专题7化学反应速率与化学平衡

第七章化学反应速率与化学平衡考试时间：75分钟总分：100分可能用到的相对原子质量：H1C12N14O16Na23Al27S32Cl35.5V51Mn—55Fe—56Cu—64Ba137一、选择题：本题共15小题，每小题3分，共45分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。A．催化剂能改变ΔHB．该反应正反应的活化能小于逆反应的活化能C．通入He(g)，压强增大，H2S的转化率增大D．升温，平衡常数增大【答案】B【解析】A项，催化剂只能改变反应的途径，但不能改变反应的始态和终态，即不能改变反应的焓变△H，A错误；B项，根据反应热等于正反应的活化能减去逆反应的活化能可知，该反应正反应的活化能小于逆反应的活化能，B正确；C项，在恒容密闭容器中，通入He(g)，容器压强虽然增大，但反应体系中各物质的浓度均不改变，平衡不移动，即H2S的转化率不变，C错误；D项，由题干信息可知，该反应是一个放热反应，则升温平衡逆向移动，导致平衡常数减小，D错误；故选B。2．(2025•天津南开模拟)低温脱硝技术可用于处理废气中的氮氧化物，发生的化学反应为在恒容的密闭容器中，下列有关说法正确的是()A．平衡时，其他条件不变，升高温度可使该反应的平衡常数增大B．平衡时，其他条件不变，增加NH3的浓度，NH3的转化率增大C．单位时间内消耗NO和N2的物质的量之比为时，反应达到平衡状态D．其他条件不变，使用高效催化剂，会缩短反应时间提高废气中氮氧化物的转化率【答案】C【解析】A项，该反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，平衡常数减小，A错误；B项，平衡时，其他条件不变，增加NH3的浓度，增加的NH3部分转化，转化率减小，B错误；C项，单位时间内消耗NO和N2的物质的量之比为1：2时，说明正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，C正确；D项，催化剂不能影响平衡移动，不影响物质转化率，D错误；故选C。3．(2025·江苏二模)反应：4SO2(g)＋5O2(g)+8NH3(g)4NH4HSO4C(s)＋2N2(g)＋2H2O(l)可用于氨气脱硫，下列说法正确的是()A．反应的ΔSC．使用高效催化剂能降低反应的焓变【答案】D4．一定温度下，在三个体积均为1L的恒容密闭容器中发生反应：2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)容器编号温度(℃)起始物质的量(mol)平衡物质的量(mol)CH3OH(g)CH3OCH3(g)H2O(g)①3870.200.0800.080②3870.40③2070.200.0900.090下列说法正确的是()A．该反应的正反应为吸热反应B．达到平衡时，容器①中的CH3OH体积分数比容器②中的小C．若容器①中反应达到平衡时增大压强，则各物质浓度保持不变D．若起始向容器①中充入CH3OH0.10mol、CH3OCH30.10mol、H2O0.10mol，则反应将向正反应方向进行【答案】D【解析】A项，对比①、③知，其它条件不变时，升高温度，平衡时生成物的量减少，说明升高温度平衡逆向移动，则正反应为放热反应，故A错误；B项，①、②温度相同，但由于反应前后体积不变，增大反应物浓度相当于是增大压强，平衡不移动。因此容器①中的CH3OH体积分数和容器②中的相同，故B错误；C项，若容器①中反应达到平衡时增大压强，平衡不移动，但容器容积减小，则各物质浓度均增大，故C错误；D项，387℃时，根据三段式可知：5．某温度下2L密闭容器中3种气体起始状态和平衡状态时的物质的量(n)如表所示，下列说法正确的是()XYWn(起始状态)/mol210n(平衡状态)/mol10.51．5A．该温度下，此反应的平衡常数表达式是K＝eq\f(c2（X）·c（Y）,c3（W）)B．其他条件不变，升高温度，若W的体积分数减小，则此反应ΔH<0C．其他条件不变，使用催化剂，正、逆反应速率和平衡常数均增大，平衡不移动D．其他条件不变，当密闭容器中混合气体密度不变时，表明反应已达到平衡【答案】B【解析】由表知，X、Y是反应物，W是生成物，且Δn(X)∶Δn(Y)∶Δn(W)＝2∶1∶3，化学方程式为2X＋Y3W，反应的平衡常数表达式是K＝eq\f(c3（W）,c2（X）·c（Y）)，A项错误；升高温度，若W的体积分数减小，说明平衡向逆反应方向移动，则此反应的ΔH<0，B项正确；使用催化剂，平衡常数不变，C项错误；混合气体密度一直不变，因此混合气体密度不变，不能说明反应已达到平衡，D项错误。6．已知反应X(g)＋Y(g)R(g)＋Q(g)的平衡常数与温度的关系如表所示。830℃时，向一个2L的密闭容器中充入0.2molX和0.8molY，反应初始4s内v(X)＝0.005mol/(L·s)。下列说法正确的是()温度/℃70080083010001200平衡常数1.71.11.00.60.4A.4s时容器内c(Y)＝0.76mol/LB.830℃达平衡时，X的转化率为80%C.反应达平衡后，升高温度，平衡正向移动D.1200℃时反应R(g)＋Q(g)X(g)＋Y(g)的平衡常数K＝0.4【答案】B【解析】反应初始4s内X的平均反应速率v(X)＝0.005mol/(L·s)，根据速率之比等于化学计量数之比，可知v(Y)＝v(X)＝0.005mol/(L·s)，则4s内Δc(Y)＝0.005mol·L－1·s－1×4s＝0.02mol/L，Y的起始浓度为eq\f(0.8mol,2L)＝0.4mol/L，故4s时c(Y)＝0.4mol/L－0.02mol/L＝0.38mol/L，A项错误；设平衡时A的浓度变化量为x，则：X(g)＋Y(g)R(g)＋Q(g)开始(mol/L)：0.10.400变化(mol/L)：xxxx平衡(mol/L)：0.1－x0.4－xxx故eq\f(x2,（0.1－x）（0.4－x）)＝1．0，解得x＝0.08，所以平衡时X的转化率为eq\f(0.08mol/L,0.1mol/L)×100%＝80%，B项正确；由表格可知，温度升高，化学平衡常数减小，平衡逆向移动，C项错误；1200℃时反应X(g)＋Y(g)R(g)＋Q(g)的平衡常数值为0.4，所以1200℃时反应R(g)＋Q(g)X(g)＋Y(g)的平衡常数的值为eq\f(1,0.4)＝2．5，D项错误。7．已知，25℃时K2Cr2O7溶液中存在以下平衡：Cr2O72(aq)+H2O(l)2CrO42(aq)+2H+(aq)K1=3.27×1015Cr2O72(aq)+H2O(l)2HCrO4(aq)K2=3.0×102HCrO4(aq)CrO42(aq)+H+(aq)K3A．0.1mol/LK2Cr2O7溶液中，加入少量的HI气体，c(CrO42)增大B．溶液颜色不再变化，可以判断该体系达到平衡C．a点溶液中离子浓度关系：c(K+)c(CrO42)c(Cr2O72)c(H+)【答案】AB．b点为平衡转化率，a、c点不是平衡转化率C．TK时，该反应的平衡常数为2mol·L1D．V1L容器中反应达到平衡后，若再投入1molSOCl2和1molS2O，平衡不移动【答案】D9．(2025·江西省南昌市高三联考)恒温20L密闭容器内发生2NO(g)＋2CO(g)2CO2(g)＋N2(g)ΔH＝746.8kJ·mol−1，一开始投入一定量的CO和NO，测得NO、CO的物质的量浓度随时间变化的关系如图所示。下列说法错误的是()A．该反应是熵减小的反应，低温有利于自发进行B．a点理论上化学反应释放的能量约为4.1kJC．0～4s，氮气的反应速率v(N2)=2.25mol·L1·D．b点氮气的体积分数约为8.9%【答案】CA．2SCl2(g)S2Cl2(g)+Cl2(g)的ΔH>0、ΔS>0B．55OC，从0~10min，以S2Cl2表示反应的平均速率为0.0050mol·L1·min1C．当容器中混合气体的平均相对分子质量恒定不变时，反应达到平衡状态D．82℃，若起始时在该密闭容器中充入SCl2、S2Cl2和Cl2各0.1mol，则此时v(逆)>v(正)【答案】A11．(2025·湖南省炎德英才名校联考联合体高三第四次联考)某温度下，向1L刚性密闭容器中充入1molN2和适量H2合成氨，化学反应为N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH<0，，测得平衡体系中，各物质浓度关系如图所示。下列叙述错误的是()A．L1代表c(NH3)变化趋势B．平衡常数K=0.2L2·mol2C．b点中x=12D．b点沿L1移向d点时，平衡正移【答案】CA．随温度升高该反应的平衡常数变大B．加入合适催化剂有利于提高CO2的平衡转化率C．℃时，恒容下充入Ar，压强增大，平衡正向移动，平衡时浓度变小【答案】D13．(2025·重庆市西南大学附属中学校高三阶段性监测)碘甲烷(CH3I)在一定条件下可裂解制取低碳烯烃，发生如下反应：反应1：2CH3I(g)C2H4(g)＋2HI(g)ΔH＝+80.2kJ·mol−1反应2：3C2H4(g)2C3H6(g)ΔH＝108.1kJ·mol−1反应3：2C2H4(g)C4H8(g)ΔH＝120.6kJ·mol−1向密闭容器中充入一定量的碘甲烷，维持容器内P0=0.1MPa，平衡时C2H4、C3H6和C4H8的物质的量分数与温度的关系如图所示。下列说法错误的是()A．图中物质表示的是C2H4D．随着温度升高，反应2的选择性先增大后减小【答案】B14．逆水煤气变换体系中存在以下两个反应：反应Ⅰ：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)；反应Ⅱ：O2(g)＋4H2O(g)CH4(g)＋2H2O(g)。在恒压条件下，按V(CO2)：V(H2)=1：1投料比进行反应，含碳物质的平衡体积分数随温度的变化如图所示。下列说法正确的是()A．反应CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g)ΔHB．点反应Ⅰ的平衡常数约为1C．加入合适的催化剂可由点到点【答案】B15．(2025·山西省部分学校高三模拟预测)在刚性容器中，充入0.5mol/L的CH3OH，发生如下反应主反应：CH3OH(g)HCHO(g)＋H2(g)ΔH副反应：CH3OH(g)CO(g)＋2H2(g)A．主反应：正反应活化能>逆反应活化能B．点对应条件下，甲醛速率：v正＞v逆C．高于600℃，催化剂对副反应的选择性可能提高D．700℃，H2的平衡浓度为0.4mol/L(甲醛选择性值近似取1/3)【答案】D二、非选择题：本题共4小题，共55分。16．(14分)(2025·浙江省宁波市余姚中学期中考试)甲烷催化重整是工业制氢的重要途径。涉及的主要反应如下，请回答相关问题。①甲烷部分氧化反应：CH4(g)＋1/2O2(g)CO(g)＋2H2(g)ΔH＝35.7kJ·mol−1②甲烷水蒸气重整反应：CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)ΔH＝+206.2kJ·mol−1③水气转换反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)ΔH＝41.2kJ·mol−1(1)依据原子轨道重叠的方式判断，CH4分子中的共价键属于键，与CO2所含该类型共价键的个数之比为。(2)甲烷水蒸气重整—水气变换耦合反应为CH4(g)＋2H2O(g)CO2(g)＋4H2(g)，该反应的ΔH＝kJ·mol−1，该反应自发进行的条件是。(3)一定温度下，恒容反应器中注入初始浓度均为1mol·L1的原料气CH4(g)、O2(g)、H2O(g)，充分反应达到平衡状态，测得c(CH4)=c(CO2)=0.25mol·L1、c(O2)=0.75mol·L1，该条件下反应③的平衡常数为。(4)下列说法正确的是_____。A．通过控制氧气用量，有利于实现甲烷重整过程的热平衡B．升高温度，水气变换反应速率降低，H2产率降低C．恒压条件比恒容条件利于提高CH4平衡转化率D．一定温度下，恒容反应器中c(CO)：c(CO2)=1，说明反应达到平衡状态①在图2中画出CH4转化率与温度关系示意图。②近年来发展了钯膜催化甲烷重整制氢技术，反应器中H2选择性透过膜的机理如图3所示，说明该制备技术的优点：。【答案】(1)σ(1分)2：1(1分)(2)+165(2分)高温(2分)(3)2(2分)(4)AC(2分)②生成的H2通过钯膜不断分离，生成物浓度降低，平衡右移，转化率(产率)提高；钯膜选择性透过H2，可直接分离获得高纯度H2(2分)【解析】(1)甲烷分子中含有4个头碰头的σ键，二氧化碳分子中含有2个头碰头的σ键和2个肩并肩的π键，则甲烷分子和二氧化碳分子中σ键个数比为2：1；(2)由盖斯定律可知，反应②+反应③=目标反应，则反应(+206.2kJ/mol)+(—41.2kJ/mol)=+165kJ/mol，则该反应为熵增的吸热反应，高温条件下反应ΔH—TΔS＜0，能自发进行；17．(13分)(2025·河北省“五个一”名校联盟高三联考)CO2的资源化利用是化学研究的热点。I．CO2与C3H8耦合可制备丙烯(1)在In/HZSM5催化作用下，CO2与C3H8耦合的反应过程如图所示。已知：C3H8(g)=C3H6(g)＋H2(g)ΔH1＝+123.8kJ·mol−1CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH2＝+41.2kJ·mol−1耦合反应C3H8(g)+CO2(g)=C3H6(g)＋CO(g)＋H2O(g)的ΔH＝kJ·mol−1，该反应在(填“高温”“低温”或“任意温度”)下能自发进行。II．CO2电还原可制备高附加值的有机物(2)CO2电还原可能的反应机理如图所示(*表示吸附态的)。①若还原产物主要为CH4，应选择(填“”“”或“”)作催化剂。②选择合适的金属催化剂，CO2电还原生成的过程可描述为。①下列措施能提高CO2平衡转化率的是(填标号)。A降低温度B．再充入ArC．分离出HCOOH②673.15K下，反应至某时刻时体系中H2的分压为aMPa，则该时刻主反应的压力商QP=(填计算式即可)MPa1。③当温度高于673.15K时，随温度升高，主反应与副反应的反应速率相比，增加更显著的是副反应，判断的理由是。【答案】(1)+165.0(2分)高温(1分)(2)Cu(2分)CO2得e形成CO2后，C与Au催化剂活性位，点连接，再结合H+形成COOH吸附在催化剂表面，继续得e并结合H+脱水形成CO吸附在催化剂表面，最后从催化剂表面脱附(或“先发生反应CO2+e=CO2，而后发生反应CO2+H+→COOH，继续得e并结合H+形成CO吸附在催化剂表面，最后脱附”)(2分)【解析】(1)已知：①C3H8(g)=C3H6(g)＋H2(g)ΔH1＝+123.8kJ·mol−1；②CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH2＝+41.2kJ·mol−1；根据盖斯定律，反应①+反应②得到C3H8(g)+CO2(g)=C3H6(g)＋CO(g)＋H2O(g)，则ΔH＝+123.8kJ·mol−1+41.2kJ·mol−1＝+165.0kJ·mol−1；该反应的ΔHΔS，则在高温下自发进行；(2)①若还原产物主要为CH4时，应选择Cu作催化剂；回溯CH4时生成机理，第1步是C与催化剂活性位点相连，排除Sn；Au对CO的吸附能力较小，CO易脱离；Cu对CO的吸附能力强，CO不易从催化剂表面脱离，即可得到CH4；②当选择恰当金属催化剂时，CO2得e形成CO2后C与Au催化剂活性位点连接，再结合H+形成COOH吸附在催化剂表面，继续得e并结合H+脱水形成CO吸附在催化剂上，最后从催化剂表面脱附，生成CO；18．(14分)(2025·广东省部分学校高三联考)羰基硫(COS)常用于合成杀草丹、燕麦敌、杀虫剂巴丹等农药。工业上通过CO与H2S反应制取COS，反应体系中主要涉及以下反应：a．CO(g)＋H2S(g)COS(g)＋H2(g)ΔH1；b．CO(g)＋3H2(g)CH4(g)＋H2O(g)ΔH2；c．CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)ΔH3；d．CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)ΔH4。(1)与CO2相同，COS中所有原子最外层也都满足8电子结构，COS属于分子(填“极性”或“非极性”)，COS的沸点CO2的沸点(填“>”、“=”或“<”)。(2)根据盖斯定律，反应d的ΔH4=(用含的代数式表示)。(3)以CO和H2S反应制取COS的反应(a、b、c、d)体系在一定条件下建立平衡后，下列说法正确的是_______(填选项字母)。A．恒容条件下增大CO与H2S的浓度，反应a、b、c、d的正反应速率都增加B．升高温度，CO2的浓度增大，表明反应d为吸热反应C．加入作用于反应a的催化剂，可增大ΔH1的值D．降低反应温度，反应a~d的正、逆反应速率都减小(4)反应a分两步进行，其反应过程中的能量变化如图1所示。中间产物为，决定COS生成速率的步骤是(填“第1步”或“第2步”)。(5)在密闭容器中按下表投料，分别发生反应a和反应d(N2不参与反应)，反应时间和压强相同时，测得两个反应中COS的物质的量分数随温度变化的关系如图2实线所示(虚线表示平衡曲线)。反应序号反应a反应d起始投料COH2SN2CO2H2SN2起始物质的量分数/%11981198②已知相同条件下，反应a速率比反应d快，1000℃时，反应a的平衡常数。(用分数表示，写出分析与计算过程)。【答案】(1)极性(1分)>(1分)(2)ΔH1ΔH3(2分)(3)AD(2分)(4)S2(2分)第2步(2分)(5)<(2分)(2分)【解析】(1)COS的结构式为O=C=S，为直线形分子，但由于C=O与C=S键键长不同，正负电中心不重合，故为极性分子；COS与CO2均为分子晶体，COS的相对分子质量更大，范德华力更大，沸点更高；(2)根据盖斯定律，可知反应d=反应a反应c，即ΔH4=ΔH1ΔH3；(3)A项，恒容条件下增大CO和H2S的浓度，对于反应a、b、c、d来说，均增大了反应物的浓度，反应的正反应速率增大，A项正确；B项，升高温度，CO2的浓度增大，可能为反应c正向移动导致，也可能是反应d逆向移动导致，所以无法判断反应d吸热还是放热，B项错误；C项，催化剂可以同等程度增大正、逆反应速率，不能改变反应的焓变，C项错误；D项，降低温度，体系的总能量降低，正、逆反应速率均减小，D项正确；故选AD；(4)由图可知，中间产物为S2，两步反应中，慢反应速率决定总反应速率，活化能越大，反应速率越慢，所以决定COS生成速率的步骤是第2步；19．(14分)(2025·吉林省长春市东北师范大学附属中学高三第三考试)环氧乙烷(简称EO)是高效消毒剂，可用于口罩等医用品消毒，工业常用乙烯氧化法生产。回答下列问题：(1)C2H4的燃烧热ΔH＝1411.0kJ·mol−1，则EO(g)的燃烧热ΔH＝ΔH＝57.3kJ·mol−1。(2)以下既能加快反应速率又能提高EO产率的方法有_______(填标号)。A．降低温度B．向容器中充入N2使压强增大C．采用改性的催化剂D．用空气替代氧气(3)已知：(g)＋HCl(g)(l)，合成过程中的温度与氯乙醇的平衡产率关系如图a，30℃下原料投料比与氯乙醇的平衡产率关系如图b。反应随温度升高平衡产率降低的可能原因为；反应达到平衡时，系统总压为p，根据图b中A点数据计算该温度下的平衡常数Kp=(以分压表示，分压=总压×物质的量分数)。(4)EO经水解可得到乙二醇。乙二醇易溶于水的原因为：；写出乙二醇一氧气碱性燃料电池的负极电极反应式：。(5)以Ag为催化剂的反应机理如图所