高中化学选修4第2章化学反应速率与化学平衡 单元检测及试题解析

高中化学选修4第2章化学反应速率与化学平衡 单元检测及试题解析

第 2 章单元综合检测及解析 (90 分钟，100 分) 一、选择题(本题包括 16 小题，每小题 3 分，共 48 分) 1．(2012·济宁高二检测)2010 年诺贝尔化学奖授予理查德·赫克等三位科学家，以表彰 他们在“钯催化交叉偶联”方面的研究。下面关于催化剂的说法正确的是( ) A．催化剂只改变反应的正反应速率 B．催化剂通过升高反应的活化能来加快反应速率 C．催化剂能够改变反应的反应热 D．催化剂不能改变反应物的转化率 解析：在化学反应中加入催化剂能同等程度地改变正、逆反应速率，是因为改变了反 应的活化能，使反应速率改变，但不能改变反应的反应热和转化率。 答案：D 2．将 3 mol O2 加入到 V L 的反应器中，在高温下放电，经 t1 s 建立了平衡体系： 3O2 2O3，此时测知 O2 的转化率为 30%。下列图像能正确表示气体的物质的量(n)跟时间(t) 的关系的是( ) 解析：O2 为反应物，随着反应的进行浓度逐渐减小；O3 为生成物，随着反应的进行浓度 逐渐增大。达到平衡时 n(O2)＝2.1 mol>n(O3)＝0.6 mol。 答案：C 3．(2011·全国卷Ⅰ)在容积可变的密闭容器中，2 mol N2 和 8 mol H2 在一定条件下反应， 达到平衡时，H2 的转化率为 25%，则平衡时氨气的体积分数接近于( ) A．5% B．10% C．15% D．20% 解析：平衡时转化的 H2 的物质的量为： 8 mol×25%＝2 mol。 N2＋3H2 2NH3 起始量(mol) 2 8 0 转化量(mol) 2 3 2 4 3 平衡量(mol) 4 3 6 4 3 所以 NH3 的体积分数为 4 3 mol 4 3 mol＋6 mol＋4 3 mol ×100%≈15%。 答案：C 4．加热 N2O5 时，发生以下两个分解反应：N2O5 N2O3＋O2，N2O3 N2O＋O2，在 1 L 密闭容器中加热 4 mol N2O5 达到化学平衡时 c(O2)为 4.50 mol/L，c(N2O3)为 1.62 mol/L，则 在该温度下各物质的平衡浓度正确的是( ) A．c(N2O5)＝1.44 mol/L B．c(N2O5)＝0.94 mol/L C．c(N2O)＝1.40 mol/L D．c(N2O)＝3.48 mol/L 解析： N2O5 N2O3＋O2 起始(mol/L): 4 0 0 变化(mol/L): x x x 平衡(mol/L): 4－x x x N2O3 N2O＋O2 起始(mol/L): x 0 0 变化(mol/L): y y y 平衡(mol/L): x－y y y 根据题意列方程得 x－y＝1.62 mol/L x＋y＝4.50 mol/L 解得：x＝3.06 mol/L，y＝1.44 mol/L.则： c(N2O5)＝4 mol/L－3.06 mol/L＝0.94 mol/L； c(N2O)＝y＝1.44 mol/L。 答案：B 5．(2012·包钢一中高二期中检测)对可逆反应 4NH3(g)＋5O2(g) 4NO(g)＋6H2O(g)， 下列叙述正确的是( ) A．达到化学平衡时 4v 正(O2)＝5v 逆(NO) B．若单位时间内生成 x mol NO 的同时，消耗 x mol NH3，则反应达到平衡状态 C．达到化学平衡时，若增大容器容积，则正反应速率减小，逆反应速率增大 D．化学反应速率关系：2v 正(NH3)＝3v 正(H2O) 解析：A 项，表明正、逆反应速率达到相等，反应达到平衡状态；B 项，任何情况下消 耗 x mol NH3，必生成 x mol NO；C 项， 加压时，正、逆反应速率均增大；D 项，反应速率 关系应为 3v 正(NH3)＝2v 正(H2O)。 答案：A 6．某温度下，可逆反应 mA(g)＋nB(g) pC(g)的平衡常数为 K，下列对 K 的说法正 确的是( ) A．K 值越大，表明该反应越有利于 C 的生成，反应物的转化率越大 B．若缩小反应器的容积，能使平衡正向移动，则 K 增大 C．温度越高，K 一定越大 D．如果 m＋n＝p，则 K＝1 解析：K 值越大，该反应正向进行的程度越大，反应物的转化率越大，A 正确；K 只是 温度的函数，温度一定，K 一定，与压强无关，B 错误；因该反应的热效应不确定，故 C 项 错误；K＝ cpC cmA·cnB ，故 m＋n＝p，无法判断 K 的大小。 答案：A 7．在密闭容器中，给一氧化碳和水蒸气的气体混合物加热，在催化剂存在下发生反应： CO(g)＋H2O(g) H2(g)＋CO2(g)。在 500 ℃时，平衡常数 K＝9。若反应开始时，一氧化 碳和水蒸气的浓度都是 0.02 mol/L，则在此条件下 CO 的转化率为( ) A．25% B．50% C．75% D．80% 解析：设平衡时 CO2 的浓度为 xmol/L。 CO ＋ H2O H2＋ CO2 起始浓度 (mol/L) 0.02 0.02 0 0 平衡浓度 (mol/L) 0.02－x 0.02－x x x K＝cH2·cCO2 cCO·cH2O ＝ x2 0.02－x0.02－x ＝9， 解得 x＝0.015。 所以，CO 的转化率＝0.015 mol·L－1 0.02 mol·L－1 ×100%＝75%。 答案：C 8．(2012·福建师大附中高二期末)在恒温恒压、不做功时，反应 A＋B=== C＋D 在下列 哪种情况下，一定能自发进行( ) A．ΔH<0、ΔS<0 B．ΔH>0、ΔS<0 C．ΔH<0、ΔS>0 D．ΔH>0、ΔS>0 解析：当ΔH<0，ΔS>0 时，ΔH－TΔS<0，反应一定能自发进行。 答案：C 9．下列关于化学平衡状态的说法中正确的是( ) A．改变外界条件不能改变化学平衡状态 B．当某反应在一定条件下反应物转化率保持不变时即达到了化学平衡状态 C．当某反应体系中气体的压强不再改变时，该反应一定达到平衡状态 D．当某反应达到平衡状态时，反应物和生成物的浓度一定相等 解析：A 项，外界条件改变时，可能改变化学平衡状态。C 项，如反应 H2(g)＋ I2(g) 2HI(g)在恒容条件下，压强一直不变，因此压强不变不能作为达到化学平衡状态 的标志。D 项，反应达到化学平衡状态时，反应物和生成物的浓度不再变化，但并不一定相 等。 答案：B 10．(2012·钱桥中学高二期末)在一定温度不同压强(p10，反应一定能自发进行，B 不正确。固体的溶 解过程，体系的混乱度增大，它是熵增加的过程，D 不正确。 答案：A 13．(2011·石家庄一检)一定条件下，在某密闭容器中进行如 下反应：mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，若增大压强或升高温 度，重新达到平衡，反应速率随时间的变化过程如图所示，则对该 反应的叙述正确的是( ) A．正反应是吸热反应 B．逆反应是放热反应 C．m＋np＋q 解析：升高温度，由图像判断平衡向逆反应方向移动，则正反应为放热反应，逆反应 为吸热反应，A、B 不正确；增大压强，由图像判断平衡向逆反应方向移动，即逆反应气体 体积减小，C 正确，D 不正确。 答案：C 14．2SO2(g)＋O2(g) V2O5 △ 2SO3(g)是制备硫酸的重要反应。下列叙述正确的是( ) A．催化剂 V2O5 不改变该反应的逆反应速率 B．增大反应体系的压强、反应速率一定增大 C．该反应是放热反应，降低温度将缩短反应达到平衡的时间 D．在 t1、t2 时刻，SO3(g)的浓度分别是 c1、c2，则时间间隔 t1～t2 内，SO3(g)生成的平 均速率为 v＝c2－c1 t2－t1 解析：B 项中，如果是在恒容时通入惰性气体，虽增大了体系的总压强，但反应混合物 的浓度未变，反应速率不变，所以 B 项错。 答案：D 15．把 0.6 mol X 气体和 0.4 mol Y 气体混合于 2 L 容器中使它们发生如下反应，3X(g) ＋Y(g) nZ(g)＋2W(g)，5 min 末已生成 0.2 mol W，若测知以 Z 浓度变化来表示反应的 平均速率为 0.01 mol/(L·min)，则上述反应中 Z 气体的反应方程式中化学计量数 n 的值是 ( ) A．1 B．2 C．3 D．4 解析：根据化学方程式中各物质的计量关系，生成 2 mol W 的同时，必生成 n mol 的 Z。v(Z)＝0.01 mol/(L·min)，Δc(Z)＝v·Δt＝0.01 mol/(L·min)×5 min＝0.05 mol/L，则Δn(Z) ＝0.05 mol/L×2 L＝0.1 mol。n∶2＝0.1∶0.2，所以 n＝1。 答案：A 16．(2012·朝阳模拟)对于可逆反应 N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0，下列各项对示 意图的解释与图像相符的是( ) A．①压强对反应的影响(p2>p1) B．②温度对反应的影响 C．③平衡体系增加 N2 对反应的影响 D．④催化剂对反应的影响 解析：①中由于 p1 条件下反应先达平衡状态，即 p1>p2，A 错误；升高温度，N2(g)＋ 3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0 的平衡逆向移动，N2 的转化率降低，图像②错误；催化剂能加快 化学反应速率，缩短达到平衡的时间，故有催化剂时先达平衡，④错误；向平衡体系中加 入 N2 瞬间，v 正增大，v 逆不变，v 正>v 逆，平衡正向移动，C 正确。 答案：C 二、非选择题(本题包括 6 小题，共 52 分) 17．(6 分)(2012·长春调研)300 ℃时，将 2 mol A 和 2 mol B 两种气体混合于 2 L 密 闭容器中，发生如下反应：3A(g)＋B(g) 2 C(g)＋2D(g) ΔH＝Q, 2 min 末达到平衡， 生成 0.8 mol D。 (1)300℃时，该反应的平衡常数表达式为 K＝________已知 K300℃”或“<”)。 (2)在 2 min 末时，B 的平衡浓度为________，D 的平均反应速率为________。 (3)若温度不变，缩小容器容积，则 A 的转化率________(填“增大”“减小”或“不 变”)。 解析：(1)温度越高，K 越大，则说明升温平衡正向移动，即正反应为吸热反应，ΔH>0。 (2)生成 0.8 mol D，则反应掉 0.4 mol B，剩余 1.6 mol B，c(B)＝1.6 mol/2 L＝0.8 mol/L，v(B)＝ 0.4 mol 2 L×2 min ＝0.1 mol/(L·min)，由化学计量数知，D 的反应速率应为 B 的 2 倍，故 v(D)＝2v(B)＝2×0.1 mol/(L·min)＝0.2 mol/(L·min)。 (3)该反应为等体积变化，加压平衡不移动，故 A 的转化率不变。 答案：(1)c2C×c2D c3A×cB > (2)0.8 mol/L 0.2 mol/(L·min) (3)不变 18．(6 分)(2010·天津高考，节选)，已知反应 2CH3OH(g) CH3OCH3(g)＋H2O(g)某温 度下的平衡常数为 400。此温度下，在密闭容器中加入 CH3OH，反应到某时刻测得各组分的 浓度如下： 物质 CH3OH CH3OCH3 H2O 浓度/ (mol·L－1) 0.44 0.6 0.6 (1)比较此时正、逆反应速率的大小：v 正____v 逆(填“>”“<”或“＝”)。 (2)若加入 CH3OH 后，经 10 min 反应达到平衡，此时 c(CH3OH)＝________；该时间内反 应速率 v(CH3OH)＝________。 解析：(1)此时的浓度商 Q＝ 0.6×0.6 0.44×0.44 ＝1.86<400，反应未达到平衡状态，向正反应 方向移动，故 v 正>v 逆。 (2)设反应在上表基础上又生成了 CH3OCH3，浓度为 x，则由题述方程式可知，平衡时生 成物 CH3OCH3 和 H2O 的浓度为 0.6＋x，则甲醇的浓度为(0.44－2x)有：400＝ 0.6＋x2 0.44－2x2，解 得 x＝0.2 mol·L－1，故 c(CH3OH)＝0.04 mol·L－1－2x＝0.04 mol·L－1。 由表可知，甲醇的起始浓度为(0.44＋1.2) mol·L－1＝1.64 mol·L－1， 其平衡浓度为 0.04 mol·L－1， 10 min 变化的浓度为 1.6 mol·L－1， 故 v(CH3OH)＝0.16 mol·L－1·min－1。 答案：(1)> (2) 0.04 mol·L－1 0.16 mol·L－1·min－1 19．(10 分)已知 2A2(g)＋B2(g) 2C3(g) ΔH＝－a kJ·mol－1(a>0)，在一个有催化 剂的固定容积的容器中加入 2 mol A2 和 1 mol B2，在 500 ℃时充分反应达平衡后 C3 的浓度 为ω mol·L－1，放出热量 b kJ。 (1)比较 a____b(填“>”“＝”或“<”)。 (2)若将反应温度升高到 700 ℃，该反应的平衡常数将________(填“增大”“减小” 或“不变”)。 (3)能说明该反应已经达到平衡状态的是________。 a．v(C3)＝2v(B2) b．容器内压强保持不变 c．v 逆(A2)＝2v 正(B2) d．容器内的密度保持不变 (4)为使该反应的反应速率增大，且平衡向正反应方向移动的操作是____。 a．及时分离出 C3 气体 b．适当升高温度 c．增大 B2 的浓度 d．选择高效的催化剂 解析：(1)由热化学方程式的含义知，2A2(g)＋B2(g) 2C3(g) ΔH＝－a kJ·mol－1 表示 2 mol A2 与 1 mol B2 反应生成 2 mol C3 时放出 a kJ 的热量，可逆反应不能进行到底， 因此生成的 C3 少于 2 mol，放出的热量小于 a kJ。 (2)温度升高，化学平衡向逆反应方向移动，化学平衡常数减小。 (3)因反应为反应前后气体分子数不等的反应，压强不变，说明达到平衡状态；因容积 固定且反应物和生成物均为气体，反应过程中气体密度始终不变，故密度不变，无法判断 是否平衡；在反应过程中始终存在如下关系：v(C3)＝2v(B2)，因此无法确定是否达到平衡。 由化学方程式知，v 正(A2)＝2v 正(B2)，此时 v 正(A2)＝v 逆(A2)，说明反应达到平衡状态。综 合分析 b、c (4)为使化学反应速率增大可升高温度、增大 B2 的浓度、使用催化剂；为使平衡向正反 应方向移动，可及时分离出 C3 气体、增大 B2 的浓度，综合分析，满足条件的为 c 项。 答案：(1)> (2)减小 (3)bc (4)c 20．(8 分)在一定条件下，可逆反应 A＋B mC 变化如图所 示。已知纵坐标表示在不同温度和压强下生成物 C 在混合物中的 质量分数，p 为反应在 T2 温度时达到平衡后向容器加压的变化情 况，问： (1)温度 T1________T2(填“大于”“等于”或“小于”)。 (2)正反应是________反应(填“吸热”或“放热”)。 (3)如果 A、B、C 均为气体，则 m________2(填“大于”“等于”或“小于”)。 (4)当温度和容积不变时，如在平衡体系中加入一定量的某稀有气体，则体系的压强 ________(填“增大”“减小”或“不变”)，平衡________移动(填“向正反应方向”“向 逆反应方向”或“不”)。 解析：由图像知温度 T1 时到达平衡用时间少，则反应速率快，说明温度大于 T2；升高 温度 C 的百分含量降低，平衡逆移，则正反应放热；加压 C 的百分含量降低，平衡逆移， 则正反应体积增大，m 大于 2；当温度和容积不变时，如在平衡体系中加入一定量的某稀有 气体，则体系的压强增大，但对该反应体系来说，各物质浓度没有变化，平衡不移动。 答案：(1)大于 (2)放热 (3)大于 (4)增大 不 21．(10 分)(2011·广东高考，有改动)利用光能和光 催化剂，可将 CO2 和 H2O(g)转化为 CH4 和 O2。紫外光照 射时，在不同催化剂(Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ)作用下，CH4 产量随光 照时间的变化如图所示。 (1)在 0～30 小时内，CH4 的平均生成速率 vⅠ、vⅡ和 v Ⅲ从大到小的顺序为________；反应开始后的 12 小时内，在第________种催化剂作用下， 收集的 CH4 最多。 (2)将所得 CH4 与 H2O(g)通入聚焦太阳能反应器，发生反应：CH4(g)＋ H2O(g) CO(g)＋3H2(g)。该反应ΔH＝＋206 kJ·mol－1。 ①画出反应过程中体系能量变化图(进行必要标注)。 ②将等物质的量的 CH4 和 H2O(g)充入 1 L 恒容密闭反应器中，某温度下反应达到平衡， 平衡常数 K ＝ 27，此时测得 CO 的物质的量为 0.10 mol，求 CH4 的平衡转化率(计算结果 保留两位有效数字)。 解析：本题考查化学反应速率和化学平衡，意在考查考生的识图能力、三段式解决化 学平衡问题能力和盖斯定律的使用。 (1)0～30 小时内，CH4 的平均速率＝CH4 产量 30 h ，由图可知，30 小时内 CH4 的产量Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ， 即 CH4 的平均生成速率的关系为 vⅢ>vⅡ>vⅠ；前 12 小时内在第Ⅱ种催化剂作用下，收集的 CH4 最多。 (2)①该反应中，CH4 的用量越多，吸收的热量越多，二者成正比例关系。 ②假设 CH4 和 H2O 的起始量均为 x mol，结合平衡时 n(CO)＝0.10 mol，有： CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g) 起始浓度 (mol·L－1) x x 0 0 变化量 (mol·L－1) 0.10 0.10 0.10 0.30 平衡浓度 (mol·L－1) x－0.10 x－0.10 0.10 0.30 结合 K＝ cCO×c3H2 cCH4×cH2O ＝0.10×0.303 x－0.102 ＝27， 解得 x＝0.11 mol·L－1， CH4 的转化率＝0.10 0.11 ×100%＝91%。 答案：(1)vⅢ>vⅡ>vⅠ Ⅱ (2)①如图 ②91% 22．(12 分)(2011·浙江高考)某研究小组在实验室探究氨基甲酸铵(NH2COONH4)分解反应 平衡常数和水解反应速率的测定。 (1)将一定量纯净的氨基甲酸铵固体置于特制的密闭真空容器中(假设容器体积不变， 固体试样体积忽略不计)，在恒定温度下使其达到分解平衡： NH2COONH4(s) 2NH3(g)＋CO2(g) 实验测得的不同温度下的平衡数据列于下表： 温度/℃ 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 平衡总压强/kPa 5.7 8.3 12.0 17.1 24.0 平衡气体总浓度 /mol·L－1 2.4×10－3 3.4×10－3 4.8×10－3 6.8×10－3 9.4×10－3 ①可以判断该分解反应已经达到平衡的是________。 A．2v(NH3)＝v(CO2) B．密闭容器中总压强不变 C．密闭容器中混合气体的密度不变 D．密闭容器中氨气的体积分数不变 ②根据表中数据，列式计算 25.0 ℃时氨基甲酸铵的分解平衡常数：________。 ③取一定量的氨基甲酸铵固体放在一个带活塞的密闭真空容器中，在 25.0 ℃下达到 分解平衡。若在恒温下压缩容器体积，氨基甲酸铵固体的质量______(填“增加”、“减少” 或“不变”)。 ④ 氨 基 甲 酸 铵 分 解 反 应 的 焓 变 ΔH________0( 填 “>” 、 “ ＝ ” 或 “<”) ， 熵 变 ΔS________0(填“>”、“＝”或“<”)。 (2)已知：NH2COONH4＋2H2O NH4HCO3＋NH3·H2O。该研究小组分别用三份不同初始浓度 的氨基甲酸铵溶液测定其水解反应速率，得到 c(NH2COO－)随时间的变化趋势如图所示。 ⑤计算 25.0 ℃时，0～6 min 氨基甲酸铵水解反应的平均速率：____________。 ⑥根据图中信息，如何说明该水解反应速率随温度升高而增大：_______________ ________________________________________________________________________。 解析：本题考查平衡常数和反应速率，意在考查考生对化学反应原理的理解和应用能 力。 (1)①A 项没有指明反应速率的方向，不能作为反应达到平衡的标志；该反应前后气体 分子数不相等，因此密闭容器中总压强不变可以作为反应达到平衡的标志；由于反应中有 非气体物质，因此混合气体的密度不变可以作为反应达到平衡的标志；密闭容器中只有 NH3 和 CO2，且二者的体积比始终为 2∶1，因此氨气的体积分数不变不能作为反应达到平衡的标 志。③恒温下压缩容器体积，则体系压强增大，平衡向逆反应方向移动，氨基甲酸铵固体 质量增加。④升高温度，平衡气体总浓度增大，说明平衡向正反应方向移动，故正反应为 吸热反应，ΔH>0，反应后气体分子数增大，则ΔS>0。 (2)⑤25.0℃时，0～6 min 氨基甲酸铵水解反应的平均速率为2.2－1.9mol·L－1 6 min ＝0.05 mol·L－1·min－1。 答案：(1)①BC ②K＝c2(NH3)·c(CO2)＝(2 3 c 总)2(1 3 c 总)＝ 4 27 ×(4.8×10－3 mol·L－1)3＝1.6×10－8(mol·L－1)3 ③增加 ④> > (2)⑤0.05 mol·L－1·min－1 ⑥25.0℃时反应物的起始浓度较小，但 0～6 min 的平均反应速率(曲线的斜率)仍比 15.0℃ 时的大