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專題八 化學反應(yīng)速率和化學平衡 1.某溫度下,對可逆反應(yīng)2X(g)+Y(g)3Z(g)+W(s)　ΔH>0 的敘述正確的是 (　　) A.加入少量W,逆反應(yīng)速率增大,平衡向左移動 B.增大壓強,正反應(yīng)速率增大,逆反應(yīng)速率減小 C.溫度、體積不變,充入He,反應(yīng)速率會加快 D.升高溫度,混合氣體的平均相對分子質(zhì)量減小 2.當1,3-丁二烯和溴單質(zhì)1∶1加成時,其反應(yīng)機理及能量變化如下: 圖Z8-1 不同反應(yīng)條件下,經(jīng)過相同時間測得生成物組成如下表: 實驗 編號 反應(yīng)條件 反應(yīng)時間 產(chǎn)物中A的 物質(zhì)的量分數(shù) 產(chǎn)物中B的 物質(zhì)的量分數(shù) 1 -15 ℃ t min 62% 38% 2 25 ℃ t min 12% 88% 下列分析不合理的是 (　　) A.產(chǎn)物A、B互為同分異構(gòu)體,由活性中間體生成A、B的反應(yīng)互相競爭 B.相同條件下由活性中間體C生成產(chǎn)物A的速率更快 C.實驗1測定產(chǎn)物組成時,體系已達平衡狀態(tài) D.實驗1在t min時,若升高溫度至25 ℃,部分產(chǎn)物A會經(jīng)活性中間體C轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物B 3.在恒容密閉容器中將CO2 與含少量CO的H2混合生成甲醇,反應(yīng)為CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)。圖Z8-2中是按c(CO2)c(H2)+c(CO)分別為①1∶4和②1∶6兩種投料比時,CO2的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的曲線。 圖Z8-2 下列有關(guān)說法正確的是 (　　) A.按投料比①時,CO2的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的曲線對應(yīng)的是圖中的曲線Ⅰ B.圖中a點對應(yīng)的H2的轉(zhuǎn)化率等于30% C.圖中b點對應(yīng)的平衡常數(shù)K的值大于c點 D.c(CO2)c(CO)c(CH3OH)的數(shù)值,a點比c點小 4.在體積均為1.0 L的恒容密閉容器中加入足量的相同的炭粉,再分別加入0.1 mol CO2和0.2 mol CO2,在不同溫度下反應(yīng)CO2 (g)+C(s) 2CO(g)達到平衡,平衡時CO2的物質(zhì)的量濃度c(CO2)隨溫度的變化如圖Z8-3所示(圖中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ點均處于曲線上)。下列說法正確的是 (　　) 圖Z8-3 A.反應(yīng)CO2(g)+C(s)2CO(g)　ΔH<0 B.體系的總壓強p總:p總(狀態(tài)Ⅱ)<2p總(狀態(tài)Ⅲ) C.體系中c(CO):6c(CO,狀態(tài)Ⅰ)v正 5.(1)碳酸鈉作固硫劑并用氫還原輝鉬礦的原理為MoS2(s)+4H2(g)+2Na2CO3(s)Mo(s)+2CO(g)+4H2O(g)+2Na2S(s)　ΔH。實驗測得平衡時的有關(guān)變化曲線如圖Z8-4所示。 　　　(a)溫度與平衡時氣體成分的關(guān)系　　　　　　(b)正、逆反應(yīng)的平衡常數(shù)(K)與溫度(T)的關(guān)系 圖Z8-4 ①一定溫度下,在體積固定的密閉容器中進行上述反應(yīng),下列能說明反應(yīng)達到了平衡狀態(tài)的是　　　　(填序號)。 A.2v正(H2)=v逆(CO) B.CO體積分數(shù)保持不變 C.混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再變化 D.ΔH不再變化 ②圖Z8-4(a)中A點對應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=　　　　(已知A點總壓強為0.1 MPa,用平衡分壓代替平衡濃度計算,分壓=總壓物質(zhì)的量分數(shù))。 ③綜合上述分析得到,圖Z8-4(b)中,其中表示逆反應(yīng)的平衡常數(shù)(K逆)的曲線是　　　　(填“A”或“B”),T1對應(yīng)的平衡常數(shù)為　　　　。 (2)在某密閉容器中發(fā)生反應(yīng)2CO2(g)2CO(g)+O2(g),1 mol CO2在不同溫度下反應(yīng),平衡時各氣體的體積分數(shù)如圖Z8-5所示。 圖Z8-5 ①恒溫恒容條件下,能表示該可逆反應(yīng)達到平衡狀態(tài)的有　　　　(填字母)。 A.CO的體積分數(shù)保持不變 B.容器內(nèi)混合氣體的密度保持不變 C.容器內(nèi)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量保持不變 D.單位時間內(nèi),消耗CO的濃度等于生成CO2的濃度 ②分析圖Z8-5,若1500 ℃時反應(yīng)達到平衡狀態(tài),且容器體積為1 L,則此時反應(yīng)的平衡常數(shù)K=　　　　　　(計算結(jié)果保留1位小數(shù))。 圖Z8-6 ③向2 L的恒容密閉容器中充入2 mol CO2(g),發(fā)生反應(yīng)2CO2(g)2CO(g)+O2(g),測得溫度為T ℃時,容器內(nèi)O2的物質(zhì)的量濃度隨時間的變化如圖Z8-6中曲線Ⅱ所示。圖中曲線Ⅰ表示相對于曲線Ⅱ僅改變一種反應(yīng)條件后,c(O2)隨時間的變化,則改變的條件是　　　　。 (3)在體積固定為1 L的恒溫密閉容器中,發(fā)生反應(yīng)2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g),有關(guān)物質(zhì)的量如下表: 起始物質(zhì)的量/mol 平衡物質(zhì)的量/mol NO CO N2 CO2 CO2 0.2 0.2 0 0 a ①上述反應(yīng)的化學平衡常數(shù)表達式K=　　　　。 ②若達到平衡后氣體的壓強為開始時的0.875倍,則a=　　　　。 (4)汽車使用乙醇汽油并不能減少NOx的排放,某研究小組在實驗室以耐高溫試劑Ag-ZSW-5催化,測得NO轉(zhuǎn)化為N2的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化情況如圖Z8-7所示。 ①在n(NO)/n(CO)=1條件下,最佳溫度應(yīng)控制在　　　　左右。 ②若不使用CO,溫度超過775 K,發(fā)現(xiàn)NO的分解率降低,其可能的原因為 　。 ③用平衡移動原理解釋為什么加入CO后NO轉(zhuǎn)化為N2的轉(zhuǎn)化率增大? 　。 圖Z8-7 6.石油產(chǎn)品含有多種含硫物質(zhì),如H2S、COS等。 (1)一種脫硫工藝為真空K2CO3-克勞斯法。 ①K2CO3溶液吸收H2S的反應(yīng)為K2CO3+H2SKHS+KHCO3,該反應(yīng)的平衡常數(shù)的對數(shù)值為lg K=　　　　。 (已知:H2CO3的lg K1=-6.4, lg K2=-10.3;H2S的lg K1=-7,lg K2=-19) ②已知下列熱化學方程式: 2H2S(g)+3O2(g)2SO2(g)+2H2O(l) ΔH1 =-1172 kJmol-1 2H2S(g)+O2(g)2S(s)+2H2O(l) ΔH2 =-632 kJmol-1 克勞斯法回收硫的反應(yīng)為SO2氣體和H2S氣體反應(yīng)生成S(s),則該反應(yīng)的熱化學方程式為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。同時,COS發(fā)生水解反應(yīng):COS(g)+H2O(g)CO2(g)+H2S(g)　ΔH>0,結(jié)合以上兩個反應(yīng),克勞斯法選擇反應(yīng)溫度為300 ℃,溫度低有利于　　　　　　　　　　　　　　　　　,但溫度過低會使硫析出,降低催化劑活性,反應(yīng)過慢,以及不利于　　　　。 (2)石灰石料漿作為脫硫劑可有效吸收廢氣中的SO2,將CO2氣體通入石灰石料漿罐對CaCO3脫硫劑進行活化處理可明顯提高CaCO3脫硫的效率,活化后的主要脫硫反應(yīng)之一為2Ca2++2SO2+O2+3H2O2CaSO412H2O+4H+。 ①廢氣經(jīng)脫硫后,除水蒸氣外,　　　　(填氣體化學式)含量明顯增多。 ②其他條件一定,物料比為1.2時,脫硫反應(yīng)的速率受Ca2+濃度的影響。圖Z8-8中a點是Ca(OH)2為脫硫劑時的脫硫效率,曲線表示CaCO3活化時間對脫硫效率的影響。 圖Z8-8 Ⅰ.CaCO3與SO2反應(yīng)的速率明顯低于Ca(OH)2 與SO2反應(yīng)的速率,其原因是 　。 Ⅱ.a點和b點脫硫效率接近的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 專題限時集訓(八) 1.D　[解析] W是固體,加入少量W,反應(yīng)速率不變,平衡不移動,A錯誤;增大壓強,正、逆反應(yīng)速率均增大,B錯誤; 溫度、體積不變,充入He,反應(yīng)物濃度不變,反應(yīng)速率不變,C錯誤; 正反應(yīng)吸熱,升高溫度,平衡向正反應(yīng)方向移動,混合氣體的質(zhì)量減少,物質(zhì)的量不變,因此混合氣體的平均相對分子質(zhì)量減小,D正確。 2.C　[解析] 產(chǎn)物A、B互為同分異構(gòu)體,由活性中間體生成A、B的反應(yīng)互相競爭,A正確;由活性中間體生成A的活化能較低,故相同條件下由活性中間體C生成產(chǎn)物A的速率更快,B正確; 實驗1測定產(chǎn)物組成時,無法判斷體系是否已達平衡狀態(tài),C錯誤; 由圖像可知,由C生成A和B的反應(yīng)皆為放熱反應(yīng),由表中數(shù)據(jù)可知,在較高的溫度下,C轉(zhuǎn)化為B有競爭優(yōu)勢,故實驗1在t min時,若升高溫度至25 ℃,部分產(chǎn)物A會經(jīng)活性中間體C轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物B,D正確。 3.D　[解析] 同一溫度下,兩種物質(zhì)參加反應(yīng),增加氫氣的濃度,二氧化碳的轉(zhuǎn)化率增大,因此從圖中可知,按投料比①時,CO2的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的曲線對應(yīng)的是圖中的曲線Ⅱ,A錯誤。相同條件下,二氧化碳的含量越高,二氧化碳轉(zhuǎn)化率越低,所以曲線Ⅰ的投料比c(CO2)c(H2)+c(CO)為1∶6,而一氧化碳與氫氣的物質(zhì)的量之比未知,無法計算氫氣的轉(zhuǎn)化率,B錯誤。溫度升高,二氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率降低,所以平衡逆向移動,則正反應(yīng)是放熱反應(yīng),所以b點對應(yīng)的平衡常數(shù)K的值小于c點,C錯誤。假設(shè)CO為1 molL-1,則按c(CO2)c(H2)+c(CO)為1∶4時,c(CO2)=1 molL-1,c(H2)=3 molL-1,根據(jù)圖像可知,500 ℃時,CO2的平衡轉(zhuǎn)化率約為45%,所以反應(yīng)剩余c(CO2)=1 mol-1 mol45%=0.55 molL-1,生成甲醇的濃度為0.45 molL-1,代入并計算c(CO2)c(CO)c(CH3OH)=0.5510.45=1.22;假設(shè)CO為1 molL-1,則按c(CO2)c(H2)+c(CO)為1∶6時,c(CO2)=1 molL-1,c(H2)=5 molL-1,根據(jù)圖像可知,500 ℃時,CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為60%,所以反應(yīng)剩余c(CO2)=1 mol-1 mol60%=0.4 molL-1,生成甲醇的濃度為0.6 molL-1,代入并計算c(CO2)c(CO)c(CH3OH)=0.410.6=0.67;綜上分析可知c(CO2)c(CO)c(CH3OH)的數(shù)值,a點比c點小,D正確。 4.B　[解析] 根據(jù)圖像,升高溫度c(CO2)減小,平衡向正反應(yīng)方向移動,正反應(yīng)為吸熱反應(yīng),ΔH>0,A錯誤;狀態(tài)Ⅱ和狀態(tài)Ⅲ溫度和體積相同,點Ⅱ處于起始加入0.2 mol CO2的曲線上,點Ⅲ處于起始加入0.1 mol CO2的曲線上,狀態(tài)Ⅱ起始加入的CO2物質(zhì)的量是狀態(tài)Ⅲ的兩倍,狀態(tài)Ⅱ相當于在狀態(tài)Ⅲ達平衡后將體積縮小一半,若平衡不移動,狀態(tài)Ⅱ總壓強等于狀態(tài)Ⅲ的兩倍,增大壓強平衡逆向移動,p總(狀態(tài)Ⅱ)<2p總(狀態(tài)Ⅲ),B正確;狀態(tài)Ⅰ處于起始加入0.1 mol CO2的曲線上,狀態(tài)Ⅱ處于起始加入0.2 mol CO2的曲線上,根據(jù)圖像,狀態(tài)Ⅰ、狀態(tài)Ⅱ平衡時c(CO2)相等且小于0.08 molL-1,狀態(tài)Ⅰ平衡時c(CO)=2[0.1-c(CO2)平衡],狀態(tài)Ⅱ平衡時c(CO)=2[0.2-c(CO2)平衡],若c(CO2)平衡=0.08 molL-1,則6c(CO,狀態(tài)Ⅰ)=c(CO,狀態(tài)Ⅱ),而c(CO2)平衡<0.08 molL-1,則6c(CO,狀態(tài)Ⅰ)>c(CO,狀態(tài)Ⅱ),C錯誤;該反應(yīng)為吸熱反應(yīng),從狀態(tài)Ⅰ到狀態(tài)Ⅲ升溫過程中v正>v逆,D錯誤。 5.(1)①BC?、?10-4 MPa2?、跙　1.0 (2)①AC?、?.210-8?、凵郎? (3)①c(N2)c2(CO2)c2(NO)c2(CO)　②0.1 (4)①870 K(860~880 K范圍都可以) ②NO直接分解成N2的反應(yīng)是放熱反應(yīng),升高溫度不利于反應(yīng)進行 ③加入的CO與NO分解生成的O2反應(yīng),使NO分解平衡向生成N2的方向移動,因此NO的轉(zhuǎn)化率升高 [解析] (1)①2v正(H2)=v逆(CO)不滿足反應(yīng)速率之比等于化學計量數(shù)之比,反應(yīng)沒有達到平衡狀態(tài),A錯誤;CO體積分數(shù)保持不變說明正、逆反應(yīng)速率相等,反應(yīng)達到平衡狀態(tài),B正確;反應(yīng)前后混合氣體的質(zhì)量變化程度大于物質(zhì)的量的變化,因此混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再變化說明正、逆反應(yīng)速率相等,反應(yīng)達到平衡狀態(tài),C正確;對于具體的化學反應(yīng),ΔH是不變的,D錯誤。②圖(a)中A點氫氣和水蒸氣的體積分數(shù)相等,均是40%,CO的體積分數(shù)是20%,這說明氫氣、一氧化碳、水蒸氣的物質(zhì)的量之比是2∶1∶2,所以對應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=(250.1 MPa)4(150.1 MPa)2(250.1 MPa)4=410-4 MPa2;③升高溫度氫氣的體積分數(shù)減小,說明平衡向正反應(yīng)方向進行,正反應(yīng)是吸熱反應(yīng),所以升高溫度正、反應(yīng)的平衡常數(shù)增大,則逆反應(yīng)的平衡常數(shù)減小,因此表示逆反應(yīng)的平衡常數(shù)(K逆)的曲線是B;T1時正、逆反應(yīng)的平衡常數(shù)相等,因此對應(yīng)的平衡常數(shù)為1.0。(2)①CO的體積分數(shù)保持不變是平衡標志,A正確;反應(yīng)前后氣體質(zhì)量不變,體積不變,容器內(nèi)混合氣體的密度始終保持不變,不能說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài),B錯誤;反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量變化,氣體質(zhì)量不變,容器內(nèi)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量保持不變說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài),C正確;2CO2(g)2CO(g)+O2(g),單位時間內(nèi),消耗CO的濃度等于生成CO2的濃度,均表示逆反應(yīng)方向,不能說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài),D錯誤。 ②設(shè)生成的氧氣為x mol, 　　　　　　　　2CO2(g)2CO(g)+O2(g) 起始量(mol): 1 0 0 轉(zhuǎn)化量(mol): 2x 2x x 平衡量(mol): 1-2x 2x x 平衡時,氧氣的體積分數(shù)為0.2%,x1+x100%=0.2%,x=0.002,則c(CO2)=0.996 molL-1,c(CO)=0.004 molL-1,c(O2)=0.002 molL-1,則K=0.00420.0020.9962≈3.210-8;③向2 L的恒容密閉容器中充入2 mol CO2(g),發(fā)生反應(yīng)2CO2(g)2CO(g)+O2(g),經(jīng)分析,正反應(yīng)為吸熱反應(yīng),圖中曲線Ⅰ表示相對于曲線Ⅱ僅改變一種反應(yīng)條件后c(O2)隨時間的變化,曲線Ⅰ達到平衡所用的時間縮短,平衡狀態(tài)下氧氣濃度增大,則改變的條件是升溫。 (3)①根據(jù)化學方程式可寫出化學平衡常數(shù)表達式K=c(N2)c2(CO2)c2(NO)c2(CO)。 ②根據(jù)三段式:2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) n(起始)/mol 0.2 0.2 0 0 n(轉(zhuǎn)化)/mol a a a2 a n(平衡)/mol 0.2-a 0.2-a a2 a 達到平衡后氣體的壓強為開始時的0.875倍,0.2-a+0.2-a+a2+a=0.875(0.2+0.2),解得a=0.1。(4)①根據(jù)圖像n(NO)n(CO)=1條件下,反應(yīng)溫度為870 K左右時NO還原為N2的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很大,繼續(xù)升高溫度NO還原為N2的轉(zhuǎn)化率增大不明顯,最佳溫度控制在870 K左右。②溫度超過775 K時NO分解率降低的原因可能是該反應(yīng)為放熱反應(yīng),升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動,不利于NO轉(zhuǎn)化為N2,NO的分解率降低。③加入的CO與NO分解生成的O2反應(yīng),使NO分解平衡向生成N2的方向移動,NO的轉(zhuǎn)化率升高,所以加入CO后NO轉(zhuǎn)化為N2的轉(zhuǎn)化率增大。 6.(1)①3.3?、?H2S(g)+SO2(g)3S(s)+2H2O(l)　ΔH=-362 kJmol-1　H2S 與 SO2反應(yīng)平衡正向移動　COS水解 (2)①CO2?、谙嗤瑮l件下,Ca(OH)2的溶解度大于CaCO3,溶液中產(chǎn)生的Ca2+濃度比CaCO3 產(chǎn)生的Ca2+濃度大　用CaCO3脫硫時會產(chǎn)生CO2,CaCO3+CO2+H2OCa2++2HCO3-,Ca2+濃度增大 [解析] (1)①根據(jù)平衡常數(shù)的表達式和H2CO3、H2S的電離平衡常數(shù)計算。②應(yīng)用蓋斯定律寫出SO2氣體和H2S氣體反應(yīng)的熱化學方程式。H2S與SO2的反應(yīng)為放熱反應(yīng),COS的水解反應(yīng)為吸熱反應(yīng),溫度低有利于H2S與SO2的反應(yīng)平衡正向移動,溫度過低不利于COS的水解。(2)①石灰石料漿吸收SO2的原理為2CaCO3+2SO2+O2+H2O2CaSO412H2O+2CO2;將CO2通入石灰石料漿進行活化處理,脫硫的原理為CO2+CaCO3+H2OCa(HCO3)2,2Ca(HCO3)2+2SO2+O22CaSO412H2O+4CO2+H2O;廢氣脫硫后,CO2含量明顯增多。②Ⅰ.相同條件下,Ca(OH)2的溶解度大于CaCO3,Ca(OH)2溶液中產(chǎn)生Ca2+濃度比CaCO3中產(chǎn)生的Ca2+濃度大,Ca2+濃度越大反應(yīng)速率越快。Ⅱ.用CaCO3脫硫時會產(chǎn)生CO2,CO2與CaCO3、H2O反應(yīng)生成可溶性Ca(HCO3)2,溶液中Ca2+濃度增大,使a點和b點的脫硫效率接近。