专题突破练九 化学反应速率与化学平衡(A)一、选择题1.(2021福建新高考适应性考试)有研究认为,强碱性溶液中反应I-+ClO-IO-+Cl-分三步进行,其中两步如下:第一步 ClO-+H2OHOCl+OH- K1=3.3×10-10第三步 HOI+OH-IO-+H2O K3=2.3×103下列说法错误的是( )A.反应第二步为HOCl+I-HOI+Cl-B.由K可判断反应第三步比第一步快C.升高温度可以加快ClO-的水解D.HOCl和HOI都是弱酸2.(2021广东惠州调研)高炉炼铁过程中发生的反应:Fe2O3(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g),已知该反应在不同温度下的平衡常数如下表,下列说法不正确的是( )温度/℃100011501300平衡常数4.03.73.5A.ΔH<0B.该反应的平衡常数表达式为K=C.其他条件不变,向平衡体系充入CO2气体,K值减小D.其他条件不变,升高温度时,CO的平衡转化率降低3.(2021湖南五市联考)图中的曲线是表示恒容时,2NO(g)+O2(g)2NO2(g)反应中NO的平衡转化率与温度的关系曲线,图中标有b、c、d三点,下列说法正确的是( )A.ΔH>0B.混合气体的密度:d点>b点C.c点未达到平衡状态且v正>v逆D.使用催化剂b、d两点将上移4.(2021湖南长沙模拟)科学家研究发现Cl2与CO合成COCl2的反应机理如下:①Cl2(g)2Cl·(g)快反应;②CO(g)+Cl·(g)COCl·(g)快反应;③COCl·(g)+Cl2(g)COCl2(g)+Cl·(g)慢反应其中反应②存在v正=k正c(CO)c(Cl·)、v逆=k逆c(COCl·)。下列说法正确的是( )A.反应①的活化能大于反应③的活化能B.反应②的平衡常数K=C.要提高合成COCl2的速率,关键是提高反应②的速率D.选择合适的催化剂能增大该反应的速率,并提高COCl2的平衡产率5.(2021湖南长郡模拟)已知反应:CH2CHCH3(g)+Cl2(g)CH2CHCH2Cl(g)+HCl(g)。在一
定压强下,按ω=向密闭容器中充入氯气与丙烯。图甲表示平衡时,丙烯的体积分数(φ)与温度(T)、ω的关系,图乙表示反应的平衡常数K与温度T的关系。则下列说法正确的是( )A.图甲中ω1>1B.图乙中,线A表示正反应的平衡常数C.在恒容容器中进行,压强不变时反应达到平衡状态D.当温度为T1、ω=2时,Cl2的转化率约为33.3%6.(双选)(2021山东日照联考)335℃时,在恒容密闭反应器中1.00molC10H18(l)催化脱氢的反应过程如下:反应1:C10H18(l)C10H12(l)+3H2(g) ΔH1反应2:C10H12(l)C10H8(l)+2H2(g) ΔH2测得C10H12和C10H8的产率x1和x2(以物质的量分数计)随时间的变化关系及反应过程能量变化如下图所示。下列说法错误的是( )A.催化剂能改变反应过程B.更换催化剂后,ΔH1、ΔH2也会随之改变C.8h时,反应2达到化学平衡状态D.x1显著低于x2,是因为反应2的活化能比反应1的小,反应1生成的C10H12很快转变成C10H8二、非选择题7.(2021福建莆田检测)氢能作为新型能源,可利用CO制得。我国北京大学的科研团队向容积为V的密闭容器中充入等物质的量的CO和H2O进行反应。已知:
反应Ⅰ:FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g) ΔH1反应Ⅱ:FeO(s)+H2(g)Fe(s)+H2O(g) ΔH2反应Ⅲ:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH反应Ⅲ在不同催化剂作用下(反应相同时间),温度与CO转化率的关系如图所示。(1)反应Ⅲ的ΔH与ΔH1、ΔH2关系式:ΔH= 。 (2)若反应Ⅰ和反应Ⅱ的平衡常数分别为K1和K2,则反应Ⅲ的平衡常数K与K1、K2的关系式:K= 。 (3)随着温度的升高,单位时间内CO的转化率先升后降,“后降”的可能原因是 。 (4)由图可知,ΔH (填“大于”或“小于”)0,催化剂应选择 (填“Au/α-MoC”或“Au/α-MoC/NaCN”)。 (5)已知T=1025K时,K=1。则平衡时CO的转化率为 。当T>1025K时,平衡时,H2的体积分数φ的取值范围为 。 (6)欲提高H2的体积分数,可采取的措施为 。 8.(2021福建龙岩质检)利用CO2可合成烷烃、烯烃、醇等系列重要化工原料。回答下列有关问题: Ⅰ.制备甲烷CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g) ΔH=-252.9kJ·mol-1图1图2(1)该反应的ΔG(ΔG=ΔH-TΔS)与温度的关系如图1所示。①要使该反应能顺利发生,理论上温度不高于 。 ②在恒温、恒容容器中进行该反应,下列不能说明反应达到平衡状态的是 (填字母)。 A.CO2和H2的转化率之比不再变化
B.混合气体的平均摩尔质量不再变化C.容器内的压强不再变化D.v=4v(2)选择合适催化剂,在密闭容器中按n(CO2)∶n(H2)=1∶4充入反应物,反应结果如图2所示。①若N点压强为1MPa,则平衡常数Kp(N)= ,P点与N点的平衡常数K(P) (填“>”“<”或“=”)K(N)。 ②若无催化剂,N点平衡转化率是否可能降至R点?说明理由。答: 。 Ⅱ.制备甲醇:主反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1=-58kJ·mol-1副反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH2=-41kJ·mol-1(3)向恒容容器中充入amolCO2和3amolH2,在催化剂存在的条件下进行反应,测得温度与平衡转化率、产物选择性的关系如下图所示。已知:CH3OH选择性=①CH3OH选择性随温度升高而下降的原因是 (写一条)。 ②有利于提高CH3OH选择性的反应条件是 。 A.高温高压B.低温低压C.高温低压D.低温高压参考答案专题突破练九 化学反应速率与化学平衡(A)1.B 解析由总反应减去第一、三步反应可得第二步反应为HOCl+I-HOI+Cl-,A项正确。平衡常数的数值大小可以判断反应进行的程度,不能判断反应速率大小,B项错误。升高温度可以增大反应速率,C项正确。ClO-在水溶液中发生水解,说明HOCl为弱酸,根据题目所给离子方程式可知第三步反应中HOI以分子形式参与反应,说明HOI也是弱酸,D项正确。2.C 解析由表中数据可知,随着温度升高,平衡常数减小,说明升高温度,平衡逆向移动,则该反应的ΔH<0,A项正确。Fe2O3和Fe都是固体,该反应的平衡常数表示为K=,B项正确。其他条件不变,向平衡体系充入CO2气体,平衡逆向移动,由于温度不变,则K值不变,C项错误。其他条件不变,升高温度,平衡逆向移动,CO的平衡转化率降低,D项正确。
3.C 解析由图可知,随着温度升高,NO的平衡转化率降低,说明温度升高,平衡逆向移动,则该反应的ΔH<0,A项错误。恒容条件下进行反应,混合气体的密度不变,B项错误。c点处于平衡曲线下方,此时NO转化率小于平衡值,则c点未达到平衡状态,反应正向进行,则有v正>v逆,C项正确。使用催化剂,平衡不移动,NO的转化率不变,故b、d两点不会向上移动,D项错误。4.B 解析①是快反应,③是慢反应,则反应①的活化能小于反应③的活化能,A项错误。反应②存在v正=k正c(CO)c(Cl·)、v逆=k逆c(COCl·),达到平衡时v正=v逆,则有k正c(CO)·c(Cl·)=k逆c(COCl·),反应②的平衡常数为K=,B项正确。整个过程中反应速率由慢反应决定,反应③是慢反应,故提高合成COCl2的速率,关键是提高反应③的速率,C项错误。催化剂只能改变反应速率,但不能使平衡发生移动,故不能提高COCl2的平衡产率,D项错误。5.D 解析温度一定时,增大,平衡时丙烯的体积分数减小,故图甲中ω1<1,A项错误。由图甲可知,一定时,升高温度,丙烯的体积分数增大,说明升高温度,平衡逆向移动,则该反应的ΔH<0;升高温度,平衡逆向移动,则平衡常数K减小,故图乙中线A代表逆反应的平衡常数,B项错误。该反应前后气体体积不变,气体总物质的量不变,故恒容时气体压强始终不变,不能根据压强判断是否达到平衡状态,C项错误。由图乙可知,T1时正、逆反应平衡常数均为1,ω==2,设n(Cl2)=2mol,n(CH2CHCH3)=1mol,平衡时转化的Cl2为x,容器的容积为1L,则有 CH2CHCH3(g)+Cl2(g)CH2CHCH2Cl(g)+HCl(g)1200xxxx1-x2-xxx则T1时平衡常数K==1,解得x=,故Cl2的转化率为mol÷2mol×100%=33.3%,D项正确。6.BC 解析使用催化剂,产生多种中间产物,改变反应过程,A项正确。焓变(ΔH)取决于反应物具有的总能量和生成物具有的总能量,更换催化剂后,反应过程改变,但ΔH1、ΔH2不会随之改变,B项错误。图中8h后,C10H8的产率x2逐渐增大,故反应2未处于平衡状态,C项错误。由图可知,反应1的活化能大于反应2的活化能,则反应1的速率比反应2的速率小,反应1生成的C10H12很快转变成C10H8,故x1显著低于x2,D项正确。7.答案(1)ΔH1-ΔH2(2)(3)温度过高,催化剂的催化活性下降(4)小于 Au/α-MoC(5)50% 0<φ<25%(6)及时分离出CO2(或降低温度)解析(1)由反应Ⅰ-Ⅱ可得反应Ⅲ,根据盖斯定律,则反应Ⅲ的ΔH=ΔH1-ΔH2。(2)由于反应Ⅰ-Ⅱ=Ⅲ,反应Ⅰ和Ⅱ的平衡常数分别为K1和K2,则反应Ⅲ的平衡常数为K=。(3)由图可知,催化剂的催化活性随温度升高先增大后减小,温度过高,
催化剂的催化活性下降,会引起单位时间内CO的转化率降低。(4)由图可知,随着温度的升高,CO平衡转化率逐渐减小,说明升高温度,平衡逆向移动,则该反应的ΔH<0。由图可知,催化剂Au/α-MoC在较低温度时具有较高的催化活性,故催化剂应选择Au/α-MoC。(5)起始时CO和H2O(g)的物质的量相等,假设均为1mol,由于反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)前后气体总分子数不变,平衡常数K=1,则平衡时四种物质的物质的量均为0.5mol,故CO的平衡转化率为0.5mol÷1mol×100%=50%。1025K时,H2的体积分数为25%;升高温度,平衡向逆反应方向移动,平衡时H2的体积分数减小,但肯定大于0,故H2的体积分数取值范围为0<φ<25%。(6)欲提高H2的体积分数,可采取的措施有及时分离出CO2,或降低温度等。8.答案(1)①597℃ ②AD(2)①1 < ②不可能,因为催化剂不能改变反应物的平衡转化率(3)①温度升高,催化剂活性降低 ②D解析Ⅰ.(1)①ΔG(ΔG=ΔH-TΔS)<0,反应能自发进行,由图1可知,温度不高于597℃;②CO2和H2的转化率之比与投料比有关,不能判定是否达到平衡,A项正确。反应前后气体的质量不变,物质的量发生改变,混合气体的平均摩尔质量不再变化,说明达到平衡,B项错误。反应前后气体的物质的量发生改变,则压强发生改变,压强不变时达到平衡,C项错误。正、逆反应速率相等时,反应达到平衡,v(H2)正=4v(CH4)正没有涉及逆反应,D项正确。(2)①依题意设起始投入CO2物质的量为1mol,则H2为4mol,由图2可知N点时转化率为50%,可列三段式: CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)14000.520.510.520.51N点压强为1MPa,故Kp==1;该反应为放热反应,P点温度升高,二氧化碳的平衡转化率降低,则K(P)
