2021届高考化学一轮复习（苏教版）化学反应速率和化学平衡图象作业
微专题突破练(八)
化学反应速率和化学平衡图象题
1.(2020·泉州模拟)在稀硫酸与锌反应制取氢气的实验中,探究加入硫酸铜溶液的量对氢气生成速率的影响。实验中锌粒过量且颗粒大小相同,饱和硫酸铜溶液用量0～4.0 mL,保持溶液总体积为100.0 mL,记录获得相同体积(336 mL)的气体所需时间,实验结果如图所示(气体体积均转化为标准状况下)。据图分析,下列说法不正确的是 ( )
A.饱和硫酸铜溶液用量过多不利于更快收集氢气
B.a、c两点对应的氢气生成速率相等
C.b点对应的反应速率为v(H2SO4)=1.0×10-3 mol·L-1·s-1
D.d点没有构成原电池,反应速率减慢
【解析】选D。根据图象可知随着饱和硫酸铜溶液的增加,收集相同体积的气体所需时间先逐渐减少,然后又逐渐增加,因此饱和硫酸铜溶液用量过多不利于更快收集氢气,A正确;根据图象可知a、c两点对应的时间都是250 s,所以氢气生成速率相等,B正确;b点对应的时间是150 s,生成氢气的物质的量是=0.015 mol,消耗稀硫酸的物质的量是0.015 mol,其浓度是=0.15 mol·L-1,所以反应速率为v(H2SO4)==1.0×
10-3 mol·L-1·s-1,C正确;d点锌也与硫酸铜溶液反应生成铜从而构成原电池,D不正确。
2.(2020·保定模拟)在容积不变的密闭容器中进行反应:2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g) ΔH<0。下列各图表示当其他条件不变时,改变某一条件对上述反应的影响,其中分析正确的是 ( )
A.图Ⅰ表示温度对化学平衡的影响,且甲的温度较高
B.图Ⅱ表示t0时刻使用催化剂对反应速率的影响
C.图Ⅲ表示t0时刻增大O2的浓度对反应速率的影响
D.图Ⅳ表示t0时升温对反应速率的影响
【解析】选B。A项,乙先达到平衡,反应快,温度高;C项,增大c(O2)时,图象应连续;D项,升温吸热方向(逆方向)速率增大的多。
3.甲醇脱氢可制取甲醛CH3OH(g)HCHO(g)+H2(g),甲醇的平衡转化率随温度变化曲线如图所示。下列有关说法正确的是 ( )
A.该反应的正反应为放热反应
B.600 K时,Y点甲醇的v(正)
0,故A错误;600 K时Y点甲醇转化率大于X点甲醇平衡转化率,说明反应逆向进行,即v(正)T2,温度越高,X的物质的量越大,则平衡向左移动,正反应放热,A项不正确;v(X)=≈0.042 mol·L-1·min-1,B项不正确;Y的转化率为×100%=62.5%,C项不正确;由图a可知X、Y、Z物质的量变化之比为1∶1∶2,则反应为X(g)+Y(g)2Z(g),则T0时平衡常数的值为33.3<50,平衡常数越小,温度越高,D项正确。
5.Bodensteins研究了下列反应:
2HI(g)H2(g)+I2(g) ΔH>0
在716K时,气体混合物中碘化氢的物质的量分数x(HI)与反应时间t的关系如下表:
t/min
0
20
40
60
80
120
x(HI)
1
0.91
0.85
0.815
0.795
0.784
x(HI)
0
0.60
0.73
0.773
0.780
0.784
(1)根据上述实验结果,该反应的平衡常数K的计算式为_______。
(2)上述反应中,正反应速率为v正=k正x2(HI),逆反应速率为v逆=k逆x(H2)x(I2),其中k正、k逆为速率常数,则k逆为________(用K和k正表示)。若k正=0.002 7 min-1,在t=40 min时,v正=________min-1。
(3)由上述实验数据计算得到v正～x(HI)和v逆～x(H2)的关系可用下图表示。当升高到某一温度时,反应重新达到平衡,相应的点分别为________(填字母)。
【解析】(1)2HI(g)H2(g)+I2(g)是反应前后气体物质的量不变的反应。反应后x(HI)=0.784,则x(H2)=x(I2)=0.108,K===。
(2)到达平衡时,v正=v逆,即k正x2(HI)=k逆x(H2)x(I2),k逆=k正·=。在t=40 min时,x(HI)=0.85,v正=k正x2(HI)=0.002 7 min-1×(0.85)2≈1.95×
10-3min-1。(3)原平衡时,x(HI)为0.784,x(H2)为0.108,二者在图中的纵坐标均约为1.6(因为平衡时v正=v逆),升高温度,正、逆反应速率均加快,对应两点在
1.6上面,升高温度,平衡向正反应方向移动,x(HI)减小(A点符合),x(H2)增大(E点符合)。
答案:(1) (2) 1.95×10-3
(3)A点、E点
6.乙醇是重要的有机化工原料,可由乙烯气相直接水合法或间接水合法生产。C2H4(g)+H2O(g)C2H5OH(g)下图为气相直接水合法中乙烯的平衡转化率与温度、压强的关系[其中n(H2O)∶n(C2H4)=1∶1]。
(1)图中压强(p1、p2、p3、p4)的大小顺序为________,理由是__________。
(2)气相直接水合法常用的工艺条件为磷酸/硅藻土为催化剂,反应温度290 ℃、压强6.9 MPa,n(H2O)∶n(C2H4)=0.6∶1,乙烯的转化率为5%,若要进一步提高乙烯转化率,除了可以适当改变反应温度和压强外,还可以采取的措施有________、________。
【解析】(1)C2H4(g)+H2O(g)C2H5OH(g)是一个气体体积减小的反应,相同温度下,增大压强,平衡向正反应方向移动,C2H4的转化率提高,所以p4>p3>p2>p1。
(2)依据反应特点及平衡移动原理,提高乙烯转化率还可以增大H2O与C2H4的比例,将乙醇及时分离出去等。
答案:(1)p4>p3>p2>p1 反应分子数减少,相同温度下,压强增大,乙烯转化率提高
(2)将产物乙醇液化移去 增加n(H2O)与n(C2H4)的比
7.高铁酸钾在水中的反应为4Fe+10H2O4Fe(OH)3+8OH-+3O2。
(1)图1是25 ℃时K2FeO4在不同pH溶液中浓度的变化情况。pH=4.74时,反应从开始到800 min的平均反应速率v(Fe)=________(保留两位有效数字)。
(2)图1在800 min后,三种溶液中K2FeO4的浓度均不再改变。观察图1判断随着pH变大,此反应的平衡常数________(填“变大”“变小”或“不变”)。
(3)图2在240 min后,四种溶液中K2FeO4的浓度均不再改变,则上述反应的反应热ΔH________0(填“>”“<”或“=”)。
【解析】(1)由图1可知,pH=4.74,800 min内Δc(Fe)=(0.95-0.45) mol·L-1
=0.50 mol·L-1,则v(Fe)=≈6.3×10-4 mol·L-1·min-1。
(2)反应的平衡常数只与温度有关系,温度不变,平衡常数不变,即溶液的pH变大,反应的平衡常数不变。
(3)由图2可知,升高温度,平衡时c(Fe)减小,说明平衡正向移动,即正反应是一个吸热反应,ΔH>0。
答案:(1)6.3×10-4 mol·L-1·min-1 (2)不变 (3)>
8.(1)在一定温度下的2 L固定容积的密闭容器中,通入2 mol CO2和3 mol H2,发生的反应为CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-a kJ·mol-1(a>0),测得CO2(g)和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示。
①能说明该反应已达平衡状态的是________(填编号)。
A.单位时间内每消耗1.2 mol H2,同时生成0.4 mol H2O
B.CO2的体积分数在混合气体中保持不变
C.混合气体的平均相对分子质量不随时间的变化而变化
D.该体系中H2O与CH3OH的物质的量浓度之比为1∶1,且保持不变
②若要使K=1,则改变的条件可以是________(填选项)。
A.增大压强 B.减小压强 C.升高温度 D.降低温度 E.加入催化剂
(2)有一种用CO2生产甲醇燃料的方法。已知:
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(l)
ΔH=-akJ·mol-1;
CH3OH(g)CH3OH(l)
ΔH=-bkJ·mol-1;
2H2(g)+O2(g)2H2O(l)
ΔH=-ckJ·mol-1;
则表示CH3OH(l)燃烧热的热化学方程式为 ______________。
(3)在恒容绝热(不与外界交换能量)条件下进行2A(g)+B(g)3C(g)+2D(s)反应,按下表数据投料,反应达到平衡状态,测得体系压强升高。
物质
A
B
C
D
起始投料/mol
2
1
3
0
该反应的平衡常数表达式为K=________。升高温度,平衡常数将________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(4)为研究不同条件对反应2NO(g)+Cl2(g)2ClNO(g) ΔH<0的影响,在恒温下,向2 L恒容密闭容器中加入0.2 mol NO和0.1 mol Cl2,10 min时反应达到平衡,测得NO的转化率为α1;其他条件保持不变,反应在恒压条件下进行,达到平衡时NO的转化率为α2,则α1________α2(填“大于”“小于”或“等于”)。
【解析】(1)①未平衡时是个变量,现在不变说明已经达到平衡状态了。A.单位时间内每消耗1.2mol H2,向正方向,同时生成0.4mol H2O,也向正方向,不能反映正逆反应之间的关系,故A错误;B.未平衡CO2的体积分数是个变化的量,现在混合气体CO2的体积分数保持不变,说明已经平衡了,故B正确;C.未平衡时混合气体的平均相对分子质量是个变化的量,现在不随时间的变化而变化,说明已经达平衡状态,故C正确;D.反应中H2O与CH3OH的物质的量浓度之比为1∶1,且保持不变,不能说明各自的量不再随时间的变化而变化,故C错误;故选B、C;
② CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
初始(mol·L-1) 1 1.5 0 0
变化(mol·L-1) 0.25 0.75 0.25 0.25
平衡(mol·L-1) 0.75 0.75 0.25 0.25
所以 K==0.20,而平衡常数是温度的函数,只有通过改变温度来改变平衡常数,正反应是放热反应,降低温度,K值变大,变化为1,故答案为D;
(2)①CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(l)
ΔH=-akJ·mol-1;
②CH3OH(g)CH3OH(l)
ΔH=-bkJ·mol-1;
③2H2(g)+O2(g)2H2O(l)
ΔH=-ckJ·mol-1;
根据盖斯定律,将×③-①-②得:CH3OH(l)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)
ΔH=ΔH3-ΔH1-ΔH2=-(c-a-b)kJ·mol-1,故答案为
CH3OH(l)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH=
ΔH3-ΔH1-ΔH2=-(c-a-b)kJ·mol-1;
(3)D为固体,该反应的平衡常数表达式为K=;恒容压强与温度及其气体物质的量成正比,又由起始D的物质的量为0可知,反应2A(g)+B(g)3C(g)+2D(s),向正反应进行建立平衡,而气体物质的量不变,但压强增大,则说明该反应为放热反应,温度升高导致气体的压强增大。由①的分析得出该反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,平衡常数减小,故答案为;减小;
(4)正反应为气体物质的量减小的反应,恒温恒容下条件下,到达平衡时压强比起始压强小,其他条件保持不变,反应在恒压条件下进行,等效为在恒温恒容下的平衡基础上增大压强,平衡正向移动,NO转化率增大,故转化率α2>α1;故答案为小于。
答案:(1)①B、C ②D (2)CH3OH(l)+O2(g)CO2(g)+2H2O(l)
ΔH=-(c-a-b)kJ·mol-1
(3)K=c3(C)/[c2(A)·c(B)] 减小 (4)小于
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