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专题突破练(八) 化学反应速率和化学平衡
1.已知分解1 mol H2O2放出热量98 kJ。在含少量I-的溶液中,H2O2分解的机理为:
H2O2+I-―→H2O+IO- 慢
H2O2+IO-―→H2O+O2+I- 快
下列有关该反应的说法正确的是( )
A.反应速率与I-浓度有关
B.IO-也是该反应的催化剂
C.反应活化能等于98 kJ·mol-1
D.v(H2O2)=v(H2O)=v(O2)
解析: 由于反应速率由慢反应决定,故I-浓度越大,反应速率越快,A正确;IO-为中间产物,不是催化剂,B错误;活化能不是反应热,反应热是正、逆反应活化能的差值,C错误;依据总反应2H2O2===2H2O+O2↑和反应速率计量数间的关系判断,D错误。
答案: A
2.(2017·湖北八所重点中学联考)将6 mol CO2和8 mol H2充入一容积为2 L的密闭容器中(温度保持不变)发生反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔHⅠ>Ⅳ
解析: A项,根据控制变量法原理,Ⅰ和Ⅱ实验探究温度对反应速率的影响,而Ⅱ和Ⅲ实验探究硫酸铜对反应速率的影响,应控制Ⅱ实验的温度为35 ℃,A项错误;B项,时间越长,反应越慢,B项错误;C项,上述方案只能探究温度、硫酸铜对锌与稀硫酸反应速率的影响,C项错误;D项,同条件下,温度高,反应快,得出Ⅱ的速率比Ⅰ的速率大;少量硫酸铜与锌发生置换反应,铜附在锌表面构成原电池,加快反应速率,但是硫酸铜的量过多,会导致大量铜覆盖锌,阻止反应进一步进行,D项正确。
答案: D
5.对于可逆反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0。下列研究目的和图示相符的是( )
A
B
C
D
研究目的
温度(T)对化学平衡的影响(T2>T1)
压强(p)对平衡常数的影响
温度(T)对反应的影响
压强(p)对反应的影响(p2>p1)
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图示
解析: A项,根据“先拐先平”反应快、温度高,可知T1>T2,错误;B项,化学平衡常数只受温度影响,与压强无关,错误;C项,①最低点为平衡点;②最低点左侧为反应向右进行建立平衡的过程;③后半段为温度对平衡影响;D项,根据“先拐先平、反应快,压强大”可知p1>p2,错误。
答案: C
6.(2017·西城区期末)已知:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92 kJ·mol-1,图中表示L一定时,H2的平衡转化率(α)随X的变化关系,L(L1、L2)、X可分别代表压强或温度。下列说法中,不正确的是( )
A.X表示温度 B.L2>L1
C.反应速率:v(M)>v(N) D.平衡常数:K(M)>K(N)
解析: A项,据图可知,随着X的增加,H2的转化率减小,根据反应3H2(g)+N2(g) 2NH3(g) ΔHL1,正确;C项,温度不变增大压强,反应速率加快,v(L2)>v(L1),则反应速率:v(M)>v(N),正确;D项,温度不变,平衡常数不变,平衡常数K(M)=K(N),错误。
答案: D
7.(2017·衡水联考)以二氧化碳和氢气为原料制取乙醇的反应为:2CO2(g)+6H2(g) CH3CH2OH(g)+3H2O(g) ΔHb,A错误;b点只能说明该温度下,CO2和H2O的浓度相等,不能说明v正(CO2)=v逆(H2O),B错误;从图象可知,a点H2和H2O的物质的量百分数相等,故物质的量相等,C正确;其他条件恒定,充入更多H2,反应物浓度增大,正反应速率增大,v(CO2)也增大,D错误。
答案: C
8.一定条件下,CH4与H2O(g)发生反应:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)。设起始=Z,在恒压下,平衡时CH4的体积分数φ(CH4)与Z和T(温度)的关系如下图所示。下列说法正确的是( )
A.该反应的焓变ΔH>0
B.图中Z的大小为a>3>b
C.图中X点对应的平衡混合物中=3
D.温度不变时,图中X点对应的平衡在加压后φ(CH4)减小
解析: A.根据图示知温度越高,CH4的体积分数越小,说明平衡向右移动,所以该反应的焓变ΔH>0,A项正确;B.相同条件下Z越大,平衡时CH4的体积分数越小,所以图中Z的大小为a2,因此温度小于80 ℃,故错误;D项,相当于增大压强,平衡向正反应方向进行,达到平衡后CO的体积分数减小,故D正确。
答案: D
10.甲、乙、丙三个容器中最初存在的物质及其数量如图所示,三个容器最初的容积相等、温度相同,反应中甲、丙的容积不变,乙中的压强不变,在一定温度下反应达到平衡。下列说法正确的是( )
A.平衡时各容器内c(NO2)的大小顺序为乙>甲>丙
B.平衡时N2O4的百分含量:乙>甲=丙
C.平衡时甲中NO2与丙中N2O4的转化率不可能相同
D.平衡时混合物的平均相对分子质量:甲>乙>丙
解析: 因甲、丙为恒容容器,0.1 mol N2O4完全转化可得到0.2 mol NO2,故甲、丙两容器中的化学平衡为等效平衡,反应开始后乙容器中的压强大于甲容器中的压强,而压强越大,越有利于平衡向生成N2O4的方向进行,故B对;再结合平均相对分子质量与各组分相对分子质量的关系知D错;虽然乙中转化掉的NO2比甲中多,由勒夏特列原理知因乙的容积减小导致NO2浓度增大的程度大于因平衡移动使NO2浓度减小的程度,因此,平衡时乙中NO2的浓度大于甲中NO2的浓度,但由于甲、丙两容器内的化学平衡为等效平衡,甲、丙中NO2的浓度应相等,A错;由甲、丙中的化学平衡为等效平衡知,若平衡时甲中NO2的转化率为50%,则丙中N2O4的转化率也为50%,C错。
答案: B
11.根据下表所示化学反应与数据关系,回答下列问题:
化学反应
平衡
常数
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温度
973 K
1 173 K
①Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g)
K1
1.47
2.15
②Fe(s)+H2O(g)FeO(s)+H2(g)
K2
2.38
1.67
③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
K3
?
?
(1)反应①是________(填“吸热”或“放热”)反应。
(2)写出反应③的平衡常数K3的表达式________________________________________________________________________。
(3)根据反应①②③可推导出K1、K2与K3之间的关系,则K3=________(用K1、K2表示)。
(4)要使反应③在一定条件下建立的平衡向逆反应方向移动,可采取的措施有________(填写字母序号)。
A.缩小反应容器的容积
B.扩大反应容器的容积
C.升高温度
D.使用合适的催化剂
E.设法减小平衡体系中的CO浓度
(5)若反应③的逆反应速率与时间的关系如图所示:
①可见反应在t1、t3、t7时都达到了平衡,而t2、t8时都改变了一种条件,试判断改变的是什么条件:t2时________;t8时____________。
②若t4时降压,t6时增大反应物的浓度,请在图中画出t4~t6时逆反应速率与时间的关系曲线。
解析: (1)由表可知,温度升高,反应①的K1增大,故该反应为吸热反应。(2)反应③的平衡常数K3=。(3)K3=,K1=,K2=,故K3=。
(4)反应①为吸热反应,其逆反应为放热反应,反应②是放热反应,而反应③是反应①的逆反应与反应②的和,故反应③是放热反应,且反应前后气体的体积不变,故只有C、E可使平衡逆向移动。(5)①由图可知,t2时改变的条件使反应速率增大,且平衡逆向移动,故改变的条件是升高温度或增大CO2的浓度(或增大H2的浓度);t8时改变的条件使反应速率加快且平衡不移动,故改变的条件是使用催化剂或加压(或减小容器的容积)。②若t4时降压,则反应速率减小,曲线在原来平衡曲线的下方,平衡不移动,故该曲线为水平直线,且纵坐标为t6时的v逆。
答案: (1)吸热 (2) (3) (4)CE
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(5)①升高温度或增大CO2的浓度或增大H2的浓度
使用催化剂或加压或减小容器的容积
12.CrO和Cr2O在溶液中可相互转化。室温下,初始浓度为1.0 mol·L-1的Na2CrO4溶液中c(Cr2O)随c(H+)的变化如图所示。
(1)用离子方程式表示Na2CrO4溶液中的转化反应________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)由图可知,溶液酸性增大,CrO的平衡转化率________(填“增大”“减小”或“不变”)。根据A点数据,计算出该转化反应的平衡常数为________。
(3)升高温度,溶液中CrO的平衡转化率减小,则该反应的ΔH________0(填“大于”“小于”或“等于”)。
解析: (1)由信息CrO和Cr2O在溶液中可相互转化,再结合图象知,Na2CrO4溶液中的转化反应为2CrO+2H+Cr2O+H2O。(2)由图可知,溶液的酸性增强,Cr2O的浓度越大,平衡向正反应方向移动,因此CrO的平衡转化率增大;由反应2CrO+2H+Cr2O+H2O得该转化反应的平衡常数表达式为,根据A点数据可以得出c(H+)=1.0×10-7 mol·L-1、c(Cr2O)=0.25 mol·L-1,可求出转化的c(CrO)=0.25 mol·L-1×2=0.5 mol·L-1,进一步可得平衡时c(CrO)=0.5 mol·L-1,代入表达式中得平衡常数K=1.0×1014。(3)溶液中CrO的平衡转化率减小,说明平衡向逆反应方向移动,由升高温度平衡向吸热的方向移动,得出正反应为放热反应,ΔH小于0。
答案: (1)2CrO+2H+Cr2O+H2O
(2)增大 1.0×1014 (3)小于
13.甲醇既是重要的化工原料,又可作为燃料,利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂作用下合成甲醇。发生的主要反应如下:
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①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1