第一部分 題型17　化學反應速率與化學平衡的綜合考查

題型17化學反應速率與化學平衡的綜合考查對應學生用書P1721．反應2NO(g)＋2CO(g)2CO2(g)＋N2(g)ΔH＜0可用于處理汽車尾氣。下列說法正確的是(C)A．該反應在任何溫度下都能自發(fā)進行B．上述反應平衡常數(shù)K＝eq\f(c2CO·c2NO,c2CO2·cN2)C．其他條件相同，增大體系壓強，能提高NO的平衡轉(zhuǎn)化率D．其他條件相同，提高c(CO)，正反應速率加快，逆反應速率減慢解析該反應的ΔH<0，ΔS<0，根據(jù)反應自發(fā)進行的條件：ΔH－TΔS<0，該反應在低溫下可自發(fā)進行，A錯誤；根據(jù)化學方程式可知，平衡常數(shù)K＝eq\f(c2CO2·cN2,c2CO·c2NO)，B錯誤；該反應正反應為氣體體積減小的反應，增大壓強，化學平衡正向移動，可提高NO的平衡轉(zhuǎn)化率，C正確；提高一氧化碳的濃度，隨著反應進行，正、逆反應速率均加快，D錯誤。2．(2023·湖南長沙聯(lián)考二模)向1L的恒容密閉容器中加入1molX和2molY，發(fā)生反應：X(g)＋2Y(g)2Z(g)，X的轉(zhuǎn)化率α隨溫度T的變化如圖所示(圖中不同溫度下的轉(zhuǎn)化率是反應第5min時測得的數(shù)據(jù))。下列說法正確的是(C)A．300℃時，0～5min內(nèi)平均反應速率v(Z)＝0.3mol·L－1·min－1B．b、c點對應的v逆(Y)大小關系：b>cC．若c點時反應達到平衡狀態(tài)，反應消耗pmolX(p<1)，同時消耗2pmolZD．若將氣體體積縮小為0.5L，則c點溫度下的α(X)減小解析a點時，X的轉(zhuǎn)化率為30%，此時生成的Z為0.6mol，Z的平均反應速率為0.12mol·L－1·min－1，A錯誤；溫度越高，反應速率越快，故b、c兩點v逆(Y)大小關系為c>b，B錯誤；c點達平衡，反應消耗pmolX，同時消耗2pmolZ，C正確；c點溫度下，壓縮體積，即增大壓強，平衡正向移動，α(X)增大，D錯誤。3．(2023·河北石家莊統(tǒng)考一模)向起始溫度相同、體積相等的甲、乙兩個恒容密閉容器中分別充入1molNO(g)和1molCO(g)發(fā)生反應：2NO(g)＋2CO(g)2CO2(g)＋N2(g)ΔH<0，其中一個為絕熱容器，另一個為恒溫容器。若測得兩容器中除0時刻外，任意時刻的正反應速率始終滿足v甲>v乙，則下列說法錯誤的是(B)A．甲為絕熱容器B．NO的平衡轉(zhuǎn)化率：甲>乙C．除0時刻外，任意時刻的壓強始終滿足p甲>p乙D．該反應正反應的活化能小于逆反應的活化能解析該反應為放熱反應，若容器為絕熱容器，則體系內(nèi)溫度升高，溫度越高反應速率越快，由任意時刻的正反應速率始終滿足v甲>v乙，可判斷甲中溫度高，為絕熱容器，故A正確；該反應為放熱反應，溫度升高使平衡逆向移動，會降低NO的轉(zhuǎn)化率，因此乙中NO的平衡轉(zhuǎn)化率高于甲，故B錯誤；除0時刻外，甲中溫度高于乙，且甲正向進行程度小于乙，甲中氣體分子數(shù)大于乙，則甲中壓強始終大于乙，故C正確；該反應為放熱反應，正反應的活化能小于逆反應的活化能，故D正確。4．一定溫度下，向2L恒溫恒容密閉容器中加入足量活性炭和2molNO2，發(fā)生反應2NO2(g)＋2C(s)2CO2(g)＋N2(g)，部分物質(zhì)的物質(zhì)的量隨反應時間t的變化曲線如圖所示，下列說法正確的是(C)A．曲線Ⅱ表示n(CO2)隨t的變化B．0～2min內(nèi)，v(C)＝v(CO2)＝0.375mol·L－1·min－1C．3min時，加入催化劑可同時增大NO2的生成速率和消耗速率D．3min時，充入N2增大壓強，該容器的氣體顏色不變解析加入活性炭和NO2，隨著反應時間的推移，NO2的物質(zhì)的量減少，CO2和N2的物質(zhì)的量增加，相同反應時間內(nèi)CO2增加的量是N2的兩倍，因此曲線Ⅰ表示n(CO2)隨t的變化，曲線Ⅱ表示n(N2)隨t的變化，曲線Ⅲ表示n(NO2)隨t的變化，A項錯誤；C是固體，濃度不隨著反應時間推移而變化，不能用于表示反應速率，B項錯誤；反應在此條件下2min后已經(jīng)達到平衡，3min時加入催化劑可以同時且同等程度加快正、逆反應的速率，C項正確；3min時向恒溫恒容密閉容器中充入N2，平衡向逆反應方向移動，c(NO2)增大，容器中氣體的顏色加深，D項錯誤。5．室溫下，氣體M、N、P、Q之間存在如下轉(zhuǎn)化關系：①MN＋P；②MN＋Q，反應①的速率可表示為v1＝k1c(M)，反應②的速率可表示為v2＝k2c(M)，(k1、k2為速率常數(shù))。在容積為10L的密閉容器中，反應體系中組分M、P的物質(zhì)的量隨時間的變化如下表所示：物質(zhì)時間01min2min3min4min5min6minM(mol)1.000.760.560.400.360.360.36P(mol)00.060.110.150.160.160.16下列說法正確的是(B)A．0～3min時間段內(nèi)，Q的平均反應速率為0.15mol·L－1·min－1B．反應開始后，體系中P和Q的濃度之比保持不變C．平衡時M生成Q的轉(zhuǎn)化率為36%D．反應①的活化能比反應②的活化能低解析由表格數(shù)據(jù)可知，0～3min內(nèi)，M的物質(zhì)的量變化量為0.60mol，P的物質(zhì)的量變化量為0.15mol，則反應生成的Q的物質(zhì)的量為0.60mol－0.15mol＝0.45mol，則Q的平均反應速率為eq\f(0.45mol,10L×3min)＝0.015mol·L－1·min－1，故A錯誤；由化學反應速率定義可知，反應開始后，體系中P和Q的濃度變化量之比Δc(P)∶Δc(Q)＝tv1∶tv2＝k1c(M)∶k2c(M)＝k1∶k2，k1、k2為定值，所以反應開始后，體系中P和Q的濃度之比保持不變，故B正確；由表格數(shù)據(jù)可知，4min反應達到平衡時，M的物質(zhì)的量變化量為0.64mol，P的物質(zhì)的量變化量為0.16mol，則反應生成的Q的物質(zhì)的量為0.64mol－0.16mol＝0.48mol，M生成Q的轉(zhuǎn)化率為eq\f(0.48mol,1.00mol)×100%＝48%，故C錯誤；由上述分析可知，反應①的反應速率慢于反應②，反應速率越快，活化能越小，則反應①的活化能比反應②的活化能高，故D錯誤。6．(2023·廣東汕頭實驗中學聯(lián)考)常壓下羰基化法精煉鎳的原理為Ni(s)＋4CO(g)Ni(CO)4(g)。230℃時，該反應的平衡常數(shù)K＝2×10－5。已知：Ni(CO)4的沸點為42.2℃，固體雜質(zhì)不參與反應。第一階段：將粗鎳與CO反應轉(zhuǎn)化成氣態(tài)Ni(CO)4；第二階段：將第一階段反應后的氣體分離出來，加熱至230℃制得高純鎳。下列判斷正確的是(A)A．升高溫度，該反應的平衡常數(shù)減小B．該反應達到平衡時，v生成[Ni(CO)4]＝4v生成(CO)C．第一階段，在30℃和50℃兩者之間選擇反應溫度，選30℃D．第二階段，Ni(CO)4分解率較低解析反應Ni(s)＋4CO(g)Ni(CO)4(g)的正反應是一個熵減的自發(fā)反應，故可判斷Ni(s)＋4CO(g)Ni(CO)4(g)是放熱反應，所以升高溫度，該反應的平衡常數(shù)減小，A正確；該反應達到平衡時，正、逆反應速率相等，4v生成[Ni(CO)4]＝v生成(CO)，B錯誤；Ni(CO)4的沸點為42.2℃，將粗鎳與CO反應轉(zhuǎn)化成氣態(tài)Ni(CO)4，選擇反應溫度應選50℃，C錯誤；Ni(s)＋4CO(g)Ni(CO)4(g)的平衡常數(shù)K＝eq\f(c[NiCO4],c4CO)＝2×10－5，第二階段反應為Ni(CO)4(g)Ni(s)＋4CO(g)，該反應的平衡常數(shù)K＝eq\f(c4CO,c[NiCO4])＝eq\f(1,2×10－5)＝5×104，故Ni(CO)4分解率較高，D錯誤。7．(2023·廣東深圳統(tǒng)考一模)恒容密閉容器中，nmolCO2與3nmolH2在不同溫度下發(fā)生反應：2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)，達到平衡時，各組分的物質(zhì)的量濃度(c)隨溫度(T)變化如圖所示：下列說法正確的是(C)A．該反應的平衡常數(shù)隨溫度升高而增大B．曲線Y表示c(C2H4)隨溫度的變化關系C．提高投料比[n(CO2)∶n(H2)]，可提高H2的平衡轉(zhuǎn)化率D．其他條件不變，2nmolCO2與6nmolH2在T1℃下反應，達到平衡時c(H2)<c1mol·L－1解析由題圖可知，溫度升高，H2的平衡濃度增大，說明平衡逆向移動，該反應為放熱反應，該反應的平衡常數(shù)隨溫度升高而減小，故A錯誤；結(jié)合化學方程式2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)可知，c(C2H4)的變化量為c(H2O)變化量的eq\f(1,4)，則曲線Y表示c(H2O)隨溫度的變化關系，故B錯誤；提高投料比[n(CO2)∶n(H2)]即增大CO2的濃度，平衡正向移動，H2的平衡轉(zhuǎn)化率增大，故C正確；其他條件不變，2nmolCO2與6nmolH2在T1℃下反應，等效于增大壓強，該反應是氣體體積減小的反應，平衡正向移動，H2的濃度減小，但仍然大于nmolCO2與3nmolH2在T1℃下發(fā)生反應時H2的平衡濃度c1mol·L－1，故D錯誤。8．取50mL過氧化氫水溶液，在少量I－存在下分解：2H2O2=2H2O＋O2↑。在一定溫度下，測得O2的放出量，轉(zhuǎn)換成H2O2濃度(c)如下表：t/min020406080c/(mol·L－1)0.800.400.200.100.050下列說法不正確的是(C)A．反應20min時，測得O2體積為224mL(標準狀況)B．20～40min，消耗H2O2的平均速率為0.010mol·L－1·min－1C．第30min時的瞬時速率小于第50min時的瞬時速率D．H2O2分解酶或Fe2O3代替I－也可以催化H2O2分解解析反應20min時，過氧化氫的濃度變?yōu)?.40mol·L－1，說明分解的過氧化氫的物質(zhì)的量n(H2O2)＝(0.80－0.40)mol·L－1×0.05L＝0.02mol，過氧化氫分解生成的氧氣的物質(zhì)的量n(O2)＝0.01mol，標準狀況下的體積V＝n·Vm＝0.01mol×22.4L·mol－1＝0.224L＝224mL，A正確；20～40min，消耗過氧化氫的濃度為(0.40－0.20)mol·L－1＝0.20mol·L－1，則這段時間內(nèi)的平均速率v＝eq\f(Δc,Δt)＝eq\f(0.20mol·L－1,20min)＝0.010mol·L－1·min－1，B正確；隨著反應的不斷進行，過氧化氫的濃度不斷減小，某一時刻分解的過氧化氫的量也不斷減小，故第30min時的瞬時速率大于第50min時的瞬時速率，C錯誤；I－在反應中起催化作用，故也可以用過氧化氫分解酶或Fe2O3代替，D正確。9．(2023·湖南懷化聯(lián)考二模)T℃時，含等濃度的AgNO3與Fe(NO3)2的混合溶液中發(fā)生反應：Fe2＋(aq)＋Ag＋(aq)Fe3＋(aq)＋Ag(s)ΔH<0，t1時刻，改變某一外界條件繼續(xù)反應至t2時刻，溶液中c(Ag＋)和c(Fe3＋)隨時間的變化關系如圖所示。下列說法正確的是(D)已知：T℃時，該反應的化學平衡常數(shù)K＝1A．若t1時刻未改變外界條件，則此時該反應：v正>v逆B．若t2時刻反應達到平衡，則t1時刻改變的條件可能為及時移除AgC．若始終保持溫度不變，則逆反應速率：D．0～t2s內(nèi)Ag＋的平均反應速率為eq\f(0.03,t2)mol·L－1·s－1解析若t1時刻未改變外界條件，則此時該反應處于平衡狀態(tài)，v正＝v逆，A錯誤；若t2時刻反應達到平衡，c(Ag＋)＝c(Fe2＋)＝0.08mol·L－1，c(Fe3＋)＝0.03mol·L－1，此時的平衡常數(shù)K約為4.69>1，已知：T℃時，該反應的化學平衡常數(shù)K＝1，ΔH<0，則t1時刻改變的條件是降溫，B錯誤；t1時刻到t2時刻，c(Fe3＋)增加，其反應速率加快，即逆反應速率：，C錯誤；0～t2s內(nèi)c(Fe3＋)的濃度由0變?yōu)?.03mol·L－1，即濃度變化為0.03mol·L－1，其平均反應速率為eq\f(0.03,t2)mol·L－1·s－1，又因為各物質(zhì)的速率之比等于其化學計量數(shù)之比，所以Ag＋的平均反應速率為eq\f(0.03,t2)mol·L－1·s－1，D正確。10．工業(yè)上利用CO2和H2制備HCOOH，相關化學鍵的鍵能如下表所示：化學鍵C=OH—HO—HC—HC—O鍵能/(kJ·mol－1)745436462.8413.4351已知：①溫度為T1℃時，CO2(g)＋H2(g)HCOOH(g)K＝2；②實驗測得：v正＝k正c(CO2)·c(H2)，v逆＝k逆c(HCOOH)，k正、k逆為速率常數(shù)。下列說法不正確的是(D)A．反應CO2(g)＋H2(g)HCOOH(g)的ΔH<0B．T1℃時，密閉容器充入濃度均為1mol·L－1的CO2(g)、H2(g)，反應至平衡，則HCOOH(g)體積分數(shù)為eq\f(1,3)C．T1℃時，k逆＝0.5k正D．若溫度為T2℃時，k正＝2.1k逆，則T2℃>T1℃解析T1℃時，反應達到平衡時，正、逆反應速率相等，則k正c(CO2)·c(H2)＝k逆c(HCOOH)，反應的平衡常數(shù)K＝eq\f(k正,k逆)＝eq\f(cHCOOH,cCO2·cH2)，設平衡時生成甲酸的濃度為amol·L－1，由題意可建立如下三段式：CO2(g)＋H2(g)HCOOH(g)起(mol·L－1)1 1 0變(mol·L－1)a a a平(mol·L－1)1－a1－a a由平衡常數(shù)可得，eq\f(a,1－a1－a)＝2，解得a＝0.5，反應的平衡常數(shù)K＝eq\f(0.5,0.5×0.5)＝eq\f(cHCOOH,cCO2·cH2)＝2。由反應熱與反應物的鍵能之和和生成物的鍵能之和的差值相等可知，反應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正確；由分析可知，甲酸的體積分數(shù)為eq\f(0.5mol,1.5mol)＝eq\f(1,3)，故B正確；由分析可知，反應的平衡常數(shù)K＝eq\f(k正,k逆)＝2，則k逆＝0.5k正，故C正確；該反應為放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，化學平衡常數(shù)減小，由溫度為T2℃時，k正＝2.1k逆可知，反應的平衡常數(shù)K′＝eq\f(k正,k逆)＝2.1＞K，則反應溫度T2℃＜T1℃，故D錯誤。11．(2023·廣東廣州統(tǒng)考一模)恒容密閉容器中，以硫(S8)與CH4為原料制備CS2，S8受熱分解成氣態(tài)S2，發(fā)生反應2S2(g)＋CH4(g)CS2(g)＋2H2S(g)ΔH。CH4的平衡轉(zhuǎn)化率、S2的體積分數(shù)隨溫度的變化曲線如圖所示。下列說法正確的是(B)A．ΔH>0B．溫度升高，S8分解率增大，S2體積分數(shù)增大C．向平衡體系中充入惰性氣體，平衡向右移動D．其他條件相同，S2體積分數(shù)越大，CH4平衡轉(zhuǎn)化率越小解析由題圖可看出，溫度升高，CH4的平衡轉(zhuǎn)化率降低，S2的體積分數(shù)升高，所以正反應方向是放熱的，即ΔH<0，選項A錯誤；升溫時，S8分解率增大，S2體積分數(shù)增大，選項B正確；向恒溫恒容的平衡體系中充入惰性氣體，由于與反應有關的氣體的物質(zhì)的量濃度均未變化，所以Q＝K，平衡不移動，選項C錯誤；其他條件相同時，S2體積分數(shù)越大，相當于增大S2的濃度，則平衡向右進行的程度越大，CH4的平衡轉(zhuǎn)化率越大，選項D錯誤。12．恒溫密閉容器中，發(fā)生反應：2CO2(g)＋6H2(g)eq\o(,\s\up15(催化劑))C2H4(g)＋4H2O(g)ΔH＜0。起始時，若按照n(CO2)∶n(H2)＝1∶3的投料比充入容器，測得平衡時n(H2)和n(H2O)隨溫度的變化如圖所示。下列說法中正確的是(C)A．L線表示平衡時n(H2O)隨溫度的變化B．其他條件不變時，若增大容器容積，則v正減小，v逆增大C．x＝5.16D．使用催化劑，可降低反應的活化能，減小ΔH的值解析由于ΔH<0，隨著溫度的升高，平衡逆向移動，n(H2)增大，n(H2O)減少，故L為n(H2)隨溫度的變化曲線，A錯誤；其他條件不變時，若增大容器容積，濃度均減小，則v正、v逆均減小，B錯誤；由題圖知，在393K時，n(H2)＝4.2mol，n(H2O)＝5.8mol，升高溫度，反應將向逆反應方向移動，在a點時，n(H2)＝n(H2O)，設由393K升溫到460K時，H2O(g)反應的物質(zhì)的量為bmol，由關系式6H2(g)～4H2O(g)，則4.2＋eq\f(3,2)b＝5.8－b，b＝0.64，x＝5.16，C正確；使用催化劑，只能降低反應的活化能，增大反應速率，但不能減小ΔH的值，D錯誤。13．(2023·河南安陽模擬)在300mL的密閉容器中，放入鎳粉并充入一定量的CO氣體，一定條件下發(fā)生反應：Ni(s)＋4CO(g)Ni(CO)4(g)。已知該反應平衡常數(shù)與溫度的關系如下表，下列說法正確的是(D)溫度/℃2580230平衡常數(shù)5×10421.9×10－5A.上述生成Ni(CO)4(g)的反應為吸熱反應B．25℃時反應Ni(CO)4(g)Ni(s)＋4CO(g)的平衡常數(shù)為0.5C．在某條件下達到平衡，測得Ni(CO)4、CO濃度均為0.5mol·L－1，則此時溫度高于80℃D．80℃達到平衡時，保持體積不變，向體系中充入一定量的CO，再次達到平衡后CO的體積分數(shù)減小解析化學平衡常數(shù)只受溫度的影響，根據(jù)表格數(shù)據(jù)可知，隨著溫度的升高，平衡常數(shù)減小，因此正反應方向是放熱反應，故A錯誤；相同溫度下可逆反應的正反應和逆反應的平衡常數(shù)互為倒數(shù)，則在25℃時反應Ni(CO)4(g)Ni(s)＋4CO(g)的平衡常數(shù)為eq\f(1,5×104)＝2×10－5，故B錯誤；在某條件下達到平衡，測得Ni(CO)4、CO濃度均為0.5mol·L－1，則平衡常數(shù)為eq\f(0.5,0.54)＝8，此時溫度小于80℃，故C錯誤；80℃達到平衡時，保持體積不變，向體系中充入一定量的CO，相當于增大壓強，平衡向正反應方向進行，達到平衡后CO的體積分數(shù)減小，故D正確。14．已知反應：CH2=CHCH3(g)＋Cl2(g)CH2=CHCH2Cl(g)＋HCl(g)。在一定壓強下，按w＝eq\f(nCl2,nCH2=CHCH3)向密閉容器中充入氯氣與丙烯。圖甲表示平衡時，丙烯的體積分數(shù)(φ)與溫度T、w的關系，圖乙表示正、逆反應的平衡常數(shù)與溫度的關系。則下列說法中錯誤的是(C)A．圖甲中w2＞1B．圖乙中，A線表示逆反應的平衡常數(shù)C．溫度為T1，w＝2時，Cl2的轉(zhuǎn)化率為50%D．若在恒容絕熱裝置中進行上述反應，達到平衡時，裝置內(nèi)的氣體壓強增大解析在其他條件不變時，增大反應物Cl2的濃度，化學平衡正向移動，可以使更多丙烯反應變?yōu)樯晌铮罱K達到平衡時丙烯的體積分數(shù)減小，由于丙烯的體積分數(shù)：w2＜w1，w1＝1，所以w2＞1，A項正確；根據(jù)題圖甲可知，在w不變時，升高溫度，丙烯的平衡含量增大，說明升高溫度，化學平衡逆向移動，正反應的化學平衡常數(shù)減小，則正反應為放熱反應，ΔH＜0，化學平衡常數(shù)只與溫度有關，升高溫度，化學平衡逆向移動，正反應平衡常數(shù)減小，又因為正反應平衡常數(shù)與逆反應平衡常數(shù)互為倒數(shù)，則逆反應化學平衡常數(shù)隨溫度的升高而增大，所以在題圖乙中A線表示逆反應的平衡常數(shù)，B線表示正反應的平衡常數(shù)，B項正確；當溫度為T1，w＝2時，K＝1，假設在反應開始時n(丙烯)＝1mol，n(Cl2)＝2mol，反應過程中丙烯反應消耗量為xmol，則平衡時：n(丙烯)＝(1－x)mol，n(Cl2)＝(2－x)mol，n(CH2=CH—CH2Cl)＝n(HCl)＝xmol，假設容器的容積為V，則K＝eq