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第二單元 化學反應的方向與限度 教師備用題庫 1.(2016浙江10月選考,12,2分)在一定條件下,可逆反應X(g)+2Y(g) 2Z(g)　ΔH=-a kJmol-1,達到化學平衡時,下列說法一定正確的是(　　) A.反應放出a kJ熱量 B.X和Y的物質的量之比為1∶2 C.反應物和生成物的濃度都不再發(fā)生變化 D.X的正反應速率等于Z的逆反應速率 答案　C　達到化學平衡時,放出熱量的多少與參加反應的物質的物質的量有關,故A錯誤;平衡時,X和Y的物質的量之比與反應的起始量有關,故B錯誤;反應物和生成物的濃度都不再發(fā)生變化,說明反應物和生成物的量保持不變,可作為達到化學平衡的判斷依據(jù),故C正確;同一物質的正反應速率等于逆反應速率是達到化學平衡的判斷依據(jù),X的正反應速率為Z的逆反應速率的12時反應達到平衡,故D錯誤。 2.在一定溫度下,向某固定容積的密閉容器中加入1 mol N2和3 mol H2,發(fā)生如下反應:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)。此反應達到平衡的標志是(　　) A.容器內氣體密度不再發(fā)生變化 B.容器內各物質的濃度不再發(fā)生變化 C.正反應和逆反應都已停止 D.單位時間內消耗0.1 mol N2的同時生成0.2 mol NH3 答案　B　ρ=mV,反應前后氣體的總質量和體積不變,故密度也不變,A項錯誤;平衡的標志為容器內各物質的濃度不變,B正確;化學反應達到平衡時v正=v逆≠0,C項錯誤;消耗N2和生成NH3表示的都是正反應方向,不能說明v正=v逆,D項錯誤。 3.一定溫度下,在密閉容器內進行某一反應,X氣體、Y氣體的物質的量隨反應時間變化的曲線如圖所示。則下列敘述中正確的是(　　) A.反應的化學方程式為2Y(g) X(g) B.t1時,Y的濃度是X濃度的1.5倍 C.t2時,可逆反應達到化學平衡狀態(tài) D.t3時,逆反應速率大于正反應速率 答案　B　由圖示曲線知,Y的物質的量逐漸減小,為反應物,X的物質的量逐漸增大,為生成物,n(Y)∶n(X)=(9 mol-3 mol)∶(5 mol-2 mol)=2∶1,且反應可逆,故反應的化學方程式為2Y(g) X(g),A錯誤;t1時,c(Y)c(X)=6VmolL-14VmolL-1=64=1.5,B正確;t2時,該可逆反應仍在進行,且未達到平衡狀態(tài),C錯誤;t3時,X、Y的濃度不再發(fā)生變化,表明該可逆反應達到化學平衡狀態(tài),此時正反應速率等于逆反應速率,D錯誤。 4.乙苯催化脫氫制苯乙烯反應: H2(g) (1)已知: 化學鍵 C—H C—C C C H—H 鍵能/kJmol-1 412 348 612 436 計算上述反應的ΔH=　　　　　kJmol-1。 (2)維持體系總壓p恒定,在溫度T時,物質的量為n、體積為V的乙苯蒸氣發(fā)生催化脫氫反應。已知乙苯的平衡轉化率為α,則在該溫度下反應的平衡常數(shù)K=　　　　　(用α等符號表示)。 (3)工業(yè)上,通常在乙苯蒸氣中摻混水蒸氣(原料氣中乙苯和水蒸氣的物質的量之比為1∶9),控制反應溫度600 ℃,并保持體系總壓為常壓的條件下進行反應。在不同反應溫度下,乙苯的平衡轉化率和某催化劑作用下苯乙烯的選擇性(指除了H2以外的產(chǎn)物中苯乙烯的物質的量分數(shù))示意圖如下: ①摻入水蒸氣能提高乙苯的平衡轉化率,解釋說明該事實　 。 ②控制反應溫度為600 ℃的理由是 。 (4)某研究機構用CO2代替水蒸氣開發(fā)了綠色化學合成工藝——乙苯-二氧化碳耦合催化脫氫制苯乙烯。保持常壓和原料氣比例不變,與摻水蒸氣工藝相比,在相同的生產(chǎn)效率下,可降低操作溫度;該工藝中還能夠發(fā)生反應:CO2+H2 CO+H2O,CO2+C 2CO。新工藝的特點有 　　　　　(填編號)。 ①CO2與H2反應,使乙苯脫氫反應的化學平衡右移 ②不用高溫水蒸氣,可降低能量消耗 ③有利于減少積炭 ④有利于CO2資源利用 答案　(1)124　(2)α21-α2p或nα2(1-α2)V (3)①正反應方向氣體分子數(shù)增加,加入水蒸氣稀釋,相當于起減壓的效果?、?00 ℃,乙苯的轉化率和苯乙烯的選擇性均較高。溫度過低,反應速率慢,轉化率低;溫度過高,選擇性下降。高溫還可能使催化劑失活,且能耗大　(4)①②③④ 解析　(1)ΔH=舊鍵斷裂吸收的總能量-新鍵形成放出的總能量,ΔH=(348+4122)kJmol-1-(612+436)kJmol-1=+124 kJmol-1。 (2) +H2(g) 始　　n　　　　　　　　 0　　　　　　 0 轉 nα nα nα 平 n-nα nα nα 因反應處于恒壓體系,由阿伏加德羅定律的推論可知VV=nn,所以V=nnV=n(1+α)nV=(1+α)V,則Kc=(nαV)2n-nαV=nα2(1-α2)V;或Kp=[nαn(1+α)p]2n(1-α)n(1+α)p=α21-α2p。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (3)①正反應方向的氣體分子數(shù)增加,加入水蒸氣相當于減壓,減壓有利于平衡正向移動。②控制溫度為600 ℃既要考慮轉化率,又要考慮催化劑的活性和苯乙烯的選擇性,同時還要考慮反應速率問題。 (4)CO2與H2反應使得平衡體系中H2濃度減小,平衡右移,①正確;新工藝中不用高溫水蒸氣,降低了能量消耗,②正確;CO2+C 2CO,CO2可消耗積炭,③正確;該工藝中需消耗CO2,④正確。 5.用CaSO4代替O2與燃料CO反應,既可提高燃燒效率,又能得到高純CO2,是一種高效、清潔、經(jīng)濟的新型燃燒技術,反應①為主反應,反應②和③為副反應。 ①1/4CaSO4(s)+CO(g) 1/4CaS(s)+CO2(g)　ΔH1=-47.3 kJmol-1 ②CaSO4(s)+CO(g) CaO(s)+CO2(g)+SO2(g) ΔH2=+210.5 kJmol-1 ③CO(g) 1/2C(s)+1/2CO2(g)　ΔH3=-86.2 kJmol-1 (1)反應2CaSO4(s)+7CO(g) CaS(s)+CaO(s)+6CO2(g)+C(s)+SO2(g)的ΔH=　　　　　　　　(用ΔH1、ΔH2和ΔH3表示)。 (2)反應①~③的平衡常數(shù)的對數(shù)lgK隨反應溫度T的變化曲線如圖所示,結合各反應的ΔH,歸納lgK-T曲線變化規(guī)律: a)　　　　　　　　　　　　　　　　　　; b)　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (3)向盛有CaSO4的真空恒容密閉容器中充入CO,反應①于900 ℃達到平衡,c平衡(CO)=8.010-5 molL-1,計算CO的轉化率(忽略副反應,結果保留兩位有效數(shù)字)。 (4)為減少副產(chǎn)物,獲得更純凈的CO2,可在初始燃料中適量加入　　　　　　　　。 (5)以反應①中生成的CaS為原料,在一定條件下經(jīng)原子利用率100%的高溫反應,可再生CaSO4,該反應的化學方程式為　　　　　　　　　　　　;在一定條件下,CO2可與對二甲苯反應,在其苯環(huán)上引入一個羧基,產(chǎn)物的結構簡式為　　　　　　　　。 答案　(1)4ΔH1+ΔH2+2ΔH3 (2)a)放熱反應的lgK隨溫度升高而下降(或“吸熱反應的lgK隨溫度升高而升高”) b)放出或吸收熱量越大的反應,其lgK受溫度影響越大 (3)由題圖查得反應①在900 ℃時:lgK=2 平衡常數(shù)K=102=100 設容器容積為V L,反應①達到平衡時CO的濃度減少x molL-1 　　　　　　14CaSO4(s)+CO(g) 14CaS(s)+CO2(g) c開始(molL-1)　　　　x+8.010-5　　　　0 c平衡(molL-1)　　　　8.010-5　　　　　x K=c平衡(CO2)c平衡(CO)=x8.010-5=100 x=1008.010-5=8.010-3 CO轉化率=8.010-3V(8.010-3+8.010-5)V100%=99% (4)CO2 (5)CaS+2O2 CaSO4　 解析　(1)反應①4+反應②+反應③2即得所求反應,故ΔH=4ΔH1+ΔH2+2ΔH3。 (2)仔細觀察題給三條曲線的走勢及斜率,即可歸納出lgK-T曲線變化的規(guī)律。 (3)從圖像中可得出900 ℃時反應①的平衡常數(shù)K=100,計算過程見答案。 (5)CaS再生為CaSO4,反應的原子利用率為100%,故反應的化學方程式為CaS+2O2 CaSO4。對二甲苯苯環(huán)上引入一個—COOH,產(chǎn)物為。