化学反应速率和化学平衡综合复习题： - 图文

化学反应速率和化学平衡综合复习题：

1、合成氨是人类科学技术上的一项重大突破，其反应原理为 ：

－

N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol1。 一种工业合成氨的简式流程图如下：

(1)天然气中的H2S杂质常用氨水吸收，产物为NH4HS。一定条件下向NH4HS溶液中通入空气，得到单质硫并使吸收液再生，写出再生反应的化学方程式：______________________。 (2)步骤Ⅱ中制氢气的原理如下： ①CH4(g)＋H2O(g) CO(g)＋3H2(g) ΔH＝＋206.4 kJ·mol－1 ②CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) ΔH＝－41.2 kJ·mol－1

对于反应①，一定可以提高平衡体系中H2的百分含量，又能加快反应速率的措施是____________。 a．升高温度 b．增大水蒸气浓度 c．加入催化剂 d．降低压强

利用反应②，将CO进一步转化，可提高H2的产量。若1 mol CO和H2的混合气体(CO的体积分数为20%)与H2O反应，得到1.18 mol CO、CO2和H2的混合气体，则CO的转化率为____________。 (3)图(a)表示500 ℃、60.0 MPa条件下，原料气投料比与平衡时NH3体积分数的关系。根据图中a点数据计算N2的平衡体积分数：____________。

(4)依据温度对合成氨反应的影响，在图(b)坐标系中，画出一定条件下的密闭容器内，从通入原料气开始，随温度不断升高，NH3物质的量变化的曲线示意图。

(a) (b)

(5)上述流程图中，使合成氨放出的能量得到充分利用的主要步骤是(填序号)________。简述本流程中提高合成氨原料总转化率的方法：_______________________________________。

2、CO2是最重要温室气体,如何降低大气中CO2的含量及有效地开发利用CO2具有重大意义。 (1)科学家用H2和CO2生产甲醇燃料。为探究该反应原理，进行如下实验：某温度下，在容积为2 L的密闭容器中充入1 mol CO2和3.25 mol H2，在一定条件下反应，测得CO2、CH3OH(g)和H2O(g)的物质的量(n)随时间的变化关系如图所示。

①写出该反应的化学方程式___________________

计算从反应开始到3 min时，氢气的平均反应速率v(H2)＝_____。 ②下列措施中一定能使CO2的转化率增大的是_______________ 。 A．在原容器中再充入1 mol H2 B．在原容器中再充入1 mol CO2 C．缩小容器的容积

D．使用更有效的催化剂

E．在原容器中充入1 mol He F．将水蒸气从体系中分离出

科学家还利用氢气在一定条件下与二氧化碳反应生成乙醇燃料，其热化学反应方程式为:2CO2(g)＋6H2(g) CH3CH2OH(g)＋3H2O(g) ΔH＝a kJ·mol－1，

1

在一定压强下，测得该反应的实验数据如表所示。请根据表中数据回答下列问题。

温度(K) /CO2转化n(H2)/n(CO2) 1.5 2 3 率/(%) 500 45 60 83 600 33 43 62 700 20 28 37 800 12 15 22 ①上述反应的a________0(填“大于”或“小于”)。

②恒温下，向反应体系中加入固体催化剂，则该反应的反应热a值________(填“增大”、“减小”或“不变”)。

③在一定温度下，增大

的值，CO2转化率_________，生成乙醇的物质的量________(填“增

大”、“减小”、“不变”或“不能确定”)。

3、请运用化学反应原理的相关知识研究碳及其化合物的性质。

（1）工业上一般以CO和H2为原料合成甲醇，在恒容容器中，该反应的热化学方程式为： CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g) △H1＝－116 kJ·mol－1 ①下列措施中能说明反应达到平衡状态的是___________

A．体系压强保持不变 B．混合气体的密度保持不变

C．CO与H2的浓度之比为1∶2 D．单位时间内，消耗2molH2的同时消耗1mol CH3OH

②在恒容容器中合成甲醇，当温度分别为230℃、250℃和270℃时，CO的转化率与n(H2)/n(CO)的起始组成比的关系如图所示。已知容器体积1L，起始时CO的物质的量均为1mol。据此判断在上述三种温度中，曲线Z对应的温度是 ；利用图中a点对应的数据，计算该反应在对应温度下的平衡常数K（写出计算过程）。

（2）已知： CO(g)+ H2(g)+

O2(g)===CO2(g) △H2＝－283 kJ·mol-1 O2(g)===H2O(g) △H3＝－242 kJ·mol-1

则表示1mol气态甲醇完全燃烧生成CO2和水蒸气的热化学方程式为 __________ 。

4、某温度时，在一个容积为2 L的密闭容器中，X、Y、Z，三种物质的物质的量随时间的变化曲线如图所示。根据图中数据，试填写下列空白：

2

（1）该反应的化学方程式为_______________；

（2）反应开始至2 min，气体Z的反应速率为____________； （3）若X、Y、Z均为气体，反应达到平衡时： ①压强是开始时的________倍；

②若此时将容器的体积缩小为原来的 0.5倍，达到平衡时，容器内温度将降低(容器不与外界进行热交换)，则该反应的正反应为________反应(填“放热”或“吸热”)。

5、煤化工产业的重要产品之一甲醇，是一种新型的汽车动力燃料，发达国家等一般通过CO和H2化合制备甲醇（反应恒温恒容）,该反应的化学方程式为： CO (g) + 2H2(g)

CH3OH(g)

(1)下列描述中能说明上述反应已达平衡的是_______； A. 容器内气体的平均摩尔质量保持不变 B. 2v(H2)正 = v(CH3OH)逆 C. 容器中气体的压强保持不变

D. 单位时间内生成n molCO的同时生成2n mol H2

(2)在容积固定的恒温密闭容器中充入CO和H2发生上述反应，反应在第4 min时候达到其限度，此时容器中压强与反应前之比为3︰5，容器内物质的各种物质的量浓度如下表：

时间/浓度 起始 第4 min c(CO)(mol/L) 0.200 a c(H2 )(mol/L) 0.300 b c(CH3OH)(mol/L) 0.000 c 则b=__________________

（3）甲醇—空气燃料电池（DMFC)是一种高效能、轻污 染电动汽车的车载电池，其工作原理如下图所示，该燃料电池的电池反应式为2CH3OH (g) + 3O2(g) = 2CO2(g) + 4H2O(l)，则负极的电极反应式为___________，如果该电池工作时电路中通过1.2mol电子，则消耗CH3OH有__________mol。

6、在某一容积为5 L的密闭容器内，加入 0.3 mol的CO和0.3 mol的H2O，在催化剂存在和800℃的条件下加热，发生如下反应：CO(g)＋H2O(g)

CO2(g)＋H2(g) ΔH＞0，反应中CO2的浓度随时间变化情况

3

如右图：

(1)根据图上数据，反应开始至达到平衡时，CO的化学反应速率为v(CO)＝ mol/(L·min)-1，该温度下的平衡常数K＝ 。

(2)在体积不变的条件下，改变下列条件重新达到平衡时能使平衡常数K增大的有 （填字母） A．升高温度 B．降低温度 C．增大压强

D．减小压强 E．加入催化剂 G．移出一氧化碳气体

(3)如要一开始加入0.1 mol的CO、0.1 mol的H2O、0.2 mol的CO2和0.2 mol的H2，在相同的条件下，反应达平衡时，c(CO)＝________________mol/L。

(4)若保持温度和容器的体积不变，在(1)中上述平衡体系中，再充入0.3mol 的水蒸气，重新达到平衡后，CO的转化率_______(填“升高”、“降低”还是“不变”)，CO2的质量分数______(填“升高”、“降低”还是“不变”)。

(5)在催化剂存在和800℃的条件下，在某一时刻测得c(CO)＝c(H2O)＝0.09mol/L,c(CO2 )＝c(H2)＝0.13mol/L,则此反应是否处于平衡状态: (填“是”或“否”),若没有处于平衡状态则该反应向 移动。（填“正方向”或“逆方向”）

7、氮是大气中含量最多的气体，研究氮及其化合物对人类有重要的意义。 （1）合成氨的原理为：N2(g)+3H2(g)2NH3 (g) △H= - 92.4kJ/mol

①将一定量的N2(g)和H2(g)放入1L的密闭容器中，在500℃、2×107Pa下达到平衡，平衡时测得N2为0.1 mol，H2为0.3 mol，NH3为0.1 mol。该条件下H2的转化率为 。 此温度下该反应的平衡常数K＝ 。

②欲提高H2的转化率，下列措施可行的是 。

a．向容器中按原比例再充入原料气 b．向容器中再充入惰性气体 c．改变反应的催化剂 d．液化生成物分离出氨 （2）在2L密闭容器中，800℃时反应2NO(g)＋O2(g)2NO2(g) △H＜0体系中，各成分浓度随时间的变化如右图：

①用O2表示从0～2s内该反应的平均速率v＝___________。 ②能说明该反应已经达到平衡状态的是 _________。 a．v(NO2)=2v(O2) b．容器内压强保持不变 c．v逆(NO)＝2v正(O2) d．容器内的密度保持不变

③为使该反应的反应速率增大，且平衡向正反应方向移动的是_________。 a．及时分离出NO2气体 b．适当升高温度 c．增大O2的浓度 d．选择高效的催化剂

（3）汽车尾气中含有CO、NO2等有毒气体，对汽车加装尾气净化装置，可使有毒气体相互反应转化为无毒气体。 4CO(g)＋2NO2(g) 4CO2(g)＋N2(g) ΔH＝－1 200 kJ·mol－1

对于该反应，温度不同(T2>T1)、其他条件相同时，下列图像正确的是______(填代号)。

4

8、在密闭容器中发生下列反应： I2(g)+H2(g)2HI(g) △H＞ 0。起始时，n(H2)＝a mol，n(I2)＝b mol。只改变表中列出的条件，其他条件不变，试将化学反应速率的改变（“增大”、“减小”或“不变”)填入相应的表格。

编号 ① ② ③ ④ 反应条件 加入催化剂 再充入a mol H2 将容器容积扩大为原来2倍 容器容积不变，通入b mol Ne(g) 反应速率

9、能源短缺是人类面临的重大问题。甲醇是一种可再生能源．具有广泛的开发和应用前景。因此甲醇被称为21世纪的新型燃料。

（1）工业上一般采用下列两种反应合成甲醇： 反应A：CO2（g）+3H2（g）反应B：CO（g）+2H2（g）

CH3OH（g）+H2O（g） △H1 CH3OH（g） △H2

①下列条件中，能说明反应A达到平衡状态的是 （2分）。 A．生成甲醇的速率与生成水的速率相等 B．v（H2）／3=v（CH3OH）

C．恒容容器中，体系的压强不再改变

D．恒容容器中，混合气体密度不再发生改变

②在一定的压强下，将CO与H2的混合气体在催化剂作用下能自发反应生成甲醇，则 △H2 0，△S 0（填“>”、“=”或“<”）（每空1分）。

③对于反应B，若容器容积不变，下列措施可增加甲醇产率的是 （2分）。 A．升高温度 B．将CH。OH(g)从体系中分离 C．充入He，使体系总压强增大 D．按原比例再充入CO和H。 ④某温度下，将2mol CO和6mol H2,充人2L的密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得c(CO) =0.2

—1

mol·L，则CO的转化率为 （2分），则该温度下该反应的平衡常数为 （2分）。

（2）已知在常温常压下：

①2CH3OH(I)十3O2(g) CO2(g)+4H2O(g) △H:-1275.6 kJ·mol ②2CO(g)+O2 (g)===2CO2 (g) △H= -566.0 kJ·mol ③H2O(g)===H2O(I) △H=- 44.0 kJ.mol-1

写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式 (2分).

5

—1

—1

10、如下图，甲、乙、丙分别表示在不同条件下可逆反应：A（g）+B（g）合物中的百分含量（C%）和反应时间（t）的关系。 请根据图象回答下列问题：

（1）若甲图中两条曲线分别表示有催化剂和无催化剂的情况，则 曲线表示无催化剂时的情况（填字母，下同）；

（2）若乙图表示反应达到平衡后分别在恒温恒压条件下和恒温恒容条件下向平衡混合气体中充入惰性气体后的情况，则 曲线表示恒温恒容的情况；

（3）根据丙图可以判断该可逆反应的正反应是 热反应（填“吸”或“放”），计量数x的值 （填取值范围）；判断的依据分别

是 。

xC（g）的生成物C在反应混

参考答案

一、综合题

1、(1)2NH4HS＋O2

2NH3·H2O＋2S↓

6

(2)a 90% (3)14.5%

(4)

(5)Ⅳ 对原料气加压；分离液氨后，未反应的N2、H2循环使用

[解析] (1)由题意可知为空气中的O2将负二价硫氧化为硫单质，根据电子守恒将方程式配平即可。(2)反应①为气体物质的量增大的吸热反应，降低压强使平衡右移，但反应速率减小，d错；催化剂不能改变反应限度，即不能改变H2的百分含量，c错；增大水蒸气浓度虽可使反应速率增大以及平衡右移，但产物H2的百分含量却减小，b错；升高温度反应速率增大，且平衡正向移动，H2的百分含量增大，a对。CO与H2的混合气体与水蒸气的反应中，反应体系中的气体的物质的量不变，而1 molCO与H2的混合气体参加反应生成1.18 mol混合气，说明有0.18 mol 水蒸气参加反应，则根据方程式②可知参加反应的CO也为0.18 mol，则其转化率为

×100%＝90%。

(3)由图中看出当N2与H2物质的量比为1∶3时，NH3的平衡体积分数最大，为42%。设平衡时转化的N2的物质的量为x mol，由三段式： N2＋3H2

2NH3

起始(mol): 1 3 0 转化(mol): x 3x 2x 平衡(mol): 1－x 3－ 3x 2x

×100%＝42%，则x＝0.59

则平衡时N2的体积分数为×100%＝14.5%。(4)作图时要注意开始时NH3物质的量不断增多，是因为

反应正向进行(反应未达平衡)，达到一定程度后反应达到平衡而此时温度继续升高，平衡逆向移动，NH3的物质的量减小。(5)热交换器可以使需要加热的物质得到加热，还可以使需要冷却的物质得到冷却，能充分利用能量。合成氨反应为气体物质的量减小的反应，加压利于反应正向进行；此外，循环利用可反复利用原料，提高原料利用率。

2、（14分）(1)① CO2 ＋3H2

CH3OH ＋H2O 0.25 mol·L－1·min－1

②ACF（2分，选对2项得1分,错选不得分）

7

(2)①小于 ②不变 ③增大 3、【答案】

（1）①AD（2分，漏选得1分，错选得0分） ②270℃（2分，无单位或单位错扣1分），

（4分）解：根据图像可知a点对应的CO的转化率为50%，H2的物质的量为1.5 mol CO（g） + 2H2(g)

CH3OH(g)

起始物质的量浓度(mol/L) 1 1.5 0 转化物质的量浓度(mol/L) 0.5 1 0.5 平衡物质的量浓度(mol/L) 0.5 0.5 0.5 K=4

（2）CH3OH(g)＋3/2O2(g)

CO2(g)＋2H2O(g) △H＝－651kJ·mol

－1

（2分）

【解析】（1）①混合气体的密度始终不变，密度不变不是平衡标志。②此反应是放热反应，温度越高，CO的转化率越小。

（2）根据盖斯定律可得：CH3OH(g)＋3/2O2(g)4、【答案】 (1)3X＋Y【解析】

（1）消耗0.1molY和0.3molX，生成0.2molZ，即方程式为3X＋Y（2）v（Z）=0.2mol÷（2L×2 min）=0.05 mol·L·min(3) ① 压强之比等于物质的量之比。 ②容器内温度降低，说明正反应吸热。

－1

－1

CO2(g)＋2H2O(g) △H＝－651kJ·mol

－1

2Z (2)0.05 mol·L·min

－1－1

(3)①0.9 ②吸热

2Z

5、

8

6、

9

考点：考查反应速率、平衡常数的有关判断、计算和应用 7、【答案】（12分）

（1）① 33.3% （2分） K=3.7（L/mol） 或100/27（L/mol） （2分） ②ad（2分）

（2）① 1.5×10mol/(L·s) （2分） ②b c （2分） ③c（1分） （3）乙 （1分）

－3

2

2

10

【解析】

【结束】

8、【答案】（共8分）①增大 ②增大 ③减小 ④不变（各2分，共8分） 【解析】

11

试题分析：催化剂能降低反应的活化能，同等程度加快正逆反应速率；再充入a mol H2，增大氢气的浓度，反应速率加快；将容器容积扩大为原来2倍，压强减小，反应物的浓度降低，因此反应速率减小；容器容积不变，通入b mol Ne(g)，压强增大。但反应物的浓度不变，反应速率不变。 考点：考查外界条件对反应速率的影响

9、

10、 （1）b（1分） （2）a（1分）

（3）吸（1分） 大于2（或＞2或≥3）（1分）

压强不变，升高温度，C%增大，说明平衡向正反应方向移动，故正反应为吸热反应（1分） 保持温度不变，增大压强，C%减小，说明平衡向逆反应方向移动，故x＞1+1=2（1分）

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