内容正文:
题型02 化学反应速率及化学平衡的计算
一、选择题
1.(2023-2024高二上·北京西城·期中)某温度下,反应的平衡常数为400。此温度下,在容积一定的密闭容器中加入,反应到某时刻测得各组分的浓度如下:
物质
浓度/()
0.44
0.6
0.6
下列说法正确的是
A.此时逆反应速率大于正反应速率
B.平衡时的转化率小于80%
C.平衡时的浓度为0.04mol/L
D.该温度下增大的起始浓度,平衡常数增大
2.(2023-2024高二上·安徽安庆·期中)一定条件下,反应的平衡常数为0.5,在体积为2L的容器中充入、发生上述反应直至达到平衡,下列说法正确的是
A.该反应的平衡常数的表达式为:
B.CO的平衡转化率为80%
C.达到平衡时再充入和各,平衡正向移动
D.保持温度不变,将体系体积压缩,正、逆反应速率均加快而反应限度不变
3.(2023-2024高二上·湖北武汉·期中)已知反应:2 CH3OH(g)⇌CH3OCH3(g) + H2O(g) ΔH = -23.5 kJ·mol-1,在某温度下的平衡常数为K=400.此温度下,在密闭容器中加入CH3OH,反应到某时刻t时,测得各组分的浓度如下。下列叙述错误的是
物质
浓度()
0.44
0.6
0.6
A.比较此时刻t时,正、逆反应速率的大小:
B.若加入CH3OH后,经10min反应达平衡,该时间内反应速率:v(CH3OH)=0.08 mol/(L·min)
C.该反应平衡常数表达式:
D.该反应平衡后,升高温度,平衡逆向移动,K值减小
4.(2023-2024高二上·浙江·期中)温度为T℃时,向体积不等的恒容密闭容器中均充入1mol气体X,发生反应:X(g) Y(g)+Z(g) ΔH,反应相同时间,测得各容器中X的转化率与容器体积的关系如图所示。下列说法正确的是
A.a点对应X的平衡转化率大于40%
B.b、c两点V2:V3=5:9
C.d点有v正=v逆
D.正反应速率v(b)=v(d)
5.(2023-2024高二上·浙江杭州·期中)利用催化剂将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2,是尾气处理的种方法,方程式为2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)。为测定在某种催化剂作用下的反应速率,在某温度下用气体传感器测得不同时间的NO和CO浓度(单位:mol·L-1)如表:
时间/s
0
1
2
3
4
5
c(NO)
1.00×10-3
4.50×10-4
2.50×10-4
1.50×10-4
1.00×10-4
1.00×10-4
c(CO)
3.60×10-3
3.05×10-3
2.85×10-3
2.75×10-3
2.70×10-3
2.70×10-3
下列说法不正确的是
A.该反应能自发进行,则反应的ΔH<0
B.前2s内的平均反应速率v(N2)=1.875×10-4 mol·L-1·s-1
C.在该温度下,反应的平衡常数K=2×10-4
D.在密闭容器中发生上述反应,缩小容积能提高NO转化率
6.(2023-2024高二上·北京·期中)已知:可逆反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H=-92.4kJ/mol。现有甲、乙完全相同的恒容密闭容器,向甲容器中加入1molN2(g)和3molH2(g),在一定条件下发生反应,达到平衡时放出热量为Q1kJ。在相同条件下,向乙容器中加入2molNH3(g)并发生反应,达到平衡时吸收热量为Q2kJ,若Q1=3Q2,下列叙述中正确的是
A.Q1+Q2=92.4
B.达平衡时甲、乙中NH3的体积分数乙>甲
C.达到平衡后,再向乙中加入0.25molN2(g)、0.75molH2(g)和1.5molNH3(g),平衡向生成N2的方向移动
D.达平衡时甲中N2的转化率为25%
7.(2023-2024高二上·湖北武汉·期中)已知O2(g)+2Cl2(g) 2Cl2O(g) ΔH>0,在三个恒温、恒容的密闭容器中分别充入1 mol O2与2 mol Cl2,测得平衡时O2的转化率如下表:
容器编号
温度/℃
容器体积/L
平衡时转化率
平衡时压强
①
200
V1
50%
p1
②
200
V2
70%
p2
③
350
V3
50%
p3
下列说法正确的是
A.起始反应速率:①>②
B.平衡时压强:p1>p2
C.容器体积:V1<V3
D.若容器②中增加O2用量,则平衡时O2的转化率大于70%
8.(2023-2024高二上·四川·期中)已知反应,在一定温度下,向2L恒容密闭容器中充入0.4mol 和0.5mol 。2min后,NO的浓度为0.02mol/L。下列有关说法正确的是
A.2min末,用NO表示的反应速率为
B.2min末,的浓度为0.36mol/L
C.0~2min内,生成的水的质量为1.08g
D.0~2min内,的物质的量减少了0.025mol
9.(2023-2024高二上·山西吕梁·期中)在10L密闭容器中通入1mol 与1mol ,在一定条件下发生反应:,测得的平衡转化率与温度及压强的关系如图所示。下列说法正确的是
A.该反应的△H<0 B.压强:
C.时,y点: D.y点对应的平衡常数K=1.6384
10.(2023-2024高二上·北京东城·期中)一定条件下,向体积为1 L密闭导热容器内加入1 mol ,发生反应: ,达到平衡时吸收q kJ热量。下列说法不正确的是
A.当容器内压强不再改变时,说明反应达到平衡状态
B.平衡时的转化率为
C.该反应平衡常数
D.其它条件不变,初始投料改为2 mol ,达到平衡时吸热
11.(2023-2024高二上·重庆·期中)以为原料炼铁,主要发生如下反应:
反应I:
反应Ⅱ:
将一定体积CO 通入装有粉末的反应器,其它条件不变,反应达平衡,测得 CO的体积分数随温度的变化关系如图所示。下列说法错误的是
A.<0
B.在恒温、恒容条件下, 当容器压强保持不变,反应Ⅰ、 Ⅱ均达到平衡状态
C.1040℃时, 反应Ⅰ的化学平衡常数K=4
D.反应温度较高时, 主要还原产物为 FeO
12.(2023-2024高二上·天津·期中)臭氧是理想的烟气脱硝剂,其脱硝反应为:2NO2(g)+O3(g)N2O5(g)+O2(g) ΔH。不同温度下,在三个容器中发生上述反应,相关信息如下表及图所示,下列说法正确的是
容器
甲
乙
丙
容积/L
1
1
2
反应物起始量
2molNO2,1molO3
2molNO2,1molO3
2mol N2O5,1molO2
温度
T1
T2
T2
A.0~10min内甲容器中反应的平均速率:v(NO2)=0.02mol•L﹣1•min﹣1
B.T1<T2,ΔH>0
C.平衡时N2O5浓度:c乙(N2O5)>c丙(N2O5)
D.T1℃时,若起始时间向容器甲中充入2molNO2、1molO3、2molN2O5和2molO2,则脱硝反应达到平衡前,v(正)<c(逆)
13.(2023-2024高二上·浙江·期中)已知CO(g) +H2O(g) CO2(g) +H2(g) ΔH=-41.1kJ·mol-1是目前催化制氢的重要方法之一,在T1℃时,将一定量CO与H2O充入恒容密闭的容器中,由实验数据计算得到v正~x(CO)和v逆~x(H2)的关系可用如图表示。下列说法不正确的是
A.若温度升高到某一温度时,再次达到平衡时相应点分别为E、B
B.Kp为以分压表示的平衡常数,分压=总压×物质的量分数,则该反应的Kp约0.074
C.若改变的条件是增大压强,再次达到平衡时相应点与改变条件前相同
D.若改变的条件是使用催化剂,再次达到平衡时相应点与改变条件前不同
14.(2023-2024高二上·广东广州·期中)将0.20mol NO和0.20mol CO混合气体充入容积为1.0L的恒容密闭容器中,分别在和温度下发生反应:。反应过程中容器内的物质的量随时间变化关系如图所示,下列说法正确的是
A.的
B.温度时,前12分钟的平均反应速率
C.温度时,该反应的平衡常数
D.温度时,若起始向容器中通入0.10mol NO、0.30mol CO、0.10mol和0.10mol,反应向正方向进行
15.(2023-2024高二上·河南郑州·期中)三氯氢硅()是制备硅烷、多晶硅的重要原料。对于反应,采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂,在323K和343K时的转化率随时间变化的结果如图所示。下列有关说法正确的是
A.在323K下,该反应的平衡转化率为22%
B.在343K下,该反应的平衡常数约为0.02
C.,
D.
16.(2023-2024高二上·浙江杭州·期中)在不同温度下,向2L密闭容器中加入0.5mol NO和0.5mol活性炭,发生反应:2NO(g)+C(s) N2(g)+CO2(g) ΔH<0,5min后反应达到平衡,平衡数据如下:
温度/℃
n(C)/mol
n(CO2)/mol
T1
0.15
T2
0.375
下列有关说法正确的是
A.T1℃时,该反应的平衡常数K=
B.T1℃时,5min时CO2的反应速率为0.015mol·L-1·min-1
C.由上述信息可推知:T1>T2
D.T2℃时,反应达到平衡后再通入NO,c(N2):c(NO)增大
17.(2023-2024高二上·安徽芜湖·期中)将置入抽空的刚性容器中,升高温度发生分解反应:。平衡时的关系如图所示。下列说法正确的是
A.当容器中时,说明该反应处于平衡状态
B.由图可知,此反应随着温度升高,反应速率增大,平衡常数减小
C.660K时,该反应的平衡总压、平衡常数
D.升高温度,上述容器中进一步发生反应,平衡时
18.(2023-2024高二上·安徽芜湖·期中)某温度下,在2L恒容密闭容器中4.0molX发生反应,有关数据如下:
时间段/min
产物Z的平均生成速率/
0~2
0.20
0~4
0.15
0~6
0.10
下列说法正确的是
A.0~2min内,X平均反应速率为
B.2min时,加入0.40molZ,此时
C.当Z的气体体积分数约为66.7%,说明反应一定处于平衡状态
D.5min时,Y的物质的量为0.3mol
19.(2023-2024高二上·湖北武汉·期中)利用A制备B(A和B分子式相同),反应过程中伴随生成C和D(C和D分子式相同)的副反应,。只考虑主反应,常温下,以0.5mol A为原料,体系向环境放热X kJ;以0.5mol B为原料,体系从环境吸热YkJ(X>Y)。T℃(T<25)下,以A或B为原料发生反应,A和B的物质的量分数(代表i物质的物质的量分数)随时间t变化关系如图所示,下列说法正确的是
A.a、c线代表A物质
B.时,的物质的量分数为0.12
C.主反应的焓变
D.主反应的
20.(2023-2024高二上·重庆·期中)将0.8 mol S 放入一个装满O2的恒压密闭容器中,在、的条件下使之充分反应至t₁时刻,此时容器中无 S 剩余,剩余0.2mol O2。再向该体系中迅速投入1mol无水FeSO4固体,此过程容器与外界未发生气体交换,充分反应至t2时刻。已知此条件下可以发生如下反应:; ; ;下列说法正确的是
A.t1时刻, 容器中气体总物质的量为0.8 mol
B.t1时刻,容器中SO2的分压为:
C.起始时,容器中n(O2)=1.05mol
D. t2时刻,容器中的固体为FeSO4与Fe2O3的混合物
二、非选择题
1.(2023-2024高二上·福建泉州·期中)回答下列问题。
(1)工业合成氨的反应:,分别在、温度下,改变起始氢气物质的量,测得平衡时氨的体积分数如图所示:
①比较在m、n、q三点所处的平衡状态中,反应物的转化率最高的是 点。
②条件下,在的密闭容器中,充入和时,达平衡,此时反应物的转化率均为a,写出下列仅含a、x的表达式(不必化简): ;该反应的平衡常数的值 。
③图像中 (填“高于”、“低于”、“等于”或“无法确定”)。
(2)一定温度下,在密闭容器中将等物质的量的和混合,采用适当的催化剂进行反应,已知此温度下,该反应的平衡常数,则平衡时体系中的物质的量分数为 。
2.(2023-2024高二上·浙江杭州·期中)在一定体积的密闭容器中,有如下化学反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g),其化学平衡常数K和温度的关系如表:
t/℃
700
800
830
1000
1200
K
0.6
0.9
1.0
1.7
2.6
(1)该反应的化学平衡常数表达式为K= 。
(2)该反应为 反应(填“吸热”或“放热”)。
(3)向上述平衡体系中加入CO2,达新平衡后H2的转化率 (填“增大”“不变”或“减小”)。
(4)反应达平衡后,向容器中通入与平衡混合气组成、比例相同的气体,达到新平衡时与原平衡相比,有关说法正确的是___________(填字母)。
A.反应物转化率增大 B.逆反应速率增大
C.各物质的比例不变 D.c(CO2)增大、c(CO)减小
3.(2023-2024高二上·黑龙江·期中)在容积为1.00 L的容器中,通入一定量的N2O4,发生反应N2O4(g)2NO2(g),随温度升高,混合气体的颜色变深。
(1)该反应ΔH 0(填“>”、“<”或“=”),在0~60 s时段,反应速率v(N2O4)为 mol·L-1·s-1。平衡常数K= (请书写单位)。
(2)在温度不变的情况下向平衡体系中再充入N2O4 0.01mol·L-1和NO20.03mol·L-1此时v(正) v(逆)(填“>”、“<”或“=”)。
(3)下列有利于提高反应N2O4(g) 2NO2(g)平衡转化率的条件是___________(填标号)。
A.高温低压 B.低温高压 C.高温高压 D.低温低压
4.(2023-2024高二上·福建厦门·期中)已知:。T℃时,某研究小组向一恒容真空容器中充入浓度为的NO和足量的碳单质,恒温条件下测得不同时间各物质的浓度如表。求:
时间/min
NO浓度/
浓度/
浓度/
0
1.00
0
0
10
0.58
0.21
0.21
20
0.40
0.30
0.30
30
0.40
0.30
0.30
(1)0~10 min以NO表示的平均反应速率 。
(2)根据表中数据,计算平衡时NO的转化率 。
(3)根据表中数据,计算T℃时该反应的平衡常数 。(注意:写出解题过程,三段式格式规范,否则不得分)
5.(2023-2024高二上·黑龙江齐齐哈尔·期中)已知25℃、101kPa时,一些物质的燃烧热为:
化学式
CO(g)
H2(g)
CH3OH(l)
CH4(g)
(一)请回答下列问题:
(1)根据盖斯定律完成下列反应的热化学方程式: 。
(2)现有H2和CH4的混合气体112L(标准状况),使其完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l),共放出热量3242.5kJ,则原混合气体中H2和CH4的物质的量之比是___________。
A.1:1 B.1:3 C.1:4 D.2:3
(二)向甲乙两个容积均为1L的恒容容器中,分别充入2molA、2molB和1molA、1molB.相同条件下(温度T℃),发生下列反应:。测得两容器中c(A)随时间t的变化如图所示:
回答下列问题:
(3)乙容器中,平衡后物质B的转化率 ;
(4)x= ;
(5)T℃时该反应的平衡常数为 ;
(6)下列说法正确的是 。
A.向平衡后的乙容器中充入氦气可使c(A)增大
B.将乙容器单独升温可使乙容器内各物质的体积分数与甲容器内的相同
C.若向甲容器中再充入2molA、2molB,则平衡时甲容器中0.78mol/L<c(A)<1.56mol/L
6.(2023-2024高二上·北京·期中)合成氨对人类生存具有重大意义,反应为:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ∆H
(1)科学家研究在催化剂表面合成氨的反应机理,反应步骤与能量的关系如图所示(吸附在催化剂表面的微粒用*标注,省略了反应过程中部分微粒)。
①写出步骤c的化学方程式 。
②由图像可知合成氨反应的∆H 0(填“>” 、“<”或“=”)。
(2)恒温下,往一个4L的密闭容器中充入5.2molH2和2molN2,反应过程中对NH3的浓度进行检测,得到的数据如下表所示:
时间/min
5
10
15
20
25
30
c(NH3)/(mol·L-1)
0.08
0.14
0.18
0.20
0.20
0.20
①此条件下该反应的化学平衡常数K= 。
②若维持容器容积不变,温度不变,往原平衡体系中加入H2、N2和NH3各4mol,化学平衡将向 反应方向移动(填“正”或“逆”)。
7.(2023-2024高二上·重庆荣昌·期中)I、近年来我国大力加强CO2与H2催化合成甲醇(CH3OH)技术的工业化量产研究,实现可持续发展。下表是不同条件下合成氨反应达平衡时反应混合物中氨的体积分数(%)。
0.1MPa
10MPa
20MPa
30MPa
60MPa
500℃
0.10
10.6
19.1
26.4
42.2
600℃
0.05
4.50
9.10
13.8
23.1
(1)目前,我国合成氨工业生产中采用的压强一般不高于30MPa,主要原因是 。
Ⅱ、
(2)250℃时,在体积为2.0L的恒容密闭容器中加入6molH2、2molCO2和催化剂,10min时反应达到平衡,测得c(CH3OH)=0.75mol/L。
①下列描述中能说明上述反应已达平衡的是 (填编号)。
A.3ν正(H2)=ν逆(CH3OH)
B.容器中气体压强不随时间而变化
C.c(H2) ∶c(CO2)=1∶1
D.容器中气体平均相对分子质量不随时间而变化
②化学平衡常数K= 。
(3)合成总反应在起始物时,在不同条件下达到平衡,设体系中甲醇的物质的量分数为,在恒温℃下的、在恒压下的如图所示。
①请用各物质的平衡分压(p(H2)、p(CO2)、p(CH3OH)、p(H2O))表示总反应的平衡常数,表达式
②图中对应等压过程的曲线是 ,判断的理由是 ;
③当时,的平衡转化率 (保留小数点后一位)
8.(2023-2024高二上·海南省直辖县级单位·期中)羰基硫(COS) 可用作粮食熏蒸剂,可由CO 与H2S 在一定条件下反应制得。在恒容的密闭容器中发生反应并达到平衡:CO(g)+H2S(g)COS(g)+H2(g) ΔH,数据如表所示:
实验
温度/℃
起始时
平衡时
n(CO)/mol
n(H2S)/mol
n(COS)/mol
n(H2)/mol
n(CO)/mol
1
150
10.0
10.0
0
0
7.0
2
150
7.0
8.0
2.0
4.5
a
3
400
20.0
20.0
0
0
b
(1)150℃时该反应的K= 。
(2)实验2达到平衡时a 7.0(填“>”、“<”或“=”),理由是 。
(3)400℃时K=1/16, 则平衡时CO的转化率为 ,该反应的ΔH 0(填“>”、“<”或“=”)
(4)任意写出2条能使H2S平衡转化率增大的措施 、 。
9.(2023-2024高二上·青海西宁·期中)回答下列问题。
(1)某温度时,在2L容器中A、B 两种物质间的转化反应中,A、B物质的量随时间变化的曲线如下图所示,由图中数据分析得:
①该反应的化学方程式为 。
②反应开始至 4 min 时,B 的平均反应速率为 ,A 的转化率为 。
③平衡时,A 的物质的量为 0.2mol,B 的物质的量为 0.5mol,计算该反应的化学平衡常数 。
④4 min 时,反应是否达到平衡状态? (填“是”或“否”),8 min 时,v (正) v (逆) (填“>”、“<”或“=”)。
(2)下图表示在密闭容器中反应: 达到平衡时,由于条件改变而引起反应速率和化学平衡的变化情况,a 时改变的条件可能是 。
10.(2023-2024高二上·湖北鄂州·期中)、CO是常见的气体污染物,将其进行无害化处理是保护环境的重要举措。回答下列问题:
(1)对于反应来说,“”可作为此反应的催化剂。其总反应分两步进行,第一步反应为,则第二步反应为 。已知第二步反应几乎不影响总反应达到平衡所用的时间,由此推知,第一步反应的活化能 (填“大于”或“小于”)第二步反应的活化能。
(2)在四个不同容积的恒容密闭容器中充入相应的气体,各气体的起始物质的量见下表。
起始物质的量/mol
容器
I
0.1
0
0
Ⅱ
0.1
0
0
Ⅲ
0.1
0
0
Ⅳ
0.3
0.3
0.15
发生反应:,容器I、Ⅱ、Ⅲ中的平衡转化率随温度变化的曲线如图所示。
①该反应为 (填“吸热”或“放热”)反应,容器I、Ⅱ、Ⅲ的容积由大到小的顺序为 (用I、Ⅱ、Ⅲ表示)。
②若容器I的体积为2L,反应在370℃下进行,10s后达到平衡,则0~10s内容器I中用表示的反应速率为 。B点对应的平衡常数 (保留两位有效数字)。
③若容器Ⅳ的体积为1L,反应在370℃下进行,则起始时反应向 (填“正反应方向”或“逆反应方向”)进行。
11.(2023-2024高二上·浙江绍兴·期中)在恒温下,向容积为2L的恒容容器中加入一定量的碳单质和2molH2O(g),初始压强为105Pa。发生反应: ∆H>0。经过2min后达到平衡,容器的压强增加了20%。
(1)该反应自发进行的条件是 。(填“高温”或“低温”或“任意条件”)
(2)2min内H2O的平均反应速率为 mol/(L·min)。
(3)2min平衡时,采取下列措施后,使的是__________。
A.恒温恒容下,除去部分H2O B.降低温度
C.恒温恒容下,充入Ar D.恒温恒压下,充入Ar
(4)平衡常数Kp= Pa(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
(5)下列说法正确的是__________。
A.增加碳单质,可以加快该反应速率
B.2min时,H2O的转化率为20%
C.当混合气体的平均摩尔质量不再变化时,可以判断该反应达到了平衡
D.平衡后向体系内补加0.4molH2O(g)和0.4molCO(g),反应向逆反应方向进行
12.(2023-2024高二上·贵州黔西·期中)已知,在铁触媒的催化下N2 (g)+ 3H2(g)2NH3 (g) ∆H,请完成下列填空:
(1)反应过程的能量变化示意图如下图所示,已知N≡N和H-H的键能分别为946kJ·mol-1、436kJ·mol-1,则N-H的键能为 kJ·mol-1。
(2)当达到平衡后,在某时刻降低温度,正、逆反应速率的变化情况符合像下图________(填“标号”)。
A. B.
C. D.
(3)下列措施能够提高H2平衡转化率的是 。
A升高温度 B增大压强 C.恒温恒压下通入Ar
D.恒温恒容下通入N2 E. 恒温恒容下通入H2 F.及时分离出NH3
(4)在一定温度下,在10L的密闭容器中充入3mol N2和10 mol H2和适量的铁触媒,产生NH3的物质的量变化情况如下表所示:
时间t/min
0
1
2
3
4
5
N(NH3)/mol
0
1.8
2.8
3.5
4
4
①在0~2min,用N2表示的化学反应速率v(N2)= 。
②H2的平衡转化率为 ,达到平衡时放出的热量为 。
③在该温度下,合成氨反应的化学平衡常数K= 可以不写“单位”)。
13.(2023-2024高二上·全国·期中)650 ℃时,一定量的CO2与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应:C(s)+CO2(g) 2CO(g)。平衡时,CO的体积分数为40%,总压强为p总。
(1)平衡时CO2的转化率为 。
(2)已知:气体分压(p分)=气体总压(p总)×体积分数。用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp= 。
14.(2023-2024高二上·吉林四平·期中)科研、生产中常涉及碳的化合物。回答下列问题:
(1)700℃时,向容积为3L的恒容密闭容器中充入一定量的CO和,发生反应:,反应过程中测定的部分数据见下表:
反应时间/min
0
1.8
0.9
2
1.2
x
4
y
0.3
①反应前2min内的平均反应速率 ;表中y的值为 。
②判定2min时达到平衡状态的理由是 。
(2)工业上可利用煤的气化产物(水煤气)合成二甲醚: 。一定条件下的密闭容器中,该反应达到平衡,要提高的转化率,可以采取的措施是 (填字母)。
a.升高温度 b.加入催化剂c.减小的浓度 d.增大压强(缩小容器体积)
(3)高炉炼铁中发生的主要反应为。已知该反应平衡常数随温度变化如图所示,该反应平衡常数表达式为 , 0(填“>”“<”或“=”)。
(4)能与反应制得甲醇(): 。一定条件下,将2 mol 和4 mol 充入密闭容器中,发生反应制取甲醇,的平衡转化率与温度、平衡总压强的关系如图所示。
①、、由大到小的顺序为 。
②条件下255℃时,该反应的压强平衡常数 (为以分压表示的平衡常数,分压=总压×物质的量分数;计算结果保留1位小数)。
15.(2023-2024高二上·湖南长沙·期中)三元催化器是安装在汽车排气系统中最重要的机外净化装置。高温汽车尾气中的一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物在通过净化装置时活性增强,发生氧化还原反应变成无害气体而得以净化。
(1)汽车尾气中的CO是由于汽油在气缸内不均匀、不充分燃烧导致的,而生成NO的化学方程式为 。
(2)在某温度下,向恒温恒容密闭容器中充入等物质的量浓度的NO2和CO气体,在催化剂作用下发生反应。相关数据如下:
0min
5min
10min
15min
20min
c(NO2)/(mol·L-1)
2.00
1.70
1.56
1.50
1.50
c(N2)/(mol·L-1)
0
0.15
0.22
0.25
0.25
①上述反应 自发进行(填“高温”“低温”或“永不”)。
②在0~10min内,以CO2的浓度变化表示的反应速率为 ,在15min时,CO的转化率为 。此温度下,该反应的化学平衡常数 (保留两位有效数字)。
③该反应的正、逆反应的平衡常数(K)与温度(T)的关系如图所示,其中表示正反应化学平衡常数的是 (选“A”或“B”),理由是 。
④在该温度下,向该容器中通入含CO、NO2、N2和CO2的混合物,容器中各组分浓度均为2mol/L,则此时上述反应向 进行(填“正反应方向”“逆反应方向”或“不能确定”)。
16.(2023-2024高二上·上海长宁·期中)I.某化学小组为了研究外界条件对化学反应速率的影响,进行了如下实验:
[实验原理]
[实验内容及记录]
室温下,试管中所加试剂及其用量/mL
室温下溶液颜色褪至无色所需时间/min
实验编号
溶液
溶液
稀硫酸
1
3.0
2.0
3.0
2.0
4.0
2
3.0
3.0
2.0
2.0
5.2
3
3.0
1.0
2.0
6.4
请回答下列问题:
(1)根据上表中的实验数据,可以得到的结论是 。
(2)表格中, mL。
(3)利用实验1中数据计算, 。
II.某温度时,在2.0L恒容密闭容器中充入,发生反应(吸热反应),经过一段时间后达到平衡。
(4)该反应的平衡常数表达式K= ;
(5)其他条件不变,起始时向上述容器中充入,达到平衡时,的转化率 (选填“增大”、“减小”“不变”),平衡常数K (选填“增大”、“减小”“不变”)。
(6)在不同时间(t)测得反应过程中的部分数据如下:
0
50
100
250
350
0.5
0.42
0.41
0.40
0.40
则100s时,的物质的量浓度是 mol/L。
17.(2023-2024高二上·山东菏泽·期中)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的体积都为2L。(已知:2NO2(g)N2O4(g) △H<0)
回答下列问题:
(1)容器A反应物浓度随时间变化关系如上图。
①前10 min内用NO2表示的化学反应速率v(NO2)= mol/(L·min)。
此温度下反应2NO2(g)N2O4(g)的平衡常数K(b)= (mol/L)-1。
②反应25 min时,若只改变了某一个条件,曲线发生如上图变化,该条件可能是 (用文字表达);其平衡常数K(d) K(b)(填“>”“=”或“<”)。
(2)一段时间后,反应达到平衡,若打开活塞K2,气球B将 (填“变大”、“变小”或“不变”)。
(3)室温下,若A、B都保持体积不变,将A套上一个绝热层,B与外界可以进行热传递,则达到平衡时, 中的颜色较深。
18.(2023-2024高二上·河北邯郸·期中)利用I2O5消除CO污染的反应为5CO(g)+I2O5(s)5CO2(g)+I2(s) △H,已知在不同温度(T1、T2)下,向装有足量I2O5固体的2L恒容密闭容器中通入2molCO,测得CO2的气体体积分数φ(CO2)随时间t的变化曲线如图所示(b,c点都已经达平衡)。回答下列问题:
(1)温度为T2时,0~2min内,CO2的平均反应速率v(CO2)= mol•L-1•min-1。
(2)b点时CO的转化率为 ,T1温度下该反应的平衡常数K= 。
(3)T1 T2(填“>”或“<”或“=”,下同),b点的平衡常数 c点的平衡常数。
(4)反应达到平衡后,保持温度和体积不变再充入一定量的CO气体,则平衡 (填“正向”“逆向”或“不”)移动,达到新平衡后CO转化率 (填“增大”“减小”或“不变”)。
(5)若在T1温度下,起始时改为向装有足量I2O5固体的2L恒容密闭容器中通入3molCO和5molCO2气体,反应达平衡时的能量变化的绝对值为bkJ,则2CO(g)+I2O5(s)2CO2(g)+I2(s)的△H= kJ•mol-1(用含b的代数式表示)。
19.(2023-2024高二上·北京西城·期中)已知 ,在一定温度下在10 L容器中充入2 mol SO2和1 mol O2,反应2 min后达到平衡,压强变为原来的0.8,
资料:容积和温度恒定时,气体压强与气体物质的量成正比;
(1)根据已知条件列出三段式 ;
(2)根据三段式可计算出:SO2的反应速率为 ,达到平衡时SO2的转化率为 ;该温度下反应的平衡常数为 。
20.(2023-2024高二上·山东济南·期中)请回答下列问题:
(1)可发生二聚反应生成 ,化学方程式为 ,上述反应达到平衡后,升高温度可使体系颜色加深,则该反应的 0(填“>”或“<”)。已知该反应的正反应速率方程为逆反应速率方程为 ,其中 分别为正、逆反应的速率常数。则如图( 表示速率常数的对数; 示温度的倒数)所示①、②、③、④四条斜线中,能表示 随变化关系的是斜线 ,能表示 随变化关系的是斜线 。
(2)图中点的纵坐标分别为 ,则温度 时化学平衡常数K= mol/L。已知温度 时,某时刻恒容密闭容器中 浓度均为 ,此时v正 v逆(填“>”“<”或“=”)。
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题型02 化学反应速率及化学平衡的计算
一、选择题
1.(2023-2024高二上·北京西城·期中)某温度下,反应的平衡常数为400。此温度下,在容积一定的密闭容器中加入,反应到某时刻测得各组分的浓度如下:
物质
浓度/()
0.44
0.6
0.6
下列说法正确的是
A.此时逆反应速率大于正反应速率
B.平衡时的转化率小于80%
C.平衡时的浓度为0.04mol/L
D.该温度下增大的起始浓度,平衡常数增大
【答案】C
【分析】由反应可知起始时CH3OH的浓度为0.44mol/L+2×0.6mol/L=1.64mol/L,反应到某时刻时浓度商Qc===1.86<400,反应未达到平衡状态,向正反应方向移动,设平衡时转化的浓度为x,则
则,x=1.6mol/L;【解析】A.由分析可知,反应到该时刻,浓度商Qc===1.86<400,反应未达到平衡状态,向正反应方向进行,正反应速率大于逆反应速率,故A错误;B.平衡时CH3OH的转化率为×100%=97.6%,平衡时CH3OH的转化率大于80%,故B错误;C.由上述三段式数据可知,平衡时的浓度为1.64mol/L-1.6mol/L=0.04mol/L,故C正确;D.平衡常数只与温度有关,温度不变,增大的起始浓度,平衡常数不变,故D错误。答案选C。
2.(2023-2024高二上·安徽安庆·期中)一定条件下,反应的平衡常数为0.5,在体积为2L的容器中充入、发生上述反应直至达到平衡,下列说法正确的是
A.该反应的平衡常数的表达式为:
B.CO的平衡转化率为80%
C.达到平衡时再充入和各,平衡正向移动
D.保持温度不变,将体系体积压缩,正、逆反应速率均加快而反应限度不变
【答案】D
【解析】A.平衡常数的表达式为,故A错误;B.设CO的平衡转化率为x,则平衡时CO的物质的量为0.5mol-0.5xmol,CO2的物质的量为0.1mol+0.5xmol,则有,解得x=0.2, 即CO的平衡转化率为20%,故B错误;C.达到平衡时再充入CO(g)和CO2(g)各0.4 mol,则此时,平衡逆向移动,故C错误;D.保持温度不变,将体系体积压缩,正、逆反应速率均加快,但压强增大,平衡逆向移动,反应限度减小,故D正确;故选D。
3.(2023-2024高二上·湖北武汉·期中)已知反应:2 CH3OH(g)⇌CH3OCH3(g) + H2O(g) ΔH = -23.5 kJ·mol-1,在某温度下的平衡常数为K=400.此温度下,在密闭容器中加入CH3OH,反应到某时刻t时,测得各组分的浓度如下。下列叙述错误的是
物质
浓度()
0.44
0.6
0.6
A.比较此时刻t时,正、逆反应速率的大小:
B.若加入CH3OH后,经10min反应达平衡,该时间内反应速率:v(CH3OH)=0.08 mol/(L·min)
C.该反应平衡常数表达式:
D.该反应平衡后,升高温度,平衡逆向移动,K值减小
【答案】B
【解析】A.由题给数据可知,时刻t时,反应的浓度熵Qc=≈1.86<400,反应向正反应方向进行,,A正确;B.由表格数据可知,时刻t时水蒸气的浓度为0.6mol/L,则起始甲醇的浓度为(0.44+0.6×2) mol/L=1.64 mol/L,设10min反应达到平衡时生成amol/L水蒸气,由题意可建立如下三段式:,由平衡常数为400可得:,解得a=0.8,则甲醇的化学反应速率为=0.16mol/(L·min),B错误;C.由方程式可知,反应的平衡常数表达式为:,C正确;D.该反应为放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,平衡常数减小,D正确;故选B。
4.(2023-2024高二上·浙江·期中)温度为T℃时,向体积不等的恒容密闭容器中均充入1mol气体X,发生反应:X(g) Y(g)+Z(g) ΔH,反应相同时间,测得各容器中X的转化率与容器体积的关系如图所示。下列说法正确的是
A.a点对应X的平衡转化率大于40%
B.b、c两点V2:V3=5:9
C.d点有v正=v逆
D.正反应速率v(b)=v(d)
【答案】B
【分析】四点所对应容器容积不同,容积越小,浓度越大,反应速率越块,建立平衡时间越大,即先达到平衡状态,所以a、b容器已经达到平衡,d容器未达到平衡状态,据此分析作答。
【解析】A.a点已平衡,所以再充入一定量的X,相当于恒容容器中,增大压强,平衡左移,X的转化率减小,故A错误;B.根据发生反应:X(g) Y(g)+Z(g),b点X转化率为50%,,c点X转化率为60%,,温度不变,平衡常数不变,所以有,所以V2:V3=5:9,故B正确;C.由图可知,d容器未平衡,则v正≠v逆,故C错误;D.b与d组分相同,但容积不等,各组分浓度不同,所以速率不等,故D错误;故答案选B。
5.(2023-2024高二上·浙江杭州·期中)利用催化剂将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2,是尾气处理的种方法,方程式为2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)。为测定在某种催化剂作用下的反应速率,在某温度下用气体传感器测得不同时间的NO和CO浓度(单位:mol·L-1)如表:
时间/s
0
1
2
3
4
5
c(NO)
1.00×10-3
4.50×10-4
2.50×10-4
1.50×10-4
1.00×10-4
1.00×10-4
c(CO)
3.60×10-3
3.05×10-3
2.85×10-3
2.75×10-3
2.70×10-3
2.70×10-3
下列说法不正确的是
A.该反应能自发进行,则反应的ΔH<0
B.前2s内的平均反应速率v(N2)=1.875×10-4 mol·L-1·s-1
C.在该温度下,反应的平衡常数K=2×10-4
D.在密闭容器中发生上述反应,缩小容积能提高NO转化率
【答案】C
【解析】A.该反应为气体分子数减小的反应,反应熵减,若反应为吸热反应,则在任何条件下都不能自发进行,该反应能自发进行,则反应的,A正确;B.前2s内,,利用不同物质表示的化学反应速率之比等于反应化学计量系数之比,则,B正确;C.在该温度下,反应4s时达到平衡状态,列三段式分析,
,
反应的平衡常数K==,C错误;D.其他条件不变,缩小容积,压强增大,平衡向气体分子数减小的方向移动,该反应平衡正移,NO转化率提高,D正确;答案选C。
6.(2023-2024高二上·北京·期中)已知:可逆反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H=-92.4kJ/mol。现有甲、乙完全相同的恒容密闭容器,向甲容器中加入1molN2(g)和3molH2(g),在一定条件下发生反应,达到平衡时放出热量为Q1kJ。在相同条件下,向乙容器中加入2molNH3(g)并发生反应,达到平衡时吸收热量为Q2kJ,若Q1=3Q2,下列叙述中正确的是
A.Q1+Q2=92.4
B.达平衡时甲、乙中NH3的体积分数乙>甲
C.达到平衡后,再向乙中加入0.25molN2(g)、0.75molH2(g)和1.5molNH3(g),平衡向生成N2的方向移动
D.达平衡时甲中N2的转化率为25%
【答案】A
【解析】A.甲乙容器中达到的平衡是等效平衡,根据盖斯定律可知,甲和乙的反应的能量变化之和为92.4kJ,即Q1+Q2=92.4,故A正确;B.甲乙容器中达到的平衡是等效平衡,所以氨气的体积分数相同,故B错误;C.依据D分析计算得到平衡物质的量N2为0.25mol,H2为0.75mol,NH3为1.5mol,再向乙中加入0.25mol N2(g)、0.75mol H2(g)和1.5mol NH3(g),相当于增大压强,平衡正向进行,故C错误;D.由于1molN2和3molH2完全反应可以生成2molNH3,所以甲乙两个体系的平衡状态是一样的,即三种气体的浓度完全相同,对于同一可逆反应,相同条件下,正反应的反应热与逆反应的反应热,数值相等,符号相反,N2和H2完全反应时放热Q,则NH3完全分解时吸热也是Q,假设甲容器中的参加反应的氮气的物质的量为x mol,则有:,所以;乙容器反应混合物各组分的物质的量也是为N2(1-x )mol、H2(3-3x )mol、NH3 2xmol,所以分解的NH3的物质的量为(2-2x)mol,故吸收的热量,根据Q1=3Q2,则有,解得x=0.75,所以N2的转化率为,故D错误;故选A。
7.(2023-2024高二上·湖北武汉·期中)已知O2(g)+2Cl2(g) 2Cl2O(g) ΔH>0,在三个恒温、恒容的密闭容器中分别充入1 mol O2与2 mol Cl2,测得平衡时O2的转化率如下表:
容器编号
温度/℃
容器体积/L
平衡时转化率
平衡时压强
①
200
V1
50%
p1
②
200
V2
70%
p2
③
350
V3
50%
p3
下列说法正确的是
A.起始反应速率:①>②
B.平衡时压强:p1>p2
C.容器体积:V1<V3
D.若容器②中增加O2用量,则平衡时O2的转化率大于70%
【答案】C
【解析】A.②平衡时O2转化率比①大,说明②相对于①平衡向正反应方向移动,所以开始时压强:p 1< p 2,则反应速率②>①,选项A错误;B.②平衡时O2转化率比①大,说明平衡时②中气体的物质的量比①少,又温度相同,则②中压强大,所以平衡时压强:p 1< p 2,选项B错误;C.③和①O2转化率相同,又该反应为吸热反应,③的温度高,平衡向正反应方向移动,所以达到③的压强则平衡向逆反应方向移动,即③的压强小于①,所以③的体积大于①,V1<V3,选项C正确;D.若实验②中增加O2用量,平衡正向移动,但O2转化率减小,小于70%,选项D错误。答案选C。
8.(2023-2024高二上·四川·期中)已知反应,在一定温度下,向2L恒容密闭容器中充入0.4mol 和0.5mol 。2min后,NO的浓度为0.02mol/L。下列有关说法正确的是
A.2min末,用NO表示的反应速率为
B.2min末,的浓度为0.36mol/L
C.0~2min内,生成的水的质量为1.08g
D.0~2min内,的物质的量减少了0.025mol
【答案】C
【分析】2min后,NO的浓度为0.02mol/L,则生成的NO的物质的量为0.04mol,列三段式有,据此分析解题。
【解析】A.2min末,NO的浓度为0.02mol/L,用NO表示的反应速率为,故A错误;B.2min后,NO的浓度为0.02mol/L,则生成的NO的物质的量为0.04mol,根据可知,消耗了0.04mol,容器中剩余0.36mol,所以2min末,的浓度为,故B错误;C.2min末,则生成的NO的物质的量为0.04mol,0~2min内,生成的水的物质的量为0.06mol,质量为,故C正确;D.由分析可知,0~2min内,的物质的量减少了0.05mol,故D错误;故答案选C。
9.(2023-2024高二上·山西吕梁·期中)在10L密闭容器中通入1mol 与1mol ,在一定条件下发生反应:,测得的平衡转化率与温度及压强的关系如图所示。下列说法正确的是
A.该反应的△H<0 B.压强:
C.时,y点: D.y点对应的平衡常数K=1.6384
【答案】D
【解析】A.由图可知,随温度升高的平衡转化率增大,正反应吸热,△H>0,A项错误;B.反应的正反应为气体分子数增大的反应,增大压强平衡向逆反应方向移动,的转化率减小,由图知在相同温度下时的平衡转化率大于时的平衡转化率,则,B项错误;C.由图知,y点的转化率小于平衡时的转化率,反应正向进行,,C项错误;D.y点的温度与x点的温度相同,y点平衡常数与x点相等,用三段式
,D项正确;故选D。
10.(2023-2024高二上·北京东城·期中)一定条件下,向体积为1 L密闭导热容器内加入1 mol ,发生反应: ,达到平衡时吸收q kJ热量。下列说法不正确的是
A.当容器内压强不再改变时,说明反应达到平衡状态
B.平衡时的转化率为
C.该反应平衡常数
D.其它条件不变,初始投料改为2 mol ,达到平衡时吸热
【答案】D
【解析】A.该反应不是等体积反应且在恒容密闭导热容器中进行,随着反应进行,气体总物质的量不断变化,压强也随之变化,压强不变说明反应达到平衡状态,A正确;B.达到平衡时吸收qkJ热量,则反应掉(NH4)2CO3物质的量为mol,其转化率为mol÷1mol=×100%,B正确;C.该反应的平衡常数K=c(NH3),通过前述计算可知达到平衡时消耗掉(NH4)2CO3物质的量为mol,则生成NH3mol,c(NH3)=mol÷1L=mol/L,则K=,C正确;D.其他条件不变,初始投料比改为2mol(NH4)2CO3,温度不变则K值不变,则平衡时反应掉的(NH4)2CO3仍为mol,吸收热量qkJ,D错误;故答案选D。
11.(2023-2024高二上·重庆·期中)以为原料炼铁,主要发生如下反应:
反应I:
反应Ⅱ:
将一定体积CO 通入装有粉末的反应器,其它条件不变,反应达平衡,测得 CO的体积分数随温度的变化关系如图所示。下列说法错误的是
A.<0
B.在恒温、恒容条件下, 当容器压强保持不变,反应Ⅰ、 Ⅱ均达到平衡状态
C.1040℃时, 反应Ⅰ的化学平衡常数K=4
D.反应温度较高时, 主要还原产物为 FeO
【答案】B
【解析】A.反应Ⅰ是吸热反应,温度升高,化学平衡正向移动,CO体积分数减小,所以570℃之后随着温度升高,CO体积分数减小,但是570℃之前,升高温度,CO体积分数增大,说明升高温度反应Ⅱ逆向移动,反应Ⅱ为放热反应,ΔH2<0,A正确;B.反应Ⅰ、Ⅱ均是等体积反应,恒温恒容条件下,反应过程中压强始终不变,压强不变不能说明两个反应达到平衡,B错误;C.1040℃情况下,CO的体积分数为20%,体系中除了CO和CO2无其他气体,则CO2的体积分数为80%,则CO2和CO的浓度比为4:1,反应Ⅰ的平衡常数K=4,C正确;D.从图中可知,570℃之后随着反应温度升高,CO体积分数减小,即高温时以反应Ⅰ为主,Fe3O4的主要还原产物为FeO,D正确;故答案选B。
12.(2023-2024高二上·天津·期中)臭氧是理想的烟气脱硝剂,其脱硝反应为:2NO2(g)+O3(g)N2O5(g)+O2(g) ΔH。不同温度下,在三个容器中发生上述反应,相关信息如下表及图所示,下列说法正确的是
容器
甲
乙
丙
容积/L
1
1
2
反应物起始量
2molNO2,1molO3
2molNO2,1molO3
2mol N2O5,1molO2
温度
T1
T2
T2
A.0~10min内甲容器中反应的平均速率:v(NO2)=0.02mol•L﹣1•min﹣1
B.T1<T2,ΔH>0
C.平衡时N2O5浓度:c乙(N2O5)>c丙(N2O5)
D.T1℃时,若起始时间向容器甲中充入2molNO2、1molO3、2molN2O5和2molO2,则脱硝反应达到平衡前,v(正)<c(逆)
【答案】D
【解析】A.由图,0~10min内甲容器中N2O5的浓度变化量为0.2mol•L-1,2NO2(g)+O3(g)N2O5(g)+O2(g),则消耗NO2浓度0.4mol/L,反应速率v(NO2)==0.04mol/(L•min),故A错误;B.由图象可知,乙先达到平衡,平衡后N2O5(g)浓度比甲小,根据先拐先平数值大,则乙的温度较高,T1<T2,平衡逆向移动,即正反应是放热反应,△H<0;故B错误;C.乙中相当于1molN2O5和1molO2,丙容器体积是乙的两倍,若丙加入2molN2O5和2molO2,则和乙达到等效平衡,现丙少加了1molO2,平衡向右移动,导致c (N2O5)增大,则平衡时N2O5浓度:c乙(N2O5)<c丙(N2O5);故C错误;D.根据甲容器数据,列三段式如下:
该温度下K==0.5;若起始时向容器甲中充入2molNO2、1molO3、2molN2O5和2mol O2,计算浓度商Qc==1>K,反应逆向进行,则脱硝反应达到平衡前,v(正)<v(逆),故D正确。答案选D。
13.(2023-2024高二上·浙江·期中)已知CO(g) +H2O(g) CO2(g) +H2(g) ΔH=-41.1kJ·mol-1是目前催化制氢的重要方法之一,在T1℃时,将一定量CO与H2O充入恒容密闭的容器中,由实验数据计算得到v正~x(CO)和v逆~x(H2)的关系可用如图表示。下列说法不正确的是
A.若温度升高到某一温度时,再次达到平衡时相应点分别为E、B
B.Kp为以分压表示的平衡常数,分压=总压×物质的量分数,则该反应的Kp约0.074
C.若改变的条件是增大压强,再次达到平衡时相应点与改变条件前相同
D.若改变的条件是使用催化剂,再次达到平衡时相应点与改变条件前不同
【答案】C
【解析】A.该反应是放热反应,升高温度,正逆反应速率均增大,则A、F点错误,温度升高平衡逆向移动,x(CO)增大,x(H2)减小,则D、C点错误,故B、E点正确,所以当温度升高到某一温度时,反应重新达到平衡,相应的分别为:E、B,A正确;B.x(CO)起始为0.20,且设其物质的量为0.20mol,则H2O为0.80mol,反应平衡后H2的物质的量分数x(H2)=0.08,x(CO)=0.12,反应前后总物质的量不变,则CO的物质的量为0.12mol,转化了0.08mol,可列出三段式:
反应前后总压强不变,可得,B正确;C.若改变的条件是增大压强,各物质浓度增大,反应速率加快,再次达到平衡时所需时间变短,相应点与改变条件前不相同,C错误;D.若改变的条件是使用催化剂,反应速率加快,再次达到平衡时所需时间变短,相应点与改变条件前不相同,D正确;故选C。
14.(2023-2024高二上·广东广州·期中)将0.20mol NO和0.20mol CO混合气体充入容积为1.0L的恒容密闭容器中,分别在和温度下发生反应:。反应过程中容器内的物质的量随时间变化关系如图所示,下列说法正确的是
A.的
B.温度时,前12分钟的平均反应速率
C.温度时,该反应的平衡常数
D.温度时,若起始向容器中通入0.10mol NO、0.30mol CO、0.10mol和0.10mol,反应向正方向进行
【答案】D
【解析】A.由图可得,时反应先达到平衡,<,时容器内的物质的量更大,则反应为放热反应,,A错误;B.温度时,前12分钟的平均反应速率,则的平均反应速率,B错误;C.温度时,达平衡时,,,,该反应的平衡常数,C错误;D.温度时,若起始向容器中通入0.10mol NO、0.30mol CO、0.10mol和0.10mol,此时浓度商,则反应向正方向进行,D正确;故选D。
15.(2023-2024高二上·河南郑州·期中)三氯氢硅()是制备硅烷、多晶硅的重要原料。对于反应,采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂,在323K和343K时的转化率随时间变化的结果如图所示。下列有关说法正确的是
A.在323K下,该反应的平衡转化率为22%
B.在343K下,该反应的平衡常数约为0.02
C.,
D.
【答案】B
【分析】由图中拐点可知ac为343K的反应图像,bd为323K下的反应图像。
【解析】A.由分析结合图像可知在323K下,该反应的平衡转化率为21%,故A错误;B.在343K下,该反应的平衡转化率为22%则可得:
平衡常数,故B正确;C.反应从正向开始则,,故C错误;D.根据分析结合图像可知升高温度反应正向移动因此该反应为正向吸热反应,故D错误;故选B。
16.(2023-2024高二上·浙江杭州·期中)在不同温度下,向2L密闭容器中加入0.5mol NO和0.5mol活性炭,发生反应:2NO(g)+C(s) N2(g)+CO2(g) ΔH<0,5min后反应达到平衡,平衡数据如下:
温度/℃
n(C)/mol
n(CO2)/mol
T1
0.15
T2
0.375
下列有关说法正确的是
A.T1℃时,该反应的平衡常数K=
B.T1℃时,5min时CO2的反应速率为0.015mol·L-1·min-1
C.由上述信息可推知:T1>T2
D.T2℃时,反应达到平衡后再通入NO,c(N2):c(NO)增大
【答案】A
【分析】温度为T1时,三段式为:;温度为T2时,三段式为:。
【解析】A.T1℃时,该反应的平衡常数,A正确;B.T1℃时,0-5min,CO2的平均反应速率为,而5min时CO2的反应速率指的是瞬时反应速率,B错误;C.由上述信息可知,T2时CO2的浓度比T1时小,则表明温度由T1到T2时,平衡逆向移动,ΔH<0,由此可推知:T1<T2,C错误;D.体系中的N2和CO2均由NO通过反应2NO(g)+C(s) N2(g)+CO2(g)生成,c(N2)=c(CO2), ,温度不变即K不变,c(N2):c(NO)不变 ,D错误;故选A。
17.(2023-2024高二上·安徽芜湖·期中)将置入抽空的刚性容器中,升高温度发生分解反应:。平衡时的关系如图所示。下列说法正确的是
A.当容器中时,说明该反应处于平衡状态
B.由图可知,此反应随着温度升高,反应速率增大,平衡常数减小
C.660K时,该反应的平衡总压、平衡常数
D.升高温度,上述容器中进一步发生反应,平衡时
【答案】C
【解析】A.根据反应的化学方程式可知,生成的和的物质的量始终相同,所以二者的分压从反应开始到平衡始终是相同的,则不能说明反应达到平衡状态,故A错误;B.由图可知,随着温度升高,数值越来越大,则说明该反应是吸热反应,温度升高,反应速率增大,平衡常数增大,故B错误;C.由图可知,660K时,=1.5,该反应的平衡总压,则=1.5,平衡常数,故C正确;D.从反应可知,每消耗2mol转化成2mol和1molO2,本来二者是相等的,由于发生了该反应,导致容器中的比多,则平衡时多出的那部分就是分解生成的,多出多少摩尔,就有mol分解,则分解生成的O2的物质的量为,则,故D错误;答案C。
18.(2023-2024高二上·安徽芜湖·期中)某温度下,在2L恒容密闭容器中4.0molX发生反应,有关数据如下:
时间段/min
产物Z的平均生成速率/
0~2
0.20
0~4
0.15
0~6
0.10
下列说法正确的是
A.0~2min内,X平均反应速率为
B.2min时,加入0.40molZ,此时
C.当Z的气体体积分数约为66.7%,说明反应一定处于平衡状态
D.5min时,Y的物质的量为0.3mol
【答案】B
【解析】A.化学反应速率之比等于对应化学计量数之比,0~2min内X平均反应速率等于Z的平均反应速率为,故A错误;B.在4min时,Z的浓度为0.15×4mol/L=0.60 mol/L,在6min时,Z的浓度还是0.1×6mol/L=0.60 mol/L,说明在4min时反应已达平衡,此时Y的浓度为0.30 mol/L,Z的浓度为0.60 mol/L,反应平衡常数为 ,0~2min,产物Z的平均生成速率为0.20 mol·L-1·min-1,则2min时,Z的浓度为0.40 mol/L,加入0.40 mol Z ,则此时Z的浓度为0.80 mol/L,Y浓度为0.2÷2×2mol/L=0.20 mol/L ,此时的浓度商,则平衡向逆向移动,此时,B正确;C.X为固态,Y、Z为气态,每生成1molY就会生成2molZ,Z的体积分数总是,因此当Z的气体体积分数约为66.7%,不能判断状态,故C错误
D.据B解析可知4min时,已经达到平衡态,5min时Y的物质的量和4min时相等,则5min时Y的物质的量为:,故D错误;故选B。
19.(2023-2024高二上·湖北武汉·期中)利用A制备B(A和B分子式相同),反应过程中伴随生成C和D(C和D分子式相同)的副反应,。只考虑主反应,常温下,以0.5mol A为原料,体系向环境放热X kJ;以0.5mol B为原料,体系从环境吸热YkJ(X>Y)。T℃(T<25)下,以A或B为原料发生反应,A和B的物质的量分数(代表i物质的物质的量分数)随时间t变化关系如图所示,下列说法正确的是
A.a、c线代表A物质
B.时,的物质的量分数为0.12
C.主反应的焓变
D.主反应的
【答案】B
【分析】只考虑主反应,由于反应为气体等体积反应,因此以0.5mol A为原料和以0.5mol B为原料达到平衡时,两平衡等效,故,由于X>Y,说明以A为原料时,A的转化率超过以B为原料时B的转化率,且平衡时,由此可知曲线a、c对应的是B物质,曲线b、d对应的是A物质,以此分析解答。
【解析】A.由上述分析可知,曲线a、c对应的是B物质,故A项错误;B.分析副反应,可知,每生成1mol C或D,均会生成3mol H2,因此,时,的物质的量分数,解得,故B项正确;C.将两种投料方式具象化:,由此可得该反应焓变,故C项错误;D.主反应的,故D项错误;综上所述,正确的是B项。
20.(2023-2024高二上·重庆·期中)将0.8 mol S 放入一个装满O2的恒压密闭容器中,在、的条件下使之充分反应至t₁时刻,此时容器中无 S 剩余,剩余0.2mol O2。再向该体系中迅速投入1mol无水FeSO4固体,此过程容器与外界未发生气体交换,充分反应至t2时刻。已知此条件下可以发生如下反应:; ; ;下列说法正确的是
A.t1时刻, 容器中气体总物质的量为0.8 mol
B.t1时刻,容器中SO2的分压为:
C.起始时,容器中n(O2)=1.05mol
D. t2时刻,容器中的固体为FeSO4与Fe2O3的混合物
【答案】B
【解析】A.t1时刻,0.8molS全部被消耗,根据S守恒可知,SO2和SO3共有0.8mol,还有0.2mol氧气,可得总的气体物质的量为1mol,A错误;B.总压强为105Pa,总气体物质的量为1mol,氧气为0.2mol,氧气的分压为0.2×105Pa,设SO2为amol,则SO3为(0.8-a)mol,SO2分压为a×105Pa,SO3分压为(0.8-a)×105Pa,Kp1==,解得a=0.3mol,则SO2分压为0.3×105Pa,B正确;C.t1时刻,SO2是0.3mol,SO3是0.5mol,剩余氧气0.2mol,根据氧守恒,初始氧气物质的量为0.2mol+0.5×(0.3mol×2+0.5mol×3)=1.25mol,C错误;D.t1时刻,SO2分压为0.3×105Pa,SO3分压为0.5×105Pa,对于第二个反应来说,此时p(SO2)×p(SO3)= 0.3×105×0.5×105=1.5×109>Kp2,第二个反应不会进行,容器中没有Fe2O3,D错误;故答案选B。
二、非选择题
1.(2023-2024高二上·福建泉州·期中)回答下列问题。
(1)工业合成氨的反应:,分别在、温度下,改变起始氢气物质的量,测得平衡时氨的体积分数如图所示:
①比较在m、n、q三点所处的平衡状态中,反应物的转化率最高的是 点。
②条件下,在的密闭容器中,充入和时,达平衡,此时反应物的转化率均为a,写出下列仅含a、x的表达式(不必化简): ;该反应的平衡常数的值 。
③图像中 (填“高于”、“低于”、“等于”或“无法确定”)。
(2)一定温度下,在密闭容器中将等物质的量的和混合,采用适当的催化剂进行反应,已知此温度下,该反应的平衡常数,则平衡时体系中的物质的量分数为 。
【答案】(1)q 低于
(2)40
【解析】(1)①m、n、q三点均处于平衡状态,增大起始n(H2),平衡正向移动,N2的转化率增大,即起始n(H2)越大,N2的平衡转化率越大,则在m、n、q三点所处的平衡状态中,反应物N2的转化率最高的是q点;
②;反应物的转化率相等,则投料比等于化学反应计量系数之比,即y=3x,建立三段式:
则该反应的平衡常数的值;
③正反应放热,n(H2)一定时,降低温度,平衡正向移动,平衡时氨的体积分数增大,则T2低于T1;
(2)设投料时CO(g)和H2O(g)的物质的量均为m,转化量为n,建立三段式:
设容器体积为V,则平衡常数,即,则平衡时体系中H2的物质的量分数为。
2.(2023-2024高二上·浙江杭州·期中)在一定体积的密闭容器中,有如下化学反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g),其化学平衡常数K和温度的关系如表:
t/℃
700
800
830
1000
1200
K
0.6
0.9
1.0
1.7
2.6
(1)该反应的化学平衡常数表达式为K= 。
(2)该反应为 反应(填“吸热”或“放热”)。
(3)向上述平衡体系中加入CO2,达新平衡后H2的转化率 (填“增大”“不变”或“减小”)。
(4)反应达平衡后,向容器中通入与平衡混合气组成、比例相同的气体,达到新平衡时与原平衡相比,有关说法正确的是___________(填字母)。
A.反应物转化率增大 B.逆反应速率增大
C.各物质的比例不变 D.c(CO2)增大、c(CO)减小
【答案】(1)(2)吸热(3)增大(4)BC
【解析】(1)该反应的化学平衡常数表达式为 ;
(2)由表中数据可知,升高温度,平衡常数增大,说明平衡正向移动,则该反应为吸热反应;
(3)向上述平衡体系中加入CO2,CO2浓度增大,平衡正向移动,则达新平衡后H2的转化率增大;
(4)反应达平衡后,向容器中通入与平衡混合气组成、比例相同的气体,其它条件不变时,此过程等效于原平衡体系的体积被压缩,压强增大,各物质浓度增大,正逆反应速率增大,但反应前后气体总物质的量不变,增大压强,平衡不移动,则反应物转化率不变,各物质的比例不变,所以达到新平衡时与原平衡相比,说法正确的是BC。
3.(2023-2024高二上·黑龙江·期中)在容积为1.00 L的容器中,通入一定量的N2O4,发生反应N2O4(g)2NO2(g),随温度升高,混合气体的颜色变深。
(1)该反应ΔH 0(填“>”、“<”或“=”),在0~60 s时段,反应速率v(N2O4)为 mol·L-1·s-1。平衡常数K= (请书写单位)。
(2)在温度不变的情况下向平衡体系中再充入N2O4 0.01mol·L-1和NO20.03mol·L-1此时v(正) v(逆)(填“>”、“<”或“=”)。
(3)下列有利于提高反应N2O4(g) 2NO2(g)平衡转化率的条件是___________(填标号)。
A.高温低压 B.低温高压 C.高温高压 D.低温低压
【答案】(1)> 0.0010 0.36mol·L-1(2)<(3)A
【解析】(1)NO2有颜色,而N2O4气体无颜色;因此升温后,混合气体颜色变深表明可逆反应正向移动,因此该反应是吸热反应,焓变大于零;由图可知,0~60s内,N2O4浓度下降了0.060mol/L,因此反应速率为:;由图可知,平衡时NO2浓度为0.120mol/L,N2O4浓度为0.040mol/L,因此平衡常数为:;
(2)当达到平衡后,再通入0.01mol/L的N2O4和0.03mol/L的NO2后,此时容器内N2O4浓度为0.05mol/L,NO2浓度为0.15mol/L,那么浓度商为,故平衡逆向移动,那么v逆>v正;
(3)由于是吸热反应,为了获得更高的转化率需要在较高温度下进行,同时降低压强也有利于反应正向进行,因此高温低压的条件有利于获得更高的转化率,A项正确。
4.(2023-2024高二上·福建厦门·期中)已知:。T℃时,某研究小组向一恒容真空容器中充入浓度为的NO和足量的碳单质,恒温条件下测得不同时间各物质的浓度如表。求:
时间/min
NO浓度/
浓度/
浓度/
0
1.00
0
0
10
0.58
0.21
0.21
20
0.40
0.30
0.30
30
0.40
0.30
0.30
(1)0~10 min以NO表示的平均反应速率 。
(2)根据表中数据,计算平衡时NO的转化率 。
(3)根据表中数据,计算T℃时该反应的平衡常数 。(注意:写出解题过程,三段式格式规范,否则不得分)
【答案】(1)(2)60%(3)0.5625
【分析】根据数据,由三段式知:
【解析】(1)0~10 min以NO表示的平均反应速率,答案为;
(2)平衡时NO消耗的物质的量为:1.00mol/L-0.40mol/L=0.6mol/L,则平衡时NO的转化率为:, 故答案为:60%;
(3)T℃时该反应的平衡常数为:K=25, 故答案为:0.5625。
5.(2023-2024高二上·黑龙江齐齐哈尔·期中)已知25℃、101kPa时,一些物质的燃烧热为:
化学式
CO(g)
H2(g)
CH3OH(l)
CH4(g)
(一)请回答下列问题:
(1)根据盖斯定律完成下列反应的热化学方程式: 。
(2)现有H2和CH4的混合气体112L(标准状况),使其完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l),共放出热量3242.5kJ,则原混合气体中H2和CH4的物质的量之比是___________。
A.1:1 B.1:3 C.1:4 D.2:3
(二)向甲乙两个容积均为1L的恒容容器中,分别充入2molA、2molB和1molA、1molB.相同条件下(温度T℃),发生下列反应:。测得两容器中c(A)随时间t的变化如图所示:
回答下列问题:
(3)乙容器中,平衡后物质B的转化率 ;
(4)x= ;
(5)T℃时该反应的平衡常数为 ;
(6)下列说法正确的是 。
A.向平衡后的乙容器中充入氦气可使c(A)增大
B.将乙容器单独升温可使乙容器内各物质的体积分数与甲容器内的相同
C.若向甲容器中再充入2molA、2molB,则平衡时甲容器中0.78mol/L<c(A)<1.56mol/L
【答案】(1)-128.09kJ/mol(2)D(3)50%(4)1(5)2(6)C
【解析】(1)CO燃烧的热化学方程式:CO(g)+O2(g)═CO2(g)△H=-283.0 kJ·mol-1 ①,H2燃烧的热化学方程式:2H2(g)+O2(g)═2H2O(l)△H=-285.8×2 kJ·mol-1 ②,CH3OH燃烧的热化学方程式:CH3OH(l)+O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)△H=-726.51 kJ·mol-1 ③,将①+②+(-③)可得:CO(g)+2H2(g)═CH3OH(l)△H=-128.1kJ·mol-1。故答案为-128.09kJ·mol-1;
(2)H2和CH4的混合气体112L(标准状况)物质的量为=5mol,所以混合气体的平均燃烧热为为kJ·mol-1=648.5kJ·mol-1,由H2(g)+O2(g)=H2O(l)△H=-285.8kJ·mol-1可知,氢气的燃烧热为285.8kJ·mol-1;由CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-890.3kJ·mol-1可知,甲烷的燃烧热为890.3kJ·mol-1,
根据十字交叉法计算原混合气体中H2和CH4的物质的量之比:
所以原混合气体中H2和CH4的物质的量之比为241.8kJ·mol-1:362.7kJ·mol-1=2:3,
故选D。
(3)乙容器中,A参加反应的物质的量=(1-0.5)mol/L×1L=0.5mol,根据A和B的关系式知,参加反应的B的物质的量也是0.5mol,则B的转化率=×100%=50%。
(4)甲容器反应达到平衡后,c(A)=0.78 mol•L-1,A的转化率=×100%=61%,乙容器中,A参加反应的物质的量=(1-0.5)mol/L×1L=0.5mol,A的转化率=×100%=50%,即压强越大,A的转化率越高,所以正反应为气体体积减小的反应,则x=1。
(5)反应达到平衡时,乙容器中c(A)=c(B)=c(C)=0.5 mol•L-1,T℃时,该反应的平衡常数K==2。
(6)A.向平衡后的乙容器中充入惰性气体氦气,气体的浓度不变,平衡不发生移动,所以c(A)不变,A错误;B.将乙容器单独升温,平衡逆向移动,A的体积分数增大,更大于甲容器中A的体积分数,B错误;C.若向甲容器中再充入2 mol A、2 mol B,相当于增大压强,平衡向正反应方向移动,则达到平衡时A的转化率比不加前增大,所以平衡时甲容器中0.78 mol•L-1<c(A)<1.56 mol•L-1,C正确。答案选C。
6.(2023-2024高二上·北京·期中)合成氨对人类生存具有重大意义,反应为:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ∆H
(1)科学家研究在催化剂表面合成氨的反应机理,反应步骤与能量的关系如图所示(吸附在催化剂表面的微粒用*标注,省略了反应过程中部分微粒)。
①写出步骤c的化学方程式 。
②由图像可知合成氨反应的∆H 0(填“>” 、“<”或“=”)。
(2)恒温下,往一个4L的密闭容器中充入5.2molH2和2molN2,反应过程中对NH3的浓度进行检测,得到的数据如下表所示:
时间/min
5
10
15
20
25
30
c(NH3)/(mol·L-1)
0.08
0.14
0.18
0.20
0.20
0.20
①此条件下该反应的化学平衡常数K= 。
②若维持容器容积不变,温度不变,往原平衡体系中加入H2、N2和NH3各4mol,化学平衡将向 反应方向移动(填“正”或“逆”)。
【答案】(1)*NNH+H2*N+NH3 < (2)0.1 逆
【分析】1)①由能量图可知,步骤c为*NNH与H2转化为NH3和*N,即*NNH+H2*N+NH3;
②根据反应物和生成物总能量高低,可判断反应放热;
(2)①结合表中数据,利用三段式和Kc=可计算;
②利用Qc与Kc的关系可判断;据此分析解题。
【解析】(1)①由图像可知,步骤c为*NNH与H2转化为NH3和*N,即*NNH+H2*N+NH3;*NNH+H2*N+NH3;
②由图像可知,反应物总能量高于生成物总能量,反应放热,即ΔH<0,故答案为<。
(2)①结合表中数据,可知平衡时NH3的物质的量为0.2mol•L−1×4L=0.8mol,由三段式可得:, ,故答案为0.1;
②维持容器容积不变,温度不变,往原平衡体系中加入H2、N2和NH3各4mol,此时,所以平衡逆向移动,故答案为逆。
7.(2023-2024高二上·重庆荣昌·期中)I、近年来我国大力加强CO2与H2催化合成甲醇(CH3OH)技术的工业化量产研究,实现可持续发展。下表是不同条件下合成氨反应达平衡时反应混合物中氨的体积分数(%)。
0.1MPa
10MPa
20MPa
30MPa
60MPa
500℃
0.10
10.6
19.1
26.4
42.2
600℃
0.05
4.50
9.10
13.8
23.1
(1)目前,我国合成氨工业生产中采用的压强一般不高于30MPa,主要原因是 。
Ⅱ、
(2)250℃时,在体积为2.0L的恒容密闭容器中加入6molH2、2molCO2和催化剂,10min时反应达到平衡,测得c(CH3OH)=0.75mol/L。
①下列描述中能说明上述反应已达平衡的是 (填编号)。
A.3ν正(H2)=ν逆(CH3OH)
B.容器中气体压强不随时间而变化
C.c(H2) ∶c(CO2)=1∶1
D.容器中气体平均相对分子质量不随时间而变化
②化学平衡常数K= 。
(3)合成总反应在起始物时,在不同条件下达到平衡,设体系中甲醇的物质的量分数为,在恒温℃下的、在恒压下的如图所示。
①请用各物质的平衡分压(p(H2)、p(CO2)、p(CH3OH)、p(H2O))表示总反应的平衡常数,表达式
②图中对应等压过程的曲线是 ,判断的理由是 ;
③当时,的平衡转化率 (保留小数点后一位)
【答案】(1)压强越大,对材料的强度和设备的制造要求也越高,需要的动力也越大,这将会大大增加生产投资,并可能降低综合经济效益
(2)BD
(3) b 正反应气体体积减小,增大压强,平衡右移,x(CH3OH)增大,曲线a代表等温过程,则曲线b代表等压过程 33.3%
【解析】(1)合成氨的反应为N2(g)+3H2(g)2NH3(g),结合表中数据可知,压强越大,反应速率越快、NH3的体积分数越大,但压强越大,对材料的强度和设备的制造要求也越高,需要的动力也越大,这将会大大增加生产投资,并可能降低综合经济效益,故目前,我国合成氨工业生产中采用的压强一般不高于30MPa。
(2)①发生的反应为CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
A.3ν正(H2)=ν逆(CH3OH)时正、逆反应速率不相等,反应没有达到平衡状态;
B.该反应反应前后气体分子数不相等,建立平衡的过程中混合气体总物质的量是变量,在恒温恒容容器中,容器中气体压强是变量,容器中气体压强不随时间而变化能说明反应达到平衡状态;
C.达到平衡时各物质的浓度保持不变、但不一定相等,c(H2) ∶c(CO2)=1∶1不能说明反应达到平衡状态;
D.建立平衡的过程中混合气体总质量始终不变,混合气体总物质的量是变量,混合气体的平均相对分子质量是变量,容器中气体平均相对分子质量不随时间而变化能说明反应达到平衡状态;
能说明反应达到平衡状态的是BD。
②列三段式,则化学平衡常数K==。
(3)①根据反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)知,Kp=。
②反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)的正反应气体体积减小,在相同温度下,增大压强,平衡正向移动,平衡时x(CH3OH)增大,即随着压强的增大x(CH3OH)增大,故曲线a代表等温过程,曲线b代表等压过程。
③设初始CO2物质的量为mmol,则初始H2物质的量为3mmol,列三段式,若x(CH3OH)=0.10,则=0.10,解得α=≈33.3%。
8.(2023-2024高二上·海南省直辖县级单位·期中)羰基硫(COS) 可用作粮食熏蒸剂,可由CO 与H2S 在一定条件下反应制得。在恒容的密闭容器中发生反应并达到平衡:CO(g)+H2S(g)COS(g)+H2(g) ΔH,数据如表所示:
实验
温度/℃
起始时
平衡时
n(CO)/mol
n(H2S)/mol
n(COS)/mol
n(H2)/mol
n(CO)/mol
1
150
10.0
10.0
0
0
7.0
2
150
7.0
8.0
2.0
4.5
a
3
400
20.0
20.0
0
0
b
(1)150℃时该反应的K= 。
(2)实验2达到平衡时a 7.0(填“>”、“<”或“=”),理由是 。
(3)400℃时K=1/16, 则平衡时CO的转化率为 ,该反应的ΔH 0(填“>”、“<”或“=”)
(4)任意写出2条能使H2S平衡转化率增大的措施 、 。
【答案】(1)9/49或0.18
(2)< 浓度商(Q=9/56)小于平衡常数(9/49),反应朝正向进行,所以a小于7.0mol
(3)20% <
(4)降低温度 增大一氧化碳浓度或分离出生成物
【解析】(1)由表知:,则150℃时该反应的K=。
(2)实验2中浓度商Qc=,说明反应正向移动,即a<7.0。
(3)400℃时K=1/16,,该反应的K=,得b=16.0,则平衡时CO的转化率为,则升温时平衡常数减小、平衡左移,说明正反应放热,该反应的ΔH<0。
(4)该反应为气体分子总数不变的放热反应,则任意写出2条能使H2S平衡转化率增大的措施为:降低温度、增大一氧化碳浓度或分离出生成物。
9.(2023-2024高二上·青海西宁·期中)回答下列问题。
(1)某温度时,在2L容器中A、B 两种物质间的转化反应中,A、B物质的量随时间变化的曲线如下图所示,由图中数据分析得:
①该反应的化学方程式为 。
②反应开始至 4 min 时,B 的平均反应速率为 ,A 的转化率为 。
③平衡时,A 的物质的量为 0.2mol,B 的物质的量为 0.5mol,计算该反应的化学平衡常数 。
④4 min 时,反应是否达到平衡状态? (填“是”或“否”),8 min 时,v (正) v (逆) (填“>”、“<”或“=”)。
(2)下图表示在密闭容器中反应: 达到平衡时,由于条件改变而引起反应速率和化学平衡的变化情况,a 时改变的条件可能是 。
【答案】(1)2A⇌B 50% 25 否 =
(2)升温
【解析】(1)①根据图象可知A为反应物,B为生成物,反应进行到4min时A物质的量变化为0.8mol-0.4mol=0.4mol,B物质的量变化0.4mol-0.2mol=0.2mol,A、B反应的物质的量之比2∶1,所以反应的化学方程式为2AB;
②反应开始至4min时,B的平均反应速率为;A的转化率为;
③由信息可知,该反应的化学平衡常数为;
④根据图象可知4min时随时间变化A、B物质的量发生变化,说明未达到平衡,8min时A、B物质的量不变,说明反应达到平衡状态,因此v(正)=v(逆);
(2)a时逆反应速率大于正反应速率,说明平衡应向逆反应方向移动,且正逆反应速率都增大,该反应的正反应放热,应为升高温度的结果。
10.(2023-2024高二上·湖北鄂州·期中)、CO是常见的气体污染物,将其进行无害化处理是保护环境的重要举措。回答下列问题:
(1)对于反应来说,“”可作为此反应的催化剂。其总反应分两步进行,第一步反应为,则第二步反应为 。已知第二步反应几乎不影响总反应达到平衡所用的时间,由此推知,第一步反应的活化能 (填“大于”或“小于”)第二步反应的活化能。
(2)在四个不同容积的恒容密闭容器中充入相应的气体,各气体的起始物质的量见下表。
起始物质的量/mol
容器
I
0.1
0
0
Ⅱ
0.1
0
0
Ⅲ
0.1
0
0
Ⅳ
0.3
0.3
0.15
发生反应:,容器I、Ⅱ、Ⅲ中的平衡转化率随温度变化的曲线如图所示。
①该反应为 (填“吸热”或“放热”)反应,容器I、Ⅱ、Ⅲ的容积由大到小的顺序为 (用I、Ⅱ、Ⅲ表示)。
②若容器I的体积为2L,反应在370℃下进行,10s后达到平衡,则0~10s内容器I中用表示的反应速率为 。B点对应的平衡常数 (保留两位有效数字)。
③若容器Ⅳ的体积为1L,反应在370℃下进行,则起始时反应向 (填“正反应方向”或“逆反应方向”)进行。
【答案】(1) 大于
(2)吸热 0.002 0.0044或 逆反应方向
【解析】(1)其总反应分两步进行,第一步反应为,则第二步反应为总反应-第一步反应,即:;第二步反应对总反应速率没有影响,说明第一步是慢反应,控制总反应速率,第二步反应速率大于第一步反应速率,则第一步反应的活化能大于第二步反应活化能;
(2)①气体条件相同时,温度升高N2O的平衡转化率随温度升高而增大,说明升温平衡正向移动,则正反应为吸热反应,I、Ⅱ、Ⅲ起始投入量一样,体积越小压强增大温度相同时平衡左移,N2O的平衡转化率减小,容器I、Ⅱ、Ⅲ的容积由大到小的顺序:;②容器I在370℃时达到平衡时,N2O的平衡转化率为40%,则平衡时Δn(N2O)=0.1mol×40%=0.04mol,根据方程式可知该时段内Δn(N2)=0.04mol,容器体积为2L,所以v(N2)== 0.0002 mol·L-1·s-1;A、B点温度相同,对应的平衡常数相等,A点平衡时c(N2O)==0.03mol/L,c(N2)=0.02mol/L,c(O2)=0.01mol/L,所以平衡常数K≈0.0044;③该温度下平衡常数K=0.0044,若容器Ⅳ体积为1L,则起始时Qc==0.15>0.0044,所以平衡向逆反应方向移动。吸热;;0.002;0.0044;逆反应方向。
11.(2023-2024高二上·浙江绍兴·期中)在恒温下,向容积为2L的恒容容器中加入一定量的碳单质和2molH2O(g),初始压强为105Pa。发生反应: ∆H>0。经过2min后达到平衡,容器的压强增加了20%。
(1)该反应自发进行的条件是 。(填“高温”或“低温”或“任意条件”)
(2)2min内H2O的平均反应速率为 mol/(L·min)。
(3)2min平衡时,采取下列措施后,使的是__________。
A.恒温恒容下,除去部分H2O B.降低温度
C.恒温恒容下,充入Ar D.恒温恒压下,充入Ar
(4)平衡常数Kp= Pa(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
(5)下列说法正确的是__________。
A.增加碳单质,可以加快该反应速率
B.2min时,H2O的转化率为20%
C.当混合气体的平均摩尔质量不再变化时,可以判断该反应达到了平衡
D.平衡后向体系内补加0.4molH2O(g)和0.4molCO(g),反应向逆反应方向进行
【答案】(1)高温(2)0.1(3)B(4)5000(5)BCD
【分析】经过2min后达到平衡,容器的压强增加了20%,即为1.2×105Pa,依据阿伏加德罗定律的推论,混合气的物质的量也增加了20%,即混合气的物质的量为2mol+2mol×20%=2.4mol。由此可建立如下三段式:
则2-x+x+x=2.4,x=0.4mol。
【解析】(1)该反应的ΔS>0、ΔH>0,自发进行的条件是高温。
(2)2min内H2O的平均反应速率为=0.1mol/(L·min)。
(3)2min平衡时,采取下列措施后,使,则正、逆反应速率都减小,平衡逆向移动。A.恒温恒容下,除去部分H2O,此时正反应速率减小,但逆反应速率不变,A不符合题意;B.降低温度,此时正、逆反应速率都减小,平衡逆向移动,B符合题意;
C.恒温恒容下,充入Ar,反应物和生成物的浓度都不变,平衡不发生移动,C不符合题意;
D.恒温恒压下,充入Ar,,反应物和生成物的浓度都减小,正、逆反应速率都减小,但平衡正向移动,D不符合题意;故选B。
(4)平衡常数Kp==5000Pa。
(5)A.增加碳单质,反应物、生成物的浓度都不变,该反应速率不变,A不正确;B.2min时,H2O的转化率为=20%,B正确;C.随着反应的进行,混合气的质量不断发生改变,物质的量不变发生改变,则平衡摩尔质量不断发生改变,当混合气体的平均摩尔质量不再变化时,该反应达到了平衡状态,C正确;D.平衡后向体系内补加0.4molH2O(g)和0.4molCO(g),此时浓度商Qc==8000>5000,反应向逆反应方向进行,D正确;故选BCD。
12.(2023-2024高二上·贵州黔西·期中)已知,在铁触媒的催化下N2 (g)+ 3H2(g)2NH3 (g) ∆H,请完成下列填空:
(1)反应过程的能量变化示意图如下图所示,已知N≡N和H-H的键能分别为946kJ·mol-1、436kJ·mol-1,则N-H的键能为 kJ·mol-1。
(2)当达到平衡后,在某时刻降低温度,正、逆反应速率的变化情况符合像下图________(填“标号”)。
A. B.
C. D.
(3)下列措施能够提高H2平衡转化率的是 。
A升高温度 B增大压强 C.恒温恒压下通入Ar
D.恒温恒容下通入N2 E. 恒温恒容下通入H2 F.及时分离出NH3
(4)在一定温度下,在10L的密闭容器中充入3mol N2和10 mol H2和适量的铁触媒,产生NH3的物质的量变化情况如下表所示:
时间t/min
0
1
2
3
4
5
N(NH3)/mol
0
1.8
2.8
3.5
4
4
①在0~2min,用N2表示的化学反应速率v(N2)= 。
②H2的平衡转化率为 ,达到平衡时放出的热量为 。
③在该温度下,合成氨反应的化学平衡常数K= 可以不写“单位”)。
【答案】(1)391(2)C(3)BDF(4)0.07mol·L-1·min-1 60% 184kJ 25
【解析】(1)设N-H的键能为x kJ·mol-1,则由图可知,-92=946+3×436-6x,解得,x=391;
(2)该反应为放热反应,降低温度,正、逆反应速率均降低,该反应正向移动,故选C;
(3)A.该反应为放热反应,升高温度平衡逆向移动,氢气转化率降低,A错误;B.该反应为气体分子数减小的反应,增大压强,平衡正向移动,氢气转化率增大,B正确;C.恒温恒压下通入Ar,相当于减压,平衡逆向移动,氢气转化率降低,C错误;D.恒温恒容下通入N2,则其浓度增大,平衡正向移动,氢气转化率增大,D正确;E.恒温恒容下通入H2,则其浓度增大,平衡正向移动,但是其总物质的量增大,氢气转化率降低,E错误;F.及时分离出NH3,则其浓度降低,平衡正向移动,氢气转化率增大,F正确;故选BDF;
(4)①根据表格中的数据可知,在0~2min,用NH3表示的化学反应速率,则;
②根据表中信息可得以下三段式:
H2的平衡转化率为;达到平衡时放出的热量×92KJ/mol=184 KJ;
③在该温度下,合成氨反应的化学平衡常数K。
13.(2023-2024高二上·全国·期中)650 ℃时,一定量的CO2与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应:C(s)+CO2(g) 2CO(g)。平衡时,CO的体积分数为40%,总压强为p总。
(1)平衡时CO2的转化率为 。
(2)已知:气体分压(p分)=气体总压(p总)×体积分数。用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp= 。
【答案】(1)25%(2)0.27p总
【解析】(1)设开始加入1 mol CO2,反应掉了x mol CO2,则可列出三段式:
因此有×100%=40.0%,解得x=0.25,CO2的转化率为×100%=25%;
(2)平衡时CO的体积分数为40%,则CO2的体积分数为60%,故≈ 0.27p总。
14.(2023-2024高二上·吉林四平·期中)科研、生产中常涉及碳的化合物。回答下列问题:
(1)700℃时,向容积为3L的恒容密闭容器中充入一定量的CO和,发生反应:,反应过程中测定的部分数据见下表:
反应时间/min
0
1.8
0.9
2
1.2
x
4
y
0.3
①反应前2min内的平均反应速率 ;表中y的值为 。
②判定2min时达到平衡状态的理由是 。
(2)工业上可利用煤的气化产物(水煤气)合成二甲醚: 。一定条件下的密闭容器中,该反应达到平衡,要提高的转化率,可以采取的措施是 (填字母)。
a.升高温度 b.加入催化剂c.减小的浓度 d.增大压强(缩小容器体积)
(3)高炉炼铁中发生的主要反应为。已知该反应平衡常数随温度变化如图所示,该反应平衡常数表达式为 , 0(填“>”“<”或“=”)。
(4)能与反应制得甲醇(): 。一定条件下,将2 mol 和4 mol 充入密闭容器中,发生反应制取甲醇,的平衡转化率与温度、平衡总压强的关系如图所示。
①、、由大到小的顺序为 。
②条件下255℃时,该反应的压强平衡常数 (为以分压表示的平衡常数,分压=总压×物质的量分数;计算结果保留1位小数)。
【答案】(1)0.1 1.2 通过计算可知,2 min时的物质的量为0.3 mol,不再随时间变化而改变,说明反应达到平衡(答案合理即可)
(2)cd
(3) <
(4) 22.8
【解析】(1)①反应前2min内CO消耗了1.8-1.2=0.6mol,则氢气生成了0.6mol,=0.1;04min内,水消耗了0.9-0.3=0.6mol,则CO也消耗了0.6mol,4min时,CO剩余1.8-0.6=1.2mol,表中y的值为1.2;
②通过计算可知,2 min时的物质的量为0.9-0.6=0.3 mol,不再随时间变化而改变,说明反应达到平衡(答案合理即可);
(2)a.由于,升高温度,平衡逆向移动,的转化率减小,a不符合题意;
b.加入催化剂,平衡不移动,的转化率不变,b不符合题意;
c.减小的浓度,平衡正向移动,的转化率增大,c符合题意;
d.增大压强(缩小容器体积),平衡正向移动,的转化率增大,d符合题意;
故选cd;
(3)由该反应平衡常数随温度的变化图知,K随温度升高而减小,故<0;根据方程式,该反应平衡常数表达式;
(4)①对于反应,在温度一定时,增大压强,平衡向正反应方向移动,平衡转化率增大,则图中的;
②由图知,(4MPa)条件下,255℃时平衡转化率为60%,则从反应开始到达到平衡状态,转化了1.2mol,可列出以下三段式:
则平衡时气体总物质的量为0.8+0.4+1.2+1.2=3.6mol,。
15.(2023-2024高二上·湖南长沙·期中)三元催化器是安装在汽车排气系统中最重要的机外净化装置。高温汽车尾气中的一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物在通过净化装置时活性增强,发生氧化还原反应变成无害气体而得以净化。
(1)汽车尾气中的CO是由于汽油在气缸内不均匀、不充分燃烧导致的,而生成NO的化学方程式为 。
(2)在某温度下,向恒温恒容密闭容器中充入等物质的量浓度的NO2和CO气体,在催化剂作用下发生反应。相关数据如下:
0min
5min
10min
15min
20min
c(NO2)/(mol·L-1)
2.00
1.70
1.56
1.50
1.50
c(N2)/(mol·L-1)
0
0.15
0.22
0.25
0.25
①上述反应 自发进行(填“高温”“低温”或“永不”)。
②在0~10min内,以CO2的浓度变化表示的反应速率为 ,在15min时,CO的转化率为 。此温度下,该反应的化学平衡常数 (保留两位有效数字)。
③该反应的正、逆反应的平衡常数(K)与温度(T)的关系如图所示,其中表示正反应化学平衡常数的是 (选“A”或“B”),理由是 。
④在该温度下,向该容器中通入含CO、NO2、N2和CO2的混合物,容器中各组分浓度均为2mol/L,则此时上述反应向 进行(填“正反应方向”“逆反应方向”或“不能确定”)。
【答案】(1)
(2)低温 0.088 50% 0.11 B 反应为放热反应,升高温度平衡逆向进行,平衡常数减小 逆反应方向
【解析】(1)汽车尾气中的CO是由于汽油在气缸内不均匀、不充分燃烧导致的,而生成NO是因空气中的氮气与氧气在气缸中反应而得,反应的化学方程式为;
(2)①反应为焓减熵减的反应,若要,则应在低温下进行,则反应低温自发进行;
②在0~10min内,以N2的浓度变化表示的反应速率为=0.022,根据反应速率之比等于化学计量数之比可知,以CO2的浓度变化表示的反应速率为40.022=0.088;
根据三段式有:
在15min时,CO的转化率为=50%;此温度下,该反应的化学平衡常数=0.11;
③反应为放热反应,升高温度平衡逆向进行,平衡常数减小,所以其中表示正反应化学平衡常数的是A;
④在该温度下,向该容器中通入含CO、NO2、N2和CO2的混合物,容器中各组分浓度均为2mol/L,Qc==0.5>0.11=K,则此时上述反应向逆反应方向。
16.(2023-2024高二上·上海长宁·期中)I.某化学小组为了研究外界条件对化学反应速率的影响,进行了如下实验:
[实验原理]
[实验内容及记录]
室温下,试管中所加试剂及其用量/mL
室温下溶液颜色褪至无色所需时间/min
实验编号
溶液
溶液
稀硫酸
1
3.0
2.0
3.0
2.0
4.0
2
3.0
3.0
2.0
2.0
5.2
3
3.0
1.0
2.0
6.4
请回答下列问题:
(1)根据上表中的实验数据,可以得到的结论是 。
(2)表格中, mL。
(3)利用实验1中数据计算, 。
II.某温度时,在2.0L恒容密闭容器中充入,发生反应(吸热反应),经过一段时间后达到平衡。
(4)该反应的平衡常数表达式K= ;
(5)其他条件不变,起始时向上述容器中充入,达到平衡时,的转化率 (选填“增大”、“减小”“不变”),平衡常数K (选填“增大”、“减小”“不变”)。
(6)在不同时间(t)测得反应过程中的部分数据如下:
0
50
100
250
350
0.5
0.42
0.41
0.40
0.40
则100s时,的物质的量浓度是 mol/L。
【答案】(1)其它条件相同是高锰酸钾浓度越大,反应速率越快
(2)4.0(3)0.015(4)(5)减小 不变(6)0.045
【解析】(1)实验1、2、3可知其他条件相同,只有KMnO4浓度不同,实验1的KMnO4浓度大,溶液紫色褪去所需时间更短,说明KMnO4浓度越大,反应速率越快;
(2)由实验1、2可知反应溶液的总体积为10mL,因此实验3总体积应为10.0mL,V1=4.0mL;
(3)实验1可知,高锰酸钾浓度改变量为,;
(4)反应的平衡常数表达式K=
(5)其他条件不变,起始时向上述容器中充入相当于加压,平衡逆向移动,PCl5转化率减小;平衡常数只与温度有关,温度不变K不变;
(6)100s时PCl5减少0.5-0.41=0.09mol,生成PCl30.09mol,PCl3的浓度为。
17.(2023-2024高二上·山东菏泽·期中)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的体积都为2L。(已知:2NO2(g)N2O4(g) △H<0)
回答下列问题:
(1)容器A反应物浓度随时间变化关系如上图。
①前10 min内用NO2表示的化学反应速率v(NO2)= mol/(L·min)。
此温度下反应2NO2(g)N2O4(g)的平衡常数K(b)= (mol/L)-1。
②反应25 min时,若只改变了某一个条件,曲线发生如上图变化,该条件可能是 (用文字表达);其平衡常数K(d) K(b)(填“>”“=”或“<”)。
(2)一段时间后,反应达到平衡,若打开活塞K2,气球B将 (填“变大”、“变小”或“不变”)。
(3)室温下,若A、B都保持体积不变,将A套上一个绝热层,B与外界可以进行热传递,则达到平衡时, 中的颜色较深。
【答案】(1)0.04 增大NO2的浓度 =(2)变小(3)A
【分析】根据图像,X物质的量浓度变化0.4mol/L,Y物质的量浓度变化0.2mol/L,根据反应计量数可知,X代表NO2,Y代表N2O4;
【解析】(1)①根据分析,前10minNO2物质的量浓度变化0.4mol/L,则其反应速率:;化学平衡常数:;
②根据图像可知,NO2浓度瞬间增大后逐渐较小,说明改变的条件是增大NO2浓度,此时温度不变,化学平衡常数不变;
(2)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,说明A是恒温恒容,B是恒温恒压,则随着反应不断进行,A中压强逐渐减小,若打开活塞K2,气球B体积将减小;
(3)室温下,若A、B都保持体积不变,将A套上一个绝热层,则A中温度升高,平衡逆向移动,NO2浓度增大,颜色变深,B与外界可以进行热传递, NO2浓度不变,颜色不变。
18.(2023-2024高二上·河北邯郸·期中)利用I2O5消除CO污染的反应为5CO(g)+I2O5(s)5CO2(g)+I2(s) △H,已知在不同温度(T1、T2)下,向装有足量I2O5固体的2L恒容密闭容器中通入2molCO,测得CO2的气体体积分数φ(CO2)随时间t的变化曲线如图所示(b,c点都已经达平衡)。回答下列问题:
(1)温度为T2时,0~2min内,CO2的平均反应速率v(CO2)= mol•L-1•min-1。
(2)b点时CO的转化率为 ,T1温度下该反应的平衡常数K= 。
(3)T1 T2(填“>”或“<”或“=”,下同),b点的平衡常数 c点的平衡常数。
(4)反应达到平衡后,保持温度和体积不变再充入一定量的CO气体,则平衡 (填“正向”“逆向”或“不”)移动,达到新平衡后CO转化率 (填“增大”“减小”或“不变”)。
(5)若在T1温度下,起始时改为向装有足量I2O5固体的2L恒容密闭容器中通入3molCO和5molCO2气体,反应达平衡时的能量变化的绝对值为bkJ,则2CO(g)+I2O5(s)2CO2(g)+I2(s)的△H= kJ•mol-1(用含b的代数式表示)。
【答案】(1)0.15(2)80% 1024(3)< >(4)正向 不变(5)
【解析】(1)a点二氧化碳体积分数为0.3,设CO2的变化量为x,列式计算,,,则x=0.6mol,温度为T2时,0~2min内,CO2的平均反应速率v(CO2)= =0.15 mol/(L·min);
(2)温度T1时,二氧化碳平衡体积分数为0.8,结合三段式计算,
,,y=1.6 mol, 一氧化碳转化率为=80%;平衡时CO、CO2的浓度分别为、,K=;
(3)图像分析可知先拐先平,温度高,T1<T2;由上述分析可知,T2>T1,即b点温度低于c点,降温平衡正向进行,平衡常数增大,则Kb>Kc;
(4)反应达到平衡后,保持温度和体积不变再充入一定量的CO气体,反应物的浓度增大,则平衡正向移动,但反应为气体体积不变的反应,增大压强达平衡时与之前反应为等效平衡,达到新平衡后CO转化率不变;
(5)上述反应在T1下的平衡常数 K=1024,Qc=<K,故平衡向右移动,设CO2的变化量为xmol,则
,K==1024,得z=1.4,反应能量变化为bkJ,对于5CO(g)+I2O2(s)5CO2(g)+I2(s),ΔH 为完全反应的能量变化,即5molCO完全反应放出的热量,故该反应反应能量变化为kJ,即kJ。
19.(2023-2024高二上·北京西城·期中)已知 ,在一定温度下在10 L容器中充入2 mol SO2和1 mol O2,反应2 min后达到平衡,压强变为原来的0.8,
资料:容积和温度恒定时,气体压强与气体物质的量成正比;
(1)根据已知条件列出三段式 ;
(2)根据三段式可计算出:SO2的反应速率为 ,达到平衡时SO2的转化率为 ;该温度下反应的平衡常数为 。
【答案】(1)
(2)0.06 60% 56.25
【解析】(1)根据已知条件列出三段式为:
反应2 min后达到平衡,压强变为原来的0.8,则,x=0.6,则三段式为。
(2)根据三段式可计算出:SO2的反应速率为=0.06,达到平衡时SO2的转化率为=60%,该温度下反应的平衡常数为K= =56.25。
20.(2023-2024高二上·山东济南·期中)请回答下列问题:
(1)可发生二聚反应生成 ,化学方程式为 ,上述反应达到平衡后,升高温度可使体系颜色加深,则该反应的 0(填“>”或“<”)。已知该反应的正反应速率方程为逆反应速率方程为 ,其中 分别为正、逆反应的速率常数。则如图( 表示速率常数的对数; 示温度的倒数)所示①、②、③、④四条斜线中,能表示 随变化关系的是斜线 ,能表示 随变化关系的是斜线 。
(2)图中点的纵坐标分别为 ,则温度 时化学平衡常数K= mol/L。已知温度 时,某时刻恒容密闭容器中 浓度均为 ,此时v正 v逆(填“>”“<”或“=”)。
【答案】(1)< ③ ④ (2)10 >
【解析】(1)反应达到平衡后,升高温度可使体系颜色加深,平衡向着吸热的方向移动 ,平衡逆向进行,则该反应的<0;化学反应速率与温度成正比,随着温度的降低,增大,正逆反应速率降低,则lgk正和lgk逆均减小,由于温度降低平衡正向移动,则v正>v逆,则降低相同的温度时lgk逆减小更快,则斜线③表示lgk正随变化关系,斜线④能表示lgk逆随变化关系;
(2)化学平衡常数K==10,已知T1温度时,某时刻恒容密闭容器中NO2、N2O4浓度均为0.2mol·L-1,Qc==5<K,则平衡正向移动,v正>v逆。
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