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第二單元 化學反應的方向與限度
1.(2018浙江11月選考,14,2分)已知X(g)+Y(g) 2W(g)+M(g) ΔH=a kJmol-1(a>0)。一定溫度下,在體積恒定的密閉容器中,加入1 mol X(g)與1 mol Y(g),下列說法正確的是( )
A.充分反應后,放出熱量為a kJ
B.當反應達到平衡狀態(tài)時,X與W的物質的量濃度之比一定為1∶2
C.當X的物質的量分數(shù)不再改變,表明該反應已達平衡
D.若增大Y的濃度,正反應速率增大,逆反應速率減小
答案 C A項,由題意知a>0,反應吸熱,由于X(g)+Y(g) 2W(g)+M(g)屬于可逆反應,1 mol X(g)與1 mol Y(g)充分反應后不可能完全轉化為W(g)和M(g),吸收熱量小于a kJ,故A錯誤;B項,當反應達到平衡狀態(tài)時,正反應速率和逆反應速率相等,反應混合物中各組分的濃度保持不變,但X與W的物質的量濃度之比不一定為1∶2,故B錯誤;C項,當X的物質的量分數(shù)不再改變,說明正反應速率和逆反應速率相等,表明該反應已達平衡,故C正確;D項,若增大Y的濃度,正反應速率增大,逆反應速率也應該增大,故D錯誤。
2.一定溫度下,在2 L的密閉容器中發(fā)生反應:xA(g)+B(g) 2C(g) ΔH<0,A、C的物質的量隨時間變化的關系如圖所示。下列有關說法正確的是 ( )
A.x=1
B.反應進行到1 min時,反應體系達到化學平衡狀態(tài)
C.2 min后,A的正反應速率一定等于C的逆反應速率
D.2 min后,容器中A與B的物質的量之比一定為2∶1
答案 C 由題圖知,x∶2=(0.3 mol-0.1 mol)∶0.2 mol,故x=2,A錯誤;反應進行到2 min時,A、C的物質的量不再發(fā)生變化,反應達到化學平衡,B錯誤;2 min后反應處于平衡狀態(tài),因x=2,v(A)正=v(C)正=v(C)逆,C正確;若起始時A與B的物質的量之比不是2∶1,則平衡時A與B的物質的量之比不是2∶1,D錯誤。
3.已知反應2NO2(紅棕色) N2O4(無色) ΔH<0。將一定量的NO2充入注射器中后封口,下圖是在拉伸和壓縮注射器的過程中氣體透光率隨時間的變化(氣體顏色越深,透光率越小)。下列說法中正確的是( )
A.b點的操作是拉伸注射器
B.d點:v正
T(c)
答案 B b點后透光率突然降低,說明顏色變深,b點的操作應該是壓縮注射器,A項錯誤;d 點后透光率降低,說明顏色變深,平衡逆向移動,v正0),某溫度下,向2 L的密閉容器中通入N2O5,部分實驗數(shù)據(jù)見下表:
時間/s
0
500
1 000
1 500
n(N2O5)/mol
10.0
7.0
5.0
5.0
下列說法正確的是( )
A.在500 s內,N2O5分解速率為610-3 mol L-1s-1
B.在1 000 s時,反應恰好達到平衡
C.在1 000 s內,反應吸收的熱量為2.5Q kJ
D.在1 500 s時,N2O5的正反應速率等于NO2的逆反應速率
答案 C 由題給數(shù)據(jù)知,在500 s內,N2O5分解速率v(N2O5)=10.0mol-7.0mol2 L500 s=310-3 mol L-1s-1,A錯誤;在1 000 s后,N2O5的物質的量保持不變,說明1 000 s時反應已經(jīng)處于平衡狀態(tài),但不知何時反應恰好達到平衡,B錯誤;由熱化學方程式知,在1 000 s內,反應吸收的熱量為(10.0 mol-5.0 mol)Q2 kJ mol-1=2.5Q kJ,C正確;在1 500 s時,反應處于平衡狀態(tài),v(NO2)逆=2v(N2O5)正,D錯誤。
5.在恒容密閉容器中,可以作為2NO2(g) 2NO(g)+O2(g)達到平衡狀態(tài)標志的是( )
①單位時間內生成n mol O2的同時生成2n mol NO2
②單位時間內生成n mol O2的同時生成2n mol NO
③混合氣體的顏色不再改變
④混合氣體的密度不再改變
⑤混合氣體的平均相對分子質量不再改變
⑥混合氣體中NO與O2的物質的量之比保持恒定
⑦混合氣體的總壓強保持恒定
A.①③⑤⑦ B.②④⑤
C.①③④ D.①②③④⑤
答案 A?、賳挝粫r間內生成n mol O2的同時生成2n mol NO2,證明正、逆反應速率相等,反應達到平衡,正確;②O2和NO均為正反應產(chǎn)物,②中所述不能證明反應達到平衡,錯誤;③混合氣體的顏色不再改變,證明NO2的濃度不隨時間的變化而變化,證明反應達到了平衡,正確;④化學反應前后質量守恒,容器容積不變,混合氣體的密度始終不變,錯誤;⑤化學反應前后物質的量變化,質量守恒,所以混合氣體的平均相對分子質量不再變化即可證明反應達到了平衡狀態(tài),正確;⑥NO和O2均為正反應產(chǎn)物,二者物質的量之比保持恒定,不能作為反應達到平衡的依據(jù),錯誤;⑦混合氣體的總壓強不再改變,證明生成物和反應物的物質的量不再變化,反應達到平衡,正確。
6.一定溫度下,可逆反應A(g)+3B(g)2C(g)在定容密閉容器中進行,下列能說明該反應達到平衡狀態(tài)的是( )
A.單位時間內有a mol A生成,同時生成3a mol B
B.混合氣體的總壓強不再變化
C.用A、B、C的物質的量濃度變化表示的反應速率之比為1∶3∶2
D.混合氣體的密度不再變化
答案 B 生成A和生成B都是說的逆反應,不能說明反應達到平衡,故A錯誤;因為反應前后氣體總體積改變,當總壓強不變時,說明反應達到平衡狀態(tài),故B正確;C選項中沒有說明反應速率表示的方向,不能說明反應達到平衡狀態(tài),故C錯誤;因為總質量不變,容器的體積不變,所以密度始終不變,故D錯誤。
7.對可逆反應2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),下列判斷正確的是( )
A.若單位時間內生成x mol SO3的同時,消耗x mol SO2,則反應達到平衡狀態(tài)
B.達到化學平衡時,2v正(O2)=v逆(SO3)
C.平衡時,SO2的濃度必定等于O2濃度的2倍
D.達到化學平衡時,若增大容器體積,則正反應速率減小,逆反應速率增大
答案 B 本題考查到達化學平衡狀態(tài)的標志。A項從物質的生成和消耗的角度分析,應該是單位時間內生成x mol SO3的同時,生成x mol SO2,則反應達到平衡狀態(tài)。B項從反應速率的角度分析,不同種物質表示的平均反應速率和化學計量數(shù)成正比關系,2v正(O2)=v逆(SO3),說明v逆(SO3)=v正(SO3),所以達到平衡。C項說法不一定,平衡時物質的濃度和起始加入的量有關。D項增大容器體積,即容器內壓強減小,正、逆反應速率都減小,只是減小的程度不一樣。
8.某溫度下,在一固定容積的容器中進行反應:3A(g)+B(g)2C(g)+2D(g),下列情況一定能說明反應已達到平衡狀態(tài)的是( )
A.壓強不再隨時間而改變時
B.氣體的總質量不再改變時
C.混合氣體中各組成成分的含量不再改變時
D.單位時間內每消耗1 mol B,同時有2 mol C生成時
答案 C 判斷一反應是否達到平衡狀態(tài),從宏觀上看各種成分的量是否發(fā)生改變,從微觀上看正、逆反應速率是否相等。因為此反應中各成分均為氣體且反應前后氣體的總體積相等,所以無論是否達到平衡,壓強和質量都不發(fā)生改變,故A、B兩項不正確;混合氣體中各組成成分的含量不再改變時表明正反應速率與逆反應速率相等,說明反應已達到平衡狀態(tài),,故C正確;消耗1 mol B同時有2 mol C生成均為正反應方向,D項不能證明正反應速率與逆反應速率相等,故D不正確。
9.一定條件下,在密閉容器里進行反應:S2Cl2(l)+Cl2(g)2SCl2(l) ΔH=-61.16 kJmol-1。下列說法不正確的是( )
A.達到平衡時單位時間內生成n mol Cl2的同時生成2n mol SCl2
B.1 mol Cl2與足量S2Cl2充分反應放出的熱量為61.16 kJ
C.達到平衡時,單位時間內消耗n mol S2Cl2的同時生成n mol Cl2
D.升高溫度,正反應速率加快,逆反應速率也加快
答案 B 由于題述可逆反應為平衡狀態(tài),所以單位時間內生成n mol Cl2的同時生成2n mol SCl2,故A正確;由于可逆反應不可能進行到底,所以1 mol Cl2與足量S2Cl2充分反應不可能完全轉化為SCl2,放出的總熱量小于61.16 kJ,故B不正確;C選項能表示出正、逆反應速率相等,故C正確;升高溫度對任何化學反應的速率都起加快作用,所以正反應速率加快,逆反應速率也加快,故D正確。
10.(2017浙江4月選考,30,10分)以氧化鋁為原料,通過碳熱還原法可合成氮化鋁(AlN);通過電解法可制取鋁。電解鋁時陽極產(chǎn)生的CO2可通過二氧化碳甲烷化再利用。
請回答:
(1)已知:2Al2O3(s) 4Al(g)+3O2(g) ΔH1=3 351 kJmol-1
2C(s)+O2(g) 2CO(g) ΔH2=-221 kJmol-1
2Al(g)+N2(g) 2AlN(s) ΔH3=-318 kJmol-1
碳熱還原Al2O3合成AlN的總熱化學方程式是 ,
該反應自發(fā)進行的條件 。
(2) 在常壓、Ru/TiO2催化下,CO2和H2混合氣體(體積比1∶4,總物質的量a mol)進行反應,測得CO2轉化率、CH4和CO選擇性隨溫度變化情況分別如圖1和圖2所示(選擇性:轉化的CO2中生成CH4或CO的百分比)。
反應Ⅰ
CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g) ΔH4
反應Ⅱ
CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH5
圖1
圖2
①下列說法不正確的是 。
A.ΔH4小于零
B.溫度可影響產(chǎn)物的選擇性
C.CO2平衡轉化率隨溫度升高先增大后減少
D.其他條件不變,將CO2和H2的初始體積比改變?yōu)?∶3,可提高CO2平衡轉化率
②350 ℃時,反應Ⅰ在t1時刻達到平衡,平衡時容器體積為V L,該溫度下反應Ⅰ的平衡常數(shù)為 (用a、V表示)。
③350 ℃下CH4物質的量隨時間的變化曲線如圖3所示。畫出400 ℃下0~t1時刻CH4物質的量隨時間的變化曲線。
圖3
(3) 據(jù)文獻報道,CO2可以在堿性水溶液中電解生成甲烷,生成甲烷的電極反應式是 。
答案 (1)Al2O3(s)+3C(s)+N2(g) 2AlN(s)+3CO(g) ΔH=1 026 kJmol-1 高溫
(2)①CD?、?25V2a2
③
(3)CO2+6H2O+8e- CH4+8OH-
解析 (1)將題給熱化學方程式依次標記為①、②、③,則①+②3+③2即得:2Al2O3(s)+6C(s)+2N2(g) 4AlN(s)+6CO(g) ΔH=ΔH1+3ΔH2+2ΔH3=3 351 kJmol-1+3(-221 kJmol-1)+2(-318 kJmol?1)=2 052 kJmol-1,即:Al2O3(s)+3C(s)+N2(g) 2AlN(s)+3CO(g) ΔH=1 026 kJmol-1;因該反應的ΔH>0,ΔS>0,反應自發(fā)進行需ΔH-TΔS<0,故條件是高溫。
(2)①根據(jù)圖2可知當溫度從150 ℃升至400 ℃時,只發(fā)生反應Ⅰ;由圖1可知溫度低于340 ℃時,反應未達到平衡,CO2轉化率增大,溫度從340 ℃升至400 ℃,CO2轉化率減小,平衡逆向移動,說明反應Ⅰ是放熱反應,ΔH4<0,A正確。由圖2可知,溫度高于400 ℃,隨溫度升高,CH4的選擇性下降,CO的選擇性升高,說明溫度可影響產(chǎn)物的選擇性,B正確。由圖1可知CO2轉化率隨溫度升高先增大后減小,但溫度低于340 ℃時反應未達到平衡,不是平衡轉化率,C錯誤。其他條件不變,將CO2和H2的初始體積比由1∶4改變?yōu)?∶3,CO2平衡轉化率會降低,D錯誤。②由圖2可知在350 ℃時只發(fā)生反應Ⅰ,由圖1可知350 ℃時CO2的平衡轉化率為80%。
CO2(g) + 4H2(g) CH4(g) + 2H2O(g)
n(起始)/mol 0.2a 0.8a 0 0
n(變化)/mol 0.2a80% 40.2a80% 0.2a80% 20.2a80%
n(平衡)/mol 0.04a 0.16a 0.16a 0.32a
該溫度下反應Ⅰ的平衡常數(shù)K=c(CH4)c2(H2O)c(CO2)c4(H2)=0.16aV0.32aV20.04aV0.16aV4=625V2a2。③根據(jù)圖1可知400 ℃時CO2轉化率為72%,故平衡時CH4的物質的量為0.144a mol;另外,溫度升高,反應速率加快,達到平衡所需的時間縮短,曲線比350 ℃時先出現(xiàn)拐點,依此可畫出400 ℃下0~t1時刻CH4的物質的量隨時間的變化曲線。
(3)CO2轉化成CH4,碳元素化合價從+4價降低到-4價,考慮到電解質溶液呈堿性,可寫出電解時生成甲烷的電極反應式CO2+6H2O+8e- CH4+8OH-。
11.氯及其化合物在生活和生產(chǎn)中應用廣泛。
(1)已知:900 K時,4HCl(g)+O2(g) 2Cl2(g)+2H2O(g),反應自發(fā)。
①該反應是放熱還是吸熱,判斷并說明理由 。
②900 K時,體積比為4∶1的HCl和O2在恒溫恒容的密閉容器中發(fā)生反應,HCl的平衡轉化率α(HCl)隨壓強(p)變化曲線如圖。保持其他條件不變,升溫到T K(假定反應歷程不變),請畫出壓強在1.5105~4.5105 Pa范圍內,HCl的平衡轉化率α(HCl)隨壓強(p)變化曲線示意圖。
(2)已知:Cl2(g)+2NaOH(aq) NaCl(aq)+NaClO(aq)+H2O(l) ΔH1=-102 kJmol-1
3Cl2(g)+6NaOH(aq) 5NaCl(aq)+NaClO3(aq)+3H2O(l) ΔH2=-422 kJmol-1
①寫出在溶液中NaClO分解生成NaClO3的熱化學方程式: 。
②用過量的冷NaOH溶液吸收氯氣,制得NaClO溶液(不含NaClO3),此時ClO-的濃度為c0 molL-1;加熱時NaClO轉化為NaClO3,測得t時刻溶液中ClO-濃度為ct molL-1,寫出該時刻溶液中Cl-濃度的表達式:c(Cl-)= molL-1(用c0、ct表示)。
③有研究表明,生成NaClO3的反應分兩步進行:
Ⅰ.2ClO- ClO2-+Cl-
Ⅱ.ClO2-+ClO- ClO3-+Cl-
常溫下,反應Ⅱ能快速進行,但氯氣與NaOH溶液反應很難得到NaClO3,試用碰撞理論解釋其原因: 。
(3)電解NaClO3水溶液可制備NaClO4。在電解過程中由于陰極上吸附氫氣,會使電解電壓升高,電解效率下降。為抑制氫氣的產(chǎn)生,可選擇合適的物質(不引入雜質),寫出該電解的總化學方程式 。
答案 (1)①放熱反應,ΔS<0且反應自發(fā)
②
(2)①3NaClO(aq) 2NaCl(aq)+NaClO3(aq)
ΔH=-116 kJmol-1
②c0+2(c0-ct)3或5c0-2ct3
③反應Ⅰ的活化能高,活化分子百分數(shù)低,不利于ClO-向ClO3-轉化
(3)2NaClO3+O2 2NaClO4
解析 (1)①由題給信息可知ΔS<0,又知該反應自發(fā),則ΔH-TΔS<0,可得ΔH<0,故該反應放熱。
②由①可知該反應放熱,所以隨溫度上升,平衡左移,氯化氫的平衡轉化率降低。
(2)①由蓋斯定律可得3NaClO(aq) 2NaCl(aq)+NaClO3(aq)
ΔH=ΔH2-3ΔH1=[(-422)-3(-102)]kJmol-1=-116 kJmol-1。
②根據(jù)題意,溶液中的氯離子由兩部分組成,一部分是Cl2與冷NaOH溶液反應產(chǎn)生的,濃度為c0 molL-1,另一部分來自次氯酸鈉轉化為氯酸鈉時的副產(chǎn)物氯化鈉。
3NaClO ~ 2NaCl
3 2
c0-ct x
計算得到x=2(c0-ct)/3,則c(Cl-)=[c0+2(c0-ct)3]molL-1。
(3)題目中要求不產(chǎn)生氫氣,我們可以引入氧氣,總化學方程式為2NaClO3+O2 2NaClO4,此反應無副產(chǎn)物產(chǎn)生,且反應物易得。
（浙江選考）2020版高考化學一輪復習 專題七 第二單元 化學反應的方向與限度夯基提能作業(yè).docx
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