第一部分 题型17　化学反应速率与化学平衡的综合考查

题型17化学反应速率与化学平衡的综合考查对应学生用书P1721．反应2NO(g)＋2CO(g)2CO2(g)＋N2(g)ΔH＜0可用于处理汽车尾气。下列说法正确的是(C)A．该反应在任何温度下都能自发进行B．上述反应平衡常数K＝eq\f(c2CO·c2NO,c2CO2·cN2)C．其他条件相同，增大体系压强，能提高NO的平衡转化率D．其他条件相同，提高c(CO)，正反应速率加快，逆反应速率减慢解析该反应的ΔH<0，ΔS<0，根据反应自发进行的条件：ΔH－TΔS<0，该反应在低温下可自发进行，A错误；根据化学方程式可知，平衡常数K＝eq\f(c2CO2·cN2,c2CO·c2NO)，B错误；该反应正反应为气体体积减小的反应，增大压强，化学平衡正向移动，可提高NO的平衡转化率，C正确；提高一氧化碳的浓度，随着反应进行，正、逆反应速率均加快，D错误。2．(2023·湖南长沙联考二模)向1L的恒容密闭容器中加入1molX和2molY，发生反应：X(g)＋2Y(g)2Z(g)，X的转化率α随温度T的变化如图所示(图中不同温度下的转化率是反应第5min时测得的数据)。下列说法正确的是(C)A．300℃时，0～5min内平均反应速率v(Z)＝0.3mol·L－1·min－1B．b、c点对应的v逆(Y)大小关系：b>cC．若c点时反应达到平衡状态，反应消耗pmolX(p<1)，同时消耗2pmolZD．若将气体体积缩小为0.5L，则c点温度下的α(X)减小解析a点时，X的转化率为30%，此时生成的Z为0.6mol，Z的平均反应速率为0.12mol·L－1·min－1，A错误；温度越高，反应速率越快，故b、c两点v逆(Y)大小关系为c>b，B错误；c点达平衡，反应消耗pmolX，同时消耗2pmolZ，C正确；c点温度下，压缩体积，即增大压强，平衡正向移动，α(X)增大，D错误。3．(2023·河北石家庄统考一模)向起始温度相同、体积相等的甲、乙两个恒容密闭容器中分别充入1molNO(g)和1molCO(g)发生反应：2NO(g)＋2CO(g)2CO2(g)＋N2(g)ΔH<0，其中一个为绝热容器，另一个为恒温容器。若测得两容器中除0时刻外，任意时刻的正反应速率始终满足v甲>v乙，则下列说法错误的是(B)A．甲为绝热容器B．NO的平衡转化率：甲>乙C．除0时刻外，任意时刻的压强始终满足p甲>p乙D．该反应正反应的活化能小于逆反应的活化能解析该反应为放热反应，若容器为绝热容器，则体系内温度升高，温度越高反应速率越快，由任意时刻的正反应速率始终满足v甲>v乙，可判断甲中温度高，为绝热容器，故A正确；该反应为放热反应，温度升高使平衡逆向移动，会降低NO的转化率，因此乙中NO的平衡转化率高于甲，故B错误；除0时刻外，甲中温度高于乙，且甲正向进行程度小于乙，甲中气体分子数大于乙，则甲中压强始终大于乙，故C正确；该反应为放热反应，正反应的活化能小于逆反应的活化能，故D正确。4．一定温度下，向2L恒温恒容密闭容器中加入足量活性炭和2molNO2，发生反应2NO2(g)＋2C(s)2CO2(g)＋N2(g)，部分物质的物质的量随反应时间t的变化曲线如图所示，下列说法正确的是(C)A．曲线Ⅱ表示n(CO2)随t的变化B．0～2min内，v(C)＝v(CO2)＝0.375mol·L－1·min－1C．3min时，加入催化剂可同时增大NO2的生成速率和消耗速率D．3min时，充入N2增大压强，该容器的气体颜色不变解析加入活性炭和NO2，随着反应时间的推移，NO2的物质的量减少，CO2和N2的物质的量增加，相同反应时间内CO2增加的量是N2的两倍，因此曲线Ⅰ表示n(CO2)随t的变化，曲线Ⅱ表示n(N2)随t的变化，曲线Ⅲ表示n(NO2)随t的变化，A项错误；C是固体，浓度不随着反应时间推移而变化，不能用于表示反应速率，B项错误；反应在此条件下2min后已经达到平衡，3min时加入催化剂可以同时且同等程度加快正、逆反应的速率，C项正确；3min时向恒温恒容密闭容器中充入N2，平衡向逆反应方向移动，c(NO2)增大，容器中气体的颜色加深，D项错误。5．室温下，气体M、N、P、Q之间存在如下转化关系：①MN＋P；②MN＋Q，反应①的速率可表示为v1＝k1c(M)，反应②的速率可表示为v2＝k2c(M)，(k1、k2为速率常数)。在容积为10L的密闭容器中，反应体系中组分M、P的物质的量随时间的变化如下表所示：物质时间01min2min3min4min5min6minM(mol)1.000.760.560.400.360.360.36P(mol)00.060.110.150.160.160.16下列说法正确的是(B)A．0～3min时间段内，Q的平均反应速率为0.15mol·L－1·min－1B．反应开始后，体系中P和Q的浓度之比保持不变C．平衡时M生成Q的转化率为36%D．反应①的活化能比反应②的活化能低解析由表格数据可知，0～3min内，M的物质的量变化量为0.60mol，P的物质的量变化量为0.15mol，则反应生成的Q的物质的量为0.60mol－0.15mol＝0.45mol，则Q的平均反应速率为eq\f(0.45mol,10L×3min)＝0.015mol·L－1·min－1，故A错误；由化学反应速率定义可知，反应开始后，体系中P和Q的浓度变化量之比Δc(P)∶Δc(Q)＝tv1∶tv2＝k1c(M)∶k2c(M)＝k1∶k2，k1、k2为定值，所以反应开始后，体系中P和Q的浓度之比保持不变，故B正确；由表格数据可知，4min反应达到平衡时，M的物质的量变化量为0.64mol，P的物质的量变化量为0.16mol，则反应生成的Q的物质的量为0.64mol－0.16mol＝0.48mol，M生成Q的转化率为eq\f(0.48mol,1.00mol)×100%＝48%，故C错误；由上述分析可知，反应①的反应速率慢于反应②，反应速率越快，活化能越小，则反应①的活化能比反应②的活化能高，故D错误。6．(2023·广东汕头实验中学联考)常压下羰基化法精炼镍的原理为Ni(s)＋4CO(g)Ni(CO)4(g)。230℃时，该反应的平衡常数K＝2×10－5。已知：Ni(CO)4的沸点为42.2℃，固体杂质不参与反应。第一阶段：将粗镍与CO反应转化成气态Ni(CO)4；第二阶段：将第一阶段反应后的气体分离出来，加热至230℃制得高纯镍。下列判断正确的是(A)A．升高温度，该反应的平衡常数减小B．该反应达到平衡时，v生成[Ni(CO)4]＝4v生成(CO)C．第一阶段，在30℃和50℃两者之间选择反应温度，选30℃D．第二阶段，Ni(CO)4分解率较低解析反应Ni(s)＋4CO(g)Ni(CO)4(g)的正反应是一个熵减的自发反应，故可判断Ni(s)＋4CO(g)Ni(CO)4(g)是放热反应，所以升高温度，该反应的平衡常数减小，A正确；该反应达到平衡时，正、逆反应速率相等，4v生成[Ni(CO)4]＝v生成(CO)，B错误；Ni(CO)4的沸点为42.2℃，将粗镍与CO反应转化成气态Ni(CO)4，选择反应温度应选50℃，C错误；Ni(s)＋4CO(g)Ni(CO)4(g)的平衡常数K＝eq\f(c[NiCO4],c4CO)＝2×10－5，第二阶段反应为Ni(CO)4(g)Ni(s)＋4CO(g)，该反应的平衡常数K＝eq\f(c4CO,c[NiCO4])＝eq\f(1,2×10－5)＝5×104，故Ni(CO)4分解率较高，D错误。7．(2023·广东深圳统考一模)恒容密闭容器中，nmolCO2与3nmolH2在不同温度下发生反应：2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)，达到平衡时，各组分的物质的量浓度(c)随温度(T)变化如图所示：下列说法正确的是(C)A．该反应的平衡常数随温度升高而增大B．曲线Y表示c(C2H4)随温度的变化关系C．提高投料比[n(CO2)∶n(H2)]，可提高H2的平衡转化率D．其他条件不变，2nmolCO2与6nmolH2在T1℃下反应，达到平衡时c(H2)<c1mol·L－1解析由题图可知，温度升高，H2的平衡浓度增大，说明平衡逆向移动，该反应为放热反应，该反应的平衡常数随温度升高而减小，故A错误；结合化学方程式2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)可知，c(C2H4)的变化量为c(H2O)变化量的eq\f(1,4)，则曲线Y表示c(H2O)随温度的变化关系，故B错误；提高投料比[n(CO2)∶n(H2)]即增大CO2的浓度，平衡正向移动，H2的平衡转化率增大，故C正确；其他条件不变，2nmolCO2与6nmolH2在T1℃下反应，等效于增大压强，该反应是气体体积减小的反应，平衡正向移动，H2的浓度减小，但仍然大于nmolCO2与3nmolH2在T1℃下发生反应时H2的平衡浓度c1mol·L－1，故D错误。8．取50mL过氧化氢水溶液，在少量I－存在下分解：2H2O2=2H2O＋O2↑。在一定温度下，测得O2的放出量，转换成H2O2浓度(c)如下表：t/min020406080c/(mol·L－1)0.800.400.200.100.050下列说法不正确的是(C)A．反应20min时，测得O2体积为224mL(标准状况)B．20～40min，消耗H2O2的平均速率为0.010mol·L－1·min－1C．第30min时的瞬时速率小于第50min时的瞬时速率D．H2O2分解酶或Fe2O3代替I－也可以催化H2O2分解解析反应20min时，过氧化氢的浓度变为0.40mol·L－1，说明分解的过氧化氢的物质的量n(H2O2)＝(0.80－0.40)mol·L－1×0.05L＝0.02mol，过氧化氢分解生成的氧气的物质的量n(O2)＝0.01mol，标准状况下的体积V＝n·Vm＝0.01mol×22.4L·mol－1＝0.224L＝224mL，A正确；20～40min，消耗过氧化氢的浓度为(0.40－0.20)mol·L－1＝0.20mol·L－1，则这段时间内的平均速率v＝eq\f(Δc,Δt)＝eq\f(0.20mol·L－1,20min)＝0.010mol·L－1·min－1，B正确；随着反应的不断进行，过氧化氢的浓度不断减小，某一时刻分解的过氧化氢的量也不断减小，故第30min时的瞬时速率大于第50min时的瞬时速率，C错误；I－在反应中起催化作用，故也可以用过氧化氢分解酶或Fe2O3代替，D正确。9．(2023·湖南怀化联考二模)T℃时，含等浓度的AgNO3与Fe(NO3)2的混合溶液中发生反应：Fe2＋(aq)＋Ag＋(aq)Fe3＋(aq)＋Ag(s)ΔH<0，t1时刻，改变某一外界条件继续反应至t2时刻，溶液中c(Ag＋)和c(Fe3＋)随时间的变化关系如图所示。下列说法正确的是(D)已知：T℃时，该反应的化学平衡常数K＝1A．若t1时刻未改变外界条件，则此时该反应：v正>v逆B．若t2时刻反应达到平衡，则t1时刻改变的条件可能为及时移除AgC．若始终保持温度不变，则逆反应速率：D．0～t2s内Ag＋的平均反应速率为eq\f(0.03,t2)mol·L－1·s－1解析若t1时刻未改变外界条件，则此时该反应处于平衡状态，v正＝v逆，A错误；若t2时刻反应达到平衡，c(Ag＋)＝c(Fe2＋)＝0.08mol·L－1，c(Fe3＋)＝0.03mol·L－1，此时的平衡常数K约为4.69>1，已知：T℃时，该反应的化学平衡常数K＝1，ΔH<0，则t1时刻改变的条件是降温，B错误；t1时刻到t2时刻，c(Fe3＋)增加，其反应速率加快，即逆反应速率：，C错误；0～t2s内c(Fe3＋)的浓度由0变为0.03mol·L－1，即浓度变化为0.03mol·L－1，其平均反应速率为eq\f(0.03,t2)mol·L－1·s－1，又因为各物质的速率之比等于其化学计量数之比，所以Ag＋的平均反应速率为eq\f(0.03,t2)mol·L－1·s－1，D正确。10．工业上利用CO2和H2制备HCOOH，相关化学键的键能如下表所示：化学键C=OH—HO—HC—HC—O键能/(kJ·mol－1)745436462.8413.4351已知：①温度为T1℃时，CO2(g)＋H2(g)HCOOH(g)K＝2；②实验测得：v正＝k正c(CO2)·c(H2)，v逆＝k逆c(HCOOH)，k正、k逆为速率常数。下列说法不正确的是(D)A．反应CO2(g)＋H2(g)HCOOH(g)的ΔH<0B．T1℃时，密闭容器充入浓度均为1mol·L－1的CO2(g)、H2(g)，反应至平衡，则HCOOH(g)体积分数为eq\f(1,3)C．T1℃时，k逆＝0.5k正D．若温度为T2℃时，k正＝2.1k逆，则T2℃>T1℃解析T1℃时，反应达到平衡时，正、逆反应速率相等，则k正c(CO2)·c(H2)＝k逆c(HCOOH)，反应的平衡常数K＝eq\f(k正,k逆)＝eq\f(cHCOOH,cCO2·cH2)，设平衡时生成甲酸的浓度为amol·L－1，由题意可建立如下三段式：CO2(g)＋H2(g)HCOOH(g)起(mol·L－1)1 1 0变(mol·L－1)a a a平(mol·L－1)1－a1－a a由平衡常数可得，eq\f(a,1－a1－a)＝2，解得a＝0.5，反应的平衡常数K＝eq\f(0.5,0.5×0.5)＝eq\f(cHCOOH,cCO2·cH2)＝2。由反应热与反应物的键能之和和生成物的键能之和的差值相等可知，反应ΔH＝(745kJ·mol－1×2＋436kJ·mol－1)－(745kJ·mol－1＋462.8kJ·mol－1＋413.4kJ·mol－1＋351kJ·mol－1)<0，故A正确；由分析可知，甲酸的体积分数为eq\f(0.5mol,1.5mol)＝eq\f(1,3)，故B正确；由分析可知，反应的平衡常数K＝eq\f(k正,k逆)＝2，则k逆＝0.5k正，故C正确；该反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，化学平衡常数减小，由温度为T2℃时，k正＝2.1k逆可知，反应的平衡常数K′＝eq\f(k正,k逆)＝2.1＞K，则反应温度T2℃＜T1℃，故D错误。11．(2023·广东广州统考一模)恒容密闭容器中，以硫(S8)与CH4为原料制备CS2，S8受热分解成气态S2，发生反应2S2(g)＋CH4(g)CS2(g)＋2H2S(g)ΔH。CH4的平衡转化率、S2的体积分数随温度的变化曲线如图所示。下列说法正确的是(B)A．ΔH>0B．温度升高，S8分解率增大，S2体积分数增大C．向平衡体系中充入惰性气体，平衡向右移动D．其他条件相同，S2体积分数越大，CH4平衡转化率越小解析由题图可看出，温度升高，CH4的平衡转化率降低，S2的体积分数升高，所以正反应方向是放热的，即ΔH<0，选项A错误；升温时，S8分解率增大，S2体积分数增大，选项B正确；向恒温恒容的平衡体系中充入惰性气体，由于与反应有关的气体的物质的量浓度均未变化，所以Q＝K，平衡不移动，选项C错误；其他条件相同时，S2体积分数越大，相当于增大S2的浓度，则平衡向右进行的程度越大，CH4的平衡转化率越大，选项D错误。12．恒温密闭容器中，发生反应：2CO2(g)＋6H2(g)eq\o(,\s\up15(催化剂))C2H4(g)＋4H2O(g)ΔH＜0。起始时，若按照n(CO2)∶n(H2)＝1∶3的投料比充入容器，测得平衡时n(H2)和n(H2O)随温度的变化如图所示。下列说法中正确的是(C)A．L线表示平衡时n(H2O)随温度的变化B．其他条件不变时，若增大容器容积，则v正减小，v逆增大C．x＝5.16D．使用催化剂，可降低反应的活化能，减小ΔH的值解析由于ΔH<0，随着温度的升高，平衡逆向移动，n(H2)增大，n(H2O)减少，故L为n(H2)随温度的变化曲线，A错误；其他条件不变时，若增大容器容积，浓度均减小，则v正、v逆均减小，B错误；由题图知，在393K时，n(H2)＝4.2mol，n(H2O)＝5.8mol，升高温度，反应将向逆反应方向移动，在a点时，n(H2)＝n(H2O)，设由393K升温到460K时，H2O(g)反应的物质的量为bmol，由关系式6H2(g)～4H2O(g)，则4.2＋eq\f(3,2)b＝5.8－b，b＝0.64，x＝5.16，C正确；使用催化剂，只能降低反应的活化能，增大反应速率，但不能减小ΔH的值，D错误。13．(2023·河南安阳模拟)在300mL的密闭容器中，放入镍粉并充入一定量的CO气体，一定条件下发生反应：Ni(s)＋4CO(g)Ni(CO)4(g)。已知该反应平衡常数与温度的关系如下表，下列说法正确的是(D)温度/℃2580230平衡常数5×10421.9×10－5A.上述生成Ni(CO)4(g)的反应为吸热反应B．25℃时反应Ni(CO)4(g)Ni(s)＋4CO(g)的平衡常数为0.5C．在某条件下达到平衡，测得Ni(CO)4、CO浓度均为0.5mol·L－1，则此时温度高于80℃D．80℃达到平衡时，保持体积不变，向体系中充入一定量的CO，再次达到平衡后CO的体积分数减小解析化学平衡常数只受温度的影响，根据表格数据可知，随着温度的升高，平衡常数减小，因此正反应方向是放热反应，故A错误；相同温度下可逆反应的正反应和逆反应的平衡常数互为倒数，则在25℃时反应Ni(CO)4(g)Ni(s)＋4CO(g)的平衡常数为eq\f(1,5×104)＝2×10－5，故B错误；在某条件下达到平衡，测得Ni(CO)4、CO浓度均为0.5mol·L－1，则平衡常数为eq\f(0.5,0.54)＝8，此时温度小于80℃，故C错误；80℃达到平衡时，保持体积不变，向体系中充入一定量的CO，相当于增大压强，平衡向正反应方向进行，达到平衡后CO的体积分数减小，故D正确。14．已知反应：CH2=CHCH3(g)＋Cl2(g)CH2=CHCH2Cl(g)＋HCl(g)。在一定压强下，按w＝eq\f(nCl2,nCH2=CHCH3)向密闭容器中充入氯气与丙烯。图甲表示平衡时，丙烯的体积分数(φ)与温度T、w的关系，图乙表示正、逆反应的平衡常数与温度的关系。则下列说法中错误的是(C)A．图甲中w2＞1B．图乙中，A线表示逆反应的平衡常数C．温度为T1，w＝2时，Cl2的转化率为50%D．若在恒容绝热装置中进行上述反应，达到平衡时，装置内的气体压强增大解析在其他条件不变时，增大反应物Cl2的浓度，化学平衡正向移动，可以使更多丙烯反应变为生成物，最终达到平衡时丙烯的体积分数减小，由于丙烯的体积分数：w2＜w1，w1＝1，所以w2＞1，A项正确；根据题图甲可知，在w不变时，升高温度，丙烯的平衡含量增大，说明升高温度，化学平衡逆向移动，正反应的化学平衡常数减小，则正反应为放热反应，ΔH＜0，化学平衡常数只与温度有关，升高温度，化学平衡逆向移动，正反应平衡常数减小，又因为正反应平衡常数与逆反应平衡常数互为倒数，则逆反应化学平衡常数随温度的升高而增大，所以在题图乙中A线表示逆反应的平衡常数，B线表示正反应的平衡常数，B项正确；当温度为T1，w＝2时，K＝1，假设在反应开始时n(丙烯)＝1mol，n(Cl2)＝2mol，反应过程中丙烯反应消耗量为xmol，则平衡时：n(丙烯)＝(1－x)mol，n(Cl2)＝(2－x)mol，n(CH2=CH—CH2Cl)＝n(HCl)＝xmol，假设容器的容积为V，则K＝eq