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第八单元　化学反应速率与化学平衡
(满分:100分)
一、选择题:本题包括14小题,每小题4分,共56分。每小题只有一个选项符合题意。
1.一定温度下,将气体X和Y各0.4 mol充入2 L恒容密闭容器中,发生反应:X(g)+Y(g)M(g)+N(g),K=1。其中Y呈红棕色,其他气体均无色。下列事实不能说明反应达到平衡状态的是 (　　)
A.容器内气体颜色保持不变
B.容器内气体密度保持不变
C.c(X)=c(N)=0.1 mol·L-1
D.X的转化率达到50%
2.下列关于ΔH-TΔS说法中正确的是 (　　)
A.若ΔH-TΔS>0,则该反应一定不能发生
B.CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g)室温下不能自发进行,说明该反应的ΔH<0
C.ΔH-TΔS<0的反应,在该条件下一定剧烈反应
D.ΔH-TΔS只用于判断温度、压强一定的反应能否自发进行
3.工业上利用CO和H2合成二甲醚:3CO(g)+3H2(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)　ΔH。其他条件不变时,相同时间内CO的转化率随温度T的变化情况如图所示。下列说法不正确的是 (　　)
A.ΔH<0
B.状态X时,v消耗(CO)=v生成(CO)
C.相同温度时,增大压强,可以提高CO的转化率
D.状态X时,选择合适催化剂,可以提高相同时间内CO的转化率
4.在恒温恒容条件下,向某容器中充入一定量的N2O5气体发生下列反应:2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)　ΔH>0。温度T时,部分实验数据如表所示:
t/s 0 50 100 150
c(N2O5)/mol·L-1 4.00 2.50 2.00 2.00
下列有关说法错误的是 (　　)
A.温度T时,该反应平衡常数K=64
B.150 s后再充入一定量N2O5,再次达到平衡N2O5的转化率将增大
C.达平衡后升高温度,该容器内混合气体的密度不会改变
D.其他条件不变,若将恒容改为恒压,则平衡时N2O5的转化率增大
5.恒容密闭容器中,以硫(S8)与CH4为原料制备CS2,S8受热分解成气态S2,发生反应2S2(g)+CH4(g)CS2(g)+2H2S(g)　ΔH。CH4的平衡转化率、S2的体积分数随温度的变化曲线如图所示。下列说法正确的是 (　　)
A.ΔH>0
B.温度升高,S8分解率增大,S2体积分数增大
C.向平衡体系中充入惰性气体,平衡向右移动
D.其他条件相同,S2体积分数越大,CH4平衡转化率越小
6.在恒温恒容条件下,发生反应A(g)===2P(g),c(A)随时间的变化如图中曲线所示,其中cA,0表示A的初始浓度。下列说法不正确的是 (　　)
A.a点的瞬时速率大于b点的瞬时速率
B.对应的时间为4t0
C.从a、b两点坐标可求得从a到b时间间隔内该化学反应的平均速率
D.不同时刻都存在关系:2v(A)=v(P)
7.丙烯与HBr可同时发生如下两个反应:
反应Ⅰ:CH3CH==CH2+HBrCH3CH2CH2Br　ΔH1
反应Ⅱ:CH3CH==CH2+HBrCH3CHBrCH3　ΔH2
其反应历程如图所示,下列说法正确的是 (　　)
A.ΔH2=Ea-Eb
B.升高温度,丙烯的平衡转化率增大
C.相同条件下,反应 Ⅰ 的反应速率大于反应 Ⅱ
D.改用更高效的催化剂,Ea、Eb、ΔH2均不变
8.以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下:
Ⅰ .CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH1<0
Ⅱ .CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH2>0
在三个相同容器中按照n(CO2)∶n(H2)=1∶3投料,在不同压强下进行实验,测定CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率随温度的变化关系分别如图甲、乙所示。下列说法错误的是 (　　)
A.反应 Ⅰ 和Ⅱ虽然同时发生,但条件不同时发生的主次不同
B.图甲纵坐标表示CO2的平衡转化率,T1温度时,主要发生反应 Ⅱ
C.压强由大到小的顺序是p1>p2>p3
D.同时提高CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率,应选择的反应条件为低温、高压
9.1-苯基丙炔(Ph—C≡C—CH3,其中“Ph—”表示苯基)可与HCl在一定条件下发生催化加成,反应如图1所示,反应过程中该炔烃及反应产物的占比随时间的变化如图2所示(已知:反应1,3为放热反应)。
下列说法正确的是 (　　)
A.反应焓变:ΔH1<ΔH2
B.反应活化能:反应1>反应2
C.20 min时及时分离产物,产率:b>a
D.增大HCl浓度可以提高1-苯基丙炔的转化率
10.已知N2O5(g)2NO2(g)+O2(g)　ΔH>0。20 ℃时,向一恒容密闭容器中充入一定量N2O5,发生上述反应,测得的数据如下表所示。上述反应的正、逆反应速率分别为v正=k正c(N2O5)和v逆=k逆c2(NO2)·(O2),k正、k逆为速率常数,只受温度的影响。下列说法中不正确的是 (　　)
时间/s 0 500 1 000 1 500 2 000 2 500 3 000
c(N2O5)/(mol·L-1) 5.00 3.52 2.40 1.75 1.23 1.00 1.00
A.2 500 s后,该反应体系内气体的平均相对分子质量不再发生变化
B.500~1 500 s内,用NO2表示的平均反应速率为3.54×10-3 mol·L-1·s-1
C.=16
D.该反应在T ℃下的平衡常数为,则T<20
11.两个均充有H2S的刚性密闭容器,起始压强均为p kPa。以温度、Al2O3催化剂为条件变量,进行实验:2H2S(g)2H2(g)+S2(g),反应相同时间,结果如图所示。下列说法错误的是 (　　)
A.温度升高,H2S分解的正、逆反应速率均增大
B.900 ℃,t s后达平衡,H2的平均生成速率为p kPa·s-1
C.Al2O3催化剂使得正反应的活化能小于逆反应的活化能
D.1 100 ℃,曲线Ⅱ、Ⅲ重合,说明Al2O3催化剂失去活性
12.(2024·广东湛江检测)我国科学家团队攻克了温和条件下草酸二甲酯[(COOCH3)2]催化加氢制乙二醇的技术难关,反应为(COOCH3)2(g)+4H2(g)HOCH2CH2OH(g)+2CH3OH(g)　ΔH。如图所示,在恒容密闭容器中,反应温度为T1时,c(HOCH2CH2OH)和c(H2)随时间t的变化曲线分别为曲线 Ⅰ 和曲线 Ⅱ,反应温度为T2时,c(H2)随时间t的变化曲线为曲线 Ⅲ。下列说法正确的是 (　　)
A.ΔH>0
B.a点、b点时生成乙二醇的速率:v(a)=v(b)
C.T2时,反应在0~t2 s内的平均反应速率v(HOCH2CH2OH)= mol·L-1·s-1
D.其他条件相同,在T1条件下,起始时向该容器中充入一定量的氮气,则反应达到平衡的时间小于t1 s
13.已知某化学反应的平衡常数表达式为K=,在不同的温度下该反应的平衡常数如表所示:
t/℃ 700 800 830 1 000 1 200
K 1.67 1.11 1.00 0.60 0.38
下列有关叙述不正确的是 (　　)
A.上述反应的正反应是放热反应
B.该反应的化学方程式是CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
C.如果在一定体积的密闭容器中加入CO2(g)和H2(g)各1 mol,5 min后温度升高到830 ℃,此时测得CO(g)为0.4 mol时,该反应达到平衡状态
D.某温度下,如果平衡浓度符合下列关系式:=,判断此时的温度是1 000 ℃
14.(2024·浙江金华模拟)某密闭容器中通入物质的量浓度均为0.10 mol·L-1的CH4和CO2,二者在一定条件下发生反应:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)　ΔH。测得CH4的平衡转化率α与温度及压强的变化关系如图所示。
下列说法错误的是 (　　)
A.ΔH>0
B.Y点对应的正反应速率大于X点对应的正反应速率
C.p4>p3>p2>p1
D.1 100℃,p4条件下该反应的平衡常数K约为1.64
二、非选择题:本题共3小题,共44分。
15.(12分)CO2是自然生态循环必要的物质,人类活动增加了CO2的排放,加强了温室效应,研发二氧化碳利用技术以降低空气中二氧化碳含量成为研究热点。回答下列问题。
(1)(6分)空气中的CO2在水中存在溶解平衡:
①CO2(g)CO2(aq)　
②CO2(aq)+H2O(l)H2CO3(aq)　
③H2CO3(aq)H+(aq)+HC(aq)　
④HC(aq)H+(aq)+C(aq)　
相对平衡浓度cr(A)=,c =1.0 mol·L-1,相对平衡分压pr(A)=,p =100 kPa,用各物质的相对平衡浓度或相对平衡分压表示的平衡常数称为相对平衡常数Kr,写出反应①的相对平衡常数表达式=　　　　　　。
常温下,目前部分区域空气中CO2的含量(摩尔分数)x(CO2)=0.04%。根据亨利定律,在一定温度和平衡状态下,CO2在水中的浓度与平衡时液面上CO2的分压成正比,即p(CO2)=kc(CO2),k为亨利定律常数,p(CO2)=p ·x(CO2)。该区域水中CO2的平衡质量浓度为1.54 g·L-1。计算p =100 kPa,25 ℃时CO2在水中溶解时对应的亨利定律常数k≈　　　　　　 Pa·L·mol-1(保留小数点后一位)。
(2)(6分)CO2和H2在一定条件下可发生如下反应:
⑤CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)　ΔH5
⑥CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH6
500 ℃时,向1 L恒容密闭容器中充入4 mol CO2和12 mol H2,初始压强为p,20 min时2个反应都刚好达到平衡状态,测得此时c(H2O)=5 mol·L-1,体系压强为0.75p,则0~20 min内,v(CH4)=　　　　　　mol·L-1·min-1,平衡时CH4的选择性为　　　　[CH4的选择性=×100%,保留3位有效数字]。
16.(17分)研究二氧化碳合成甲醇对实现“碳中和”具有重要意义,二氧化碳加氢制甲醇的过程一般含有以下三个反应:
Ⅰ .CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH1　K1
Ⅱ .CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41.2 kJ·mol-1　K2
Ⅲ.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH3=-90.6 kJ·mol-1　K3
(1)(4分)ΔH1=　　　　　　;反应Ⅰ在　　　　　　(填“高温”“低温”或“任意温度”)下可自发进行。
(2)(3分)一定温度下,向盛有催化剂的恒容密闭容器中按初始进料比n(CO2)∶n(H2)=1∶1投入反应物,发生反应 Ⅰ。下列不能说明该反应一定处于平衡状态的是　　　　　　(填字母)。
a.容器内气体的压强不再发生改变
b.CO2的体积分数不再变化
c.1 mol H—H键断裂的同时1 mol C—H键断裂
d.反应的焓变ΔH不再变化
(3)(6分)向恒容密闭容器中按初始进料比n(CO2)∶n(H2)=1∶3投入反应物,只发生反应 Ⅰ 和 Ⅱ。在不同温度下达到平衡,体系中CH3OH、CO的选择性和CO2的平衡转化率[α(CO2)]与温度的关系如图所示。
(已知:CH3OH的选择性=×100%)
①图中表示CH3OH选择性变化的曲线是　　　　(填“a”或“b”),其原因是　　　　　　 　　　　　　。
②当T=250 ℃,平衡时CH3OH的体积分数φ(CH3OH)=　　　　(答案保留两位有效数字)。
(4)(4分)500 ℃时,已知K1=2.5,K2=1.0,则K3=　　　　　　。该温度下,往2 L恒容密闭容器中充入1 mol CO和2 mol H2发生反应Ⅲ。测得某时刻t2,CO的转化率为50%,则此时该反应的v(正)　　　　v(逆)(填“>”“<”或“=”)。
17.(15分)(2024·北京顺义区模拟)某化学小组设计如下实验方案探究影响锌与稀硫酸反应速率的因素,有关数据如下表所示。
实验 编号 纯锌粉 质量/g 2.0 mol·L-1 硫酸溶液 体积/mL 氯化钠固 体质量/g 硫酸铜固 体质量/g 加入蒸馏水 体积/mL
Ⅰ 2.0 40.0 0 0 10.0
Ⅱ 2.0 50.0 0 0 0
Ⅲ 2.0 50.0 1 0 0
Ⅳ 2.0 50.0 1 0.2 0
该化学小组在不同温度下进行了四组实验,测得“所用时间”t随实验温度(T)的变化曲线如图所示(“所用时间”是指锌与稀硫酸反应生成等物质的量的氢气所用的时间)。
请回答下列问题:
(1)(2分)实验Ⅰ中反应的化学方程式为　　　　　 　　　　　　。
(2)(2分)充分反应后,四组实验产生的氢气的物质的量由大到小的关系是　　　　　　。
(3)(2分)点c和点e可以探究　　　　　　对锌与稀硫酸反应速率的影响。
(4)(5分)平均反应速率:点a　　　　(2分)(填“>”“<”或“=”)点e,不能解释上述关系的有　　　　(3分)(填标号)。
A.c(H2SO4):点a>点e 　　B.压强:点a>点e
C.温度:点a>点e 　　D.点a能构成原电池
E.氯离子可以加快反应速率
(5)(2分)随温度升高,四组实验“所用时间”相差逐渐减小,原因可能是　　　　　　。
(6)(2分)实验Ⅳ中,存在反应[Cu(H2O)4]2++4Cl-[CuCl4]2-+4H2O,现向其平衡体系中加入少量硝酸银固体,平衡向　　　　　　(填“正反应”或“逆反应”)方向移动。
第八单元　化学反应速率与化学平衡
1.答案　B
解析　Y为红棕色,其他气体均为无色,所以未平衡时Y的浓度会发生变化,容器内气体颜色会发生变化,当容器内气体颜色不变时说明Y的浓度不再改变,反应达到平衡,故A错误;反应物和生成物都是气体,所以气体总质量始终不变,容器恒容,则无论是否平衡,密度都不发生变化,即密度不变不能说明反应达到平衡,故B正确;根据题目所给条件可知初始投料为c(X)=c(Y)=0.2 mol·L-1,根据化学方程式可知,当c(X)=c(N)=0.1 mol·L-1时,容器内c(X)=c(Y)=c(M)=c(N)=0.1 mol·L-1,则Q==1=K,说明反应到达平衡,故C错误;X的转化率达到50%,即此时Δc(X)=0.2 mol·L-1×50%=0.1 mol·L-1,根据选项C可知此时Q=K,说明反应到达平衡,故D错误。
2.答案　D
解析　若ΔH-TΔS>0,则该反应一定不能自发进行,而不是不能发生,A错误;CaCO3在室温下不能自发进行,即ΔH-TΔS>0,T>0且ΔS>0,则ΔH>0,B错误;ΔH-TΔS<0的反应能自发进行,如食物的缓慢氧化,并不一定要剧烈反应,C错误;通过计算式ΔH-TΔS可知,该判据只适用于判断温度、压强一定的反应能否自发进行,D正确。
3.答案　B
解析　根据图示,相同时间内CO的转化率随温度的升高,先升高后降低,最高点之前反应未达到平衡,温度升高使反应速率加快,相同时间内CO的转化率升高,最高点是平衡点,之后温度升高使平衡逆向移动,CO转化率减小,则逆反应吸热,正反应ΔH<0,A项正确;由图可知,状态X时,v消耗(CO)>v生成(CO),B项不正确;相同温度时,增大压强,反应速率增大,平衡正向移动,可以提高CO的转化率,C项正确;状态X时,选择合适催化剂,可以提高化学反应速率,从而提高了相同时间内CO的转化率,D项正确。
4.答案　B
解析　由表格数据知,达到平衡时c(N2O5)=2.00 mol·L-1,消耗c(N2O5)=4.00 mol·L-1-2.00 mol·L-1=2.00 mol·L-1,根据方程式可知,平衡时c(NO2)=4.00 mol·L-1、c(O2)=1.00 mol·L-1,所以反应的平衡常数K==64,A正确;恒容条件下,再充入一定量N2O5,相当于增大压强,平衡逆向移动,再次达到平衡N2O5的转化率将减小,B错误;升高温度,混合气体的总质量、容器的体积均不变,所以密度不变,C正确;该反应的正反应是气体分子数增大的反应,其他条件不变时,改为在恒压密闭容器中反应,相当于减小压强,平衡正向移动,平衡时N2O5的转化率增大,D正确。
5.答案　B
解析　由图像可看出,温度升高,CH4的平衡转化率降低,说明升温时,平衡2S2(g)+CH4(g)CS2(g)+2H2S(g)向左移动,所以正反应方向是放热的,即ΔH<0,A错误;因为S8分解成S2需要吸收热量,S8(g)4S2(g)　ΔH>0,所以升温时,平衡右移,S8分解率增大,S2体积分数增大,B正确;向恒温恒容的平衡体系中,通入惰性气体,由于与反应有关的气体物质的物质的量浓度均未变化,所以Q=K,平衡不移动,C错误;其他条件不变时,S2体积分数越大,即c(S2)越大,则平衡向右进行的程度越大,CH4的平衡转化率越大,D错误。
6.答案　B
解析　a点对应浓度大于b点,所以瞬时速率大,A正确;由a、b两点数据可知,每间隔时间t0,浓度下降为原来的一半,所以当浓度下降为时,经过的时间为3t0,B错误;根据化学反应速率的定义,由a、b两点的坐标可计算该时间段内的平均速率,C正确;化学反应中以不同物质表达的速率之比等于其化学计量数之比,D正确。
7.答案　D
解析　由题图可知,反应Ⅱ为反应物总能量大于生成物总能量的放热反应,反应的焓变ΔH2=-(Ea-Eb),A错误;由题图可知,反应 Ⅰ 和反应 Ⅱ 都为反应物总能量大于生成物总能量的放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,丙烯的平衡转化率减小,B错误;由题图可知,反应 Ⅰ 的活化能大于反应 Ⅱ 的活化能,反应的活化能越大,反应速率越慢,则相同条件下,反应 Ⅰ 的反应速率小于反应 Ⅱ,C错误;改用更高效的催化剂,可以降低反应的活化能,加快反应速率,但反应物的总能量、生成物的总能量和反应的焓变不变,则改用更高效的催化剂,Ea、Eb、ΔH2均不变,D正确。
8.答案　B
解析　反应 Ⅰ 为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,反应 Ⅱ 为吸热反应,升高温度平衡正向移动,因此升温先以反应 Ⅰ 为主,升高到一定温度后以反应 Ⅱ 为主,A正确;反应 Ⅰ 为放热反应,反应 Ⅱ 为吸热反应,升高温度,反应 Ⅰ 平衡逆向移动,则CH3OH的平衡产率减小,所以图甲表示CH3OH的平衡产率,B错误;反应 Ⅰ 是气体体积减小的反应,压强增大,平衡正向移动,反应 Ⅱ 气体体积不变化,压强增大,平衡不移动,故压强增大CH3OH的平衡产率增大,压强关系为p1>p2>p3,C正确;根据图示可知,温度越低,CO2的平衡转化率越大,CH3OH的平衡产率越大;压强越大,CO2的平衡转化率越大,CH3OH的平衡产率越大,所以同时提高CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率,应选择的反应条件为低温、高压,D正确。
9.答案　D
解析　由盖斯定律可知,反应2=反应1+反应3,反应1、反应3都是放热反应,则反应1、反应3的ΔH都小于0,所以反应2也是放热反应,且反应2的ΔH2更小,因此反应焓变:ΔH1>ΔH2,A错误;反应开始的短时间内,反应1得到的产物a比反应2得到的产物b多,说明反应1的速率比反应2的速率快,速率越快,其活化能越小,则反应活化能:反应1<反应2,B错误;根据图中信息可知,20 min时及时分离产物可获得高产率的产物a,C错误;增大HCl浓度,平衡正向移动,可以提高1-苯基丙炔的转化率,D正确。
10.答案　C
解析　题给反应是反应前后气体分子数增大的吸热反应,由题给表格信息可知,2 500 s后,反应已达到平衡状态,故反应体系内气体的平均相对分子质量不再发生变化,A正确。由题给热化学方程式可知,v(NO2)=2v(N2O5),500~1 500 s内,用NO2表示的平均反应速率为2×=3.54×10-3 mol·L-1·s-1,B正确。当反应达到平衡后,c(N2O5)=1.00 mol·L-1,c(NO2)=8.00 mol·L-1、c(O2)=2.00 mol·L-1,v正=v逆,则,C错误。反应在20 ℃下的平衡常数K=,又ΔH>0,降低温度,平衡逆向移动,平衡常数减小,在T ℃时平衡常数为,则T<20,D正确。
11.答案　C
解析　温度升高,H2S分解的正、逆反应速率均增大,A正确;H2S分解反应在刚性密闭容器中进行,起始压强为p kPa,900 ℃,t s后达平衡,硫化氢的转化率为50%,设H2S起始物质的量为2 mol,则平衡时n(H2)=1 mol,n(总)=2.5 mol,总压强为p kPa,则氢气的压强为p kPa=0.5p kPa,则H2的平均生成速率为p kPa·s-1,B正确;根据图中曲线分析,升高温度,硫化氢的平衡转化率增大,因此该反应是吸热反应,正反应的活化能大于逆反应的活化能,催化剂不能改变反应的热效应,C错误;催化剂发挥作用需要适宜的温度,在1 100 ℃,曲线 Ⅱ、Ⅲ 重合,说明Al2O3催化剂失去活性,D正确。
12.C　[分析反应温度为T1和T2时,c(H2)随时间的变化曲线,根据“先拐先平数值大”可知,T1>T2温度升高,平衡时c(H2)增大,平衡逆向移动,故该反应为放热反应,ΔH<0,A错误;升高温度,反应速率增大,a点、b点对应c(H2)相等,由于T1>T2,则生成乙二醇的速率v(a)>v(b),B错误;T2时,在0~t2 s内,Δc(H2)=0.05 mol·L-1,则v(HOCH2CH2OH)= mol·L-1·s-1,C正确;其他条件相同,在T1条件下,起始时向恒容密闭容器中充入一定量的氮气,不影响反应物浓度,故不影响反应速率,D错误。
13.答案　C
解析　根据平衡常数随着温度升高而减小可知该反应的正反应为放热反应,A项正确;根据平衡常数的表达式可知,该反应的化学方程式为CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),B项正确;830 ℃时K=1.00,计算可知平衡时CO的物质的量为0.5 mol,C项错误;根据题中的关系式,可计算出K=0.60,则温度为1 000 ℃,D项正确。
14.答案　B
解析　由题图可知,若压强不变,随着温度升高,CH4的平衡转化率增大,说明升高温度,平衡正向移动,则该反应是吸热反应,ΔH>0,A正确。X点和Y点对应的压强相同,但X点对应的温度比Y点对应的温度高,升高温度,反应速率增大,故X点对应的正反应速率大于Y点对应的正反应速率,B错误。该反应为反应前后气体分子数增大的反应,同温条件下,增大压强,平衡逆向移动,CH4的平衡转化率减小,则p4>p3>p2>p1,C正确。1 100 ℃,p4条件下达到平衡时,c(CH4)=(0.10-0.10×80%) mol·L-1=0.02 mol·L-1,c(CO2)=0.02 mol·L-1,c(CO)=0.16 mol·L-1,c(H2)=0.16 mol·L-1,K=≈1.64,D正确。
15.(1)　1 142.9　(2)0.1　66.7%
解析　(1)根据题中定义可知,CO2(g)CO2(aq)的相对平衡常数。p =100 kPa,该区域空气中x(CO2)=0.04%,则p(CO2)=p ·x(CO2)=100 kPa×0.04%=40 Pa,该区域水中CO2的平衡质量浓度为1.54 g·L-1,则水中CO2的平衡浓度c(CO2)==0.035 mol·L-1,故对应的亨利定律常数k=≈1 142.9 Pa·L·mol-1。(2)反应前投料为4 mol CO2和12 mol H2,反应后容器内有5 mol H2O,设平衡后容器内有a mol CO2、b mol H2、x mol CH4、y mol CO,则由碳原子守恒得4=a+x+y,由氢原子守恒得24=2b+4x+10,由氧原子守恒得8=2a+y+5,恒温恒容条件下,气体压强之比等于气体物质的量之比,即,联立以上方程式解得a=1,b=3,x=2,y=1,故0~20 min内,v(CH4)==0.1 mol·L-1·min-1,平衡时CH4的选择性=×100%≈66.7%。
16.答案　(1)-49.4 kJ·mol-1　低温　(2)d
(3)①a　反应 Ⅰ 是放热反应,温度升高,反应逆向移动,甲醇的选择性降低　②4.1%　(4)2.5　<
解析　(1)由盖斯定律可知,反应 Ⅱ+反应 Ⅲ 可得反应 Ⅰ,则ΔH1=ΔH2+ΔH3=-49.4 kJ·mol-1;反应 Ⅰ 为放热的熵减反应,则在低温下可自发进行。(2)反应 Ⅰ 是气体分子数改变的化学反应,恒容密闭容器中,气体物质的量与压强成正比,则混合气体的压强不随时间的变化而变化时,反应达到平衡状态,a不符合题意;CO2的体积分数随着反应的进行而变化,其不再变化,说明处于平衡状态,b不符合题意;反应中1 mol H—H键断裂的同时1 mol C—H键断裂,则说明消耗H2的速率与消耗CH3OH的速率之比等于其化学计量数之比,此时正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态,c不符合题意;反应的焓变ΔH与平衡与否无关,其不再变化不能说明反应达到平衡状态,d符合题意。(3)①反应Ⅰ为放热反应,温度升高,平衡逆向移动,CH3OH选择性下降;反应Ⅱ为吸热反应,温度升高,平衡正向移动,CO选择性升高;故题图中表示CH3OH选择性变化的曲线是a。②假设CO2、H2投料分别为1 mol、3 mol;当T=250 ℃,CO2平衡转化率为30%、CO和CH3OH的选择性均为50%,则反应消耗的CO2为0.3 mol,生成的CH3OH、CO均为0.15 mol;Ⅰ为气体分子数减小2的反应,Ⅱ为气体分子数不变的反应,则此时平衡时总的物质的量为1 mol+3 mol-2×0.15 mol=3.7 mol,故平衡时CH3OH的体积分数φ(CH3OH)=×100%≈4.1%。(4)由盖斯定律可知,反应Ⅰ-反应Ⅱ可得反应Ⅲ,500 ℃时,已知K1=2.5,K2=1.0,则K3==2.5;该温度下,往2 L恒容密闭容器中充入1 mol CO和2 mol H2发生反应Ⅲ,测得某时刻t2,CO的转化率为50%,则此时消耗CO 0.5 mol、消耗H2 1 mol、生成CH3OH 0.5 mol,则此时Q==4>K3,则反应逆向进行,该反应的v(正)17.答案　(1)Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑　(2)Ⅰ=Ⅱ=Ⅲ>Ⅳ
(3)(硫酸)浓度　(4)>　B
(5)温度对反应速率的影响起主导作用　(6)逆反应
解析　(1)锌与稀硫酸反应生成氢气和硫酸锌,化学方程式为Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑。(2)根据锌与稀硫酸的用量和化学方程式可知,Zn少量,锌的用量决定氢气的产量,实验Ⅳ中铜离子与锌单质发生置换反应消耗了部分锌,故生成的氢气量比其他几组的少,则产生的氢气的物质的量由大到小的关系是 Ⅰ=Ⅱ=Ⅲ>Ⅳ。(3)点c和点e的温度相同,区别在于实验Ⅰ、Ⅱ所用硫酸的浓度不同,故点c和点e可以探究硫酸浓度对锌与稀硫酸反应速率的影响。(4)压强不影响溶液中的反应,由题图可知c(H2SO4):点a>点e。温度:点a>点e,点a所在实验Ⅳ中能构成原电池,加快反应速率,且对比实验Ⅱ、Ⅲ可知氯离子也可以加快Zn与稀硫酸反应的速率,故平均反应速率:点a>点e。(5)随温度升高,四组实验“所用时间”相差逐渐减小,可能是温度对反应速率的影响起主导作用。(6)实验Ⅳ中,存在反应[Cu(H2O)4]2++4Cl-[CuCl4]2-+4H2O,现向其平衡体系中加入少量硝酸银固体,Ag+与Cl-反应生成AgCl沉淀,c(Cl-)减小,则平衡向逆反应方向移动。

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