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專項突破三 化學反應速率和化學平衡圖像分析
1.下面是某化學研究小組探究外界條件對化學反應速率和化學平衡影響時所畫的圖像,其中圖像和實驗結論表達均正確的是( )
A.①是其他條件一定時,反應速率隨溫度變化的圖像,正反應的ΔH<0
B.②是在平衡體系的溶液中溶解少量KCl晶體后化學反應速率隨時間變化的圖像
C.③是在有、無催化劑存在下建立平衡過程的圖像,a表示使用催化劑時的曲線
D.④是一定條件下,向含有一定量A的容器中逐漸加入B時的圖像,壓強p1>p2
答案 C 根據圖像①知,升高溫度,平衡向正反應方向移動,正反應的ΔH>0,A項錯誤;②反應實質是Fe3++3SCN- Fe(SCN)3,K+和Cl-不參加化學反應,KCl濃度增大不影響化學平衡,B項錯誤;③使用催化劑,反應速率增大,先達到平衡,C項正確;④反應為反應前后氣體的物質的量不變的化學反應,改變壓強不影響平衡狀態(tài),即不影響A的轉化率,且不斷加入B,A的轉化率增大,不會有減小的過程,D項錯誤。
2.800 ℃時,在密閉容器內發(fā)生反應2NO(g)+O2(g) 2NO2(g) ΔH<0,下列圖像與該反應體系相符的是( )
A
B
C
D
壓強對反應的影響
溫度對反應的影響
容器容積不變,向平衡體系中充入O2對反應的影響
催化劑對反應的影響
答案 C 由圖示可知,壓強為p1時,反應先達到平衡,故p1>p2,對于題給反應,增大壓強,平衡向正反應方向移動,平衡時NO2體積分數增大,A項錯誤;正反應放熱,升溫使平衡向逆反應方向移動,反應物的轉化率減小,B項錯誤;容器容積不變,向平衡體系中充入O2,正反應速率瞬時增大,后逐漸減小,逆反應速率瞬時不變,后逐漸增大,平衡向正反應方向移動,正、逆反應速率相等時,達到新的平衡狀態(tài),C項正確;加入催化劑,反應速率增大,達到平衡所需時間縮短,D項錯誤。
3.在容積一定的密閉容器中,置入一定量的一氧化氮和足量碳發(fā)生化學反應:C(s)+2NO(g) CO2(g)+N2(g),平衡時c(NO)與溫度T的關系如下圖所示,則下列說法正確的是( )
A.該反應的ΔH>0
B.若該反應在T1 ℃、T2 ℃時的平衡常數分別為K1、K2,則K1
pB
D.在T2 ℃時,若反應體系處于狀態(tài)D,則此時v正>v逆
答案 D 溫度升高,NO的濃度增大,說明平衡左移,則該反應的ΔH<0,故A錯誤;ΔH<0,升高溫度平衡常數減小,則K1>K2,故B錯誤;反應前后氣體物質的量不變,壓強與溫度有關,溫度越高壓強越大,則pC>pD=pB,故C錯誤;在T2 ℃時,若反應體系處于狀態(tài)D,達到平衡NO的濃度要減小,反應正向進行,則此時v正>v逆,故D正確。
4.已知2X(g)+Y(g)nZ(g)在恒容密閉容器中進行,K(300 ℃)>K(350 ℃);某溫度下X的平衡轉化率(α)與體系總壓強(p)的變化曲線如圖所示,下列說法正確的是( )
A.該反應正反應是吸熱反應
B.充入少量He,X的轉化率增大
C.平衡狀態(tài)由a變到b時,化學平衡常數增大
D.容器內氣體平均相對分子質量不變時說明反應達到化學平衡狀態(tài)
答案 D A項,K(300 ℃)>K(350 ℃),說明降低溫度平衡正向移動,則正反應為放熱反應,錯誤;B項,恒容條件下充入稀有氣體,平衡不移動,錯誤;C項,溫度不變,平衡常數不變,錯誤;D項,根據圖像可知,加壓平衡正向移動,說明該反應是一個氣體分子數減小的反應,反應物及生成物均為氣體,總質量不變,達平衡前氣體的平均相對分子質量一直變化,因此容器內氣體的平均相對分子質量不變,說明氣體的物質的量不變,即反應達到化學平衡狀態(tài),正確。
5.一定條件下,反應2NH3(g)N2(g)+3H2(g) ΔH>0達到平衡時N2的體積分數與溫度、壓強的關系如圖所示。下列說法正確的是( )
A.壓強:p1>p2
B.b、c兩點對應的平衡常數:Kc>Kb
C.a點:2v(NH3)正=3v(H2)逆
D.a點:NH3的轉化率為20%
答案 B A項,該反應為氣體分子數增大的反應,恒溫時,壓強越大,N2的體積分數越小,則p1Kb,正確;C項,反應速率之比等于化學計量數之比,3v(NH3)正=2v(H2)逆,錯誤;D項,對于反應2NH3(g)N2(g)+3H2(g),假設反應前氨氣的物質的量為1 mol,反應的氨氣的物質的量為x mol,則x21+x=0.1,解得x=14,因此氨氣的轉化率為25%,錯誤。
6.(2015浙江10月選考,30,10分)由某精礦石(MCO3ZCO3)可以制備單質M,制備過程中排放出的二氧化碳可以作為原料制備甲醇。取該礦石樣品1.84 g,高溫灼燒至恒重,得到0.96 g僅含兩種金屬氧化物的固體,其中m(M)∶m(Z)=3∶5。請回答:
(1)該礦石的化學式為 。
(2)①以該礦石灼燒后的固體產物為原料,真空高溫條件下用單質硅還原,僅得到單質M和一種含氧酸鹽(只含Z、Si和O元素,且Z和Si的物質的量之比為2∶1)。寫出該反應的化學方程式 。
②單質M還可以通過電解熔融MCl2得到。不能用電解MCl2溶液的方法制備M的理由是 。
(3)一定條件下,由CO2和H2制備甲醇的過程中含有下列反應:
反應1:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH1
反應2:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH2
反應3:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH3
其對應的平衡常數分別為K1、K2、K3,它們隨溫度變化的曲線如圖1所示。
則ΔH2 ΔH3(填“大于”“小于”或“等于”),理由是 。
圖1
(4)在溫度T1時,使體積比為3∶1的H2和CO2在體積恒定的密閉容器內進行反應。T1溫度下甲醇濃度隨時間變化曲線如圖2所示;不改變其他條件,假定t時刻迅速降溫到T2,一段時間后體系重新達到平衡。試在圖中畫出t時刻后甲醇濃度隨時間變化至平衡的示意曲線。
圖2
答案 (1)MgCO3CaCO3
(2)①2MgO+2CaO+Si Ca2SiO4+2Mg
②電解MgCl2溶液時,陰極上H+比Mg2+容易得電子,電極反應式2H2O+2e- H2↑+2OH-,所以不能得到Mg單質
(3)小于 由圖1可知,隨著溫度升高,K1增大,則ΔH1>0,根據蓋斯定律又得ΔH3=ΔH1+ΔH2,所以ΔH2<ΔH3
(4)
解析 (1)n(CO2)=1.84 g-0.96 g44 g/mol=0.02 mol,由MCO3ZCO3 MO+ZO+2CO2↑知,得到的0.96 g固體中,n(MO)=n(ZO)=0.01 mol,其中m(M)∶m(Z)=3∶5,設M和Z的相對原子質量分別為x和y,則有0.01(x+16)+0.01(y+16)=0.96,0.01x∶0.01y=3∶5,解得x=24,y=40,故M為Mg,Z為Ca,礦石的化學式為MgCO3CaCO3。(2)①依題意,可設生成的硅酸鹽化學式為Ca2SiOz,由化合物中各元素的化合價代數和為0可得(+2)2+(+4)+(-2)z=0,則z=4,故可寫出相關反應的化學方程式為2MgO+2CaO+Si Ca2SiO4+2Mg。②若電解MgCl2溶液,由于氧化性:H+>Mg2+,陰極的電極反應式為2H2O+2e- 2OH-+H2↑,故陰極析出的是H2而得不到Mg。(3)由圖1可知,K1隨溫度升高而增大,說明反應1為吸熱反應,ΔH1>0,觀察三個反應,由蓋斯定律得:ΔH3=ΔH1+ΔH2,故ΔH2<ΔH3。(4)由圖1可知,K3隨溫度升高而減小,說明反應3為放熱反應,故降低溫度時,平衡向右移動,CH3OH的濃度逐漸增大,達到新的平衡時不再發(fā)生變化,但降低溫度,化學反應速率降低,由此可畫出所要求的曲線(詳見答案)。
7.碘及其化合物在合成殺菌劑、藥物等方面具有廣泛用途?；卮鹣铝袉栴}:
Bodensteins研究了下列反應:
2HI(g) H2(g)+I2(g) ΔH=+11 kJmol-1
在716 K時,氣體混合物中碘化氫的物質的量分數x(HI)與反應時間t的關系如下表:
t/min
0
20
40
60
80
120
x(HI)
1
0.91
0.85
0.815
0.795
0.784
x(HI)
0
0.60
0.73
0.773
0.780
0.784
(1)根據上述實驗結果,該反應的平衡常數K的計算式為 。
(2)上述反應中,正反應速率為v正=k正x2(HI),逆反應速率為v逆=k逆x(H2)x(I2),其中k正、k逆為速率常數,則k逆為 (以K和k正表示)。若k正=0.002 7 min-1,在t=40 min時,v正= min-1。
(3)由上述實驗數據計算得到v正~x(HI)和v逆~x(H2)的關系可用下圖表示。當升高到某一溫度時,反應重新達到平衡,相應的點分別為 (填字母)。
答案 (1)0.1080.1080.7842
(2)k正/K 1.9510-3
(3)A、E
解析 (1)觀察表中數據知,120 min時反應達到平衡,此時x(HI)=0.784,x(H2)=x(I2)=(1-0.784)12=0.108,故反應的平衡常數K的計算式為x(H2)x(I2)x2(HI)=0.1080.1080.7842。
(2)由于v正=k正x2(HI),v逆=k逆x(H2)x(I2),K=x(H2)x(I2)x2(HI),當達到平衡狀態(tài)時,v正=v逆,即k逆=k正K;在t=40 min時,x(HI)=0.85,v正=k正x2(HI)=0.002 7 min-10.852=1.9510-3 min-1。
(3)反應2HI(g) H2(g)+I2(g)是吸熱反應,升高溫度,反應速率加快,平衡正向移動,x(HI)減小,x(H2)增大,觀察圖像知,對應的點分別為A和E。
8.汽車尾氣和燃煤尾氣是造成空氣污染的原因之一,嚴重時導致霧霾。
(1)汽車尾氣凈化的主要原理為2NO(g)+2CO(g) 2CO2(g)+N2(g)。在固定容積為2 L的密閉容器中通入0.8 mol的NO和0.8 mol的CO,發(fā)生該反應時,c(CO2)隨溫度(T)、催化劑的表面積(S)和時間(t)的變化曲線如下圖所示。
據此判斷:
①該反應的ΔH 0(填“>”“<”或“=”)。
②在T1溫度下,0~2 s內的平均反應速率v(N2)= 。
③在T1溫度下,該反應的平衡常數K= (填計算結果和單位)。
(2)直接排放煤燃燒產生的煙氣也會引起嚴重的環(huán)境問題。
①煤燃燒產生的SO2也是空氣污染源,假設用酸性高錳酸鉀溶液吸收煤燃燒產生的SO2,該過程中高錳酸根被還原為Mn2+,請寫出該過程的離子方程式: 。
②將燃煤產生的二氧化碳加以回收,可降低碳的排放。下圖是通過人工光合作用,以CO2和H2O為原料制備HCOOH和O2的原理示意圖,據此完成下列問題:
a電極名稱: (填“正極”或“負極”),b電極的反應式: 。
答案 (1)①< ②0.05 molL-1s-1?、?.5 L/mol
(2)①2MnO4-++5SO2+2H2O 2Mn2++5SO42-+4H+
②負極 CO2+2e-+2H+ HCOOH
解析 (1)①根據“先拐先平數值大”可知,T2
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化學反應速率和化學平衡圖像分析檢測
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