人教版选修4 第2章 化学反应速率和化学平衡 作业.docx

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人教版选修4第2章化学反应速率和化学平衡作业

第2章化学反应速率和化学平衡

1.汽车尾气中通常含有NO和CO等大气污染物，科学家寻找高效催化剂实现了汽车尾气的转化，进而减少汽车尾气对大气的污染。

（1）在100kPa和298.15K下，由稳定单质生成1mol化合物的焓变称为该物质在298.15K时的标准摩尔生成焓。

已知NO标准摩尔生成焓ΔH＝＋91.5kJ·mol－1，CO的标准燃烧热ΔH＝－283kJ·mol－1，由此写出NO和CO反应的热化学反应方程式为______________________。

（2）一定温度下，向2L恒容密闭容器中充入4.0molNO2和4.0molCO，在催化剂作用下发生反应4CO（g）＋2NO2（g）===N2（g）＋4CO2（g）　ΔH<0，测得相关数据如下：

0min

5min

10min

15min

20min

c（NO2）/mol·L－1

2.0

1.7

1.56

1.5

1.5

c（N2）/mol·L－1

0

0.15

0.22

0.25

0.25

①5～10min，用NO2的浓度变化表示的反应速率为________。

②以下表述能说明该反应已达到平衡状态的是________。

A．气体颜色不再变化

B．气体密度不再变化

C．气体平均相对分子质量不再变化

③20min时，保持温度不变，继续向该容器中加入1.0molNO2和1.0molCO，在t1时反应再次达到平衡，则NO2的转化率比原平衡________（填“增大”“减小”或“不变”）。

④该温度下反应的化学平衡常数K＝________（保留两位有效数字）。

（3）N2O4与NO2之间存在反应N2O4（g）

2NO2（g）。

将一定量的N2O4放入恒容密闭容器中，在一定条件下，该反应N2O4、NO2的消耗速率与自身压强间存在关系：

v（N2O4）＝k1p（N2O4），v（NO2）＝k2p2（NO2），其中k1、k2是与反应温度有关的常数。

则一定温度下，k1、k2与平衡常数Kp的关系是k1＝____________。

（Kp为平衡分压代替平衡浓度计算所得的平衡常数，分压＝总压×物质的量分数）

答案　

（1）2CO（g）＋2NO（g）

N2（g）＋2CO2（g）　ΔH＝－749kJ·mol－1

（2）①0.028mol·L－1·min－1　②AC　③增大

④0.11L·mol－1

（3）

Kpk2

解析　

（1）根据已知信息可以写出①与②两个热化学方程式：

①N2（g）＋O2（g）＝2NO（g）　ΔH＝＋183.0kJ·mol－1，②2CO（g）＋O2（g）===2CO2（g）　ΔH＝－566kJ·mol－1，根据盖斯定律②－①得：

2CO（g）＋2NO（g）N2（g）＋2CO2（g）　ΔH＝－749kJ·mol－1。

（2）①由表格数据得出，5～10min，NO2的浓度变化为（1.7－1.56）mol·L－1＝0.14mol·L－1，v＝

＝

＝0.028mol·L－1·min－1。

②气体颜色不再变化，说明NO2的浓度不再变化，反应一定达到平衡状态，A项正确；反应前后气体总质量不变，容器体积不变，所以气体密度是恒量，气体密度不再变化，不一定平衡，B项错误；反应前后气体总质量不变，气体物质的量改变，根据M＝

，气体平均相对分子质量是变量，故气体平均相对分子质量不再变化，反应一定达到平衡状态，C项正确。

③20min时，保持温度不变，继续向该容器中加入相同比例的反应物，相当于加压，平衡正向移动，NO2的转化率比原平衡增大。

④4CO（g）＋2NO2（g）===N2（g）＋4CO2（g）

　220　0

　10.50.25　1

　11.50.25　1

K＝

L·mol－1≈0.11L·mol－1

（3）Kp＝

，平衡时NO2、N2O4的消耗速率比为v（NO2）∶v（N2O4）＝

＝

×Kp＝2，则k1＝

Kpk2。

2．Cu2O是重要的催化剂和化工原料，工业上制备Cu2O的主要反应如下：

Ⅰ.C（s）＋CO2（g）

2CO（g）ΔH＝＋172.5kJ·mol－1

Ⅱ.CO（g）＋2CuO（s）

Cu2O（s）＋CO2（g）ΔH＝－138.0kJ·mol－1

请回答：

（1）C与CuO反应生成Cu2O和CO的热化学方程式为_______________。

一定温度下，该反应在密闭容器中达到平衡后，只增大容器的容积，再次达到平衡时，CO的平衡浓度________（填“增大”“减小”或“不变”）。

（2）一定温度下，向5L恒容密闭容器中加入1molCO和2molCuO，发生反应Ⅱ，5min时达到平衡，测得容器中CuO的物质的量为0.8mol。

①0～5min内，用CO2表示的反应速率v（CO2）＝________。

②CO的平衡转化率α＝________。

（3）向5L密闭容器中加入1molC和1molCO2，发生反应Ⅰ，CO2、CO的平衡体积分数（φ）与温度（T）的关系如图所示。

①能表示CO2的平衡体积分数与温度关系的曲线为________（填“L1”或“L2”），理由为__________________________________。

②温度为T1时，该反应的平衡常数K＝____________。

（4）其他条件不变时，若水的分解反应用Cu2O作催化剂，则该反应的活化能________（填“增大”“减小”或“不变”，下同），反应热（ΔH）________。

答案　

（1）C（s）＋2CuO（s）

Cu2O（s）＋CO（g）　ΔH＝＋34.5kJ·mol－1　不变

（2）①0.024mol·L－1·min－1　②60%

（3）①L2　该反应为吸热反应，温度升高，平衡正移，CO2的平衡体积分数减小　②

（写成小数：

0.257、0.26、0.3也可）

（4）减小　不变

解析　

（1）根据盖斯定律，将Ⅰ＋Ⅱ可得：

C（s）＋2CuO（s）

Cu2O（s）＋CO（g）　ΔH＝＋172.5kJ·mol－1－138.0kJ·mol－1＝＋34.5kJ·mol－1，由方程式可知，该反应的平衡常数表达式为K＝c（CO），K为温度的常数，增大容器的容积平衡常数数值不变，故再次达到平衡时，CO的平衡浓度不变。

（2）根据“三段式”有：

CO（g）＋2CuO（s）

Cu2O（s）＋CO2（g）

起始（mol）1200

转化（mol）0.61.20.60.6

平衡（mol）0.40.80.60.6

v（CO2）＝

＝

＝0.024mol·L－1·min－1

α（CO）＝

×100%＝

×100%＝60%。

（3）②温度为T1时，由图看出CO的平衡体积分数为60%，设CO2转化的物质的量为xmol，根据“三段式”有：

　　　　　C（s）＋CO2（g）

2CO（g）

起始（mol）110

转化（mol）xx2x

平衡（mol）1－x1－x2x

则

×100%＝60%　x＝

K＝

＝

＝

mol·L－1≈0.257mol·L－1。

（4）催化剂能降低反应的活化能，不能改变反应的ΔH，ΔH只与反应物和生成物的量及状态有关。

3．新旧动能转换工程之一是新能源新材料的挖掘和应用。

乙二醇是重要的化工原料，煤基合成气（CO、H2）间接制乙二醇具有转化率高、回收率高等优点，是我国一项拥有自主知识产权的世界首创技术，制备过程如下：

反应Ⅰ：

4NO（g）＋4CH3OH（g）＋O2（g）

4CH3ONO（g）＋2H2O（g）　ΔH1＝akJ·mol－1

反应Ⅱ：

2CO（g）＋2CH3ONO（g）

CH3OOCCOOCH3（l）＋2NO（g）ΔH2＝bkJ·mol－1

反应Ⅲ：

CH3OOCCOOCH3（l）＋4H2（g）

HOCH2CH2OH（l）＋2CH3OH（g）　

ΔH3＝ckJ·mol－1

（1）请写出煤基合成气[n（CO）∶n（H2）＝1∶2]与氧气间接合成乙二醇的总热化学方程式______________________________________________，已知该反应在较低温条件下能自发进行，则该反应的ΔH________0（填“>”“<”或“＝”）。

（2）一定温度下，在2L的密闭容器中投入物质的量均为0.4mol的CO和CH3ONO发生反应Ⅱ，10min达到平衡时CO的体积分数与NO的体积分数相等。

①下列选项能判断反应已达到化学平衡状态的是________。

a．CO的质量不再变化

b．混合气体的密度不再变化

c．单位时间内生成CO和NO的物质的量相等

d．CO和CH3ONO的浓度比不再变化

②10min内该反应的速率v（NO）＝________；该温度下化学平衡常数K＝________。

若此时向容器中再通入0.4molNO，一段时间后，达到新平衡时NO的体积分数与原平衡时相比________（填“增大”“相等”“减小”或“不能确定”）。

③若该反应ΔH＜0，在恒容的密闭容器中，反应达平衡后，改变某一条件，下列示意图正确的是________（填字母）。

答案　

（1）4H2（g）＋2CO（g）＋

O2（g）

HOCH2CH2OH（l）＋2H2O（g）　ΔH3＝（

a＋b＋c）kJ·mol－1　<

（2）①abc　②0.01mol·L－1·min－1　100　增大

③b

解析　

（1）根据制备过程的三个反应和盖斯定律，Ⅰ×

＋Ⅱ＋Ⅲ得反应：

4H2（g）＋2CO（g）＋

O2（g）

HOCH2CH2OH（l）＋2H2O（g）　ΔH＝（

a＋b＋c）kJ·mol－1；该反应为熵减的反应ΔS<0，已知该反应在较低温条件下能自发进行，要使ΔH－TΔS<0，必须ΔH<0。

（2）①CO的质量不再变化，说明反应已达平衡状态，a项正确；该反应在恒容条件下进行且参与反应的物质不完全为气体，气体的密度为变量，当混合气体的密度不再变化，说明反应已达平衡状态，b项正确；单位时间内生成CO和NO的物质的量相等，说明正、逆反应速率相等，反应达平衡状态，c项正确；CO和CH3ONO的投料相等且在反应中计量数相等，故两者的浓度比始终不变，不能作为平衡状态的判断依据，d项不正确。

②设平衡转化率为x，则

2CO（g）＋2CH3ONO（g）

CH3OOCCOOCH3（l）＋2NO（g）

　0.2　　0.2　　　00

　0.2x　0.2x　　0.1x0.2x

0.2－0.2x0.2－0.2x　0.1x0.2x

10min达到平衡时CO的体积分数与NO的体积分数相等，则0.2－0.2x＝0.2x，解得x＝0.5；10min内该反应的速率v（NO）＝

＝0.01mol·L－1·min－1；该温度下化学平衡常数K＝

＝

＝100；若此时向容器中再通入0.4molNO，达到新平衡时与原平衡相比，相当于增大压强，平衡向气体体积缩小的正方向移动，NO的体积分数增大；③该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小，a项错误；平衡常数只与温度有关，与浓度无关，NO的物质的量增大，浓度增大，但K值保持不变，b项正确；该反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，NO的体积分数减小，c项错误；该反应为气体体积缩小的反应，增大压强，平衡正向移动，CO的转化率增大，d项错误。

4．治理SO2、CO、NOx污染是化学工作者研究的重要课题。

Ⅰ.硫酸厂大量排放含SO2的尾气会对环境造成严重危害。

（1）工业上可利用废碱液（主要成分为Na2CO3）处理硫酸厂尾气中的SO2，得到Na2SO3溶液，该反应的离子方程式为_____________________________。

Ⅱ.沥青混凝土可作为反应：

2CO（g）＋O2（g）

2CO2（g）的催化剂。

下图表示在相同的恒容密闭容器、相同起始浓度、相同反应时间段下，使用同质量的不同沥青混凝土（α型、β型）催化时，CO的转化率与温度的关系。

（2）a、b、c、d四点中，达到平衡状态的是______________________________。

（3）已知c点时容器中O2浓度为0.02mol/L，则50℃时，在α型沥青混凝土中CO转化反应的平衡常数K＝________（用含x的代数式表示）。

答案　

（1）CO

＋SO2===SO

＋CO2　

（2）bcd

（3）

解析　

（1）根据强酸制备弱酸规律，亚硫酸的酸性强于碳酸，因此碳酸钠溶液与二氧化硫反应生成亚硫酸钠和二氧化碳，离子方程式为CO

＋SO2===SO

＋CO2。

（2）可逆反应达到平衡状态时，转化率为最大转化率，因此使用同质量的不同沥青混凝土（α型、β型）催化时，b、c对应的转化率最大，反应达到平衡状态，达到平衡状态后，再升高温度，平衡左移，一氧化碳的转化率减小，所以d点也为对应温度下的平衡状态，故答案为b、c、d。

（3）假设一氧化碳的起始浓度为a，其转化率为x；

2CO（g）＋O2（g）

2CO2（g）

起始浓度a0

变化浓度axax

平衡浓度a－ax0.02ax

平衡常数K＝

＝

＝

。