广东专用新课标高考化学二轮复习作业手册 专题七 化学反应速率和化学平衡AWord文件下载.docx
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A.用物质A表示的反应的平均速率为0.3mol·
B.用物质B表示的反应的平均速率为0.6mol·
C.2s时物质A的转化率为70%
D.2s时物质B的浓度为0.7mol·
5.氢是一种理想的绿色清洁能源,氢气的制取与储存是氢能源利用领域的研究热点。
利用FeO/Fe3O4循环制氢反应原理的热化学方程式如下:
H2O(g)+3FeO(s)Fe3O4(s)+H2(g)
ΔH=akJ/mol ①
2Fe3O4(s)6FeO(s)+O2(g) ΔH=bkJ/mol ②
图71(a)表示FeO的转化率,图(b)表示一定温度时,H2的生成速率[细颗粒(直径0.25mm),粗颗粒(直径3mm)]。
图71
(1)反应:
2H2O(g)===2H2(g)+O2(g) ΔH=______________(用含a、b的代数式表示)。
(2)上述反应b>
0,要使该制氢方案有实际意义,从能源利用及成本的角度考虑,实现反应Ⅱ可采用的方案是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)900℃时,在两个容积均为2.0L的密闭容器中分别投入0.60molFeO和0.20molH2O(g),甲容器用细颗粒FeO、乙容器用粗颗粒FeO。
①用细颗粒FeO和粗颗粒FeO时,H2生成速率不同的原因是________________________________________________________________________
②用细颗粒FeO时H2O(g)的转化率比用粗颗粒FeO时H2O(g)的转化率________(填“大”“小”或“相等”)。
③求此温度下该反应的平衡常数K(写出计箅过程,保留两位有效数字)。
(4)在下列坐标图72中画出在1000℃、用细颗粒FeO时,H2O(g)的转化率随时间变化示意图(进行相应的标注)。
图72
6.工业上以氨气为原料(铂铑合金网为催化剂)催化氧化法制硝酸的过程如下:
图73
(1)已知反应一经发生,铂铑合金网就会处于红热状态。
写出氨催化氧化的化学方程式:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________;
当温度升高时,该反应的平衡常数K值__________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)硝酸厂尾气常用的处理方法是催化还原法:
即在催化剂存在时用H2将NO2还原为N2。
已知:
2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH=akJ·
mol-1
N2(g)+2O2(g)===2NO2(g) ΔH=bkJ·
H2O(l)===H2O(g) ΔH=ckJ·
mol-1
则反应2NO2(g)+4H2(g)===N2(g)+4H2O(l)的ΔH=______________。
(用a、b、c表示)
(3)①合成氨反应的化学方程式为N2+3H22NH3,该反应在固定容积的密闭容器中进行。
下列各项标志着该反应达到化学平衡状态的是__________(填序号)。
A.容器内N2、H2、NH3的浓度之比为1∶3∶2
B.3v正(N2)=v逆(H2)
C.容器内压强保持不变
D.混合气体的相对分子质量保持不变
E.1molN≡N键断裂,同时1molH—H键断裂
②若在恒温条件下,将N2与H2按一定比例混合通入一个容积为2L的密闭容器中,5min反应达平衡,n(N2)=1mol,n(H2)=1mol,n(NH3)=2mol,则反应速率v(N2)=____________,H2的平衡转化率=______________;
若保持容器的温度不变,在10min时将容器的容积压缩为1L,请在坐标图中,画出从反应开始至15min时c(NH3)随时间变化曲线示意图。
图74
7.甲醇可作为燃料电池的原料。
以CH4和H2O为原料,通过下列反应来制备甲醇。
Ⅰ.CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)
ΔH=+206.0kJ·
Ⅱ.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
ΔH=-129.0kJ·
(1)CH4(g)与H2O(g)反应生成CH3OH(g)和H2(g)的热化学方程式为________________________________________________________________________。
(2)将1.0molCH4和1.0molH2O(g)通入容积为100L的反应室,在一定条件下发生反应Ⅰ,测得在一定的压强下CH4的转化率与温度的关系如图75所示。
图75
①假设100℃时达到平衡所需时间为5min,则用H2表示该反应的平均反应速率为____________。
②100℃时反应Ⅰ的平衡常数为____________。
(3)在压强为0.1MPa、温度为300℃条件下,将amolCO与2amolH2的混合气体在催化剂作用下发生反应Ⅱ生成甲醇,平衡后将容器容积压缩到原来的
,其他条件不变,对平衡体系产生的影响是________(填字母序号)。
A.平衡常数K增大
B.正反应速率加快,逆反应速率减慢
C.CH3OH的物质的量增加
D.重新平衡
减小
(4)甲醇对水质会造成一定的污染,有一种电化学法可消除这种污染,其原理是:
通电后,将Co2+氧化成Co3+,然后以Co3+作氧化剂再把水中的甲醇氧化成CO2而净化。
若图76装置中的电源为甲醇空气KOH溶液的燃料电池,则电池正极的电极反应式:
________________________________________________________________________,
该电池工作时,溶液中的OH-向________极移动。
净化含1mol甲醇的水,燃料电池转移电子________mol。
图76
8.目前工业合成氨的原理是:
N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-93.0kJ/mol;
另据报道,一定条件下:
2N2(g)+6H2O(l)4NH3(g)+3O2(g) ΔH=+1530.0kJ/mol。
(1)氢气的燃烧热ΔH=__________kJ/mol。
(2)在恒温恒压装置中进行工业合成氨反应,下列说法正确的是________。
A.气体体积不再变化,则已平衡
B.气体密度不再变化,尚未平衡
C.平衡后,往装置中通入一定量Ar,压强不变,平衡不移动
D.平衡后,压缩装置,生成更多NH3
(3)在恒温恒容装置中进行合成氨反应。
图77
①表示N2浓度变化的曲线是________。
②前25min内,用H2浓度变化表示的化学反应速率是__________。
③在25min末刚好平衡,则平衡常数K=________________________________________________________________________。
(4)在第25min末,保持其他条件不变,升高温度,在第35min末再次平衡。
平衡移动过程中H2浓度变化了1.5mol·
L-1,在图中画出第25min~40minNH3浓度变化曲线。
(5)已知常温下,NH4+的水解常数为1.0×
10-9,则0.1mol/LNH4Cl溶液的pH=________。
(忽略NH4+水解对NH4+浓度的影响)
专题限时集训(七)A
1.B [解析]先由n(Y)的变化量求5min内Y的变化浓度,再由平均反应速率定义式求Y表示的平均反应速率,最后根据其余反应物和生成物与Y的化学计量数之比等于速率之比求用其他物质表示的平均反应速率。
依题意,v(Y)=0.5mol÷
2L÷
5min=0.05mol·
min-1,故C错;
由于反应3X(g)+Y(g)2Z(g)+2W(g)中X、Z、W与Y的化学计量数之比等于反应速率之比,则v(X)=3v(Y)=0.15mol·
min-1,故A错;
v(Z)=2v(Y)=0.10mol·
min-1,故B正确;
v(W)=2v(Y)=0.10mol·
min-1,故D错。
2.B [解析]用假设法、三行数据法先求逆反应进行到底时各组分浓度的极限值,再求正反应进行到底时各组分浓度的极限值,然后根据可逆反应不能进行到底或转化率不可能是100%判断各组分浓度的取值范围,从而确定答案。
先假设逆反应进行到底,则:
2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)
各组分的起始浓度/mol·
L-1 0.20.10.2
各组分的变化浓度/mol·
各组分的平衡浓度/mol·
L-1 0.40.20
再假设正反应进行到底,则:
L-1 000.4
由于正、逆反应都不可能进行到底,则达到平衡时二氧化硫的浓度:
0<
c(SO2)<
0.4mol·
L-1,氧气的浓度:
c(O2)<
0.2mol·
L-1,三氧化硫的浓度:
c(SO3)<
L-1,故A、D均错,B正确;
若二氧化硫的浓度减小,说明反应正向进行,则三氧化硫的浓度增大,不可能二者同时减小,故C错。
3.CD [解析]单位时间内生成2nmolAB同时消耗nmolB2,说明v正(AB)∶v正(B2)=2∶1,缺少逆反应速率,不能说明反应达到平衡,故A错;
A2(g)+B2(g)2AB(g)是气体物质的量始终不变的反应,则单位时间总物质的量不随时间的变化而变化,单位时间内总物质的量不变不能说明达到平衡,故B错;
单位时间内生成nmolA2同时消耗nmolB2,说明v逆(A2)∶v正(B2)=1∶1,说明反应达到平衡,故C正确;
随着反应的正向进行,反应物的物质的量逐渐减小,生成物的物质的量逐渐增大,容器内各组分的物质的量不随时间的变化而变化,能说明反应达到平衡,故D正确。
4.AD [解析]依题意可得各组分的三行数据,则:
2A(g)+B(g)2C(g)
L-1210
L-10.60.30.6
各组分2s后浓度/mol·
L-11.40.70.6
则v(A)=
=
=0.3mol·
s-1,故A正确;
v(B)=
=0.15mol·
s-1,故B错;
2s时物质A的转化率为
×
100%=
100%=30%,故C错;
2s时物质B的浓度为0.7mol·
L-1,故D正确。
5.
(1)(2a+b)kJ/mol(无“kJ/mol”或写为“2a+bkJ/mol”均错)
(2)用廉价的清洁能源供给热能(答用“太阳能”“风能”“地热能”“生物能”“核能”供给热能也可;
答“加热”“升高温度”等均错)
(3)①细颗粒FeO表面积
大,与H2O的接触面积大,反应速率加快(回答“增大接触面积,加快反应速率”或“接触面积越大,反应速率越快”等合理表述均正确)
②相等
③解:
900℃时,达到平衡时FeO转化的量为n(FeO)=0.60mol×
40%=0.24mol。
0.200.6000
变化物质,的量(mol))0.0800.240.0800.080
平衡物质,的量(mol))0.120.360.0800.080
由于固体物质的浓度是常数,不能写入平衡常数表达式,气体物质的浓度可以变化,根据c=
可求平衡时氢气和水蒸气的物质的量浓度,则K=
=0.67。
答:
略。
(4)
[解析]
(1)观察发现①×
2+②可得:
2H2O(g)===2H2(g)+O2(g),其焓变=①的焓变×
2+②的焓变=(2a+b)kJ/mol。
(2)b>
0,说明反应②是吸热反应,可用用廉价的清洁能源供给热能或用“太阳能”“风能”“地热能”“生物能”“核能”供给热能。
(3)①FeO是反应①中的固体反应物,细颗粒FeO表面积大,与H2O的接触面积大,反应速率加快;
②由于固体物质浓度是常数,FeO的用量和浓度保持不变,将粗颗粒FeO改为细颗粒FeO,只能加快反应速率,不能使平衡移动,因此H2O(g)的平衡转化率不变或相等。
(4)观察图(a)可得:
随着温度的升高,FeO的平衡转化率减小,升温平衡向吸热方向移动,逆反应是吸热反应,则反应①的正反应是放热反应;
其他条件保持不变时,升高温度,既能加快反应速率,又能使平衡向逆反应方向移动,1000℃时达到平衡的时间比900℃时少,1000℃时H2O(g)的平衡转化率比900℃时小,由此可以画出水蒸气的转化率随温度变化的示意图。
6.
(1)4NH3+5O2
4NO+6H2O 减小
(2)(2a-b-4c)kJ/mol
(3)①BCD
②0.1mol/(L·
min) 75%
[解析]
(1)氨气具有还原性,与氧气在催化剂加热作用下发生反应,生成一氧化氮和水,该反应是氧化还原反应、可逆反应、放热反应,氮元素由-3价升为+2价,氧元素由0降为-2价,根据最小公倍数法配平,则有4NH3+5O2
4NO+6H2O;
正反应是放热反应,则升高温度平衡向逆反应方向移动,则生成物浓度减小,反应物浓度增大,所以重新平衡时生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值减小,即升高温度时该反应的平衡常数K减小。
(2)先将4个热化学方程式分别编号为①②③④,由于①×
2-②-③×
4=④,根据盖斯定律,则④的焓变=①的焓变×
2-②的焓变-③的焓变×
4=(2a-b-4c)kJ/mol。
(3)①容器内各组分浓度之比等于化学方程式的化学计量数之比,不能说明反应达到平衡,因为各组分变化浓度之比一定等于化学计量数之比,而平衡浓度之比不一定等于化学计量数之比,各组分浓度不随时间改变而改变才能说明反应达到平衡,故A错误;
同一物质表示的正、逆反应速率相等,不同物质表示的正、逆反应速率之比等于化学方程式中对应物质的化学计量数之比时,都能说明反应达到平衡,v正(N2)∶v逆(H2)=1∶3,则3v正(N2)=v逆(H2),故B正确;
合成氨是气体物质的量减小的反应,随着反应的进行,容器内混合气体的物质的量逐渐减小,则压强也逐渐减小,当混合气体总的物质的量保持不变或压强不变时,说明反应达到平衡,故C正确;
由于各组分都是气体,因此混合气体的总质量始终不变,随着反应的进行,由于混合气体的总物质的量逐渐减小,则混合气体的平均摩尔质量(或平均相对分子质量)逐渐减小,当混合气体物质的量(或相对分子质量)不变时,反应达到平衡,故D正确;
N≡N键断裂、H—H键断裂都代表正反应,故E错误;
②由于氮气、氢气的起始物质的量未知,所以不能直接用定义式求氮气表示的速率,而氨气是生成物,起始时为0,则v(NH3)=
=0.2mol/(L·
min);
由于v(N2)∶v(NH3)=1∶2,则v(N2)=0.1mol/(L·
设氮气、氢气的起始物质的量分别为xmol、ymol,则:
N2 + 3H22NH3
起始浓度/mol·
L-1
0
变化浓度/mol·
1
平衡浓度/mol·
则
-
,
,解得:
x=2,y=4。
氢气的平衡转化率=
100%=75%。
画图要点:
①t=0时,氨气浓度为0;
t=5min,氨气浓度为1mol/L;
t<
5min时,氨气浓度逐渐增大;
5min≤t<
10min时,氨气浓度始终为1mol/L;
②t=10min时,由于容器容积缩小一半,则反应物、生成物浓度立即增大一倍,则氨气浓度变为2mol/L;
③缩小容器容积,就是增大压强,反应速率增大,达到平衡的时间大约是起始时达到平衡时间的一半,因此达到平衡的时间约为
min;
若正反应能进行到底,氮气过量,4mol氢气最多可以生成
mol氨气,由于可逆反应不能进行到底,则浓度一定小于
mol/L≈2.67mol/L;
10min<
t≤12.5min时,由于正反应是气体体积减小的反应,增大压强平衡向正反应方向移动,所以氨气浓度从2mol/L逐渐增大到2.5mol/L左右;
④12.5min<
t≤15min时,氨气浓度始终为2.5mol/L左右。
7.
(1)CH4(g)+H2O(g)CH3OH(g)+H2(g)
ΔH=+77.0kJ·
(2)0.003mol·
min-1 6.75×
10-4
(3)CD
(4)O2+2H2O+4e-===4OH-或3O2+6H2O+12e-===12OH- 负 6
[解析]
(1)反应Ⅰ+反应Ⅱ可得:
CH4(g)+H2O(g)===CH3OH(g)+H2(g) ΔH=+77.0kJ·
mol-1。
(2)CH4的起始浓度为1.0mol÷
100L=0.01mol·
L-1,读图可知100℃时其平衡转化率为50%,则CH4的变化浓度为0.01mol·
L-1×
50%=0.005mol·
L-1,则v(CH4)=0.005mol·
L-1÷
5min=0.001mol·
min-1,根据化学计量数之比等于反应速率之比可知,v(H2)=3v(CH4)=0.003mol·
min-1;
根据各物质的变化浓度之比等于对应的化学计量数之比,则反应Ⅰ:
CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)
0.010.0100
0.0050.0050.0050.015
K=
=6.75×
10-4。
(3)反应Ⅱ是气态物质体积减小的反应,缩小容器体积,能增大各组分浓度,也能增大压强,平衡向正反应方向移动,但是平衡常数保持不变,因为温度不变平衡常数K不变,故A错误;
同时增大反应物和生成物的浓度,正、逆反应速率均增大,但是v正>
v逆,所以平衡右移,故B错误;
增大压强平衡右移,使生成物的量增加,故C正确;
增大压强平衡向正反应方向移动,反应物浓度减小,生成物浓度增大,则重新平衡后
的值减小,故D正确。
(4)甲醇完全燃烧生成CO2和H2O,CO2和过量KOH反应生成K2CO3和H2O,则该电池负极的主要反应物和产物分别是CH3OH、CO32-,碳元素由-2价升为+4价,则CH3OH-6e-→CO32-,由于KOH是强碱,应该用OH-使左右电荷守恒,则CH3OH-6e-+8OH-→CO32-,根据氢、氧原子个数守恒可得,负极反应式为CH3OH-6e-+8OH-===CO32-+6H2O或2CH3OH-12e-+16OH-===2CO32-+12H2O;
而正极的主要反应物是O2,同理可推断正极反应式为O2+2H2O+4e-===4OH-或3O2+6H2O+12e-===12OH-;
放电时负极流出电子,正极流入电子,则阴离子移向负极,阳离子移向正极,则溶液中的OH-移向负极;
根据化学计量数之比等于物质的量之比,则1mol甲醇完全反应失去6mol电子,因此该燃料电池转移6mol电子。
8.
(1)-286.0
(2)AD
(3)①C
②0.12mol/(L·
min)
③0.15
(5)5
[解析]
(1)先将已知两个热化学方程式编号为①②,再根据盖斯定律,将(①×
2-②)÷
3可得:
2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH=-572.0kJ/mol,最后将化学计量数减半,则焓变随之减半,即H2(g)+
O2(g)===H2O(l) ΔH=-286.0kJ/mol;
根据燃烧热概念可得,氢气的燃烧热ΔH=-286.0kJ/mol。
(2)恒温恒压下,气体摩尔体积相同,由n=
,则气体体积不再变化,就是气体的物质的量不再变化,说明反应已达平衡,故A正确;
气体密度等于气体质量除以气体总体积,根据质量守恒定律可知气体质量始终不变,若气体密度不再变化时,则气体总体积不变,气体的物质的量不变,说明反应已达平衡,故B错;
平衡后充入惰性气体,维持恒温恒压,必须增大容器容积,减小各组分浓度,其实质是减小压强,平衡向逆反应方向或气体体积增大方向移动,故C错;
平衡后,压缩装置,缩小容器容积,其实质是增大压强,平衡向正反应方向或气体体积减小方向移动,故D正确。
(3)①合成氨的原理为N2(g)+3H2(g)2NH3(g),读图可知,前25min内A的浓度由6.0mol/L逐渐减小为3.0mol/L,C的浓度由2.0mol/L逐渐减小到1.0mol/L,B的浓度由0逐渐增大到2.0mol/L,则A、C、B的变化浓度分别为3.0mol/L、1.0mol/L、2.0mol/L,因此A、C、B分别表示氢气、氮气和氨气的浓度随反应时间变化的曲线;
②由于前25min内氢气的浓度由6.0mol/L逐渐减小为3.0mol/L,其变化浓度为3.0mol/L,则v(H2)=
=3.0
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