高考化學(xué)二輪復(fù)習(xí) 專項(xiàng)突破練(四)(加試)化學(xué)反應(yīng)速率 化學(xué)平衡(含解析)
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專項(xiàng)突破練(四) (加試)化學(xué)反應(yīng)速率 化學(xué)平衡 1.碳酸二甲酯(DMC)是一種近年來受到廣泛關(guān)注的環(huán)保型綠色化工產(chǎn)品。在催化劑作用下,可由甲醇和CO2直接合成DMC:CO2+2CH3OH―→CO(OCH3)2+H2O,但甲醇轉(zhuǎn)化率通常不會(huì)超過1%是制約該反應(yīng)走向工業(yè)化的主要原因。某研究小組在其他條件不變的情況下,通過研究溫度、反應(yīng)時(shí)間、催化劑用量分別對(duì)轉(zhuǎn)化數(shù)(TON)的影響來評(píng)價(jià)催化劑的催化效果。 計(jì)算公式為TON=轉(zhuǎn)化的甲醇的物質(zhì)的量/催化劑的物質(zhì)的量。 (1)已知25 ℃時(shí),甲醇和DMC的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱分別為ΔH1和ΔH2,則上述反應(yīng)在25 ℃時(shí)的焓變?chǔ)3=________。 (2)根據(jù)反應(yīng)溫度對(duì)TON的影響圖(圖1)判斷該反應(yīng)的焓變?chǔ)________(填“>”、“=”或“<”)0,理由是_________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)根據(jù)反應(yīng)時(shí)間對(duì)TON的影響圖(圖2),已知溶液總體積10 mL,反應(yīng)起始時(shí)甲醇0.25 mol,催化劑0.610-5 mol,計(jì)算該溫度下,4~7 h內(nèi)DMC的平均反應(yīng)速率:________;計(jì)算 10 h時(shí),甲醇的轉(zhuǎn)化率:________。 (4)根據(jù)該研究小組的實(shí)驗(yàn)及催化劑用量TON的影響圖(圖3),判斷下列說法正確的是________。 a.由甲醇和CO2直接合成DMC,可以利用價(jià)廉易得的甲醇把影響環(huán)境的溫室氣體CO2轉(zhuǎn)化為資源,在資源循環(huán)利用和環(huán)境保護(hù)方面都具有重要意義 b.在反應(yīng)體系中添加合適的脫水劑,將提高該反應(yīng)的TON c.當(dāng)催化劑用量低于1.210-5 mol時(shí),隨著催化劑用量的增加,甲醇的平衡轉(zhuǎn)化率顯著提高 d.當(dāng)催化劑用量高于1.210-5 mol時(shí),隨著催化劑用量的增加,DMC的產(chǎn)率反而急劇下降 答案 (1)2ΔH1-ΔH2 (2)< 經(jīng)過相同的反應(yīng)時(shí)間,溫度較低時(shí),反應(yīng)未達(dá)到平衡;溫度較高時(shí),反應(yīng)已達(dá)到平衡,隨著溫度升高,TON減小,即平衡向左移動(dòng),說明該反應(yīng)放熱 (3)110-3 molL-1h-1 8.410-2% (4)ab 解析 (1)根據(jù)反應(yīng)①CH3OH(l)+O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH1, ②CO(OCH3)2(l)+3O2(g)===3CO2(g)+3H2O(l) ΔH2,根據(jù)蓋斯定律有目標(biāo)反應(yīng)等于①2-②,故有ΔH3=2ΔH1-ΔH2。 (2)根據(jù)圖可知,溫度升高,TON降低,催化劑的物質(zhì)的量不變,故轉(zhuǎn)化的甲醇的物質(zhì)的量減少,所以平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng),故正向放熱,ΔH<0。 (3)4 h時(shí)TON=20,7 h時(shí)TON=30,ΔTON=10,故Δ甲醇=100.610-5 mol= 0.610-4 mol,甲醇的平均速率為0.610-4 mol0.01 L3 h=210-3 molL-1h-1,故DMC平均反應(yīng)速率=110-3 molL-1h-1。10 h,轉(zhuǎn)化的甲醇為350.610-5 mol=2.110-4 mol,轉(zhuǎn)化率為2.110-4 mol0.25 mol=8.410-2%。 (4)a項(xiàng)正確,b項(xiàng)減少水,使平衡正向移動(dòng),正確;c、d項(xiàng)TON不能代表轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)率,錯(cuò)誤。 2.(2016嘉興市第一中學(xué)高二下學(xué)期期末)工業(yè)制硫酸,利用催化氧化反應(yīng)將SO2轉(zhuǎn)化為SO3是一個(gè)關(guān)鍵步驟。請(qǐng)回答: (1)某溫度下,SO2(g)+O2(g)SO3(g) ΔH=-98 kJmol-1。開始時(shí)在100 L的密閉容器中加入4.0 mol SO2(g)和10.0 mol O2(g),當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)共放出熱量196 kJ,該溫度下平衡常數(shù)K=________。 (2)一定條件下,向一帶活塞的密閉容器中充入2 mol SO2和1 mol O2,發(fā)生下列反應(yīng):2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),達(dá)到平衡后改變下述條件,SO2、O2、SO3氣體平衡濃度都比原來增大的是________(填字母)。 A.保持溫度和容器體積不變,充入2 mol SO3 B.保持溫度和容器體積不變,充入2 mol N2 C.保持溫度和容器體積不變,充入0.5 mol SO2和0.25 mol O2 D.保持溫度和容器內(nèi)壓強(qiáng)不變,充入1 mol SO3 E.升高溫度 F.移動(dòng)活塞壓縮氣體 (3)下列關(guān)于2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)反應(yīng)的圖像中,一定正確的是________(填字母)。 (4)①某溫度下,SO2的平衡轉(zhuǎn)化率(α)與體系總壓強(qiáng)(p)的關(guān)系如下圖所示。當(dāng)平衡狀態(tài)由A變到B時(shí),平衡常數(shù)K(A)________(填“>”、“<”或“=”)K(B)。 ②將一定量的SO2(g)和O2(g)放入某固定體積的密閉容器中,在一定條件下,c(SO3)的變化如下圖所示。若在第5分鐘將容器的體積縮小一半后,在第8分鐘達(dá)到新的平衡(此時(shí)SO3的濃度為0.25 molL-1)。請(qǐng)?jiān)谙聢D畫出此變化過程中SO3(g)濃度的變化曲線。 答案 (1) (2)ACF (3)ABD (4)①=② 解析 (1)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)共放出196 kJ的熱量,根據(jù)熱化學(xué)方程式可知反應(yīng)了2.0 mol SO2和1.0 mol O2,則 SO2(g)+O2(g)SO3(g) 起始濃度(molL-1) 0.04 0.1 0 轉(zhuǎn)化濃度(molL-1) 0.02 0.01 0.02 平衡濃度(molL-1) 0.02 0.09 0.02 該溫度下的平衡常數(shù)K==。 (2)A項(xiàng),保持溫度和容器體積不變,充入2 mol SO3,平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng),則SO2、O2、SO3氣體平衡濃度都比原來增大,正確;B項(xiàng),保持溫度和容器體積不變,充入2 mol N2,對(duì)平衡移動(dòng)沒有影響,各物質(zhì)的濃度不變,錯(cuò)誤;C項(xiàng),保持溫度和容器體積不變,充入 0.5 mol SO2和0.25 mol O2,平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行,再次平衡后各物質(zhì)的濃度均增大,正確;D項(xiàng),保持溫度和容器內(nèi)壓強(qiáng)不變,充入1 mol SO3,處于等效平衡狀態(tài),濃度不變,錯(cuò)誤;E項(xiàng),升高溫度,平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng),SO3的濃度減小,錯(cuò)誤;F項(xiàng),移動(dòng)活塞壓縮氣體,濃度均增大,正確。 (3)A項(xiàng),溫度升高,平衡逆向移動(dòng),逆反應(yīng)速率增加的倍數(shù)大,正確;B項(xiàng),圖像的前半段為反應(yīng)建立平衡的過程,SO3%逐漸增大,T1之后的階段為化學(xué)反應(yīng)隨溫度的升高平衡移動(dòng)的過程,升高溫度,平衡逆向移動(dòng),SO3逐漸減小,圖像正確;C項(xiàng),600 ℃高于500 ℃,平衡逆向移動(dòng),SO3%逐漸減小,圖像錯(cuò)誤;D項(xiàng),增大壓強(qiáng),平衡正向移動(dòng),SO3%增大,圖像正確。 (4)①平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)系,溫度不變,平衡常數(shù)不變,即K(A)=K(B)。 ②將一定量的SO2(g)和O2(g)放入某固定體積的密閉容器中,在一定條件下,c(SO3)的變化如下圖所示。若在第5分鐘將容器的體積縮小一半后,壓強(qiáng)增大,物質(zhì)的濃度瞬間變?yōu)樵瓉淼?倍,平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行,在第8分鐘達(dá)到新的平衡(此時(shí)SO3的濃度為0.25 molL-1),則此變化過程中SO3(g)濃度的變化曲線可表示為 。 3.目前工業(yè)合成氨的原理是N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-93.0 kJmol-1 (1)已知一定條件下:2N2(g)+6H2O(l)4NH3(g)+3O2(g) ΔH=1 530.0 kJmol-1。則氫氣標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱的熱化學(xué)方程式為________________________________________________。 (2)如圖,在恒溫恒容裝置中進(jìn)行合成氨反應(yīng)。 ①表示N2濃度變化的曲線是_______________________________________________。 ②前25 min內(nèi),用H2濃度變化表示的化學(xué)反應(yīng)速率是________。 ③在25 min末剛好平衡,則平衡常數(shù)K=________。 (3)在恒溫恒壓裝置中進(jìn)行工業(yè)合成氨反應(yīng),下列說法正確的是________。 A.氣體體積不再變化,則已平衡 B.氣體密度不再變化,尚未平衡 C.平衡后,往裝置中通入一定量Ar,壓強(qiáng)不變,平衡不移動(dòng) D.平衡后,壓縮容器,生成更多NH3 答案 (1)H2(g)+O2(g)===H2O(l) ΔH=-286 kJmol-1 (2)①C?、?.12 molL-1min-1?、? (3)AD 解析 (1)已知反應(yīng):①N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-93.0 kJmol-1;②2N2(g)+6H2O(l)4NH3(g)+3O2(g) ΔH=1 530.0 kJmol-1,則根據(jù)蓋斯定律可知(①2-②)6即得到氫氣標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱的熱化學(xué)方程式為H2(g)+O2(g)===H2O(l) ΔH=-286 kJmol-1。 (2)①根據(jù)圖像可知反應(yīng)進(jìn)行到25 min時(shí)曲線A減少了6.0 molL-1-3.0 molL-1= 3.0 molL-1,C減少了2.0 molL-1-1.0 molL-1=1.0 molL-1,因此根據(jù)方程式可知表示N2濃度變化的曲線是C。 ②前25 min內(nèi),氫氣濃度減少了3.0 molL-1,則用H2濃度變化表示的化學(xué)反應(yīng)速率是 3.0 molL-125 min=0.12 molL-1min-1。 ③在25 min末剛好平衡,此時(shí)氮?dú)?、氫氣和氨氣的濃度分別是1.0 molL-1、3.0 molL-1、 2.0 molL-1,K==。 (3)A項(xiàng),正反應(yīng)是體積減少的可逆反應(yīng),因此在恒溫恒壓下氣體體積不再變化時(shí)已平衡,正確;B項(xiàng),密度是混合氣的質(zhì)量和容器容積的比值,在反應(yīng)過程中質(zhì)量始終不變,但容器容積是變化的,所以密度是變化的,因此氣體密度不再變化時(shí)反應(yīng)已達(dá)到平衡,錯(cuò)誤;C項(xiàng),平衡后,往裝置中通入一定量Ar,壓強(qiáng)不變,容器容積增加,濃度降低,平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng),錯(cuò)誤;D項(xiàng),平衡后,壓縮容器,壓強(qiáng)增大,平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行,因此生成更多NH3,正確。 4.(2016杭州市七校高二下學(xué)期期中)氮化鋁(AlN)是一種人工合成的非氧化物陶瓷材料 ,可在溫度高于1 500 ℃時(shí),通過碳熱還原法制得。實(shí)驗(yàn)研究認(rèn)為,該碳熱還原反應(yīng)分兩步進(jìn)行:①Al2O3在碳的還原作用下生成鋁的氣態(tài)低價(jià)氧化物X(X中Al與O的質(zhì)量比為6.75∶2);②在碳存在下,X與N2反應(yīng)生成AlN。請(qǐng)回答: (1)X的化學(xué)式為________。 (2)碳熱還原法制備氮化鋁的總化學(xué)方程式為 Al2O3(s)+3C(s)+N2(g)2AlN(s)+3CO(g) ①寫出合成AlN的平衡常數(shù)表達(dá)式:________________________________________________________________________, 若該反應(yīng)在高溫下自發(fā)進(jìn)行,則隨著溫度升高,反應(yīng)物N2的平衡轉(zhuǎn)化率將________(填“增大”、“不變”或“減小”); ②在溫度、容積恒定的反應(yīng)體系中,CO濃度隨時(shí)間的變化關(guān)系如下圖曲線甲所示。下列說法正確的是______________________________________________________________。 A.從a、b兩點(diǎn)坐標(biāo)可求得從a到b時(shí)間間隔內(nèi)該化學(xué)反應(yīng)的平均速率 B.c點(diǎn)切線的斜率表示該化學(xué)反應(yīng)在t時(shí)刻的瞬時(shí)速率 C.在不同時(shí)刻都存在關(guān)系:v(N2)=3v(CO) D.維持溫度、容積不變,若減少N2的物質(zhì)的量進(jìn)行反應(yīng),曲線甲將轉(zhuǎn)變?yōu)榍€乙 (3)在氮化鋁中加入氫氧化鈉溶液,加熱,吸收產(chǎn)生的氨氣,進(jìn)一步通過酸堿滴定法可以測(cè)定氮化鋁產(chǎn)品中氮的含量。寫出上述過程中氮化鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式:________________________________________________________________________。 答案 (1)Al2O (2)①K= 增大?、贏B (3)AlN+NaOH+H2ONaAlO2+NH3↑ 解析 (1)Al2O3在碳的還原作用下生成鋁的氣態(tài)低價(jià)氧化物X(X中Al與O的質(zhì)量比為6.75∶2),設(shè)這個(gè)氧化物的化學(xué)式為AlxOy,根據(jù)X中Al與O的質(zhì)量比為6.75∶2可得,27x∶16y=6.75∶2,x∶y=2∶1,X的化學(xué)式為Al2O。 (2)①反應(yīng)Al2O3(s)+3C(s)+N2(g)2AlN(s)+3CO(s)的ΔS>0,反應(yīng)在高溫下自發(fā)進(jìn)行說明ΔH>0,所以隨著溫度升高,反應(yīng)物N2的平衡轉(zhuǎn)化率將增大。 ②A項(xiàng),從a、b兩點(diǎn)坐標(biāo)可以讀出反應(yīng)時(shí)間和這段時(shí)間內(nèi)CO濃度的變化量,可求得從a到b時(shí)間間隔內(nèi)該化學(xué)反應(yīng)的平均速率,正確;B項(xiàng),c點(diǎn)切線的斜率為Δc(CO)/Δt,表示該化學(xué)反應(yīng)在t時(shí)刻的瞬時(shí)速率,正確;C項(xiàng),3v(N2)=v(CO),錯(cuò)誤;D項(xiàng),維持溫度、容積不變,若減少N2的物質(zhì)的量,則反應(yīng)逆向移動(dòng),CO平衡時(shí)的濃度減小,曲線甲和曲線乙平衡時(shí)CO濃度相同,錯(cuò)誤。 (3)在氮化鋁中加入氫氧化鈉溶液,產(chǎn)生氨氣和偏鋁酸鈉,反應(yīng)的方程式為 AlN+NaOH+H2ONaAlO2+NH3↑。 5.(2016紹興市第一中學(xué)高二下學(xué)期期末)煙氣的主要污染物是SO2、NOx,經(jīng)臭氧預(yù)處理后再用適當(dāng)溶液吸收,可減少煙氣中SO2、NOx的含量。O3氧化煙氣中SO2、NOx的主要反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為 NO(g)+O3(g)===NO2(g)+O2(g) ΔH=-200.9 kJmol-1 NO(g)+O2(g)===NO2(g) ΔH=-58.2 kJmol-1 SO2(g)+O3(g)===SO3(g)+O2(g) ΔH=-241.6 kJmol-1 (1)反應(yīng)3NO(g)+O3(g)===3NO2(g)的ΔH=____________________________kJmol-1。 (2)臭氧脫硝反應(yīng)2NO2(g)+O3(g)N2O5(g)+O2(g)能自發(fā)進(jìn)行。在溫度為T1 K時(shí),向體積為2 L的恒容密閉容器中充入1 mol O3和2 mol NO2,發(fā)生上述反應(yīng),經(jīng)25分鐘反應(yīng)達(dá)平衡,測(cè)得平衡時(shí)N2O5(g)的濃度為0.25 molL-1。 ①判斷該反應(yīng)的ΔS________0,ΔH________0(填“>”、“<”或“=”)。 ②在溫度為T1 K時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=________。 ③下列說法正確的是________。 A.從反應(yīng)開始到達(dá)平衡,NO2的平均反應(yīng)速率v(NO2)=0.04 molL-1min-1 B.T1 K時(shí),若起始時(shí)向容器中充入1 mol O3、2 mol NO2、1 mol O2和1 mol N2O5氣體,則反應(yīng)達(dá)到平衡前v正 <v逆 C.若改變反應(yīng)溫度為T2 K,測(cè)得平衡時(shí)NO2的濃度為0.60 molL-1,則T2>T1 D.T1 K時(shí)反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)容器的體積為2 L,若維持T1 K,壓縮容器使NO2轉(zhuǎn)化率為60%,則此時(shí)容器的體積約為0.71 L ④若維持其他條件不變,僅改變溫度為T2 K時(shí),經(jīng)15分鐘反應(yīng)達(dá)平衡,測(cè)得平衡時(shí)N2O5(g)的濃度為0.20 molL-1。畫出在T2 K下從0到25分鐘c(NO2)隨時(shí)間變化圖。 答案 (1)-317.3 (2)①<?。肌、? ③CD ④ 解析 (1)已知:①NO(g)+O2(g)===NO2(g)+O2(g) ΔH=-200 kJmol-1 ②NO(g)+O2(g)===NO2(g) ΔH=-58.2 kJmol-1 根據(jù)蓋斯定律可知①+②2即得到反應(yīng)3NO(g)+O3(g)===3NO2(g)的ΔH=-317.3 kJmol-1。 (2)①正反應(yīng)是體積減小的可逆反應(yīng),則該反應(yīng)的ΔS<0。由于該反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行,則根據(jù)ΔH-TΔS<0可知該反應(yīng)的ΔH<0。 ② 2NO2(g)+O3(g)N2O5(g)+O2(g) 起始濃度 ( molL-1) 1 0.5 0 0 轉(zhuǎn)化濃度 ( molL-1) 0.5 0.25 0.25 0.25 平衡濃度 ( molL-1) 0.5 0.25 0.25 0.25 則在溫度為T1 K時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K==1。 ③A項(xiàng),從反應(yīng)開始到達(dá)平衡,NO2的平均反應(yīng)速率v(NO2)=0.5 molL-125 min= 0.02 molL-1min-1,錯(cuò)誤;B項(xiàng),T1 K時(shí),若起始時(shí)向容器中充入1 mol O3、2 mol NO2、1 mol O2和1 mol N2O5氣體,則此時(shí)Q==0.5<1,因此反應(yīng)達(dá)到平衡前v正>v逆,錯(cuò)誤;C項(xiàng),若改變反應(yīng)溫度為T2 K,測(cè)得平衡時(shí)NO2的濃度為0.60 molL-1,這說明平衡向逆反應(yīng)方向進(jìn)行,由于正反應(yīng)是放熱反應(yīng),則T2>T1,正確;D項(xiàng), 2NO2(g)+O3(g)N2O5(g)+O2(g) 起始量(mol) 2 1 0 0 轉(zhuǎn)化量(mol 1.2 0.6 0.6 0.6 平衡量(mol) 0.8 0.4 0.6 0.6 則=1, 解得V=0.71 L,D正確。 ④升高溫度反應(yīng)速率加快,到達(dá)平衡的時(shí)間減少,經(jīng)15分鐘反應(yīng)達(dá)到平衡,測(cè)得平衡時(shí)N2O5(g)的濃度為0.20 molL-1,因此消耗二氧化氮濃度是0.4 molL-1,剩余二氧化氮濃度是0.6 molL-1,則圖像可表示為 。- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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