章末检测卷(七) 化学反应的方向、限度与速率(时间:60分钟 分值:100分)一、选择题:本题共7小题,每小题6分,共42分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的。1.用如图所示的装置提纯难挥发的TaS2晶体,发生的反应为TaS2(s)+2I2(g)TaI4(g)+S2(g) ΔH>0,将不纯的TaS2粉末装入石英管一端,抽真空后引入适量碘并封管,置于加热炉中,下列说法不正确的是( ) A.温度:T1<T2B.在温度T1端得到纯净TaS2晶体C.提纯过程中I2的量在不断减少D.该反应的平衡常数与TaI4和S2的浓度乘积无关2.在接触法制硫酸的工业中,SO2发生的反应为2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=-198kJ·mol-1。如图表示在有、无催化剂条件下SO2氧化生成SO3过程中能量的变化。450℃、V2O5催化时,该反应机理为:反应①V2O5(s)+SO2(s)V2O4(s)+SO3(g) ΔH1=+24kJ·mol-1;反应②2V2O4(s)+O2(g)2V2O5(s)ΔH2。下列说法正确的是( )A.V2O5催化时,反应②的速率大于反应①B.ΔH2=-246kJ·mol-1C.升高温度,反应的化学平衡常数增大D.增大压强或选择更高效的催化剂,可提高SO2的平衡转化率3.(2021广东四校联考)一定温度下,在一个容积为2L的密闭容器中发生反应:2N2O3(g)+3C(s)2N2(g)+3CO2(g) ΔH>0,若0~10s内消耗了2molC,下列说法正确的是( )A.0~10s内用C表示的平均反应速率为v(C)=0.1mol·L-1·s-1B.当v正(N2O3)=v逆(CO2)时,反应达到平衡状态C.升高温度正反应速率加快,逆反应速率减慢D.该反应达平衡后,减小反应体系的容积,平衡向逆反应方向移动4.(2021河北石家庄二模)根据下列图示所得出的结论不正确的是( )\nA.图甲表示2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH<0,t1时改变的条件是增大体系的压强B.图乙NaCl溶液浓度过高,铁腐蚀速率降低,说明NaCl浓度越大溶液中O2的浓度越小C.图丙说明石墨转化为金刚石的反应的ΔH>0D.图丁是一定条件下发生反应:4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g),此过程ΔH<05.利用传感技术可以探究压强对2NO2(g)N2O4(g)化学平衡移动的影响。在室温、100kPa条件下,往针筒中充入一定体积的NO2气体后密封并保持活塞位置不变。分别在t1、t2时刻迅速移动活塞并保持活塞位置不变,测定针筒内气体压强变化如图所示。下列说法正确的是( )A.B点处NO2的转化率为3%B.E点到H点的过程中,NO2的物质的量先增大后减小C.E、H两点对应的正反应速率大小为vH=vED.B、H两点气体的平均相对分子质量大小为MB=MH6.(2021辽宁沈阳三模)乙基叔丁基酸(以ETBE表示)是一种性能优良的高辛烷值汽油调和剂,用乙醇与异丁烯(以IB表示)在催化剂HZSM-5催化下合成ETBE,反应为C2H5OH(g)+IB(g)ETBE(g)。向刚性恒容容器中按物质的量之比1∶1充入乙醇和异丁烯,在温度为378K与388K时异丁烯的转化率随时间变化如图所示。下列说法正确的是( )\nA.正反应为吸热反应B.A、M、B三点,逆反应速率最大的是点AC.388K时,容器内起始总压为p0Pa,则Kp=Pa-1D.容器内起始总压为p0Pa,M点时v(IB)=0.01p0Pa·min-17.(2021福建莆田高中毕业班质量检测)T1℃时,在10L的恒容密闭容器中充入一定量的M(g)和N(g),发生反应:M(g)+N(g)2P(g)+Q(g) ΔH>0。反应过程中的部分数据如下表所示:t/minn(M)/moln(N)/mol06.03.054.0101.0下列说法正确的是( )A.T2℃时,该反应的平衡常数为0.64mol·L-1,则T1>T2B.0~5min内,用M表示的平均反应速率为0.04mol·L-1·s-1C.该反应在第8min时,v(正)>v(逆)D.当M、N的转化率之比保持不变时,可判断该反应达到平衡状态二、非选择题:本题共4小题,共58分。8.(14分)(2021湖南考前押题)一碳化学的研究对象是分子中只含一个碳原子的化合物,如CO2、CO、CH4等。CO2的综合治理有助于减缓温室效应。已知热化学方程式:ⅰ.2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g) ΔH1=-122.6kJ·mol-1ⅱ.CH3OCH3(g)+H2O(g)2CH3OH(g) ΔH2=+23.4kJ·mol-1ⅲ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH3ⅳ.CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH4=+206.4kJ·mol-1ⅴ.CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH5=-41kJ·mol-1。回答下列问题:(1)ΔH3= 。 \n(2)一定条件下,向某密闭容器中投料,发生反应ⅲ,反应达到平衡时,容器中H2的平衡转化率与压强、温度的关系如图所示,则温度T1、T2、T3由大到小的顺序为 。 (3)向催化剂Cu-ZnO-ZrO2中加入Mn助剂能够提高二甲醚(CH3OCH3)的产率,通过研究Mn助剂所占百分比对反应的影响,得到数据如表:Mn助剂所占百分比/%CO2的转化率/%选择性产率CH3OCH3CH3OHCOCH3OCH3028.955.112.932.015.90.530.356.013.330.717.0133.457.512.629.919.2228.950.112.837.114.5由上表数据可知,为获得更多二甲醚,合适的Mn助剂所占百分比为 。 (4)将等物质的量的CH4(g)和H2O(g)加入恒温恒容密闭容器(压强为100kPa)中,发生反应ⅳ和ⅴ,容器内气体的压强随时间的变化关系如表所示。时间/min060120180240300360压强/kPa100118132144154162162300min时,体系 (填“处于”或“不处于”)平衡状态;反应ⅳ前180min内平均反应速率v(CH4)= (保留小数点后2位)kPa·min-1。 9.(15分)(2021福建泉州高中毕业班质量监测)研究甲醇的合成方法和用途具有重要的价值。Ⅰ.利用合成气(CO和H2)合成甲醇,发生如下反应:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH(1)由元素最稳定的单质生成1mol纯化合物时的反应热称为该化合物的标准摩尔生成焓(ΔHf)。几种物质的标准摩尔生成焓如下表,则ΔH= kJ·mol-1。 物质H2(g)CO(g)CH3OH(g)ΔHf/(kJ·mol-1)0-110.53-201.17(2)800℃时,该反应平衡常数K=0.15(mol·L-1)-2。若某时刻c(CO)=0.1mol·L-1、c(H2)=0.2mol·L-1、c(CH3OH)=0.4mol·L-1,则此时v(正) v(逆)(填“>”“<”或“=”)。 (3)T℃时,在密闭的刚性容器中,按物质的量之比1∶1充入CO和H2,若平衡时容器内总压为pPa,H2的转化率为50%。则T℃时,上述反应的平衡常数Kp= Pa-2(用含p的代数式表示,Kp为用分压表示的平衡常数)。 Ⅱ.甲醇也可以通过微生物电催化反应合成,装置如图所示。(4)石墨电极上的电极反应式为 ,当体系的温度升高到一定程度,电极反应的速率反而迅速下降,主要原因是 。 Ⅲ.甲醇催化脱水制二甲醚日益受到关注,反应方程式为2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) \nΔH<0,某催化反应的机理如下:历程ⅰ:CH3OH(g)CH3OH◎历程ⅱ:CH3OH◎+CH3OH◎CH3OCH3◎+H2O◎历程ⅲ:……历程ⅳ:H2O◎→H2O(g)上述历程中,“◎”代表分子吸附在催化剂表面上。(5)为提高CH3OH的平衡转化率,可采用的措施是 。 A.容积不变,充入一定量HeB.及时分离出H2O(g)C.进一步改进催化剂D.降低反应温度(6)写出历程ⅲ: 。 10.(14分)“绿水青山就是金山银山”,运用化学反应原理研究碳、氮、硫的单质及其化合物的反应对缓解环境污染、能源危机具有重要意义。(1)CO还原NO的反应为2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g) ΔH=-746kJ·mol-1。部分化学键的键能数据如下表(设CO以C≡O键构成):化学键C≡O键N≡N键CO键E/(kJ·mol-1)1076945745①由以上数据可求得NO的键能为 kJ·mol-1。 ②写出两条有利于提高NO平衡转化率的措施: 。 (2)一定条件下,向某恒容密闭容器中充入xmolCO2和ymolH2,发生反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-50kJ·mol-1。①如图中能表示该反应的平衡常数K与温度T之间的变化关系曲线为 (填“a”或“b”),其判断依据是 。 ②若x=2、y=3,测得在相同时间内不同温度下H2的转化率如图所示,则在该时间段内,恰好达到化学平衡时,此时容器内的压强与反应开始时的压强之比为 。 11.(15分)(2021辽宁抚顺一模)随着氮氧化物对环境及人类活动影响的日趋严重,如何消除大气污染物中的氮氧化物成为人们关注的主要问题之一。利用NH3的还原性可以消除氮氧化物的污染,其中除去NO的主要反应如下:4NH3(g)+6NO(g)5N2(g)+6H2O(l) ΔH<0。(1)写出1条提高NO的转化率的措施: 。 (2)一定温度下,在恒容密闭容器中按照n(NH3)∶n(NO)=1∶3充入反应物,\n发生上述反应。下列不能判断该反应达到平衡状态的是 (填字母)。 A.混合气体的平均摩尔质量保持不变B.容器内物质的总质量保持不变C.有1molN—H键断裂的同时,有1molO—H键断裂D.n(NH3)∶n(NO)保持不变E.c平(H2O)保持不变(3)已知该反应速率v(正)=k(正)·cx(NH3)·cy(NO),v(逆)=k(逆)·c5(N2)·c0(H2O)[k(正)、k(逆)分别是正、逆反应速率常数],该反应的平衡常数K=,则x= ,y= 。 (4)某研究小组将4molNH3、6molNO和一定量的O2充入2L密闭容器中,在Ag2O催化剂表面发生上述反应,NO的转化率随温度变化的情况如图所示:①从开始到5min末,温度由420K升高到580K,该时段内用NH3表示的平均反应速率v(NH3)= 。 ②从图像可以看到,如果在有氧条件下,温度升高到580K之后,NO生成N2的转化率开始降低,其可能产生的原因是 。 参考答案章末检测卷(七) 化学反应的方向、限度与速率1.C 解析反应先在T2端正向进行,后在T1端逆向进行,正向反应的ΔH>0,因此温度T1小于T2,A正确;因反应由T2端向T1端进行,则在T1端得到纯净的TaS2晶体,B正确;I2在该过程中循环使用,且反应存在平衡,故I2的量不是不断减少的,C错误;平衡常数只与温度有关,与TaI4和S2的浓度乘积无关,D正确。2.B 解析由题图可知反应①的活化能小,反应②的活化能大,则反应②的速率小于反应①,A错误;根据盖斯定律可知,总反应=2×反应①+反应②,则ΔH2=ΔH-2ΔH1=-198kJ·mol-1-2×24kJ·mol-1=-246kJ·mol-1,B正确;ΔH<0,升高温度,平衡逆向移动,反应的化学平衡常数减小,C错误;该反应为气体体积减小的放热反应,增大压强平衡正向移动,可提高SO2的平衡转化率,但选择更高效的催化剂不影响化学平衡,不能提高SO2的平衡转化率,D错误。3.D 解析C为固体,不能用浓度的变化表示C的反应速率,A错误;v正(N2O3)=v正(CO2),则当v正(N2O3)=v逆(CO2)时,正、逆反应速率不相等,反应未平衡,B错误;\n升高温度可以提高活化分子百分数,正、逆反应速率均增大,C错误;减小反应体系的容积,即增大压强,正反应为气体分子数增大的反应,增大压强平衡逆向移动,D正确。4.A 解析根据图像,t1时刻v(逆)瞬间不变,v(正)瞬间增大,则是增大反应物浓度,A不正确;O2的含量影响铁在NaCl溶液中的腐蚀速率,根据图像,腐蚀速率先增大后减小,说明在NaCl浓度较高时溶液中O2的浓度减少,正极反应减慢导致腐蚀速率降低,B正确;石墨能量低于金刚石能量,所以石墨转化为金刚石的反应的ΔH>0,C正确;图丁是一定条件下发生反应:4NH3+4NO+O24N2+6H2O,根据图像可知,T1>T2,升高温度,NO的浓度增大,平衡逆向移动,则正反应为放热反应,ΔH<0,D正确。5.D 解析B点处NO2的转化率为×100%=6%,A错误;E点到H点的过程中,压强先增大后减少,增大压强平衡正向移动,减小压强平衡逆向移动,则NO2的物质的量先减小后增大,B错误;E、H两点压强不同,H点压强大,则E、H对应的正反应速率大小为vH>vE,C错误;气体的质量不变,B、H两点气体的压强相等,气体的物质的量相等,则平均相对分子质量大小为MB=MH,D正确。6.B 解析温度越高,反应速率越快,反应越先达到平衡状态,则T1>T2,由题图可知,温度由T2升高到T1,异丁烯的转化率降低,说明升高温度,平衡逆向移动,则正反应为放热反应,A错误;A、B、M三点中A、M点温度高于B点,A点反应产物浓度大于M、B点,所以A点的逆反应速率最大,B正确;设甲醇和异丁烯起始物质的量均为1mol、容器容积为1L,T1条件下,反应达到平衡时,异丁烯的转化率为80%,可列出三段式: CH3OH(g)+IB(g)ETBE(g)起始量/(mol·L-1)110转化量/(mol·L-1)0.80.80.8平衡量/(mol·L-1)0.20.20.8平衡时混合气体总物质的量为0.2mol+0.2mol+0.8mol=1.2mol,恒温恒容条件下压强之比等于物质的量之比,则平衡时压强为0.6p0Pa,Kp=Pa-1=Pa-1,C错误;M点的异丁烯的转化率为60%,类比C选项分析,M点时总物质的量为0.4mol+0.4mol+0.6mol=1.4mol,压强之比等于物质的量之比,则M点压强为0.7p0Pa,IB的分压为×0.7p0Pa=0.2p0Pa,则M点时v(IB)==0.005p0Pa·min-1,D错误。7.A 解析由题意结合三段式进行分析0~5min: M(g)+N(g)2P(g)+Q(g)起始/(mol·L-1)0.60.300转化/(mol·L-1)0.20.20.40.2\n5min/(mol·L-1)0.40.10.40.20~10min: M(g)+N(g)2P(g)+Q(g)起始/(mol·L-1)0.60.300转化/(mol·L-1)0.20.20.40.210min/(mol·L-1)0.40.10.40.2由上述分析可知,该反应在5min时已达到平衡状态,则根据化学平衡的相关知识分析可得,T1℃时该反应的平衡常数K==0.8mol·L-1,T2℃时,该反应的平衡常数为0.64mol·L-1<0.8mol·L-1,此反应为吸热反应,降低温度时平衡向逆反应方向移动,则T1>T2,A正确;0~5min,v(M)=mol·L-1·min-1=0.04mol·L-1·min-1,故B错误;由三段式数据可知,10min时反应体系中各物质的量与5min时相同,说明该反应处于平衡状态,则8min时v(正)=v(逆),故C错误;某反应物的转化率保持不变时,可以说明体系处于平衡状态,而转化率之比保持不变,则不能说明反应是否处于平衡状态,故D错误。8.答案(1)-49.6kJ·mol-1 (2)T3>T2>T1 (3)1% (4)处于 0.12解析(1)根据盖斯定律,由(ⅰ+ⅱ)可得反应ⅲ,则ΔH3=×(-122.6kJ·mol-1+23.4kJ·mol-1)=-49.6kJ·mol-1。(2)该反应的正反应为放热反应,其他条件不变时,升高温度平衡逆向移动,H2的平衡转化率逐渐降低,故T3>T2>T1。(3)应选择合适的Mn助剂所占百分比使CH3OCH3的选择性和产率都高,且CO2转化率又不会过低,由表中数据可知Mn助剂所占百分比为1%时,效果相对较好。(4)300min后压强保持不变,300min时,体系处于平衡状态;反应ⅴ为气体体积不变的反应,则压强变化只与反应ⅳ有关,设CH4的压强变化量为x,根据题意得:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔV11134-2=2x 144kPa-100kPa=44kPa故,解得x=22kPa,v(CH4)=≈0.12kPa·min-1。9.答案(1)-90.64 (2)< (3)\n(4)CO2+6e-+6H+CH3OH+H2O 微生物活性下降,反应速率降低(5)BD (6)CH3OCH3◎CH3OCH3(g)解析(1)根据盖斯定律,ΔH=ΔHf(CH3OH)-ΔHf(CO)-2ΔHf(H2)=-201.17kJ·mol-1-(-110.53kJ·mol-1)-2×0=-90.64kJ·mol-1。(2)800℃时,某时刻的浓度商Q=0.4mol·L-1÷[0.1mol·L-1×(0.2mol·L-1)2]=100(mol·L-1)-2>K=0.15(mol·L-1)-2,则平衡逆向移动,即v(正)<v(逆)。(3) CO(g) + 2H2(g)CH3OH(g)起始/molaa0转化/mol0.25a0.5a0.25a平衡/mol0.75a0.5a0.25aCO、H2和CH3OH的分压分别为0.5pPa、pPa、pPa,则Kp=pPa÷[0.5pPa×(pPa)2]=Pa-2。(4)根据图像,两池通过质子交换膜传递氢离子,则溶液显酸性,石墨电极上CO2得电子,与氢离子反应生成CH3OH,电极反应式为CO2+6e-+6H+CH3OH+H2O;升高温度,微生物的催化活性降低,导致反应速率下降。(5)容器容积不变,充入一定量的He,反应体系中各物质的浓度不变,则平衡不移动,A与题意不符;及时分离出H2O(g),导致平衡正向移动,CH3OH的平衡转化率增大,B符合题意;进一步改进催化剂,对平衡无影响,C与题意不符;该反应为放热反应,降低反应温度,平衡正向移动,CH3OH的平衡转化率增大,D符合题意。(6)根据盖斯定律,总反应为历程ⅰ×2+历程ⅱ+历程ⅲ+历程ⅳ,则历程ⅲ为CH3OCH3◎CH3OCH3(g)。10.答案(1)①513.5 ②增大压强、降低温度、增大CO与NO的投料比(任写两条,合理即可)(2)①a 该反应是放热反应,升高温度,平衡常数减小②17∶25解析(1)①设NO的键能为akJ·mol-1,反应2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g) ΔH=(1076×2+2a)-(745×2×2+945)=-746kJ·mol-1,解得a=513.5,则NO的键能为513.5kJ·mol-1。②该反应为气体体积缩小的放热反应,若提高NO的平衡转化率,需要使平衡正向移动,可采取的措施有:增大压强、降低温度、增大CO与NO的投料比等。(2)①该反应是放热反应,升高温度,使平衡常数减小,曲线a符合此特点。②在相同时间内达到平衡状态前,温度越高反应速率越大,H2的转化率越高,但达到平衡状态后继续升温,平衡会向逆反应方向移动,导致H2的转化率降低,由题图知b点为平衡状态,H2的转化率为80%,列三段式: CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)起始量/mol2300转化量/mol0.82.40.80.8平衡量/mol1.20.60.80.8\n同温同体积时压强之比等于物质的量之比,b点时对应的压强与反应开始时的压强之比为(1.2+0.6+0.8+0.8)∶(2+3)=17∶25。11.答案(1)降低温度(合理即可) (2)BE (3)4 6(4)①0.228mol·L-1·min-1 ②该反应为放热反应,温度升高,平衡逆向移动,NO转化率降低解析(1)该反应为放热反应,所以降低温度可以使平衡正向移动,增大NO的转化率;该反应为气体分子数减小的反应,增大压强可以使平衡正向移动,增大NO的转化率;分离出氮气、增大氨气浓度均可以使平衡正向移动,增大NO的转化率。(2)反应生成的H2O为液态,则混合气体的总质量和总物质的量一直发生变化,则平均摩尔质量一直在变,当其不变时,说明反应达到平衡,A不符合题意;根据质量守恒定律可知容器内物质的总质量始终不变,则其不变不能说明反应达到平衡,B符合题意;1molN—H键断裂,即消耗mol氨气,1molO—H键断裂,即消耗mol水,二者的消耗速率之比为2∶3,等于系数之比,说明此时正逆反应速率相等,反应达到平衡,C不符合题意;初始投料n(NH3)∶n(NO)=1∶3,二者按照2∶3的比例反应,所以未平衡时n(NH3)∶n(NO)发生改变,当其不变时说明反应达到平衡,D不符合题意;水为液体,浓度为常数,故c平(H2O)不变不能说明反应达到平衡,E符合题意。(3)当反应达到平衡时有v(正)=v(逆),即k(正)·(NH3)·(NO)=k(逆)·(N2)·(H2O),变换可得,该反应的平衡常数K=,所以x=4,y=6。(4)①420K时NO的转化率为2%,此时消耗的n(NO)=6mol×2%=0.12mol,580K时NO的转化率为59%,此时消耗的n(NO)=6mol×59%=3.54mol,此时段内Δn(NO)=3.54mol-0.12mol=3.42mol,根据热化学方程式可知该时段内Δn(NH3)=×3.42mol=2.28mol,容器的容积为2L,所以v(NH3)==0.228mol·L-1·min-1;②该反应为放热反应,温度升高,平衡逆向移动,一氧化氮的转化率降低。
