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第8講　化學反應速率和化學平衡 [限時50分鐘，滿分70分] 一、選擇題(包括7個小題，每小題5分，共35分) 1．已知反應：2NO(g)＋Br2(g)===2NOBr(g)的活化能為a kJmol－1，其反應機理如下： ①NO(g)＋Br2(g)===NOBr2(g)　慢 ②NO(g)＋NOBr2(g)===2NOBr(g)　快 下列有關該反應的說法正確的是 A．反應的速率主要取決于②的快慢 B．反應速率v(NO)=v(NOBr)=2v(Br2) C．NOBr2是該反應的催化劑 D．該反應的焓變等于a kJmol－1 解析　A項，反應速率的快慢主要取決于慢反應①的速率；B項，反應速率之比等于化學計量數(shù)之比，根據(jù)總反應式知v(NO)=v(NOBr)=2v(Br2)；C項，NOBr2是反應①的生成物，是反應②的反應物，不是催化劑；D項，a kJmol－1是總反應的活化能，不是焓變。 答案　B 2．(2015上海高考)對于合成氨反應，達到平衡后，以下分析正確的是 A．升高溫度，對正反應的反應速率影響更大 B．增大壓強，對正反應的反應速率影響更大 C．減小反應物濃度，對逆反應的反應速率影響更大 D．加入催化劑，對逆反應的反應速率影響更大 解析　A．合成氨反應的正反應是放熱反應，升高溫度，正反應、逆反應的反應速率都增大，但是溫度對吸熱反應的速率影響更大，所以對該反應來說，對逆反應速率影響更大，錯誤。B.合成氨的正反應是氣體體積減小的反應。增大壓強，平衡正向移動，正反應速率大于逆反應速率，所以對正反應的反應速率影響更大，正確。C.減小反應物濃度，使正反應的速率減小，由于生成物的濃度沒有變化，所以逆反應速率不變，錯誤。D.加入催化劑，使正反應、逆反應速率改變的倍數(shù)相同，正反應、逆反應速率相同，錯誤。 答案　B 3．向某密閉容器中充入1 mol X與2 mol Y發(fā)生反應：X(g)＋2Y(g)aZ(g)　ΔH＜0，達到平衡后，改變某一條件(溫度或容器體積)，X的平衡轉化率的變化如圖所示。下列說法中正確的是 A．a(chǎn)=2 B．T2＞T1 C．A點的反應速率：v正(X)=v逆(Z) D．用Y表示A、B兩點的反應速率：v(A)＞v(B) 解析　改變壓強，X的平衡轉化率不變，說明反應前后氣體的化學計量數(shù)之和相等，所以a=3；此反應為放熱反應，升高溫度，X的平衡轉化率減小，故T1>T2，所以v(B) >v(A)。 答案　C 4．(2016北京高考)K2Cr2O7溶液中存在平衡：Cr2O(橙色)＋H2O2CrO(黃色)＋2H＋。用K2Cr2O7溶液進行下列實驗： 結合實驗，下列說法不正確的是 A．①中溶液橙色加深，③中溶液變黃 B．②中Cr2O被C2H5OH還原 C．對比②和④可知K2Cr2O7酸性溶液氧化性強 D．若向④中加入70% H2SO4溶液至過量，溶液變?yōu)槌壬? 解析　滴加70%的硫酸，增大了H＋的濃度，使平衡Cr2O(橙色)＋H2O2CrO(黃色)＋2H＋向左移動，因此①中溶液橙色加深，當?shù)渭?0%的NaOH溶液時，中和了H＋，使上述平衡右移，因此③中溶液變黃，A項正確；②中Cr2O被C2H5OH還原，所以顏色變?yōu)榫G色，B項正確；根據(jù)實驗①②可知，在酸性條件下，K2Cr2O7將C2H5OH氧化，根據(jù)實驗③④可知，在堿性條件下，Cr2O和C2H5OH沒有反應，C項正確；若向④中加入70% H2SO4溶液至過量，Cr2O的氧化性增強，Cr2O被C2H5OH還原，溶液變?yōu)榫G色，D項錯誤。 答案　D 5．(2016陜西師大附中模擬)在1.0 L密閉容器中放入1.0 mol X，在一定溫度下發(fā)生反應X(g)Y(g)＋Z(g)　ΔH＜0容器內氣體總壓強p隨反應時間t的變化關系如圖所示。 以下分析正確的是 A．從反應開始到t1時的平均反應速率v(X)=0.2/t1 mol(Lmin)－1 B．該溫度下此反應的平衡常數(shù)K=3.2 C．欲提高平衡體系中Y的含量，可升高體系溫度或減少Z的量 D．其他條件不變，再充入0.1 mol 氣體X，平衡正向移動，X的轉化率增大 解析　在恒容的密閉容器中，氣體的體積比等于容器中氣體產(chǎn)生的壓強之比。在反應開始時壓強是0.5，在t1時的壓強是0.7，則此時容器中氣體的物質的量是x=0.70.5=1.4 mol，根據(jù)反應方程式可知：每有1 mol X發(fā)生反應，反應后氣體的物質的量增加1 mol，現(xiàn)在氣體的物質的量增加0.4 mol，則反應X的物質的量是0.4 mol，用X表示的反應速率是v(X) =(0.4 mol1.0 L)t1=0.4/t1 mol(Lmin)－1，錯誤；B.當反應達到平衡時氣體的壓強是0.9，則平衡時氣體的物質的量是n=0.90.5=1.8 mol，比反應前增加了0.8 mol，根據(jù)反應方程式中的物質的量關系可知0.8 mol X發(fā)生反應，產(chǎn)生Y、Z物質的量都是0.8 mol，此時還有X 0.2 mol，根據(jù)平衡常數(shù)的定義式可得該溫度下此反應的平衡常數(shù)K===3.2，正確；C.該反應的正反應是氣體體積增大的放熱反應，因此根據(jù)平衡移動原理，欲提高平衡體系中Y的含量，可降低體系溫度或減少Z的量，錯誤；D.其他條件不變，再充入0.1 mol 氣體X，由于壓強增大的影響大于濃度增大的影響，增大壓強，平衡向氣體體積減小的逆反應方向移動，X的轉化率降低。 答案　B 6．(2016皖南模擬)在不同溫度下，向V L密閉容器中加入0.5 mol NO和0.5 mol活性炭，發(fā)生反應： 2NO(g)＋C(s)N2(g)＋CO2(g)　ΔH=－Q kJmol－1(Q>0)，達到平衡時的數(shù)據(jù)如下： 溫度/℃ n(C)/mol n(CO2)/mol T1 0.15 T2 0.375 下列有關說法正確的是 A．由上述信息可推知：T1>T2 B．T2 ℃時，若反應達平衡后再縮小容器的體積，c(N2)∶c(NO)增大 C．T1 ℃時，若開始時反應物的用量均減小一半，平衡后NO的轉化率增大 D．T1 ℃時，該反應的平衡常數(shù)K= 解析　 A．根據(jù)題給反應和數(shù)據(jù)知，溫度為T2時反應達平衡時n(CO2)= 0. 125 mol，則溫度由T1到T2，平衡逆向移動，該反應為放熱反應，則改變的條件為升高溫度，則：T1＜T2，故A錯誤；B.該反應為反應前后氣體物質的量不變的反應，T2 ℃時，若反應達平衡后再縮小容器的體積(即增大壓強)，平衡不移動，c(N2)∶c(NO)不變，故B錯誤；C.該反應為反應前后氣體物質的量不變的反應，T1 ℃時，若開始時反應物的用量均減小一半相當于減小壓強，平衡不移動，再次平衡后NO的轉化率不變，故C錯誤；D.T1 ℃時，該反應的平衡常數(shù)K=c(CO2)c(N2)/c2(NO)=0.150.15/0.22=9/16(容積均為V L，計算過程中消去)，故D正確。 答案　D 7．(2015四川高考)一定量的CO2與足量的碳在體積可變的恒壓密閉容器中反應：C(s)＋CO2(g)2CO(g)。平衡時，體系中氣體體積分數(shù)與溫度的關系如下圖所示： 已知：氣體分壓(p分)=氣體總壓(p總)體積分數(shù)。 下列說法正確的是 A．550 ℃時，若充入惰性氣體，v正、v逆均減小，平衡不移動 B．650 ℃時，反應達平衡后CO2的轉化率為25.0% C．T ℃時，若充入等體積的CO2和CO，平衡向逆反應方向移動 D．925 ℃時，用平衡分壓代替平衡濃度表示的化學平衡常數(shù)Kp=24.0p總 解析　A項，550 ℃時，若充入惰性氣體，v正、v逆均減小，由于保持了壓強不變，相當于擴大了體積，平衡正向移動，A項錯誤。B項，根據(jù)圖示可知，在650 ℃時，CO的體積分數(shù)為40%，根據(jù)反應方程式：C(s)＋CO2(g)2CO(g)，設開始加入1 mol CO2，反應掉了x mol CO2，則有： 　　　　　C(s)＋CO2(g)2CO(g) 始態(tài)： 1 mol 0 變化： x mol 2x mol 平衡： (1－x)mol 2x mol 因此有：100%=40%，解得x=0.25，則CO2的平衡轉化率為100%=25%，故B項正確。C項，由圖可知，T ℃時，CO與CO2的體積分數(shù)相等，在等壓下充入等體積的CO和CO2，對原平衡條件無影響，平衡不移動，C項錯誤。D項，925 ℃時，CO的體積分數(shù)為96%，故Kp===23.04p總，D項錯誤。 答案　B 二、非選擇題(包括4個小題，共35分) 8．(8分)(2015全國Ⅱ卷)甲醇既是重要的化工原料，又可作為燃料，利用合成氣(主要成分為CO、CO2和H2)在催化劑作用下合成甲醇。發(fā)生的主要反應如下： ①CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH1 ②CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH2 ③CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH3 回答下列問題： (1)反應①的化學平衡常數(shù)K表達式為____________；圖1中能正確反映平衡常數(shù)K隨溫度變化關系的曲線為________________(填曲線標記字母)，其判斷理由是________________________________________________________________。 (2)合成氣組成n(H2)/n(CO＋CO2)=2.60時，體系中的CO平衡轉化率(α)與溫度和壓強的關系如圖2所示。α(CO)值隨溫度升高而________(填“增大”或“減小”)，其原因是_______________________________________________________；圖2中的壓強由大到小為________________，其判斷理由是__________________。 解析　(1)根據(jù)化學平衡常數(shù)的書寫要求可知，反應①的化學平衡常數(shù)為K=c(CH3OH)/[c(CO)c2(H2)]。反應①為放熱反應，溫度升高，平衡逆向移動，平衡常數(shù)K減小，故曲線a符合要求。(2)由圖2可知，壓強一定時，CO的平衡轉化率隨溫度的升高而減小，其原因是反應①為放熱反應，溫度升高，平衡逆向移動，反應③為吸熱反應，溫度升高，平衡正向移動，又使產(chǎn)生CO的量增大，而總結果是隨溫度升高，CO的轉化率減小。反應①的正反應為氣體總分子數(shù)減小的反應，溫度一定時，增大壓強，平衡正向移動，CO的平衡轉化率增大，而反應③為氣體總分子數(shù)不變的反應，產(chǎn)生CO的量不受壓強的影響，因此增大壓強時，CO的轉化率提高，故壓強p1、p2、p3的關系為p1＜p2＜p3。 答案　(1)K=(或Kp=) a　反應①為放熱反應，平衡常數(shù)數(shù)值應隨溫度升高變小 (2)減小　升高溫度時，反應①為放熱反應，平衡向左移動，使得體系中CO的量增大；反應③為吸熱反應，平衡向右移動，又使產(chǎn)生CO的量增大；總結果，隨溫度升高，使CO的轉化率降低　p3＞p2＞p1　相同溫度下，由于反應①為氣體分子數(shù)減小的反應，加壓有利于提升CO的轉化率；而反應③為氣體分子數(shù)不變的反應，產(chǎn)生CO的量不受壓強影響。故增大壓強時，有利于CO的轉化率升高 9．(9分)(2016成都模擬)現(xiàn)甲、乙兩化學小組安裝兩套如下相同裝置，用以探究影響H2O2分解速率的因素。 (1)儀器a的名稱____________。 (2)MnO2催化下H2O2分解的化學方程式是___________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (3)甲小組有如下實驗設計方案，請幫助完成(所有空均需填滿)。 實驗編號 實驗目的 T/K 催化劑 濃度 甲組實驗Ⅰ 作實驗參照 298 3滴FeCl3溶液 10 mL 2% H2O2 甲組實驗Ⅱ 298 10 mL 5% H2O2 (4)甲、乙兩小組得出如圖數(shù)據(jù)。 ①由甲組實驗得出的數(shù)據(jù)可知：濃度越大，H2O2分解速率________； ②由乙組研究的酸、堿對H2O2分解影響因素的數(shù)據(jù)分析：相同條件下，Na2O2和K2O2溶于水放出氣體速率較快的是________；乙組提出可以用BaO2固體與H2SO4溶液反應制H2O2，其化學反應方程式為_____________________________；支持這一方案的理由是_________________________________________________。 解析　(3)對比實驗Ⅰ和Ⅱ中的H2O2的濃度不同，故表格中的Ⅱ的實驗目的是探究濃度對反應速率的影響，催化劑要和實驗Ⅰ一致，為3滴FeCl3溶液。(4)①由甲組實驗Ⅱ得出的數(shù)據(jù)可知：濃度越大，H2O2分解速率越快；②相同條件下，Na2O2和K2O2溶于水放出氣體速率較快的是K2O2；BaO2與H2SO4溶液反應制H2O2的化學反應方程式為BaO2＋H2SO4===BaSO4＋H2O2，因為制備H2O2的環(huán)境為酸性環(huán)境，H2O2分解速率較慢。 答案　(1)錐形瓶　(2)2H2O22H2O＋O2↑ (3) 探究反應物濃度對速率的影響 3滴FeCl3溶液 (4)①越快?、贙2O2　BaO2＋H2SO4===BaSO4＋H2O2 制備H2O2的環(huán)境為酸性環(huán)境，H2O2分解速率較慢 10．(9分)霧霾嚴重影響人們的生活，汽車尾氣的排放是造成霧霾天氣的重要原因之一。已知汽車尾氣排放時容易發(fā)生以下反應： ①N2(g)＋O2(g)2NO(g)　ΔH1=a kJmol－1 ②CO(g)＋1/2O2(g)CO2(g)　ΔH2=b kJmol－1 ③2CO(g)＋2NO(g)N2(g)＋2CO2(g)　ΔH3 請回答下列問題： (1)ΔH3=________kJmol－1(用含a、b的代數(shù)式表示)。 (2)對于有氣體參與的反應，表示平衡常數(shù)Kp時用氣體組分(B)的平衡壓強p(B)代替該氣體物質的量濃度c(B)，則反應①的平衡常數(shù)表達式Kp=____________。 (3)能說明反應③已達平衡狀態(tài)的標志是________(填字母)。 A．單位時間內生成1 mol CO2的同時消耗了1 mol CO B．在恒溫恒容的容器中，混合氣體的密度保持不變 C．在絕熱恒容的容器中，反應的平衡常數(shù)不再變化 D．在恒溫恒壓的容器中，NO的體積分數(shù)保持不變 (4)在一定溫度下，向體積為V L的恒容密閉容器中充入一定量的NO和CO，發(fā)生反應③。在t1時刻達到平衡，此時n(CO)=x mol，n(NO)=2x mol，n(N2)=y mol，則NO的平衡轉化率為________(用含x、y的代數(shù)式表示)；再向容器中充入y mol CO2和x mol NO，則此時v(正)________(填“＞”、“＜”或“=”)v(逆)。 (5)煙氣中也含有氮氧化物，C2H4可用于煙氣脫硝。為研究溫度、催化劑中Cu2＋負載量對NO去除率的影響，控制其他條件一定，實驗結果如下圖所示。為達到最高的NO去除率，應選擇的反應溫度約為________，Cu2＋負載量為________。 解析　(1)①N2(g)＋O2(g)2NO(g)　ΔH1=a kJmol－1，②CO(g)＋1/2O2(g)CO2(g)　ΔH2=c kJmol－1，由2②－①得：2CO(g)＋2NO(g)N2(g)＋2CO2(g)，由蓋斯定律ΔH3=2ΔH2－ΔH1=(2b－a) kJmol－1； (2)對于有氣體參與的反應，表示平衡常數(shù)Kp時用氣體組分(B)的平衡壓強p(B)代替該氣體物質的量濃度c(B)，則反應①的平衡常數(shù)表達式Kp=； (3)能說明反應③已達平衡狀態(tài)的標志是：A.單位時間內生成1 mol CO2的同時消耗了1 mol CO，描述的都是正反應，不能說明反應已經(jīng)達到平衡，A錯誤；B.在恒溫恒容的容器中，混合氣體的密度保持不變，密度等于混合氣體的質量閉上容器體積，根據(jù)質量守恒不管是否達到平衡，混合氣體的質量都不變，容器體積不變，所以密度始終不變，B錯誤；C.在絕熱恒容的容器中，容器內的溫度隨反應的進行在變化，平衡常數(shù)也會發(fā)生變化，平衡常數(shù)不再變化，說明容器的溫度在變，反應達到平衡，C正確；D.在恒溫恒壓的容器中，NO的體積分數(shù)保持不變，說明各成分的物質的量不再變化，反應達到平衡，D正確； (4)一定溫度下，向體積為V L的恒容密閉容器中充入一定量的NO和CO，發(fā)生反應③2CO(g)＋2NO(g)N2(g)＋2CO2(g)，t1時刻達到平衡，此時n(CO)=x mol，n(NO)=2x mol，n(N2)=y mol，生成N2的物質的量為y mol，反應的NO物質的量為2y，起始NO的物質的量為2x＋2y，平衡轉化率為2y/(2x＋2y)=100%，向容器中充入y mol CO2和x mol NO，相當于同等倍數(shù)的增大反應物和生成物的濃度，平衡不移動，此時v(正)=v(逆)； (5)從圖上可以看出負載為3%時，相同溫度下NO去除率最高，當溫度在350度左右時，去除NO的效果最好。 答案　(1)2b－a　(2) (3)CD　(4)100%　= (5)350 ℃(300 ℃～400 ℃之間)　3% 11．(9分)(2016棗莊模擬)生產(chǎn)中可用雙氧水氧化法處理電鍍含氰廢水，某化學興趣小組模擬該法探究有關因素對破氰反應速率的影響(注：破氰反應是指氧化劑將CN－氧化的反應)。 【相關資料】 ①氰化物主要是以CN－和[Fe(CN)6]3－兩種形式存在。 ②Cu2＋可作為雙氧水氧化法破氰處理過程中的催化劑；Cu2＋在偏堿性條件下對雙氧水分解影響較弱，可以忽略不計。 ③[Fe(CN)6]3－較CN－難被雙氧水氧化，且pH越大；Fe(CN)6]3－越穩(wěn)定，越難被氧化。 【實驗過程】 在常溫下，控制含氰廢水樣品中總氰的初始濃度和催化劑Cu2＋的濃度相同，調節(jié)含氰廢水樣品不同的初始pH和一定濃度雙氧水溶液的用量，設計如下對比實驗： (1)請完成以下實驗設計表(表中不要留空格) 實驗 序號 實驗目的 初始 pH 廢水樣品體積/mL CuSO4溶液的體積/mL 雙氧水溶液的體積/mL 蒸餾水的體積/mL ① 為以下實驗操作參考 7 60 10 10 20 ② 廢水的初始pH對破氰反應速率的影響 12 60 10 10 20 ③ 7 60 10 實驗測得含氰廢水中的總氰濃度(以CN－表示)隨時間變化關系如圖所示。 (2)實驗①中20～60 min時間段反應速率：v(CN－)=__________molL－1min－1。 (3)實驗①和實驗②結果表明，含氰廢水的初始pH增大，破氰反應速率減小，其原因可能是____________________________(填一點即可)。在偏堿性條件下，含氰廢水中的CN－最終被雙氧水氧化為HCO，同時放出NH3，試寫出該反應的離子方程式：________________________________________________________。 (4)該興趣小組同學要探究Cu2＋是否對雙氧水氧化法破氰反應起催化作用，請你幫助他設計實驗并驗證上述結論，完成下表中內容。(己知：廢水中的CN－濃度可用離子色譜儀測定) 實驗步驟(不要寫出具體操作過程) 預期實驗現(xiàn)象和結論 解析　(1)影響該反應的因素有pH以及雙氧水的濃度，實驗目的為廢水的初始pH對破氰反應速率的影響和雙氧水的濃度對破氰反應速率的影響，其他量應不變，而且總體積不變，蒸餾水的體積為10 mL，所以雙氧水的體積為20 mL； (2)根據(jù)v===0.017 5 molL－1min－1； (3)pH越大，[Fe(CN)6]3－越穩(wěn)定，越難被氧化，所以破氰反應速率減小；因為氰廢水中的CN－最終被雙氧水氧化為HCO，其中的碳由＋2價變成＋4價，1 mol CN－反應轉移2 mol的電子，而過氧化氫1 mol參加反應也轉移2 mol的電子，所以CN－和H2O2的物質的量之比為1∶1，所以反應的離子方程式為：CN－＋H2O2＋H2O===NH3↑＋HCO； (4)分別取溫度相同、體積、濃度相同的含氰廢水的試樣兩等份，滴加過氧化氫，一份中加入少量的無水硫酸銅粉末，另一份不加，用離子色譜儀測定廢水中的CN－濃度，如果在相同時間內，若甲試管中的CN－濃度小于乙試管中的CN－濃度，則Cu2＋對雙氧水破氰反應起催化作用，反之則不起催化作用。 答案　(1)雙氧水的濃度對破氰反應速率的影響 10　20　(2)0.017 5 (3)初始pH增大，催化劑Cu2＋會形成Cu(OH)2沉淀，影響Cu2＋的催化作用 CN－＋H2O2＋H2O===NH3↑＋HCO (4) 實驗方案(不要求寫出具體操作過程) 預期實驗現(xiàn)象和結論 分別取等體積、等濃度的含氰廢水于甲、乙兩支試管中，再分別加入等體積、等濃度的雙氧水溶液，只向甲試管中加入少量的無水硫酸銅粉末，用離子色譜儀測定相同反應時間內兩支試管中的CN－濃度 相同時間內，若甲試管中的CN－濃度小于乙試管中的CN－濃度，則Cu2＋對雙氧水破氰反應起催化作用；若兩試管中的CN－濃度相同，則Cu2＋對雙氧水破氰反應不起催化作用