题型六 化学反应速率与化学平衡1.80℃时,在2L密闭容器中充入0.40molN2O4,发生反应N2O4(g)2NO2(g) ΔH=+QkJ·mol-1(Q>0),获得如下数据:时间/s020406080100c(NO2)(mol·L-1)0.000.120.200.260.300.30下列判断正确的是( )A.升高温度该反应的平衡常数K减小B.20~40s内,v(N2O4)=0.004mol·L-1·s-1C.反应达平衡时,吸收的热量为0.30QkJD.100s时再通入0.40molN2O4,达到新平衡时N2O4的转化率增大答案C解析该反应为吸热反应,升高温度,平衡向正反应方向移动,平衡常数K增大,A错误。20~40s内,v(NO2)=ΔcΔt=(0.20-0.12)mol·L-120s=0.004mol·L-1·s-1,v(N2O4)=12v(NO2)=0.002mol·L-1·s-1,B错误。浓度不变时,说明反应已达平衡,此时,生成NO20.30mol·L-1×2L=0.60mol,由热化学方程式可知,生成0.6molNO2吸收热量0.3QkJ,C正确。100s时再通入0.40molN2O4,相当于增大压强,平衡逆向移动,N2O4的转化率减小,D错误。2.某密闭容器中充入等物质的量的A和B,一定温度下发生反应A(g)+xB(g)2C(g),达到平衡后,在不同的时间段,分别改变影响反应的一个条件,测得容器中物质的物质的量浓度、反应速率分别随时间的变化如图所示:图1图2下列说法中正确的是( )A.30~40min内该反应使用了催化剂7\nB.化学方程式中的x=1,正反应为吸热反应C.30min时降低温度,40min时升高温度D.8min前A的平均反应速率为0.08mol·L-1·min-1答案D解析由图1知,A、B的浓度变化相同,故A、B的化学计量数相同,都为1;由图2知,30min时改变的条件为减小压强,40min时改变的条件为升高温度,且升高温度平衡向逆反应方向移动,则正反应为放热反应,A、B、C错误。8min前A的平均反应速率为v(A)=(2.00-1.36)mol·L-18min=0.08mol·L-1·min-1,D正确。3.(2022四川绵阳模拟)在一定温度下,将等量的气体Z分别通入起始容积相同的密闭容器Ⅰ和Ⅱ中,使其发生反应,t0时容器Ⅰ中达到化学平衡,X、Y、Z的物质的量的变化如图所示。则下列有关推断正确的是( )A.该反应的化学方程式为3X+2Y2ZB.若两容器中均达到平衡时,两容器的体积V(Ⅰ)<V(Ⅱ),则容器Ⅱ达到平衡所需时间小于t0C.若两容器中均达到平衡时,两容器中Z的物质的量分数相同,则Y为固体或液体D.若达平衡后,对容器Ⅱ升高温度时,其体积增大,说明Z发生的反应为吸热反应答案C解析根据图像可知,Z是反应物,X、Y是生成物,达到平衡后,生成1.8molX和1.2molY,消耗1.8molZ,则化学方程式为3Z3X+2Y,A错误;反应的化学方程式为3Z3X+2Y,若两容器中均达到平衡时,两容器的体积V(Ⅰ)<V(Ⅱ),则容器Ⅱ达到平衡时体积增大,压强比Ⅰ中小,达到平衡所需时间大于t0,B错误;若两容器中均达到平衡时,两容器中Z的物质的量分数相同,说明达到相同的平衡,即平衡不受压强变化的影响,即反应前后气体体积不变,所以Y为固体或液体,C正确;容器Ⅱ是恒压容器,若达平衡后,升高温度其体积增大,由于气体热胀冷缩,故不能说明平衡正向移动,Z发生的反应不一定为吸热反应,D错误。4.利用催化氧化反应将SO2转化为SO3是工业上生产硫酸的关键步骤。已知:SO2(g)+12O2(g)SO3(g) ΔH=-99kJ·mol-1。某温度下该反应的平衡常数K=3.33。反应过程的能量变化如图1所示。图17\n(1)图1中ΔH= kJ·mol-1;该反应通常用V2O5作催化剂,加V2O5会使图中A点降低,原因是 。 (2)该温度下,向100L的恒容密闭容器中,充入3.0molSO2(g)、16.0molO2(g)和3.0molSO3(g),则反应开始时v(正) v(逆)(填“<”“>”或“=”)。 图2(3)L(L1、L2)、X可分别代表压强或温度。图2表示L一定时,SO2(g)的平衡转化率随X的变化关系。则X代表的物理量是 ;L1、L2的大小关系为L1 L2(填“<”“>”或“=”)。 答案(1)-198 催化剂改变了反应历程,使活化能E降低(2)>(3)温度 >解析(1)图像分析可知2molSO2与氧气全部反应,反应焓变ΔH=-99kJ·mol-1×2=-198kJ·mol-1;加入催化剂改变了反应的途径,降低反应所需的活化能。(2)该温度下,向100L的恒容密闭容器中,充入3.0molSO2(g)、16.0molO2(g)和3.0molSO3(g),浓度分别是0.03mol·L-1、0.16mol·L-1、0.03mol·L-1,浓度商Qc=c(SO3)c(SO2)·c12(O2)=2.5<3.33,则反应开始时v(正)>v(逆)。(3)由图可知,X越大,转化率越低,该反应正反应为气体体积减小的放热反应,如果增大压强,二氧化硫的转化率大,所以X表示温度,温度升高,转化率下降,平衡逆向移动,增大压强,转化率变大,所以L1>L2。5.二氧化碳的利用具有十分重要的意义,科学家有以下几个设想。(1)用太阳能将CO2转化成O2和C(s,石墨烯),其设想如下:①Fe3O4中Fe的化合价是+2价和 价; ②重整系统发生反应的化学方程式为 。 7\n(2)二氧化碳与氢气在催化剂作用下可制取低碳烯烃。在一密闭容器中分别投入1molCO2、3molH2,发生反应:2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) ΔH;在不同温度下,用传感技术测出平衡时H2的物质的量变化关系如图所示。①其他条件不变,起始时若按1molCO2、2molH2进行投料,CO2转化率将 (填“增大”“减小”或“不变”); ②ΔH 0(填“>”“<”或“不能确定”); ③若测试中体系内无氧气产生,试结合图示推断热稳定性C2H4 H2O(填“>”“<”或“不能确定”)。 (3)用氨水吸收CO2制化肥(NH4HCO3)。①已知:NH3·H2O(aq)NH4+(aq)+OH-(aq) ΔH1=akJ·mol-1CO2(g)+H2O(l)H2CO3(aq) ΔH2=bkJ·mol-1H2CO3(aq)+OH-(aq)HCO3-(aq)+H2O(l) ΔH3=ckJ·mol-1则利用NH3·H2O吸收CO2制备NH4HCO3的热化学方程式为 ; ②已知常温下相关数据如表:Kb(NH3·H2O)2×10-5Ka1(H2CO3)4×10-7Ka2(H2CO3)4×10-11则反应NH4++HCO3-+H2ONH3·H2O+H2CO3的平衡常数K= 。 答案(1)①+3 ②6FeO+CO22Fe3O4+C(s,石墨烯)(2)①减小 ②< ③<(3)①NH3·H2O(aq)+CO2(g)NH4+(aq)+HCO3-(aq)ΔH=(a+b+c)kJ·mol-1 ②1.25×10-3解析(1)①四氧化三铁中铁元素以+2、+3价存在。②根据原理,重整系统中加入FeO和CO2,生成石墨烯和Fe3O4,配平即可。(2)①现在通入1molCO2和2molH2,相当于在原来的基础上减少了氢气的量,平衡向逆反应方向进行,CO2转化率减小。②随着温度升高,氢气的物质的量增大,说明平衡向逆反应方向进行,正反应为放热反应,ΔH<0。③根据图示,如果乙烯的稳定性强于水,则会产生氧气,现在体系中没有氧气,乙烯的稳定性弱于水。(3)①将题给3个热化学方程式相加得出NH3·H2O(aq)+CO2(g)NH4+(aq)+HCO3-(aq) ΔH=(a+b+c)kJ·mol-1。②根据反应,平衡常数K=c(H2CO3)×c(NH3·H2O)c(NH4+)×c(HCO3-),分子分母同乘以c(H+)×c(OH-),得出:K=KWKa1(H2CO3)×Kb(NH3·H2O)=1.25×10-3。7\n6.用CO2来生产燃料甲醇是工业上一种有效开发利用CO2的方法。为探究反应原理,进行如下实验,在体积为1L的恒容密闭容器中,充入1molCO2和3molH2,一定条件下发生反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-49.0kJ·mol-1。测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示。(1)从反应开始到平衡,CO2的平均反应速率v(CO2)= mol·L-1·min-1。 (2)氢气的转化率= 。 (3)求此温度下该反应的平衡常数K= 。 (4)下列措施中能使平衡体系中n(CH3OH)n(CO2)增大的是 。 A.将H2O(g)从体系中分离出去B.充入He(g),使体系压强增大C.升高温度D.再充入1molH2(5)当反应达到平衡时,CO2的物质的量浓度为c1,然后向容器中再加入一定量CO2,待反应再一次达到平衡后,CO2的物质的量浓度为c2,则c1 c2(填“>”“<”或“=”)。 答案(1)0.075 (2)75% (3)5.33 (4)AD (5)<解析(1)利用“三段式”法列式计算 CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)起始(mol·L-1)1300变化(mol·L-1)0.752.250.750.75平衡(mol·L-1)0.250.750.750.75v(CO2)=0.75mol·L-110min=0.075mol·L-1·min-1。(2)氢气的转化率=2.253×100%=75%。(3)K=c(CH3OH)·c(H2O)c(CO2)·c3(H2)=0.75×0.750.25×0.753=5.33。(4)要使n(CH3OH)n(CO2)增大,应使平衡向正反应方向移动。将H2O(g)从体系中分离,平衡向正反应方向移动,A正确。充入He(g),使体系压强增大,但平衡不移动,n(CH3OH)n(CO2)不变,B错误。因正反应放热,升高温度平衡向逆反应方向移动,则n(CH3OH)n(CO2)减小,C错误。再充入1molH2,相当于增大压强,平衡向正反应方向移动,则n(CH3OH)n(CO2)增大,D正确。(5)向容器中再加入一定量CO2,c(CO2)增大,平衡虽向右移动,但浓度增大的结果不变,故c1<c2。7.Ⅰ.已知汽车尾气排放时容易发生以下反应:7\n①N2(g)+O2(g)2NO(g) ΔH1=akJ·mol-1②2NO(g)+O2(g)2NO2(g) ΔH2=bkJ·mol-1③CO(g)+12O2(g)CO2(g) ΔH3=ckJ·mol-1④2CO(g)+2NO(g)N2(g)+2CO2(g) ΔH4请回答下列问题:(1)根据反应①②③,确定反应④中ΔH4= kJ·mol-1。 (2)下列情况能说明反应②已达平衡状态的是 (填编号)。 A.单位时间内生成1molNO2的同时消耗了1molNOB.在恒温恒容的容器中,混合气体的密度保持不变C.混合气体的颜色保持不变D.在恒温恒压的容器中,NO的体积分数保持不变Ⅱ.甲醇是重要的化工原料,又可作为燃料。工业上可利用CO或CO2来生产燃料甲醇。已知甲醇制备的有关化学反应以及在不同温度下的化学平衡常数如下所示:化学反应平衡常数温度/℃500700800①2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)K12.50.340.15②H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g)K21.01.702.52③3H2(g)+CO2(g)CH3OH(g)+H2O(g)K3请回答下列问题:(1)反应②是 (填“吸热”或“放热”)反应。 (2)据反应①与②可推导出K1、K2与K3之间的关系,则K3= (用K1、K2表示)。 (3)500℃时测得反应③在某时刻H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的浓度(mol·L-1)分别为0.8、0.1、0.3、0.15,则此时v(正) v(逆)(填“>”“=”或“<”)。 (4)反应①按照相同的物质的量投料,测得CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图所示。下列说法正确的是 (填字母)。 A.温度:T1>T2>T3B.正反应速率:v(a)>v(c),v(b)>v(d)C.平衡常数:K(a)>K(c),K(b)=K(d)答案Ⅰ.(1)2c-a (2)CDⅡ.(1)吸热 (2)K1·K2 (3)> (4)C7\n解析Ⅰ.(1)根据盖斯定律,③×2-①得④2CO(g)+2NO(g)N2(g)+2CO2(g) ΔH4=(2c-a)kJ·mol-1。(2)单位时间内生成1molNO2的同时消耗了1molNO,都是正反应,不能说明达到平衡状态,A错误。密度=总质量体积,总质量一定,容积一定,密度不变,故混合气体的密度保持不变不能说明达到平衡状态,B错误。NO2气体为红棕色,混合气体颜色不变,即c(NO2)不变,说明达到平衡状态,C正确。在恒温恒压的容器中,NO的体积分数保持不变,能说明达到平衡状态,D正确。Ⅱ.(1)反应②的平衡常数随温度升高增大,说明升高温度平衡正向移动,正反应是吸热反应。(2)反应①+②得到反应③,可得平衡常数K3=K1·K2;(3)500℃时,测得反应③在某时刻H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的浓度分别为0.8mol·L-1、0.1mol·L-1、0.3mol·L-1、0.15mol·L-1,Q=0.3×0.150.83×0.1=0.88<K3=2.5,则此时反应正向进行v(正)>v(逆)。(4)根据反应①中温度与K的关系知该反应为放热反应,升高温度,平衡左移,CO的转化率减小,所以T3>T2>T1,A错误。反应速率v(c)>v(a),v(b)>v(d),B错误。温度越高,平衡常数越小,压强对平衡常数无影响,所以K(a)>K(c),K(b)=K(d),C正确。7
