2021高考化学一轮复习 7.2 化学平衡状态和移动练习（含解析）苏教版

化学平衡状态和移动温室效应,又称“花房效应”,是大气保温效应的俗称。大气能使太阳短波辐射到达地面,但地表受热后向外放出的大量长波热辐射线却被大气吸收,这样就使地表与低层大气温作用类似于栽培农作物的温室,故名温室效应。自工业革命以来,人类向大气中排入的二氧化碳等吸热性强的温室气体逐年增加,大气的温室效应也随之增强,已引起全球气候变暖等一系列极其严重的问题,引起了全世界各国的关注。近年我国大力加强温室气体co2催化氢化合成甲醇技术的工业化量产研究,实现可持续发展,其反应为.3h2(g)+co2(g)ch3oh(g)+h2o(g)h1=-48.9 kjmol-1。问题1:为提高ch3oh的产率,理论上应采用什么样的条件?(素养角度变化观念与平衡思想)提示:根据热化学方程式可知,生成ch3oh的方向是放热反应方向,也是气体体积减小的方向,因此提高ch3oh的产率,需要降低温度升高压强。问题2:250 、在恒容密闭容器中由co2(g)催化氢化合成ch3oh(g),下图为不同投料比n(h2)/n(co2)时某反应物x平衡转化率变化曲线。判断反应物x是co2还是h2。(素养角度证据推理与模型认知)提示:观察图中的横坐标,其物理量为n(h2)n(co2),若假设n(co2)为定值,则x的转化率随n(h2)的增大而增大,则x为co2。问题3:催化剂和反应条件与反应物转化率和产物的选择性有高度相关。控制相同投料比和相同反应时间,有如下四组实验数据:实验编号温度(k)催化剂co2转化率(%)甲醇选择性(%)a543cu/zno纳米棒12.342.3b543cu/zno纳米片11.972.7c553cu/zno纳米棒15.339.1d553cu/zno纳米片12.070.6根据上表所给数据,判断用co2生产甲醇的最佳选项。(素养角度科学探究与创新意识)提示:选择性是指产物的专一性,在一个化学反应中若有多个产物,其中某一产物是目标产物,若这个物质的产率越高,说明该反应的选择性越好。观察四组数据,相比之下,bd的选择性很高,且b的co2转化率比d稍低些,但是b的ch3oh的选择性高出了不少,故最佳选项为b。问题4:在催化剂czza(普通铜基催化剂)作用下合成甲醇时会发生如下副反应.co2(g)+h2(g)co(g)+h2o(g)h2=41.2 kjmol-1。现将1 mol co2与3 mol h2通入恒容密闭容器中进行反应,co2的平衡转化率和甲醇的选择率(甲醇的选择率:转化的co2中生成甲醇的物质的量分数)随温度的变化趋势如图所示:请分析随着温度的升高,co2的平衡转化率增加但甲醇的选择率降低的原因。(素养角度变化观念与平衡思想)提示:升高温度,反应为放热反应,平衡逆向移动,反应为吸热反应,平衡正向移动且程度较大,所以co2平衡转化率增加但甲醇的选择率降低,故答案为随温度升高,反应放热,平衡逆移,反应吸热,平衡正移且程度较大,所以co2平衡转化率增加但甲醇的选择率降低。1.大气中的污染物氮氧化物主要来源于机动车尾气,低温脱硝技术可用于处理废气中的氮氧化物,发生的化学反应为2nh3(g)+no(g)+no2(g)2n2(g)+3h2o(g)ht2),下列图象正确的是()【解析】选c、d。已知t1t2,由t1到t2为降温,反应速率应减小,图象与实际不符,故a错误;利用“先拐先平数值大”的原则,根据图中显示可得t1t2,图象与实际不符,故b错误;增大压强反应向体积减小的方向移动,即正反应方向移动,co2的体积分数增大;保持压强不变,降低温度,反应向放热的方向移动,即正反应方向移动,co2的体积分数增大,图象与实际相符合,故c正确;平衡常数只与温度有关,改变压强平衡不移动,图象与实际相符合,故d正确。3.氮化硅是一种重要的结构陶瓷材料,具有优良的机械性能,常用来制造轴承、气轮机叶片、机械密封环、永久性模具等机械构件。我国已研制出了氮化硅陶瓷柴油机。工业制备氮化硅的反应为3sicl4(g)+2n2(g)+6h2(g)si3n4(s)+12hcl(g)h”“”或“=”) ,理由是_。【解析】(1)ch4和co2反应制备合成气的反应为ch4(g)+co2(g)2co(g)+2h2(g)。由图象知1 100 、p2时ch4的转化率为80%,则转化ch4的物质的量为1 mol80%=0.8 mol,根据方程式知生成co物质的量为1.6 mol,v(co)=1.6 mol10 l10 min=0.016 moll-1min-1。a,v(h2)逆=3v(co)正表明逆反应速率大于正反应速率,反应没有达到平衡状态;b,该反应中所有物质都是气态,根据质量守恒定律,混合气体的质量始终不变,容器的容积不变,混合气体的密度始终不变,密闭容器中混合气体的密度不变不能说明反应达到平衡状态;c,该反应的正反应是气体分子数增大的反应,建立平衡过程中气体分子物质的量增大,密闭容器中总压强增大,平衡时气体分子物质的量不变,密闭容器中总压强不变,密闭容器中总压强不变能说明反应达到平衡状态;d,达到平衡时各物质的浓度保持不变,不一定相等,c(ch4)=c(co)不能说明反应达到平衡状态;能说明反应达到平衡状态的是c项,答案选c。该反应的正反应为气体分子数增大的反应,增大压强平衡向逆反应方向移动,ch4的转化率减小,由图知在相同温度下p1时ch4的转化率大于p2,则p1小于p2。由图知,y点ch4转化率小于平衡时ch4的转化率,反应正向进行,v(正)大于v(逆)。y点的温度与x点的温度相同,y点平衡常数与x点相等,用三段式ch4(g) + co2(g)2co(g)+2h2(g)c(起始)(moll-1)0.10.100c(转化)(moll-1)0.10.8=0.080.080.160.16c(平衡)(moll-1)0.020.020.160.16k=c2(co)c2(h2)c(ch4)c(co2)=(0.16moll-1)2(0.16 moll-1)20.02moll-10.02 moll-1=1.638 4 (moll-1)2。(2)290 前,co转化率和甲醚产率的变化趋势不一致,说明在290 前有副反应发生。由图可见升高温度,co转化率减小,甲醚产率减小,升高温度平衡向逆反应方向移动,逆反应为吸热反应,正反应为放热反应,h0,即b0。答案:(1)0.016 moll-1min-1c小于大于1.638 4 mol2l-2(2)有副反应发生平衡后,升高温度,甲醚的产率降低【加固训练】1.汽车尾气系统中的催化转化器,可有效降低尾气中的co、no和no2等向大气的排放。在催化转化器的前半部分发生的反应为2co(g)+2no(g)2co2(g)+n2(g)。一定条件下,下列说法能充分说明该反应已经达到化学平衡状态的是()a.正、逆反应速率都等于零b.co、no、co2、n2的浓度相等c.co、no、co2、n2在容器中共存d.co、no、co2、n2的浓度均不再变化【解析】选d。在一定条件下,当一个可逆反应的正反应速率与逆反应速率相等时且不等于零,或反应物的浓度与生成物的浓度不再改变即为平衡状态,故a错误;co、no、co2、n2的浓度相等,并不能说明各物质的浓度不变,不能说明反应达到了平衡状态,故b错误;可逆反应中的反应物和生成物都会同时存在于一个容器中,co、no、co2、n2在容器中共存不能说明为平衡状态,故c错误;co、no、co2、n2的浓度均不再变化能够说明反应达到平衡状态,故d正确。2.氢能是发展中的新能源,它的利用包括氢的制备、储存和应用三个环节。在恒温恒容的密闭容器中,某储氢反应:mhx(s)+yh2(g)mhx+2y(s)hv(吸氢)【解析】选a。mhx(s)+yh2(g)mhx+2y(s)h0,该反应属于气体的物质的量发生改变的反应。平衡时气体的物质的量不变,压强不变,a正确;该反应为可逆反应,吸收y mol h2需要大于1 mol的mhx,b错误;降低温度,平衡向正反应方向移动,平衡常数增大,c错误;向容器内通入少量氢气,相当于增大压强,平衡正向移动,v(放氢)v(吸氢),d错误。3.乙醇是一种很好的溶剂,既能溶解许多无机物,又能溶解许多有机物,也是一种重要的化工原料,而且是绿色能源之一。据报道,在300 、70 mpa下由二氧化碳和氢气合成乙醇已成为现实:2co2(g)+6h2(g)ch3ch2oh(g)+3h2o(g),下列叙述错误的是()a.使用cu-zn-fe催化剂可大大提高生产效率b.反应需在300 进行可推测该反应是吸热反应c.充入大量co2气体可提高h2的转化率d.从平衡混合气体中分离出ch3ch2oh和h2o可提高co2和h2的利用率【解析】选b。使用cu-zn-fe催化剂可加快反应速率,能大大提高生产效率,a项正确;反应加热与反应是放热还是吸热没有直接的关系,如煤的燃烧放热,但需要加热,b项错误;充入大量co2气体平衡会正向移动,所以可提高h2的转化率,c项正确;从平衡混合气体中分离出ch3ch2oh和h2o会使平衡正向移动,所以可提高co2和h2的利用率,d项正确。4.研究氮氧化物反应机理,对于控制汽车尾气、保护环境有重要意义。nh3催化还原氮氧化物(scr)技术是目前应用最广泛的烟气氮氧化物脱除技术。反应的热化学方程式为4nh3(g)+6no(g)5n2(g)+6h2o(g)h=-1 811.63 kjmol-1;反应在恒容密闭容器中进行,在其他条件相同时,选用不同的催化剂,反应产生n2的物质的量随时间变化如图1所示。(1)在催化剂a的作用下,经过相同时间,测得脱氮率随反应温度的变化情况如图2所示,据图可知,在相同的时间内,300 之前,温度升高脱氮率逐渐增大,300 之后温度升高脱氮率逐渐减小(催化剂均未失效),写出300 之后脱氮率减小的原因是_。(2)其他条件相同时,请在图2中补充在催化剂b作用下脱氮率随温度变化的曲线。【解析】(1)由于300 之后反应达平衡,脱氮率决定于平衡的移动,该反应正反应是放热反应,升高温度平衡