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專項突破三 化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡圖像分析
1.下面是某化學(xué)研究小組探究外界條件對化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡影響時所畫的圖像,其中圖像和實驗結(jié)論表達均正確的是( )
A.①是其他條件一定時,反應(yīng)速率隨溫度變化的圖像,正反應(yīng)的ΔH<0
B.②是在平衡體系的溶液中溶解少量KCl晶體后化學(xué)反應(yīng)速率隨時間變化的圖像
C.③是在有、無催化劑存在下建立平衡過程的圖像,a表示使用催化劑時的曲線
D.④是一定條件下,向含有一定量A的容器中逐漸加入B時的圖像,壓強p1>p2
答案 C 根據(jù)圖像①知,升高溫度,平衡向正反應(yīng)方向移動,正反應(yīng)的ΔH>0,A項錯誤;②反應(yīng)實質(zhì)是Fe3++3SCN- Fe(SCN)3,K+和Cl-不參加化學(xué)反應(yīng),KCl濃度增大不影響化學(xué)平衡,B項錯誤;③使用催化劑,反應(yīng)速率增大,先達到平衡,C項正確;④反應(yīng)為反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量不變的化學(xué)反應(yīng),改變壓強不影響平衡狀態(tài),即不影響A的轉(zhuǎn)化率,且不斷加入B,A的轉(zhuǎn)化率增大,不會有減小的過程,D項錯誤。
2.800 ℃時,在密閉容器內(nèi)發(fā)生反應(yīng)2NO(g)+O2(g) 2NO2(g) ΔH<0,下列圖像與該反應(yīng)體系相符的是( )
A
B
C
D
壓強對反應(yīng)的影響
溫度對反應(yīng)的影響
容器容積不變,向平衡體系中充入O2對反應(yīng)的影響
催化劑對反應(yīng)的影響
答案 C 由圖示可知,壓強為p1時,反應(yīng)先達到平衡,故p1>p2,對于題給反應(yīng),增大壓強,平衡向正反應(yīng)方向移動,平衡時NO2體積分數(shù)增大,A項錯誤;正反應(yīng)放熱,升溫使平衡向逆反應(yīng)方向移動,反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率減小,B項錯誤;容器容積不變,向平衡體系中充入O2,正反應(yīng)速率瞬時增大,后逐漸減小,逆反應(yīng)速率瞬時不變,后逐漸增大,平衡向正反應(yīng)方向移動,正、逆反應(yīng)速率相等時,達到新的平衡狀態(tài),C項正確;加入催化劑,反應(yīng)速率增大,達到平衡所需時間縮短,D項錯誤。
3.在容積一定的密閉容器中,置入一定量的一氧化氮和足量碳發(fā)生化學(xué)反應(yīng):C(s)+2NO(g) CO2(g)+N2(g),平衡時c(NO)與溫度T的關(guān)系如下圖所示,則下列說法正確的是( )
A.該反應(yīng)的ΔH>0
B.若該反應(yīng)在T1 ℃、T2 ℃時的平衡常數(shù)分別為K1、K2,則K1
pB
D.在T2 ℃時,若反應(yīng)體系處于狀態(tài)D,則此時v正>v逆
答案 D 溫度升高,NO的濃度增大,說明平衡左移,則該反應(yīng)的ΔH<0,故A錯誤;ΔH<0,升高溫度平衡常數(shù)減小,則K1>K2,故B錯誤;反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量不變,壓強與溫度有關(guān),溫度越高壓強越大,則pC>pD=pB,故C錯誤;在T2 ℃時,若反應(yīng)體系處于狀態(tài)D,達到平衡NO的濃度要減小,反應(yīng)正向進行,則此時v正>v逆,故D正確。
4.已知2X(g)+Y(g)nZ(g)在恒容密閉容器中進行,K(300 ℃)>K(350 ℃);某溫度下X的平衡轉(zhuǎn)化率(α)與體系總壓強(p)的變化曲線如圖所示,下列說法正確的是( )
A.該反應(yīng)正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)
B.充入少量He,X的轉(zhuǎn)化率增大
C.平衡狀態(tài)由a變到b時,化學(xué)平衡常數(shù)增大
D.容器內(nèi)氣體平均相對分子質(zhì)量不變時說明反應(yīng)達到化學(xué)平衡狀態(tài)
答案 D A項,K(300 ℃)>K(350 ℃),說明降低溫度平衡正向移動,則正反應(yīng)為放熱反應(yīng),錯誤;B項,恒容條件下充入稀有氣體,平衡不移動,錯誤;C項,溫度不變,平衡常數(shù)不變,錯誤;D項,根據(jù)圖像可知,加壓平衡正向移動,說明該反應(yīng)是一個氣體分子數(shù)減小的反應(yīng),反應(yīng)物及生成物均為氣體,總質(zhì)量不變,達平衡前氣體的平均相對分子質(zhì)量一直變化,因此容器內(nèi)氣體的平均相對分子質(zhì)量不變,說明氣體的物質(zhì)的量不變,即反應(yīng)達到化學(xué)平衡狀態(tài),正確。
5.一定條件下,反應(yīng)2NH3(g)N2(g)+3H2(g) ΔH>0達到平衡時N2的體積分數(shù)與溫度、壓強的關(guān)系如圖所示。下列說法正確的是( )
A.壓強:p1>p2
B.b、c兩點對應(yīng)的平衡常數(shù):Kc>Kb
C.a點:2v(NH3)正=3v(H2)逆
D.a點:NH3的轉(zhuǎn)化率為20%
答案 B A項,該反應(yīng)為氣體分子數(shù)增大的反應(yīng),恒溫時,壓強越大,N2的體積分數(shù)越小,則p1Kb,正確;C項,反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比,3v(NH3)正=2v(H2)逆,錯誤;D項,對于反應(yīng)2NH3(g)N2(g)+3H2(g),假設(shè)反應(yīng)前氨氣的物質(zhì)的量為1 mol,反應(yīng)的氨氣的物質(zhì)的量為x mol,則x21+x=0.1,解得x=14,因此氨氣的轉(zhuǎn)化率為25%,錯誤。
6.(2015浙江10月選考,30,10分)由某精礦石(MCO3ZCO3)可以制備單質(zhì)M,制備過程中排放出的二氧化碳可以作為原料制備甲醇。取該礦石樣品1.84 g,高溫灼燒至恒重,得到0.96 g僅含兩種金屬氧化物的固體,其中m(M)∶m(Z)=3∶5。請回答:
(1)該礦石的化學(xué)式為 。
(2)①以該礦石灼燒后的固體產(chǎn)物為原料,真空高溫條件下用單質(zhì)硅還原,僅得到單質(zhì)M和一種含氧酸鹽(只含Z、Si和O元素,且Z和Si的物質(zhì)的量之比為2∶1)。寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式 。
②單質(zhì)M還可以通過電解熔融MCl2得到。不能用電解MCl2溶液的方法制備M的理由是 。
(3)一定條件下,由CO2和H2制備甲醇的過程中含有下列反應(yīng):
反應(yīng)1:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH1
反應(yīng)2:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH2
反應(yīng)3:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH3
其對應(yīng)的平衡常數(shù)分別為K1、K2、K3,它們隨溫度變化的曲線如圖1所示。
則ΔH2 ΔH3(填“大于”“小于”或“等于”),理由是 。
圖1
(4)在溫度T1時,使體積比為3∶1的H2和CO2在體積恒定的密閉容器內(nèi)進行反應(yīng)。T1溫度下甲醇濃度隨時間變化曲線如圖2所示;不改變其他條件,假定t時刻迅速降溫到T2,一段時間后體系重新達到平衡。試在圖中畫出t時刻后甲醇濃度隨時間變化至平衡的示意曲線。
圖2
答案 (1)MgCO3CaCO3
(2)①2MgO+2CaO+Si Ca2SiO4+2Mg
②電解MgCl2溶液時,陰極上H+比Mg2+容易得電子,電極反應(yīng)式2H2O+2e- H2↑+2OH-,所以不能得到Mg單質(zhì)
(3)小于 由圖1可知,隨著溫度升高,K1增大,則ΔH1>0,根據(jù)蓋斯定律又得ΔH3=ΔH1+ΔH2,所以ΔH2<ΔH3
(4)
解析 (1)n(CO2)=1.84 g-0.96 g44 g/mol=0.02 mol,由MCO3ZCO3 MO+ZO+2CO2↑知,得到的0.96 g固體中,n(MO)=n(ZO)=0.01 mol,其中m(M)∶m(Z)=3∶5,設(shè)M和Z的相對原子質(zhì)量分別為x和y,則有0.01(x+16)+0.01(y+16)=0.96,0.01x∶0.01y=3∶5,解得x=24,y=40,故M為Mg,Z為Ca,礦石的化學(xué)式為MgCO3CaCO3。(2)①依題意,可設(shè)生成的硅酸鹽化學(xué)式為Ca2SiOz,由化合物中各元素的化合價代數(shù)和為0可得(+2)2+(+4)+(-2)z=0,則z=4,故可寫出相關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式為2MgO+2CaO+Si Ca2SiO4+2Mg。②若電解MgCl2溶液,由于氧化性:H+>Mg2+,陰極的電極反應(yīng)式為2H2O+2e- 2OH-+H2↑,故陰極析出的是H2而得不到Mg。(3)由圖1可知,K1隨溫度升高而增大,說明反應(yīng)1為吸熱反應(yīng),ΔH1>0,觀察三個反應(yīng),由蓋斯定律得:ΔH3=ΔH1+ΔH2,故ΔH2<ΔH3。(4)由圖1可知,K3隨溫度升高而減小,說明反應(yīng)3為放熱反應(yīng),故降低溫度時,平衡向右移動,CH3OH的濃度逐漸增大,達到新的平衡時不再發(fā)生變化,但降低溫度,化學(xué)反應(yīng)速率降低,由此可畫出所要求的曲線(詳見答案)。
7.碘及其化合物在合成殺菌劑、藥物等方面具有廣泛用途?；卮鹣铝袉栴}:
Bodensteins研究了下列反應(yīng):
2HI(g) H2(g)+I2(g) ΔH=+11 kJmol-1
在716 K時,氣體混合物中碘化氫的物質(zhì)的量分數(shù)x(HI)與反應(yīng)時間t的關(guān)系如下表:
t/min
0
20
40
60
80
120
x(HI)
1
0.91
0.85
0.815
0.795
0.784
x(HI)
0
0.60
0.73
0.773
0.780
0.784
(1)根據(jù)上述實驗結(jié)果,該反應(yīng)的平衡常數(shù)K的計算式為 。
(2)上述反應(yīng)中,正反應(yīng)速率為v正=k正x2(HI),逆反應(yīng)速率為v逆=k逆x(H2)x(I2),其中k正、k逆為速率常數(shù),則k逆為 (以K和k正表示)。若k正=0.002 7 min-1,在t=40 min時,v正= min-1。
(3)由上述實驗數(shù)據(jù)計算得到v正~x(HI)和v逆~x(H2)的關(guān)系可用下圖表示。當升高到某一溫度時,反應(yīng)重新達到平衡,相應(yīng)的點分別為 (填字母)。
答案 (1)0.1080.1080.7842
(2)k正/K 1.9510-3
(3)A、E
解析 (1)觀察表中數(shù)據(jù)知,120 min時反應(yīng)達到平衡,此時x(HI)=0.784,x(H2)=x(I2)=(1-0.784)12=0.108,故反應(yīng)的平衡常數(shù)K的計算式為x(H2)x(I2)x2(HI)=0.1080.1080.7842。
(2)由于v正=k正x2(HI),v逆=k逆x(H2)x(I2),K=x(H2)x(I2)x2(HI),當達到平衡狀態(tài)時,v正=v逆,即k逆=k正K;在t=40 min時,x(HI)=0.85,v正=k正x2(HI)=0.002 7 min-10.852=1.9510-3 min-1。
(3)反應(yīng)2HI(g) H2(g)+I2(g)是吸熱反應(yīng),升高溫度,反應(yīng)速率加快,平衡正向移動,x(HI)減小,x(H2)增大,觀察圖像知,對應(yīng)的點分別為A和E。
8.汽車尾氣和燃煤尾氣是造成空氣污染的原因之一,嚴重時導(dǎo)致霧霾。
(1)汽車尾氣凈化的主要原理為2NO(g)+2CO(g) 2CO2(g)+N2(g)。在固定容積為2 L的密閉容器中通入0.8 mol的NO和0.8 mol的CO,發(fā)生該反應(yīng)時,c(CO2)隨溫度(T)、催化劑的表面積(S)和時間(t)的變化曲線如下圖所示。
據(jù)此判斷:
①該反應(yīng)的ΔH 0(填“>”“<”或“=”)。
②在T1溫度下,0~2 s內(nèi)的平均反應(yīng)速率v(N2)= 。
③在T1溫度下,該反應(yīng)的平衡常數(shù)K= (填計算結(jié)果和單位)。
(2)直接排放煤燃燒產(chǎn)生的煙氣也會引起嚴重的環(huán)境問題。
①煤燃燒產(chǎn)生的SO2也是空氣污染源,假設(shè)用酸性高錳酸鉀溶液吸收煤燃燒產(chǎn)生的SO2,該過程中高錳酸根被還原為Mn2+,請寫出該過程的離子方程式: 。
②將燃煤產(chǎn)生的二氧化碳加以回收,可降低碳的排放。下圖是通過人工光合作用,以CO2和H2O為原料制備HCOOH和O2的原理示意圖,據(jù)此完成下列問題:
a電極名稱: (填“正極”或“負極”),b電極的反應(yīng)式: 。
答案 (1)①
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