2021版江苏新高考选考化学(苏教版)一轮复习同步练习:专题7 6 专题综合检测(七) 化学反应速率与化学平衡
专题综合检测(七)
(时间:90 分钟;满分:100 分)
一、单项选择题:本题共 10 小题,每小题 2 分,共 20 分。每小题只有一个选项符合题
意。
1.美国亚利桑那州大学(ASU)和阿贡国家实验室的科学家最近设计出生产氢气的人造
树叶,原理为 2H2O(g) =====
太阳能
人造树叶2H2(g)+O2(g)。有关该反应的说法正确的是( )
A.ΔH<0
B.ΔS<0
C.化学能转变为电能
D.氢能是理想的绿色能源
解析:选 D。该反应是熵增的吸热反应,太阳能转化为化学能。
2.(新题预测)反应速率和反应物浓度的关系是用实验方法测定的。化学反应 H2+
Cl2===2HCl 的反应速率可表示为 v=k·cm(H2)·cn(Cl2),式中 k 为常数,m、n 值可由下表中
数据确定。由此可推得 m、n 值分别是( )
c(H2)/(mol·L-1) c(Cl2)/(mol·L-1) v/(mol·L-1·s-1)
1.0 1.0 1.0k
2.0 1.0 2.0k
2.0 4.0 4.0k
A.m=1、n=1 B.m=1
2
、n=1
2
C.m=1、n=1
2 D.m=1
2
、n=1
解析:选 C。设三组数据编号分别为①②③,则由②
①
=2.0k
1.0k
=2=k×2.0m×1.0n
k×1.0m×1.0n
=2m,解
得 m=1;由③
②
=4.0k
2.0k
=2=k×2.0m×4.0n
k×2.0m×1.0n
=4n,解得 n=1
2
,故选 C。
3.(2020·洛阳高三模拟)工业炼铁是在高炉中进行的,高炉炼铁的主要反应是
①2C(焦炭)+O2(空气)=====
高温
2CO
②Fe2O3+3CO
高温
2Fe+3CO2
该炼铁工艺中,对焦炭的实际使用量要远远高于按照化学方程式计算所需,其主要原因
是( )
A.CO 过量
B.CO 与铁矿石接触不充分
C.炼铁高炉的高度不够
D.CO 与 Fe2O3 的反应有一定限度
解析:选 D。因为高炉炼铁的反应具有一定的限度,通过提高 CO 的浓度使平衡向生成
铁(正反应)的方向移动,所以焦炭的使用量多。
4.如图所示为 800 ℃时,A、B、C 三种气体在密闭容器中反应
时浓度的变化,只从图上分析不能得出的结论是( )
A.发生的反应可表示为 2A(g) 2B(g)+C(g)
B.前 2 min A 的分解速率为 0.1 mol·L-1·min-1
C.开始时,正、逆反应同时开始
D.2 min 时,A、B、C 的浓度之比为 2∶3∶1
解析:选 C。根据图像,反应过程中 A 的浓度减小,B、C 的浓度增大,因此 A 为反应
物,B、C 为生成物,根据浓度的变化量可以确定反应为 2A(g) 2B(g)+C(g),A 项正确;
前 2 min,v(A)=0.4 mol·L-1-0.2 mol·L-1
2 min
=0.1 mol·L-1·min-1,B 项正确;开始时加入
的物质只有 A 和 B,不能进行逆反应,C 项错误;根据图像,2 min 时,A、B、C 的浓度分
别为 0.2 mol·L-1、0.3 mol·L-1、0.1 mol·L-1,D 项正确。
5.(2018·浙江 11 月选考)已知 X(g)+Y(g) 2W(g)+M(g) ΔH=a kJ·mol-1(a>0)。
一定温度下,在体积恒定的密闭容器中,加入 1 mol X(g)与 1 mol Y(g)。下列说法正确的是
( )
A.充分反应后,放出热量为 a kJ
B.当反应达到平衡状态时,X 与 W 的物质的量浓度之比一定为 1∶2
C.当 X 的物质的量分数不再改变,表明该反应已达到平衡
D.若增大 Y 的浓度,正反应速率增大,逆反应速率减小
解析:选 C。A 项,反应 X(g)+Y(g) 2W(g)+M(g)属于可逆反应,且为吸热反应,
则 1 mol X(g) 与 1 mol Y (g)充分反应后不可能完全转化,所以吸收的热量小于 a kJ,故 A
错误;B 项,当反应达到平衡状态时,正反应速率和逆反应速率相等,反应混合物中各组分
的浓度保持不变,但 X 与 W 的物质的量浓度之比不一定为 1∶2,故 B 错误;C 项,当 X
的物质的量分数不再改变,说明正反应速率和逆反应速率相等,表明该反应已达到平衡,故
C 正确;D 项,若增大 Y 的浓度,正、逆反应速率均增大,故 D 错误。
6.工业上利用 Ga 与 NH3 在高温条件下合成半导体材料氮化镓(GaN)固体,同时有氢气
生成[2Ga(s)+2NH3(g) 2GaN(s)+3H2(g)]。反应中,每生成 3 mol H2 时放出 30.8 kJ 的热
量。恒温恒容密闭体系内进行上述反应,下列有关表达正确的是( )
A.Ⅰ图像中如果纵坐标为正反应速率,则 t 时刻改变的条件可以为升温或加压
B.Ⅱ图像中纵坐标可以为镓的转化率
C.Ⅲ图像中纵坐标可以为化学反应速率
D.Ⅳ图像中纵坐标可以为体系内混合气体平均相对分子质量
解析:选 A。A 项,Ⅰ图像中如果纵坐标为正反应速率,升高温度或增大压强,正反应
速率会突然增大,且平衡逆向移动,图像符合题意,正确;B 项,根据题意知,该反应前后
气体分子数增大,则增大压强,平衡逆向移动,镓的转化率降低,错误;C 项,Ga 是固体,
其质量不影响反应速率,错误;D 项,反应方程式为 2Ga(s)+2NH3(g) 2GaN(s)+3H2(g)
ΔH<0,相同压强下,升高温度,平衡逆向移动,混合气体平均相对分子质量增大;相同温
度下,增大压强,平衡逆向移动,混合气体平均相对分子质量增大,错误。
7.(2020·南京高三模拟)利用下列反应可以将粗镍转化为纯度高达 99.9%的高纯镍。
反应一:
Ni(粗,s)+4CO(g) 50~80 ℃
Ni(CO)4(g) ΔH<0
反应二:
Ni(CO)4(g)180~200 ℃
Ni(纯,s)+4CO(g) ΔH>0
下列说法错误的是( )
A.对于反应一,适当增大压强,有利于 Ni(CO)4 的生成
B.提纯过程中,CO 气体可循环使用
C.升高温度,反应一的反应速率减小,反应二的反应速率增大
D.对于反应二,在 180~200 ℃,温度越高,Ni(CO)4(g)的转化率越高
解析:选 C。反应一的正反应是气体体积减小的反应,增大压强,平衡右移,有利于
Ni(CO)4 的生成,A 正确;反应一以 CO 为原料,反应二产生 CO,故 CO 可以循环使用,B
正确;升高温度,反应一和反应二的反应速率都增大,C 不正确;反应二的正反应是吸热反
应,在 180~200 ℃,温度越高,反应进行的程度越大,Ni(CO)4(g)的转化率越高,D 正确。
8.反应 2NO(g)+2H2(g)===N2(g)+2H2O(g)中,每生成 7 g N2,放出 166 kJ 的热量,该
反应的速率表达式为 v=k·cm(NO)·cn(H2)(k、m、n 待测),其反应包含下列两步:
①2NO+H2===N2+H2O2(慢)
②H2O2+H2===2H2O(快)
T ℃时测得有关实验数据如下:
序号 c(NO)/
(mol·L-1)
c(H2)/
(mol·L-1)
速率
(单位略)
Ⅰ 0.006 0 0.001 0 1.8×10-4
Ⅱ 0.006 0 0.002 0 3.6×10-4
Ⅲ 0.001 0 0.006 0 3.0×10-5
Ⅳ 0.002 0 0.006 0 1.2×10-4
下列说法错误的是( )
A.整个反应速率由第①步反应决定
B.正反应的活化能一定是①<②
C.该反应速率表达式:v=5 000c2(NO)·c(H2)
D.该反应的热化学方程式为 2NO(g)+2H2(g)===N2(g)+2H2O(g) ΔH=-664 kJ·mol-1
解析:选 B。A.①2NO+H2===N2+H2O2(慢),②H2O2+H2===2H2O(快),反应历程中反
应慢的决定反应速率,整个反应速率由第①步反应决定,正确;B.反应①难以进行,说明反
应的活化能高,正反应的活化能一定是①>②,错误;C.比较实验Ⅰ、Ⅱ中数据,NO 浓度
不变,氢气浓度增大一倍,反应速率变为原来的二倍,实验Ⅲ、Ⅳ中数据,H2 浓度不变,
NO 浓度增大一倍,反应速率变为原来的四倍,据此得到速率方程:v=kc2(NO)·c(H2),依据
实验Ⅰ中数据计算 k=5 000,则速率表达式为 v=5 000c2(NO)·c(H2),正确;D.反应 2NO(g)
+2H2(g)===N2(g)+2H2O(g)中,每生成 7 g N2,放出 166 kJ 的热量,生成 28 g N2 放热 664 kJ,
热化学方程式为 2NO(g)+2H2(g)===N2(g)+2H2O(g) ΔH=-664 kJ·mol-1,正确。
9.在一恒容的密闭容器中充入 0.1 mol·L-1 CO2、0.1 mol·L-1CH4,在一定条件下发生
反应:CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g),测得 CH4 平衡时转化率与温度、压强关系如图。
下列有关说法不正确的是( )
A.上述反应的ΔH>0
B.压强:p4>p3>p2>p1
C.1 100 ℃时该反应的平衡常数为 1.64
D.压强为 p4 时,在 Y 点:v 正
0,A 项正确;该反应为气体分子数增加的反应,压强越大,CH4 的平衡转
化率越小,故 p4>p3>p2>p1,B 项正确;1 100 ℃时,甲烷的平衡转化率为 80.00%,故平衡时
各物质的浓度分别为 c(CH4)=0.02 mol·L-1,c(CO2)=0.02 mol·L-1,c(CO)=0.16 mol·L-1,
c(H2)=0.16 mol·L-1,即该温度下的平衡常数 K=0.162×0.162
0.02×0.02
≈1.64,C 项正确;压强为 p4
时,Y 点反应未达到平衡,需增大 CH4 的转化率才能达到平衡,此时 v 正>v 逆,D 项错误。
10.(2020·盐城高三检测)同温度下,体积均为 1 L 的两个恒容密闭容器中发生可逆反应:
N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-92.6 kJ·mol-1。测得数据如表:
容器
编号
起始时各物质的物质的量/mol 达到平衡
时
体系能量
的变化
N2 H2 NH3
(1) 2 3 0 27.78 kJ
(2) 1.6 1.8 0.8 Q
下列叙述不正确的是( )
A.容器(1)(2)反应达平衡时压强相等
B.容器(2)中反应开始时 v(正)>v(逆)
C.容器(2)中反应达平衡时,吸收的热量 Q 为 9.26 kJ
D.若条件为“绝热恒容”,容器(1)中反应达平衡时 n(NH3)<0.6 mol
解析:选 B。分析容器(1)(2)中的反应可知,二者可建立等效平衡,所以二者的平衡状
态相同,因此平衡时两个容器内压强相等,A 项正确;根据容器(1)中反应达到平衡时体系
能量的变化可知,该反应中转化的 N2 为 27.78 kJ
92.6 kJ·mol-1
=0.3 mol,根据三段式分析:
N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)
c(始)/(mol·L-1) 2 3 0
c(变)/(mol·L-1) 0.3 0.9 0.6
c(平)/(mol·L-1) 1.7 2.1 0.6
K = c2(NH3)
c(N2)·c3(H2)
= 0.62
1.7×2.13
≈ 0.023 。 容 器 (2) 中 反 应 开 始 时 , 浓 度 商 Qc =
c2(NH3)
c(N2)·c3(H2)
= 0.82
1.6×1.83
≈0.069>K,所以反应向逆反应方向进行,v(正)T1
B.a、b 两点的反应速率:b>a
C.为了提高 Br2(g)的转化率,可采取增加 Br2(g)通入量的方法
D.b 点比 a 点体系的颜色深
解析:选 BD。A 项,根据反应:H2(g)+Br2(g) 2HBr(g) ΔH<0,升温,平衡向逆
反应方向移动,H2 的体积分数增大,根据图示变化,可知 T1>T2,错误;B 项,b 点 Br2 的
浓度比 a 点 Br2 的浓度大,反应速率也大,正确;C 项,增加 Br2(g)的通入量,Br2(g)的转化
率减小,错误;D 项,b 点对 a 点来说,是向 a 点体系中加入 Br2 使平衡向正反应方向移动,
尽管 Br2 的量在新基础上会减小,但是 Br2 的浓度比原来会增加,导致 Br2 的浓度增加,颜
色变深,即 b 点比 a 点体系的颜色深,正确。
12.热催化合成氨面临的两难问题是:采用高温增大反应速率的同时会因平衡限制导致
NH3 产率降低。我国科研人员研制了 TiHFe 双温区催化剂(TiH 区域和 Fe 区域的温度差可
超过 100 ℃)。TiHFe 双温区催化合成氨的反应历程如图所示,其中吸附在催化剂表面上的
物种用*标注。下列说法正确的是( )
A.①为 N≡N 键的断裂过程
B.①②③在高温区发生,④⑤在低温区发生
C.④为 N 原子由 Fe 区域向 TiH 区域的传递过程
D.使用 TiHFe 双温区催化剂使合成氨反应转变为吸热反应
解析:选 BC。A 选项,经历①过程之后氮气分子被催化剂吸附,并没有变成氮原子,
A 错误。B 选项,①为催化剂吸附 N2 的过程,②为形成过渡态的过程,③为 N2 解离为 N 的
过程,以上都需要在高温区进行。④⑤在低温区进行是为了增大平衡产率,B 正确。C 选项,
由题中图示可知,过程④完成了 TiHFe+*N 到 TiH*NFe 两种过渡态的转化,N 原子由
Fe 区域向 TiH 区域传递,C 正确。D 选项,化学反应不会因加入催化剂而改变吸放热情况,
D 错误。
13.(2020·苏州高三月考)将一定量的 NO2 充入注射器中后封口,如图是在拉伸和压缩
注射器的过程中气体透光率随时间的变化(气体颜色越深,透光率越小)。已知反应:2NO2(红
棕色) N2O4(无色) ΔH<0。下列说法正确的是( )
A.b 点的操作是拉伸注射器
B.c 点与 a 点相比,c(NO2)增大,c(N2O4)减小
C.d 点:v(正)>v(逆)
D.若注射器绝热(不与外界进行热交换),则压缩达新平衡后平衡常数 K 减小
解析:选 D。A 项,b 点后的拐点透光率下降,说明颜色加深,c(NO2)增大,若是拉伸
注射器,体积增大,则 c(NO2) 减小,不符合题意,错误;B 项,由于图示是拉伸和压缩注
射器,所以 c 点与 a 点相比,c(NO2)、c(N2O4)均增大(原理同 A 分析),错误;C 项,c 点后
的拐点透光率升高,即 c(NO2)减小,是拉伸注射器所致,平衡向逆反应方向移动,故 d 点:
v(正)K3,p2>2p3
C.v1α3(SO2)
D.c2>2c3,α2(SO3)+α3(SO2)<1
解析:选 CD。容器 2 中反应物投入量相当于容器 1 中反应物投入量的 2 倍,平衡时,
容器 2 中 SO2 的反应速率大,容器 2 中反应达到的平衡相当于容器 1 中反应达到平衡后加压,
增大压强,平衡正向移动,则平衡时 SO3 的浓度:c2>2c1,A 项错误;平衡常数仅与温度有
关,容器 3 中温度高,而该反应为放热反应,升温平衡逆向移动,平衡常数减小,则 K1>K3,
容器 1 和容器 2 中温度相同,投料量不同,平衡时 p2<2p1,升温平衡逆向移动,则平衡时
p1v1,升高温度,平衡逆向移动,SO2 的平衡转化率减小,即α1(SO2)>
α3(SO2),C 项正确;平衡时 c2>2c1,c1>c3,故 c2>2c3,假设容器 2 中投入 2 mol SO3 且保持
容器 2 和容器 3 的反应温度相同,则两容器中的反应达到的平衡完全等效,则有α2(SO3)+
α3(SO2)=1,对于容器 2 而言,相当于对容器 3 加压并降低温度,该反应是气体分子数减
小的放热反应,加压、降温均会使平衡正向移动,则α2(SO3)减小,所以α2(SO3)+α3(SO2)<1,
D 项正确。
三、非选择题:本题共 5 小题,共 60 分。
16.(8 分)固定和利用 CO2,能有效地利用资源,并减少空气中的温室气体。工业上正
在 研 究 利 用 CO2 来 生 产 甲 醇 燃 料 的 方 法 , 该 方 法 的 化 学 方 程 式 是 CO2(g) +
3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-49.0 kJ/mol。
某科学实验将 6 mol CO2 和 8 mol H2 充入一容积为 2 L 的密闭容器中,测得 H2 的物质的
量随时间变化如图中实线所示:
回答下列问题:
(1)由图分析,在下列时间段内反应速率最快的时间段是________(填字母)。
a.0~1 min b.1~3 min
c.3~8 min d.8~11 min
(2)仅改变某一条件再进行实验,测得 H2 的物质的量随时间变化如图中虚线所示。与实
线 相 比 , 曲 线 Ⅰ 改 变 的 条 件 可 能 是 ________________ , 曲 线 Ⅱ 改 变 的 条 件 可 能 是
________________。
(3)下列表述能表示该反应已达平衡的是______________(填序号)。
a.容器内压强不再改变
b.容器内气体的密度不再改变
c.容器内气体的平均摩尔质量不再改变
d.容器内各物质的物质的量相等
解析:(1)曲线的斜率越大,速率越大。
(2)曲线Ⅰ与实线相比较,起点相同,达到平衡所用的时间短,反应速率加快,且平衡
时 n(H2)增大,改变的条件应是升高温度,使平衡左移;曲线Ⅱ与实线相比较,起点相同,
达到平衡所用的时间短,反应速率加快, 且平衡时 n(H2)减小,改变的条件应是增大压强,
使平衡右移。
(3)反应 CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-49.0 kJ/mol 是正反应气体体积
减小的放热反应。容器内压强、气体平均摩尔质量不再改变,说明气体的总物质的量不再改
变,a、c 符合题意;容器的体积不变,质量不变,密度始终不变,b 不符合题意;容器内各
物质的物质的量相等,不一定达到平衡,d 不符合题意。
答案:(1)a (2)升高温度 增大压强 (3)ac
17.(10 分)聚乙烯醇生产过程中会产生大量副产物乙酸甲酯,其催化醇解反应可用于制
备甲醇和乙酸己酯,该反应的化学方程式为
CH3COOCH3(l)+C6H13OH(l)
催化剂
△
CH3COOC6H13(l)+CH3OH(l)
已知 v 正=k 正·x(CH3COOCH3)·x(C6H13OH),v 逆=k 逆·x(CH3COOC6H13)·x(CH3OH),其
中 v 正、v 逆为正、逆反应速率,k 正、k 逆为速率常数,x 为各组分的物质的量分数。
(1)反应开始时,己醇和乙酸甲酯按物质的量之比 1∶1 投料,测得 348 K、343 K、338 K
三个温度下乙酸甲酯转化率(α)随时间(t)的变化关系如图所示。
该醇解反应的ΔH________0(填“>”或“<”)。348 K 时,以物质的量分数表示的化学平衡
常数 Kx=________(保留 2 位有效数字)。在曲线①②③中,k 正 -k 逆值最大的曲线是
________;A、B、C、D 四点中,v 正最大的是________,v 逆最大的是________。
(2)343 K 时,己醇和乙酸甲酯按物质的量之比 1∶1、1∶2 和 2∶1 进行初始投料。则
达到平衡后,初始投料比________时,乙酸甲酯转化率最大;与按 1∶2 投料相比,按 2∶1
投料时化学平衡常数 Kx________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(3)该醇解反应使用离子交换树脂做催化剂,下列关于该催化剂的说法正确的是
________。
a.参与了醇解反应,但并不改变反应历程
b.使 k 正和 k 逆增大相同的倍数
c.降低了醇解反应的活化能
d.提高乙酸甲酯的平衡转化率
解析:(1)根据图像,①的速率最快,说明①对应的是最高温度 348 K,温度升高,平衡
转化率增大,说明正向是吸热的,所以ΔH>0。348 K 时,设初始投入 CH3COOCH3 和 C6H13OH
都为 1 mol,则有
CH3COOCH3(l)+C6H13OH(l)
催化剂
△
CH3COOC6H13(l)+CH3OH(l)
起始
/mol
1 1 0 0
转化
/mol
0.64 0.64 0.64 0.64
平衡
/mol
0.36 0.36 0.64 0.64
代入平衡常数表达式:Kx=x(CH3COOC6H13)·x(CH3OH)/[x(CH3COOCH3)·x(C6H13OH)]=
0.32×0.32/(0.18×0.18)=3.2。
k 正、k 逆是温度的函数,根据平衡移动的规律,k 正受温度影响更多,因此温度升高,k 正
增 大 的 程 度 大 于 k 逆 , 因 此 k 正 - k 逆 值 最 大 的 曲 线 是 ① 。 根 据 v 正 = k 正
x(CH3COOCH3)·x(C6H13OH) , v 逆 = k 逆 x(CH3COOC6H13)·x(CH3OH) , A 点
x(CH3COOCH3)·x(C6H13OH)大,温度高,因此 A 点 v 正最大,C 点 x(CH3COOC6H13)·x(CH3OH)
大且温度高,因此 C 点 v 逆最大。
(2)增大己醇的投入量,可以增大乙酸甲酯转化率,因此 2∶1 时乙酸甲酯转化率最大。
化学平衡常数 Kx 只与温度有关,因此投料比改变而 Kx 不变。
(3)催化剂参与了醇解反应,改变了反应历程,a 错误;催化剂不影响化学平衡,说明催
化剂使 k 正和 k 逆增大相同倍数,b 正确;催化剂能够降低反应的活化能,c 正确;催化剂不
改变化学平衡,d 错误。因此选择 bc。
答案:(1)> 3.2 ① A C
(2)2∶1 不变
(3)bc
18.(14 分)(2018·浙江 11 月选考)合成氨工艺(流程如
图所示)是人工固氮最重要的途径。2018 年是合成氨工业
先驱哈伯(F·Haber)获得诺贝尔奖 100 周年。N2 和 H2 生成
NH3 的反应为 1
2N2(g)+3
2H2(g) NH3(g)
ΔH(298 K)=-46.2 kJ·mol-1。
在 Fe 催化剂作用下的反应历程为(*表示吸附态):
化学吸附:N2(g)→2N*;H2(g) 2H*
表面反应:N*+H* NH*;NH*+H* NH*2;NH*2+H* NH*3
脱附:NH*3 NH3(g)
其中,N2 的吸附分解反应活化能高、速率慢,决定了合成氨的整体反应速率。
请回答:
(1)利于提高合成氨平衡产率的条件有________。
A.低温 B.高温 C.低压 D.高压 E.催化剂
(2)标准平衡常数 K = pNH3/p
(pN2/p )0.5(pH2/p )1.5
,其中 p 为标准压强(1×105Pa),pNH3、
pN2 和 pH2 为各组分的平衡分压,如 pNH3=xNH3p,p 为平衡总压,xNH3 为平衡系统中 NH3 的
物质的量分数。
①N2 和 H2 起始物质的量之比为 1∶3,反应在恒定温度和标准压强下进行,NH3 的平衡
产率为ω,则 K =________(用含ω的最简式表示)。
②下图中可以示意标准平衡常数 K 随温度 T 变化趋势的是________。
(3)实际生产中,常用工艺条件:Fe 做催化剂,控制温度 773 K、压强 3.0×107 Pa,原
料气中 N2 和 H2 物质的量之比为 1∶2.8。
①分析说明原料气中 N2 过量的理由:____________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②关于合成氨工艺的下列理解,正确的是________。
A.合成氨反应在不同温度下的ΔH 和ΔS 都小于零
B.控制温度(773 K)远高于室温,是为了保证尽可能高的平衡转化率和快的反应速率
C.当温度、压强一定时,在原料气(N2 和 H2 的比例不变)中添加少量惰性气体,有利于
提高平衡转化率
D.基于 NH3 有较强的分子间作用力可将其液化,不断将液氨移去,利于反应正向进行
E.分离空气可得 N2,通过天然气和水蒸气转化可得 H2,原料气须经过净化处理,以
防止催化剂中毒和安全事故发生
解析:(1)根据勒夏特列原理,对于制备氨的反应,加压或降温有助于平衡正向移动。
(2)①设初始氮气为 x mol,氢气为 3x mol。列“三段式”:
1
2N2(g)+3
2H2(g) NH3(g)
初始/mol x 3x 0
转化/mol xω 3xω 2xω
平衡/mol x(1-ω) 3x(1-ω) 2xω
计算体积分数,代入公式,得 K = 4ω(2-ω)
3 3(1-ω)2
。
②K 随温度增大而减小,而且根据 K 表达式可知 K 与 T 不是线性关系,故选 A。
(3)①根据题意,从提高转化率和提高反应速率角度来分析,原料中的氮气易得,适度
过量有利于提高氢气的转化率;氮气在铁催化剂上的吸附分解是决定反应速率的步骤,适度
过量有利于提高整体的反应速率。
②B 项,升温会使平衡逆向移动,平衡转化率减小;C 项相当于减小了分压,平衡逆向
移动,平衡转化率减小。
答案:(1)AD (2)① 4ω(2-ω)
3 3(1-ω)2
②A
(3)①原料气中 N2 相对易得,适度过量有利于提高 H2 的转化率;N2 在 Fe 催化剂上的吸
附分解是决速步骤,适度过量有利于提高整体反应速率 ②ADE
19.(14 分)(2020·石家庄高三模拟)汽车尾气中含有 NO、CO 和碳颗粒等有害物质,已
成为某些大城市空气的主要污染源。
(1)汽车燃料中一般不含氮元素,汽缸中生成 NO 的原因为_______________________
________________________________________________________________________;
(用化学方程式表示,为可逆反应);汽车启动后,汽缸内温度越高,单位时间内 NO 排
放量越大,试分析其原因:______________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)治理汽车尾气中 NO 和 CO 污染的一种方法是将其转化为无害的 CO2 和 N2,反应原
理为 2NO(g)+2CO(g) 2CO2(g)+N2(g) ΔH<0。某研究小组在三个容积均为 5 L 的恒容
密闭容器中,分别充入 0.4 mol NO 和 0.4 mol CO,在三种不同实验条件下进行上述反应(体
系各自保持温度不变),反应体系总压强随时间的变化如图所示:
①实验Ⅱ从开始至达到平衡时的反应速率 v(NO)=____________________。
② 图 中 三 组 实 验 从 开 始 至 达 到 平 衡 时 的 反 应 速 率 v(NO) 由 大 到 小 的 顺 序 为
____________(填实验序号)。
③与实验Ⅱ相比,实验Ⅰ和实验Ⅲ分别仅改变一种反应条件,所改变的条件和判断的理
由分别为
实验Ⅰ______________________________________________________________;
实验Ⅲ___________________________________________________________。
④ 三 组 实 验 中 CO 的 平 衡 转 化 率 α Ⅰ (CO) 、 α Ⅱ (CO) 和 α Ⅲ (CO) 的 大 小 关 系 为
________________________________________________________________________。
⑤实验Ⅲ的平衡常数 K=________。
解析:(1)氮气与氧气在高温下反应生成 NO,反应的方程式为 N2+O2
高温
2NO;
温度升高,反应速率加快,单位时间内 NO 排放量大。
(2)①设参加反应的 NO 为 x mol,则:
2NO(g)+2CO(g) 2CO2(g)+N2(g)
开始/mol 0.4 0.4 0 0
转化/mol x x x 0.5x
平衡/mol 0.4-x 0.4-x x 0.5x
恒温恒容条件下,压强之比等于物质的量之比,则(0.4+0.4)∶(0.4-x+0.4-x+x+0.5x)
=320∶250,解得 x=0.35,故 v(NO)=
0.35 mol
5 L
40 min
=1.75×10-3mol·L-1·min-1。②反应速率
越快,到达平衡时间越短,由图可知反应速率:Ⅲ>Ⅰ>Ⅱ。③对比Ⅱ、Ⅰ可知,Ⅰ到达平
衡时间缩短且起始压强增大,应是升高温度;对比Ⅱ、Ⅲ可知,起始和平衡时压强均不变,
Ⅲ到达平衡时间缩短,应是使用催化剂。④根据③中分析可知,Ⅱ、Ⅲ相比,平衡不移动,
故 CO 转化率不变,即αⅡ(CO)=αⅢ(CO)。Ⅰ与Ⅱ相比,Ⅰ中温度较高,正反应为放热反应,
平衡向逆反应方向移动,CO 的转化率减小,即αⅠ(CO)<αⅡ(CO),故转化率αⅡ(CO)=αⅢ(CO)
>αⅠ(CO)。⑤Ⅱ、Ⅲ温度相同,平衡常数相同,结合①中计算可知平衡时 NO 浓度为 0.01
mol·L-1,CO 浓度为 0.01 mol·L-1,CO2 的浓度为 0.07 mol·L-1,N2 的浓度为 0.035 mol·L-1,
平衡常数 K= c2(CO2)·c(N2)
c2(NO)·c2(CO)
=0.072×0.035
0.012×0.012
=17 150。
答案:(1)N2+O2
高温
2NO 温度升高,反应速率加快
(2)①1.75×10-3 mol· L-1·min-1
②Ⅲ>Ⅰ>Ⅱ
③升高温度;达到平衡的时间比Ⅱ缩短,起始压强增大
加催化剂;达到平衡的时间比Ⅱ缩短,平衡没有移动
④αⅡ(CO)=αⅢ(CO)>αⅠ(CO)
⑤17 150
20.(14 分)煤燃烧排放的烟气含有 SO2 和 NOx,形成酸雨、污染大气,采用 NaClO2 溶
液作为吸收剂可同时对烟气进行脱硫、脱硝。回答下列问题:
(1)NaClO2 的化学名称为________________。
(2)在鼓泡反应器中通入含有 SO2 和 NO 的烟气,反应温度为 323 K,NaClO2 溶液浓度
为 5×10-3mol·L-1。反应一段时间后溶液中离子浓度的分析结果如下表。
离子 SO2-
4 SO2-
3 NO-
3 NO-
2 Cl-
c/(mol·L-1)
8.35×1
0-4
6.87×
10-6
1.5×10
-4
1.2×10
-5
3.4×
10-3
① 写 出 NaClO2 溶 液 脱 硝 过 程 中 主 要 反 应 的 离 子 方 程 式 :
_______________________________________________________________________________
___________。
增加压强,NO 的转化率________(填“提高”“不变”或“降低”)。
②随着吸收反应的进行,吸收剂溶液的 pH 逐渐________ (填“增大”“不变”或“减
小”)。
③由实验结果可知,脱硫反应速率________脱硝反应速率(填“大于”或“小于”)。原
因是除了 SO2 和 NO 在烟气中的初始浓度不同,还可能是_______________________
________________________。
(3)在不同温度下,NaClO2 溶液脱硫、脱硝的反应中 SO2 和 NO 的平衡分压 pc 如图所示。
①由图分析可知,反应温度升高,脱硫、脱硝反应的平衡常数均________(填“增
大”“不变”或“减小”)。
②反应 ClO-
2 +2SO2-
3 ===2SO2-
4 +Cl-的平衡常数 K 表达式为____________________。
(4)如果采用 NaClO、Ca(ClO)2 替代 NaClO2,也能得到较好的烟气脱硫效果。
①从化学平衡原理分析,Ca(ClO)2 相比 NaClO 具有的优点是_______________
________________________________________________________________________。
②已知下列反应:
SO2(g)+2OH- (aq) ===SO2-
3 (aq)+H2O(l) ΔH1
ClO- (aq)+SO2-
3 (aq)===SO2-
4 (aq)+Cl-(aq) ΔH2
CaSO4(s)===Ca2+(aq)+SO2-
4 (aq) ΔH3
则反应 SO2(g)+Ca2+(aq)+ClO-(aq)+2OH- (aq) === CaSO4(s)+H2O(l)+Cl- (aq)的ΔH
=________________________________________________________________________。
解析:(1)NaClO2 中氯元素的化合价为+3,NaClO2 的名称是亚氯酸钠。(2)①NaClO2 溶
液脱硝过程中,NO 转化为 NO-
3 、NO-
2 ,主要转化为 NO-
3 ,书写离子方程式时运用得失电子
守恒、电荷守恒和元素守恒,得到 4NO+3ClO-
2 +4OH-===4NO-
3 +2H2O+3Cl-。上述反应
是气体分子数减小的反应,增大压强有利于反应正向进行,使 NO 的转化率提高。②根据上
述反应可知,随着吸收反应的进行,溶液中 c(H+)逐渐增大,pH 逐渐减小。③由实验结果看
出,溶液中含硫离子的浓度大于含氮离子的浓度,所以脱硫反应速率大于脱硝反应速率。这
可能是因为 NO 溶解度较低、脱硝反应活化能较高等。(3)①纵坐标是平衡分压的负对数,
反应温度升高,SO2 和 NO 的平衡分压的负对数减小,即平衡分压增大,说明平衡逆向移动,
所以平衡常数减小。②根据平衡常数表达式的规则书写即可。(4)①如果使用 Ca(ClO)2,则
生成的 SO 2-
4 会与 Ca2+结合,生成 CaSO4 沉淀,促使脱硫反应正向进行,提高 SO2 的转化率。
②设三个反应依次是 a、b、c,根据盖斯定律,由 a+b-c 得 SO2(g)+Ca2+(aq)+ClO-(aq)
+2OH-(aq)===CaSO4(s)+H2O(l)+Cl-(aq) ΔH=ΔH1+ΔH2-ΔH3。
答案:(1)亚氯酸钠
(2)①4NO+3ClO-
2 +4OH-===4NO-
3 +2H2O+3Cl- 提高 ②减小 ③大于 NO 溶解
度较低(或脱硝反应活化能较高)
(3)①减小 ② c2(SO2-
4 )·c(Cl-)
c2(SO2-
3 )·c(ClO-
2 )
(4)①形成 CaSO4 沉淀,反应平衡正向移动,SO2 转化率提高 ②ΔH1+ΔH2-ΔH3