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本章復習提升
易混易錯練
易錯點1　混淆外界因素對化學反應速率和化學平衡的影響
1.關于一定條件下的化學平衡H2(g)+I2(g) 2HI(g)　ΔH<0,下列說法正確的是 (　　)
A.恒溫恒容,充入H2,v(正)增大,平衡右移
B.恒溫恒容,充入He,v(正)增大,平衡右移
C.加壓(縮小容器容積),v(正)、v(逆)不變,平衡不移動
D.升溫,v(正)減小,v(逆)增大,平衡左移
2.恒壓條件下,密閉容器中將CO2、H2按照體積比為1∶3合成CH3OH,其中涉及的主要反應為
Ⅰ.CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH1=-49 kJ·mol-1
Ⅱ.CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)　ΔH2=+41 kJ·mol-1
在不同催化劑作用下發生反應Ⅰ和反應Ⅱ,在相同的時間段內CH3OH的選擇性和產率隨溫度的變化如圖所示:
已知:CH3OH的選擇性=×100%
下列說法正確的是 (　　)
A.保持恒溫恒壓下充入氮氣,不影響CO的產率
B.合成甲醇的適宜工業條件是約230 ℃,催化劑選擇CZT
C.使用CZ(Zr-1)T、230 ℃以上,升高溫度甲醇的產率降低,原因可能是催化劑的活性降低
D.使用CZT、230 ℃以上,升高溫度甲醇的產率降低,可能是因為反應Ⅱ平衡正向移動
易錯點2　錯誤理解化學平衡移動方向與轉化率的關系
3.在一定條件下,取一定量的A和B在恒容密閉容器中發生反應:aA(g)+bB(s) mM(g)+nN(g)　ΔH=Q kJ· mol-1,達到平衡狀態時,M的濃度與溫度和容器容積的關系如圖所示。下列有關判斷一定正確的是 (　　)
A.a>m+n
B.達到平衡狀態后,增大B的量將會提高A的轉化率
C.E點的平衡常數小于F點的平衡常數
D.Q<0
4.一定溫度下,向三個容積不等的恒容密閉容器(aA.A點延長反應時間,SO3的轉化率不會改變
B.容積為c L的容器中 SO3的平衡轉化率大于 80%
C.容積為a L的容器達到平衡后再投入1 mol SO3和1 mol SO2,平衡不移動
D.A、C兩點的壓強之比為1∶1
思想方法練
用數形結合的思想分析化學平衡圖像問題
方法概述
化學平衡圖像類試題的特點是把所要考查的化學知識與圖像結合,具有簡明、直觀、形象等特點。此類試題一般的解題思路是確定橫、縱坐標表示的量的意義,分析曲線的走向和變化趨勢,找準特殊點,根據理論知識,結合圖像解答問題。
1.向10 L恒容密閉容器中充入1 mol S2Cl2和1 mol Cl2,發生反應S2Cl2(g)+Cl2(g) 2SCl2(g)。Cl2的消耗速率及SCl2的消耗速率與溫度(T)的關系如圖所示。
下列說法錯誤的是 (　　)
A.正反應的活化能小于逆反應的活化能
B.S2Cl2與Cl2的轉化率始終相等
C.a、b、c、d四點對應狀態下,只有a點達到平衡狀態
D.一定溫度下,向平衡體系中再充入一定量的SCl2(g),達到平衡后,Cl2的物質的量分數不變
2.在1 L密閉容器中充入0.2 mol Cl2和0.3 mol NO,不同溫度下發生反應Cl2(g)+2NO(g) 2ClNO(g)　ΔH<0,ClNO的體積分數[φ(ClNO)]隨時間的變化如圖所示。下列說法不正確的是 (　　)
A.實驗Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ反應溫度大小關系:T1>T2>T3
B.實驗Ⅱ與實驗Ⅰ、Ⅲ相比,除溫度不同外還可能使用了催化劑
C.NO和Cl2的物質的量之比保持不變時,反應達到平衡狀態
D.實驗Ⅲ在0~25 min內用NO表示的反應速率為0.004 mol/(L·min)
3.CH4-CO2催化重整的反應為①CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g)　ΔH1
其中,積碳是導致催化劑失活的主要原因。產生積碳的反應有:
②CH4(g) C(s)+2H2(g)　ΔH2=+74.6 kJ·mol-1
③2CO(g) C(s)+CO2(g)　ΔH3=-172.5 kJ·mol-1
科研人員研究壓強對催化劑活性的影響:在1 073 K時,將恒定組成的CO2、CH4混合氣體,以恒定流速通過反應器,測得數據如下。
下列分析不正確的是 (　　)
A.ΔH1=+247.1 kJ·mol-1
B.壓強越大,Ra降低越快,其主要原因是反應①平衡逆向移動
C.保持其他條件不變,適當增大投料時,可減緩Ra的衰減
D.研究表明“通入適量O2有利于重整反應”,因為O2能與C反應并放出熱量
4.NOx的排放主要來自汽車尾氣。NO可利用活性炭進行吸附。反應原理為C(s)+2NO(g) N2(g)+CO2(g)　ΔH=-34.0 kJ·mol-1。在恒壓密閉容器中加入足量的C和一定量的NO氣體,測得NO的轉化率隨溫度的變化如圖所示。回答下列問題:
(1)由圖可知,反應溫度在1 050 K之前,NO的轉化率隨溫度升高而增大,其原因可能是　　　　　　　　　　　　;在1 100 K時,CO2的體積分數為　　　　。
(2)用物質的平衡分壓代替其物質的量濃度也可以表示化學平衡常數(記作Kp)。在1 050 K、1.1×106 Pa時,該反應的化學平衡常數Kp=　　　　。
5.一碘甲烷(CH3I)熱裂解時主要發生如下反應:
反應Ⅰ:2CH3I(g) C2H4(g)+2HI(g)　ΔH1=+80.2 kJ·mol-1
反應Ⅱ:2C2H4(g) C4H8(丁烯,g)　ΔH2=-84 kJ·mol-1
反應Ⅲ:2HI(g) H2(g)+I2(g)　ΔH3>0
回答下列問題:
(1)若反應Ⅰ正反應活化能E正為a kJ·mol-1,則逆反應活化能E逆為
　　　　kJ·mol-1(用含a的代數式表示)。
(2)在恒容密閉容器中投入1 mol CH3I(g),實驗測得平衡體系中乙烯、碘化氫和丁烯的物質的量分數與反應溫度的關系如圖所示:
①隨著體系溫度升高,HI的物質的量分數先增大后減小的原因可能是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
②715 K時,CH3I(g)的平衡轉化率為　　　　　　　　　　　　;
若起始壓強為200 kPa,則反應Ⅱ的標準平衡常數K =　　　　。[已知:分壓=總壓×該組分的物質的量分數,對于反應dD(g)+eE(g) gG(g)+hH(g),K =,其中p =100 kPa,pD、pE、pG、pH為各組分的平衡分壓]
(3)研究反應Ⅱ對提高反應Ⅰ中CH3I(g)的平衡轉化率有重要意義。T ℃時,反應Ⅱ的正、逆反應速率與濃度的關系分別為v正=k正c2(C2H4),v逆=k逆c(C4H8)(k正、k逆是速率常數),正、逆反應速率方程分別對應圖中m線、n線。
①T ℃時,向2 L的密閉容器中充入1 mol C2H4(g)和5 mol C4H8(g),此時v正　　　　v逆(填“>”“<”或“=”)。
②由m線變為p線,改變的條件可能是　　　　　　　。
答案與分層梯度式解析
易混易錯練
1.A 2.D 3.C 4.D
1.A　恒溫恒容,充入H2,H2濃度增大,v(正)增大,平衡右移,A正確;恒溫恒容,充入He,反應體系中各組分濃度都不變,v(正)、v(逆)不變,平衡不移動,B錯誤;縮小容器容積,反應體系中各組分濃度均增大,v(正)、v(逆)都增大且增大程度相等,平衡不移動,C錯誤;升溫,v(正)、v(逆)均增大,正反應放熱,所以平衡左移,D錯誤。
易錯分析
本題考查影響反應速率和化學平衡的因素;注意向恒容容器通入惰性氣體,由于反應體系中各組分濃度不變,反應速率不變、平衡不移動;恒壓條件下通入惰性氣體,容器容積變大,反應體系中各氣體濃度減小,相當于減壓。
2.D　對于反應Ⅱ的平衡常數K=,保持恒溫、恒壓下充入氮氣,相當于減壓,反應Ⅰ的平衡逆向移動,n(CO2)和n(H2)均增大,對于反應Ⅱ相當于增大反應物的量,反應正向進行,CO的產率增大,A錯誤;分析題圖可知合成甲醇的最適宜工業條件是約230 ℃、催化劑選擇CZ(Zr-1)T,B錯誤;反應Ⅰ為放熱反應,升溫平衡逆向移動,反應Ⅱ為吸熱反應,升溫平衡正向移動,導致甲醇的產率降低,C錯誤; 使用CZT、230 ℃以上,升高溫度甲醇的產率降低可能是因為反應Ⅱ平衡正向移動,D正確。
3.C　達到平衡時,在同一溫度下2 L容器中M的濃度小于6 L容器中M濃度的3倍,說明增大壓強,平衡逆向移動,所以a0,F點所處溫度高于E點,所以E點的平衡常數小于F點的平衡常數,C正確、D錯誤。
4.D　因為a思想方法練
1.C 2.D 3.B
1.C　根據反應S2Cl2(g)+Cl2(g) 2SCl2(g)可知,Cl2的消耗速率表示正反應速率,SCl2的消耗速率表示逆反應速率,二者消耗速率之比為1∶2時,反應達到平衡狀態。由題圖可知,b、d點Cl2的消耗速率與SCl2的消耗速率之比為1∶2,b、d點為平衡點,對應溫度為250 ℃,在300 ℃時,SCl2的消耗速率大于Cl2的消耗速率的2倍,說明平衡逆向移動,則正反應為放熱反應,ΔH<0,即正反應的活化能小于逆反應的活化能,A正確、C錯誤;S2Cl2與Cl2的起始量均為1 mol,根據反應方程式知S2Cl2與Cl2的消耗量始終相等,故S2Cl2與Cl2的轉化率始終相等,B正確;該反應反應前后氣體分子數不變,一定溫度下,向平衡體系中再充入一定量的SCl2(g),達新平衡后Cl2的物質的量分數不變,D正確。
方法點津
本題可利用數形結合的思想分析,先根據圖像中的特殊點(a、b、c、d點)分析出平衡點,然后根據特殊點(300 ℃時的正、逆反應速率)確定平衡移動的方向,從而確定反應是吸熱反應還是放熱反應。
2.D　正反應為放熱反應,溫度升高平衡逆向移動,ClNO的體積分數將減小,結合圖像可知T1>T2>T3,A正確;T1>T2,但T2對應的反應速率比T1大,可知除溫度不同外實驗Ⅱ還可能使用了催化劑,B正確;NO和Cl2的起始物質的量之比為3∶2,反應過程中NO與Cl2的物質的量變化量之比為2∶1,則反應過程中NO和Cl2的物質的量之比是個變量,當NO和Cl2的物質的量之比保持不變時,反應達到平衡狀態,C正確;設0~25 min內Cl2轉化了x mol,根據已知條件列三段式:
　　　　　Cl2(g)+2NO(g) 2ClNO(g)
起始/mol　　0.2　　0.3　　　
轉化/mol　　x　　2x　　2x
平衡/mol　　0.2-x　　0.3-2x　　2x
φ(ClNO)==50%,解得x=0.1,用NO表示的反應速率為=0.008 mol/(L·min),D錯誤。
方法點津
解答該題,要先看題圖中橫、縱坐標的意義,然后看線的走向和變化趨勢:由升高溫度對平衡移動的影響(對ClNO體積分數的影響)可確定溫度高低;再根據特殊點列三段式,進行計算。
3.B　根據蓋斯定律,反應①=反應②-反應③,則ΔH1=ΔH2-ΔH3=[+74.6-(-172.5)] kJ·mol-1=+247.1 kJ·mol-1,A正確;壓強越大,Ra降低越快,說明催化劑活性降低越快,積碳越多,其主要原因是反應③為氣體體積減小的反應,加壓反應③平衡正向移動,B錯誤;保持其他條件不變,適當增大投料時,有利于反應③向逆反應方向進行,減少積碳,減緩Ra的衰減,C正確;通入適量O2,O2能與C反應并放出大量的熱,可減少積碳從而減緩Ra的衰減,同時反應放出的熱使體系溫度升高,反應①正向移動,有利于重整反應,D正確。
4.答案　(1)1 050 K前反應未達到平衡狀態,隨著溫度升高,反應速率加快,NO轉化率增大　20%　(2)4
解析　(1)該反應為放熱反應,溫度升高,NO的平衡轉化率減小,1 050 K之前,NO的轉化率隨溫度升高而增大,說明1 050 K前反應未達平衡狀態,隨著溫度升高,反應速率加快,NO轉化率增大;在1 100 K時,NO的轉化率為40%,該反應反應前后氣體的分子數相等,所以平衡時NO的體積分數為60%,CO2的體積分數為20%。(2)對于反應C(s)+2NO(g) N2(g)+CO2(g),1 050 K、1.1×106 Pa時,NO的平衡轉化率為80%,則平衡時NO的體積分數為20%,N2、CO2的體積分數都為40%,所以該反應的化學平衡常數Kp==4。
5.答案　(1)a-80.2
(2)①800 K前,升高溫度,反應Ⅰ正向進行的程度大于反應Ⅲ正向進行的程度,HI的物質的量分數逐漸增大;800 K后,升高溫度,反應Ⅲ正向進行的程度大于反應Ⅰ正向進行的程度,HI的物質的量分數逐漸減小　②58.8%　17
(3)①=　②使用更高效的催化劑或升高溫度等
解析　(1)ΔH=正反應的活化能-逆反應的活化能,反應Ⅰ的焓變為+80.2 kJ·mol-1,正反應的活化能E正為a kJ·mol-1,則逆反應的活化能E逆為(a-80.2) kJ·mol-1。
(2)②由題圖可知,715 K時,乙烯的物質的量分數為5%,碘化氫和丁烯的物質的量分數均為10%,設平衡時乙烯的物質的量為x mol,則平衡時丁烯的物質的量為2x mol,對反應Ⅱ列三段式:
　　　　　2C2H4(g) C4H8(丁烯,g)
起始/mol　　5x　　0
轉化/mol　　4x　　2x
平衡/mol　　x　　2x
生成5x mol乙烯時,對反應Ⅰ列三段式:
2CH3I(g) C2H4(g)+2HI(g)
起始/mol　　1　　0　　0
變化/mol　　10x　　5x　　10x
　　1-10x　　5x　　10x
反應Ⅲ反應前后氣體物質的量不變,故最終平衡時氣體的總物質的量為(1-10x+x+2x+10x)mol=(1+3x)mol,根據×100%=5%,解得x=,所以平衡時乙烯的物質的量為mol,丁烯為mol,CH3I(g)反應了mol,CH3I(g)轉化率為×100%≈58.8%。平衡時,氣體的總物質的量為mol,則此時容器內的總壓強為200× kPa,乙烯的分壓為5%×200× kPa,丁烯的分壓為10%×200× kPa,代入標準平衡常數表達式計算可得K ==17。
(3)①由題干可知,正、逆反應速率方程分別對應圖中m線、n線,根據圖像分析,lgc(C2H4)=0時,lgv正=x+1,根據v正=k正c2(C2H4)得k正的值為10x+1,同理得k逆的值為10x,則此時反應Ⅱ的平衡常數K==10 L·mol-1,Q==10 L·mol-1=K,說明該反應處于平衡狀態,v正=v逆。
②由m線變為p線,即增大k正,可以使用更高效的催化劑或升高溫度等。
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