1、1第 7讲 化学反应速率与化学平衡一、选择题(本题包括 7个小题,每小题 7分,共 49分)1.下列食品添加剂中,其使用目的与反应速率有关的是( )A.抗氧化剂 B.调味剂C.着色剂 D.增稠剂答案 A解析抗氧化剂属于还原剂,比食品更易与氧气反应,从而降低氧气浓度,减缓食品被氧化的反应速率,A项符合。2.下列有关颜色的变化不能用勒夏特列原理解释的是( )A.平衡状态的 H2、I 2、HI 混合气体体积压缩时颜色变深B.平衡状态的 NO2和 N2O4混合气体体积压缩时颜色先变深后变浅C.平衡状态的 NO2、CO、NO、CO 2混合气体升温时颜色变深D.向 Fe(SCN)3溶液中滴加几滴浓 KSC
2、N溶液后颜色变深答案 A解析对反应 H2(g)+I2(g) 2HI(g)而言,改变容器容积不能改变其平衡状态,故 A项不能用勒夏特列原理解释。3.大量燃烧化石燃料产生的 CO2被视为全球变暖的“元凶”,但在催化剂作用下,用 CO2和 H2可制备用途广泛的甲醇。已知下列三个热化学方程式:H 2(g)+CO2(g) H2O(g)+CO(g) H12H 2(g)+CO(g) CH3OH(g) H23H 2(g)+CO2(g) H2O(g)+CH3OH(g) H3三个反应的平衡常数分别为 K1、 K2、 K3,这些平衡常数与温度的关系如表所示:平衡常数温度/ K1 K2 K3500 1.00 2.50
3、800 2.50 0.15下列说法正确的是( )A.反应为吸热反应B.K3(500 )=3.50C.K3(800 )=2.35D. H3= H1+ H2答案 D解析由表格中平衡常数数据可知 K2(500 ) K2(800 ),升高温度平衡逆向移动,故反应的正反应为放热反应,A 错误。 K3=K1K2,故 K3(500 )=2.50, K3(800 )=0.375,B、C 错误。由盖斯定律可知,+=,D 正确。24.一定温度下,在 3个容积均为 1.0 L的恒容密闭容器中反应 2H2(g)+CO(g) CH3OH(g)达到平衡,下列说法正确的是( ) 物质的起始浓度(-1) 物质的平衡浓度/(m
4、olL -1)容器 温度 c(H2) c(CO) c(CH3OH) c(CH3OH) 400 0.20 0.10 0 0.080 400 0.40 0.20 0 500 0 0 0.10 0.025A.该反应的正反应吸热B.达到平衡时,容器中反应物转化率比容器中的大C.达到平衡时,容器中 c(H2)大于容器中 c(H2)的两倍D.达到平衡时,容器中的正反应速率比容器中的大答案 D解析对比容器和可知两者投料量相当,若温度相同,最终建立等效平衡,但温度高,平衡时c(CH3OH)小,说明平衡向逆反应方向移动,即逆反应为吸热反应,正反应为放热反应,A 错误;相对于成比例增加投料量,相当于加压,平衡正向
5、移动,转化率提高,所以中转化率高,B 错误;不考虑温度,中投料量是的两倍,相当于加压,平衡正向移动,所以中 c(H2)小于中 c(H2)的两倍,且的温度比高,相对于,平衡向逆反应方向移动, c(H2)增大,C 错误;对比和,温度相同时,两者建立等效平衡,两容器中速率相等,但温度高,速率加快,D 正确。5.(2017海南高考,11)已知反应 CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) Hp1,ap2,n=a+bD.图可能是不同温度对反应的影响,且 T1T2,Qp1,增大压强,w(W)减小,说明平衡向逆反应方向移动,增大压强时平衡向气体分子数减小的方向进行,故 ap2,n=a,C错误;若图
6、是不同温度对反应的影响,则 1用的时间短,速率快,温度高, T1T2,升高温度, w(W)增大,平衡向正反应方向移动,也就是向吸热反应方向移动, Q0,D错误。7.一定量的 CO2与足量的碳在容积可变的恒压密闭容器中反应:C(s)+CO 2(g) 2CO(g),平衡时,体系中气体体积分数与温度的关系如图所示。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
7、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解析因容器容积可变,故充入惰性气体,容积增大,与反应有关的气体浓度减小,平衡正向移动,A 错误。设 650 反应达平衡时气体总物质的量为 100 mol,则有C(s)+CO 2(g) 2CO(g)平衡/mol 60 40反应/mol 20 40故 CO2的转化率为 100%=25.0%,B正确。由图像可知 T 时,CO 和 CO2的体积分数相2060+20等,故充入等体积的这两种气体,平衡不移动,C 错误。 Kp= =23.04p 总 ,D错误。2()(2)=(0.96总 )20.04总二、非选择题(包括 4个小题,共
8、51分)48.(11分)催化还原 CO2是解决温室效应及能源问题的重要手段之一。研究表明,在 Cu/ZnO催化剂存在下,CO 2和 H2可发生两个平行反应,分别生成 CH3OH和 CO。反应的热化学方程式如下:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) H1=-53.7 kJmol-1 CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) H2 某实验室控制 CO2和 H2初始投料比为 12.2,在相同压强下,经过相同反应时间测得如下实验数据:T/K 催化剂 CO2转化率/% 甲醇选择性/%543 Cat.1 12.3 42.3543 Cat.2 10.9 72.7553 Cat
9、.1 15.3 39.1553 Cat.2 12.0 71.6【备注】Cat.1:Cu/ZnO 纳米棒;Cat.2:Cu/ZnO 纳米片;甲醇选择性:转化的 CO2中生成甲醇的百分比已知:CO 和 H2的燃烧热分别为 283.0 kJmol-1和 285.8 kJmol-1H 2O(l) H2O(g) H3=44.0 kJmol-1请回答(不考虑温度对 H的影响):(1)反应的平衡常数表达式 K= ;反应的 H2= kJmol -1。 (2)有利于提高 CO2转化为 CH3OH平衡转化率的措施有 。 A.使用催化剂 Cat.1B.使用催化剂 Cat.2C.降低反应温度D.投料比不变,增加反应物
10、的浓度E.增大 CO2和 H2的初始投料比(3)表中实验数据表明,在相同温度下不同的催化剂对 CO2转化成 CH3OH的选择性有显著的影响,其原因是 。 (4)在图中分别画出反应在无催化剂、有 Cat.1和有 Cat.2三种情况下“反应过程能量”示意图。答案(1) +41.2(3)(2)(2)3(2)(2)CD(3)表中数据表明此时反应未达到平衡,不同的催化剂对反应的催化能力不同,因而在该时刻下对甲醇选择性有影响5(4)解析(1)因为 CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g),平衡常数 K的表达式为 K= ;(3)(2)(2)3(2)因为 CO和 H2的燃烧热分别为 283.
11、0 kJmol-1和 285.8 kJmol-1,可得下列热化学方程式:CO(g)+ O2(g) CO2(g) H=-283.0 kJmol-1 12H2(g)+ O2(g) H2O(l) H=-285.8 kJmol-1 12又 H2O(g) H2O(l) H=-44.0 kJmol-1 根据盖斯定律,由-得:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) H2=+41.2 kJmol-1(2)根据可逆反应:CO 2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g),使用催化剂不能使平衡发生移动,即不能提高平衡转化率,A、B 错误。该反应为放热反应,降低温度平衡正向移动,平衡转化率提高
12、,C 正确。投料比不变,增加反应物浓度,相当于增大压强,平衡正向移动,平衡转化率提高,D 正确。增大二氧化碳和氢气的初始投料比,能提高氢气的转化率,但二氧化碳的转化率会降低。(3)从表格数据分析,在相同的温度下,不同的催化剂,其二氧化碳的转化率也不同,说明不同的催化剂的催化能力不同;相同催化剂不同的温度,二氧化碳的转化率不同,且温度高的转化率大,因为正反应为放热反应,说明表中数据是未到平衡数据。故由表中数据表明此时反应未达到平衡,不同的催化剂对反应的催化能力不同,因而在该时刻下对甲醇选择性有影响。(4)催化剂能降低反应的活化能,再结合表中的数据,Cat.2 催化效果比 Cat.1好,故可得到曲
13、线为9.(2018全国,28)(14 分)三氯氢硅(SiHCl 3)是制备硅烷、多晶硅的重要原料。回答下列问题:(1)SiHCl3在常温常压下为易挥发的无色透明液体,遇潮气时发烟生成(HSiO) 2O等,写出该反应的化学方程式 。 (2)SiHCl3在催化剂作用下发生反应:2SiHCl3(g) SiH2Cl2(g)+SiCl4(g) H1=48 kJmol-13SiH2Cl2(g) SiH4(g)+2SiHCl3(g) H2=-30 kJmol-16则反应 4SiHCl3(g) SiH4(g)+3SiCl4(g)的 H为 kJmol -1。 (3)对于反应 2SiHCl3(g) SiH2Cl2
14、(g)+SiCl4(g),采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂,在 323 K和 343 K时 SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。343 K 时反应的平衡转化率 = %。平衡常数 K343 K= (保留 2位小数)。 在 343 K下:要提高 SiHCl3转化率,可采取的措施是 ;要缩短反应达到平衡的时间,可采取的措施有 、 。 比较 a、b 处反应速率大小: va vb(填“大于”“小于”或“等于”)。反应速率 v=v 正 -v逆 =k 正 -k 逆 ,k 正 、 k 逆 分别为正、逆向反应速率常数, x为物质的量分数,计算 a处 23 224的 = (保留 1位小数 )。 正逆答
15、案(1)2SiHCl 3+3H2O (HSiO)2O+6HCl(2)114 (3)22 0.02 及时移去产物 改进催化剂 提高反应物压强(浓度) 大于 1.3解析(1)SiHCl 3与 H2O反应生成(HSiO) 2O为非氧化还原反应,由原子守恒配平:2SiHCl3+3H2O (HSiO)2O+6HCl。(2)2SiHCl3(g) SiH2Cl2(g)+SiCl4(g) H1=48 kJmol-1 3SiH2Cl2(g) SiH4(g)+2SiHCl3(g) H2=-30 kJmol-1 根据盖斯定律:3+即可得 4SiHCl3(g) SiH4(g)+3SiCl4(g) H=114 kJmo
16、l-1。(3)由图根据“先拐先平速率大”可知 a曲线温度较高(343 K),平衡转化率为 22%;设 SiHCl3起始物质的量为 1 mol,则有2SiHCl 3(g) SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)起始物质的量/mol 1 0 0转化物质的量/mol 0.22 0.11 0.11平衡物质的量/mol 0.78 0.11 0.11平衡常数 K343 K= 0.020.110.11(0.78)27a 处反应相当于在 b处反应的基础上升高温度,反应速率 va大于 vb;达平衡时 v 正 、 v 逆 相等, k 正 =k 逆23 224=K343 K=0.02正逆 =224 23a处 SiH
17、Cl3转化率为 20%,设起始时 SiHCl3物质的量为 1 mol,则有:2SiHCl 3(g) SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)起始物质的量/mol 1 0 0转化物质的量/mol 0.2 0.1 0.1a点物质的量/mol 0.8 0.1 0.1此时 SiHCl3、SiH 2Cl2、SiCl 4的物质的量分数分别为 0.8、0.1、0.1,=1.281.3。正逆 =正 23逆 224=0.020.820.10.110.(14分)自从德国化学家哈伯研究出合成氨的方法以来,氮的固定的相关研究获得了不断地发展。(1)下表列举了不同温度下大气固氮的部分平衡常数 K值。反应 大气固氮 N2(
18、g)+O2(g) 2NO(g)温度/ 27 2 260K 3.8410-31 1分析数据可知:大气固氮反应属于 (填“吸热”或“放热”)反应。 2 260 时,向 2 L密闭容器中充入 0.3 mol N2和 0.3 mol O2,20 s时反应达到平衡。则此时得到 NO mol,用 N2表示的平均反应速率为 。 (2)已知工业固氮反应:N 2(g)+3H2(g) 2NH3(g) H”或“解析(1)由表中数据可以看出,温度越高,化学平衡常数越大,则该反应为吸热反应。由“三段式”进行计算,设达到平衡时,N 2转化了 x molL-1,则有:N 2(g) + O 2(g) 2NO(g)起始/(mo
19、lL -1) 0.15 0.15 0转化/(molL -1) x x 2x平衡/(molL -1) 0.15-x 0.15-x 2xK=1= ,解得 x=0.05。故平衡时 n(NO)=20.05 molL-12 L=0.2 mol。 v(N2)=(2)2(0.15-)2=0.002 5 molL-1s-1。(2)该反应为气体分子数减小的反应,增大压强,平衡正向0.05-120 移动,即压强越大,N 2的平衡转化率越大,图 A错误,图 B正确。该反应为放热反应,温度越高,N 2的平衡转化率越小,故 T1T2。11.(12分)在容积为 1.00 L的容器中,通入一定量的 N2O4,发生反应 N2
20、O4(g) 2NO2(g),随温度升高,混合气体的颜色变深。回答下列问题:(1)反应的 H (填“大于”或“小于”)0。 (2)100 时达平衡后,改变反应温度为 T,c(N2O4)以 0.002 0 molL-1s-1的平均速率降低,经 10 s后又达到平衡。T (填“大于”或“小于”)100 ,判断理由是 。 (3)温度 T时反应达平衡后,将反应容器的容积减少一半,平衡向 (填“正反应”或“逆反应”)方向移动,判断理由是 。 9答案(1)大于(2)大于 反应正方向吸热,反应向吸热方向进行,故温度升高(3)逆反应 对气体分子数增大的反应,增大压强平衡向逆反应方向移动解析(1)根据题意,温度升高,混合气体颜色变深,说明升温向生成二氧化氮的方向进行,即正反应是吸热反应,焓变大于零。(2)由题意可知,改变温度后 c(N2O4)以 0.002 0 molL-1s-1的平均速率降低,说明平衡向右进行,正反应是吸热反应,说明是升高温度。(3)温度为 T时,反应达平衡后容器的容积减少一半,相当于增加压强,平衡将向气体体积减少的方向移动,即向逆反应方向移动。
