高中化学星级题库 第二章 第三节 化学平衡五星题（含解析）新人教版选修4.doc

第二章 第三节 化学平衡五星题1（共14分）氮是地球上含量丰富的一种元素，氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用，合成氨工业在国民生产中有重要意义。以下是关于合成氨的有关问题，请回答：（1）若在一容积为2l的密闭容器中加入0.2 moln2；的和0.6 molh2的，在一定条件下发生反应： ，若在5分钟时反应达到平衡，此时测得nh3 的物质的量为0.2 mol。则前5分钟的平均反应速率v( n2)=_。（2）平衡后，若要提高h2的转化率，可以采取的措施有_。a加了催化剂 b增大容器体积c降低反应体系的温度 d加入一定量氮气（3）若在0.5 l的密闭容器中，一定量的氮气和氢气进行如下反应：，其化学平衡常数k与温度t的关系如表所示：请完成下列问题：试比较 、 的大小， _ (填“”或“=”)：下列各项能作为判断该反应达到化学平衡状态的依据是_（填序号字母）a容器内 n2、h2、nh3的物质的量浓度之比为1：3：2bc容器内压强保持不变d混合气体的密度保持不变400时，反应 的化学平衡常数为_。当测得nh3、n2和h2 物质的量分别为3 mol、2 mol和1 mol时，则该反应的 （填“”或“=”)。（4）根据化学反应速率和化学平衡理论，联系合成氨的生产实际，你认为下列说法不正确的是_。a化学反应速率理论可指导怎样在一定时间内快出产品b勒夏特列原理可指导怎样使用有限原料多出产品c催化剂的使用是提高产品产率的有效方法d正确利用化学反应速率和化学反应限度理论都可以提高化工生产的综合经济效益【答案】（1）0.01moll-1min-1 （2）c、d（3） bc 2 （4） c【解析】试题分析：（1）根据化学反应方程式，在5分钟时，生成nh3 的物质的量为0.2 mol，则氮气反应掉0.1mol，则前5分钟的平均反应速率v( n2)=0.1mol/(5min2l)= 0.01moll-1min-1 ；（2） a加入催化剂，不影响平衡，氢气转化率不变，错误；b增大容器体积，平衡逆向移动，氢气的转化率降低，错误；c降低反应体系的温度，平衡正向移动，氢气的转化率增大，正确；d加入一定量氮气，加入氮气，平衡正向移动，氢气的转化率增大，正确；选cd。（3）因工业合成氨是放热反应，升高温度平衡向左移动，反应程度减小，k1k2；a.容器中n2、h2、nh3的浓度之比与反应是否达到平衡状态无关，错误；b.可逆反应达到平衡状态时，v（正）=v（逆），且化学反应速率之比等于化学计量数之比，反应平衡时，3v正(n2)v逆(h2)，说明反 应达到平衡状态，正确；c.因反应前后气体总体积发生变化，压强不变，说明反应混合物中各组分的含量不变，即反应处于平衡状态，正确；d.反应前后气体质量不变，容器容积不变，反应过程中混合气体的密度一直保持不变；不能说明反应达到平衡状态，错误；选bc；根据可逆反应，平衡常数互为倒数，在400时，合成氨反应n2(g)3h2(g)2nh3(g)的化学平衡常数k0.5，则2nh3(g)n2(g)3h2(g)的化学平衡常数为2；利用容器中各物质的物质的量浓度可知q=62/(423)=1.1252，平衡正向移动，v（正）v（逆）。（4）催化剂不能提高转化率，只能改变化学反应速率，缩短反应时间，选c。考点：考查化学反应速率的计算，影响平衡的因素，化学平衡状态的判断，化学平衡常数等知识。2（15分）运用化学反应原理分析解答以下问题（1）250时，以镍合金为催化剂，向4l容器中通人6 mol co2、6 molch4 ，发生如下反应：co2(g)+ch4(g) 2co(g)+2h2(g)。平衡体系中各组分体积分数如下表：物质ch4co2coh2体积分数0.10.10.40.4此温度下该反应的平衡常数k=_.若再向容器中同时充入20molco2、60 molch4 、40 molco和80 molh2 ，则上述平衡向_（填“正反应”或“逆反应”）方向移动。（2）硝化法是一种古老的生产硫酸的方法，同时实现了氮氧化物的循环转化，主要反应为：已知： no2(g)+so2(g) so3(g)+no(g) h= 41.8kjmol-12so2(g)+o2(g) 2so3(g) h= 196.6kjmol-1写出no和o2反应生成no2的热化学方程式_。一定温度下，向2l恒容密闭容器中充人no2和so2各1 mol，5min达到平衡，此时容器中no和no2的浓度之比为3：1，则no2的平衡转化率是_。（3）常温下有浓度均为0.1 mol/l的四种溶液：na2co3、nahco3、hcl、nh3.h2o。有人称溶液是油污的“清道夫”，原因是_（用离子方程式解释）上述溶液中，既能与氢氧化钠反应，又能和硫酸反应的溶液中离子浓度由大到小的顺序为_。向中加入少量氯化铵固体，此时c(nh4+)/ c(oh-)的值_（填“增大”“减小”或“不变”）。 若将和的溶液混合后溶液恰好呈中性，则混合前的体积_的体积（填“大于”小于”或“等于”）将10 ml溶液加水稀释至100 ml，则此时溶液中由水电离出的c( h)=_。【答案】（1）64；逆反应；（2）2no(g)+o2(g)=2no2(g)；h=-113.0kjmol-1；75%；（3）co32-+h2ohco3-+oh-；c(na+)c(hco3-)c(oh-)c(h+)c(co32-)；增大；小于；10-12moll-1【解析】试题分析：在反应开始时，c(co2)=c(ch4)=6mol4l=1.5mol/l，假设在反应过程中，消耗掉的c(co2)=c(ch4)=xmol/l，则在平衡时各种物质的浓度分别是：c(co2)=c(ch4)=（1.5-x）mol/l，c(co)=c(h2)=2xmol/l，由于平衡时co2的体积分数是0.1，所以（1.5-x）（3+2x）=0.1,解得x=1mol/l，此温度下该反应的平衡常数k=；若再向容器中同时充入2.0molco2、6.0 molch4 、4.0 molco和8.0 molh2，则qc=,所以上述平衡向逆反应方向移动；（2）：-2，整理可得：2no(g)+o2(g)=2no2(g)；h=-113.0kjmol-1；根据n元素守恒，若充人no21mol, 达到平衡，此时容器中no和no2的浓度之比为3：1，则no2的转化的物质的量占总物质的量的3/4,所以no2平衡转化率是(34)100%=75%;（3）有人称溶液na2co3是油污的“清道夫”，原因是na2co3是强碱弱酸盐，在溶液中，co32-发生水解反应，消耗水电离产生的h+。使溶液显碱性，而油脂在碱性条件下发生水解反应产生可溶性的物质，因此可以清洗油污，用离子方程式表示为co32-+h2ohco3-+oh-；上述溶液中，既能与氢氧化钠反应，又能和硫酸反应的溶液是nahco3，该盐是强碱弱酸盐，hco3-发生水解反应而消耗，所以c(na+)c(hco3-), hco3-水解消耗水电离产生h+，使溶液显碱性，c(oh-)c(h+)，hco3-还会发生电离作用，但是水解大于电离，而且在溶液中水还会电离产生h+所以c(h+)c(co32-)；盐水解的程度是微弱的，主要还是以盐电离产生的离子存在，所以c(hco3-)c(oh-)，故溶液中离子浓度由大到小的顺序为c(na+)c(hco3-) c(oh-)c(h+)c(co32-)；在的nh3.h2o存在电离平衡：nh3.h2onh4+oh-；向其中加入少量氯化铵固体，c(nh4+)增大，电离平衡逆向移动，c(oh-)减小，此时c(nh4+)/ c(oh-)的值增大；若将hcl和nh3.h2o的溶液混合后溶液恰好呈中性，由于二者的物质的量浓度相等，若二者等体积混合，则恰好完全反应产生nh4cl，溶液显酸性，所以要使溶液显中性，则混合前的体积要略小于的体积；将10 ml溶液加水稀释至100 ml，在稀释过程中溶质的物质的量不变，稀释后溶液的浓度c(hcl)=( 10 ml0.1mol/l)100ml=0.01mol/l，c(h+)=10-2mol/l，由于在该温度下水的离子积常数是kw=110-14,则c(h+)(水)=c(oh-)=110-1410-2=110-12mol/l。考点：考查热化学方程式的书写、盐溶液中离子浓度大小比较、外界条件对弱电解质电离平衡的影响的知识、化学平衡常数的计算、物质转化率的计算、电解质溶液中的水电离产生的离子浓度的计算的知识。3（14分）常温下钛的化学活性很小，在较高温度下可与多种物质反应。工业上由金红石（含tio2大于96）为原料生产钛的流程如下：（1）ticl4遇水强烈水解，写出其水解的化学方程式 。（2）若液氯泄漏后遇到苯，在钢瓶表面氯与苯的反应明显加快，原因是 。cl2含量检测仪工作原理如下图，则cl2在pt电极放电的电极反应式为 。实验室也可用kclo3和浓盐酸制取cl2，方程式为：kclo3 + 6hcl(浓) = kcl + 3cl2 + 3h2o。当生成6.72lcl2（标准状况下）时，转移的电子的物质的量为 mol。（3）一定条件下co可以发生如下反应：4h2(g)+2co(g) ch3och3(g)+h2o(g) h。该反应的平衡常数表达式为k= 。将合成气以n(h2)/n(co)=2通入1 l的反应器中，co的平衡转化率随温度、压强变化关系如图所示，下列判断正确的是 （填序号）。ah 0bp1p2p3c若在p3和316时，起始时n(h2)/n(co)=3，则达到平衡时，co转化率小于50采用一种新型的催化剂（主要成分是cu-mn的合金），利用co和h2制备二甲醚（简称dme）。观察下图回答问题。催化剂中n(mn)/n(cu)约为 时最有利于二甲醚的合成。【答案】（14分）（1）ticl4 + 4h2oti(oh)4+ 4hcl或ticl4 + 3h2oh2tio3+ 4hcl(2分)（2）铁与氯气反应生成的氯化铁，对氯与苯的反应有催化作用 (2分)cl2 + 2e- + 2ag+ = 2agcl (2分) 0.5 (2分)（3）c(ch3och3)c(h2o)/c(h2)4c(co)2 （2分）a(2分) 2.0 (2分，1.92.1均给分)【解析】试题分析：(1) ticl4遇水强烈水解，生成氯化氢和氢氧化钛，化学方程式是ticl4 + 4h2oti(oh)4+ 4hcl；或ticl4 + 3h2oh2tio3+ 4hcl；（2）氯气与钢瓶中的铁反应生成的氯化铁对氯气与苯的反应有催化作用，所以钢瓶表面氯与苯的反应明显加快；根据图可知，银离子向通入氯气的一极移动，说明通入氯气的一极是阴极，所以氯气得到电子生成氯离子与银离子反应生成氯化银沉淀，电极反应式是cl2 + 2e- + 2ag+ = 2agcl；根据kclo3 + 6hcl(浓) = kcl + 3cl2 + 3h2o，当生成6.72lcl2（标准状况下）物质的量是0.3mol时，消耗氯酸钾的物质的量是0.1mol，氯酸钾中cl元素的化合价从+5价降低到0价，得到5个电子，则0.1mol氯酸钾参加反应得到电子的物质的量是0.5mol，所以该过程中转移的电子的物质的量为0.5mol；（3）根据平衡常数的定义，可知该反应的平衡常数可表示为k= c(ch3och3)c(h2o)/c(h2)4c(co)2；a、压强一定时，温度升高，co的转化率降低，说明升高温度，平衡逆向移动，则该反应是放热反应，h p2p3，错误；c、若在p3和316时，起始时n(h2)/n(co)=3，即增大氢气的浓度而co的浓度不变，则平衡正向移动，所以达到平衡时co的转化率增大，大于50%，错误，答案选a；根据图可知，当co的转化率最大、dme的选择性最大值时对应的横坐标大约在2.0附近，所以n(mn)/n(cu)约为2.0时最有利于二甲醚的合成。考点：考查对物质性质的分析，化学平衡移动的判断，对图像的分析判断4(15分)能源、环境与人类生活和社会发展密切相关，研究它们的综合利用有重要意义。（1）氧化还原法消除氮氧化物的转化如下：反应为：noo3no2o2，生成11.2 l o2(标准状况)时，转移电子的物质的量是 mol。反应中，当n(no2)nco(nh2)232时，反应的化学方程式是 。（2）硝化法是一种古老的生产硫酸的方法，同时实现了氮氧化物的循环转化，主要反应为：no2(g)so2(g)so3(g)no(g) h41.8 kjmol1已知：2so2(g)o2(g)2so3(g) h196.6 kjmol1写出no和o2反应生成no2的热化学方程式 。（3）某化学兴趣小组构想将no转化为hno3，装置如下图，电极为多孔惰性材料。则负极的电极反应式是 。（4）将燃煤废气中的co2转化为二甲醚的反应原理为：2co2(g)+6h2(g)ch3och3(g)+3h2o(g)；该反应平衡常数表达式为k 。已知在某压强下，该反应在不同温度、不同投料比时，co2的转化率如图所示。该反应的h_(填“”、“”或“”)0。（5）合成气co和h2在一定条件下能发生如下反应：co(g) +2h2(g)ch3oh(g) h0。在容积均为vl的i、三个相同密闭容器中分别充入amol co和2a mol h2，三个容器的反应温度分别为t1、t2、t3且恒定不变，在其他条件相同的情况下，实验测得反应均进行到t min时co的体积分数如图所示，此时i、三个容器中一定达到化学平衡状态的是 ；若三个容器内的反应都达到化学平衡时，co转化率最大的反应温度是 。【答案】1（2分）6no24co(nh2)27n28h2o4co2（2分）2no(g)+o2(g) 2no2(g) h113.0 kj/mol（2分） no3e2h2ono34h+（2分） c(ch3och3)c3(h2o)/c2(co2)c6(h2) （2分） （2分） （2分）；t1（1分）【解析】试题分析：（1）氧化还原法消除氮氧化物的转化如下：标准状况下11.2l氧气的物质的量是0.5mol，则根据反应noo3no2o2可知生成11.2 l o2时，消耗no是0.5mol。氮元素的化合价从2价升高到4价，失去2个电子，所以转移电子的物质的量是0.5mol21mol。反应中，当n(no2)nco(nh2)232时，根据原子守恒可知除了生成氮气外，还有co2和水生成，所以反应的化学方程式是6no24co(nh2)27n28h2o4co2。（2）已知：no2(g)so2(g)so3(g)no(g) h41.8 kjmol1，2so2(g)o2(g)2so3(g) h196.6 kjmol1，则根据盖斯定律可知2即可得到no和o2反应生成no2的热化学方程式2no(g)+o2(g) 2no2(g) h113.0 kj/mol。（3）原电池中负极失去电子，发生氧化反应，因此no在负极通入失去电子转化为硝酸根，电极反应式是no3e2h2ono34h+。（4）将燃煤废气中的co2转化为二甲醚的反应原理为：2co2(g)+6h2(g)ch3och3(g)+3h2o(g)；化学平衡常数是在一定条件下，当可逆反应达到平衡状态时，生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值，所以根据方程式可知该反应平衡常数表达式为kc(ch3och3)c3(h2o)/c2(co2)c6(h2)。根据图像可知在投料比相同的条件下，升高温度co2的转化率降低，这说明升高温度平衡向逆反应方向进行，所以正反应是放热反应，即该反应的h2.041，则反应逆向进行，所以v正0，s0 bh0，s0 ch0，s0 dh0（2）容积一定，下列情况不能说明该反应一定达到平衡的是 。a混合气体的平均平均相对分子质量不变b混合气体的压强不变c单位时间内生成3mol hh键，同时生成2 mol ho键d混合气体中c (co2) : c (h2) = 1 : 3（3）温度降低，平衡常数k (填“增大”、“不变”或“减小”)。（4）为探究反应原理，现进行如下实验：在体积为1l的恒容密闭容器中，充入1molco2和3molh2，测得co2和ch3oh (g)的浓度随时间变化如图2所示。从反应开始到平衡，用h2浓度变化表示的平均反应速率v(h2)为 moll1min1, co2和h2的转化率比是 :（5）下列措施中能使（4）题中n(ch3oh)/n(co2)增大的 有 。(填字母)a升高温度 b加入催化剂 c将h2o(g)从体系中分离d充入he(g)，使体系总压强增大 e.再充入1molco2和3molh2（6）若在另一个密闭容器中充入1molco2和3molh2，保持压强不变,并使初始体积与题中容器体积相等，且在相同的温度下进行反应，达到平衡时该容器中的co2的体积百分数_（4）题中的co2的体积百分数。(“”或“”或“=”，下同)【答案】（1）c （2） d （3） 增大 （4）0.225 ； 1：1 （5） c e （6）【解析】试题分析：（1）由图1可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，该反应为放热反应，h0，由方程式可知，该反应正反应是气体的物质的量减小的反应，正反应为熵减过程，s p3 p2 p1（3分）；（3） ac（分,填一个对的给2分）; 1mol/l（2分,无单位不扣分）；逆（2分）（2分，曲线右下端若连接到十字交叉点的不给分）【解析】试题分析：（1）由盖斯定律，-得反应：ch4(g)+co2(g)2co(g)+2h2(g) h0：故：h0h3h2h1802 kjmol1484 kjmol1566 kjmol1248kjmol1。（2）、由图像可知，相同条件下，p4、p3、p2、p1的ch4的转化率依次增大，又因为h4(g)+co2(g)2co(g)+2h2(g)为气体分子数增加的反应，所以在温度不变的条件下，减压化学平衡正向移动，ch4的转化率增大，所以p4p3p2p1。（3） 通过反应c(s)+h2o(g)co(g)+h2(g)制取co和h2：a、因为反应在恒温恒容条件下反应，而反应为气体分子数增加的反应，若化学反应不平衡，压强会增大，若体系压强不变，则可说明达到了平衡状态；故a正确。b、反应开始加入c(s)和h2o(g)可知反应完全正向建立平衡，由化学方程式可知生成的co和h2的物质的量是相等的，也就是说任意时刻h2与co的物质的量之比总为1:1，所以当h2与co的物质的量之比为1:1时不能确定是否达到平衡状态；故b错误。c、由方程式可知该反应为固体生成气体的反应，随着反应的进行，气体的质量增加，但体积不变，所以密度增大，当气体密度不变时，则说明反应达到了平衡状态；故c正确。d、消耗1mol h2o(g)表示的为正反应速率，生成1mol h2表示的仍为正反应速率，无法确定正反应速率与逆反应速率是否相等，所以无法确定是否达到平衡。故d错误。综上所述可以说明反应达到平衡的为ac。、恒温下，在2l的密闭容器中同时投入四种物质，10min时达到平衡，测得容器中有1mol h2o(g)、1mol co(g)、2molh2(g)和2molc(s)，可得各气体物质的平衡浓度分别为：c(h2o)=1/2mol/l、c(co)=1/2mol/l、c(h2)=1mol/l，则该反应的平衡常数：k=c(co)c(h2)/c(h2o)=1mol/l若此时加压，平衡向着气体分子数减小的方向即逆反应方向移动；、在第10分钟时氢气的物质的量为2mol，随着化学反应的逆向移动，氢气的物质的量逐渐减小。但由于可逆反应不能进行到底，再次达平衡时氢气的物质的量应大于1mol。故图像为考点：能正确书写热化学方程式，能根据盖斯定律进行有关反应热的简单计算。理解化学平衡和化学平衡常数的含义，能用化学平衡常数进行简单计算。理解浓度、温度、压强、催化剂等对化学平衡影响的一般规律。点评：本题考查盖斯定律的计算、化学平衡状态的判断、化学平衡常数k的计算、化学平衡移动方向的判断等知识点。可逆反应在一定条件下是否达到平衡状态可从两个方面进行判断：一、是根据化学平衡状态的本质特征正反应速率与逆反应速率相等（正逆）；二、是根据化学平衡状态的宏观表现各组分的浓度（及与浓度相关的一些物理量如