1、第二章第二章 化学反应速率与化学平衡化学反应速率与化学平衡 (时间：90 分钟 满分：100 分) 一、选择题(本题共 15 小题，每小题 3 分，共 45 分。每小题只有一个选项符合题意) 1下列有关说法正确的是( ) A等质量的硫蒸气和硫固体分别完全燃烧，后者放出的热量多 B已知 C(石墨，s)=C(金刚石，s) H0，故金刚石比石墨稳定 C放热且熵增加的反应不一定能正向自发进行 D升高温度能增大单位体积内的活化分子数，加快反应速率 2将等物质的量的 A、B 混合于 2 L 的密闭容器中，发生下列反应：3A(g)B(g)xC(g) 2D(g)，经 2 min 后测得 D 的浓度为 0.5
2、mol L 1，c(A)c(B)35，以 C 表示的平均速 率 v(C)0.25 mol L 1 min1，下列说法正确的是( ) A反应速率 v(B)0.25 mol L 1 min1 B该反应方程式中，x1 C2 min 时，A 的物质的量为 1.5 mol D2 min 时，A 的转化率为 60% 3一定温度下，向一密闭容器中充入一定量的 N2和 O2，在电火花作用下发生反应：N2 O2=2NO，前 4s 用 N2表示的反应速率为 0.1 mol 1 L1 s1，则 8 s 末 NO 的浓度为( ) A1.6 mol L 1 B大于 1.6 mol L 1 C小于 1.6 mol L 1
3、 D不能确定 4 已知反应 CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g) HSi 6可逆反应 2A(g)B(g)2C(g) Hp1，判断下列图像错误的是( ) 7在密闭容器中的一定量混合气体发生反应：xA(g)yB(g)zC(g)，平衡时测得 C 的浓 度为 0.50 mol L 1。保持温度不变，将容器的容积压缩到原来的一半，再达到平衡时，测得 C 的浓度变为 0.90 mol L 1。下列有关判断不正确的是( ) AC 的体积分数增大了 BA 的转化率降低了 C平衡向逆反应方向移动 Dxyz 8以丙烯(C3H6)、NH3、O2为原料，在催化剂存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副产物丙烯醛 (
4、C3H4O)的化学方程式分别为 反应 2C3H6(g)2NH3(g)3O2(g)2C3H3N(g)6H2O(g) 反应 C3H6(g)O2(g)C3H4O(g)H2O(g) 反应时间相同、反应物起始投料相同时，丙烯腈产率与反应温度的关系如图所示(图中虚线 表示相同条件下丙烯腈平衡产率随温度的变化)。下列说法正确的是( ) A其他条件不变，增大压强有利于提高丙烯腈平衡产率 B图中 X 点所示条件下，延长反应时间或使用更高效催化剂均能提高丙烯腈产率 C图中 Y 点丙烯腈产率高于 X 点的原因是温度升高导致反应建立的平衡向正反应方向 移动 D图中 X 点丙烯腈产率与 Z 点相等(T1T2)，则一定有
5、 Z 点的正反应速率大于 X 点的正反 应速率 9下列依据热化学方程式得出的结论正确的是( ) A已知 2H2(g)O2(g)=2H2O(l) H483.6 kJ mol 1，则氢气的燃烧热为 483.6 kJ mol 1 B 在一定温度和压强下， 将 0.5 mol N2和 1.5 mol H2置于密闭容器中充分反应生成 NH3(g)， 放出热量 19.3 kJ，则其热化学方程式为 N2(g)3H2(g)2NH3(g) H19.3 kJ mol 1 C已知酸和碱发生中和反应生成 1 mol 水，这时的反应热叫中和热 D反应 NH4HCO3(s)=NH3(g)H2O(g)CO2(g) H185
6、.57 kJ mol 1 能自发进行是因 为体系有自发地向混乱度增大的方向转变的倾向 10 在 0.5 L某刚性密闭容器中， 充入 2 mol CO 和 1 mol NO2， 在一定条件下发生反应： 4CO(g) 2NO2(g)4CO2(g)N2(g)。 2 min时该反应达到平衡， 反应前后容器内压强比为1211。 下列判断错误的是( ) AN2的平衡浓度为 0.5 mol L 1 B2 min 内 NO2的平均反应速率为 0.25 mol L 1 min1 C反应任意时刻 CO 和 NO2的转化率均相等 D平衡后再向容器中充入 2 mol CO 和 1 mol NO2，再次平衡后，CO 的
7、转化率大于 50% 11 科研工作者利用生物无水乙醇催化脱水制备乙烯， 有关反应在不同温度下的化学平衡常 数如表所示。下列说法正确的是( ) 温度 /K 化学平衡常数 . C2H5OH(g)C2H4(g)H2O(g) . 2C2H5OH(g)C2H5OC2H5(g)H2O(g) 500 3.2 0.80 700 7.7 0.14 900 12.3 0.12 A升高温度，反应的速率加快，反应的速率减慢 B通过改变温度和压强均能促进反应而抑制反应 C降低温度使反应 C2H5OC2H5(g)2C2H4(g)H2O(g)的平衡逆向移动 D500 K，C2H5OC2H5(g)2C2H4(g)H2O(g)
8、的化学平衡常数为 5.6 12在 20 L 的密闭容器中按物质的量之比为 12 充入 CO 和 H2，发生反应 CO(g)2H2(g) CH3OH(g) H。 测得 CO 的转化率随温度及压强的变化如图所示， p2和 195 时 n(H2) 随时间的变化如下表所示。下列说法不正确的是( ) p2和 195 时 n(H2) t/min 0 1 3 5 n(H2)/mol 8 5 4 4 Ap2和 195 时，03 min，反应速率 v(CH3OH)2 3 mol L 1 min1 Bp1p2，Ht1)： 反应时间/min n(CO)/mol H2O/mol 0 1.20 0.60 t1 0.80
9、 t2 0.20 下列说法不正确的是( ) A反应在 t1 min 内的平均速率为 v(H2)0.2 t1 mol L 1 min1 B 保持其他条件不变， 起始时向容器中充入0.60 mol CO 和1.20 mol H2O， 到达平衡时c(CO2) 0.20 mol L 1 C保持其他条件不变，向平衡体系中再通入 0.20 mol H2O，与原平衡相比，达到新平衡时 CO、H2O 的体积分数均增大 D保持其他条件不变，起始时向容器中充入 0.60 mol CO2和 0.60 mol H2，到达平衡时 H2 的转化率大于1 3 15CO 可用于合成甲醇，其反应的化学方程式为 CO(g)2H2
10、(g)CH3OH(g)。在一容积 可变的密闭容器中充有 10 mol CO 与 20 mol H2， 在催化剂作用下发生反应生成甲醇。CO 的 平衡转化率()与温度(T)、压强(P)的关系如图所示。下列说法正确的是( ) A合成甲醇的反应为吸热反应 B压强为 p1p2 CA、B、C 三点的平衡常数为 KAKBKC D若达平衡状态 A 时，容器的容积为 10 L，则在平衡状态 B 时容器的容积也为 10 L 二、非选择题(本题共 5 小题，共 55 分) 16 (10分)工业上用CO生产燃料甲醇， 一定条件下发生反应： CO(g)2H2(g)CH3OH(g)。 图 1 表示反应中能量的变化； 图
11、 2 表示一定温度下， 在容积为 2 L 的密闭容器中加入 4 mol H2 和一定量的 CO 后，CO 和 CH3OH(g)的浓度随时间变化。 请回答下列问题： (1)在图 1 中，曲线_(填“a”或“b”)表示使用了催化剂；该反应属于_(填“吸热” 或“放热”)反应。 (2)下列说法正确的是_(填字母)。 A起始时充入的 CO 为 2 mol B增加 CO 浓度，CO 的转化率增大 C容器中压强恒定时，反应已达平衡状态 (3)从反应开始到建立平衡，v(H2)_；该温度下 CO(g)2H2(g)CH3OH(g)的化 学平衡常数为_。若保持其他条件不变，将反应体系升温，则该反应化学平衡常数 _
12、(填“增大”“减小”或“不变”)。增大反应体系压强，则该反应化学平衡常数 _(填“增大”“减小”或“不变”)。 (4)已知CH3OH(g)3 2O2(g) CO2(g)2H2O(g) H192.9 kJ mol， 又知H2O(l)H2O(g) H44 kJ mol 1，请用热化学方程式表示 CH 3OH(g)燃烧热 _。 17 (10 分)科学家研究出一种以天然气为燃料的“燃烧前捕获系统”， 其简单流程如图所示(条 件及物质未标出)。 (1)已知：CH4、CO、H2的燃烧热分别为 890.3 kJ mol 1、283.0 kJ mol1、285.8 kJ mol1， 则上述流程中第一步反应 2
13、CH4(g)O2(g)=2CO(g)4H2(g)的 H_。 (2)工业上可用H2和CO2制备甲醇， 其反应方程式为CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g)， 某温度下，将 1 mol CO2和 3 mol H2充入容积不变的 2 L 密闭容器中，发生上述反应，测得 不同时刻反应前后的压强关系如下表： 时间/h 1 2 3 4 5 6 p后 p前 0.90 0.85 0.83 0.81 0.80 0.80 用 H2表示前 2 h 的平均反应速率 v(H2)_； 该温度下，CO2的平衡转化率为_。 (3)在 300 、8 MPa 下，将 CO2和 H2按物质的量之比为 13 通入一密闭
14、容器中发生(2) 中反应，达到平衡时，测得 CO2的平衡转化率为 50%，则该反应条件下的平衡常数为 Kp _(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压总压 物质的量分数)。 (4)CO2经催化加氢可合成低碳烯烃： 2CO2(g)6H2(g)C2H4(g)4H2O(g) H。 在0.1 MPa 时，按 n(CO2)n(H2)13 投料，如图所示为不同温度(T)下，平衡时四种气态物质的物质 的量(n)关系。 该反应的 H_0(填“”或“”)。 曲线 c 表示的物质为_。 为提高 H2的平衡转化率，除改变温度外，还可采取的措施是 _。 18 (11分)(1)已知： CO2(g)H2(g)H2O(g)CO(
15、g) H141.1 kJ mol 1， CO(g)2H 2(g) CH3OH(g) H290.0 kJ mol 1 写出 CO2催化氢化合成甲醇和水的热化学方程式： _。 (2)工业上在恒容密闭容器中用下列反应合成甲醇： CO(g)2H2(g)CH3OH(g) H 该反应的平衡常数表达式为_； 如表所列数据是反应在不同温度下的化学平衡常数(K) 温度 250 300 350 K 2.041 0.270 0.012 a由表中数据判断该反应的 H_0(填“”“”或“”)； b某温度下，将 2 mol CO 和 6 mol H2充入 2 L 的密闭容器中，充分反应 10 s 后达到平衡时 测得 c(
16、CO)0.2 mol L 1，则 CO 的转化率为_，此时的温度为_； 要提高 CO 的转化率，可以采取的措施是_(填字母)； a升温 B加入催化剂 c增大 CO 的浓度 d恒容充入 H2 e分离出甲醇 19 (12分)汽车尾气中排放的NOx和CO污染环境， 在汽车尾气系统装置中安装催化转化器， 可有效降低 NOx和 CO 的排放。已知： 2CO(g)O2(g)2CO2(g) H566.0 kJ mol 1 N2(g)O2(g)2NO(g) H180.5 kJ mol 1 2NO(g)O2(g)2NO2(g) H116.5 kJ mol 1 请回答下列问题： (1)若 1 mol N2(g)、
17、 1 mol NO(g)分子中化学键断裂时分别需要吸收 946 kJ、 631.75 kJ 的能量， 则 1 mol O2(g)分子中化学键成键时需释放的能量为_kJ。 (2)CO 与 NO2反应生成无毒气体的热化学方程式为 _。 (3)为了模拟反应 2NO(g)2CO(g)N2(g)2CO2(g)在催化转化器内的工作情况，控制一 定条件，让反应在恒容密闭容器中进行，用现代传感技术测得不同时间 NO 和 CO 的浓度如 下表： 时间/s 0 1 2 3 4 5 c(NO)/(10 4 mol L1) 10.0 4.50 2.50 1.50 1.00 1.00 c(CO)/(10 3 mol L
18、1) 3.60 3.05 2.85 2.75 2.70 2.70 前 2 s 的平均反应速率 v(N2)_；此温度下，该反应的平衡常数 K _。 能说明上述反应达到平衡状态的是_(填字母)。 a2v正(CO)v逆(N2) Bc(CO)c(CO2) c容器内压强不变 D混合气体密度不变 e混合气体的平均相对分子质量不变 当 NO 与 CO 初始浓度相等时，体系中 NO 的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示， 则 NO 的平衡转化率随温度升高而减小的原因_ _，压强(p1，p2，p3)由大到小的顺序为_。 20(12 分)甲烷水蒸气重整制取合成气的反应如下：CH4(g)H2O(g)CO(g)3H
19、2(g) H206 kJ mol 1。 请回答下列问题： (1)上述反应能自发进行的理由是_，条件是_(填“低温”“高温” 或“任何条件”)。 (2)向容积为 2 L 的密闭容器中，按 n(H2O)n(CH4)1 投料， a保持温度为 T1时，测得 CH4(g)的浓度随时间变化曲线如图 1 所示。 b其他条件相同时，在不同催化剂(、)作用下，反应相同时间后，CH4的转化率 随反应温度的变化如图 2 所示。 结合图 1，写出反应达到平衡的过程中的能量变化：吸收_kJ(用含有 x、y 的代数 式表示)。 在图 1 中画出：起始条件相同，保持温度为 T2(T2T1)时，c(CH4)随时间的变化曲线。
20、 根据图 2 判断： .a 点所处的状态不是化学平衡状态，理由是_。 .CH4的转化率：cb，原因是_。 (3)设起始n(H2O) n(CH4)Z， 在恒压(p0)下， 平衡时 (CH4)与 Z 和 T(温度)的关系如图 3 所示： 其 中 (CH4)为 CH4的体积分数 比较图 3 中 a、b 与 3 的大小关系_(请按从大到小的顺序书写)。 对于气相反应，用某组分 B 的平衡压强 p(B)代替物质的量浓度 c(B)也可表示平衡常数， 记作 Kp，如 p(B)px(B)，p 为平衡总压强，x(B)为平衡系统中 B 的物质的量分数。则图 3 中 X 点时，Kp_。 参考答案 一、选择题 1 【
21、答案】D 【解析】因为硫固体变为硫蒸气要吸热，所以等量的硫蒸气和硫固体分别完全燃烧，前者放 出的热量多，故 A 错误；比较稳定性应比较其能量的高低，由 C(石墨，s)=C(金刚石，s) H0 可知， 金刚石能量高， 不稳定， 故 B 错误； 放热且熵增加的反应 H0， 则 H TS0，该反应在任何温度下都可以正向自发进行，故 C 错误；升高温度能增大单位体积 内的活化分子数，加快反应速率，故 D 正确。 2 【答案】C 【解析】 根据题意 v(D)0.5 mol L 1 2 min0.25 mol L1 min1，则根据化学反应速率之比 等于方程式中化学计量数之比可知 v(B)1 2v(D)0
22、.125 mol L 1 min1， A 错误； 根据题意得 v(D)0.5 mol L 1 2 min0.25 mol L1 min1， 以 C表示的平均速率v(C)0.25 mol L1 min 1，根据化学反应速率之比等于方程式中化学计量数之比可知 x2，B 错误；2 min 时，D 的物质的量是 0.5 mol L 1 2 L1 mol，所以消耗 A、B 的物质的量分别是 1.5 mol、0.5 mol，设 A、B 起始物质的量均为 y，则剩余 A、B 的物质的量分别是 y1.5 mol、 y0.5 mol， 根据 c(A)c(B)35， 解得y1.5 mol y0.5 mol35，
23、解得 y3 mol。 所以 2 min 时， A 的物质的量为 3 mol1.5 mol1.5 mol，C 正确；A 的转化率为1.5 mol 3 mol 100%50%，D 错误。 3 【答案】C 【解析】随着反应的进行 N2浓度降低，反应速率减小，故 48 s 内 N2的速率小于 0.1 mol 1 L1 s1，即 8 s 内 N 2的速率小于 0.1 mol 1 L1 s1，速率之比等于化学计量数之比， 故 v(NO)小于 2 0.1 mol 1 L1 s10.2 mol1 L1 s1，故 8 s 末 NO 的浓度小于 8 s 0.2 mol 1 L1 s11.6 mol L1，故选 C
24、。 4 【答案】A 【解析】此反应的正反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应方向进行，即升高温度，K 减 小，故 A 说法正确；此反应为反应前后体积不变的反应，因此减小压强，平衡不移动，即 n(CO2)不变，故 B 说法错误；催化剂对化学平衡移动无影响，因此 CO 的转化率不变，故 C 说法错误；N2为惰性气体不参与反应，对平衡无影响，n(H2)不变，故 D 说法错误。 5 【答案】C 【解析】2 mL 0.1 mol L 1 FeCl 3溶液中滴加 0.1 mol L 1 KI 溶液 56 滴，FeCl 3过量，过量 的铁离子与硫氰根离子反应生成血红色的硫氰化铁，不能证明 Fe3 与 I之间的
25、反应为可逆 反应，A 结论错误；两溶液混合时，即开始反应，若先将两种溶液混合并计时，再用水浴加 热至设定温度，反应时间不再准确，B 结论错误；草酸的浓度不同，而溶液的总体积相同， 可探究浓度对反应速率的影响，C 结论正确；盐酸易挥发，生成的二氧化碳中含有 HCl，则 不能证明是二氧化碳与硅酸钠溶液反应生成白色沉淀，无法得出结论：C 的非金属性大于 Si，D 结论错误。 6 【答案】D 【解析】可逆反应 2A(g)B(g)2C(g) H0，温度越高，反应速率越快，且达到平衡 需要的时间越短，另外升高温度，平衡逆向移动，A 的转化率降低，图像吻合，故 A 正确； 可逆反应 2A(g)B(g)2C(
26、g) H0，在恒压条件下，升高温度，平衡逆向移动， C 的百分含量降低，在恒温条件下，增大压强，平衡正向移动，C 的百分含量增大，图像吻 合，故 B 正确；可逆反应 2A(g)B(g)2C(g) H0，达到平衡后，升高温度，正、逆 反应速率都加快，且 v(逆)增大幅度大于 v(正)，平衡逆向移动，图像吻合，故 C 正确；可逆 反应 2A(g)B(g)2C(g)达到平衡后，增大压强，正、逆反应速率都加快，且 v(正)增大 幅度大于 v(逆)，平衡正向移动，图像不吻合，故 D 错误。 7 【答案】A 【解析】平衡时测得 C 的浓度为 0.50 mol L 1。保持温度不变，将容器的容积压缩到原来的
27、 一半，C 的浓度为 1.00 mol L 1，再达到平衡时，测得 C 的浓度变为 0.90 mol L1，C 的浓 度减小，反应逆向进行，根据勒夏特列原理，增大压强，平衡向计量数减小的方向移动，即 xyz。 平衡逆向移动， C 的体积分数减小了， A 错误； 平衡逆向移动， A 的转化率降低了， B 正确；平衡向逆反应方向移动，C 正确；由分析可知，xyp1， 压强不变，升高温度，CO 的转化率减小，所以 H0，B 项正确；CO、H2、CH3OH 的平 衡浓度分别 c(CO)0.1 mol L 1，c(H 2)0.2 mol L 1，c(CH 3OH)0.1 mol L 1，K c(CH3O
28、H) c(CO) c2(H2) 0.1 0.1 0.2225，C 项正确；从图像可知，若要使 B 点在该条件下达到平衡，CO 的转化率要减小，即反应应向逆反应方向进行，所以 v正v逆，D 项正确。 13 【答案】D 【解析】“先拐先平数值大”，T1先拐，所以 T1T2，由 T2到 T1，温度升高，异丁烯的转化 率降低，即平衡逆向移动，逆反应为吸热反应，则 H0，A 项不符合题意；温度相同时， M 点和 B 点异丁烯的转化率相同，即异丁烯的浓度相同，有 vM正vB正，但是 M 点对应的 温度 T1偏高，所以 vM正vB正，B 项不符合题意；其他条件不变，再充入 1 mol W，使 W 的 转化率
29、降低，此时 W 的百分含量会相应升高，C 项不符合题意；假设甲醇和异丁烯的初始 物质的量都是 1 mol， T1时异丁烯的转化率为 80%， 则消耗的异丁烯为 0.8 mol， 列出三段式： CH3OH(g) R(g)W(g) 初始物质的量/mol 1 1 0 消耗的物质的量/mol 0.8 0.8 0.8 平衡时物质的量/mol 0.2 0.2 0.8 平衡时总物质的量为 0.20.20.81.2 mol，因为是刚性容器，所以容器容积不变，则压 强改变， 初始压强为 p0， 平衡时压强为1.2 2 p00.6p0， 则 p(CH3OH)p(R)0.2 1.2 0.6p00.1p0， p(W)
30、0.8 1.2 0.6p00.4p0，Kp p(W) p(R) p(CH3OH) 0.4p0 0.1p0 0.1p0 40 p0，D 项符合题意。 14 【答案】C 【解析】反应在 t1 min 内的平均速率为 v(CO) 1.2 mol L 1 2 L 0.8 mol L 1 2 L t1 0.2 t1 mol L 1 min 1，物质的平均反应速率与化学计量数呈正比，故 v(H 2)0.2 t1 mol L 1 min1，A 正确； t1时CO的转化量为0.40 mol， 则水的转化量也为0.40 mol， 所以t1时水的物质的量为0.20 mol， 到 t2时没有发生变化，说明已达到平衡
31、，该反应前后气体系数之和相等，所以可以用物质的 量代替浓度求得平衡常数 K0.4 0.4 0.2 0.81，保持其他条件不变，起始时向容器 中充入 0.60 mol CO 和 1.20 mol H2O，假设平衡时 CO2的物质的量浓度为 x，则有 K x2 (0.3x) (0.6x)1，解得 x0.20 mol L 1，故反应达到平衡状态时 c(CO 2)0.20 mol L 1，B 正确；保持其他条件不变，向平衡体系中再通入 0.20 mol H 2O，平衡正向移动，与 原平衡相比，达到新平衡时 CO 的体积分数一定减小，C 错误；该温度条件下 K1，保持 其他条件不变，起始时向容器中充入
32、0.60 mol CO2和 0.60 mol H2，假设转化的氢气的物质 的量浓度为 y，则有 K(0.3x) (0.3x) x2 1，解得 x0.15 mol L 1，到达平衡时 H 2转化率 为0.15 mol L 1 0.3 mol L 1 100%50%，D 正确。 15 【答案】C 【解析】由图像可知，相同压强时，温度越大，CO 的转化率越小，即升高温度，平衡逆向 移动，所以正反应为放热反应，A 项不符合题意；由反应方程式可知，反应为气体体积缩小 的反应，增大压强，平衡右移，CO 的转化率增大，故 p1p2，B 项不符合题意；平衡常数 只与温度有关， 因为温度 ABC， 且该反应是放
33、热反应， 故 KAKBKC， C 项符合题意； T1时 A 点对应的转化率为 0.5，列三段式可求出 KA1，因 B 点与 A 点温度相同，则 KA KB1，已知 B 点的转化率为 0.8，带入平衡常数表达式可求出平衡状态 B 时容器的容积为 2 L，D 项不符合题意。 二、非选择题 16 【答案】 (1)b 放热 (2)AC (3)0.15 mol L 1 min1 12 减小 不变 (4)CH 3OH(g)3 2 O2(g)CO2(g)2H2O(l) H280.9 kJ mol 1 【解析】(1)加入催化剂，可降低反应的活化能，由图像可知曲线 b 的活化能较低，应加入 催化剂，反应物的总能
34、量大于生成物的总能量，则反应为放热反应；(2)CO 的起始浓度为 1 mol L 1，体积为 2 L，则起始时充入的 CO 为 2 mol，A 正确；增加 CO 浓度，平衡向正反 应方向移动， H2的转化率增大， CO 的转化率降低， B 错误； 由于反应前后气体的体积不等， 则容器中压强恒定时，反应已达到平衡状态，C 正确；(3)由图 2 可知，反应中减小 的 CO 的浓度为 1 mol L 10.25 mol L10.75 mol L1，10 min 时达到平衡，则用 CO 表示 的化学反应速率为 0.75 mol L 1 10 min0.075 mol L1 min1，因反应速率之比等于
35、化学计 量数之比，则 v(H2)0.075 mol L 1 min1 20.15 mol L1 min1；平衡时 CO、H 2、CH3OH 分别为 0.25 mol L 1、2 mol L11.5 mol L10.5 mol L1、0.75 mol L1，则化学平衡常数 K 0.75 0.25 0.5212；若保持其他条件不变，将反应体系升温，正反应放热，平衡逆向进行， 则该反应的化学平衡常数减小。平衡常数只与温度有关系，则增大反应体系压强，化学平衡 常数不变； (4)已知： CH3OH(g)3 2O2(g) CO2(g)2H2O(g) H192.9 kJ mol 1 H2O(l)H2O(g)
36、 H44 kJ mol 1 根据盖斯定律， 2 可得 CH3OH(g)3 2O2(g) CO2(g)2H2O(l) H280.9 kJ mol 1。 17 【答案】(1)71.4 kJ mol 1 (2)0.225 mol L1 h1 40% (3) 1 48 (4) C2H4 加压(或不断分离出水蒸气) 【解析】(1)CH4、CO、H2的燃烧热分别为890.3 kJ mol 1、283.0 kJ mol1、285.8 kJ mol1，据此写 出热化学方程式： CH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(l) H1890.3 kJ mol 1 CO(g)1 2O2(g)=CO2(g) H2
37、283.0 kJ mol 1 H2(g)1 2O2(g)=H2O(l) H3285.8 kJ mol 1 根据盖斯定律，由 2 2 4 可得： 2CH4(g)O2(g)=2CO(g)4H2(g)，则有 H2H12H24H3(890.3 kJ mol 1) 2 (283.0 kJ mol 1) 2(285.8 kJ mol1) 471.4 kJ mol1。 (2)恒温恒容时，气体的压强之比等于其物质的量之比，2 h 时，p 后 p前0.85，设消耗 CO2 的物质的量为 x mol， CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g) v 1 2 x mol 2x mol 则有(42x)mol
38、 4 mol 0.85，解得 x0.3，故前 2 h 的平均反应速率 v(H2)0.3 mol 3 2 L 2 h 0.225 mol L 1 h1。 该温度下， 反应进行到 5 h 时达到平衡状态， 此时p 后 p前0.80， 设消耗 CO2 的物质的量为 y mol， 则有(42y)mol 4 mol 0.80，解得 y0.4，故 CO2的平衡转化率为0.4 mol 1 mol 100%40%。 (3)设开始时投入 CO2和 H2的物质的量分别为 1 mol、3 mol，CO2的平衡转化率为 50%，则 有： CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g) 起始量/mol 1 3 0
39、 0 转化量/mol 0.5 1.5 0.5 0.5 平衡量/mol 0.5 1.5 0.5 0.5 则平衡时 p(CO2)p(CH3OH)p(H2O)8 MPa 0.5 mol 3 mol 4 3 MPa，p(H2)8 MPa 1.5 mol 3 mol 4 MPa，故该反应条件下的平衡常数为 Kp 4 3 4 3 4 3 4 3 1 48。 (4)由图可知，随着温度的升高，n(H2)逐渐增大，说明平衡逆向移动，则正反应为放热反 应，故有 Hp2p3 【解析】 (1)反应热等于反应物键能总和减去生成物键能总和， 1 mol N2(g)、 1 mol O2(g)、 1 mol NO(g)分子中
40、化学键断裂时分别需要吸收 946 kJ、x kJ、631.75 kJ 的能量，根据 N2(g)O2(g) 2NO(g) H180.5 kJ mol 1 可知， 1 mol O2(g)分子中化学键断裂时需吸收的能量为： (946x2 631.75)kJ mol 1180.5 kJ mol1，解得 x498； (2)已知：2CO(g)O2(g)2CO2(g) H566.0 kJ mol 1 N2(g)O2(g)2NO(g) H180.5 kJ mol 1 2NO(g)O2(g)2NO2(g) H116.5 kJ mol 1， 根据盖斯定律， 2可得： 2NO2(g)4CO(g)N2(g)4CO2(
41、g) H(566.0 2180.5116.5)kJ mol 11 196 kJ mol 1； (3)在 2 s 内，c(N2)1 2c(NO) 1 2 (102.5) 10 4 mol L13.75 104 mol L1，故 v(N 2) c t 3.75 10 4 mol L1 2 s 1.875 10 4 mol L1 s1； 反应时间为 4 s 时，反应达到平衡， 根据反应，列“三段式”， 2NO(g) 2CO(g)N2(g) 2CO2(g) 开始/(mol L 1) 10 104 36 104 0 0 变化/(mol L 1) 9 104 9 104 4.5 104 9 104 平衡/
42、(mol L 1) 1 104 27 104 4.5 104 9 104 K c(N2) c2(CO2) c2(NO) c2(CO) (9 10 4)2 4.5 104 (1 10 4)2 (27 104)25 000； 根据化学反应 2NO(g)2CO(g)N2(g)2CO2(g)，2v正(CO)v逆(N2)，不代表正、逆反 应速率相等，不能判断反应是否平衡，故 a 错误；c(CO)c(CO2)，浓度相等，不代表达 到平衡，故 b 错误；容器内压强不变，由于此反应左右两边系数不相等，故压强不变，可以 判断平衡，故 c 正确；恒容密闭容器中，气体的总质量不变，容器总体积不变，混合气体密 度不变
43、，故密度不变不能判断是否达到平衡状态，故 d 错误；气体的总质量不变，气体的总 物质的量是一个变值，混合气体的平均相对分子质量是一个变值，平均相对分子质量不变， 说明化学反应达到平衡状态， 故 e 正确； 该反应的正反应放热， 升高温度， 平衡逆向移动， NO 的平衡转化率减小或正反应放热，温度越高，越不利于反应正向进行， NO 的平衡转化率越小；由方程式可知，正反应为气体体积减小的反应，相同温度下，增大 压强，平衡正向移动，NO 的平衡转化率增大，根据图示可知压强 p1、p2、p3的大小顺序为 p1p2p3。 20 【答案】(1)S0 高温 (2)412(xy) 催化剂不能改变物质 的平衡转
44、化率；750 时，反应相同时间，a 点对应的 CH4的转化率低于使用催化剂时 CH4的转化率 温度升高，反应速率增大 (3)b3a 0.054p20 【解析】 (1)CH4(g)H2O(g)CO(g)3H2(g) H206 kJ mol 1， 该反应的 H0， S 0，GHTS，要使反应自发进行，高温时 G0，故反应高温下自发进行； (2)结合图 1，转化为甲烷的物质的量为(xy)mol L 1 2 L2(xy)mol，且物质的量与热 量成正比，由 CH4(g)H2O(g)CO(g)3H2(g) H206 kJ mol 1 可知，1 mol 甲烷完 全反应吸收 206 kJ 的热量， 平衡时转
45、化的甲烷的物质的量为 2(xy)mol， 共吸收 412(xy)kJ 的热量； 起始条件相同， 保持温度为 T2(T2T1)时， 温度越高， 达到平衡的时间越短， CH4(g)H2O(g) CO(g)3H2(g) H206 kJ mol 1， 温度升高， 平衡正向移动， 甲烷的转化率会增大， 故 c(CH4)随时间的变化曲线如图所示； .催化剂不能改变物质的平衡转化率；750 时，反应相同时间，a 点对应的 CH4的转 化率低于使用催化剂时 CH4的转化率，a 点所处的状态不是化学平衡状态；.相同催化 剂时，升高温度平衡正向移动，转化率增大，温度：cb，CH4的转化率：cb； (3)起始n(H
46、2O) n(CH4)Z3，Z 越小，说明甲烷相对越多，达到平衡时甲烷的含量越多，则 b3 a； X 点时，Z3，设甲烷的起始物质的量为 a，水蒸气为 3a mol，甲烷的消耗量为 x mol， 结合三段式可以得到： CH4(g)H2O(g)CO(g)3H2(g) 开始/mol a 3a 0 0 变化/mol x x x 3x 平衡/mol ax 3ax x 3x X 点时，甲烷的体积分数为 10%， ax ax3axx3x ax 4a2x10%，解得 a2x，平衡 时混合气体的总物质的量4a2x10 x，平衡时甲烷的物质的量分数为 ax 4a2x0.1，水蒸 气的物质的量分数为 3ax 4a2x 5x 10 x0.5，一氧化碳的物质的量分数等于 x 4a2x x 10 x0.1， 氢气的物质的分数为 3x 4a2x 3x 10 x0.3，Kp p0 0.1 (p0 0.3)3 p0 0.1 p0 0.5 0.054p20。
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