2018届高三化学二轮复习专题化学反应速率和化学平衡限时训练
化学反应速率和化学平衡
【专题八】
1．燃煤脱硫可减少SO2尾气的排放，燃煤脱硫技术受到各界科研人员的关注。一种燃煤脱硫技术的原理是CaO(s)＋3CO(g)＋SO2(g)?CaS(s)＋3CO2(g) ΔH＝－394.0 kJ/mol。保持其他条件不变，不同温度下起始CO物质的量与平衡时体系中CO2的体积分数的关系如图Z8-1所示(T表示温度):
图Z8-1
下列有关说法正确的是( )
A．T1比T2高
B．b点SO2的转化率最高
C．b点后曲线下降是因为CO体积分数升高
D．减小压强可提高CO、SO2的转化率
2．在300 mL的密闭容器中，放入镍粉并充入一定量的CO气体，一定条件下发生反应Ni(s)＋4CO(g)?Ni(CO)4(g)，已知该反应平衡常数与温度的关系如下表。下列说法正确的是( )
A．上述生成Ni(CO)4(g)的反应为吸热反应
B．25 ℃时反应Ni(CO)4(g)?Ni(s)＋4CO(g)的平衡常数为0.5
C．在某条件下达到平衡，测得Ni(CO)4、CO浓度均为0.5 mol·L－1，则此时温度高于80 ℃
D．80 ℃达到平衡时，保持体积不变，往体系中充入一定量的CO，再次达到平衡后CO 的体积分数减小
3．CO常用于工业冶炼金属。在不同温度下CO还原四种金属氧化物达平衡后气体中lg c（CO）
与温度(t)的关系曲线如图Z8-2。下列说法正确的是( )
c（CO2）
图Z8-2
A．通过增高反应炉的高度，延长矿石和CO接触的时间，能减少尾气中CO的含量
B．CO不适宜用于工业冶炼金属Cr
C．CO还原PbO2的反应ΔH＞0
D．工业冶炼金属Cu时，高温有利于提高CO的转化率
图Z8-3
4．在容积均为1 L的三个密闭容器中，分别放入铁粉并充入1 mol CO ，控制在不同温度下发生反应：Fe(s)＋5CO(g)?Fe(CO)5(g)，当反应进行到5 min 时，测得CO的体积分数与温度的关系如图Z8-3所示。下列说法一定正确的是( )
A．反应进行到5 min时，b容器中v正＝v逆
B．正反应为吸热反应，平衡常数：K(T1)＞K(T2)
C．b中v正大于a中v逆
D．达到平衡时，a、b、c中CO的转化率为b＞c＞a
5．在某恒温密闭容器中，投入一定量的A发生可逆反应A(s) B(g)＋C(g) ΔH＝－Q kJ/mol(Q>0)。一段时间后反应达到平衡，然后缩小容器体积，重新达到平衡。下列分析不正确的是( )
A．两次平衡时，C(g)的浓度相等
B．平衡时，单位时间内n(B)生成∶n(C)消耗＝1∶1
C．若再向平衡体系中加入少量A，平衡不移动
D．若开始时向容器中加入1 mol B和1 mol C，则达到平衡时吸收Q kJ热量
图Z8-4
6．将一定量氨基甲酸铵(NH2COONH4)加入密闭容器中，发生反应NH2COONH4(s)?2NH3(g)＋CO2(g) 。该反应的平衡常数的负对数(－lg K)值随温度(T)的变化曲线如图Z8-4所示。下列说法错误的是( )
A．C点对应状态的平衡常数K＝10－3.638
B．该反应的ΔH>0
C．NH3的体积分数不变时，该反应一定达到平衡状态
D．30 ℃时，B点对应状态的v正＜v逆
7．(1)标准状况下，1 m3的可燃冰可转化为160 L甲烷和0.8 m3的水。则可燃冰中n(CH4)∶n(H2O)＝________(列出计算式即可)。
(2)羰基硫(COS)多产生于煤化工合成气中，能引起催化剂中毒，可通过水解反应除去：
则Δ为________________。
(3)近期太阳能利用又有新进展。利用太阳能由CO 2制取C 的原理如图Z8-5所示，若重整系统发生的反应中n （FeO ）n （CO 2）
＝4，则重整系统中发生反应的化学方程式：_____________。
图Z8-5
(4)已知CO(g)＋H 2O(g) ?CO 2(g)＋H 2(g) ΔH ＝－42 kJ ·mol －1，在进气比[n (CO)∶
n (H 2O)]不同时，测得相应的CO 的平衡转化率如图Z8-6，图中各点对应的反应温度可能相同，也可能不同。图中D 、E 两点对应的反应温度分别为T D 和T E 。判断：
图Z8-6
①T D ________(填“<” “＝”或“>”)T E 。
②与图中E 点对应的反应温度相同的为________(填字母)。
8．工业上“固定”和利用CO 2能有效地减轻“温室效应”。
Ⅰ.工业上正在研究利用CO 2来生产甲醇燃料的方法，该方法的化学方程式是CO 2(g)＋3H 2(g) ?CH 3OH(g)＋H 2O(g) ΔH ＝－49.0 kJ/mol ，某科学实验将6 mol CO 2和8 mol H 2充入一容积为2 L 的密闭容器中(温度保持不变)，测得H 2的物质的量随时间变化如图Z8-7中实线所示(图中字母后的数字表示对应的坐标)：
图Z8-7
回答下列问题：
(1)该反应在________(填编号)条件下能自发进行。
A ．高温
B ．低温
C ．任何温度
(2)该反应在0 ～8 min 内CO 2的平均反应速率是________________________。
(3)该反应的平衡常数K ＝________________。
(4)仅改变某一条件再进行实验，测得H 2的物质的量随时间变化如图Z8-7中虚线所示。与实线相比，虚线Ⅰ改变的条件可能是________。若实线对应条件下平衡常数为K ，虚线Ⅰ
对应条件下平衡常数为K1，虚线Ⅱ对应条件下平衡常数为K2，则K、K1和K2的大小关系是________。
9．钼及其合金在冶金、环保和航天等方面有着广泛的应用。
(1)Mo可被发烟硝酸及氢氟酸氧化为MoO2F2和MoOF4(少量)，硝酸本身被还原为NO2，则该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为________。
(2)已知：2Mo(s)＋3O2(g)===2MoO3(s) ΔH1；
2MoS2(s)＋7O2(g)===2MoO3(s)＋4SO2(g) ΔH2；
MoS2(s)＋2O2(g)===Mo(s)＋2SO2 (g) ΔH3。
则ΔH3＝____________(用含ΔH1、ΔH2的代数式表示)。
(3)电氧化法提纯钼的原理：将辉钼矿(MoS2)放入装有食盐水的电解槽中，用惰性电极电解，MoS2被氧化为MoO2－4和SO2－4。
①辉钼矿应放入电解槽的________(填“阴极区”或“阳极区”)。
②阴极的电极反应式为____________________________。
(4)碳酸钠作固硫剂并用氢还原辉钼矿的原理为MoS2(s)＋4H2(g)＋2Na2CO3(s)?Mo(s)＋2CO(g)＋4H2O(g)＋2Na2S(s) ΔH，实验测得平衡时的有关变化曲线如图Z8-8所示。
(a) 不同压强下温度与H2平衡转化率的关系
(b) 0.1 MPa下温度与平衡时气体成分的关系
图Z8-8
①由图(a)可知，该反应ΔH________(填“>”或“<”)0，p1、p2、p3由大到小的顺序
为________。
②由图(b)可知，A点时H2的平衡转化率为________。
③B点对应的平衡常数K＝________(MPa)2。(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)
1．C [解析] 由于该反应的正反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，在
图像中，温度在T 2时CO 2体积分数较低，故温度T 2高于T 1，A 项错误；在温度不变时，增大一种反应物的浓度，可以使其他反应物的转化率增大，而其本身的转化率降低。反应物SO 2的转化率最高的是c 点，B 项错误；当一氧化碳的起始浓度很大时，一氧化碳气体剩余的多，转化的少，所以平衡时CO 2的体积分数不断减少，C 项正确；减小压强平衡左移，CO 、SO 2转化率降低，D 项错误。
2．D [解析] 化学平衡常数只受温度的影响，根据表格数据，随着温度的升高，平衡常数减小，因此正反应是放热反应，A 项错误；Ni(s)＋4CO(g) ?Ni(CO)4(g)，化学平衡常数的表达式为K 1＝c [Ni （CO ）4]c 4（CO ）
，Ni(CO)4(g) ?Ni(s)＋4CO(g)，化学平衡常数的表达式为K 2＝c 4（CO ）
c [Ni （CO ）4]，K 2＝1K 1＝15×104＝2×10－5，B 项错误；化学平衡常数为0.50.54＝8，因此温度小于80 ℃，C 项错误；C 项相当于增大压强，平衡向正反应方向移动，达到平衡CO 的体积分数减小，D 项正确。
3．B [解析] 延长反应时间，不能影响化学平衡，A 项错误；从图可知，CO 的转化率极低，故CO 不适合工业冶炼金属Cr ，B 项正确；随着温度升高，lg c （CO ）c （CO 2）
增大，说明逆反应为吸热反应，故正反应为放热反应，C 项错误；同理，Cu 2O 与CO 的反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，CO 的转化率降低，D 项错误。
4．C [解析] 5 min 时，b 容器中的反应不一定达到平衡状态，则v 正、v 逆不一定相等，A 项错误；温度越高，反应速率越快，根据b 、c 两点可知，升高温度，平衡逆向移动，说明正反应为放热反应，B 项错误；根据图像，a 中v 正>v 逆，b 的温度高，因此b 的反应速率大于a 的反应速率，因此b 中v 正大于a 中v 逆，C 项正确；根据B 的分析，正反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，CO 的转化率降低，达到平衡时，a 、b 、c 中CO 的转化率为a ＞b ＞c ，D 项错误。
5．D [解析] 平衡常数K ＝c (B)·c (C)，只与温度有关，则缩小容器体积，K 保持不变，因c (B)、c (C)同等倍数变化，为使K 保持不变，只有c (B)、c (C)浓度均不变化，即与原平衡浓度相等，A 项正确；根据平衡的v 正＝v 逆可知，平衡时，单位时间内n (B)生成∶n (C)消耗＝1∶1，B 项正确；因A 是固体，再向平衡体系中加入少量A ，平衡不移动，C 项正确；由于反应是可逆反应，因此达到平衡时吸收的热量小于Q kJ ，D 项错误。
6．C [解析] C 点对应平衡常数的负对数－lg K ＝3.638，所以C 点对应状态的平衡常
数K ＝10－3.638，A 项正确；温度升高，平衡常数的负对数减小，说明温度越高K 越大，所以正反应是吸热反应，ΔH >0，B 项正确；体系中两种气体的物质的量之比始终不变，所以NH 3的体积分数不变不能作为判断反应是否达到平衡状态的依据，C 项错误；30 ℃时，B 点未达到平衡，平衡常数的负对数大于浓度商的负对数，即－lg Q c <－lg K ，所以Q c >K ，因此B 点对应状态的v 正 7．(1)16022.4∶8×10518 (2)－35 kJ/mol (3)4FeO ＋CO 22Fe 2O 3＋C (4)①< ②AG [解析] (1)标准状况下160 L 甲烷的物质的量为 160 L 22.4 L/mol ；0.8 m 3 水的物质的量是(0.8 m 3×106 cm 3·m －3×1 g ·cm －3)÷18 g·mol －1，故n (CH 4)∶n (H 2O)＝16022.4∶8×10518 。(2)ΔH ＝反应物键能之和－生成物键能之和＝(742＋577)kJ·mol －1＋465 kJ·mol －1 ×2－(339 kJ·mol －1＋803 kJ·mol －1)×2＝－35 kJ ·mol －1 。(3)根据电子守恒和原子守恒即可配平反应方程式：4FeO ＋CO 22Fe 2O 3＋C 。(4)①该反应是放热反应，D 点CO 的平衡转化率高于E 点，故D 点温度低于E 点。②E 点平衡常数为1，温度相同的点的平衡常数相等，排除C 、D 两点。 B 、F 点与E 点CO 的平衡转化率相同，则其平衡常数不可能是1。A 点CO 的转化率是23 ，设起始时CO 、H 2O 的物质的量分别为1 mol 、2 mol 。 CO(g)＋H 2O(g) ?CO 2(g)＋H 2(g) 起始的物质的量/mol: 1 2 0 0 转化的物质的量/mol: 23 23 23 23 平衡的物质的量/mol: 13 43 23 23 故A 点平衡常数是1，同理可以推知G 点平衡常数也是1。 8．(1)B (2)0.125 mol/(L·min) (3)0.5 (4)升温 K ＝K 2>K 1 [解析] (1)正反应是体积减小的放热反应，根据ΔG ＝ΔH －T ΔS ＜0可知该反应在低温条件下能自发进行，B 项正确。(2)根据图像可知该反应在0～8 min 内消耗氢气的物质的量是6 mol ，根据方程式可知消耗CO 2的物质的量是2 mol ，浓度变化量是1.0 mol/L ，则CO 2的平均反应速率是1.0 mol/L÷8 min＝0.125 mol/(L·min)。(3)平衡时氢气的物质的量是 2 mol ，生成甲醇和水蒸气的物质的量均是2 mol ，所以该反应的平衡常数K ＝22×22? ?? ??223×42＝0.5。(4)与实线相比，虚线Ⅰ到达平衡时所用时间减少，但平衡时氢气的量增加，说明平衡逆向移动，因正反应为气体体积减小的放热反应，因此改变的条件是升高温度。与实线相比，虚线Ⅱ达到平衡时所用的时间减少，平衡时氢气的量减少，则说明平衡正向移动，因此改变的条件是增大压强。又因为平衡常数只与温度有关，故平衡常数K ＝K 2>K 1。 9．(1)6∶1 (2)12ΔH 2－12 ΔH 1 (3)①阳极区 ②2H 2O ＋2e －===H 2↑＋2OH －(或2H ＋＋2e －===H 2↑) (4)①> p 3>p 2>p 1 ②50% ③0.01 [解析] (1)Mo 可被发烟硝酸及氢氟酸氧化为MoO 2F 2和MoOF 4(少量)，硝酸本身被还原为NO 2，Mo 从0价升高为＋6价，N 元素从＋5价降为－4价，根据电子守恒，则反应的氧化剂与还原剂的物质的量之比为6∶1。 (2)2Mo(s)＋3O 2(g)===2MoO 3(s) ΔH 1① 2MoS 2(s)＋7O 2(g)===2MoO 3(s)＋4SO 2(g) ΔH 2② 根据盖斯定律，反应MoS 2(s)＋2O 2(g)===Mo(s)＋2SO 2 (g) ΔH 3，可由(②－①)÷2得到，则ΔH 3＝(ΔH 2－ΔH 1)÷2。 (3)①MoS 2被氧化为MoO 2－4和SO 2－4，电解池的阳极区发生氧化反应，则辉钼矿应放入电解 槽的阳极区；②阴极发生还原反应，是水电离的H ＋得电子还原为氢气，电极反应式为2H 2O ＋2e －===H 2↑＋2OH －(或2H ＋＋2e －===H 2↑)。(4)①由图(a)可知，氢气的平衡转化率随温度升高而升高，说明温度升高平衡正向移动，即正反应为吸热反应，即该反应ΔH >0；在恒温条件下，增大压强平衡逆向移动，氢气的转化率应降低，则由图示可知p 1、p 2、p 3由大到小的顺序为p 3>p 2>p 1；②MoS 2(s)＋4H 2(g)＋2Na 2CO 3(s) ?Mo(s)＋2CO(g)＋4H 2O(g)＋2Na 2S(s)， 设A点时混合气体的总物质的量为1 mol，则H2的物质的量为0.4 mol，H2O(g)的物质的量 为0.4 mol，则变化的H2的物质的量为0.4 mol，A点时H2的平衡转化率为0.4 mol 0.4 mol＋0.4 mol ×100%＝50%；③B点时H2、CO的体积分数均为25%＝0.25，则H2O(g)的体积分数为0.5，由 图知，平衡时总压p＝0.1 MPa，B点对应的平衡常数K＝p2（CO）×p4（H2O） p4（H2） ＝ （0.25p）2×（0.5p）4 （0.25p）4 ＝0.01(MPa)2。