-新教材高中化学能力练习3化学反应速率与化学平衡图像含解析新人教版选择性必修

PAGEPAGE4能力课时落实(三)化学反应速率与化学平衡图像(建议用时：25分钟)1．氢能被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源，人类对氢能应用自200年前就产生了兴趣。从20世纪70年代以来，世界上许多国家和地区就广泛开展了氢能研究。科学家研究以太阳能为热源分解Fe3O4，最终循环分解水制H2，其中一步重要反应为2Fe3O4(s)6FeO(s)＋O2(g)ΔH＝akJ·mol－1。在一定压强下，Fe3O4的平衡转化率随温度变化的α(Fe3O4)­T曲线如图所示。下列有关说法不正确的是()A．a>0B．压强p1>p2C．升高温度，该反应的平衡常数增大D．将体系中O2分离出去，能提高Fe3O4的转化率B[根据题图分析，压强一定，温度升高，Fe3O4的平衡转化率升高，该反应为吸热反应，ΔH>0，即a>0，A项正确；温度一定时，压强增大，平衡逆向移动，Fe3O4的平衡转化率降低，故p1<p2，B项不正确；升高温度，平衡正向移动，反应的平衡常数增大，C项正确；将体系中O2分离出去，平衡正向移动，能提高Fe3O4的转化率，D项正确。]2．向一容积不变的密闭容器中充入H2和I2，发生反应H2(g)＋I2(g)2HI(g)ΔH<0，当达平衡后，t0时若保持混合气体总物质的量不变而改变某一反应条件，使平衡移动(如图所示)，下列说法正确的是()A．容器内气体颜色变深，平均相对分子质量不变B．平衡不移动，混合气体密度增大C．H2转化率增大，HI平衡浓度减小D．t0时改变的条件为减小体积或升高体系温度A[条件改变后，正、逆反应速率均增大，但是逆反应速率大于正反应速率，平衡逆向移动，改变的条件应为升高温度，A项正确。]3．已知反应X(g)＋Y(g)nZ(g)ΔH>0，将X和Y以一定比例混合通入密闭容器中进行反应，各物质的浓度随时间的改变如图所示。下列说法不正确的是()A．反应方程式中n＝1B．10min时，曲线发生变化的原因是升高温度C．10min时，曲线发生变化的原因是增大压强D．前5min内，用X表示的反应速率为v(X)＝0.08mol·L－1·min－1B[A项，根据图像可知，反应进行到5min时，X、Y和Z的浓度不再变化，反应达到平衡状态，此时X的浓度减少了0.4mol·L－1，Z的浓度增加了0.4mol·L－1，根据浓度的变化量之比等于化学计量数之比可知，n＝1；B项，10min时，X、Y、Z的浓度瞬间增大，因此改变的条件一定不是温度；D项，前5min内，用X表示的反应速率为v(X)＝0.4mol·L－1÷5min＝0.08mol·L－1·min－1。]4．反应mX(g)nY(g)＋pZ(g)ΔH，在不同温度下的平衡体系中物质Y的体积分数随压强变化的曲线如图所示。下列说法错误的是()A．该反应的ΔH＞0B．m＜n＋pC．B、C两点化学平衡常数：KB＞KCD．A、C两点的反应速率v(A)＜v(C)C[由图可知温度升高，Y的体积分数增大，说明平衡正向移动，则正反应为吸热反应；增大压强，Y的体积分数减小，说明平衡逆向移动，则m＜n＋p；对吸热反应来说，温度升高，K增大，KB＜KC;A、C两点温度相同，C点压强大，则C点的速率大于A点。]5．对于H2(g)＋I2(g)2HI(g)，ΔH＜0，根据如图，下列说法错误的是()A．t2时可能使用了催化剂B．t3时可能采取减小反应体系压强的措施C．t5时采取升温的措施D．反应在t6时刻，HI体积分数最大D[改变压强、使用催化剂，平衡均不移动，t2时可能增大压强或使用催化剂，A正确；t3时正、逆反应速率同等程度减小，可能为减小压强，B正确；t5时正、逆反应速率增大，且逆反应速率大于正反应速率，改变条件为升高温度，C正确；平衡逆向移动，HI的体积分数减小，t1时HI的体积分数最大，D错误。]6．CO和H2的混合气体又称“合成气”，在合成有机物中应用广泛。工业上常采用天然气与水蒸气或二氧化碳反应等方法来制取合成气。请回答下列问题：(1)天然气与CO2反应也可制备合成气，在10L密闭容器中通入1molCH4与1molCO2，在一定条件下发生反应，测得CH4的平衡转化率与温度及压强的关系如图1所示。图1①1100℃、p2时，气体混合后反应经过10min至x点的平衡，用CO的变化量表示反应速率v(CO)＝________。②下列选项中能表示该反应已达到平衡状态的是_______________________________________________________________________________(填字母)。A．v(H2)逆＝3v(CO)正B．密闭容器中混合气体的密度不变C．密闭容器中总压强不变D．c(CH4)＝c(CO)③由图1可知，压强p1________p2(填“大于”或“小于”)；压强为p2时，在y点：v(正)________v(逆)(填“大于”“小于”或“等于”)。求y点对应温度下的该反应的平衡常数K＝________。(2)合成气制甲醚的反应方程式为2CO(g)＋4H2(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)ΔH＝bkJ·mol－1。有研究者在催化剂、压强为5.0MPa的条件下，由H2和CO直接制备甲醚，结果如图2所示。图2①290℃前，CO转化率和甲醚产率的变化趋势不一致的原因是_____________________________________________________________________。②b________0(填“>”“<”或“＝”)，理由是__________________________________________________________________________________。[解析](1)CH4和CO2反应制备合成气的反应为CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)。①由图像知1100℃、p2时CH4的转化率为80%，则转化CH4的物质的量为1mol×80%＝0.8mol，根据方程式知生成CO物质的量为1.6mol，v(CO)＝1.6mol÷10L÷10min＝0.016mol·L－1·min－1。②A．v(H2)逆＝3v(CO)正表明逆反应速率大于正反应速率，反应没有达到平衡状态；B．该反应中所有物质都是气态，根据质量守恒定律，混合气体的质量始终不变，容器的容积不变，混合气体的密度始终不变，密闭容器中混合气体的密度不变不能说明反应达到平衡状态；C．该反应的正反应是气体分子数增大的反应，建立平衡过程中气体分子物质的量增大，密闭容器中总压强增大，平衡时气体分子物质的量不变，密闭容器中总压强不变，密闭容器中总压强不变能说明反应达到平衡状态；D．达到平衡时各物质的浓度保持不变，不一定相等，c(CH4)＝c(CO)不能说明反应达到平衡状态；能说明反应达到平衡状态的是C项，答案选C。③该反应的正反应为气体分子数增大的反应，增大压强平衡向逆反应方向移动，CH4的转化率减小，由图知在相同温度下p1时CH4的转化率大于p2，则p1小于p2。由图知，y点CH4转化率小于平衡时CH4的转化率，反应正向进行，v(正)大于v(逆)。y点的温度与x点的温度相同，y点平衡常数与x点相等，用三段式CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)eq\o(c起始/mol·L－1)0.10.100eq\o(c转化/mol·L－1)0.1×0.8＝0.080.080.160.16eq\o(c平衡/mol·L－1)0.020.020.160.16K＝eq\f(c2CO·c2H2,cCH4·cCO2)＝eq\f(0.162×0.162,0.02×0.02)＝1.6384。(2)①290℃前，CO转