江苏省 2013 高考化学 冲刺训练 2.3 化学反应速率和化学平衡

江苏省 2013 高考化学 冲刺训练 2.3 化学反应速率和化学平衡

江苏省 2013 高考化学 冲刺训练 2.3 化学反应速率和化学平衡 一、单项选择题 1.把在空气中久置的铝片 5.0 g 投入盛有 500 mL 0.5 mol·L-1 硫酸溶液的烧杯中，该铝片与硫酸反应产生 氢气的速率 v 与反应时间 t 可用如图的坐标曲线来表示：下列推论错误的是( ) A.t 由 O→a 段不产生氢气是因为表面的氧化物隔离了铝和硫酸溶液 B.t 由 b→c 段产生氢气的速率增加较快的主要原因之一是温度升高 C.t>c 产生氢气的速率降低主要是因为溶液中 c(H+)降低 D.t=c 时反应处于平衡状态 2.在恒温、恒压下，a mol A 和 b mol B 在一个容积可变的容器中发生反应：A(g)+2B(g)  2C(g)， 一段时间后达到平衡，生成 n mol C。则下列说法中正确的是( ) A.物质 A、B 的转化率之比为 1∶2 B.起始时刻和达到平衡后容器中的压强之比为(a+b)∶(a+b-n/2) C.当 2v 正(A)=v 逆(B)时，反应一定达到平衡状态 D.充入惰性气体(如 Ar)，平衡向正反应方向移动 3.(2011·北京高考)已知反应：2CH3COCH3(l)  催化剂 CH3COCH2COH(CH3)2(l)。取等量 CH3COCH3 分别在 0 ℃和 20 ℃下，测得其转化分数随时间变化的关系曲线(Y-t)如图所示。下列说法正确的是( ) A.b 代表 0 ℃下 CH3COCH3 的 Y-t 曲线 B.反应进行到 20 min 末，CH3COCH3 的 v(0 ) 1v(20 ) ℃ ℃ C.升高温度可缩短反应达平衡的时间并能提高平衡转化率 D.从 Y=0 到 Y=0.113，CH3COCH2COH(CH3)2 的 n(0 ) 1n(20 )   ℃ ℃ 4.(2011·福建高考)25 ℃时，在含有 Pb2+、Sn2+的某溶液中，加入过量金属锡(Sn)，发生反应：Sn(s)+Pb2+(aq)  Sn2+(aq)+Pb(s)，体系中 c(Pb2+)和 c(Sn2+)变化关系如图所示。下列判断正确的是( ) A.往平衡体系中加入金属铅后，c(Pb2+)增大 B.往平衡体系中加入少量 Sn(NO3)2 固体后，c(Pb2+)变小 C.升高温度，平衡体系中 c(Pb2+)增大，说明该反应ΔH>0 D.25 ℃时，该反应的平衡常数 K=2.2 5.(2011·南京模拟)工业上采用乙烯和水蒸气在催化剂(磷酸/硅藻土)表面合成乙醇，反应原理为：CH2＝ CH2(g)+H2O(g)  CH3CH2OH(g)，副产物有乙醛、乙醚及乙烯的聚合物等。下图是乙烯的总转化率随温 度、压强的变化关系，下列叙述正确的是( ) A.合成乙醇的反应一定为吸热反应 B.目前工业上采用 250～300 ℃，主要是在此温度下乙烯的转化率最大 C.目前工业上采用加压条件(7 MPa 左右)，目的是提高乙醇的产率和加快反应速率 D.相同催化剂下，在 300 ℃14.7 MPa 乙醇产率反而比 300 ℃ 7 MPa 低得多，是因为加压平衡向逆反应方 向移动 二、不定项选择题 6.某温度下 2 L 密闭容器中，3 种气体起始状态和平衡状态时的物质的量(n)如表所示。下列说法正确的是 ( ) A.该温度下，此反应的平衡常数表达式是       2 3 c X c Y c W  K B.升高温度，若 W 的体积分数减小，则此反应ΔH＞0 C.增大压强，正、逆反应速率均增大，平衡向正反应方向移动 D.该温度下，再向容器中通入 3 mol W，达到平衡时，n(X)=2 mol 7.将等物质的量的 A、B 混合于 2 L 的密闭容器中，发生如下反应 3A(g)+B(g)  xC(g)+2D(g)，经 5 min 后测得 D 的浓度为 0.5 mol·L-1，c(A)∶c(B)=3∶5，用 C 的浓度变化表示的平均反应速率为 0.1 mol·L-1·min-1。 下列有关结论正确的是( ) A.x 的值为 2 B.用 B 的浓度变化表示的平均反应速率为 0.2 mol·L-1·min-1 C.反应开始前 A 的物质的量为 3 mol D.5 min 时 A 的浓度为 0.2 mol·L-1 8.(2010·江苏高考)在温度、容积相同的 3 个密闭容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，测 得反应达到平衡时的有关数据如下(已知 N2(g)+3H2(g)  2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1)： 下列说法正确的是( ) A.2c1＞c3 B.a+b=92.4 C.2p2＜p3 D.α1+α3＜1 三、非选择题 9.(2011·无锡模拟)醇脱水反应在不同温度条件下得到的产物组成不同。下表是常压、某催化剂存在的条 件下，分别以等量乙醇在不同温度下进行脱水实验获得的部分数据，每次实验反应时间均相同。 已知：乙醇和乙醚(CH3CH2OCH2CH3)的沸点分别为 78.4 ℃和 34.6 ℃。试分析： (1)乙醇脱水制乙烯的反应是_______(填“放热”或“吸热”)反应，若增大压强，平衡_______(填“正向”、 “逆向”或“不”)移动。 (2)写出乙醇脱水制乙醚的反应的平衡常数表达式__________。当乙醇起始浓度相同时，平衡常数 K 值越 大，表明________(填序号)。 a.乙醇的转化率越高 b.反应进行得越完全 c.达到平衡时乙醇的浓度越大 d.化学反应速率越快 (3)根据表中数据分析，150 ℃时乙醇催化脱水制取的乙醚产量________(填“大于”、“小于”或“等于”)125 ℃时；为了又快又多地得到产品，乙醇制乙醚合适的反应温度区域是_________。 10.环境问题备受世界关注。化工厂以及汽车尾气排放的一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)、硫化物等气体已 成为大气污染的主要因素。 (1)CO 中毒是由于 CO 与血液中血红蛋白的血红素部分反应生成碳氧血红蛋白，反应方程式可表示为： CO+Hb·O2  O2+Hb·CO 实验表明，c(Hb·CO)即使只有 c(Hb·O2)的 1/50，也可造成人的智力损伤。 已知 t ℃时上述反应的平衡常数 K=200，吸入肺部 O2 的浓度约为 1.0× 10-2 mol·L-1，若使 c(Hb·CO)小于 c(Hb·O2)的 1/50，则吸入肺部的 CO 浓度不能超过________mol·L-1。 (2)汽车尾气治理的方法之一是在汽车的排气管上安装一个“催化转化器”。 已知反应 2NO(g)+2CO(g)  N2(g)+2CO2(g) ΔH=-113 kJ·mol-1 ①为了模拟催化转化器的工作原理，在 t ℃时，将 2 mol NO 与 1 mol CO 充入 1 L 反应容器中，反应过程 中 NO(g)、CO(g)、N2(g)物质的量浓度变化如图所示。反应进行到 15 min 时，NO 的平均反应速率为_______。 ②观察在 20～30 min 内 N2(g)发生变化的曲线图，判断引起该变化的条件可能是_______； a.加入催化剂 b.降低体系温度 c.缩小容器体积为 0.5 L d.增加 CO2 的物质的量 (3)煤化工中常需研究不同温度下平衡常数、投料比及产率等问题。 已知：CO(g)+H2O(g)  H2(g)+CO2(g)的平衡常数随温度的变化如表： 试回答下列问题： ①上述正向反应是_______反应(填“放热”或“吸热”)。 ②某温度下上述反应平衡时，恒容、升高温度，正反应速率_______(填“增大”、“减小”或“不变”)， 容器内混合气体的压强_______(填“增大”、“减小”或“不变”)。 ③在 830 ℃发生上述反应，以下表中的物质的量投入恒容反应器，其中向正反应方向移动的有_______(填 A、B、C、D)。 11．(2011·徐州模拟)随着人类对温室效应和资源短缺等问题的重视，如何降低大气中 CO2 的含量及有效 地利用 CO2，引起了各国的普遍重视。 (1)目前，用超临界 CO2(其状态介于气态和液态之间)代替氟利昂作制冷剂已成为一种趋势，这一做法对环 境的积极意义在于__________________________。 (2)将 CO2 转化成有机物可有效实现碳循环。CO2 转化成有机物的例子很多，如： a.6CO2+6H2O 光合 作用 C6H12O6+6O2 b.CO2+3H2 催化剂 CH3OH+H2O c.CO2+CH4 催化剂 CH3COOH d.2CO2+6H2 催化剂 CH2＝CH2+4H2O 以上反应中，最低碳环保的是_________，原子利用率最高的是________。 (3)为探究用 CO2 来生产燃料甲醇的反应原理，现进行如下实验：在体积为 1 L 的密闭容器中，充入 1 mol CO2 和 3 mol H2，一定条件下发生反应： CO2(g)+3H2(g)  CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-49.0 kJ/mol 测得 CO2 和 CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示。 ①从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率 v(H2)=_______。 ②该反应的平衡常数表达式为________________，升高温度，平衡常数的数值将_________(填“增大”、“减 小”或“不变”)。 ③下列措施中能使 n(CH3OH)/n(CO2)增大的是_________。 A.升高温度 B.充入 He(g)，使体系压强增大 C.将 H2O(g)从体系中分离 D.再充入 1 mol CO2 和 3 mol H2 高考创新预测 1.在密闭容器中，有下列反应： N2(g)+3H2(g) 催化剂 高温高压 2NH3(g) ΔH=-93.4 kJ/mol 有关该反应的叙述正确的是( ) A.若混合气体中各成分的浓度不再变化，则该反应已达平衡状态 B.将 1 mol N2 和 3 mol H2 充分反应达到平衡时，放出的热量等于 93.4 kJ C.催化剂能缩短该反应达到平衡所需的时间，从而提高 N2 的转化率 D.缩小容器的体积，v(正)增大、v(逆)减小，平衡向右移动 2.将水煤气转化成合成气，然后通过一碳化工路线合成各种油品和石化产品具有广阔的前景，在未来相当 一段时期将成为一碳化工的主要领域。除去水蒸气后的水煤气含 55%～59%的 H2，15%～18%的 CO，11%～13% 的 CO2，少量的 H2S、CH4，除去 H2S 后，可采用催化或非催化转化技术，将 CH4 转化成 CO，得到 CO、CO2 和 H2 的混合气体，是理想的合成甲醇原料气，即可进行甲醇合成。 水煤气法制甲醇工艺流程框图如下 (1)制水煤气的主要化学反应方程式为： C(s)+H2O(g) 高温 CO(g)+H2(g)，此反应是吸热反应。 ①此反应的化学平衡常数表达式为__________________； ②下列能增大碳的转化率的措施是_______； A.加入 C(s) B.加入 H2O(g) C.升高温度 D.增大压强 (2)将 CH4 转化成 CO，工业上常采用催化转化技术，其反应原理为： CH4(g)+3/2O2(g)  CO(g)+2H2O(g) ΔH=-519 kJ/mol。 工业上要选择合适的催化剂，分别对 X、Y、Z 三种催化剂进行如下实验(其他条件相同) ①X 在 T1 ℃时催化效率最高，能使正反应速率加快约 3×105 倍； ②Y 在 T2 ℃时催化效率最高，能使正反应速率加快约 3×105 倍； ③Z 在 T3 ℃时催化效率最高，能使逆反应速率加快约 1×106 倍； 已知：T1＞T2＞T3，根据上述信息，你认为在生产中应该选择的适宜催化剂是_______(填“X”、“Y”或“Z”)， 选择的理由是_________________________； (3)合成气经压缩升温后进入 10 m3 甲醇合成塔，在催化剂作用下，进行甲醇合成，主要反应如下： 2H2(g)+CO(g)  CH3OH(g) ΔH＝-90.8 kJ·mol-1，T4 ℃下此反应的平衡常数为 160。此温度下，在密 闭容器中加入 CO、H2，反应到某时刻测得各组分的浓度如下： ①比较此时正、逆反应速率的大小：v(正)______v(逆)(填“>”、“<”或“=”)。 ②若加入 CO、H2 后，在 T5 ℃反应 10 min 达到平衡，c(H2)=0.4 mol·L-1，则该时间内反应速率 v(CH3OH)=_______mol·(L·min)-1。 (4)生产过程中，合成气要进行循环，其目的是____________________________。 答案解析 1.【解析】选 D。铝与硫酸的反应不是可逆反应，不存在化学平衡。 2.【解析】选 C。由于 a、b 数值之比不一定为 1∶2，故虽然转化的 A、B 物质的量之比为 1∶2，二者转化 率之比不一定为 1∶2，A 项错误；该容器为恒温、恒压，故 B 项错误；在恒温、恒压下，充入惰性气体(如 Ar)，容器的容积变大，平衡向左移动，D 项错误。 3.【解析】选 D。 4.【解析】选 D。金属铅的浓度是定值，加入金属铅，平衡不移动，c(Pb2+)不变，A 选项错误；加入 Sn(NO3)2 固体后，增大了 c(Sn2+)，平衡逆向移动，c(Pb2+)增大，B 选项错误；升高温度，c(Pb2+)增大，说明平衡逆 向移动，即逆反应吸热，则正反应放热，ΔH＜0，C 选项错误；由图可知，平衡时 c(Sn2+)＝0.22 mol·L-1， c(Pb2+)＝0.10 mol·L-1，所以平衡常数     2 2 c Sn 2.2 c Pb  ＝ ＝K ，D 选项正确。 5.【解析】选 C。随温度升高乙烯的转化率减小，说明该反应为放热反应，故 A 项不正确；采用适当的温 度(250～300 ℃)是为了加快反应速率，而不是提高乙烯的转化率，故 B 项不正确；适当的加压既加快反 应速率，又使平衡向正向移动，提高乙醇的产率，故 C 项正确；300 ℃时高压比低压时乙醇产率反而低不 能从平衡移动角度解释，可能是副反应导致的，故 D 项不正确。 6.【解析】选 D。由表中数据可知化学反应方程式为 2X+Y  3W,平衡常数表达式为       3 2 c W c X c Y   K ， 故 A 项不正确；升高温度，若 W 的体积分数减小，说明该反应为放热反应，ΔH<0，故 B 项不正确；因为 反应前后气体分子数不变，增大压强平衡不移动，故 C 项不正确；该温度下，再向容器中通入 3 mol W， 可建立等效平衡，故在重新达到平衡时，n(X)=2 mol，D 项正确。 7.【解析】选 A、C。设起始 n(A)=n(B)=a mol 3A(g) + B(g)  xC(g) + 2D(g) 起始(mol) a a 0 0 转化(mol) 1.5 0.5 1 1 5 min 时(mol) a-1.5 a-0.5 1 1 则 x 1 2 1  ,x=2 由 c(A)∶c(B)=3∶5 知 a 1.5 3 a 0.5 5   解得 a=3 5 min 时   13 1.5c A mol L2   =0.75 mol·L-1 v(B)= 0.5 2 5 mol·L-1·min-1 =0.05 mol·L-1·min-1 故选 A、C。 8.【解析】选 B、D。甲、乙达到的平衡是同一种化学平衡，所以 a+b=92.4, α1+α2=1,α3＜α2,故α1+α3＜1，丙可以看作是 2 个乙分别达到化学平衡后又加压形成的，由于加压后平 衡向气体体积减小的方向移动，所以 2c1＜c3,2p2＞p3;A、C 错。 9.【解析】(1)随温度的升高乙烯的平衡含量增大，说明生成乙烯的反应为吸热反应，由 CH3CH2OH(g)  CH2 ＝CH2(g)+H2O(g)知，加压平衡逆向移动。 (2)由 2CH3CH2OH(g)  CH3CH2OCH2CH3(g)+H2O(g)得平衡常数表达式       2 5 2 5 2 2 2 5 c C H OC H c H O c C H OH  K ，平衡常数 K 值越大，表明乙醇的转化率越高、反应进行得越完全。 (3)若有 1 mol 乙醇,150℃时反应生成乙醚物质的量为 1 mol×68%×82.2%= 0.56 mol,125 ℃时反应生成乙醚物质的量为 1 mol×20%×90.2%=0.18 mol,可见 150 ℃时乙醇催化脱水 制取的乙醚产量大于 125℃时的乙醚产量。当温度更高时乙醚的产量反而减小，故合适的温度范围是 150～ 175℃ 答案：(1)吸热 逆向 (2)       2 5 2 5 2 2 2 5 c C H OC H c H O c C H OH  K a、b (3)大于 150～175℃ 10.【解析】(1)根据已知条件 CO + Hb·O2  O2 + Hb·CO 平衡 c(CO) c(Hb·O2) 1.0×10-2 mol·L-1 c(Hb·CO)     2 2 c O c(Hb CO) 200c CO c(Hb O )     K 代入 2 c(Hb CO) 1 c(Hb O ) 50   和 c(O2)=1.0× 10-2 mol·L-1 得 c(CO)<1.0×10-6 mol·L-1。 (2)①v(NO)= 1 1 1 12 mol L 1.6 mol L 0.4 mol L min15 min 15         。 ②改变条件 c(N2)逐渐增大，说明平衡向正反应方向移动，且又不会引发 c(N2)的突变，只能是降低温度。 (3)①随温度升高平衡常数减小，说明该反应的正反应为放热反应。 ②升高温度加快正、逆反应速率，虽然平衡移动没有改变气体分子数，但在恒容条件下，容器内压强增大。 ③根据 Qc 与 K 之间的关系判断 A 中 c 3 2 V V 11 5 V V     Q ，反应向逆反应方向进行；B 中 c 1 1 1V V 12 2 4 V V      Q ， 反应向正反应方向进行；C 中 Qc=0<1，反应向正反应方向进行；D 中 c 1 1 V V 10.5 2 V V     Q ，已达平衡反应不移 动。 答案：(1)1.0×10-6 (2)①0.4/15 mol·L-1·min-1(或 0.027 mol·L-1·min-1) ②b (3)①放热 ②增大 增大 ③B、C 11．【解析】(1)减少氟利昂的使用，可减轻对臭氧层的破坏。 (2)利用天然原料及光能进行化工生产最低碳环保；化合反应原子利用率可看作 100%。 (3)①     1 1 2 2 0.75 mol / Lv H 3v CO 3 0.225 mol L min10 min        ②         2 3 3 2 2 c H O c CH OH c CO c H   K ，因该反应放热，升高温度 K 减小。 ③分离出 H2O(g)，平衡右移，n(CH3OH)增大，     3 2 n CH OH n CO 增大；再充入 1 mol CO2 和 3 mol H2，相当于加 压，平衡向右移动，     3 2 n CH OH n CO 增大。 答案：(1)保护臭氧层 (2)a c (3)①0.225 mol·L-1·min-1 ②         2 3 3 2 2 c H O c CH OH c H c CO    K 减小 ③C、D 高考创新预测 1.【解析】选 A。若混合气体中各成分的浓度不再变化，说明反应已达平衡状态，故 A 项正确；将 1 mol N2 和 3 mol H2 充分反应达到平衡时，实际反应的 N2 和 H2 少于 1 mol 和 3 mol，放出热量也小于 93.4 kJ，故 B 项不正确；催化剂能加快反应速率，缩短该反应达到平衡所需的时间，但不能影响化学平衡，故 C 项不 正确；缩小容器的体积，v(正)、v(逆)均增大，只是前者增大的倍数更大，v(正)>v(逆)，平衡正向移动， 故 D 项不正确。 2.【解析】(1)①根据平衡常数的定义，此反应的化学平衡常数表达式为       2 2 c H c CO c H O  K ； ②由于碳是固体，加入 C(s)不影响化学平衡；加入 H2O(g)可使平衡向右移动，碳的转化率增大；此反应为 吸热反应，升高温度，碳的转化率增大；增大压强平衡逆向移动，碳的转化率降低。 (2)Z 的催化效率高且活性温度低，当然首选。 (3)①       3 c 2 2 c CH OH c CO c H  Q 1 2 2 1 1 2 0.4 mol L 100 L mol0.1 mol L (0.2 mol L )         ， 小于平衡常数 160，此时正反应速率大于逆反应速率。 ②原有氢气 1 mol·L-1，v(CH3OH)=1/2v(H2)=0.03 mol·L-1·min-1。 (4)原料气循环操作的目的是增大其转化率。 答案：(1)①       2 2 c H c CO c H O  K ②B、C (2)Z 催化效率高且活性温度低 (3)①> ②0.03 (4)提高原料利用率(或提高产量、产率亦可)