專題八 化學反應(yīng)速率和化學平衡1.某溫度下,對可逆反應(yīng)2X(g)+Y(g)3Z(g)+W(s)H>0 的敘述正確的是()A.加入少量W,逆反應(yīng)速率增大,平衡向左移動B.增大壓強,正反應(yīng)速率增大,逆反應(yīng)速率減小C.溫度、體積不變,充入He,反應(yīng)速率會加快D.升高溫度,混合氣體的平均相對分子質(zhì)量減小2.當1,3-丁二烯和溴單質(zhì)11加成時,其反應(yīng)機理及能量變化如下:圖Z8-1不同反應(yīng)條件下,經(jīng)過相同時間測得生成物組成如下表:實驗編號反應(yīng)條件反應(yīng)時間產(chǎn)物中A的物質(zhì)的量分數(shù)產(chǎn)物中B的物質(zhì)的量分數(shù)1-15 t min62%38%225 t min12%88%下列分析不合理的是()A.產(chǎn)物A、B互為同分異構(gòu)體,由活性中間體生成A、B的反應(yīng)互相競爭B.相同條件下由活性中間體C生成產(chǎn)物A的速率更快C.實驗1測定產(chǎn)物組成時,體系已達平衡狀態(tài)D.實驗1在t min時,若升高溫度至25 ,部分產(chǎn)物A會經(jīng)活性中間體C轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物B3.在恒容密閉容器中將CO2 與含少量CO的H2混合生成甲醇,反應(yīng)為CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)。圖Z8-2中是按c(CO2)c(H2)+c(CO)分別為14和16兩種投料比時,CO2的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的曲線。圖Z8-2下列有關(guān)說法正確的是()A.按投料比時,CO2的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的曲線對應(yīng)的是圖中的曲線B.圖中a點對應(yīng)的H2的轉(zhuǎn)化率等于30%C.圖中b點對應(yīng)的平衡常數(shù)K的值大于c點D.c(CO2)c(CO)c(CH3OH)的數(shù)值,a點比c點小4.在體積均為1.0 L的恒容密閉容器中加入足量的相同的炭粉,再分別加入0.1 mol CO2和0.2 mol CO2,在不同溫度下反應(yīng)CO2 (g)+C(s) 2CO(g)達到平衡,平衡時CO2的物質(zhì)的量濃度c(CO2)隨溫度的變化如圖Z8-3所示(圖中、點均處于曲線上)。下列說法正確的是()圖Z8-3A.反應(yīng)CO2(g)+C(s)2CO(g)H<0B.體系的總壓強p總:p總(狀態(tài))<2p總(狀態(tài))C.體系中c(CO):6c(CO,狀態(tài))<c(CO,狀態(tài))D.從狀態(tài)到狀態(tài)的升溫過程中,每一時刻,正逆反應(yīng)速率:v逆>v正5.(1)碳酸鈉作固硫劑并用氫還原輝鉬礦的原理為MoS2(s)+4H2(g)+2Na2CO3(s)Mo(s)+2CO(g)+4H2O(g)+2Na2S(s)H。實驗測得平衡時的有關(guān)變化曲線如圖Z8-4所示。(a)溫度與平衡時氣體成分的關(guān)系(b)正、逆反應(yīng)的平衡常數(shù)(K)與溫度(T)的關(guān)系圖Z8-4一定溫度下,在體積固定的密閉容器中進行上述反應(yīng),下列能說明反應(yīng)達到了平衡狀態(tài)的是(填序號)。A.2v正(H2)=v逆(CO) B.CO體積分數(shù)保持不變C.混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再變化 D.H不再變化圖Z8-4(a)中A點對應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=(已知A點總壓強為0.1 MPa,用平衡分壓代替平衡濃度計算,分壓=總壓物質(zhì)的量分數(shù))。綜合上述分析得到,圖Z8-4(b)中,其中表示逆反應(yīng)的平衡常數(shù)(K逆)的曲線是(填“A”或“B”),T1對應(yīng)的平衡常數(shù)為。(2)在某密閉容器中發(fā)生反應(yīng)2CO2(g)2CO(g)+O2(g),1 mol CO2在不同溫度下反應(yīng),平衡時各氣體的體積分數(shù)如圖Z8-5所示。圖Z8-5恒溫恒容條件下,能表示該可逆反應(yīng)達到平衡狀態(tài)的有(填字母)。A.CO的體積分數(shù)保持不變 B.容器內(nèi)混合氣體的密度保持不變C.容器內(nèi)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量保持不變D.單位時間內(nèi),消耗CO的濃度等于生成CO2的濃度分析圖Z8-5,若1500 時反應(yīng)達到平衡狀態(tài),且容器體積為1 L,則此時反應(yīng)的平衡常數(shù)K=(計算結(jié)果保留1位小數(shù))。圖Z8-6向2 L的恒容密閉容器中充入2 mol CO2(g),發(fā)生反應(yīng)2CO2(g)2CO(g)+O2(g),測得溫度為T 時,容器內(nèi)O2的物質(zhì)的量濃度隨時間的變化如圖Z8-6中曲線所示。圖中曲線表示相對于曲線僅改變一種反應(yīng)條件后,c(O2)隨時間的變化,則改變的條件是。(3)在體積固定為1 L的恒溫密閉容器中,發(fā)生反應(yīng)2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g),有關(guān)物質(zhì)的量如下表:起始物質(zhì)的量/mol平衡物質(zhì)的量/molNOCON2CO2CO20.20.200a上述反應(yīng)的化學平衡常數(shù)表達式K=。若達到平衡后氣體的壓強為開始時的0.875倍,則a=。(4)汽車使用乙醇汽油并不能減少NOx的排放,某研究小組在實驗室以耐高溫試劑Ag-ZSW-5催化,測得NO轉(zhuǎn)化為N2的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化情況如圖Z8-7所示。在n(NO)/n(CO)=1條件下,最佳溫度應(yīng)控制在左右。若不使用CO,溫度超過775 K,發(fā)現(xiàn)NO的分解率降低,其可能的原因為。用平衡移動原理解釋為什么加入CO后NO轉(zhuǎn)化為N2的轉(zhuǎn)化率增大?。圖Z8-76.石油產(chǎn)品含有多種含硫物質(zhì),如H2S、COS等。(1)一種脫硫工藝為真空K2CO3-克勞斯法。K2CO3溶液吸收H2S的反應(yīng)為K2CO3+H2SKHS+KHCO3,該反應(yīng)的平衡常數(shù)的對數(shù)值為lg K=。(已知:H2CO3的lg K1=-6.4, lg K2=-10.3;H2S的lg K1=-7,lg K2=-19)已知下列熱化學方程式:2H2S(g)+3O2(g)2SO2(g)+2H2O(l)H1 =-1172 kJmol-12H2S(g)+O2(g)2S(s)+2H2O(l)H2 =-632 kJmol-1克勞斯法回收硫的反應(yīng)為SO2氣體和H2S氣體反應(yīng)生成S(s),則該反應(yīng)的熱化學方程式為。同時,COS發(fā)生水解反應(yīng):COS(g)+H2O(g)CO2(g)+H2S(g)H>0,結(jié)合以上兩個反應(yīng),克勞斯法選擇反應(yīng)溫度為300 ,溫度低有利于,但溫度過低會使硫析出,降低催化劑活性,反應(yīng)過慢,以及不利于。(2)石灰石料漿作為脫硫劑可有效吸收廢氣中的SO2,將CO2氣體通入石灰石料漿罐對CaCO3脫硫劑進行活化處理可明顯提高CaCO3脫硫的效率,活化后的主要脫硫反應(yīng)之一為2Ca2+2SO2+O2+3H2O2CaSO412H2O+4H+。廢氣經(jīng)脫硫后,除水蒸氣外,(填氣體化學式)含量明顯增多。其他條件一定,物料比為1.2時,脫硫反應(yīng)的速率受Ca2+濃度的影響。圖Z8-8中a點是Ca(OH)2為脫硫劑時的脫硫效率,曲線表示CaCO3活化時間對脫硫效率的影響。圖Z8-8.CaCO3與SO2反應(yīng)的速率明顯低于Ca(OH)2 與SO2反應(yīng)的速率,其原因是。.a點和b點脫硫效率接近的原因是。專題限時集訓(八)1.D解析 W是固體,加入少量W,反應(yīng)速率不變,平衡不移動,A錯誤;增大壓強,正、逆反應(yīng)速率均增大,B錯誤; 溫度、體積不變,充入He,反應(yīng)物濃度不變,反應(yīng)速率不變,C錯誤; 正反應(yīng)吸熱,升高溫度,平衡向正反應(yīng)方向移動,混合氣體的質(zhì)量減少,物質(zhì)的量不變,因此混合氣體的平均相對分子質(zhì)量減小,D正確。2.C解析 產(chǎn)物A、B互為同分異構(gòu)體,由活性中間體生成A、B的反應(yīng)互相競爭,A正確;由活性中間體生成A的活化能較低,故相同條件下由活性中間體C生成產(chǎn)物A的速率更快,B正確; 實驗1測定產(chǎn)物組成時,無法判斷體系是否已達平衡狀態(tài),C錯誤; 由圖像可知,由C生成A和B的反應(yīng)皆為放熱反應(yīng),由表中數(shù)據(jù)可知,在較高的溫度下,C轉(zhuǎn)化為B有競爭優(yōu)勢,故實驗1在t min時,若升高溫度至25 ,部分產(chǎn)物A會經(jīng)活性中間體C轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物B,D正確。3.D解析 同一溫度下,兩種物質(zhì)參加反應(yīng),增加氫氣的濃度,二氧化碳的轉(zhuǎn)化率增大,因此從圖中可知,按投料比時,CO2的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的曲線對應(yīng)的是圖中的曲線,A錯誤。相同條件下,二氧化碳的含量越高,二氧化碳轉(zhuǎn)化率越低,所以曲線的投料比c(CO2)c(H2)+c(CO)為16,而一氧化碳與氫氣的物質(zhì)的量之比未知,無法計算氫氣的轉(zhuǎn)化率,B錯誤。溫度升高,二氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率降低,所以平衡逆向移動,則正反應(yīng)是放熱反應(yīng),所以b點對應(yīng)的平衡常數(shù)K的值小于c點,C錯誤。假設(shè)CO為1 molL-1,則按c(CO2)c(H2)+c(CO)為14時,c(CO2)=1 molL-1,c(H2)=3 molL-1,根據(jù)圖像可知,500 時,CO2的平衡轉(zhuǎn)化率約為45%,所以反應(yīng)剩余c(CO2)=1 mol-1 mol45%=0.55 molL-1,生成甲醇的濃度為0.45 molL-1,代入并計算c(CO2)c(CO)c(CH3OH)=0.5510.45=1.22;假設(shè)CO為1 molL-1,則按c(CO2)c(H2)+c(CO)為16時,c(CO2)=1 molL-1,c(H2)=5 molL-1,根據(jù)圖像可知,500 時,CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為60%,所以反應(yīng)剩余c(CO2)=1 mol-1 mol60%=0.4 molL-1,生成甲醇的濃度為0.6 molL-1,代入并計算c(CO2)c(CO)c(CH3OH)=0.410.6=0.67;綜上分析可知c(CO2)c(CO)c(CH3OH)的數(shù)值,a點比c點小,D正確。4.B解析 根據(jù)圖像,升高溫度c(CO2)減小,平衡向正反應(yīng)方向移動,正反應(yīng)為吸熱反應(yīng),H>0,A錯誤;狀態(tài)和狀態(tài)溫度和體積相同,點處于起始加入0.2 mol CO2的曲線上,點處于起始加入0.1 mol CO2的曲線上,狀態(tài)起始加入的CO2物質(zhì)的量是狀態(tài)的兩倍,狀態(tài)相當于在狀態(tài)達平衡后將體積縮小一半,若平衡不移動,狀態(tài)總壓強等于狀態(tài)的兩倍,增大壓強平衡逆向移動,p總(狀態(tài))<2p總(狀態(tài)),B正確;狀態(tài)處于起始加入0.1 mol CO2的曲線上,狀態(tài)處于起始加入0.2 mol CO2的曲線上,根據(jù)圖像,狀態(tài)、狀態(tài)平衡時c(CO2)相等且小于0.08 molL-1,狀態(tài)平衡時c(CO)=20.1-c(CO2)平衡,狀態(tài)平衡時c(CO)=20.2-c(CO2)平衡,若c(CO2)平衡=0.08 molL-1,則6c(CO,狀態(tài))=c(CO,狀態(tài)),而c(CO2)平衡<0.08 molL-1,則6c(CO,狀態(tài))>c(CO,狀態(tài)),C錯誤;該反應(yīng)為吸熱反應(yīng),從狀態(tài)到狀態(tài)升溫過程中v正>v逆,D錯誤。5.(1)BC410-4 MPa2B1.0(2)AC3.210-8升溫(3)c(N2)c2(CO2)c2(NO)c2(CO)0.1(4)870 K(860880 K范圍都可以)NO直接分解成N2的反應(yīng)是放熱反應(yīng),升高溫度不利于反應(yīng)進行加入的CO與NO分解生成的O2反應(yīng),使NO分解平衡向生成N2的方向移動,因此NO的轉(zhuǎn)化率升高解析 (1)2v正(H2)=v逆(CO)不滿足反應(yīng)速率之比等于化學計量數(shù)之比,反應(yīng)沒有達到平衡狀態(tài),A錯誤;CO體積分數(shù)保持不變說明正、逆反應(yīng)速率相等,反應(yīng)達到平衡狀態(tài),B正確;反應(yīng)前后混合氣體的質(zhì)量變化程度大于物質(zhì)的量的變化,因此混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再變化說明正、逆反應(yīng)速率相等,反應(yīng)達到平衡狀態(tài),C正確;對于具體的化學反應(yīng),H是不變的,D錯誤。圖(a)中A點氫氣和水蒸氣的體積分數(shù)相等,均是40%,CO的體積分數(shù)是20%,這說明氫氣、一氧化碳、水蒸氣的物質(zhì)的量之比是212,所以對應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=(250.1 MPa)4(150.1 MPa)2(250.1 MPa)4=410-4 MPa2;升高溫度氫氣的體積分數(shù)減小,說明平衡向正反應(yīng)方向進行,正反應(yīng)是吸熱反應(yīng),所以升高溫度正、反應(yīng)的平衡常數(shù)增大,則逆反應(yīng)的平衡常數(shù)減小,因此表示逆反應(yīng)的平衡常數(shù)(K逆)的曲線是B;T1時正、逆反應(yīng)的平衡常數(shù)相等,因此對應(yīng)的平衡常數(shù)為1.0。(2)CO的體積分數(shù)保持不變是平衡標志,A正確;反應(yīng)前后氣體質(zhì)量不變,體積不變,容器內(nèi)混合氣體的密度始終保持不變,不能說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài),B錯誤;反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量變化,氣體質(zhì)量不變,容器內(nèi)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量保持不變說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài),C正確;2CO2(g)2CO(g)+O2(g),單位時間內(nèi),消耗CO的濃度等于生成CO2的濃度,均表示逆反應(yīng)方向,不能說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài),D錯誤。設(shè)生成的氧氣為x mol,2CO2(g)2CO(g)+O2(g)起始量(mol):100轉(zhuǎn)化量(mol):2x2xx平衡量(mol):1-2x2xx平衡時,氧氣的體積分數(shù)為0.2%,x1+x100%=0.2%,x=0.002,則c(CO2)=0.996 molL-1,c(CO)=0.004 molL-1,c(O2)=0.002 molL-1,則K=0.00420.0020.99623.210-8;向2 L的恒容密閉容器中充入2 mol CO2(g),發(fā)生反應(yīng)2CO2(g)2CO(g)+O2(g),經(jīng)分析,正反應(yīng)為吸熱反應(yīng),圖中曲線表示相對于曲線僅改變一種反應(yīng)條件后c(O2)隨時間的變化,曲線達到平衡所用的時間縮短,平衡狀態(tài)下氧氣濃度增大,則改變的條件是升溫。(3)根據(jù)化學方程式可寫出化學平衡常數(shù)表達式K=c(N2)c2(CO2)c2(NO)c2(CO)。根據(jù)三段式:2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)n(起始)/mol0.20.200n(轉(zhuǎn)化)/molaaa2an(平衡)/mol0.2-a0.2-aa2a達到平衡后氣體的壓強為開始時的0.875倍,0.2-a+0.2-a+a2+a=0.875(0.2+0.2),解得a=0.1。(4)根據(jù)圖像n(NO)n(CO)=1條件下,反應(yīng)溫度為870 K左右時NO還原為N2的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很大,繼續(xù)升高溫度NO還原為N2的轉(zhuǎn)化率增大不明顯,最佳溫度控制在870 K左右。溫度超過775 K時NO分解率降低的原因可能是該反應(yīng)為放熱反應(yīng),升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動,不利于NO轉(zhuǎn)化為N2,NO的分解率降低。加入的CO與NO分解生成的O2反應(yīng),使NO分解平衡向生成N2的方向移動,NO的轉(zhuǎn)化率升高,所以加入CO后NO轉(zhuǎn)化為N2的轉(zhuǎn)化率增大。6.(1)3.32H2S(g)+SO2(g)3S(s)+2H2O(l)H=-362 kJmol-1H2S 與 SO2反應(yīng)平衡正向移動COS水解(2)CO2相同條件下,Ca(OH)2的溶解度大于CaCO3,溶液中產(chǎn)生的Ca2+濃度比CaCO3 產(chǎn)生的Ca2+濃度大用CaCO3脫硫時會產(chǎn)生CO2,CaCO3+CO2+H2OCa2+2HCO3-,Ca2+濃度增大解析 (1)根據(jù)平衡常數(shù)的表達式和H2CO3、H2S的電離平衡常數(shù)計算。應(yīng)用蓋斯定律寫出SO2氣體和H2S氣體反應(yīng)的熱化學方程式。H2S與SO2的反應(yīng)為放熱反應(yīng),COS的水解反應(yīng)為吸熱反應(yīng),溫度低有利于H2S與SO2的反應(yīng)平衡正向移動,溫度過低不利于COS的水解。(2)石灰石料漿吸收SO2的原理為2CaCO3+2SO2+O2+H2O2CaSO412H2O+2CO2;將CO2通入石灰石料漿進行活化處理,脫硫的原理為CO2+CaCO3+H2OCa(HCO3)2,2Ca(HCO3)2+2SO2+O22CaSO412H2O+4CO2+H2O;廢氣脫硫后,CO2含量明顯增多。.相同條件下,Ca(OH)2的溶解度大于CaCO3,Ca(OH)2溶液中產(chǎn)生Ca2+濃度比CaCO3中產(chǎn)生的Ca2+濃度大,Ca2+濃度越大反應(yīng)速率越快。.用CaCO3脫硫時會產(chǎn)生CO2,CO2與CaCO3、H2O反應(yīng)生成可溶性Ca(HCO3)2,溶液中Ca2+濃度增大,使a點和b點的脫硫效率接近。