第二章化学反应速率和化学平衡专项训练（人教版选修4）

化学反应速率和化学平衡专项训练一、化学平衡状态的建立及其移动1．对于可逆反应H2(g)＋I2(g)2HI(g)，在温度一定下由H2(g)和I2(g)开始反应，下列说法正确的是()A．H2(g)的消耗速率与HI(g)的生成速率之比为2∶1B．反应进行的净速率是正、逆反应速率之差C．正、逆反应速率的比值是恒定的D．达到平衡时，正、逆反应速率相等答案B解析A项由各物质表示的化学反应速率之比等于其化学计量数之比，则有2v消耗(H2)＝v生成(HI)；C项随着反应的进行，v正不断减小，v逆不断增大，二者的比值也不断变化；D项达到平衡，对于某一物质来说，其正、逆反应速率相等，但对于不同物质，则不一定，如平衡时v逆(HI)＝2v正(H2)。2．一定条件下，在密闭容器中，能表示反应X(g)＋2Y(g)2Z(g)一定达到化学平衡状态的是()①X、Y、Z的物质的量之比是1∶2∶2②X、Y、Z的浓度不再发生变化③容器中的压强不再发生变化④单位时间内生成nmolZ，同时生成2nmolYA．①② B．①④ C．②③ D．③④答案C解析本题主要考查化学平衡状态的判断。化学平衡状态的判定：方法一，从化学平衡的本质入手，即v正＝v逆，如有信息能说明v正＝v逆，则说明化学平衡建立；方法二，从化学平衡的外部特点及各组分的浓度不再改变，各组分的质量、含量不再改变来判断化学平衡的建立。3．对于X＋YZ的平衡，若增大压强，Y的转化率增大，则X和Z可能的状态是()A．X为液态，Z为气态 B．X为固态，Z为气态C．X为气态，Z为气态 D．无法确定答案C解析增大压强，Y的转化率增大，说明平衡向正反应方向移动，正反应应为气体分子数减小的反应，只有C符合题意。4．从植物花汁中提取的一种有机物，可简化表示为HIn，在水溶液中因存在下列平衡，故可用作酸、碱指示剂：在上述溶液中加入下列物质，最终能使指示剂显黄色的是()A．盐酸 B．NaHCO3溶液C．NaHSO4溶液 D．Na2O2(固体)答案B解析B项中NaHCO3可以与H＋反应，消耗H＋而使平衡右移；D项中Na2O2的氧化性对有色物质的影响是主要的，即加Na2O2会使溶液漂白而褪色。二、化学平衡图像5．25℃时，在含有Pb2＋、Sn2＋的某溶液中，加入过量金属锡(Sn)，发生反应：Sn(s)＋Pb2＋(aq)Sn2＋(aq)＋Pb(s)，体系中c(Pb2＋)和c(Sn2＋)变化关系如图所示。下列判断正确的是A．往平衡体系中加入金属铅后，c(Pb2＋)增大B．往平衡体系中加入少量Sn(NO3)2固体后，c(Pb2＋)变小C．升高温度，平衡体系中c(Pb2＋)增大，说明该反应ΔH>0D．25℃时，该反应的平衡常数K答案D解析体系中有过量的锡且金属活泼性Sn>Pb，向平衡体系中加入铅后，c(Pb2＋)不变，A错增大，说明平衡逆向移动，ΔH<0，正反应为放热反应，C错误；由化学方程式和图中数据得平衡常数K＝eq\f(cSn2＋,cPb2＋)＝eq\f(0.22,0.10)＝2.2，D正确。6.向绝热恒容密闭容器中通入SO2和NO2，一定条件下使反应SO2(g)＋NO2(g)SO3(g)＋NO(g)达到平衡，正反应速率随时间变化的示意图如右图所示。由图可得出的正确结论是()A．反应在c点达到平衡状态B．反应物浓度：a点小于b点C．反应物的总能量低于生成物的总能量D．Δt1＝Δt2时，SO2的转化率：a～b段小于b～c段答案D解析A项反应在c点时v正达最大值，随后v正逐渐减小，并非保持不变，故c点时反应未达平衡状态；B项由正反应速率变化曲线可知，a点的速率小于b点，但开始时通入SO2和NO2，反应由正反应方向开始，故a点反应物的浓度大于b点；C项在c点之前，反应物的浓度逐渐减小，容器的容积保持不变，v正逐渐增大说明反应的温度逐渐升高，该反应为放热反应，反应物的总能量高于生成物的总能量；D项由v正变化曲线可知，a～b段的正反应速率小于b～c段的正反应速率，Δt1＝Δt2时，a～b段消耗SO2的物质的量小于b～c段，故a～b段SO2的转化率小于b～c段。7．一定条件下，下列反应中水蒸气含量随反应时间的变化趋势符合下图的是()A．CO2(g)＋2NH3(g)CO(NH2)2(s)＋H2O(g)ΔH<0B．CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH>0C．CH3CH2OH(g)CH2=CH2(g)＋H2O(g)ΔH>0D．2C6H5CH2CH3(g)＋O2(g)2C6H5CH=CH2(g)＋2H2O(g)ΔH<0答案A解析由温度－时间图像可知，T2先达到平衡，因此T2>T1，温度升高，水蒸气含量减少，正反应是放热反应，因此B、C不符合题意；由压强－时间图像可知，p1先达到平衡，即p1>p2，随着压强的增加，水蒸气含量增加，因此正反应是气体体积减小的反应，因此D不符合题意，只有A符合题意。三、化学平衡常数与转化率8．700℃时，向容积为2L的密闭容器中充入一定量的CO和H2O，发生反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2反应过程中测定的部分数据见下表(表中t2＞t1)：反应时间/minn(CO)/moln(H2O)/mol01.200.60t10.80t20.20下列说法正确的是()A．反应在t1min内的平均速率为v(H2)＝eq\f(0.40,t1)mol·L－1·min－1B．保持其他条件不变，起始时向容器中充入0.60molCO和1.20molH2O，达到平衡时n(CO2)＝0.40molC．保持其他条件不变，向平衡体系中再通入0.20molH2O，与原平衡相比，达到新平衡时CO转化率不变，H2O的体积分数不变D．温度升高至800℃，上述反应平衡常数为0.64答案B解析由于在t1min内v(CO)＝eq\f(0.20,t1)mol·L－1·min－1，根据各物质的反应速率之比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比可知A错；根据温度不变，平衡常数不变，再结合反应方程式可知，B正确；增大反应物的浓度，平衡向右移动，自身的转化率减小，而另一种反应物的转化率增大，C错误；根据表中数据求得700℃时该反应的平衡常数为1,8009．在一固定体积的密闭容器中，充入2molCO2和1molH2发生如下化学反应：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)，其化学平衡常数与温度(T)的关系如下表：T/℃70080083010001200K0.60.91.01.72.6回答下列问题：(1)该反应的化学平衡常数表达式为K＝__________________________________________。(2)若反应在830℃下达到平衡，则CO2(3)若绝热时(容器内外没有热量交换)，平衡发生移动的结果是使容器内CO的浓度增大，则容器内气体温度________(填“升高”、“降低”或“不能确定”)。(4)能判断该反应是否达到化学平衡状态的依据是_________________________(填字母序号)。A．容器内压强不变B．混合气体中c(CO)不变C．v正(H2)＝v逆(H2O)D．c(CO2)＝c(CO)E．c(CO2)·c(H2)＝c(CO)·c(H2O)答案(1)eq\f(cCO·cH2O,cCO2·cH2)(2)33.3%(3)降低(4)BC解析(1)由K的定义，利用方程式可直接写出化学平衡常数的表达式为K＝eq\f(cCO·cH2O,cCO2·cH2)。(2)利用“三段式”法，结合化学平衡常数的表达式可以求出反应在830℃下达到平衡时CO2气体的物质的量，进而求出CO(3)利用表中数据：升温，K值增大，说明反应是吸热反应，若在绝热条件下，平衡发生移动的结果是使容器内CO的浓度增大，则平衡正向移动，吸收热量，故容器内气体温度降低。(4)因该反应反应前后气体物质的量不变，故压强不能作为判断是否达到平衡状态的标志，由平衡状态特征及本质可知选项B、C可作为判断反应达到化学平衡状态的依据，选项D、E与平衡状态无直接关系。10．电子工业中清洗硅片上的SiO2(s)的反应为SiO2(s)＋4HF(g)=SiF4(g)＋2H2O(g)ΔH(298.15K)＝－94.0kJ·mol－1ΔS(298.15K)＝－75.8J·mol－1·K－1，设ΔH和ΔS不随温度而变化，则此反应自发进行的温度是_____________________________________。答案小于1240K解析由题给信息，要使反应能自发进行，须有ΔH－TΔS<0，即－94.0kJ·mol－1－T×(－75.8J·mol－1·K－1)×10－3kJ·J－1<0则T<eq\f(94.0kJ·mol－1,75.8J·mol－1·K－1×10－3kJ·J－1)≈1.24×103K。四、化学反应速率和化学平衡的综合应用11．某研究小组在实验室探究氨基甲酸铵(NH2COONH4)分解反应平衡常数和水解反应速率的测定。将一定量纯净的氨基甲酸铵固体置于特制的密闭真空容器中(假设容器体积不变，固体试样体积忽略不计)，在恒定温度下使其达到分解平衡：NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)实验测得不同温度下的平衡数据列于下表：温度/℃15.020.025.030.035.0平衡总压强/kPa5.78.312.017.124.0平衡气体总浓度/mol·L－12.4×10－33.4×10－34.8×10－36.8×10－39.4×10－3(1)可以判断该分解反应已经达到平衡的是________(填字母序号)。A．2v(NH3)＝v(CO2)B．密闭容器中总压强不变C．密闭容器中混合气体的密度不变D．密闭容器中氨气的体积分数不变(2)根据表中数据，列式计算25.0℃时的分解平衡常数：(3)取一定量的氨基甲酸铵固体放在一个带活塞的密闭真空容器中，在25.0℃下达到分解平衡。若在恒温下压缩容器体积，氨基甲酸铵固体的质量将________(填“增加”、“减少”或“不变(4)氨基甲酸铵分解反应的焓变ΔH____0(填“>”、“＝”或“<”)，熵变ΔS____0(填“>”、“＝”或“<”)。答案(1)BC(2)K＝c2(NH3)·c(CO2)＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2,3)c))2·eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,3)c))＝eq\f(4,27)×(4.8×10－3)3≈1.6×10－8(3)增加(4)>>解析(1)根据化学平衡状态判断标志是v正＝v逆，各组分浓度不再发生变化，由NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)可见该反应为不等体积变化(即反应物和生成物气体分子数不相同)，可以得恒容状态下压强不变或混合气体密度不变时，反应即达到平衡状态，但上述反应中反应物无气体参加，因此生成物中各组分气体体积分数恒定不变。(2)根据K＝c2(NH3)·c(CO2)＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2×\f(4.8×10－3,3)))2·eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(4.8×10－3,3)))≈1.6×10－8。(3)由NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)知正反应气体分子数增加，增大压强平衡向逆反应方向移动。(4)由表中数据可以得出，随着温度的升高，平衡向正反应方向移动，因此正反应是吸热反应，所以ΔH>0；根据NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)，正反应是生成物气体分子数增多的反应，所以ΔS>0。12．高炉炼铁过程中发生的主要反应为eq\f(1,3)Fe2O3(s)＋CO(g)eq\f(2,3)Fe(s)＋CO2(g)已知该反应在不同温度下的平衡常数如下：温度/℃100011501300平衡常数4.03.73.5请回答下列问题：(1)该反应的平衡常数表达式K＝________，ΔH______0(填“>”、“<”或“＝”)。(2)在一个容积为10L的密闭容器中，1000℃时加入Fe、Fe2O3、CO、CO2各1.0mol，反应经过10min后达到平衡。求该时间范围内反应的平均反应速率v(CO2)＝__________，(3)欲提高(2)中CO的平衡转化率，可采取的措施是________(填字母序号)。A．减少Fe的量 B．增加Fe2O3的量C．移出部分CO2 D．提高反应温度E．减小容器的容积F．加入合适的催化剂答案(1)eq\f(cCO2,cCO)<(2)0.006mol·L－1·min－160%(3)C13．利用光能和光催化剂，可将CO2和H2O(g)转化为CH4和O2。紫外光照射时，在不同催化剂(Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ)作用下，CH4产量随光照时间的变化如下图所示。(1)在0～30小时内，CH4的平均生成速率vⅠ、vⅡ、vⅢ从大到小的顺序为______________；反应开始后的12小时内，在第______________种催化剂作用下，收集的CH4最多。(2)将所得CH4与H2O(g)通入聚焦太阳能反应器，发生反应：CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)。该反应ΔH＝＋206kJ·mol－1。①在下列坐标图中，画出反应过程中体系能量变化图(进行必要标注)。②将等物质的量的CH4和H2O(g)充入1L恒容密闭反应器，某温度下反应达平衡，平衡常数K＝27，此时测得CO的物质的量为0.10m