内容正文:
章末检测(二) 化学反应的方向、限度与速率
优化探究
第2章 化学反应的方向、限度与速率
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一、选择题:每小题只有一个选项符合题目要求。
1.锡是古老金属,锡之为器,自上古而延绵至今。锡素有“盛水水清甜,盛酒酒香醇,储茶味不变,插花花长久”的美称。金属锡的冶炼常用焦炭作还原剂:SnO2+2C===Sn+2CO↑,反应过程中能量的变化如图所示。下列有关该反应的ΔH、ΔS的说法中正确的是( )
A.ΔH<0 ΔS<0 B.ΔH>0 ΔS<0
C.ΔH<0 ΔS>0 D.ΔH>0 ΔS>0
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D
2.在某温度下,可逆反应mA(g)+nB(g)⥫⥬pC(g)+qD(g)的平衡常数为K,下列说法正确的是( )
A.K越大,达到平衡时,反应进行的程度越小
B.K越小,达到平衡时,反应物的转化率越大
C.K随反应物浓度的改变而改变
D.K随温度的改变而改变
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平衡常数的大小能表示反应可能进行的程度,数值越大,表示反应进行的越彻底,相应地转化率也越大;平衡常数只与反应物和温度有关。
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3.对于可逆反应2SO2(g)+O2(g)⥫⥬2SO3(g),下列措施能使反应物中活化分子百分数、化学反应速率和化学平衡常数都变化的是( )
A.增大压强 B.升高温度
C.使用催化剂 D.增大O2的浓度
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B
增大压强,反应物中活化分子百分数、化学平衡常数都不变,A项错误;升高温度,反应物中活化分子百分数、化学反应速率都增大,且化学平衡常数发生变化,B项正确;使用催化剂,化学平衡常数不变,C项错误;增大O2的浓度,反应物中活化分子百分数、化学平衡常数都不变,D项错误。
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4.已知反应2O3===3O2的反应机理为
O3===O2+O· (慢)
O3+O·===2O2 (快)
当O3的浓度增加时,其反应速率( )
A.加快 B.减慢
C.基本不变 D.不能确定
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决定该反应速率的是第一步慢反应,所以当O3的浓度增加时,化学反应速率加快,故A项正确。
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5.人体血液内的血红蛋白(Hb)易与O2结合生成HbO2,因此具有输氧能力。CO吸入肺中发生反应:CO+HbO2⥫⥬O2+HbCO,37 ℃时,该反应的平衡常数K=220。HbCO的浓度达到HbO2浓度的0.02倍,会使人智力受损。据此,下列结论错误的是( )
A.CO与HbO2反应的平衡常数K=
B.人体吸入的CO越多,与血红蛋白结合的O2越少
C.当吸入的CO与O2浓度之比大于或等于0.02时,人的智力才会受损
D.把CO中毒的病人放入高压氧舱中解毒,其原理是使上述平衡逆向移动
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C
根据化学平衡常数的定义可知A正确;根据平衡移动的原理可知B、D正确;根据题意知,=220,当HbCO的浓度达到HbO2浓度的0.02倍时,≈0.000 1,所以当吸入CO与O2的浓度之比大于或等于0.000 1时,会使人智力受损,故C错误。
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6.一定温度下,某同学欲探究浓度对化学平衡的影响,设计实验如下:
Ⅰ.向5 mL 0.05 mol/L FeCl3溶液中加入5 mL 0.05 mol/L KI溶液,反应达到平衡后分成两等份。
Ⅱ.向其中一份中加入KSCN溶液,溶液变红,再向其中加入CCl4,振荡、静置,下层显极浅的紫色。
Ⅲ.向另外一份中加入CCl4,振荡,静置,下层显紫色。
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下列说法错误的是( )
A.实验Ⅰ中发生的反应为2Fe3++2I-⥫⥬2Fe2++I2
B.水溶液中的c(I-):Ⅱ>Ⅲ
C.水溶液中的c(Fe3+):Ⅰ<Ⅱ
D.若在实验Ⅰ中加入少量FeCl3固体,c(Fe2+)会增大
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C
实验Ⅲ说明实验Ⅰ中的I-被氧化为I2,故实验Ⅰ中发生的反应为2Fe3++2I-⥫⥬2Fe2++I2,A项正确;实验Ⅱ中发生的反应为Fe3++nSCN-⥫⥬[Fe(SCN)n]3-n,加入CCl4,振荡、静置后,下层显极浅的紫色,说明2Fe3++2I-⥫⥬2Fe2++I2因加入KSCN溶液,平衡向逆反应方向移动,I-浓度增大,B项正确;由上述分析可知,生成[Fe(SCN)n]3-n的反应程度比生成I2的反应程度大,故实验Ⅰ的溶液中Fe3+浓度比实验Ⅱ中的大,C项错误;在实验Ⅰ中加入少量FeCl3固体,2Fe3++2I-⥫⥬2Fe2++I2平衡向正反应方向移动,c(Fe2+)增大,D项正确。
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7.我国科研人员提出了由CO2和CH4转化为高附加值产品CH3COOH的催化反应历程。该催化反应历程示意图如图所示。
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下列说法错误的是( )
A.化学反应历程一般为普通反应物分子 活化分子 反应产物分子
B.CH4+CO2―→CH3COOH反应过程中,只有C—H键发生断裂
C.①→②释放能量并形成了C—C键
D.催化剂能增加活化分子百分数,从而增大反应速率
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B
化学反应历程一般为普通反应物分子获得能量后成为活化分子,活化分子之间发生有效碰撞,形成新的化学键释放能量成为反应产物分子,A项正确;由题图可知,CH4+CO2―→CH3COOH反应过程中,CO2分子中的C==O键也会发生断裂形成—COOH,B项错误;由题图可知,①→②为放热反应,有C—C键形成,C项正确;催化剂能降低反应的活化能,增加活化分子百分数,从而增大反应速率,D项正确。
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8.下列说法正确的是( )
A.H2(g)+I2(g)⥫⥬2HI(g),其他条件不变,缩小反应容器体积,正逆反应速率不变
B.C(s)+H2O(g)⥫⥬H2(g)+CO(g),碳的质量不再改变说明反应已达平衡
C.若压强不再随时间变化能说明反应2A(?)+B(g)⥫⥬2C(?)已达平衡,则
A、C不能同时是气体
D.1 mol N2和3 mol H2反应达到平衡时H2转化率为10%,放出热量Q1;在相同温度和压强下,当2 mol NH3分解为N2和H2的转化率为10%时,吸收热量Q2,Q2不等于Q1
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B
对于反应H2(g)+I2(g)⥫⥬2HI(g),反应前后气体分子数相等,缩小反应容器体积,平衡不移动,正逆反应速率增大相同的倍数,A项错误;碳的质量不变,说明正、逆反应速率相等,反应已达平衡状态,B项正确;恒温恒容条件下,若A、C同时为气体,当压强不变时,也能说明反应达到平衡状态,C项错误;设N2(g)+3H2(g)⥫⥬2NH3(g) ΔH=-a(a>0) kJ·mol-1,1 mol N2和3 mol H2反应达到平衡时H2转化率为10%,放出热量Q1=0.1a kJ,当2 mol NH3分解为N2和H2的转化率为10%时,吸收热量Q2=0.1a kJ,故Q1=Q2,D项错误。
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9.在催化剂作用下,用乙醇制乙烯,乙醇转化率和乙烯选择性(生成乙烯的物质的量与乙醇转化的物质的量的比值)随温度、乙醇进料量(单位:
mL·min-1)的关系如图所示(保持其他条件相同)。
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在410~440 ℃温度范围内,下列说法不正确的是( )
A.当乙醇进料量一定,随乙醇转化率增大,乙烯选择性升高
B.当乙醇进料量一定,随温度的升高,乙烯选择性不一定增大
C.当温度一定,随乙醇进料量增大,乙醇转化率减小
D.当温度一定,随乙醇进料量增大,乙烯选择性增大
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根据图像,当乙醇进料量一定,随乙醇转化率增大,乙烯选择性逐渐升高,但温度高于430 ℃后,乙烯选择性逐渐降低,A错误;B正确;根据题图,当温度一定,随乙醇进料量增大,乙醇转化率减小,C正确;根据题图,当温度一定,随乙醇进料量增大,乙烯选择性增大,D正确。
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10.已知可逆反应2A(g)+B(g)⥫⥬2C(g),根据表中的数据判断下列图像错误的是( )
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压强
A的转化率
温度 p1 p2
400 ℃ 95.6% 99.7%
500 ℃ 92.9% 97.8%
答案:D
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根据题表数据可知,在相同的压强下,升高温度,A的转化率降低,说明升高温度,平衡逆向移动,所以该反应的正反应为放热反应。该反应为气态物质系数减小的反应,在相同的温度下,增大压强,A的转化率增大,则p2>p1。升高温度,A的转化率降低,化学反应速率增大,所以500 ℃时先达到平衡,A项正确;压强一定时,升高温度,平衡逆向移动,C的百分含量减小,温度一定时,增大压强,平衡正向移动,C的百分含量增大,B项正确;升高温度,v正、v逆均增大,但吸热反应方向v逆增大的程度大,即v逆>v正,所以平衡逆向移动,经过一段时间后反应达到新的平衡状态,C项正确;增大压强,v正、v逆均增大,但v正>v逆,平衡正向移动,最终达到新的平衡状态,D项错误。
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二、选择题:每小题有一个或两个选项符合题目要求。
11.已知反应:2NO(g)+2H2(g)===N2(g)+2H2O(g)生成N2的初始速率与NO、H2的初始浓度的关系为v=kcx(NO)cy(H2),k是速率常数。在800 ℃时测得的相关数据如表所示:
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实验编号 初始浓度 生成N2的初始速率/(mol·L-1·s-1)
c(NO)/(mol·L-1) c(H2)/(mol·L-1)
1 2.00×10-3 6.00×10-3 1.92×10-3
2 1.00×10-3 6.00×10-3 4.80×10-4
3 2.00×10-3 3.00×10-3 9.60×10-4
下列说法不正确的是( )
A.关系式中x=1、y=2
B.800 ℃时,k的值为8×104
C.若800 ℃时,初始浓度c(NO)=c(H2)=4.00×10-3mol·L-1,则生成N2的初始速率为5.12×10-3mol·L-1·s-1
D.当其他条件不变时,升高温度,速率常数将增大
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A
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由1、2组实验数据可知,c(H2)相同,1组c(NO)是2组的2倍,1组反应速率变为2组的=4倍,则x=2;由1、3组实验数据可知,c(NO)相同,1组c(H2)是3组的2倍,1组反应速率变为3组的=2倍,则y=1,故A错误;由第1组实验数据可得800 ℃时,k的值为=8×104,故B正确;若800 ℃时,初始浓度c(NO)=c(H2)=4.00×10-3mol·L-1,则生成N2的初始速率v=8×104×(4.00×10-3)2×(4.00×10-3)mol·L-1·s-1=5.12×10-3mol·L-1·
s-1,故C正确;温度升高,反应速率加快,因浓度不变,故速率常数一定增大,故D正确。
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12.在一密闭容器中加入等物质的量的A、B,发生如下反应:
2A(g)+2B(g)⥫⥬3C(s)+4D(g),平衡常数随温度和压强的变化如表所示:
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压强/MPa
平衡常数
温度/℃ 1.0 1.5 2.0
300 a b 16
516 c 64 e
800 160 f g
下列判断正确的是( )
A.g>f
B.ΔH>0
C.2.0 MPa、800 ℃时,A的转化率最小
D.1.5 MPa、300 ℃时,B的转化率为50%
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平衡常数只与温度相关,温度不变,K不变,所以g=f,A项错误;由表格中的
数据可知,平衡常数随温度升高而增大,故正反应为吸热反应,ΔH>0,B项正确;该反应为吸热反应,温度越高,平衡常数越大,A的转化率越大,C项错误;该反应为反应前后气体分子数不变的反应,即压强一定时,气体体积不
变。设加入A、B的物质的量为a mol,转化量为x mol,容器体积为V L,则达平衡时,A、B为(a-x) mol,D为2x mol,则有=16,解得=,故B的转化率为50%,D项正确。
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13.已知反应N2O4(g)⥫⥬2NO2(g) ΔH>0的平衡体系中,物质的总质量
(m总)与总物质的量(n总)之比M 在不同温度下随压强的变化曲线如图所示。下列说法正确的是( )
A.温度:T1>T2
B.平衡常数:K(a)=K(b)<K(c)
C.反应速率:vb<va
D.当M=69 g·mol-1时,n(NO2)∶n(N2O4)=1∶1
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AD
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已知m总不变,该反应为吸热反应,升高温度,平衡正向移动,n总增大,故M减小,由图可知T1>T2,A项正确;化学平衡常数与温度有关,该反应为吸热反应,温度越高,平衡常数越大,则K(a)=K(c)<K(b),B项错误;温度越高,压强越大,化学反应速率越大,则vb>va,C项错误;设n(NO2)∶n(N2O4)=x mol∶
y mol,解得=69,所以x∶y=1∶1,D项正确。
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14.一定条件下,分别向容积固定的密闭容器中充入A和足量B,发生反应:2A(g)+B(s)⥫⥬2D(g) ΔH<0,测得相关数据如下,分析可知下列说法不正确的是( )
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实验Ⅰ 实验Ⅱ 实验Ⅲ
反应温度/℃ 800 800 850
c(A)始/(mol·L-1) 1 2 1
c(A)平/(mol·L-1) 0.5 1 0.85
放出的热量/kJ a b c
A.实验Ⅲ的化学平衡常数K<1
B.放出的热量关系为b kJ>2a kJ
C.实验Ⅲ在30 min时达到平衡,则30 min内A的平均反应速率v(A)为0.005 mol·L-1·min-1
D.当容器内气体密度不随时间变化时,表明上述反应已达平衡
答案:B
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选项A,实验Ⅰ达平衡时K=1,实验Ⅲ温度升高,平衡向逆反应方向移动,
K<1;选项B,实验Ⅱ反应物的转化量是实验Ⅰ的2倍,所以b=2a;选项C,实验Ⅲ达平衡时,Δt=30 min,Δc(A)=0.15 mol·L-1,故v(A)=0.005 mol·L-1·min-1;选项D,由于B为固体,若气体密度不变,说明整个体系中气体的总质量不变,
A、D浓度维持不变,反应已达平衡。
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15.对于气相反应,用某组分(B)的平衡压强p(B)代替物质的量浓度(cB)也可表示平衡常数(记作Kp)。已知反应CH4(g)+2H2O(g)⥫⥬CO2(g)+4H2(g),在t ℃时的平衡常数Kp=a,则下列说法正确的是( )
A.Kp=
B.升高温度,若Kp增大,则该反应为吸热反应
C.该反应达到平衡状态后,增大压强,平衡向左移动,Kp减小
D.t ℃时,反应CH4(g)+H2O(g)⥫⥬CO2(g)+2H2(g)的平衡常数Kp=
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由平衡常数表达式知,Kp应为生成物压强幂之积与反应物压强幂之积的比值,A项错误;升高温度,若Kp增大,则平衡正向移动,故该反应为吸热反
应,B项正确;Kp只与温度有关,则反应达到平衡状态后,增大压强,平衡向左移动,Kp不变,C项错误;t ℃时,反应CH4(g)+H2O(g)⥫⥬CO2(g)+2H2(g)的平衡常数Kp===,D项正确。
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三、非选择题
16.反应A(g)⥫⥬B(g)+C(g)在容积为1.0 L的密闭容器中进行,A的初始浓度为0.050 mol·L-1。温度T1和T2下A的浓度与时间关系如图所示。回答下列问题:
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(1)上述反应的温度T1 (填“大于”“小于”或“等于”,下同)T2,平衡常数K(T1) K(T2)。
(1)温度越高反应速率越快,到达平衡的时间越短,根据图像可知T1小于
T2。由图像看出温度越高,到达平衡时c(A)越小,说明升高温度平衡向着正反应方向移动,即正反应为吸热反应,K(T1)小于K(T2)。
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小于
小于
(2)若温度为T2时,5 min后反应达到平衡,A的转化率为70%,则:
①平衡时体系总的物质的量为 。
②反应的平衡常数K= 。
③反应在0~5 min区间的平均反应速率v(A)= 。
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0.085 mol
0.082 mol·L-1
0.007 mol·L-1·min-1
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(2) A(g) ⥫⥬ B(g) + C(g)
初始浓度/
(mol·L-1) 0.050 0 0
转化浓度/
(mol·L-1) 0.050×70% 0.050×70% 0.050×70%
平衡浓度/
(mol·L-1) 0.015 0.035 0.035
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①平衡时体系总的物质的量为(0.015+0.035+0.035)mol·L-1×1.0 L=0.085 mol。
②反应的平衡常数:K= mol·L-1≈0.082 mol·L-1。
③v(A)==0.007 mol·L-1·min-1。
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17.液氨作为一种潜在的汽车燃料已受到人们的普遍重视。它在安全性、价格等方面比化石燃料和氢燃料有更大的优势,氨的燃烧实验涉及下列两个反应:
①4NH3(g)+5O2(g)===4NO(g)+6H2O(l) ΔH1
②4NH3(g)+6NO(g)===5N2(g)+6H2O(l) ΔH2
(1)反应4NH3(g)+3O2(g)===2N2(g)+6H2O(l)的ΔH= (用含有ΔH1、ΔH2的式子表示)。
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(1)根据盖斯定律,目标热化学方程式可由得出,则ΔH=ΔH1+ΔH2。
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(2)若NH3(g)⥫⥬N2(g)+H2(g) K=A,则N2(g)+3H2(g)⥫⥬2NH3(g)
K'= (用A表示)。
(2)根据化学平衡常数的定义,K=,K'=,从而得出K'==。
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(3)向容积为3 L的恒容密闭容器中投入4.0 mol N2和9.0 mol H2,在一定条件下发生反应N2(g)+3H2(g)⥫⥬2NH3(g),仅改变温度测得平衡时的数据如表所示:
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温度/K 平衡时NH3的物质的量/mol
T1 2.4
T2 2.0
已知:断裂1.0 mol N2(g)和3.0 mol H2(g)中的化学键消耗的总能量小于断裂2.0 mol NH3(g)中的化学键消耗的能量。
①则T1 (填“>”或“<”)T2。
(3)①断裂1.0 mol N2(g)和3.0 mol H2(g)中的化学键消耗的总能量小于断裂2.0 mol NH3(g)中的化学键消耗的能量,说明此反应的正反应是放热反应,根据表中数据可知,T2 K平衡时NH3的物质的量小于T1 K平衡时NH3的物质的量,同时依据勒·夏特列原理,升高温度,平衡向吸热反应方向移动,则T1<T2。
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②在T2 K下,经过10 min反应达到化学平衡状态,则0~10 min内,H2的平均反应速率v(H2)= mol/(L·min),平衡时N2的转化率α(N2)=
。
②在T2 K下,达到平衡时,生成NH3的物质的量为2.0 mol,此时消耗H2的物质的量为3.0 mol,v(H2)=mol/(L·min)=0.1 mol/(L·min);生成2.0 mol NH3,消耗N2的物质的量为1.0 mol,则N2的转化率为×100%=25%。
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0.1
25%
③下列图像分别代表焓变(ΔH)、混合气体的平均摩尔质量()、N2的体积分数φ(N2)和混合气体的密度(ρ)与反应时间的关系,其中正确且能表明该可逆反应达到平衡状态的是 (填字母)。
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BC
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1
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③焓变是反应产物的总焓和反应物的总焓之差,因此ΔH不变不能说明反应达到平衡状态,A项错误;平均摩尔质量=,反应中各组分都是气体,则气体总质量不变,开始时反应向气体物质的量减小的方向进行,因此当平均摩尔质量不再改变时,说明反应达到平衡状态,B项正确;开始时反应向正反应方向进行,N2的体积分数逐渐减小,当N2的体积分数不再改变时,说明反应达到平衡状态,C项正确;反应中各组分都是气体,气体总质量不变,恒容条件下,V不变,因此混合气体的密度始终不变,D项错误。
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18.某研究性学习小组利用H2C2O4溶液和酸性KMnO4溶液之间的反应来探究“外界条件改变对化学反应速率的影响”,实验如下:
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实验
序号 实验
温度
/K 参加反应的物质 溶液颜色褪至无色时所需时间/s
KMnO4溶液
(含硫酸) H2C2O4溶液 H2O
V/mL c/(mol·L-1) V/mL c/(mol·L-1) V/m L
A 293 2 0.02 4 0.1 0 t1
B T1 2 0.02 3 0.1 V1 8
C 313 2 0.02 V2 0.1 1 t1
(1)通过实验A、B,可探究出 (填外部因素)的改变对反应速率的影响,其中V1= ,T1= ;通过实验 (填实验序号)可探究出温度变化对化学反应速率的影响。
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浓度
1
293
B、C
(1)分析表中数据知,本实验是探究浓度、温度变化对反应速率产生的影响。实验中,探究浓度(温度)对反应速率的影响时,就要确保影响反应速率的其他因素相同。A、B两组实验,草酸浓度不同,故温度应相同,
T1=293;为使A、B两组实验中KMnO4浓度相同,则溶液总体积均应为
6 mL,故V1=1。C组温度与另外两组不同,加水量与B组相同,故实验B、C是探究温度对化学反应速率的影响,因此V2=3。
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(2)若t1<8,则由此实验可以得出的结论是____________________________
;
利用实验B中数据计算,KMnO4的浓度变化表示的反应速率为v(KMnO4)=
。
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其他条件相同时,增大反应物浓度、反应速率增大(其他合理说法也对)
8.3×10-4mol·L-1·s-1
(2)由A、B实验现象及浓度差异知,在其他条件相同的情况下,增大反应物浓度可加快化学反应速率。计算反应速率时,c(KMnO4)应是混合溶液中的浓度。利用实验B中数据计算,v(KMnO4)=≈
8.3×10-4 mol·L-1·s-1。
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(3)该反应中有无色无味气体产生且锰被还原为Mn2+,写出相应反应的离子方程式: 。
(3)气体是CO2,故有Mn+H2C2O4→Mn2++CO2,依得失电子守恒有2Mn+5H2C2O4―→2Mn2++10CO2↑,最后依质量守恒原理添加H+与H2O并配平即可。
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2Mn+5H2C2O4+6H+===2Mn2++10CO2↑+8H2O
19.A是由导热材料制成的密闭容器,B是一耐化学腐蚀且易于传热的气
球。关闭K2,将等量且少量的NO2通过K1、K3分别充入A、B中,反应起始时,A、B的体积相同。[已知:2NO2(g)⥫⥬N2O4(g) ΔH<0]
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(1)一段时间后,反应达到平衡,此时A、B中生成的N2O4的速率是vA (填“>”“<”或“=”)vB;若打开活塞K2,气球B将 (填“变大”“变小”或“不变”)。
题给反应是体积减小的放热反应。(1)由于A为恒容体系,B为恒压体系,在平衡时pA<pB,故v(A)<v(B),若打开K2,A、B形成一个新的恒压体系,气体体积将变小。
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<
变小
(2)若在A、B中再充入与初始量相等的NO2,则达到平衡时,A中NO2的转化率αA将 (填“增大”“减小”或“不变”);若通入等量的Ne气,则达到平衡时,A中NO2的转化率将 (填“变大”“变小”或“不变”,下同),B中NO2的转化率将 。
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增大
不变
变小
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(2)若再通入NO2,对于A相当于加压,原平衡向正反应方向移动,NO2的转化率增大。若再通入Ne,对于A未改变体系各物质的浓度,平衡不移动,转化率不变;对于B其体积增大,相当于减小压强,平衡向逆反应方向移动,
NO2的转化率减小。
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