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專題2 第2講 化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡
一、選擇題
1．(2014湖北八市聯(lián)考)在容積不變的密閉容器中存在如下反應(yīng)：2A(g)＋B(g)??3C(g)；ΔH<0，某研究小組研究了其他條件不變時，改變某一條件對上述反應(yīng)的影響，下列分析正確的是(　　)
A．圖Ⅰ表示的是t1時刻增大反應(yīng)物的濃度對反應(yīng)速率的影響
B．圖Ⅱ表示的一定是t1時刻加入催化劑后對反應(yīng)速率的影響
C．圖Ⅲ表示的是溫度對化學(xué)平衡的影響，且乙的溫度較高
D．圖Ⅲ表示的是催化劑對平衡的影響，且甲的催化效率比乙高
答案：C
點撥：A項，增大反應(yīng)物的濃度，正反應(yīng)速率瞬間增大，逆反應(yīng)速率不變；B項，反應(yīng)前后氣體的體積不變，圖Ⅱ也可表示加壓對反應(yīng)速率的影響；D項，催化劑只能改變反應(yīng)速率，不能使平衡發(fā)生移動。
2．(2014?湖北黃岡質(zhì)量檢測)下列可逆反應(yīng)達到平衡時，增大壓強和升高溫度使平衡移動方向相同的是(　　)
A．NH4HCO3(s)??NH3(g)＋H2O(l)＋CO2(g) ΔH>0
B．2NO2(g)??N2O4(g)　ΔH<0
C．Cl2(g)＋H2O(l)??HCl(aq)＋HClO(aq)　ΔH>0
D．2SO2(g)＋O2(g)??2SO3(g)　ΔH<0
答案：C
點撥：A項，增大壓強平衡左移，升高溫度平衡右移；B項，增大壓強平衡右移，升高溫度平衡左移；D項，增大壓強平衡右移，升高溫度平衡左移。
3．(2014?河北唐山一中二調(diào))在一定溫度下，容積相同的兩個密閉容器中，一個充入2 mol SO2、1 mol O2，另一個充入2 mol SO3，發(fā)生反應(yīng)2SO2(g)＋O2(g)??2SO3(g)；ΔH＝－196.6 kJ/mol時，下列六種說法中正確的有(　　)
①二氧化硫的轉(zhuǎn)化率與三氧化硫的分解率之和為1，②達到平衡所需的時間相等，③密度相等，④壓強相等，⑤放出與吸收的熱量相等，⑥二氧化硫的濃度相同。
A．3種　　　B．4種　　　
C．5種　　　D．6種
答案：B
點撥：在恒溫恒容條件下，一個充入2 mol SO2、1 mol O2，另一個充入2 mol SO3，可以達到完全相同的平衡狀態(tài)，故①③④⑥正確，但是無法確定反應(yīng)進行的程度和速率，故無法確定②⑤是否正確。
4．(2014? 全國)在容積可變的密閉容器中，2mol N2和8mol H2在一定條件下反應(yīng)，達到平衡時， H2的轉(zhuǎn)化率為25%，則平衡時氮氣的體積分數(shù)接近于(　　)
A．5%　　　B．10%　　　
C．15%　　　D．20%
答案：C
點撥：由題給數(shù)據(jù)知：參加反應(yīng)的H2的物質(zhì)的量為：8 mol×25%＝2 mol。
N2　＋　3H2??2NH3
始態(tài)：　2 mol　　8 mol　　0
變化量：23 mol　 2 mol　　43 mol
平衡態(tài)：43 mol　 6 mol　　43 mol
平衡時N2的體積分數(shù)為：43 mol43 mol＋6 mol＋43 mol×100%＝15%，故C正確。
5．(2014?北京理綜)已知反應(yīng)：2CH3COCH3(l)????催化劑CH3COCH2COH(CH3)2(l)。取等量CH3COCH3，分別在0 ℃和20 ℃下，測得其轉(zhuǎn)化分數(shù)隨時間變化的關(guān)系曲線(Y－t)如圖所示。下列說法正確的是(　　)
A．b代表0 ℃下CH3COCH3的Y－t曲線
B．反應(yīng)進行到20min末，CH3COCH3的v?0℃?v?20℃?>1
C．升高溫度可縮短反應(yīng)達平衡的時間并能提高平衡轉(zhuǎn)化率
D．從Y＝0到Y(jié)＝0.113，CH3COCH2COH(CH3)2的Δn?0℃?Δn?20℃?＝1
答案：D
點撥：A項，反應(yīng)速率越快，達到化學(xué)平衡所需的時間越短，所以b代表20℃下CH3COCH3的Y－t曲線。B項，由題圖可知，20 min時a曲線對應(yīng)點的斜率小于b曲線，所以CH3COCH3的v?0℃?v?20℃?<1。C項，由題圖可知，20℃時CH3COCH3的平衡轉(zhuǎn)化率一定小于0℃時的平衡轉(zhuǎn)化率。D項，當(dāng)Y＝0.113時，a曲線與b曲線相交，故產(chǎn)物量相同。
6．(2014?江蘇單科)700℃時，向容積為2L的密閉容器中充入一定量的CO和H2O，發(fā)生反應(yīng)：
CO(g)＋H2O(g)??CO2(g)＋H2(g)
反應(yīng)過程中測定的部分數(shù)據(jù)見下表(表中t2>t1)：
反應(yīng)時間/minn(CO)/moln(H2O/mol)
01.200.60
t10.80
t20.20
下列說法正確的是(　　)
A．反應(yīng)在t1 min內(nèi)的平均速率為v(H2)＝0.40t1mol?L－1?min－1
B．保持其他條件不變，起始時向容器中充入0.60mol CO和1.20mol H2O，到達平衡時n(CO2)＝0.40mol
C．保持其他條件不變，向平衡體系中再通入0.20mol H2O，與原平衡相比，達到新平衡時CO轉(zhuǎn)化率增大，H2O的體積分數(shù)增大
D．溫度升高至800℃，上述反應(yīng)平衡常數(shù)為0.64，則正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)
答案：BC
點撥：A項，反應(yīng)到t1 min時消耗的CO為0.40 mol，則生成的H2也為0.40 mol，則用H2表示該反應(yīng)的平均速率為v(H2)＝0.402t1＝0.20t1mol?L－1?min－1；B項，由于CO、H2O的化學(xué)計量數(shù)相同，向容器中充入1.20 mol CO、0.60 mol H2O與充入0.60 mol CO、1.20 mol H2O反應(yīng)的結(jié)果是相同的，生成CO2的物質(zhì)的量均為0.40 mol；C項，向平衡體系中充入H2O(g)，平衡正向移動，CO的轉(zhuǎn)化率增大，但由于H2O的總量增加，本身的轉(zhuǎn)化率下降，所以H2O的體積分數(shù)增大；D項，700℃時該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝1，溫度升高到800℃時K變?yōu)?.64，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。
7．(2010?安徽)低溫脫硝技術(shù)可用于處理廢氣中的氮氧化物，發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為：
2NH3(g)＋NO(g)＋NO2(g)????180℃催化劑2N2(g)＋3H2O(g)　ΔH<0
在恒容的密閉容器中，下列有關(guān)說法正確的是(　　)
A．平衡時，其他條件不變，升高溫度可使該反應(yīng)的平衡常數(shù)增大
B．平衡時，其他條件不變，增加NH3的濃度，廢氣中氮氧化物的轉(zhuǎn)化率減小
C．單位時間內(nèi)消耗NO和N2的物質(zhì)的量比為1∶2時，反應(yīng)達到平衡
D．其他條件不變，使用高效催化劑，廢氣中氮氧化物的轉(zhuǎn)化率增大
答案：C
點撥：本題主要考查外界條件對化學(xué)平衡的影響。由于該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度時平衡左移，該反應(yīng)的平衡常數(shù)減小，A錯；增大一種反應(yīng)物的濃度，自身的轉(zhuǎn)化率降低，而另一種反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率增大，故B錯，單位時間內(nèi)消耗NO和N2的物質(zhì)的量之比為1∶2時，說明V正＝V逆，反應(yīng)達平衡，C正確；催化劑只能改變反應(yīng)速率，不能使平衡發(fā)生移動，即不能改變轉(zhuǎn)化率，D錯。
8．(2010?江蘇)在溫度、容積相同的3個密閉容器中，按不同方式投入反應(yīng)物，保持恒溫、恒容，測得反應(yīng)達到平衡時的有關(guān)數(shù)據(jù)如下(已知N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ?mol－1)：
容器甲乙丙
反應(yīng)物投入量1 mol N2、3 mol H22 mol NH34 mol NH3
NH3的濃度(mol?L－1)c1c2c3
反應(yīng)的能量變化放出a kJ吸收b kJ吸收c kJ
體系壓強(Pa)p1p2p3
反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率α1α2α3
下列說法正確的是(　　)
A．2c1>c3　　　　　　B．a(chǎn)＋b＝92.4
C．2p2答案：BD
點撥：A項，甲乙是等同平衡，c1＝c2，運用疊加原理比較乙、丙可得c3>2c2，即c3>2c1；B項，甲反應(yīng)生成NH3的量加乙反應(yīng)消耗NH3的量恰好為2 mol，則a＋b＝92.4；C項，將丙分兩步完成，第一步將4 mol NH3加入2倍體積的容器，達到與乙一樣的平衡狀態(tài)，此時丙的壓強p′3等于p2，第二步將丙的體積壓縮至一倍體積，在這一時刻，丙的壓強p″3＝2p2，增大壓強，平衡向右移動，壓強減小，最終平衡時，2p2>p3；D項，甲乙為等同平衡，α1＋α2＝1，丙的轉(zhuǎn)化率小于乙，α1＋α3<1。
9．(2010?北京)某溫度下，H2(g)＋CO2(g)??H2O(g)＋CO(g)的平衡常數(shù)K＝94。該溫度下在甲、乙、丙三個恒容密閉容器中，投入H2(g)和CO2(g)，其起始濃度如下表所示。
起始濃度甲乙丙
c(H2)/mol/L0.0100.0200.020
c(CO2)/mol/L0.0100.0100.020
下列判斷不正確的是(　　)
A．平衡時，乙中CO2的轉(zhuǎn)化率大于60%
B．平衡時，甲中和丙中H2的轉(zhuǎn)化率均是60%
C．平衡時，丙中c(CO2)是甲中的2倍，是0.012 mol/L
D．反應(yīng)開始時，丙中的反應(yīng)速率最快，甲中的反應(yīng)速率最慢
答案：C
點撥：D項，溫度相同，丙中反應(yīng)物濃度最大，甲中最小，所以丙中的反應(yīng)速率最快，甲中的反應(yīng)速率最慢。B項，設(shè)甲中轉(zhuǎn)化的c(H2)為x，則有x2/(0.010－x)2＝9/4，解得x＝0.006 mol/L，則甲中H2的轉(zhuǎn)化率為60%。對甲加壓，使容器體積減小為原來的一半與丙等效，而加壓平衡不移動，所以二者H2的轉(zhuǎn)化率相同。A項，增大c(H2)可提高CO2的轉(zhuǎn)化率，故A項正確。C項，平衡時甲、丙中c(CO2)分別為0.004 mol/L、0.008 mol/L。
10．(2014?試題調(diào)研)對于可逆反應(yīng)N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g)　ΔH<0，下列研究目的和示意圖相符的是(　　)
ABCD
研究目的溫度(T)對反應(yīng)的影響(T2>T1)壓強(p)對平衡常數(shù)的影響溫度(T)對反應(yīng)的影響壓強(p)對反應(yīng)的影響(p2>p1)
示意圖
答案：C
點撥：對于選項A，由于合成氨反應(yīng)是放熱反應(yīng)，因此溫度越高，NH3的產(chǎn)率越低，這一點圖示是符合的，但考慮到溫度越高，化學(xué)反應(yīng)速率越快，體現(xiàn)在圖像上即達到平衡前曲線的斜率大，A錯，正確的圖像如圖所示，即符合“先拐先平”的原則，同理可知選項D也錯。化學(xué)平衡常數(shù)與壓強無關(guān)，選項B錯。選項C可以這樣理解，開始時，反應(yīng)向右進行，N2的體積分數(shù)減小；達平衡時，N2的體積分數(shù)最小；繼續(xù)升溫，化學(xué)平衡逆向移動，N2的體積分數(shù)增大。所以C項正確。
11．(2014?試題調(diào)研)反應(yīng)N2O4(g)??2NO2(g)在溫度為T1、T2(T2>T1)時，平衡體系中NO2的體積分數(shù)隨壓強如圖所示。下列說法正確的是(　　)
A．由圖可知B點時平衡常數(shù)與C點時相同
B．A、C兩點氣體的顏色：A深，C淺
C．A、C兩點氣體的平均相對分子質(zhì)量：AD．保持容器體積不變，再充入N2O4氣體，平衡逆向移動
答案：C
點撥：由于B點和C點對應(yīng)的溫度不同，因此平衡常數(shù)也不同，選項A錯。雖然p(C)>p(A)，但平衡逆向移動，ω(NO2)減少，ω(N2O4)增大，C點混合氣體的顏色深，A點淺，B錯。選項D中再充入N2O4氣體，相當(dāng)于增大反應(yīng)物濃度，化學(xué)平衡應(yīng)向正反應(yīng)方向移動，D錯。
保持體積不變，在平衡體系中[N2O4(g)??2NO2(g)]不論充入N2O4還是NO2，混合氣體中N2O4的體積分數(shù)均比原來大，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量也比原來大。
12．(2014?試題調(diào)研)已知T℃、p kPa時，在容器甲和容器乙中分別充入1 mol A(g)和1 mol B(g)，發(fā)生反應(yīng)A(g)＋B(g)??C(g)　ΔH<0，反應(yīng)過程中溫度保持不變。已知起始時V乙＝5/7 V甲，裝置如圖所示。當(dāng)反應(yīng)達平衡時，測得甲中C的體積分數(shù)為40%。下列說法不正確的是(　　)
A．容器甲、乙中反應(yīng)的平衡常數(shù)相等
B．容器甲、乙中反應(yīng)的起始速率不等
C．達平衡時，容器甲、乙中各組分的體積分數(shù)不等
D．達平衡時，容器甲、乙中放出的熱量相等
答案：C
點撥：通過達平衡時甲中C的體積分數(shù)可計算出平衡時甲的體積，設(shè)平衡時A轉(zhuǎn)化了x mol，
　　 A(g)　　　B(g) ??　C(g)　ΔH<0
起始：　　1 mol　　　1 mol　　　　0
轉(zhuǎn)化：　　x mol　　　x mol　　　 x mol
平衡：　(1－x)mol　(1－x)mol　 x mol
40%＝x/(2－x)×100%，解得x＝4/7，反應(yīng)達平衡時甲中氣體的總物質(zhì)的量為10/7 mol，甲容器的容積為原來的5/7，現(xiàn)由于起始時V乙＝5/7 V甲，且投料量相同，所以甲、乙兩者屬于等效平衡，因此C錯。
13．(2014?試題調(diào)研)t℃時，某平衡體系中含有X、Y、Z、W四種物質(zhì)，此溫度下發(fā)生反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式為K＝c2?Y?c?Z??c?W?。有關(guān)該平衡體系的說法正確的是(　　)
A．當(dāng)混合氣體的平均相對分子質(zhì)量保持不變時，反應(yīng)達平衡
B．增大壓強，各物質(zhì)的濃度不變
C．升高溫度，平衡常數(shù)K增大
D．增加X的量，平衡既可能正向移動，也可能逆向移動
答案：A
點撥：首先根據(jù)平衡常數(shù)的定義推知，反應(yīng)前后氣體的體積保持不變，即平衡體系中Y是生成物且是氣體，Z和W是反應(yīng)物且也是氣體，X未計入平衡常數(shù)時，說明X是固體或液體，但不確定是反應(yīng)物還是生成物，由此可知選項A正確。增大壓強雖然平衡不移動，但由于體積變小，因此各物質(zhì)的濃度均增大，選項B錯。由于反應(yīng)的熱效應(yīng)未知，因此C也錯。由于X未計入平衡常數(shù)中，X量的多少不影響平衡狀態(tài)，D也錯。
二、非選擇題
14．(2014?廣東)利用光能和光催化劑，可將CO2和H2O(g)轉(zhuǎn)化為CH4和O2。紫外光照射時，在不同催化劑(Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ)作用下，CH4產(chǎn)量隨光照時間的變化如下圖所示。
(1)在0～30小時內(nèi)，CH4的平均生成速率vⅠ、vⅡ和vⅢ從大到小的順序為________；反應(yīng)開始后的12小時內(nèi)，在第________種催化劑的作用下，收集的CH4最多。
(2)將所得CH4與H2O(g)通入聚焦太陽能反應(yīng)器，發(fā)生反應(yīng)：CH4(g)＋H2O(g)??CO(g)＋3H2(g)，該反應(yīng)ΔH＝＋206 kJ?mol－1
①在答題卡的坐標圖中，畫出反應(yīng)過程中體系的能量變化圖(進行必要的標注)
②將等物質(zhì)的量的CH4和H2O(g)充入1L恒容密閉容器，某溫度下反應(yīng)達平衡，平衡常數(shù)K＝27，此時測得CO的物質(zhì)的量為0.10mol，求CH4的平衡轉(zhuǎn)化率(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)
(3)已知：CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－802kJ?mol－1
寫出由CO2生成CO的熱化學(xué)方程式____________________________________ ____________________________________。
答案：(1)VⅢ＞VⅡ＞VⅠ　Ⅱ
(2)①
②91%
(3)CO2(g)＋3H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)＋2O2(g)　ΔH＝＋1008 kJ?mol－1
點撥：(2)CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)
起：　　　n　　　　n　　　　0　　　　 0
轉(zhuǎn)：　　 0.1　　　0.1　　　0.1　　　　0.3
平：　　n－0.1　n－0.1　　 0.1　　　　0.3
K＝0.1×0.33?x－0.1?2＝27，解得n＝0.11 mol
轉(zhuǎn)化率＝(0.1 mol÷0.11 mol)×100%＝91%
(3)①CH4(g)＋H2O(g)??CO(g)＋3H2(g)
ΔH＝＋206 kJ?mol－1
②CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)
ΔH＝－802 kJ?mol－1
由①－②得：
CO2(g)＋3H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)＋2O2(g)　ΔH＝＋1 008 kJ?mol－1
15．(2014?試題調(diào)研)某溫度時，在2 L容器中X、Y、Z三種氣體的物質(zhì)的量隨時間變化的曲線如圖所示。由此分析，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為________；從反應(yīng)開始至2 min時，Z的平均反應(yīng)速率為____________。
答案：3Y＋Z??2X　0.025 mol/(L?min)
點撥：找出2 min內(nèi)X、Y、Z三種物質(zhì)的濃度變化量為：
Δc(X)＝0.22＝0.1(mol?L－1)，
Δc(Y)＝1.0－0.72＝0.15(mol?L－1)，
Δc(Z)＝1.0－0.92＝0.05(mol?L－1)。
根據(jù)反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，可以確定X、Y、Z三種物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)分別等于2、3、1。根據(jù)圖像可以確定X是生成物，Y、Z是反應(yīng)物，即可以確定化學(xué)反應(yīng)方程式為：3Y＋Z??2X。再根據(jù)反應(yīng)速率的概念，可求出從反應(yīng)開始至2 min時，Z的平均反應(yīng)速率為：v(Z)＝Δc(Z)/Δt＝0.052＝0.025[mol/(L?min)]。
16．(2014?試題調(diào)研)在100℃時，將0.100 mol的四氧化二氮氣體充入1 L恒容抽空的密閉容器中，隔一段時間對該容器內(nèi)的物質(zhì)濃度進行分析得到下表數(shù)據(jù)：
時間(s)020406080
c(N2O4)(mol/L)0.100c10.050c3c4
c(NO2)(mol/L)0.0000.060c20.1200.120
(1)該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式為________________________________；從表中分析：c1________c2；c3________C4(填“>”、“<”或“＝”)。
(2)在圖中畫出并標明此反應(yīng)中c(N2O4)和c(NO2)的濃度隨時間變化的曲線。
(3)在上述條件下，從反應(yīng)開始直至達到化學(xué)平衡時，四氧化二氮的平均反應(yīng)速率為________mol/(L?s)。
(4)反應(yīng)達到平衡后，下列條件的改變可使NO2氣體的濃度增大的是________(填序號)。
A．增大容器的容積 　B．再充入一定量的N2O4
C．分離出一定量的NO2 　D．再充入一定量的He
答案：(1)K＝c2?NO2?c?N2O4?　<　＝
(2)
(3)0.001　(4)B
點撥：(1)該反應(yīng)的化學(xué)方程式為N2O4(g)??2NO2(g)，易得平衡常數(shù)的表達式K＝c2?NO2?c?N2O4?，同時可求得c1＝0.070 mol/L，c2＝0.100mol/L，可得
c1(3)由表中信息得從反應(yīng)開始直至達到化學(xué)平衡時NO2的反應(yīng)速率為0.120 mol/L60 s＝0.002 mol/(L?s)，v(N2O4)＝v(NO2)/2＝0.001 mol/(L?s)。
(4)根據(jù)勒夏特列原理可知，增大容器的容積不管平衡如何移動，反應(yīng)物和生成物的濃度均減小，A錯。平衡后再充入一定量的N2O4，平衡正向移動，NO2的濃度增加，B正確。分離出一定量的NO2，雖平衡正向移動，但NO2氣體的濃度減小，C錯。在容器容積不變的情況下充入稀有氣體He，反應(yīng)物和生成物的濃度均不變，化學(xué)平衡不移動，NO2的濃度不變，D錯。


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