2020版高考化学二轮复习专题强化训练7化学反应速率与化学平衡含解析
专题强化训练(七)
能力练(20分钟)
一、选择题
1．(2019·长春市质量监测一)在一定温度和压强下，往容积可变的密闭容器中通入物质的量相等的X、Y气体，发生反应：X(g)＋3Y(g)2Z(g) ΔH＝－m kJ·mol－1(m>0)。下列说法正确的是( )
A．密闭容器的体积保持不变，说明反应已达到平衡
B．密闭容器中X的体积分数不变，说明反应已达到平衡
C．反应达到平衡时，X和Y的转化率相等
D．反应达到平衡时，放出的热量不可能为m kJ
[解析] 该反应为气体分子数发生变化的反应，一定温度和压强下，当容器体积不变时，说明反应已达平衡，A项正确；设X和Y起始的物质的量均为a mol，反应进行到某时刻，X转化x mol，则Y转化3x mol，此时X的物质的量为(a－x)mol，Y为(a－3x)mol，Z为2x mol，X的体积分数为＝，该值始终不变，所以X的体积分数不变时不能表明反应已达平衡，B项错误；相同条件下，X和Y的转化量不等，又二者起始投入量相等，则平衡时X和Y的转化率肯定不相等，C项错误；因X和Y起始投入量未知，故平衡时反应放出的热量可能达到m kJ，D项错误。
[答案] A
2. (2019·合肥市质检二)在恒温密闭容器中发生反应：CaCO3(s)CaO(s)＋CO2(g) ΔH>0，反应达到平衡后，t1时缩小容器体积，x随时间(t)变化的关系如图所示。x不可能是( )
A．v逆(逆反应速率) B．ρ(容器内气体密度)
C．m(容器内CaO质量) D．Qc(浓度商)
[解析] t1时缩小容器体积，压强增大，v逆瞬时增大，增大压强，平衡逆向移动，故v逆逐渐减小，A项不符合题意；容器内只有CO2一种气体，缩小容器体积，气体密度瞬时增大，随着平衡逆向移动，CO2的质量逐渐减小，容器内气体密度也逐渐减小，B项不符合题意；缩小容器体积，容器内CaO的质量瞬时不变，随着平衡逆向移动，CaO的质量逐渐减小，C项符合题意；浓度商Qc＝c(CO2)，缩小容器体积，CO2的浓度瞬时增大，随着平衡逆向移动，CO2的浓度逐渐减小，则浓度商Qc也先瞬时增大，后逐渐减小，D项不符合题意。
[答案] C
3．(2019·湖南六校联考)碳酸二甲酯(CH3OCOOCH3
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，简称DMC)是一种应用前景广泛的材料。在密闭容器中按n(CH3OH)∶n(CO2)＝2∶1投料直接合成DMC：2CH3OH(g)＋CO2(g)CH3OCOOCH3(g)＋H2O(g)。一定条件下，平衡时CO2的转化率如图所示。下列说法不正确的是( )
A．该反应的正反应为放热反应
B．压强：p2>p1
C．X点对应的平衡常数为0.5
D．X、Y、Z三点对应的初始反应速率的关系为Z>Y>X
[解析] 在同一压强下，升高温度，二氧化碳的平衡转化率减小，说明平衡逆向移动，因此该反应属于放热反应，A正确。对该反应，增大压强，平衡正向移动，二氧化碳的平衡转化率增大，对比X、Y两点可知，压强：p2>p1，B正确。因为该反应在反应前后气体分子数不相等，容器的体积未知，所以无法计算反应的平衡常数，C错误。X、Y、Z三点中，Z点的温度最高、压强最大，所以Z点初始反应速率最快；X、Y两点的温度相同，但Y点的压强大于X点，所以Y点的初始速率大于X点，综上可知X、Y、Z三点对应的初始反应速率关系为Z>Y>X，D正确。
[答案] C
4．(2019·洛阳第二次联考)已知化学反应：NO2＋CONO＋CO2，①当t<250℃时，v＝k·c2(NO2)，②当t>250℃时，v＝k·c(NO2)·c(CO)。以上两式中v为反应速率，k为速率常数(一定温度下为定值)。下列叙述正确的是( )
A．当NO2和CO的浓度相等时，升高或降低温度，反应速率不变
B．因反应前后气体分子数目不变，故改变压强反应速率不变
C．增大NO2的浓度为原来的2倍，反应速率一定变为原来的4倍
D．当温度低于250℃时，改变CO的浓度，反应速率基本不变
[解析] 升高温度，反应速率加快，降低温度，反应速率减慢，A项错误；该反应前后气体分子数目不变，改变压强，平衡不移动，但反应速率对应改变，B项错误；增大NO2的浓度为原来的2倍，若t>250℃，根据v＝k·c(NO2)·c(CO)可知，反应速率变为原来的2倍，C项错误；当温度低于250℃时，根据v＝k·c2(NO2)可知，一定温度下，反应速率只与c(NO2)有关，改变CO的浓度，反应速率基本不变，D项正确。
[答案] D
5．(2019·河北省名校联考)以CO2和NH3为原料，通过反应：2NH3
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(g)＋CO2(g)CO(NH2)2(l)＋H2O(l)合成尿素。该反应的平衡常数和温度的关系如下表；在一定温度和压强下，原料气中NH3和CO2的物质的量之比(氨碳比)与CO2平衡转化率(α)的关系如下图所示。
t/℃
165
175
185
195
K
111.9
74.1
50.6
34.8
下列说法正确的是( )
A．图中B点处NH3的平衡转化率为32%
B．该反应平衡常数的表达式为
C．该反应中反应物的总键能大于生成物的总键能
D．氨碳比越高，合成CO(NH2)2时NH3的转化率越高
[解析] 对B点，设CO2起始物质的量为m mol，则NH3起始物质的量为4m mol，根据三段式有
2NH3(g)＋CO2(g)CO(NH2)2(l)＋H2O(l)
起始/mol 4m m
转化/mol 1.28m 0.64m
平衡/mol 2.72m 0.36m
所以图中B点处NH3的平衡转化率为×100%＝32%，A项正确；由于该反应中CO(NH2)2和H2O均为液态，故平衡常数表达式应为，B项错误；根据表中数据可知，温度升高平衡常数减小，说明升高温度会使平衡逆向移动，所以该反应的正反应为放热反应，则该反应中反应物的总键能小于生成物的总键能，C项错误；增大氨碳比，相当于增加氨气的浓度，根据勒夏特列原理知，虽然平衡向正反应方向移动，但氨气的转化率降低，D项错误。
[答案] A
6．(2019·湖北八校联考)已知：2CH3COCH3(l)CH3COCH2COH(CH3)2(l)。取等量CH3COCH3分别在0℃和20℃下反应，测得其转化率(α)随时间(t)变化的曲线如图所示。下列说法正确的是( )
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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
[解析] 根据“先拐先平数值大”可知，曲线Ⅰ先达到平衡状态，因此曲线Ⅰ对应的温度较高，曲线Ⅰ表示20℃时的转化反应，A项错误；曲线Ⅰ温度较高，但平衡转化率较低，故升高温度能降低反应物的平衡转化率，B项错误；a点时，虽然曲线Ⅰ和Ⅱ表示的CH3COCH3的转化率相等，但化学平衡常数仅与温度有关，对应温度不同，平衡常数不相等，C项错误；d、b点处温度比c点处高，反应速率比c点快，d点处比b点处转化率低，故d点处反应物浓度大，反应速率快，故化学反应速率的大小顺序为：d>b>c，D项正确。
[答案] D
7．(2019·保定一模)下列图示与对应的叙述相符的是( )
A．图1表示反应CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)的能量变化，使用催化剂可改变Eb－Ea的值
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B．图2在密闭容器中发生可逆反应：A(g)＋2B(g)2C(g) ΔH>0，其他条件不变，改变温度，若p1
T2，温度升高，平衡向左移动，吸收热量，所以W点放出的热量大于M点放出的热量，故D正确。
[答案] D
二、非选择题
8．(2019·开封市定位考试)羰基硫(COS)是全球硫循环的重要中间体，也是有机合成中的重要原料，是化学工作者重要的研究对象。已知：
Ⅰ.COS(g)＋H2(g)H2S(g)＋CO(g) ΔH1＝－17 kJ·mol－1；
Ⅱ.COS(g)＋H2O(g)H2S(g)＋CO2(g) ΔH2＝－35 kJ·mol－1；
回答下列问题：
(1)反应CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g)的ΔH＝________。
(2)在充有催化剂的恒压密闭容器中进行反应Ⅰ。设起始充入的n(H2)∶n(COS)＝m，相同时间内测得COS转化率与m和(T)的关系如图所示。
①m1________(填“>”、“<”或“＝”)m2。
②温度高于T0℃时，COS转化率减小的可能原因为________。
A．有副反应发生
B．反应的ΔH增大
C．催化剂活性降低
D．逆反应速率增大的倍数小于正反应速率增大的倍数
(3)在恒温、恒容密闭容器中，进行反应Ⅰ。下列说法中能说明反应Ⅰ已达到平衡状态的是________。
A．c(H2S)＝c(CO)
B．v正(H2)＝v逆(H2S)
C．容器中气体密度保持不变
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D．容器中混合气体平均摩尔质量保持不变
E．c(COS)保持不变
(4)某温度下，向体积为2 L的恒容密闭容器中通入5 mol COS(g)和5 mol H2O(g)，发生反应Ⅱ，5 min末反应达到平衡，测得COS(g)的转化率为80%。
①反应从起始至5 min内，用H2S浓度变化表示的平均反应速率v(H2S)＝________。
②该温度下，上述反应的平衡常数K＝________。
③其他条件相同时，既能使上述反应中COS的平衡转化率降低，又能使反应速率加快的做法是________。
A．缩小容器容积 B．升高温度
C．分离出硫化氢 D．加入一定量H2O(g)
[解析] (1)根据盖斯定律，由Ⅱ－Ⅰ得到：CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g) ΔH＝－18 kJ·mol－1。(2)①其他条件相同时，n(H2)∶n(COS)＝m越大，COS的转化率越大。图中m1对应COS的转化率大，则m1>m2。②T0℃前，升温，正反应速率加快，COS转化率增大；当温度高于T0℃时，有副反应发生，可导致反应物的转化率减小，A项符合题意；该反应的ΔH不变，不影响反应物的转化率，B项不符合题意；虽然催化剂对平衡移动无影响，但催化剂活性降低后，反应可能停止，可导致反应物的转化率减小，C项符合题意；逆反应速率增大的倍数小于正反应速率增大的倍数，平衡正向移动，反应物转化率增大，D项不符合题意。(3)判断化学反应是否达到平衡状态，可通过观察正反应速率和逆反应速率是否相等、混合物中各组分的浓度是否变化等来确定；c(H2S)和c(CO)相等不能说明反应达到平衡状态，A项错误；H2的正反应速率与H2S的逆反应速率相等能说明反应达到平衡状态，B项正确；该恒容密闭容器中全部为气体，气体质量始终不变，体积不变，则密度始终不变，密度保持不变不能说明反应达到平衡状态，C项错误；该反应在反应前后气体分子数不变，质量不变，混合气体的平均摩尔质量始终不变，故混合气体平均摩尔质量不变不能说明反应达到平衡状态，D项错误；COS浓度保持不变，能说明反应达到平衡状态，E项正确。(4)5 min末反应达到平衡，测得COS的转化率为80%，则
COS(g)＋H2O(g)H2S(g)＋CO2(g)
开始/mol 5 5 0 0
转化/mol 5×80% 5×80% 5×80% 5×80%
平衡/mol 1 1 4 4
①v(H2S)＝＝0.4 mol·L－1·min－1。②K＝＝＝16。③其他条件相同时，要使COS的平衡转化率降低，可采用升高温度的方法；使反应速率加快，可采用缩小容器容积、升高温度、加入一定量H2O(g)等方法，综合分析，可采用升高温度的方法，答案选B。
[答案] (1)－18 kJ·mol－1
(2)①> ②AC (3)BE
(4)①0.4 mol·L－1·min－1
②16 ③B
拔高练(25分钟)
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一、选择题
1．(2019·湖北重点中学联考)工业上利用Ga与NH3在高温条件下合成固态半导体材料氮化镓(GaN)的同时有氢气生成。反应中，每生成3 mol H2放出30.8 kJ的热量。在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图像中如果纵轴为正反应速率，则t时刻改变的条件可以为升温或加压
B. Ⅱ图像中纵轴可以为镓的转化率
C. Ⅲ图像中纵轴可以为化学反应速率
D. Ⅳ图像中纵轴可以为体系内混合气体的平均相对分子质量
[解析] 升温或加压均能加快化学反应速率，即升温或加压正反应速率均加快，A项正确；增大压强，平衡逆向移动，Ga的转化率降低，B项错误；镓是固体，增大镓的质量，对化学反应速率无影响，C项错误；温度相同时，加压，平衡逆向移动，混合气体的平均相对分子质量增大，压强相同时，升温，平衡逆向移动，混合气体的平均相对分子质量增大，D项错误。
[答案] A
2. (2019·成都摸底测试)一定温度下，在一密闭容器中发生反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，
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c(SO2)随时间(t)变化如图所示。
400℃时压强对SO2的转化率的影响如表。
0.1 MPa
0.5 MPa
1 MPa
10 MPa
99.2%
99.6%
99.7%
99.9%
下列说法正确的是( )
A．a点的v逆大于b点的v逆
B．t2时刻改变的条件一定是增大c(SO2)
C．化学平衡常数d点与e点相等
D．硫酸工业中，SO2催化氧化制SO3时采用高压提高生产效益
[解析] a点时平衡向正反应方向进行，b点时反应达到平衡状态，从a点到b点，正反应速率逐渐减小，逆反应速率逐渐增大，故a点的v逆小于b点的v逆，A项错误；t2时c(SO2)突然增大，随后逐渐减小，说明平衡向正反应方向移动，故t2时刻改变的条件可以是增大c(SO2)，还可以是增大压强，B项错误；化学平衡常数只与温度有关，反应温度不变，平衡常数不变，因此d点和e点的化学平衡常数相等，C项正确；根据表中提供的数据可知，增大压强对SO2的转化率影响不大，但增大压强，对工业设备要求高，同时生产成本增大，因此硫酸工业中，SO2催化氧化制SO3时采用高压不能提高生产效益，D项错误。
[答案] C
3．(2019·河北名校联盟2月联考)下列有关平衡移动的方向以及转化率的变化判断正确的是( )
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[解析] A项，反应平衡后再充入一定量NO2，平衡正向移动，此时NO2的总量以及转化量均增大，但恒容条件通入气体相当于在恒压基础上加压，NO2转化率减小，错误。B项，反应平衡后再充入一定量NO，平衡正向移动，Cl2的转化率增大，NO的转化率减小，错误。C项，充入少量N2O4，反应(2)向右移动，吸热导致体系温度降低，反应(1)向右移动，故CO2和H2转化率增大，而N2O4转化率可由“相当于在恒压基础上加压”来分析，所以N2O4转化率减小，正确。D项，反应平衡后再充入少量CO(g)，平衡向右移动，Ni的转化率增大，但由于K不变，所以c(CO)不变，可认为所加CO完全转化为生成物Ni(CO)4，CO的转化率增大，错误。
[答案] C
4. (2019·河北衡水七调)N2O5为新型硝化剂。一定条件下可发生反应2N2O5(g)4NO2(g)＋O2(g) ΔH>0，在温度为T1、T2时，一定量的N2O5在密闭容器中发生反应，平衡时体系中NO2的体积分数随压强的变化曲线如图所示。下列说法正确的是( )
A．A、C两点的反应速率：A>C
B．A、C两点气体的颜色：A深，C浅
C．A、B、C三点的平衡常数大小关系：KA＝KC>KB
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D．A、C两点气体的平均相对分子质量：A>C
[解析] A项，A、C两点温度相同，所以影响二者速率的因素是压强，C点压强大，反应速率快，错误。B项，易因平衡逆向移动而判断A颜色深。气体颜色取决于NO2的浓度，由图像可知，C点平衡压强大，与A点相比可看作平衡会逆向移动，但根据勒夏特列原理，平衡移动只能减弱这种改变，不能消除这种改变，故C点颜色更深，错误。C项，由于A、C两点温度相同，所以K值相同；温度升高，平衡正向移动，NO2的体积分数增大，由A、B两点可知，T2>T1，则KA>KB，正确。D项，由图像可知，A、C两点都在等温线上，C点压强大，增大压强，化学平衡逆向移动，C点时气体的物质的量小，混合气体的总质量不变，则平衡相对分子质量大，即A0。实验测得：v正＝k正c2(NO2)，v逆＝k逆c2(NO)·c(O2)，k正、k逆为速率常数，只受温度影响。实验数据如下：
下列说法正确的是( )
A．达平衡时，容器Ⅰ与容器Ⅱ中的总压强之比为4∶5
B．达平衡时，容器Ⅱ中比容器Ⅰ中的大
C．达平衡时，容器Ⅲ中NO的体积分数大于50%
D．当温度改变为T2时，若k正＝k逆，则T2>T1
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[解析] 容器Ⅰ 2NO2(g)2NO(g)＋O2(g)
起始量(mol/L) 0.6 0 0
变化量(mol/L) 0.4 0.4 0.2
平衡量(mol/L) 0.2 0.4 0.2
可以求出平衡常数K＝＝0.8，平衡时气体的总物质的量为0.8 mol，其中NO的体积分数为50%，＝1。在平衡状态下，v正＝v逆，所以k正c2(NO2)＝k逆c2(NO)·c(O2)，＝K＝0.8。根据容器Ⅱ的起始投料，Qc＝＝K，反应向逆反应方向移动，所以容器Ⅱ达平衡时，一定小于1，B项错误；若容器Ⅲ在t′时刻，NO的体积分数为50%，设O2的变化量为y mol/L，则有
2NO2(g)2NO(g) ＋ O2(g)
起始量(mol/L) 0 0.5 0.35
变化量(mol/L) 2y 2y y
t′时刻的量(mol/L) 2y 0.5－2y 0.35－y
则0.5－2y＝2y＋0.35－y，解得y＝0.05，Qc＝＝4.8>K，反应继续向逆反应方向进行，NO进一步减少，平衡时NO的体积分数小于50%，C项错误；温度为T2时，＝K2＝1>0.8，因为正反应是吸热反应，升高温度，平衡正向移动，化学平衡常数变大，所以T2>T1，D项正确。
[答案] D
二、非选择题
8．(2019·河北唐山调研)氨气是工业制硝酸的主要原料之一，催化氧化步骤中发生的主要反应如下：
Ⅰ.4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)ΔH＝－906 kJ·mol－1
Ⅱ.4NH3(g)＋3O2(g)2N2(g)＋6H2O(g)ΔH＝－1266 kJ·mol－1
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将固定比例的NH3和O2的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器，反应产率与温度的关系如图1所示。
(1)催化氧化步骤中，最适宜的温度为________(填“T1”或“T2”)℃。
(2)温度低于T1℃时，NO的产率较低的原因为______________。
(3)温度高于T2℃时，NO的产率降低的可能原因为________(填标号)。
A．催化剂活性降低 B．平衡常数减小
C．反应活化能增大 D．氨气溶于水
(4)T3℃(T3>T2)时，向20 L恒容密闭容器中充入2 mol NH3和2.75 mol O2，发生反应Ⅰ。反应过程中各物质的物质的量随时间(t)的变化关系如图2所示。
T3℃时，该反应的平衡常数K＝________；5 min时，改变了某一外界条件，所改变的条件可能为_____________。
[解析] (1)工业制硝酸时，催化氧化步骤是为了将NH3转化为NO，根据图1知，T2℃时NO的产率最高，故该步骤最适宜的温度为T2℃。
(2)温度较低时，反应速率慢，同时部分反应物生成N2，因此NO的产率较低。
(3)高于T2℃时NO的产率降低，可能原因为催化剂活性降低或平衡逆向移动，平衡常数减小。
(4)根据图2知，T3℃反应达平衡时，NH3的物质的量为1 mol，O2的物质的量为1.5 mol，NO的物质的量为1 mol，H2O的物质的量为1.5 mol，则平衡常数K＝＝÷＝0.075。根据图2知，5 min瞬间各物质的物质的量不变，根据5 min后各物质物质的量的变化之比可知，NO、H2O的物质的量减少，NH3、O2的物质的量增加，说明平衡向逆反应方向移动，逆反应为气体分子数减小的吸热反应，故改变的条件可能为升高温度。
[答案] (1)T2 (2)温度较低时，反应速率慢，同时部分反应物生成N2 (3)AB (4)0.075 升高温度
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