資源簡介

第二章　化學反應速率與化學平衡
綜合拔高練
高考真題練　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
考點1　化學反應速率及其影響因素
1.(2023遼寧,12)一定條件下,酸性KMnO4溶液與H2C2O4發生反應,Mn(Ⅱ)起催化作用,過程中不同價態含Mn粒子的濃度隨時間變化如圖所示。下列說法正確的是 (　　)
A.Mn(Ⅲ)不能氧化H2C2O4
B.隨著反應物濃度的減小,反應速率逐漸減小
C.該條件下,Mn(Ⅱ)和Mn(Ⅶ)不能大量共存
D.總反應為2Mn+16H+ 2Mn2++10CO2↑+8H2O
2.(2022浙江6月選考,20)恒溫恒容的密閉容器中,在某催化劑表面上發生氨的分解反應:2NH3(g) N2(g)+3H2(g),測得不同起始濃度和催化劑表面積下氨濃度隨時間的變化,如下表所示,下列說法不正確的是 (　　)
編號 時間/minc(NH3)/(10-3mol·L-1)表面積/cm2 0 20 40 60 80
① a 2.40 2.00 1.60 1.20 0.80
② a 1.20 0.80 0.40 x
③ 2a 2.40 1.60 0.80 0.40 0.40
A.實驗①,0~20 min,v(N2)=1.00×10-5 mol·L-1·min-1
B.實驗②,60 min時處于平衡狀態,x≠0.40
C.相同條件下,增加氨氣的濃度,反應速率增大
D.相同條件下,增加催化劑的表面積,反應速率增大
3.(2022廣東,15)在相同條件下研究催化劑Ⅰ、Ⅱ對反應X 2Y的影響,各物質濃度c隨反應時間t的部分變化曲線如圖,則 (　　)
A.無催化劑時,反應不能進行
B.與催化劑Ⅰ相比,Ⅱ使反應活化能更低
C.a曲線表示使用催化劑Ⅱ時X的濃度隨t的變化
D.使用催化劑Ⅰ時,0~2 min內,v(X)=1.0 mol·L-1·min-1
考點2　化學平衡及其移動
4.(2023北京,4)下列事實能用平衡移動原理解釋的是 (　　)
A.H2O2溶液中加入少量MnO2固體,促進H2O2分解
B.密閉燒瓶內的NO2和N2O4的混合氣體,受熱后顏色加深
C.鐵釘放入濃HNO3中,待不再變化后,加熱能產生大量紅棕色氣體
D.鋅片與稀H2SO4反應過程中,加入少量CuSO4固體,促進H2的產生
5.(2020北京,10改編)一定溫度下,反應I2(g)+H2(g) 2HI(g)在密閉容器中達到平衡時,測得c(I2)=0.11 mmol·L-1、c(H2)=0.11 mmol·L-1、c(HI)=0.78 mmol·L-1。 相同溫度下,按下列4組初始濃度進行實驗,反應逆向進行的是 (　　)
A B C D
c(I2)/(mmol·L-1) 1.00 0.22 0.44 0.11
c(H2)/(mmol·L-1) 1.00 0.22 0.44 0.44
c(HI)/(mmol·L-1) 1.00 1.56 4.00 1.56
(注:1 mmol·L-1=10-3 mol·L-1)
6.(2022湖南,16節選)在一定溫度下,向體積固定的密閉容器中加入足量的C(s)和1 mol H2O(g),起始壓強為0.2 MPa時,發生下列反應生成水煤氣:
Ⅰ.C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)　ΔH1=+131.4 kJ·mol-1
Ⅱ.CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)　ΔH2=-41.1 kJ·mol-1
下列說法正確的是　　　　。
A.平衡時向容器中充入惰性氣體,反應Ⅰ的平衡逆向移動
B.混合氣體的密度保持不變時,說明反應體系已達到平衡
C.平衡時H2的體積分數可能大于
D.將炭塊粉碎,可加快反應速率
考點3　化學反應的調控
7.(2023遼寧,18節選)硫酸工業在國民經濟中占有重要地位。接觸法制硫酸的關鍵反應為SO2的催化氧化:
SO2(g)+O2(g) SO3(g)　ΔH=-98.9 kJ·mol-1
(ⅰ)為尋求固定投料比下不同反應階段的最佳生產溫度,繪制相應轉化率(α)下反應速率(數值已略去)與溫度的關系如圖所示,下列說法正確的是　　　　。
a.溫度越高,反應速率越大
b.α=0.88的曲線代表平衡轉化率
c.α越大,反應速率最大值對應溫度越低
d.可根據不同α下的最大速率,選擇最佳生產溫度
(ⅱ)為提高釩催化劑的綜合性能,我國科學家對其進行了改良。不同催化劑下,溫度和轉化率關系如圖所示,催化性能最佳的是　　(填標號)。
考點4　化學平衡常數及平衡轉化率
8.(2023湖南,13)向一恒容密閉容器中加入1 mol CH4和一定量的H2O,發生反應:CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)。CH4的平衡轉化率按不同投料比x[x=]隨溫度的變化曲線如圖所示。下列說法錯誤的是 (　　)
A.x1B.反應速率:vb正C.點a、b、c對應的平衡常數:KaD.反應溫度為T1 K,當容器內壓強不變時,反應達到平衡狀態
9.(2023全國乙,28節選)硫酸亞鐵在工農業生產中有許多用途,如可用作農藥防治小麥黑穗病,制造磁性氧化鐵、鐵催化劑等。
回答下列問題:
(3)將FeSO4置入抽空的剛性容器中,升高溫度發生分解反應:
2FeSO4(s) Fe2O3(s)+SO2(g)+SO3(g)(Ⅰ)
平衡時~T的關系如圖所示。660 K時,該反應的平衡總壓p總=　　　　kPa,平衡常數Kp(Ⅰ)=　　　　(kPa)2。Kp(Ⅰ)隨反應溫度升高而　　(填“增大”“減小”或“不變”)。
(4)提高溫度,上述容器中進一步發生反應2SO3(g) 2SO2(g)+O2(g)(Ⅱ),平衡時=　　　kPa,Kp(Ⅱ)=　　　kPa(列出計算式)。
10.(2022全國乙,28改編)油氣開采、石油化工、煤化工等行業廢氣普遍含有的硫化氫,需要回收處理并加以利用。回答下列問題:
(1)在1 470 K、100 kPa反應條件下,將n(H2S)∶n(Ar)=1∶4的混合氣進行H2S熱分解反應[2H2S(g) S2(g)+2H2(g)]。平衡時混合氣中H2S與H2的分壓相等,H2S平衡轉化率為　　,平衡常數Kp=
　　kPa。
(2)在1 373 K、100 kPa反應條件下,對于n(H2S)∶n(Ar)分別為4∶1、1∶1、1∶4、1∶9、1∶19的H2S-Ar混合氣,熱分解反應過程中H2S轉化率隨時間的變化如圖所示。
①n(H2S)∶n(Ar)越小,H2S平衡轉化率　　　　,理由是　　　　　　　　　　　。
②n(H2S)∶n(Ar)=1∶9對應圖中曲線　　　　,計算其在0~0.1 s之間,H2S分壓的平均變化率為　　　　kPa·s-1。
11.(2022山東,20節選)利用γ-丁內酯(BL)制備1,4-丁二醇(BD),反應過程中伴有生成四氫呋喃(THF)和1-丁醇(BuOH)的副反應,涉及反應如下:
已知:①反應Ⅰ為快速平衡,可認為不受慢反應Ⅱ、Ⅲ的影響;②因反應Ⅰ在高壓H2氛圍下進行,故H2壓強近似等于總壓。回答下列問題:
(1)以5.0×10-3mol BL或BD為初始原料,在493 K、3.0×103 kPa的高壓H2氛圍下,分別在恒壓容器中進行反應。達平衡時,以BL為原料,體系向環境放熱X kJ;以BD為原料,體系從環境吸熱Y kJ。忽略副反應熱效應,反應Ⅰ焓變ΔH(493 K,3.0×103 kPa)=　　　　kJ·mol-1。
(2)初始條件同上。xⅰ表示某物種ⅰ的物質的量與除H2外其他各物種總物質的量之比,xBL和xBD隨時間t變化關系如圖所示。實驗測得X12.(2023湖南,16改編)聚苯乙烯是一類重要的高分子材料,可通過苯乙烯聚合制得。
Ⅰ.苯乙烯的制備
已知下列反應的熱化學方程式:
①C6H5C2H5(g)+O2(g) 8CO2(g)+5H2O(g)　ΔH1=-4 386.9 kJ·mol-1
②C6H5CH CH2(g)+10O2(g) 8CO2(g)+4H2O(g)　ΔH2=-4 263.1 kJ·mol-1
③H2(g)+O2(g) H2O(g)　ΔH3=-241.8 kJ·mol-1
④C6H5C2H5(g) C6H5CH CH2(g)+H2(g)　ΔH4=+118.0 kJ·mol-1
(1)在某溫度、100 kPa下,向反應器中充入1 mol氣態乙苯發生反應④,其平衡轉化率為50%,欲將平衡轉化率提高至75%,需要向反應器中充入　　　mol水蒸氣作為稀釋氣(計算時忽略副反應)。
(2)在913 K、100 kPa下,以水蒸氣作稀釋氣、Fe2O3作催化劑,乙苯除脫氫生成苯乙烯外,還會發生如下兩個副反應:
⑤C6H5C2H5(g) C6H6(g)+CH2 CH2(g)
⑥C6H5C2H5(g)+H2(g) C6H5CH3(g)+CH4(g)
以上反應體系中,芳香烴產物苯乙烯、苯和甲苯的選擇性S(S=×100%)隨乙苯轉化率的變化曲線如圖所示,其中曲線b代表的產物是　　　　,理由是　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
高考模擬練
應用實踐
1.一定條件下,發生反應6H2(g)+2CO2(g) C2H5OH(g)+3H2O(g),CO2平衡轉化率隨溫度變化如圖所示。對a、b、c三點對應情況的分析,正確的是 (　　)
反應物起始物質的量之比:
曲線Ⅰ:n(H2)/n(CO2)=2
曲線Ⅱ:n(H2)/n(CO2)=1.5
A.CO2物質的量分數:a>b
B.C2H5OH物質的量分數:aC.平衡常數:Ka>Kc>Kb
D.反應速率:va(CO2)2.水在高溫高壓狀態下呈現許多特殊的性質。溫度、壓強分別超過臨界溫度(374.2 ℃)、臨界壓強(22.1 MPa)時的水稱為超臨界水。超臨界水能夠與氧氣等氧化劑以任意比例互溶,由此發展了超臨界水氧化技術。一定實驗條件下,測得乙醇的超臨界水氧化結果如圖所示,其中x為以碳元素計的物質的量分數,t為反應時間。下列說法不合理的是 (　　)
圖1
圖2
A.乙醇的超臨界水氧化過程中,一氧化碳是中間產物,二氧化碳是最終產物
B.在550 ℃條件下,反應時間大于15 s時,乙醇氧化為二氧化碳已趨于完全
C.乙醇的超臨界水氧化過程中,乙醇的消耗速率或二氧化碳的生成速率都可用來表示反應的速率,而且兩者數值相等
D.隨溫度升高,xCO峰值出現的時間提前,且峰值更高,說明乙醇的氧化速率比一氧化碳氧化速率的增長幅度更大
3.根據下列實驗方案設計所得的現象和結論與理論相違背的是 (　　)
實驗目的 方案設計 現象和結論
A 探究反應物濃度對化學反應速率的影響 分別取10 mL 0.1 mol/L Na2S2O3溶液和5 mL 0.1 mol/L Na2S2O3溶液、5 mL蒸餾水于兩支試管中,然后同時加入10 mL 0.1 mol/L H2SO4溶液 前者出現渾濁現象所需時間更短,說明增大Na2S2O3濃度,可以加快反應速率
B 探究壓強對化學反應速率的影響 在容積不變的密閉容器中發生反應:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),向其中通入氬氣 反應速率不變,說明化學反應速率不受壓強影響
C 探究溫度對化學平衡的影響 將裝有NO2和N2O4混合氣體的連通燒瓶分別浸泡在冰水和熱水中,然后用彈簧夾夾住乳膠管:2NO2(g)(紅棕色) N2O4(g)(無色)　ΔH<0 浸泡在熱水中的燒瓶內紅棕色加深,浸泡在冰水中的燒瓶內紅棕色變淺,說明其他條件不變時,升高溫度,會使化學平衡向吸熱反應方向移動
D 探究KI與FeCl3反應的限度 取5 mL 0.1 mol/L的KI溶液于試管中,加入1 mL 0.1 mol/L的FeCl3溶液,充分反應后滴入5滴15% KSCN溶液 溶液變為血紅色,則KI與FeCl3的反應有一定限度
4.乙烯水合反應制備乙醇是工業乙醇的主要來源,在氣相條件下可表示為C2H4(g)+H2O(g) C2H5OH(g)　ΔH。在起始n(H2O)=n(C2H4)條件下,乙烯的平衡轉化率隨溫度、壓強的變化關系如圖所示。下列分析錯誤的是 (　　)
A.乙烯氣相水合反應的ΔH<0
B.圖中a點對應的平衡常數Kp=
C.圖中壓強的大小關系為p1>p2>p3
D.達到平衡狀態a、b所需要的時間:a>b
5.某小組為了探究Br+5Br-+6H+ 3Br2+3H2O的反應速率(v)與反應物濃度的關系,在20 ℃時進行實驗,所得的數據如表:
① ② ③ ④ ⑤
c(H+)/(mol·L-1) 0.008 0.008 0.004 0.008 0.004
c(Br)/ (mol·L-1) 0.001 0.001 0.001 0.002 0.002
c(Br-)/ (mol·L-1) 0.10 0.20 0.20 0.10 0.40
v/(mol· L-1·s-1) 2.4× 10-8 4.8× 10-8 1.2× 10-8 4.8× 10-8 v
已知:反應速率方程為v=k·cm(Br)·cn(Br-)·cp(H+)(k的數值為常數)
下列結論不正確的是 (　　)
A.實驗⑤中,v=9.6×10-8
B.若溫度升高到40 ℃,則k的數值增大
C.m=1,n=1,p=2
D.實驗①④,探究的是c(Br)對反應速率的影響
6.在一定條件下,向某2 L恒容密閉容器中充入2 mol CO2、4 mol H2,發生反應CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g),測得反應10 min時,不同溫度下氫氣的轉化率如圖所示。[已知:該反應的速率方程v正=k正·p4(H2)·p(CO2),v逆=k逆·p2(H2O)·p(CH4),k正、k逆只與溫度有關]
下列說法錯誤的是 (　　)
A.圖中a、b、c三點對應的v逆(CH4)由大到小的順序為c>b>a
B.該反應的ΔH<0
C.T2 K溫度下,起始時容器內的壓強為3 MPa,k逆=2(MPa)-2·min-1,則該溫度k正≈33.3(MPa)-4·min-1
D.升高溫度或增大壓強,都可以提高反應物的平衡轉化率
遷移創新
7.利用CO2合成二甲醚可以很大程度地幫助實現“碳中和”,其合成過程由兩種工藝組成。
工藝1:先在設備一加氫合成甲醇,主要涉及以下反應:
Ⅰ.甲醇的合成:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g);
Ⅱ.逆水汽變換:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g);
再通過設備二合成二甲醚,涉及以下反應:
Ⅲ.甲醇脫水:2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g)。
工藝2:在雙功能催化劑作用下,由CO2加氫直接得到二甲醚。
已知:相關物質變化的焓變示意圖如下:
回答下列問題:
(1)請寫出工藝2中CO2直接加氫合成CH3OCH3(g)(反應Ⅳ)的熱化學方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)①工藝1需先在設備一合成甲醇。在不同壓強下,按照n(CO2)∶n(H2)=1∶3投料合成甲醇,實驗測得CO2的平衡轉化率和CH3OH的平衡產率隨溫度的變化關系如圖所示。
圖甲
圖乙
下列說法正確的是　　　　(填字母)。
A.圖甲縱坐標表示CH3OH的平衡產率
B.壓強:p1>p2>p3
C.為了同時提高CO2的平衡轉化率和CH3OH的平衡產率,應選擇低溫、高壓的反應條件
D.一定溫度、壓強下,尋找活性更高的催化劑,是提高CO2的平衡轉化率的主要研究方向
②解釋圖乙不同壓強下縱坐標代表的物理量在550 ℃后趨于相等的原因:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)若一定量CO2和H2僅發生反應Ⅰ和Ⅱ,研究表明:在其他條件相同的情況下,用新型催化劑可以顯著提高甲醇的選擇性。使用該催化劑,按n(CO2)∶n(H2)=1∶3(總量為a mol)投料于恒容密閉容器中進行反應,CO2的平衡轉化率和甲醇的選擇性(甲醇的選擇性:轉化的CO2中生成甲醇的物質的量分數)隨溫度的變化趨勢如圖所示(忽略溫度對催化劑的影響)。
①根據圖中數據,溫度選擇　　　　K(填“473”“513”或“553”),達到平衡時,反應體系內甲醇的產量最高。
②隨著溫度的升高,CO2的平衡轉化率增大但甲醇的選擇性降低,請分析其原因:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
答案與分層梯度式解析
高考真題練
1.C 2.C 3.D 4.B 5.C 8.B
1.C　本題屬于信息型圖像題,題目涉及的物質變化必須根據圖像分析推導,所以解答本題先分析圖像中對應Mn粒子的曲線變化,再結合所學氧化還原反應、化學反應速率的影響因素等相關知識分析解答(解題技法)。由題圖可知,Mn(Ⅶ)首先被還原為Mn(Ⅲ),還有少量Mn(Ⅳ)生成,Mn(Ⅲ)濃度達到最大后,會繼續被還原為Mn(Ⅱ),故Mn(Ⅲ)可以氧化H2C2O4,該條件下Mn(Ⅱ)和Mn(Ⅶ)不能大量共存,A項錯誤、C項正確;反應生成的Mn(Ⅱ)起催化作用,使反應速率加快,故反應速率不是逐漸減小,B項錯誤;H2C2O4是弱酸,在書寫離子方程式時不能拆開,總反應的離子方程式為2Mn+5H2C2O4+6H+ 2Mn2++10CO2↑+8H2O,D項錯誤。
考場速決　從題圖可看出,Mn(Ⅱ)和Mn(Ⅶ)沒有同時存在的時刻,所以二者不能大量共存,C項正確。
2.C　實驗①中,0~20 min,Δc(NH3)=2.40×10-3 mol·L-1-2.00×10-3 mol·L-1=4.00×10-4 mol·L-1,v(NH3)==2.00×10-5 mol·L-1·min-1,反應速率之比等于化學計量數之比,v(N2)=v(NH3)=1.00×10-5 mol·L-1·min-1,A正確;恒溫條件下平衡常數K恒定,實驗③平衡時c(NH3)=0.40×10-3 mol·L-1,若實驗②平衡時c(NH3)也等于0.40×10-3 mol·L-1,由于起始投料量不同,求出的K必然不同,所以x≠0.40,B正確;實驗①中氨氣起始濃度大于實驗②,但在0~20 min,實驗①和實驗②中氨氣濃度變化量都是4.00×10-4 mol·L-1,不能說明相同條件下,氨氣的濃度增加,反應速率增大,C錯誤;對比實驗①和實驗③,氨氣起始濃度相同,實驗③中催化劑表面積是實驗①中催化劑表面積的2倍,實驗③先達到平衡狀態,反應速率快,說明相同條件下,增加催化劑的表面積,反應速率增大,D正確。
3.D　從題圖中可以看出,無催化劑時,反應能進行,但是反應速率比較慢,A項錯誤;在相同條件下,催化劑Ⅱ與催化劑Ⅰ相比,相同時間內催化劑Ⅰ條件下生成物的濃度變化量更大,反應速率更快,故催化劑Ⅰ使反應活化能更低,B項錯誤;0~2 min內,反應物濃度的變化量與生成物濃度的變化量之比等于其化學計量數之比,故a曲線表示使用催化劑Ⅰ時X的濃度隨時間的變化,C項錯誤;使用催化劑Ⅰ時,0~2 min內,v(X)=v(Y)=×=1.0 mol·L-1·min-1,D項正確。
教材溯源
神奇的催化劑
　　(1)催化劑對化學反應速率和化學平衡的影響:催化劑能極大地提高化學反應速率,而不影響化學平衡,且自身的組成、化學性質和質量在反應前后不發生變化;催化劑都具有一定的選擇性。
　　(2)酶:酶是特殊的催化劑,其比一般的催化劑具有更高的選擇性和催化效率,且反應條件溫和。
　　(3)催化劑活性:在使用催化劑時,要注意溫度對催化劑的影響,找到催化劑的最適溫度,在最適溫度下,催化劑的活性最大,具有更高的催化效率。
　　(4)催化劑“中毒”:因吸附或沉積毒物(反應原料中帶入的雜質、反應產物或副產物等)而使催化劑活性降低或喪失的過程。
4.B　MnO2催化H2O2分解,催化劑只改變化學反應速率,不影響平衡移動,所以不能用平衡移動原理解釋,A錯誤;密閉燒瓶中存在平衡:2NO2(g) N2O4(g)　ΔH<0,加熱,平衡逆向移動,導致c(NO2)增大,氣體顏色加深,能用平衡移動原理解釋,B正確;常溫下,Fe遇濃硝酸發生鈍化,鐵釘表面產生了氧化膜,加熱條件下氧化膜被破壞,鐵和濃硝酸發生氧化還原反應,有紅棕色氣體NO2生成,不能用平衡移動原理解釋,C錯誤;Zn能置換出Cu,Zn、Cu和稀硫酸構成原電池而促進H2的生成,不能用平衡移動原理解釋,D錯誤。
考場速決　平衡移動原理要應用在存在化學平衡狀態的反應中,這樣的化學反應一定是可逆反應,此題中只有B選項涉及反應是可逆反應。
5.C　對于反應I2(g)+H2(g) 2HI(g),依據化學平衡常數定義知,K==≈50.28。A項,Q===1.00<50.28,反應正向進行;B項,Q==≈50.28,反應處于平衡狀態;C項,Q==≈82.64>50.28,反應逆向進行;D項,Q==≈50.28,反應處于平衡狀態。
6.答案　BD
解析　由于容器體積固定,充入惰性氣體雖使容器內壓強增大,但反應物和生成物的濃度不變,故平衡不會移動,A錯誤;容器體積固定,反應物中存在C(s),未達平衡前,氣體的總質量增大,混合氣體的密度逐漸增大,當密度不變時說明反應達到平衡狀態,B正確;反應Ⅰ、Ⅱ相加得反應C(s)+2H2O(g) CO2(g)+2H2(g),若H2O(g)完全轉化,則所得混合氣體中H2的體積分數為,由于反應為可逆反應,故混合氣體中H2的體積分數小于,C錯誤;將炭塊粉碎,增大反應物的接觸面積,可以加快反應速率,D正確。
7.答案　(ⅰ)cd　(ⅱ)d
解析　(ⅰ)根據題圖可知,隨著溫度的升高,反應速率先增大后減小,a錯誤;相同條件下,反應達平衡時,轉化率最大,轉化率為0.88時未達到相同溫度下的最大轉化率,不是平衡狀態,b錯誤;由題圖可知,轉化率越大,反應速率最大值對應的溫度越低,c正確;根據不同轉化率下的最大速率對應的溫度,選擇最佳生產溫度,d正確。(ⅱ)根據題圖可知四種不同催化劑在相同溫度下作用時,d的轉化率最高,且轉化率較高時,溫度較低,催化性能最好。
8.B　應用“定一議二”原則分析圖像,解題過程中可以作輔助線幫助分析(解題技法)。
題述反應為反應前后氣體體積不相等的反應,恒溫恒容,當容器內壓強不變時,說明反應達到平衡狀態,D正確。
9.答案　(3)3.0　2.25　增大
(4)　46.26　
解析　(3)由題給平衡時~T的關系圖得,660 K時,=1.5 kPa,根據反應(Ⅰ)的化學方程式可知,==1.5 kPa,沒有其他氣體存在,則該反應的平衡總壓p總=+=3.0 kPa;平衡常數Kp(Ⅰ)=·=2.25 (kPa)2;由題圖得,隨溫度升高而逐漸增大,則也隨溫度升高而增大,故Kp(Ⅰ)隨反應溫度升高而增大。
(4)提高溫度后,容器中進一步發生反應2SO3(g) 2SO2(g)+O2(g)(Ⅱ),結合反應(Ⅰ),設SO3分解前的物質的量為a mol(SO2的物質的量也為a mol),平衡時轉化的SO3的物質的量為2x mol,則有
　　　　　　　2SO3(g) 2SO2(g)+O2(g)
起始/mol a a 0
轉化/mol 2x 2x x
平衡/mol a-2x a+2x x
平衡時n總=(2a+x)mol,則=p總,=p總,=p總,聯立解得=;在929 K時,p總=++=84.6 kPa,又==35.7 kPa,解得=46.26 kPa,=2.64 kPa,Kp(Ⅱ)== kPa。
10.答案　(1)50%　4.76
(2)①越高　等溫等壓下加入惰性氣體,平衡向氣體分子數增加的方向移動　②d　24.9
解析　(1)設n(H2S)=1 mol,則n(Ar)=4 mol,轉化的n(H2S)=x mol,列三段式:
　　　　　　　2H2S(g) 2H2(g)+S2(g)
起始/mol 1 0 0
轉化/mol x x
平衡/mol 1-x x
平衡時H2S和H2的分壓相等,即n(H2S)=n(H2),1-x=x,x=0.5,H2S的轉化率為×100%=50%;此時n(H2S)=n(H2)=0.5 mol,n(S2)=0.25 mol,p(S2)=×100 kPa≈4.76 kPa,Kp=,平衡時H2S和H2的分壓相等,故Kp=p(S2)≈4.76 kPa。
(2)2H2S(g) 2H2(g)+S2(g)是氣體物質的量增多的反應,壓強越小反應正向進行的程度越大,H2S的轉化率越大。在100 kPa的恒壓條件下,n(H2S)∶n(Ar)越小,H2S的分壓越小,相當于降低壓強,H2S的轉化率越大,故題圖中曲線a、b、c、d、e對應的n(H2S)∶n(Ar)分別是4∶1、1∶1、1∶4、1∶9、1∶19。當n(H2S)∶n(Ar)=1∶9時,設n(H2S)=1 mol,則n(Ar)=9 mol,0 s時p(H2S)=×100 kPa=10 kPa,0.1 s內H2S的轉化率為24%,即參加反應的H2S的物質的量為0.24 mol,列三段式:
　　　　　　　2H2S(g) 2H2(g)+S2(g)
起始/mol 1 0 0
轉化/mol 0.24 0.24 0.12
0.1 s/mol 0.76 0.24 0.12
0.1 s時,p(H2S)=×100 kPa≈7.51 kPa,則0.1 s內H2S分壓的平均變化率為=24.9 kPa·s-1。
11.答案　(1)-200(X+Y)
(2)a、c　8.3×10-8　0.08　39%
解析　(1)反應Ⅰ為可逆反應,在相同條件下,以等物質的量的BL或BD為初始原料,達到平衡時的狀態相同,以5.0×10-3 mol BL為原料,達平衡時放熱X kJ,以5.0×10-3 mol BD為原料,達平衡時吸熱Y kJ,故反應Ⅰ的ΔH=- kJ·mol-1=-200(X+Y) kJ·mol-1。
(2)由X12.答案　(1)5
(2)甲苯　主反應④的產物苯乙烯應該選擇性最高,曲線a代表苯乙烯,隨乙苯轉化率的增大,反應體系中H2的量增大,反應⑥速率加快,甲苯的選擇性提高
解析　(1)乙苯的平衡轉化率為50%時,根據反應④列三段式:
　　　　C6H5C2H5(g) C6H5CH CH2(g)+H2(g)
起始/mol 1 0 0
轉化/mol 0.5 0.5 0.5
平衡/mol 0.5 0.5 0.5
平衡時,氣體總物質的量為1.5 mol,則Kp== kPa。欲將平衡轉化率提高至75%,設需要向反應器中充入x mol水蒸氣,根據反應④列三段式:
　　 　　C6H5C2H5(g) C6H5CH CH2(g)+H2(g)
起始/mol 1 0 0
轉化/mol 0.75 0.75 0.75
平衡/mol 0.25 0.75 0.75
平衡時,氣體總物質的量為0.25 mol+0.75 mol+0.75 mol+x mol=(1.75+x) mol,因溫度不變,則Kp不變,Kp== kPa,解得x=5。
高考模擬練
1.D 2.C 3.B 4.C 5.A 6.D
1.D　根據題圖可看出,CO2的平衡轉化率:a>b,投料比相同的情況下,CO2的平衡轉化率越大,剩余的CO2的物質的量越少, CO2的物質的量分數也就越小,所以CO2的物質的量分數:a6H2(g)+2CO2(g) C2H5OH(g)+3H2O(g)
起始/mol 2m m 0 0
轉化/mol 1.8m 0.6m 0.3m 0.9m
平衡/mol 0.2m 0.4m 0.3m 0.9m
平衡時C2H5OH的物質的量分數為×100%≈16.7%;設c點起始二氧化碳物質的量為n mol,則起始氫氣物質的量為1.5n mol,可列三段式:
6H2(g)+2CO2(g) C2H5OH(g)+3H2O(g)
起始/mol 1.5n n 0 0
轉化/mol 1.35n 0.45n 0.225n 0.675n
平衡/mol 0.15n 0.55n 0.225n 0.675n
平衡時C2H5OH的物質的量分數為×100%≈14.1%,所以C2H5OH物質的量分數:a>c,B錯誤;其他條件相同時,升高溫度,二氧化碳的轉化率降低,平衡逆向移動,則平衡常數變小,平衡常數:Ka=Kc>Kb,C錯誤;其他條件相同時,升高溫度,化學反應速率加快,反應速率:va(CO2)2.C　根據題圖1可知,乙醇的超臨界水氧化過程中,CO含量先增大再減小直至消失,CO2含量一直增大,C2H5OH含量一直減小直到消失,可見CO是中間產物,CO2是最終產物,A項合理;由題圖1可知,在550 ℃時,反應15 s之后,CO含量為零,說明乙醇氧化為二氧化碳已趨于完全,B項合理;乙醇的超臨界水氧化過程中,乙醇的消耗速率和二氧化碳的生成速率的數值不相等,C項不合理;只有單位時間內乙醇氧化生成CO的速率比CO氧化生成CO2的速率更快,xCO峰值出現的時間才會提前,且峰值更高,所以隨溫度升高,xCO峰值出現的時間提前,且峰值更高,可說明乙醇的氧化速率比一氧化碳氧化速率的增長幅度更大,D項合理。
素養解讀
　　本題以超臨界水為情境,以圖像的形式提供乙醇的超臨界水氧化結果圖,考查學生新信息的接受能力、圖像的分析能力,培養學生證據推理與模型認知的化學學科核心素養。
3.B　兩份混合溶液的體積相同,H2SO4溶液的濃度相同,Na2S2O3溶液的濃度不同,增大Na2S2O3溶液的濃度,出現渾濁現象所需時間縮短,從而得出增大反應物濃度,可加快反應速率,A符合題意;對于合成氨反應,在容器容積不變時,通過充入稀有氣體增大容器內的壓強,由于反應物和生成物的濃度不變,所以反應速率不變(易錯點),但如果縮小容器容積來增大壓強,化學反應速率會改變,所以不能得出化學反應速率不受壓強影響的結論,B不符合題意;對于反應2NO2(g)(紅棕色) N2O4(g)(無色)　ΔH<0,升高溫度,混合氣體的顏色加深,則表明平衡逆向移動,從而得出升高溫度,會使化學平衡向吸熱反應方向移動,C符合題意;足量的KI溶液中加入少量的FeCl3溶液,反應后的溶液能使KSCN溶液變為血紅色,表明FeCl3有剩余,從而說明KI與FeCl3的反應有一定限度,D符合題意。
4.C　同一壓強下,溫度升高乙烯平衡轉化率下降,說明升高溫度平衡逆向移動,正反應為放熱反應,則ΔH<0,A正確;假設n(H2O)=n(C2H4)=1 mol,題圖a點乙烯的平衡轉化率為20%,則參與反應的乙烯為0.2 mol,平衡時n(H2O)=n(C2H4)=0.8 mol,n(C2H5OH)=0.2 mol,Kp==,B正確;題述反應正反應為氣體體積減小的反應,相同溫度下,壓強越大,乙烯的平衡轉化率越大,因此p3>p2>p1,C錯誤;b點的溫度、壓強均高于a點,反應速率:b>a,因此達到平衡所需時間:a>b,D正確。
5.A　對比實驗①②可知,反應速率與c(Br-)成正比,對比實驗①④可知,反應速率與c(Br)成正比,對比實驗③⑤可知,v=1.2×10-8×2×2=4.8×10-8,A錯誤;溫度升高,反應速率加快,則k的數值增大,B正確;對比實驗①②可知c(Br-)增大1倍,反應速率增大到原來的2倍,n=1,同理,對比實驗①④可知m=1,對比實驗②③可知,H+濃度增大1倍,反應速率增大到原來的4倍,所以p=2,C正確;對比實驗①④可知,只有Br的濃度不同,所以實驗①④探究的是c(Br)對反應速率的影響,D正確。
6.D　從題圖可看出,T2 K之前H2的轉化率隨溫度的升高而增大,T2 K之后H2的轉化率隨溫度的升高而減小,溫度越高,化學反應速率越快,達到平衡所需時間越短,可判斷T2 K之前反應未達到平衡狀態,T2 K之后反應達到平衡狀態,升高溫度,平衡逆向移動,則題述反應ΔH<0;溫度:c>b>a,升高溫度正、逆反應速率都增大,故v逆(CH4)由大到小的順序為c>b>a,A、B正確。T2 K時,反應達到平衡狀態,氫氣的轉化率為80%,起始時充入2 mol CO2、4 mol H2,壓強為3 MPa,可以推出起始時CO2分壓為1 MPa,H2分壓為2 MPa,恒容條件下可列三段式:
CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)
起始/MPa 1 2 0 0
變化/MPa 0.4 1.6 0.4 0.8
平衡/MPa 0.6 0.4 0.4 0.8
Kp= (MPa)-2= (MPa)-2,根據平衡時v正=v逆,推出Kp=,則k正=k逆×Kp=2×(MPa)-4·min-1≈33.3(MPa)-4·min-1,C正確;題述反應ΔH<0,升高溫度,平衡逆向移動,反應物的平衡轉化率減小,D錯誤。
7.答案　(1)2CO2(g)+6H2(g) CH3OCH3(g)+3H2O(g)　ΔH=-123.1 kJ·mol-1
(2)①ABC　②反應Ⅱ是吸熱反應,550 ℃后以反應Ⅱ為主,反應Ⅱ是反應前后氣體體積相等的反應
(3)①553　②當溫度升高時反應Ⅰ的平衡逆向移動,而反應Ⅱ的平衡正向移動且幅度更大,所以CO2的轉化率增大,但甲醇的選擇性降低
解析　(1)根據題給焓變示意圖可知:在工藝2中,2 mol CO2(g)和6 mol H2(g)的總能量比1 mol CH3OCH3(g)和3 mol H2O(g)的總能量高(99.2+23.9) kJ=123.1 kJ,所以CO2直接加氫合成CH3OCH3(g)(反應Ⅳ)的熱化學方程式為2CO2(g)+6H2(g) CH3OCH3(g)+3H2O(g)　ΔH=-123.1 kJ·mol-1。
(2)①根據題給焓變示意圖可知:反應Ⅰ為放熱反應,反應Ⅱ為吸熱反應,在其他條件不變時,溫度升高,反應Ⅰ平衡逆向移動,反應Ⅱ平衡正向移動,CH3OH(g)的平衡產率會降低,所以圖甲縱坐標表示CH3OH的平衡產率,A正確;反應Ⅰ的正反應是氣體體積減小的反應,在其他條件不變時,增大壓強,化學平衡正向移動,CO2的平衡轉化率增大,CH3OH的平衡產率增大,壓強:p1>p2>p3,B正確;反應Ⅰ的正反應是氣體體積減小的放熱反應,為了同時提高CO2的平衡轉化率和CH3OH的平衡產率,根據平衡移動原理,可知應選擇低溫、高壓的反應條件,C正確;一定溫度、壓強下,尋找活性更高的催化劑,可以加快反應速率,但化學平衡不發生移動,因此不能提高CO2的平衡轉化率,D錯誤。②圖乙縱坐標表示CO2的平衡轉化率,不同壓強下CO2的平衡轉化率在550 ℃后趨于相等,這是由于反應Ⅱ是吸熱反應,550 ℃后以反應Ⅱ為主,反應Ⅱ是反應前后氣體體積相等的反應,所以不同壓強下CO2的平衡轉化率趨于相等。
(3)①按n(CO2)∶n(H2)=1∶3(總量為a mol)投料于恒容密閉容器中進行反應,n(CO2)=×a mol= mol,由碳元素守恒,n(CH3OH)=n(CO2)×CO2的平衡轉化率×甲醇的選擇性,473 K時,n(CH3OH)=n(CO2)×13.2%×86%≈0.028a mol,513 K時,n(CH3OH)=n(CO2)×15%×78%≈0.029a mol,553 K時,n(CH3OH)=n(CO2)×60%×21%≈0.032a mol,故溫度選擇553 K,達到平衡時,反應體系內甲醇的產量最高。②反應Ⅰ為放熱反應,反應Ⅱ為吸熱反應,當溫度升高時反應Ⅰ的平衡逆向移動,而反應Ⅱ的平衡正向移動且幅度更大,所以CO2的轉化率增大,但甲醇的選擇性降低。
素養解讀　本題以當今熱點問題“碳中和”為情境,引發學生對環保問題的關注,引導學生從化學角度思考社會問題的解決辦法,激發學生學習化學的興趣。本題的綜合性很強,借助圖像多角度考查化學平衡的問題,培養學生變化觀念與平衡思想、科學態度與社會責任的化學學科核心素養。
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