逍遥学能 2013-01-29 14:33
化学反应速率和化学平衡
1．对于化学反应3W(g)＋2X(g)===4Y(g)＋3Z(g)，下列反应速率关系中，正确的是( )
A．v(W)＝3v(Z) B．2v(X)＝3v(Z)
C．2v(X)＝v(Y) D．3v(W)＝2v(X)
解析：速率之比等于方程式的计量系数之比，A项，v(W)＝v(Z)；B项，3v(X)＝2v(Z)；C项，2v(X)＝v(Y)；D项，2v(W)＝3v(X)。
答案：C
2．已知反应A2(g)＋2B2(g) 2AB2(g) ΔH>0，下列说法正确的是( )
A．升高温度正反应速率加快，逆反应速率减慢
B．0.1 ol A2和0.2 ol B2反应达到平衡时生成0.2 ol AB2
C．达平衡后，升高温度，B的转化率不变
D．催化剂可同等程度地改变正、逆反应速率
解析：升高温度正、逆反应速率都加快，A不正确；该反应是可逆反应，不可能进行彻底，B不正确；平衡后，升高温度，平衡右移，B的转化率增大，C不正确。
答案：D
3．(2011•烟台模拟)在密闭的容器中进行如下反应：H2(g)＋I2(g) 2HI(g)，在温度T1和T2时，产物的量和时间的关系如图所示，根据图像判断正确的是( )
A．T1<T2，ΔH<0 B．T1>T2，ΔH<0
C．T1<T2，ΔH>0 D．T1>T2，ΔH>0
解析：由图像可知，温度为T2时达到化学平衡所需的时间短，表明温度T2>T1，从T1→T2表示升温，达到平衡时HI含量降低，表明正反应是放热反应，即ΔH<0，故选A。
答案：A
4．(2011•全国卷Ⅱ)在容积可变的密闭容器中，2 ol N2和8 ol H2在一定条件下发生反应，达到平衡时，H2的转化率为25 %, 则平衡时的氮气的体积分数接近于( )
A．5% B．10%
C．15% D．20%
解析：N2＋3H2 2NH3
起始量(ol) 2 8 0
转化量(ol) 2/3 2 4/3
平衡量(ol) 4/3 6 4/3
所以平衡时的氮气的体积分数＝436＋83＝15.4%。
答案：C
5．高炉炼铁过程中发生的主要反应为
13Fe2O3(s)＋CO(g) 23Fe(s)＋CO2(g)。已知该反应在不同温度下的平衡常数如下：
温度/℃1 0001 1501 300
平衡常数4.03.73.5
请回答下列问题：
(1)该反应的平衡常数表达式K＝________________________________________，
ΔH________0(填“＞”、“＜”或“＝”)；
(2)在一个容积为10 L的密闭容器中，1 000℃时加入Fe、Fe2O3、CO、CO2各1.0 ol，反应经过10 in后达到平衡。求该时间范围内反应的平均反应速率v(CO2)＝________，CO的平衡转化率＝________；
(3)欲提高(2)中CO的平衡转化率，可采取的措施是________。
A．减少Fe的量 B．增加Fe2O3的量
C．移出部分CO2 D．提高反应温度
E．减小容器的容积 F．加入合适的催化剂
解析：(1)因Fe和Fe2O3都为固体，不能代入平衡常数的表达式，所以K＝[CO2][CO]，由表中数据知，温度升高，平衡常数减小，说明平衡向左移动，故ΔH＜0.
(2) 13Fe2O3(s)＋CO(g) 23Fe(s)＋CO2(g)
起始(ol) 1.0 1.0 1.0 1.0
转化(ol) 13x x 23x x
平衡(ol) 1.0－13x 1.0－x 1.0＋23x 1.0＋x
由题意得K＝1.0＋xol10 L1.0－xol10 L＝4.0，解得x＝0.60 ol。
所以α(CO)＝0.60 ol1.0 ol×100%＝60%。
v(CO2)＝ΔcCO2Δt＝0.60 ol10 L10 in
＝0.006 0 ol/(L•in)。
(3)根据勒夏特列原理，A、B、E、F四项的条件改变对平衡无影响，D项升温平衡向左移动，CO转化率降低，故选C.
答案：(1)[CO2][CO] ＜
(2)0.006 0 ol/(L•in) 60% (3)C
(限时45分钟，满分100分)
一、选择题(本题包括7小题，每小题6分，共42分)
1．(2011•临沂模拟)一定条件下在2 L的密闭容器中充入2 ol SO2和2 ol O 2，发生反应2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)，进行到4 in时，测得n(SO2)＝1.2 ol。下列说法正确的是( )
A．反应进行到2 in时，容器中n(SO3)可能为0.5 ol
B．当v(SO2)∶v(O2)∶v(SO3)＝2∶1∶2时该反应达平衡状态
C．温度升高时正反应速率增大，逆反应速率减小
D．4 in内氧气的平均反应速率为0.5 ol•L－1•in－1
解析：平衡时n(SO3)＝0.8 ol，因为化学反应速率是平均速率，故前2 in，反应速率大于平均速率，故前2 in的n(SO3)>0.4 ol，A正确；该反应速率比未体现出反应方向，B错误；温度升高，正、逆反应速率都要增大，C错误；4 in内O2的平均反应速率为0.05 ol•L－1•in－1，D错误。
答案：A
2.(2011•天津高考)向绝热恒容密闭容器中通入 SO2 和 NO2，一定条件下使反应SO2(g)＋ NO2(g) SO3(g)＋NO(g)达到平衡，正反应速率随时间变化的示意图如图所示。由图可得出正确的结论是 ( )
A．反应在 c 点达到平衡状态
B．反应物浓度：a 点小于 b 点
C．反应物的总能量低于生成物的总能量
D．Δt1＝Δt2 时，SO2 的转化率：a～b 段小于 b～c 段
解析：本题主要考查化学反应速率和化学平衡等知识，意在考查考生读图分析问题的能力。A项，c点v正最大，但不一定达到平衡；B项，a点反应物的浓度大于b点的浓度；C项，反应初始阶段，随着反应的不断进行，反应速率逐渐加快，说明该反应为放热反应，即反应物的总能量大于生成物的总能量；D项，由于b～c段v正大于a～b段，故b～c段SO2的转化率大于a～b 段。
答案：D
3．已知反应①：CO(g)＋CuO(s) CO2(g)＋Cu(s)和反应②：H2(g)＋CuO(s) Cu(s)＋H2O(g)在相同的某温度下的平衡常数分别为K1和K2，该温度下反应③：CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)的平衡常数为K。则下列说法正确的是( )
A．反应①的平衡常数K1＝cCO2•cCucCO•cCuO
B．反应③的平衡常数K＝K1K2
C．对于反应③，恒容时，温度升高，H2浓度减小，则该反应的焓变为正值
D．对于反应③，恒温恒容下，增大压强，H2浓度一定减小
解析：在书写平衡常数表达式时，纯固体不能表示在平衡常数表达式中，A错误。由于反应③＝反应①－反应②，因此平衡常数K＝K1K2，B正确。反应③中，温度升高，H2浓度减小，则平衡左移，即逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，因为ΔH<0，C错误。对于反应③，在恒温恒容下，增大压强，如充入稀有气体，则平衡不移动，H2的浓度不变，D错误。
答案：B
4．(2011•长沙模拟)可逆反应aA(g)＋bB(g) cC(g)＋dD(g) ΔH＝Q，同时符合下列两图中各曲线的规律是( )
A．a＋b>c＋d T1>T2 Q>0
B．a＋b>c＋d T1<T2 Q<0
C．a＋b<c＋d T1>T2 Q>0
D．a＋b>c＋d T1>T2 Q<0
解析：据左图可知，T2>T1，温度越高平衡时生成物浓度越小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，则正反应为放热反应，Q<0；据右图，增大压强时正反应速率变化大，则加压时平衡向正反应方向移动，正反应为气体体积减小的反应，即a＋b>c＋d。
答案：B
5．[双选题](2011•江苏高考)700℃时，向容积为2 L 的密闭容器中充入一定量的 CO 和 H2O，发生反应：CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)。反应过程中测定的部分数据见下表(表中 t2>t1)：
反应时间/inn(CO)/oln(H2O)/ol
01.200.60
t10.80
t20.20
下列说法正确的是( )
A．反应在t1 in 内的平均速率为 v(H2)＝0.40t1 ol•L－1•in－1
B．保持其他条件不变，起始时向容器中充入 0.60 ol CO 和1.20 ol H2O，达到平衡时n(CO2)＝ 0.40 ol
C．保持其他条件不变，向平衡体系中再通入 0.20 ol H2O，与原平衡相比，达到新平衡时 CO 转化率增大，H2O 的体积分数增大
D．温度升高至800 ℃，上述反应平衡常数为 0.64，则正反应为吸热反应
解析：本题考查化学反应速率及化学平衡等知识，意在考查考生对影响化学反应速率及平衡的条件及化学平衡常数表示方法的综合运用能力。A项，t1时CO减少0.40 ol，则H2增加0.40 ol，用H2表示的平均反应速率为0.40 ol2 Lt1＝0.20t1ol/(L•in)，故不正确；D项，由表格中数据可知，从t1到t2，H2O(g)已不再改变，表明已达到平衡状态，则700℃时的平衡常数＝0.4 ol2 L×0.4 ol2 L0.8 ol2 L×0.20 ol2 L＝1，升温到800℃，平衡常数变为0.64，化学平衡逆向移动，表明正反应是放热反应。
答案：BC
6．(2011•福建高考)25°C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>0
D．25°C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°C时该反应的平衡常数为2.2，D项正确。
答案：D
7.某同学在三个容积相同的密闭容器中，分别研究三种不同条件下化学反应2X(g) Y(g)＋W(g)的进行情况。其中实验Ⅰ、Ⅱ控温在T1，实验Ⅲ控温在T2，它们的起始浓度均是c(X)＝1.0 ol•L－1，c(Y)＝c(W)＝0，测得反应物X的浓度随时间的变化如图所示。下列说法不正确的是( )
A．与实验Ⅰ相比，实验Ⅱ可能使用了催化剂
B．与实验Ⅰ相比，实验Ⅲ若只改变温度，则温度T1<T2，该反应是吸热反应
C．在实验Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中，达到平衡状态时X的体积百分含量相同
D．若起始浓度c(X)＝0.8 ol•L－1，c(Y)＝c(W)＝0，其余条件与实验Ⅰ相同，则平衡浓度c(X)＝0.4 ol•L－1
解析：A项，实验Ⅰ与实验Ⅱ达到平衡时的浓度相同，只是实验Ⅱ反应速率较快，则可能使用了催化剂，正确；B项，实验Ⅲ达到平衡所用时间比实验Ⅰ短，则T2>T1，平衡时实验Ⅲ中X浓度较小，表明升温平衡向正反应方向移动，则正反应为吸热反应，正确；C项，实验Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中达到平衡时，X的体积百分含量明显是Ⅰ＝Ⅱ>Ⅲ，故不正确；D项，实验Ⅰ中，平衡时c(Y)＝c(W)＝0.25 ol/L，K平＝cY×cWc2 X＝0.25，而反应温度不变，则平衡常数不变，K平＝cY×cWc2X＝a20.8－2a2＝0.25，解得a＝0.2 ol/L，则平衡时c(X)＝0.8 ol/L－2a＝0.4 ol/L，正确。
答案：C
二、非选择题(本题包括4小题，共58分)
8．(12分)煤化工中常需研究不同温度下平衡常数、投料比及产率等问题。
已知：CO(g)＋H2O(g) H2(g)＋CO2(g)的平衡常数随温度的变化如下表：
温度/℃4005008301 000
平衡常数K10910.6
试回答下列问题：
(1)上述反应的正反应的是________反应(填“放热”或“吸热”)。
(2)某温度下，上述反应达到平衡后，保持容器体积不变升高温度，正反应速率________(填“增大”、“减小”或“不变”)，容器内混合气体的压强________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(3)830℃时，在恒容反应器中发生上述反应，按下表中的物质的量投入反应混合物，其中向正反应方向进行的有________(选填字母)。
ABCD
n(CO2)/ol3101
n(H2)/ol2101
n(CO)/ol1230.5
n(H2O)/ol5232
(4)830℃时，在2 L的密闭容器中加入4 ol CO(g)和6 ol H2O(g)达到平衡时，CO的转化率是________。
解析：(1)由表格可知，升温，化学平衡常数减小，故正反应为放热反应。
(2)升高温度，正、逆反应速率均增大；容器体积不变的情况下，升高温度，则容器内混合气体的压强增大。
(3)830℃时，化学平衡常数为1，即若n(CO2)×n(H2)<n(CO)×n(H2O)，则反应向正方向进行，符合此要求的是B、C。
(4)830℃时，化学平衡常数为1，
CO(g)＋H2O(g) H2(g)＋CO2(g)
起始浓度(ol/L) 2 3 0 0
转化浓度(ol/L) x x x x
平衡浓度(ol/L) (2－x) (3－x) x x
平衡常数K＝cH2×cCO2cCO×cH2O＝x22－x3－x＝1，
解得x＝1.2，
则CO的转化率＝1.2 ol/L2 ol/L×100%＝60%。
答案：(1)放热 (2)增大 增大 (3)BC (4)60%
9．(15分)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℃
K2.0410.2700.012
①由表中数据判断ΔH________(填“>”、“＝”或“<”)0；
②某温度下，将2 ol CO和6 ol H2充入2 L的密闭容器中，充分反应后，达到平衡时测得c(CO)＝0.2 ol/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，5 ol CO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454 。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1 ol CO、2 ol H21 o l CH3OH2 ol CH3OH
平衡时数据CH3OH的
浓度(ol/L)c1c2c3
反应的能
量变化a b c
体系压强(Pa)p1p2p3
反应物转化率α1α2α3
下列说法正确的是________。
A．2c1>c3 B．a＋b<90.8
C．2p2<p3 D．α1＋α3<1
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判断反应是否达到平衡状态， 故A、B错误。
(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反应方向移动，即逆反应是吸热反应，正反应为放热反应，ΔH<0。开始时c(CO)＝1 ol/L，平衡时c(CO)＝0.2 ol/L，CO的转化率＝1－0.2 ol•L－11 ol•L－1×100%＝80%，此时平衡常数K＝0.8[0.2×1.42]＝2.041，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)可假设丙的容积为甲或乙的两倍，达平衡时浓度与甲或乙相等，再压缩至容积相等，若平衡不移动，则CH3OH浓度丙为甲的2倍，体系压强丙为乙的2倍，但实际平衡向正反应方向移动，则有2c1<c3,2p2>p3，A、C不正确；甲、乙两容器从两个相反的方向建立相同的平衡，a＋b＝90.8，B不正确。
答案：(1)CD (2)①< ②80% 250℃
(3)DF (4)D
10．(15分)(2010•广东四校联考)某外活动小组研究Fe3＋与I－发生反应的速率关系和平衡移动原理的应用。
(1)试写出FeCl3溶液和KI溶液发生反应的离子方程式
________________________________________________________________________。
(2)在其他条件不变时，上述反应达到平衡后，取2 L平衡混合物加入2 L苯充分振荡________(填操作名称)，所看到的实验现象是________________________________，化学平衡将向________移动。
(3)由于Fe3＋与I2水的稀溶液颜色接近，肉眼比较难区分上述反应是否发生，如果要看到发生反应则应有的操作及实验现象是________________________________。该小组同学希望通过鉴别Fe2＋达到目的，取样加入2滴黄色K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液，生成带有特征蓝色的铁氰化亚铁沉淀。该反应的离子方程式为________________________。
(4)Fe3＋与I－发生反应的正反应速率v与c(Fe3＋)和c(I－)的关系为v＝kc(Fe3＋)cn(I－)(k为常数)
c(Fe3＋)/
ol•L－1c(I－)/
ol•L－1v/
ol•L－1•s－1
①0.800.200.032k
②0.400.600.144k
③0.200.800.128k
通过上表数据计算得＝________；n＝________。
(5)现有0.10 ol•L－1 FeCl3溶液和0.10 ol•L－1 KI溶液各2 L在试管中充分反应达到平衡，测得平衡时c(Fe3＋)变为0.01 ol•L－1，没有碘固体析出，试计算此条件下该反应的平衡常数K＝________。
解析：Fe3＋与I－发生反应：2Fe3＋＋2I－===2Fe2＋＋I2。2 L平衡混合物加入2 L苯充分振荡，苯要萃取平衡混合物中的I2，由于苯的密度比水小，故上层是溶有I2的苯，为紫色，下层溶液中I2的量减小，平衡向正反应方向移动。Fe3＋与I2水的稀溶液颜色接近，要区分可采用淀粉溶液，I2遇淀粉变蓝。
将表中的三组数据代入v＝kc(Fe3＋)cn(I－)，
可解得：＝1；n＝2。
平衡时c(Fe3＋)变为0.01 ol•L－1，
则消耗的n(Fe3＋)＝0.10×2×10－3 ol－0.01×4×10－3 ol＝1.6×10－4 ol，
则生成的c(Fe2＋)＝1.6×10－4 ol4×10－3L
＝0.04 ol•L－1，
消耗的n(I－)＝1.6×10－4 ol，
平衡时c(I－)＝0.10×2×10－3－1.6×10－4 ol4×10－3 L
＝0.01 ol•L－1。
再由化学平衡常数公式，即可算出K的值。
答案：(1)2Fe3＋＋2I－===2Fe2＋＋I2(此处写“ ”不扣分)
(2)萃取 分层，上层为紫色(浅紫色到紫红色均给分)，下层接近无色 正反应方向(或右)
(3)加入淀粉后溶液变蓝
2[Fe(CN)6]3－＋3Fe2＋===Fe3[Fe(CN)6]2↓
(4)1 2
(5)3.2×103
11．(16分)(2011•东高考)研究NO2、SO2、CO等大气污染气体的处理具有重要意义。
(1)NO2可用水吸收，相应的化学反应方程式为____________________________。利用
反应6NO2＋8NH3 7N2＋12H2O也可处理NO2。当转移1.2 ol电子时，
消耗的NO2在标准状况下是________L。
(2)已知：2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)
ΔH＝－196.6 •ol－1
2NO(g)＋O2(g) 2NO2(g)
ΔH＝－113.0 •ol－1
则反应NO2(g)＋SO2(g) SO3(g)＋NO(g)的ΔH＝________•ol－1。
一定条件下，将NO2与SO2以体积比1∶2置于密闭容器中发生上述反应，下列能说明反应达到平衡状态的是________。
A．体系压强保持不变
B．混合气体颜色保持不变
C．SO3和NO的体积比保持不变
D．每消耗1 ol SO3的同时生成1 ol NO2
测得上述反应平衡时NO2与SO2的体积比为1∶6，则平衡常数K＝________。
(3)CO可用于合成甲醇，反应方程式为CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)。CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图所示。该反应ΔH________0(填“＞”或“＜”)。实际生产条件控制在250℃、1.3×104 kPa左右，选择此压强的理由是
________________________________________________________________________。
解析：本题考查氧化还原反应、反应热、化学平衡等，意在考查考生综合运用化学反应原理的能力。(1)该反应中转移24e－，当转移1.2 ol电子时，消耗0.3 ol NO2，在标准状况下的体积为6.72 L。(2)根据盖斯定律，由第一个反应减去第二个反应，然后除以2，可得：
NO2(g)＋SO2(g) SO3(g)＋NO(g)，则ΔH＝(－196.6 •ol－1＋113.0 •ol－1)×12＝－41.8 •ol－1。该反应前后气体分子数不变，因此压强保持不变不能作为平衡的标志，A错；混合气体颜色不变，则NO2浓度保持不变，可以作为平衡的标志，B对；无论何种状态，SO3、NO的体积比始终为1∶1，不能作为平衡的标志，C错，每消耗1 ol SO3的同时生成1 ol NO2，是同方向的反应，不能作为平衡的标志，D错。
假设起始时NO2、SO2的物质的量分别为x、2x，
则平衡时NO2、SO2、SO3、NO的物质的量分别为0.2x、1.2x、0.8x、0.8x，
则K＝cNO•cSO3cNO2•cSO2＝0.8xV×0.8xV0.2xV×1.2xV＝83。
(3)根据图示，当压强相同时，降低温度，CO的平衡转化率升高，说明降温平衡向正反应方向移动，因此正反应为放热反应，ΔH＜0。
答案：(1)3NO2＋H2O===2HNO3＋NO 6.72
(2)－41.8 B 2.67或83
(3)＜ 在1.3×104 kPa下，CO转化率已较高，再增大压强，CO转化率提高不大，而生产成本增加，得不偿失