2025浙江专版新教材化学高考第一轮
作业30化学反应速率和化学平衡图像的分析
A组 基础达标
1.(2023·浙江嘉兴高三统测)一定温度下,Br(g)+H2(g)HBr(g)+H(g) ΔH1,该反应历程与能量变化如图所示。已知H—H、Br—Br、H—Br键能(kJ·mol-1)分别为a、b、c。下列说法正确的是 ( )
A.ΔH1=E1-E2,当加入催化剂时E1、E2及两者的差值均减小
B.平衡后降温,正、逆反应速率均减小,v(逆)比v(正)减小程度更大
C.已知a>c,若反应H2(g)+Br2(g)2HBr(g) ΔH<0,则b>a
D.I(g)+H2(g)HI(g)+H(g) ΔH2,则ΔH2>ΔH1
2.(2023·浙江苍南一中段考)研究NOx之间的转化对大气污染控制具有重要意义,已知:N2O4(g)2NO2(g) ΔH>0。如图所示,在恒容密闭容器中,反应温度为T1时,c(N2O4)和c(NO2)随t变化为曲线Ⅰ、Ⅱ,改变温度到T2,c(NO2)随t变化为曲线Ⅲ。下列判断正确的是( )
A.温度T1>T2
B.反应速率v(a)=v(b)
C.在T1温度下,反应至t1时达平衡状态
D.在T1温度下,反应在0~t3内的平均速率为v(N2O4)= mol·L-1·s-1
3.(2023·浙江海宁高级中学检测)已知在一定温度下,BaSO4和C在一密闭容器中进行反应BaSO4(s)+4C(s)BaS(s)+4CO(g),CO的平衡浓度(mol·L-1)的对数lg c(CO)与温度的倒数的关系如图所示:
下列说法中正确的是( )
A.该反应的ΔH<0
B.Q点BaSO4的消耗速率大于生成速率
C.温度不变,将R点状态的容器容积缩小,重新达到平衡时,气体的压强增大
D.温度是 K时,反应的平衡常数为100
4.(2023·山东菏泽期中)已知硫的两种晶体形态的相图如图所示(相图:用于描述不同温度、压强下硫单质的转化及存在状态的平衡图像),燃烧的热化学方程式为
S(斜方,s)+O2(g) ===SO2(g) ΔH1
S(单斜,s)+O2(g) ===SO2(g) ΔH2
则下列有关说法中正确的是( )
A.温度高于119 ℃且压强小于0.4 Pa,单斜硫发生液化现象
B.斜方硫和单斜硫互为同分异构体
C.图中F→G过程为固态硫的升华,该过程只破坏了分子间作用力
D.由上述信息可判断:ΔH1>ΔH2
5.(2023·浙江上虞春晖中学检测)优化焦炭水蒸气重整工艺可制得CO含量较低的氢燃料。0.1 MPa下,按n(H2O)∶n(C)=4向容器中加入一定量的焦炭和水蒸气。体系中发生如下反应:
反应Ⅰ:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)
ΔH=+131.3 kJ·mol-1
反应Ⅱ:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
ΔH=-41.2 kJ·mol-1
反应Ⅲ:2CO(g)+2H2(g)CH4(g)+CO2(g) ΔH=-205.8 kJ·mol-1
达到平衡时,H2的产率和CO、CO2、CH4干态气体的体积分数
()随温度变化如图所示。下列说法正确的是( )
A.曲线B表示CO2干态体积分数随温度变化
B.制备CO含量低的氢燃料应选择200~600 ℃
C.800~1 400 ℃,随温度升高H2的产率降低,是因为反应Ⅲ正向进行程度增大
D.1 200 ℃,向平衡体系中通入水蒸气,再次达到平衡时c(CO)·c(H2)的值比原平衡的大
B组 综合提升
6.工业生产中硫、氮、碳的氧化物排放都会导致严重环境问题,对这些物质需要进行综合利用。
(1)用CH4催化还原煤燃烧产生的氮氧化物,可以消除污染。已知:
CH4(g)+2NO2(g) ===N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)
ΔH1=-867.0 kJ·mol-1。
NO2(g)===N2O4(g) ΔH2=-28.5 kJ·mol-1。
写出CH4催化还原N2O4(g)生成CO2、N2和H2O(g)的热化学方程式 。
(2)以CO2、H2为原料合成乙烯的方程式为2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) ΔH。在常压下,按n(CO2)∶n(H2)=1∶3(总物质的量为4a mol)的投料比充入恒压密闭容器中发生反应。测得温度对CO2的平衡转化率和催化剂催化效率影响情况如图1所示。
图1
下列说法正确的是 。
A.ΔH<0;平衡常数:KM>KN
B.若改用其他催化剂,可能会加快反应速率,但同时会影响平衡转化率
C.若投料比改为n(CO2)∶n(H2)=1∶4,可以提高CO2的平衡转化率
D.在250 ℃时,若气体的平均相对分子质量不再改变,说明反应已经平衡
(3)250 ℃下,上述反应开始时容器容积为V L,在此温度下达到平衡时H2O(g)浓度为 mol·L-1。(用含a、V的代数式表示)
图2
(4)某温度下,n(C2H4)随时间(t)的变化趋势曲线如图2所示。若其他条件不变时,容器的容积变为原来的一半,画出0~t1时刻n(C2H4)随时间(t)的变化趋势曲线。
7.在总压为100 kPa的恒容密闭容器中,充入一定量的CO(g)和N2O(g)发生反应:CO(g)+N2O(g)CO2(g)+N2(g) ΔH<0,在不同条件下达到平衡时,在T1 K时N2O的转化率与的变化曲线以及在=1时N2O的转化率与的变化曲线如图所示:
(1)表示N2O的转化率随的变化曲线为 (填“Ⅰ”或“Ⅱ”)曲线。
(2)T1 (填“>”或“<”)T2,该判断的理由是
。
(3)已知:该反应的标准平衡常数Kθ=,其中pθ为标准压强(100 kPa),p(CO2)、p(N2)、p(N2O)和p(CO)为各组分的平衡分压,则T4时,该反应的标准平衡常数Kθ= (计算结果保留两位有效数字,p分=p总×物质的量分数)。
作业30 化学反应速率和化学平衡图像的分析
1.D 生成物能量大于反应物能量,反应为吸热反应,焓变ΔH1=E1-E2;催化剂改变反应历程,降低反应的活化能,但不改变反应焓变,故当加入催化剂时E1、E2减小,但是两者的差值不变,A错误;反应为吸热反应,平衡后降温,正、逆反应速率均减小,平衡逆向移动,故v(逆)比v(正)减小程度更小,B错误;若反应H2(g)+Br2(g)2HBr(g) ΔH<0,反应焓变等于反应物键能和减去生成物键能和,则a+b-2c<0,已知a>c,则a+b
2.D 反应温度T1和T2,以c(NO2)随t变化曲线比较,Ⅱ比Ⅲ后达平衡,所以T2>T1,故A错误;升高温度,反应速率加快,T2>T1,则反应速率v(a)>v(b),故B错误;T1温度下,反应至t1时c(NO2)=c(N2O4),t1之后c(NO2)、c(N2O4)仍在变化,说明t1时反应没有达到平衡状态,故C错误;T1时,在0~t3内,Δc(N2O4)=0.04 mol·L-1-0.01 mol·L-1=0.03 mol·L-1,则0~t3内v(N2O4)= mol·L-1·s-1,故D正确。
3.D 根据反应BaSO4(s)+4C(s)BaS(s)+4CO(g)可知,反应的平衡常数K=c4(CO),结合图像可知,lg c(CO)随着T的增大而增大,则证明K=c4(CO)随着温度的升高而增大,即反应为吸热反应,图像直线上的点均为平衡点。A项,根据上述分析可知,ΔH>0,A错误;B项,Q点未达到平衡,其Qc>K,反应逆向进行,则此时BaSO4的消耗速率小于其生成速率,B错误;C项,温度不变,将R点状态的容器容积缩小,即增大压强,平衡逆向移动,因为平衡常数K不变,所以CO的平衡浓度不变,气体压强不变,C错误;D项,温度是 K即=6×10-4 K-1时,根据图像数据可知,lg c(CO)=0.5,所以c(CO)=100.5 mol·L-1,则K=c4(CO)=100,D正确。
4.D 由图可知,温度高于119 ℃且压强小于0.4 Pa时,单斜硫是气态,需要增大压强单斜硫才能发生液化现象,故A错误;斜方硫和单斜硫是由S元素形成的不同单质,两者互为同素异形体,故B错误;图中F→G过程为固态硫的升华,由斜方晶体先变为单斜晶体再变为气体,过程中发生了化学变化,不仅破坏了分子间作用力外,还破坏了共价键,故C错误;①S(斜方,s)+O2(g) ===SO2(g) ΔH1,②S(单斜,s)+O2(g) ===SO2(g) ΔH2,①-②可得S(斜方,s) ===S(单斜,s),由图可知,在相同条件下,斜方硫转变为单斜硫需要升温,即ΔH>0,则ΔH1>ΔH2,故D正确。
5.D 反应Ⅰ,正反应吸热,升高温度,平衡正向移动,CO含量增大;反应Ⅱ,正反应放热,升高温度,平衡逆向移动,CO2含量降低;曲线B表示CO干态体积分数随温度的变化、曲线A表示CO2干态体积分数随温度的变化,故A错误;200~600 ℃氢气的含量低,制备CO含量低的氢燃料应选择800 ℃左右的温度,故B错误;800~1 400 ℃,甲烷的体积分数几乎不变,随温度升高H2的产率降低,是因为反应Ⅱ逆向进行程度增大,故C错误;1 200 ℃,反应Ⅰ的平衡常数K=,平衡常数只与温度有关,向平衡体系中通入水蒸气,c(H2O)增大,再次达到平衡时c(CO)·c(H2)的值比原平衡的大,故D正确。
6.答案 (1)CH4(g)+N2O4(g) ===N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-810.0 kJ·mol-1
(2)ACD (3)
(4)
解析 (1)CH4催化还原N2O4(g)生成CO2、N2和H2O(g)的化学方程式为CH4(g)+N2O4(g) ===2(g)+CO2(g)+2H2O(g),将题干已知的两个热化学方程式分别标记为①、②,根据盖斯定律①-②×2得到所求热化学方程式,其ΔH=-867.0 kJ·mol-1-(-28.5 kJ·mol-1)×2=-810.0 kJ·mol-1。(2)由图可知,CO2的平衡转化率随温度的升高而降低,则升高温度平衡逆向移动,即ΔH<0,温度越高该反应的平衡常数K越小,所以KM>KN,故A正确;催化剂能加快反应速率,但不会影响转化率,故B错误;若投料比改为n(CO2)∶n(H2)=1∶4,相当于增大c(H2),可使平衡正向移动,提高CO2的平衡转化率,故C正确;该反应正向是气体体积减小的反应,容器中气体的质量不变,若气体的平均相对分子质量不再改变,则气体的总物质的量不变,说明反应已经平衡,故D正确。(3)图中250 ℃时CO2的平衡转化率为50%,可列如下三段式:
2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)
起始/mol a 3a 0 0
转化/mol 0.5a 1.5a 0.25a a
平衡/mol 0.5a 1.5a 0.25a a
恒温恒压条件下,气体的体积之比等于物质的量之比,平衡时气体的总体积V1=×3.25a L=V L,所以平衡时H2O(g)浓度为 mol·L-1。(4)其他条件不变时,容器的容积变为原来的一半,相当于增大压强,反应速率加快、达到平衡的时间缩短,且平衡时n(C2H4)增多,图像如图。
7.答案 (1)Ⅱ (2)> 曲线Ⅰ表示N2O的转化率随的变化,由于ΔH<0,则越大,N2O的转化率越大,故T1>T2 (3)3.4
解析 (1)越大,N2O的转化率越小,故曲线Ⅱ表示N2O的转化率随的变化。(3)由曲线Ⅰ可知,起始=1,总压为100 kPa,容器恒容,温度为T4时,N2O的转化率为65%,可列出三段式:
CO(g)+N2O(g)CO2(g)+N2(g)
起始/kPa 50 50 0 0
转化/kPa 32.5 32.5 32.5 32.5
平衡/kPa 17.5 17.5 32.5 32.5
Kθ=≈3.4。
精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
()
