2018-2019学年高中一轮复习化学跟踪检测（二十四）化学反应的方向与限度

跟踪检测（二十四）化学反应的方向与限度1．(2018·铜陵一中期中)对于化学反应能否自发进行，下列说法中错误的是()A．若ΔH<0、ΔS>0，任何温度下都能自发进行B．若ΔH>0、ΔS<0，任何温度下都不能自发进行C．需要加热才能够进行的过程肯定不是自发过程D．非自发过程在一定条件下可能变成自发过程解析：选C若ΔH<0、ΔS>0，则有ΔH－TΔS<0，故反应在任何温度下都能自发进行，A正确；若ΔH>0、ΔS<0，则有ΔH－TΔS>0，故反应在任何温度下都不能自发进行，B正确；化学反应能否自发进行与是否需要加热无关，有些自发反应需要加热来引发反应，C错误；有些非自发反应，改变反应条件可变成自发反应，如CaCO3在常温下是非自发反应，但高温下是自发反应，D正确。2．(2018·哈尔滨三中调研)下列说法中不正确的是()A．SiO2(s)＋2C(s)=Si(s)＋2CO(g)只能在高温下自发进行，则该反应的ΔH＞0B．3C(s)＋CaO(s)=CaC2(s)＋CO(g)在常温下不能自发进行，说明该反应的ΔH＞0C．BaSO4(s)＋4C(s)=BaS(s)＋4CO(g)室温下不能自发进行，说明该反应的ΔH＜0D．常温下，2NO(g)＋O2(g)=2NO2(g)能够自发进行，则该反应的ΔH＜0解析：选C该反应为熵增反应，则有ΔS＞0；该反应只有在高温下自发进行，说明在低温时ΔH－TΔS＞0，则该反应的ΔH＞0，A正确。该反应为熵增反应，则有ΔS＞0；该反应在常温下不能自发进行，说明常温时ΔH－TΔS＞0，即反应的ΔH＞0，B正确。该反应为熵增反应，则有ΔS＞0；该反应室温下不能自发进行，说明室温时ΔH－TΔS＞0，即反应的ΔH＞0，C错误。该反应为熵减反应，则有ΔS＜0；该反应常温下能自发进行，说明常温时ΔH－TΔS＜0，即反应的ΔH＜0，D正确。3．炼铁高炉中冶炼铁的反应为Fe2O3(s)＋3CO(g)eq\o(,\s\up7(高温))2Fe(s)＋3CO2(g)，下列说法正确的是()A．升高温度，反应速率减慢B．当反应达到化学平衡时，v(正)＝v(逆)＝0C．提高炼铁高炉的高度可减少尾气中CO的浓度D．某温度下达到平衡时，CO的体积分数基本不变解析：选DA项，升高温度，反应速率加快，错误；B项，化学平衡是动态平衡，v(正)＝v(逆)≠0，错误；C项，提高炼铁高炉的高度不能减少尾气中CO的浓度，错误；D项，某温度下达到平衡时，各物质浓度不变，CO的体积分数基本不变，正确。4．用Cl2生产某些含氯有机物时会生成副产物HCl，利用下列反应可实现氯的循环利用：4HCl(g)＋O2(g)2Cl2(g)＋2H2O(g)ΔH＝－115.6kJ·mol－1。恒温恒容的密闭容器中，充入一定量的反应物发生上述反应，能充分说明该反应达到化学平衡状态的是()A．气体的质量不再改变B．氯化氢的转化率不再改变C．断开4molH—Cl键的同时生成4molH—O键D．n(HCl)∶n(O2)∶n(Cl2)∶n(H2O)＝4∶1∶2∶2解析：选B反应物和生成物均为气体，气体的总质量始终不变，A错误；反应正向进行时，HCl的转化率升高；反应逆向进行时，HCl的转化率降低，当HCl的转化率不再改变时，可以说明可逆反应达到平衡状态，B正确；断开4molH—Cl键和生成4molH—O键均表示正反应方向的反应速率，不能据此判断反应是否达到平衡状态，C错误；达到平衡状态时，各反应物和生成物的物质的量保持不变，但各物质的物质的量之比不一定等于对应的系数之比，D错误。5．(2018·辽宁六校联考)t℃时，在容积不变的密闭容器中发生反应X(g)＋3Y(g)2Z(g)，各组分在不同时刻的浓度如表所示，下列说法正确的是()物质XYZ初始浓度/(mol·L－1)0.10.202min时浓度/(mol·L－1)0.08ab平衡浓度/(mol·L－1)0.050.050.1A.平衡时，X的转化率为20%B．t℃时，该反应的平衡常数为40C．平衡后，增大体系压强，v正增大，v逆减小，平衡向正反应方向移动D．前2min内，用Y的变化量表示的平均反应速率v(Y)＝0.03mol·L－1·min－1解析：选D平衡时，X的转化率＝eq\f(0.1－0.05mol·L－1,0.1mol·L－1)×100%＝50%，A项错误；t℃时该反应的平衡常数K＝eq\f(0.12,0.05×0.053)＝1600，B项错误；该反应是气体分子数减小的反应，平衡后，增大体系压强，v正增大，v逆增大，平衡向正反应方向移动，C项错误；前2min内，用Y的变化量表示的平均反应速率v(Y)＝3v(X)＝3×eq\f(0.02mol·L－1,2min)＝0.03mol·L－1·min－1，D项正确。6.向密闭容器中充入物质A和B，发生反应：aA(g)＋bB(g)cC(g)。反应过程中，在某一时刻，物质A的含量(A%)和物质C的含量(C%)随温度(T)的变化曲线如图所示，下列说法正确的是()A．该反应在T1、T3温度时达到过化学平衡B．该反应在T2温度时可能达到过化学平衡C．该反应的逆反应是放热反应D．升高温度，平衡会向正反应方向移动解析：选BT2之前A%渐小，C%渐大，而T2之后A%渐大，C%渐小，说明T2之前反应没有达到平衡状态，T2后温度升高使平衡逆向移动，故T2时反应达到平衡状态，故A项错误，B项正确；T2以后，温度升高，反应物的含量增大，说明平衡逆向移动，故该反应的正反应为放热反应，逆反应为吸热反应，故C、D项错误。7．N2O5是一种新型硝化剂，一定温度下发生反应2N2O5(g)4NO2(g)＋O2(g)ΔH＞0，T1温度下的部分实验数据为t/s050010001500c(N2O5)/(mol·L－1)5.003.522.502.50下列说法不正确的是()A．500s内，N2O5的分解速率为2.96×10－3mol·L－1·s－1B．T1温度下的平衡常数为K1＝125,1000s时N2O5的转化率为50%C．其他条件不变时，T2温度下反应到1000s时测得N2O5(g)浓度为2.98mol·L－1，则有T1＜T2D．T1温度下的平衡常数为K1，T2温度下的平衡常数为K2，若T1＞T2，则有K1＞K2解析：选C500s内[N2O5]由5.00mol·L－1降低到3.52mol·L－1，则有v(N2O5)＝eq\f(5.00－3.52mol·L－1,500s)＝2.96×10－3mol·L－1·s－1，A正确。1000s时，[N2O5]＝2.50mol·L－1，则[NO2]＝5mol·L－1，[O2]＝1.25mol·L－1，此时N2O5的转化率为eq\f(5.00－2.50mol·L－1,5.00mol·L－1)＝50%；化学平衡常数K1＝eq\f([NO2]4[O2],[N2O5]2)＝eq\f(5.004×1.25,2.502)＝125，B正确。T2温度下反应到1000s时测得N2O5(g)浓度为2.98mol·L－1＞2.50mol·L－1，说明反应正向进行的程度减小，即反应速率小，故有T1＞T2，C错误。该反应为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，平衡常数增大，由于T1＞T2，则有K1＞K2，D正确。8.(2017·衡水中学一调)以二氧化碳和氢气为原料制取乙醇的反应为：2CO2(g)＋6H2(g)CH3CH2OH(g)＋3H2O(g)ΔH<0。某压强下的密闭容器中，按CO2和H2的物质的量比为1∶3投料，不同温度下平衡体系中各物质的物质的量百分数(y%)随温度变化如图所示。下列说法正确的是()A．a点的平衡常数小于b点B．b点，v正(CO2)＝v逆(H2O)C．a点，H2和H2O物质的量相等D．其他条件恒定，充入更多H2，v(CO2)不变解析：选C从图像可知，温度越高氢气的含量越高，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，温度升高平衡常数减小，a>b，A错误；b点只能说明该温度下，CO2和H2O的浓度相等，不能说明v正(CO2)＝v逆(H2O)，B错误；从图像可知，a点H2和H2O的物质的量百分数相等，故物质的量相等，C正确；其他条件恒定，充入更多H2，反应物浓度增大，正反应速率增大，v(CO2)也增大，D错误。9．一定条件下合成乙烯：6H2(g)＋2CO2(g)CH2=CH2(g)＋4H2O(g)，已知温度对CO2的平衡转化率和催化剂催化效率的影响如图所示，下列说法不正确的是()A．该反应的逆反应为吸热反应B．平衡常数：KM＞KNC．生成乙烯的速率：v(N)一定大于v(M)D．当温度高于250℃，升高温度，催化剂的催化效率降低解析：选C升高温度CO2的平衡转化率降低，则升温平衡逆向移动，则逆反应为吸热反应，故A正确；升高温度CO2的平衡转化率降低，则升温平衡逆向移动，所以M点化学平衡常数大于N点，故B正确；化学反应速率随温度的升高而加快，催化剂的催化效率降低，所以v(N)有可能小于v(M)，故C错误；根据图像，当温度高于250℃，升高温度催化剂的催化效率降低，故D正确。10．一定条件下，可逆反应的平衡常数可以用平衡浓度计算，也可以用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数。在恒温恒压条件下，总压不变，用平衡分压计算平衡常数更方便。下列说法不正确的是()A．对于反应C2H4(g)＋H2O(g)C2H5OH(g)，在一定条件下达到平衡状态时，体系的总压强为p，其中C2H4(g)、H2O(g)、C2H5OH(g)均为1mol，则用分压表示的平衡常数Kp＝eq\f(3,p)B．恒温恒压下，在一容积可变的容器中，反应2A(g)＋B(g)2C(g)达到平衡时，A、B和C的物质的量分别为4mol、2mol和4mol。若此时A、B和C均增加1mol，平衡正向移动C．恒温恒压下，在一容积可变的容器中，反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)达到平衡状态时，N2、H2、NH3各1mol，若此时再充入3molN2，则平衡正向移动D．对于一定条件下的某一可逆反应，用平衡浓度表示的平衡常数和用平衡分压表示的平衡常数，其数值不同，但意义相同，都只与温度有关解析：选C平衡时C2H4(g)、H2O(g)、C2H5OH(g)均为1mol，则三者的分压均为eq\f(1,3)p，故用分压表示的平衡常数Kp＝eq\f(\f(1,3)p,\f(1,3)p×\f(1,3)p)＝eq\f(3,p)，A项正确；如A、B和C的物质的量按2∶1∶2增加时，则平衡不移动，而“均增加1mol”时相当于在原来的基础上多加了B，则平衡正向移动，B项正确；N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)达到平衡状态时，N2、H2、NH3各1mol，三者的分压均为eq\f(1,3)p，此时用分压表示的平衡常数Kp＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,3)p))2÷eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,3)p))×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,3)p))3))＝eq\f(9,p2)，若再充入3molN2，此时N2的分压为eq\f(2,3)p，NH3和H2均为eq\f(1,6)p，此时用分压表示的Qp＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,6)p))2÷eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2,3)p))×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,6)p))3))＝eq\f(9,p2)＝Kp，平衡不移动，C项错误；同一可逆反应，在相同条件下用平衡浓度表示的平衡常数和用平衡分压表示的平衡常数，其数值不同，但意义相同，且都只与温度有关，D项正确。11．将一定量纯净的氨基甲酸铵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/(×10－3mol·L－1)2.43.44.86.89.4(1)该反应的焓变ΔH________0，熵变ΔS________0(填“＞”“＜”或“＝”)。(2)可以判断该分解反应已经达到化学平衡的是________(填字母)。A．2v正(NH3)＝v逆(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(3)根据表中数据计算，在25.0℃时，反应2NH3(g)＋CO2(g)NH2COONH4(s)的平衡常数K＝________。(4)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℃下达到平衡状态。若在恒温下压缩容器体积，氨基甲酸铵固体的质量________(填“增加”“减小”或“不变”)。解析：(1)分析表中数据可知，温度升高，平衡气体总浓度增大，说明平衡正向移动，该反应为吸热反应，则有ΔH＞0；该反应是气体体积增大的反应，则有ΔS＞0。(2)达到平衡时，正、逆反应速率相等，则有v正(NH3)＝2v逆(CO2)，A项不符合题意；因为反应前后气体分子数不相等，未达到平衡前压强一直在变，所以总压强不变时，说明反应达到平衡，B项符合题意；反应未达到平衡前，气体质量一直在变，而容器容积不变，依ρ＝eq\f(m,V)可知，混合气体的密度也在变，所以混合气体的密度不变时，说明反应达到平衡，C项符合题意；反应产物中NH3和CO2的物质的量之比始终为2∶1，密闭容器中氨气的体积分数始终不变，D项不符合题意。(3)由表中数据可知，在25.0℃时，平衡气体的总浓度为4.8×10－3mol·L－1，则有[NH3]＝3.2×10－3mol·L－1，[CO2]＝1.6×10－3mol·L－1，反应2NH3(g)＋CO2(g)NH2COONH4(s)的平衡常数K＝eq\f(1,3.2×10－32×1.6×10－3)≈6.1×107。(4)在恒温条件下压缩容器体积，平衡逆向移动，氨基甲酸铵固体的质量增大。答案：(1)＞＞(2)BC(3)6.1×107(4)增大12．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890.3kJ·mol－1、283.0kJ·mol－1、285.8kJ·mol－1，则上述流程中第一步反应2CH4(g)＋O2(g)=2CO(g)＋4H2(g)的ΔH＝______________。(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1molCO2和3molH2充入体积不变的2L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/h123456eq\f(p后,p前)0.900.850.830.810.800.80①用H2表示前2h的平均反应速率v(H2)＝________________________________；②该温度下，CO2的平衡转化率为________。(3)在300℃、8MPa下，将CO2和H2按物质的量之比1∶3通入一密闭容器中发生(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)ΔH。在0.1MPa时，按n(CO2)∶n(H2)＝1∶3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。①该反应的ΔH________0(填“＞”或“＜”)。②曲线c表示的物质为________。③为提高H2的平衡转化率，除改变温度外，还可采取的措施是______________________。解析：(1)CH4、CO、H2的燃烧热分别为890.3kJ·mol－1、283.0kJ·mol－1、285.8kJ·mol－1，据此写出热化学方程式：①CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l)ΔH1＝－890.3kJ·mol－1②CO(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=CO2(g)ΔH2＝－283.0kJ·mol－1③H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(l)ΔH3＝－285.8kJ·mol－1根据盖斯定律，由①×2－②×2－③×4可得：2CH4(g)＋O2(g)=2CO(g)＋4H2(g)，则有ΔH＝2ΔH1－2ΔH2－4ΔH3＝(－890.3kJ·mol－1)×2－(－283.0kJ·mol－1)×2－(－285.8kJ·mol－1)×4＝－71.4kJ·mol－1。(2)①恒温恒容时，气体的压强之比等于其物质的量之比，2h时，eq\f(p后,p前)＝0.85，设消耗CO2的物质的量为xmol，CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)ΔV12xmol2xmol则有eq\f(4－2xmol,4mol)＝0.85，解得x＝0.3，故前2h的平均反应速率v(H2)＝eq\f(0.3mol×3,2L×2h)＝0.225mol·L－1·h－1。②该温度下，反应进行5h时达到平衡状态，此时eq\f(p后,p前)＝0.80，设消耗CO2的物质的量为ymol，则有eq\f(4－2ymol,4mol)＝0.80，解得y＝0.4，故CO2的平衡转化率为eq\f(0.4mol,1mol)×100%＝40%。(3)设开始时投入CO2和H2的物质的量分别为1mol、3mol，CO2的平衡转化率为50%，则有：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)起始量/mol1300转化量/mol0.51.50.50.5平衡量/mol0.51.50.50.5则平衡时p(CO2)＝p(CH3OH)＝p(H2O)＝8MPa×eq\f(0.5mol,3mol)＝eq\f(4,3)MPa，p(H2)＝8MPa×eq\f(1.5mol,3mol)＝4MPa，故该反应条件下的平衡常数为Kp＝eq\f(\f(4,3)×\f(4,3),\f(4,3)×43)＝eq\f(1,48)。(4)①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ΔH<0。②随着温度的升高，n(H2)逐渐增大，由于H2是反应物，则另一条逐渐增大的曲线a代表CO2；C2H4(g)、H2O(g)都是生成物，随着平衡逆向移动，二者的物质的量逐渐减小，根据系数的关系可知，曲线b代表H2O(g)，曲线c代表C2H4(g)。③该反应的正反应是气体总分子数减少的放热反应，欲提高H2的平衡转化率，除改变温度外，还可以增大压强或不断分离出产物H2O(g)。答案：(1)－71.4kJ·mol－1(2)①0.225mol·L－1·h－1②40%(3)eq\f(1,48)(4)①<②C2H4③加压(或不断分离出水蒸气)13．NH3作为一种重要化工原料，被大量应用于工业生产，与其有关性质反应的催化剂研究曾被列入国家863计划。催化剂常具有较强的选择性，即专一性。已知：反应Ⅰ：4NH3(g)＋5O2(g)eq\o(,\s\up7(Pt/Ru),\s\do5(高温))4NO(g)＋6H2O(g)ΔH1＝－905.0kJ·mol－1反应Ⅱ：4NH3(g)＋3O2(g)eq\o(,\s\up7(Cu/TiO2),\s\do5(高温))2N2(g)＋6H2O(g)ΔH2(1)化学键H—OO=ON≡NN—H键能/(kJ·mol－1)463496942391ΔH2＝______________。(2)在恒温恒容装置中充入一定量的NH3和O2，在某催化剂的作用下进行反应Ⅰ，则下列有关叙述中正确的是________(填字母)。A．使用催化剂时，可降低该反应的活化能，加快其反应速率B．若测得容器内4v正(NH3)＝6v逆(H2O)时，说明反应已达到平衡C．当容器内eq\f(nNO,nNH3)＝1时，说明反应已达到平衡(3)氨催化氧化时会发生上述两个竞争反应Ⅰ、Ⅱ。为分析某催化剂对该反应的选择性，在1L密闭容器中充入1molNH3和2molO2，测得有关物质的量关系如图：①该催化剂在高温时选择反应________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。②520℃时，4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)的平衡常数K＝________(不要求得出计算结果，只需列出数字计算式)。③有利于提高NH3转化为N2的平衡转化率的措施有________(填字母)。A．使用催化剂Pt/RuB．使用催化剂Cu/TiO2