【化学】河北省石家庄市第二中学2019-2020学年高一下学期期末考试模拟考试试题(解析版)
河北省石家庄市第二中学2019-2020学年高一下学期期末考试模拟考试试题
1.下列事实不能用平衡移动原理解释的是( )
A. 开启啤酒瓶后,瓶中马上泛起大量泡沫
B. 由H2(g)、I2(g)、HI(g)组成的平衡体系加压后颜色变深
C. 实验室制取乙酸乙酯时,将乙酸乙酯不断蒸出
D. 石灰岩受地下水长期溶蚀形成溶洞
【答案】B
【解析】
【详解】A.啤酒中存在平衡:H2CO3H2O+CO2,开启啤酒瓶,瓶内压强降低,平衡向气体体积增大的方向移动,即向生成二氧化碳气体的方向移动,故能用平衡移动原理解释,A不选;
B.反应H2+I22HI是一个反应前后气体分子数不变的反应,压强改变并不能使平衡发生移动,混合气体加压后颜色变深,是因为I2的浓度增大,不能用平衡移动原理解释,B选;
C.实验室制取乙酸乙酯时,采用加热的方式将乙酸乙酯不断蒸出,从而平衡向生成乙酸乙酯的方向移动,能用平衡移动原理解释,C不选;
D.石灰岩形成与反应:CaCO3+CO2+H2OCa(HCO3)2,能用平衡移动原理解释,D不选;
答案选B。
2.可逆反应A(aq)+B(aq)C(l)+D(aq) ΔH=-50kJ·mol-1,下列有关该反应的叙述正确的是( )
A. 正反应活化能小于50 kJ·mol-1
B. 逆反应活化能不小于50 kJ·mol-1
C. 正反应活化能大于50 kJ·mol-1
D. 逆反应活化能比正反应活化能小50 kJ·mol-1
【答案】B
【解析】
【分析】
【详解】某反应的△H=-50kJ·mol-1,则正反应的活化能-逆反应的活化能=-50kJ·mol-1,说明正反应的活化能比逆反应的活化能小50kJ·mol-1,逆反应活化能不小于50 kJ·mol-1,正反应活化能大小不能确定,只有B正确;
故选B。
3.已知:2CH3COCH3(1)CH3COCH2COH(CH3)2(1)。取等量CH3COCH3分别在0℃和20℃下反应,测得其转化率(α)随时间(t)变化的关系曲线如图所示。下列说法正确的是
A. 曲线Ⅱ表示20℃时的转化反应
B. 升高温度能提高反应物的平衡转化率
C. 在a点时,曲线Ⅰ和Ⅱ表示反应的化学平衡常数相等
D. 化学反应速率的大小顺序为:d>b>c
【答案】D
【解析】A.曲线Ⅰ比曲线Ⅱ变化快,说明曲线Ⅰ的温度高,故A错误;B.曲线Ⅰ比曲线Ⅱ的温度高,但是转化率低,说明升温平衡逆向移动,转化率降低,故B错误;C. 曲线Ⅰ和曲线Ⅱ对应的温度不同,化学平衡常数只与温度有关,所以曲线Ⅰ和Ⅱ
表示反应的化学平衡常数不相等,故C错误;D.反应开始反应物的浓度最大,随着反应物的浓度减小速率也逐渐减小,所以d处速率大于b处,因为曲线Ⅰ的温度高所以,b处速率大于c处,故D正确;本题选D。
4.下列有关说法不正确的是( )
A. Na与H2O的反应是熵增的放热反应,该反应能自发进行
B. 某吸热反应能自发进行,因此该反应一定是熵增反应
C. 通常情况下,一个放热且熵增的反应也有可能非自发进行
D. 反应NH3(g)+HCl(g)====NH4Cl(s)在室温下可自发进行,则该反应的ΔH <0
【答案】C
【解析】A、根据△G=△H-T·△S可知,当反应是熵增放热的反应时,一定满足△H-T△S<0,反应一定是自发进行的,选项A正确;B、吸热反应可以自发进行,△H>0,若满足△H-T△S<0,必须是熵增的反应,选项B正确;C、根据△G=△H-T·△S可知,当反应是熵增放热的反应时,一定满足△H-T△S<0,反应一定不可能为非自发进行,选项C不正确;D、反应NH3(g)+HCl(g)=NH4Cl(s)为熵减的反应,若在室温下可自发进行,根据△G=△H-T·△S,必须△H-T·△S<0,而△S<0,则一定得△H<0,才有可能△G<0,选项D正确。答案选C。
5.在某恒容密闭容器中进行如下可逆反应:2M(g)+N(g)W(?)+4Q(g)△H<0,起始投料只有M和N。下列示意图正确且能表示该可逆反应达到平衡状态的是( )
A. B.
C. D.
【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】A.当W为固体或液体时,随着反应的进行,气体质量越来越小,又由于容器的体积固定,所以密度应该越来越小;当W为气体时,质量一直不变,所以密度也一直不变,A错误;
B.由于反应是在恒容的密闭容器中进行,无论W的状态是气态、液态还是固态,该反应是气体体积增大的反应,随着反应的进行气体的物质的量逐渐增大,压强逐渐增大,当反应达到平衡时,压强不再增大,与反应事实不符合,B错误;
C.无论反应是否进行,也无论是否达到平衡状态,反应热都不会发生变化,故不能判断反应是否处于平衡状态,C错误;
D.由于该反应是气体体积增大的反应,所以随着反应的进行,气体分子数逐渐增多,当达到平衡时,气体分子数就不再发生变化,故可以判断反应处于平衡状态,D正确;
故选D。
6.下列说法不正确的是( )
A. 有气体参与的反应,增大压强,活化分子数增大,化学反应速率增大
B. 升高温度,活化分子百分数增大,化学反应速率增大
C. 增大反应物浓度,单位体积活化分子数增大,化学反应速率增大
D. 使用催化剂能降低反应的活化能,使活化分子百分数增大,化学反应速率增大
【答案】A
【解析】
【详解】A. 通过压缩体积,增大压强,活化分子数目不变,分子总数目不变,则活化分子百分数不变,但是单位体积内活化分子数目增加,有效碰撞几率增加,化学反应速率增大,A错误;
B. 升高温度,分子的能量增加,使某些分子变成活化分子,活化分子数目增加,分子总数目不变,活化分子百分数增大,化学反应速率增大,B正确;
C. 增大反应物浓度,活化分子数目增加,即单位体积活化分子数增大,有效碰撞机会增大,则反应速率加快,C正确;
D. 使用催化剂,反应活化能降低,使大部分分子变成了活化分子,有效碰撞几率增加,化学反应速率增大,D正确;
答案选A。
7.在恒温恒容的密闭容器中,发生反应:3A(g)+B(g)xC(g)。
Ⅰ.将3molA和2molB在一定条件下反应,达平衡时C的体积分数为a。
Ⅱ.若起始时A、B、C投入的物质的量分别为n(A)、n(B)、n(C),平衡时C的体积分数也为a。下列说法正确的是( )
A. 若Ⅰ达平衡时,加入3molA,则重新达到平衡时C的体积分数一定减小
B. 若向Ⅰ平衡体系中再加入3molA和2molB,C的体积分数若大于a,可断定x>4
C. 若x=2,则Ⅱ体系起始物质的量应满足3n(B)>n(A)+3
D. 若Ⅱ体系起始物质的量满足3n(C)+8n(A)=12n(B),则可判断x=4
【答案】D
【解析】
【详解】A.由于x值不确定,则若Ⅰ达平衡时,加入3molA,平衡向正反应方向移动,重新达到平衡时生成的C无法计算,C的体积分数可能增大也可能减小,故A错误;
B.因容器体积不变,若x=4时,C的体积分数应为a,现大于a,x应小于4,促进平衡正向移动,故B错误;
C.由恒温恒容时,当n(A)、n(B)、n(C)为起始物质的量,平衡时n(C)的体积分数仍为a,则n(A)+n(C)=3,n(B)+n(C)=2,若x=2,二者联式可得3n(B)=n(A)+3,故C错误;
D.由恒温恒容时,当n(A)、n(B)、n(C)为起始物质的量,平衡时n(C)的体积分数仍为a,n(A)+n(C)=3,n(B)+n(C)=2,若x=4,二者联式可得3n(C)+8n(A)═12n(B),故D正确;
答案选D。
8.在体积和温度不变的密闭容器中充入amolX和足量Y,发生反应:2X(g)+Y(s)Z(g)+W(g),建立平衡后,若再加入bmolX,下列判断不正确的是( )
A. 平衡正向移动 B. X的转化率不变
C. X的转化率减小 D. Y的转化率增大
【答案】C
【解析】
【分析】X为气体,Y为固体,反应前后气体体积不变,加入X气体后达到平衡状态相当于增大压强,X的平衡转化率不变,Y的平衡转化率增加。根据此分析回答问题。
【详解】A.加入X物质后,反应物浓度增大,平衡正向移动,A选项正确。
B.反应前后气体体积不变,加入X气体后达到平衡状态,相当于增大压强,X的平衡转化
率不变,B选项正确。
C.X的平衡转化率不变,C选项错误。
D.加入X后平衡正向移动,Y的转化率增大,故D选项正确。
故答案为C。
9.在恒压、NO和O2的起始浓度一定的条件下,催化反应相同时间,测得不同温度下NO转化为NO2的转化率如图中实线所示(图中虚线表示相同条件下NO的平衡转化率随温度的变化)。下列说法不正确的是( )
A. 反应2NO(g)+O2(g)=2NO2(g)的ΔH<0
B. 图中X点所示条件下,延长反应时间能提高NO转化率
C. 图中Y点所示条件下,增加O2的浓度不能提高NO转化率
D. 380℃下,c起始(O2)=5.0×10−4mol·L−1,NO平衡转化率为50%,则平衡常数K>2000
【答案】C
【解析】
【详解】A.根据图知,升高温度NO转化率降低,说明升高温度平衡逆向移动,升高温度平衡向吸热方向移动,则正反应为放热反应,△H<0,故A正确;
B.图中X点在该温度下没有达到平衡状态,此点反应正向移动,所以延长时间能提高NO转化率,故B正确;
C.Y点为该温度下的平衡点,增大反应物O2浓度,平衡正向移动,从而提高NO转化率,故C错误;
D.设消耗的c(O2)=xmol/L,根据方程式知,消耗的c(NO)=2c(O2)=2xmol/L,NO的转化率为50%,则c起始(NO)=4xmol/L,平衡时c(NO)=2xmol/L、c(NO2)=2xmol/L,c(O2)=(5.0×10−4-x)mol/L,化学平衡常数K==>2000,故D正确;
故答案选C。
10.我国科研人员提出了由CO2和CH4转化为高附加值产品CH3
COOH的催化反应历程,该历程示意图如下所示。
下列说法不正确的是( )
A. 生成CH3COOH总反应的原子利用率为100%
B. CH4→CH3COOH过程中,有C—H键发生断裂
C. ①→②放出能量并形成了C—C键
D. 该催化剂可有效提高反应物的平衡转化率
【答案】D
【解析】分析:A项,生成CH3COOH的总反应为CH4+CO2CH3COOH,原子利用率为100%;B项,CH4选择性活化变为①过程中,有1个C-H键发生断裂;C项,根据图示,①的总能量高于②的总能量,①→②放出能量并形成C-C键;D项,催化剂只影响化学反应速率,不影响化学平衡,不能提高平衡转化率。
详解:A项,根据图示CH4与CO2在催化剂存在时生成CH3COOH,总反应为CH4+CO2CH3COOH,只有CH3COOH一种生成物,原子利用率为100%,A项正确;B项,CH4选择性活化变为①过程中,有1个C-H键发生断裂,B项正确;C项,根据图示,①的总能量高于②的总能量,①→②放出能量,对比①和②,①→②形成C-C键,C项正确;D项,催化剂只影响化学反应速率,不影响化学平衡,不能提高反应物的平衡转化率,D项错误;答案选D。
11.在甲、乙、丙三个不同密闭容器中按不同方式投料,一定条件下发生反应(起始温度和起始体积相同):N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0,相关数据如下表所示:
容器
甲
乙
丙
相关条件
恒温恒容
绝热恒容
恒温恒压
反应物投料
1mol N2、3mol H2
2mol NH3
2mol NH3
平衡时容器体积
V(甲)
V(乙)
V(丙)
反应的平衡常数K
K(甲)
K(乙)
K(丙)
平衡时NH3的浓度c/mol·L-1
c(甲)
c(乙)
c(丙)
平衡时NH3的反应速率
v/mol·L-1·min-1
v(甲)
v(乙)
v(丙)
下列说法正确的是( )
A. V(甲)>V(丙) B. K(乙)<K(丙)
C. c(乙)>c(甲) D. v(甲)=v(丙)
【答案】BC
【解析】
【详解】A、甲与充入2mol氨气是等效平衡,合成氨的逆反应是气体物质的量增大的反应,甲是恒温恒容条件,丙是恒温恒压条件,达平衡时,丙的容器的体积大于甲的体积,所以V(甲)
V(甲),所以丙需减小容器的体积才能达到与甲等效的平衡,而体积减小,压强增大,平衡正向移动,氨气的物质的量浓度增大,所以甲中氨气的浓度大于丙中氨气的浓度,则v(甲)>v(丙),故D错误;
答案选BC
12.将固体NH4I置于密闭容器中,在一定温度下发生下列反应:①NH4I(s)NH3(g)+HI(g)②2HI(g)H2(g)+I2(g),达平衡时,c(H2)=1mol•L-1,c(HI)=4mol•L-1,此温度下反应①的平衡常数为( )
A. 9 B. 36 C. 20 D. 24
【答案】D
【解析】
【详解】平衡时碘化氢的浓度为4mol/L,碘化氢分解生成的氢气的浓度为1mol/L,则碘化铵分解生成的碘化氢的浓度为4mol/L+2mol/L=6mol/L,所以碘化铵分解生成的氨气的浓度为6mol/L,反应①的平衡常数K=c(NH3)×c(HI)=6×4=24。
答案选D。
13.CH4是一种重要的化工原料,工业上以CH4为原料制备H2的原理为CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)。在一定条件下向a、b两个恒温恒容的密闭容器中均通入1.1mol CH4(g)和1.1 mol H2O(g),测得两容器中CO的物质的量随时间的变化曲线分别为a和b。已知容器a的体积为10L,温度为Ta。下列说法正确的是( )
A. a、b两容器的温度不可能相同
B. 在达到平衡前,容器a的压强保持不变
C. 该反应在Ta温度下的平衡常数为2700(mol·L-1)2
D. 容器a中CH4从反应开始到恰好平衡时的平均反应速率为0.25mol·L-1·min-1
【答案】A
【解析】
【分析】通过图像可知,平衡时a装置中的CO的物质的量比b装置中的CO的物质的量大,反应时间短,说明a中化学反应速率较大。在两容器中起始投料相同的条件下,加快化学反应速率的措施有升高温度和增大压强两种方法。若a中压强较大,则相对于b来说,平衡逆向移动,CO的物质的量会小于b,故不可能;若a中温度高于b,相对于b来说,平衡正向移动,CO的浓度增大,则该反应的△H>0,有可能。
【详解】A.通过图像可知,平衡时a装置中的CO的物质的量比b装置中的CO的物质的量大,反应时间短,说明a中化学反应速率较大。在两容器中起始投料相同的条件下,加快化学反应速率的措施有升高温度和增大压强两种方法。若a中压强较大,则相对于b来说,平衡逆向移动,CO的物质的量会小于b,故不可能;若a中温度高于b,相对于b来说,平衡正向移动,CO的浓度增大,则该反应的△H>0,有可能。综上所述,a、b两容器中的温度不可能相同,A正确;
B.a为恒温恒容装置,压强与物质的量成正比,反应前反应物减少,生成物增多,总物质的量增大,压强增大,B错误;
C. CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)
初始量 1.1 1.1 0 0
反应量 1 1 1 3
平衡量 0.1 0.1 1 3 K=0.1×0.33/(0.01×0.01)=27,C错误;
D. 容器a中CH4从反应开始到恰好平衡时的平均反应速率=1/(10×4)=0.025 mol·L-1·min-1,D错误;
答案A
14.I2在KI溶液中存在平衡:I2(aq)+I-(aq)I3-(aq),某I2、KI混合溶液中,c(I3-)与温度T的平衡曲线图如图。下列说法不正确的是( )
A. 反应I2(aq)+I-(aq)I3-(aq)的△H>0
B. 若温度为T1、T2,反应的平衡常数分别为K1、K2,则K1>K2
C. 若反应进行到状态d时,一定有正>逆
D. 状态a与状态b相比,状态a的c(I2)小
【答案】A
【解析】
【详解】A. 根据图像可知随着温度的升高,c(I3-)逐渐减小,说明升高温度平衡向逆反应方向进行,因此正反应是放热反应,即△H小于0,A错误;
B. 升高温度平衡向逆反应方向进行,平衡常数减小,若温度为T1、T2,反应的平衡常数分别为K1、K2,则K1>K2,B正确;
C. d点不在曲线上,所以d点没有达到平衡状态,如果达到平衡状态,则在温度不变的条件下c(I3-)应该增大,所以此时反应向正反应方向进行,即正反应速率大于逆反应速率,C正确;
D.
b点温度高,a到b时升高温度,平衡向逆反应方向进行,则状态a与状态b相比,状态a的c(I2)小,D正确;
答案选A。
15.如图所示,隔板I固定不动,活塞Ⅱ可自由移动,M、N两个容器中均发生反应:A(g) + 2B(g)xC(g)ΔH=-192kJ·mol-1。向M、N中都通入1molA和2molB的混合气体,初始M、N容积相同,保持温度不变。下列说法正确的是( )
A. 若x=3,达到平衡后A的体积分数关系为:φ(M)>φ(N)
B. 若x>3,达到平衡后B的转化率关系为:α(M)>α(N)
C. 若x<3,C的平衡浓度关系为:c(M)>c(N)
D. x不论为何值,起始时向N容器中充入任意值的C,平衡后N容器中A的浓度均相等
【答案】D
【解析】
【详解】M容器是恒温恒容下建立的平衡,N容器是恒温恒压下建立的平衡,
A.若x=3,由于反应前后气体体积不变,N容器建立的平衡与恒温恒容下建立的平衡等效,所以达到平衡后A的体积分数关系为:φ(M)=φ(N),故A错误;
B.若x>3,由于反应后气体体积增大,N容器建立的平衡相当于恒温恒容下建立的平衡扩大容器体积,压强减小,平衡正向移动,B的转化率增大,所以达到平衡后B的转化率关系为:α(M)<α(N),故B错误;
C.若x<3,由于反应后气体体积减小,N容器建立的平衡相当于恒温恒容下建立的平衡缩小容器体积,压强增大,平衡正向移动,C的平衡浓度增大,所以C的平衡浓度关系为:c(M)<c(N),故C错误;
D.恒温恒压下,x不论为何值,起始时向N容器中充入任意值的C,一边倒后,A与B的物质的量之比都是1:2,为等效平衡,反应物的浓度相同,即平衡后N容器中A的浓度均相等,故D正确;
答案选D。
16.T ℃时,在一固定容积的密闭容器中发生反应:A(g)+B(g)C(s) ΔH<0,按照不同配比充入A、B,达到平衡时容器中A、B浓度变化如图中曲线(实线)所示,下列判断正确的是( )
A. T ℃时,该反应的平衡常数值为4
B. c点没有达到平衡,此时反应向逆向进行
C. 若c点为平衡点,则此时容器内的温度高于T ℃
D. T ℃时,直线cd上的点均为平衡状态
【答案】C
【解析】
【详解】A、根据平衡常数的表达式并结合图中曲线可知,K=1/[c(A)×c(B)]=1/4,故A错误;
B、c点没有达到平衡,如果达到平衡,应向d点移动,A、B的浓度降低,说明平衡向正反应方向移动,故B错误;
C、如果c点达到平衡,此时的平衡常数小于T℃时的平衡常数,说明平衡向逆反应方向移动,即升高温度,故C正确;
D、平衡常数只受温度的影响,与浓度、压强无关,因此曲线ab是平衡线,故D错误;
答案选C。
17.资料显示自催化作用是指反应产物之一使该反应速率加快的作用。用稀硫酸酸化的KMnO4进行下列三组实验,一段时间后溶液均褪色(0.01mol/L可以记做0.01M)。
实验①
实验②
实验③
1mL0.01M的KMnO4溶液和1mL0.1M的H2C2O4溶液混合
1mL0.01MKMnO4溶液和1mL0.1M的H2C2O4溶液混合
1mL0.01M的KMnO4溶液和1mL0.1M的H2C2O4溶液混合
褪色
比实验①褪色快
比实验①褪色快
下列说法不正确的是( )
A. 实验①中发生氧化还原反应,H2C2O4是还原剂,产物MnSO4能起自催化作用
B. 实验②褪色比①快,是因为MnSO4的催化作用加快了反应速率
C. 实验③褪色比①快,是因为Cl-的催化作用加快了反应速率
D. 若用1mL0.2M的H2C2O4做实验①,推测比实验①褪色快
【答案】C
【解析】
【详解】A. 由分析可知,实验①中发生氧化还原反应,H2C2O4化合价降低,作为还原剂,生成MnSO4,能起自催化作用,故A正确;
B. 实验②加入了MnSO4固体后,褪色比①快,说明MnSO4催化作用加快了反应速率,故B正确;
C. 实验③加入了稀盐酸之后,Cl-与KMnO4生氧化还原反应,所以褪色比①快,Cl-是还原剂不是催化剂,故C错误;
D. 若用1mL0.2M的H2C2O4做实验①,还原剂H2C2O4浓度增大,反应速率更快,更快将KMnO4消耗完,推测比实验①褪色快,故D正确;
答案选C。
18.在25 ℃时,密闭容器中X、Y、Z三种气体的初始浓度和平衡浓度如下表:
物质
X
Y
Z
初始浓度/(mol·L-1)
0.1
0.2
0
平衡浓度/(mol·L-1)
0.05
0.05
0.1
下列说法错误的是( )
A. 增大压强使平衡向生成Z的方向移动,平衡常数增大
B. 反应可表示为X+3Y2Z,其平衡常数为1600
C. 反应达平衡时,X的转化率为50%
D. 改变温度可以改变此反应的平衡常数
【答案】A
【解析】
【分析】根据表格中的数据可知反应物为X和Y,Z为生成物,X、Y、Z的浓度变化量分别为0.05mol·L-1,0.15mol·L-1,0.10mol·L-1,变化量之比等于计量数之比,因此方程式为X(g)+3Y(g)⇌2Z(g),由三段法有:
据此进行分析判断。
【详解】A.增压使平衡向生成Z的方向移动,但平衡常数只与温度有关,改变压强平衡常数不变,A错误;
B.反应可表示为X+3Y⇌2Z,其平衡常数为==1600,B正确;
C.X的转化率为=50%,C正确;
D.平衡常数只受温度的影响,温度改变时,化学平衡常数一定变化,D正确;
故选A。
19.将一定量纯净的氨基甲酸铵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(×10-3mol/L)
2.4
3.4
4.8
6.8
9.4
(1)可以判断该分解反应已经达到化学平衡的是____________(填字母序号)。
A.(NH3)=2(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.密闭容器气体的平均摩尔质量不变
(2)根据表中数据,列式计算25.0℃时的分解平衡常数____________。
(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℃下达到分解平衡。若在恒温下压缩容器体积,平衡时氨气的浓度____________(填“增加”、“减小”或“不变”)。
(4)氨基甲酸铵分解反应的焓变△H____________0,熵变△S____________0(填“>”、“=”或“<”)该反应在____________条件下有利于其自发进行。
【答案】(1). BC (2). K=c2(NH3)·c(CO2)=(´4.8×10-3)2(´4.8×10-3)=1.6×10-8 (3). 不变 (4). > (5). > (6). 高温
【解析】
【详解】(1)A. 未说反应速率的正逆,不能说明反应达到平衡状态,故A不选;
B. 随着反应的进行,体系压强逐渐增大,当容器内压强不变时,说明达平衡状态,故B选;
C. 随着反应的进行,混合气体的总质量增大,而容器的体积不变,密闭容器中混合气体的密度增大,当密度不变时,说明达平衡状态,故C选;
D. 反应物是固体,反应产生的气体NH3、CO2的物质的量的比不变,因此混合气体的平均摩尔质量始终保持不变,因此密闭容器中混合气体的平均摩尔质量不变不能作为判断平衡的标志,故D不选;
答案选BC。
(2)根据表格和化学方程式可知,25.0℃时NH3的物质的量浓度为´4.8×10-3mol/L,CO2的物质的量浓度为´4.8×10-3mol/L,所以K=c2(NH3)·c(CO2)=(´4.8×10-3)2(´4.8×10-3)=1.6×10-8;
(3)温度不变,化学平衡常数不变, K=c2(NH3)·c(CO2),且保持不变,所以平衡时氨气的浓度不变;
(4)根据表中数据可知,随着温度的升高,平衡气体总浓度增大,这说明升高温度平衡向生成氨气和CO2的方向进行,即正反应是吸热反应,因此该分解反应的焓变ΔH>0;正反应为气体物质的量增大的反应,因此ΔS>0;△G=△H-T△S,要使△G<0,则温度要高,所以该反应在高温条件下有利于其自发进行。
20.甲醇是重要的化工原料,利用煤化工中生产的CO、CO2和H2可制取甲醇等有机物,发生的反应有:
①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1=-99kJ•mol-1
②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H2
相关物质的化学键键能数据如下:CH3OH结构式
化学键
C=O(CO2)
H—H
C—O
H—O
C—H
E/(kJ·mol-1)
803
436
343
465
413
(1)该反应△H2=____________。
(2)关于反应①下列说法,正确的是____________。
A.该反应在任何温度下都能自发进行
B.升高温度,正反应速率增大,逆反应速率减小
C.使用催化剂,不能提高CO的转化率
D.增大压强,该反应的化学平衡常数不变
(3)在某温度下,将1.0moCO与2.0molH2充入2L的空钢瓶中,发生反应①,在第5min时达到化学平衡状态,此时甲醇的物质的量分数为0.1。在第10min、20min时分别改变反应条件,甲醇的浓度在不同条件下的变化状况如图所示:
①从反应开始到5min时,生成甲醇的平均速率为____________。
②H2的平衡转化率α=____________%,化学平衡常数K=____________。
③1min时,υ正____________υ逆(填“大于”“小于”或“等于”)
④1mim时υ正____________4min时υ逆(填“大于”“小于”或“等于”)
⑤比较甲醇在7~8min、12~13min和25~27min时平均反应速率[平均反应速率分别以υ(7~8)、υ(12~13)、υ(25~27)表示的大小____________。
⑥若将钢瓶换成同容积的绝热容器,重复上述试验,平衡时甲醇的物质的量分数____________0.1(填“>”、“<”或“=”)。
【答案】(1). -63kJ·mol-1 (2). CD (3). 0.025mol·L-1·min-1 (4). 25 (5). 0.59 (6). 大于 (7). 大于 (8). υ(12~13)>υ(7~8)=υ(25~27) (9). <
【解析】
【分析】反应热=反应物总键能-生成物总键能;根据三段式解析,计算求得反应速率、转化率和平衡常数;反应正向进行时,正反应速率大于逆反应速率;平衡时平均速率为0;绝热条件,放热反应发生后体系温度升高,考虑平衡移动的方向。
【详解】(1)反应热=反应物总键能-生成物总键能,CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),该反应△H2=2×803 kJ·mol-1+3×436 kJ·mol-1-(3×413+343+465)kJ·mol-1-2×465 kJ·mol-1=-63 kJ·mol-1;
(2)①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H1=-99 kJ·mol-1
A. △H1=-99 kJ·mol-1,△S<0,△G=△H-T△S,该反应在低温下可能自发进行,故A错误;
B.升高温度,正反应速率增大,逆反应速率也增大,故B错误;
C.使用催化剂,不改变平衡,不能提高CO的转化率,故C正确;
D.平衡常数只与温度有关,增大压强,温度不变,该反应的化学平衡常数不变,故D正确;
故选CD。
(3)根据题目数据计算如下:
甲醇的物质的量分数为=10%,所以 x=0.125mol·L-1;
甲醇的速率=0.025 mol·L-1·min-1;
②由上述计算,反应的氢气为2×0.125 mol·L-1=0.25 mol·L-1,转化率为×100%=25%;达平衡时CO、H2和CH3OH的物质的量浓度分别为:0.375 mol·L-1、0.75 mol·L-1和0.125 mol·L-1,所以平衡常数K==0.59;
③1min时,没有达到平衡,甲醇的浓度增大,反应正向进行,υ正>υ逆;
④反应达平衡的速率图象如下图:
所以,在达平衡前任意点的正反应速率大于任意点的逆反应速率,即1min时的υ正(CH3OH)>4min 时υ逆(CH3OH );
⑤12~13min处于非平衡状态,反应速度大,甲醇在7~8min、25~27min处于平衡状态,平均反应速率为0,甲醇在7~8min、12~13min和25~27min时平均反应速率的大小:υ(12~13)>υ(7~8)=υ((25~27);
⑥若将钢瓶换成同容积的绝热钢瓶,重复上述实验,则反应放出的热量不能散发,会使体系温度上升,正反应放热,温度升高,平衡逆向移动,甲醇体积分数将减小,所以小于0.1。