 3.0 molL1 ，C 减少了 2.0 molL1 1.0 molL 1 1.0 molL 1 ，因此根据方程式可知表示 N2浓度变化的曲线是 C。前 25 min 内，氢气浓度减少了 3.0 molL1 ，则用 H2浓度变化表示的
13、化学反应速率是3.0 molL1 25 min0.12 molL 1 min1 。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 molL1 、3.0 molL1 、2.0 molL1 ， K 。2.0213.021.0 427(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
14、 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：Al 2O3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6.752)；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)N 2(g) 2AlN(s)3CO(g)写出合成 AlN 的平衡常数表达式：_，若该反应在高
15、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”)；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_。7A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Bc 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)3 v(CO)D维持温度、容积不变，若减少 N2的物质的量进行反应，曲线甲将转变为曲线乙(3)在氮化铝中加入氢氧化钠溶液，加热，吸收产生的氨气，进一步通过酸碱滴定法可以测定氮化铝产品中氮的含量。写出上述过程中氮化铝与氢氧化钠溶液反应的化学方程
16、式：_。答案 (1)Al 2O(2) K 增大 ABc3 COc N2(3)AlNNaOHH 2O NaAlO2NH 3= = = = = 解析 (1)Al 2O3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6.752)，设这个氧化物的化学式为 AlxOy，根据 X 中 Al 与 O 的质量比为 6.752 可得，27x16 y6.752， x y21，X 的化学式为 Al2O。(2)反应 Al2O3(s)3C(s)N 2(g)2AlN(s) 3CO(s)的 S0，反应在高温下自发进行说明 H0，所以随着温度升高，反应物 N2的平衡转化率将增大。A 项，从 a、
17、b 两点坐标可以读出反应时间和这段时间内 CO 浓度的变化量，可求得从 a 到b 时间间隔内该化学反应的平均速率，正确；B 项，c 点切线的斜率为 c(CO)/ t，表示该化学反应在 t 时刻的瞬时速率，正确；C 项，3 v(N2) v(CO)，错误；D 项，维持温度、容积不变，若减少 N2的物质的量，则反应逆向移动，CO 平衡时的浓度减小，曲线甲和曲线乙平衡时 CO 浓度相同，错误。(3)在氮化铝中加入氢氧化钠溶液，产生氨气和偏铝酸钠，反应的方程式为AlNNaOHH 2O NaAlO2NH 3。= = = = = 5(2016绍兴市第一中学高二下学期期末)烟气的主要污染物是 SO2、NO x
18、，经臭氧预处理后再用适当溶液吸收，可减少烟气中 SO2、NO x的含量。O 3氧化烟气中 SO2、NO x的主要反应的热化学方程式为NO(g)O 3(g)=NO2(g)O 2(g) H200.9 kJmol 18NO(g) O2(g)=NO2(g) H58.2 kJmol 112SO2(g)O 3(g)=SO3(g)O 2(g) H241.6 kJmol 1(1)反应 3NO(g)O 3(g)=3NO2(g)的 H_kJmol 1 。(2)臭氧脱硝反应 2NO2(g)O 3(g) N2O5(g)O 2(g)能自发进行。在温度为 T1 K 时，向体积为 2 L 的恒容密闭容器中充入 1 mol
19、O3和 2 mol NO2，发生上述反应，经 25 分钟反应达平衡，测得平衡时 N2O5(g)的浓度为 0.25 molL1 。判断该反应的 S_0， H_0(填“” 、 “”或“”)。在温度为 T1 K 时该反应的平衡常数 K_。下列说法正确的是_。A从反应开始到达平衡，NO 2的平均反应速率 v(NO2)0.04 molL 1 min1B T1 K 时，若起始时向容器中充入 1 mol O3、2 mol NO2、1 mol O2和 1 mol N2O5气体，则反应达到平衡前 v 正 v 逆C若改变反应温度为 T2 K，测得平衡时 NO2的浓度为 0.60 molL1 ，则 T2T1D T1
20、 K 时反应达平衡时容器的体积为 2 L，若维持 T1 K，压缩容器使 NO2转化率为 60%，则此时容器的体积约为 0.71 L若维持其他条件不变，仅改变温度为 T2 K 时，经 15 分钟反应达平衡，测得平衡时 N2O5(g)的浓度为 0.20 molL1 。画出在 T2 K 下从 0 到 25 分钟 c(NO2)随时间变化图。答案 (1)317.3(2) 1 CD 解析 (1)已知：NO(g)O 2(g)=NO2(g)O 2(g) H200 kJmol 1NO(g) O2(g)=NO2(g) H58.2 kJmol 112根据盖斯定律可知2 即得到反应 3NO(g)O 3(g)=3NO2
21、(g)的 H317.3 kJmol1 。9(2)正反应是体积减小的可逆反应，则该反应的 S0。由于该反应能自发进行，则根据 H T S0 可知该反应的 H0。 2NO 2(g)O 3(g)N 2O5(g)O 2(g)起始浓度 molL1 1 0.5 0 0转化浓度 molL1 0.5 0.25 0.25 0.25平衡浓度 molL1 0.5 0.25 0.25 0.25则在温度为 T1 K 时该反应的平衡常数 K 1。0.250.250.250.52A 项，从反应开始到达平衡，NO 2的平均反应速率 v(NO2)0.5 molL 1 25 min0.02 molL1 min1 ，错误；B 项，
22、 T1 K 时，若起始时向容器中充入 1 mol O3、2 mol NO2、1 mol O2和 1 mol N2O5气体，则此时 Q 0.51，因此反应达到平衡前0.50.50.512v 正 v 逆 ，错误；C 项，若改变反应温度为 T2 K，测得平衡时 NO2的浓度为 0.60 molL1 ，这说明平衡向逆反应方向进行，由于正反应是放热反应，则 T2 T1，正确；D 项，2NO 2(g)O 3(g) N2O5(g)O 2(g)起始量(mol) 2 1 0 0转化量(mol 1.2 0.6 0.6 0.6平衡量(mol) 0.8 0.4 0.6 0.6则 1，0.6V 0.6V0.4V 0.8V 2解得 V0.71 L，D 正确。升高温度反应速率加快，到达平衡的时间减少，经 15 分钟反应达到平衡，测得平衡时N2O5(g)的浓度为 0.20 molL1 ，因此消耗二氧化氮浓度是 0.4 molL1 ，剩余二氧化氮浓度是 0.6 molL1 ，则图像可表示为。
