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2025鲁科版化学选择性必修1
第2章测评
一、选择题:本题包括10小题,每小题2分,共计20分。每小题只有一个选项符合题意。
1.SO2催化氧化制SO3时,控制温度在450 ℃左右,这是因为(　　)
A.催化剂活性强,反应速率快
B.SO2转化率大
C.该温度下,能耗较低
D.产生的污染气体少
2.痛风病与关节滑液中形成的尿酸钠(NaUr)有关(NaUr增多,病情加重),其化学原理为HUr(aq)+Na+(aq)NaUr(s)+H+(aq)　ΔH<0,下列说法不正确的是(　　)
A.寒冷季节更易诱发关节疼痛
B.大量饮水会增大痛风病发作的可能性
C.饮食中摄入过多食盐,会加重痛风病病情
D.患痛风病的人应少吃能代谢产生更多尿酸的食物
3.下列说法正确的是(　　)
A.能够自发进行的反应都是放热反应
B.能够自发进行的反应一定是熵增的过程
C.当ΔH<0、ΔS<0时,该反应都能自发进行
D.水凝结成冰的过程:ΔH<0,ΔS<0
4.一定温度下,在容积恒定的密闭容器中,进行可逆反应:A(s)+2B(g)C(g)+D(g),当下列物理量不再发生变化时,能说明该反应已达到平衡状态的是 (　　)
①混合气体的密度　②容器内气体的压强　③混合气体的总物质的量　④B物质的量浓度
A.①④ B.②③ C.②③④ D.④
5.在一定温度下,向2 L恒容密闭容器中加入0.2 mol C,发生如下反应:2C(g)A(g)+2B(s)　ΔH>0,10 s末测得c(A)=0.02 mol·L-1,则下列说法正确的是(　　)
A.10 s末时,用A表示的反应速率为v(A)=0.002 mol·L-1·s-1
B.该条件下,c(C)由0.06 mol·L-1降到0.04 mol·L-1所需的反应时间小于5 s
C.压缩容器的容积,正反应速率增大的程度比逆反应速率增大的程度大
D.升高温度正反应速率加快,逆反应速率减慢
6.我国科研人员研究发现合成氨的反应历程有多种,其中有一种反应历程如图所示(吸附在催化剂表面的物质用*表示)。下列说法错误的是(　　)
A.N2生成NH3是通过多步还原反应生成的
B.过程Ⅰ和Ⅲ中能量的变化不相同
C.增大N2的浓度,可以加快工业合成氨的反应速率,提高N2的平衡转化率
D.大量氨分子吸附在催化剂表面,将降低反应速率
7.我国科技工作者运用DFT计算研究HCOOH在不同催化剂(Pd和Rh)表面分解产生H2的部分反应历程如图所示,其中吸附在催化剂表面的物种用*表示。下列说法错误的是(　　)
A.HCOOH吸附在催化剂表面是一个放热过程
B.Pd、Rh分别作催化剂时HCOOH分解产生H2的反应热不同
C.该反应过程中有C—H键的断裂,还有CO键的形成
D.HCOO*+H*CO2+2H*是该历程的决速步骤
8.CO2和H2合成甲醇过程中发生如下反应:
Ⅰ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH1<0;
Ⅱ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH2>0。在催化剂作用下,将一定量的CO2和H2的混合气体充入一恒容密闭容器中进行反应,达到平衡时,CO2的转化率随温度变化如图。下列说法正确的是(　　)
A.缩小容器的容积,反应Ⅱ平衡不移动
B.温度高于400 ℃时,以反应Ⅰ为主
C.高温、高压能提高甲醇的平衡产率
D.选择合适的催化剂,可提高甲醇的选择性
9.有关反应Si(s)+3HCl(g)SiHCl3(g)+H2(g)　ΔH=-141.8 kJ·mol-1的说法正确的是(　　)
A.该反应在低温条件下不能自发
B.其他条件不变,增大压强SiHCl3平衡产率减小
C.实际工业生产选择高温,原因是高温时Si的平衡转化率比低温时大
D.如图所示,当>3,SiHCl3平衡产率减小,可能发生了副反应
10.某温度时两个恒容密闭容器中仅发生反应2NO2(g)2NO(g)+O2(g)　ΔH>0。实验测得v正(NO2)=k正c2(NO2),v逆(NO)=k逆c2(NO)·c(O2),k正、k逆为速率常数,只受温度影响。
容器 编号 起始浓度/(mol·L-1)
c(NO2) c(NO) c(O2) c(O2)
I 0.6 0 0 0.2
Ⅱ 0.6 0.1 0
下列说法错误的是(　　)
A.升高温度,该反应的化学平衡常数增大
B.Ⅰ中NO2的平衡转化率约为66.7%
C.Ⅱ中达到平衡状态时,c平(O2)<0.2 mol·L-1
D.升高温度,该反应的k正增大,k逆减小
二、选择题:本题包括5小题,每小题4分,共计20分。每小题有一个或两个选项符合题意。若正确答案只包括一个选项,多选时,该小题得0分;若正确答案包括两个选项,只选一个且正确的得2分,选两个且都正确的得满分,但只要选错一个,该小题就得0分。
11.相同温度下,向三个容积不等的恒容密闭容器中分别通入2 mol NOCl(g),发生反应2NOCl(g)2NO(g)+Cl2(g)。t min后,三个容器中NOCl(g)的转化率如图所示。已知B点已达到平衡状态,下列叙述不正确的是(　　)
A.A点一定已达到平衡状态
B.容器容积a∶b=16∶45
C.B点对应容器中,再通入1 mol NOCl和1 mol NO,平衡正向移动
D.当三个容器都达到平衡状态时,容积为c L的容器中NOCl转化率最高
12.我国有世界储量第一的天然石膏(主要成分CaSO4),同时也有大量磷酸工业副产品石膏,可用于硫酸及水泥的联合生产。硫酸钙在高温下被CO还原,发生的反应有:
Ⅰ.CaSO4(s)+4CO(g)CaS(s)+4CO2(g)　K1
Ⅱ.CaSO4(s)+CO(g)CaO(s)+SO2(g)+CO2(g)　K2
Ⅲ.3CaSO4(s)+CaS(s)4CaO(s)+4SO2(g)　K3
上述反应的平衡常数的对数值(lg K)与温度(T)的关系如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.反应Ⅱ的ΔH>0
B.lg K3=4lg K2-lg K1
C.使用适当的催化剂能够加快反应速率,提高原料的平衡转化率
D.调控适当的温度可以抑制反应Ⅰ、促进反应Ⅲ而得到较纯净的CaO
13.恒温T ℃、恒压101 kPa,将足量的CuSO4·5H2O、NaHCO3置于一个密闭容器中,再充入已除去CO2的干燥空气。仅发生以下反应,达平衡时两者分解的物质的量比为2∶1。
CuSO4·5H2O(s)CuSO4·3H2O(s)+2H2O(g)　Kp1=81(kPa)2
2NaHCO3(s)Na2CO3(s)+H2O(g)+CO2(g)　Kp2
第一次平衡后,用总压为101 kPa的潮湿空气[其中p(H2O)=8 kPa、p(CO2)=4 kPa]替换容器中的气体,T ℃下达到第二次平衡。
下列说法不正确的是(　　)
A.第一次平衡时=9
B.Kp2=9(kPa)2
C.第二次平衡建立的过程中CuSO4·5H2O的质量将增加
D.第二次平衡建立的过程中NaHCO3的质量将减少
14.反应H2S(g)+CO2(g)COS(g)+H2O(g)可用于制备有机化工原料COS。已知240 ℃时,其化学反应平衡常数K=1。
①一定温度下,设起始充入的n(CO2)∶n(H2S)=m,相同时间内测得H2S转化率与m和温度(T)的关系如图甲所示。
②在300 ℃、320 ℃时上述反应中H2S(g)和COS(g)的体积分数(w)随时间(t)的变化关系如图乙所示。起始密闭容器中w[H2S(g)]和w[CO2(g)]、w[COS(g)]和w[H2O(g)]分别相等。
甲
乙
下列说法错误的是(　　)
A.该反应的ΔH<0
B.m1C.绝热恒容条件下发生反应,若体系压强不变,可说明反应达到平衡
D.300 ℃时w[COS(g)]随时间变化的曲线为L4,320 ℃时w[H2S(g)]随时间变化的曲线为L2
15.相同温度下,容积均为0.25 L的两个恒容密闭容器中发生可逆反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH=-92.2 kJ·mol-1。实验测得起始时的有关数据如表所示:
容器编号 起始时各物质的物质的量/mol 达到平衡时体系能量的变化
N2 H2 NH3
① 1 3 0 放出热量:23.05 kJ
② 0.9 2.7 0.2 放出热量:Q
下列叙述错误的是(　　)
A.容器①②中反应的平衡常数相等
B.平衡时,两个容器中NH3的体积分数均为
C.容器②中达到平衡时放出的热量Q=23.05 kJ
D.若容器①的容积为0.5 L,则平衡时放出的热量小于23.05 kJ
三、非选择题:共4小题,共60分。
16.(15分)某学生为了探究影响化学反应速率的外界因素,进行以下实验。
(1)向100 mL稀硫酸中加入过量的锌粉,标准状况下测得数据累计值如下:
时间/min 1 2 3 4 5
氢气体积/mL 50 120 230 290 310
①在0~1、1~2、2~3、3~4、4~5 min各时间段中,反应速率最大的时间段是　 min,
主要的原因可能是　。
②为了减缓反应速率但不减少产生氢气的量,可以在稀硫酸中加入　　　　　　　　(填字母)。
a.Na2CO3溶液 b.NaOH溶液
c.KNO3溶液 d.蒸馏水
(2)进行以下对比实验,并记录实验现象。
实验Ⅰ:
实验Ⅱ:另取两支试管分别加5 mL 5%H2O2溶液和5 mL 10%H2O2溶液,均未观察到有明显的气泡产生。
①实验Ⅰ的目的是　　　　　　　　　　　。
②实验Ⅱ未观察到预期现象,为了达到该实验的目的,可采取的改进措施是　　　　　　　　。
(3)为了研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响,该同学设计了如下一系列的实验。将表中所给的混合溶液分别加入过量Zn粒的反应瓶中,收集产生的气体,记录获得相同体积的气体所需的时间。
实验混合溶液 A B C
4 mol·L-1H2SO4/mL 30 V1 V2
饱和CuSO4溶液/mL 0 0.5 2.5
H2O/mL 10 V3 V4
t/s t1 t2 t3
请完成该实验设计:V1=　　　　　　　　　　,V4=　　　　　　　　　　　　。
17.(16分)利用太阳能等可再生能源,通过光催化、光电催化或电解水制氢来进行二氧化碳加氢制甲醇,发生的主要反应是CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)。
请回答下列有关问题:
(1)若二氧化碳加氢制甲醇反应在绝热、恒容的密闭体系中进行,下列示意图正确且能说明该反应进行到t1时刻达到平衡状态的是　(填字母)。
(2)常压下,二氧化碳加氢制甲醇反应时的能量变化如图1所示,则该反应的ΔH=　　　　　　。
(3)在2 L恒容密闭容器a和b中分别投入2 mol CO2和6 mol H2,在不同温度下进行二氧化碳加氢制甲醇的反应,各容器中甲醇的物质的量与时间的关系如图2所示。
①若容器a、容器b中的反应温度分别为T1、T2,则T1　　　　　　　　(填“>”“<”或“=”)T2。若容器b中改变条件时,反应情况会由曲线b变为曲线c,则改变的条件是　　　　　　　　。
②计算容器b中0~10 min氢气的平均反应速率v(H2)=　　　　　　　　 mol·L-1·min-1。
③在容器b中该反应的平衡常数为　　　　　　(保留3位有效数字)。若平衡时向容器b中再充入1 mol CO2和3 mol H2,重新达平衡时,混合气体中甲醇的物质的量分数　　　　　　　　(填“>”“<”或“=”)30%。
18.(14分)利用化学反应原理研究化学反应有重要意义。
(1)CO2的减排和综合利用是解决温室效应及能源问题的有效途径。一定温度下,在容积为1 L的密闭容器中,充入1 mol CO2和3 mol H2,此时压强为p0 kPa,发生反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示。
①0~4 min,H2的平均反应速率v(H2)=　　　mol·L-1·min-1。
②下列能说明该反应已达到平衡状态的是　　(填字母)。
A.v正(CH3OH)=3v逆(H2)
B.CO2、H2、CH3OH和H2O浓度之比为1∶3∶1∶1
C.恒温恒容下,气体的密度不再变化
D.恒温恒压下,气体的体积不再变化
③测得某时刻,CO2(g)、H2(g)、CH3OH(g)和H2O(g)的浓度均为0.5 mol·L-1,则此时v(正)　　(填“>”“<”或“=”)v(逆)。
④可逆反应的平衡常数可用平衡分压代替平衡浓度计算,已知:分压=总压×物质的量分数,则该温度下Kp=　　　kPa-2(用含有p0的式子表示,保留1位小数)。
(2)工业中,CO2和H2在催化剂Cu/ZnO作用下可发生两个平行反应,分别生成
CH3OH和CO。
反应A:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
反应B:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)
控制CO2和H2初始投料比为1∶3时,温度对CO2平衡转化率及甲醇和CO产率的影响如图所示。
①由图可知温度升高时CO的产率上升,其主要原因可能是　　　　　　　　　　。
②由图可知获取CH3OH最适宜的温度是　　　　　　　　。
19.(15分)甲醇水蒸气催化重整生产氢气是近年来的一个热门研究方向,某项研究表明其原理是甲醇先与水蒸气反应生成CO2和H2,CO2再和H2发生逆变换反应生成CO和H2O。
①CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)　ΔH1=+49.4 kJ·mol-1
②CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH2=+41.2 kJ·mol-1
请回答下列问题:
(1)甲醇可发生分解反应:CH3OH(g)CO(g)+2H2(g)　ΔH3,则ΔH3=　　　　　　　。
(2)向一个装有催化剂的刚性密闭容器中通入一定量的CO和水蒸气发生反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),测得反应速率和温度关系如图1所示,BC段反应速率迅速降低的原因可能是　　　　　　　　　　　　　　。若该反应在一定温度下达到平衡状态后,将容器不断压缩并分别测定不同压强下CO的平衡转化率α,测定结果如图2所示,α随压强增大开始不变,一定程度后逐渐减小的原因是　　　　　　　　　　　　　　。
(3)向2 L的刚性密闭容器中充入1 mol CH3OH(g)和1.3 mol H2O(g),只发生上述①、②反应。测得H2O(g)、CO2、H2、CO的平衡体积分数与温度关系如图所示,CH3OH(g)的平衡体积分数极低,则图中的曲线b、d表示的物质依次是　　　　　　　、　　　　　　　。若体系在某温度下经5 min达平衡状态,平衡时气体的总物质的量为4.26 mol,CO的物质的量为0.8 mol,则前5 min的甲醇的平均反应速率v(CH3OH)=　　　　　　　 mol·L-1·min-1,该温度下反应②的平衡常数K=　　　　　　　(保留三位有效数字)。
第2章测评
1.A　解析 SO2催化氧化制SO3的反应是放热反应,实际生产时控制温度在450 ℃左右是因为催化剂活性强,反应速率快,可以缩短生产时间,提高生产效率,故答案选A。
2.B　解析 尿酸转化为尿酸钠的反应为放热反应,寒冷季节时,温度降低,平衡向正反应方向移动,尿酸钠浓度增大可能会导致病情加重,所以寒冷季节更易诱发关节疼痛,故A正确;大量饮水,会使平衡向逆反应方向移动,尿酸钠浓度减小,从而降低痛风病发作的可能性,故B错误;饮食中摄入过多食盐,会使Na+浓度增大,平衡向正反应方向移动,尿酸钠浓度增大可能会导致病情加重,故C正确;患痛风病的人吃能代谢产生更多尿酸的食物,会使尿酸浓度增大,平衡向正反应方向移动,尿酸钠浓度增大可能会导致病情加重,所以患痛风病的人应少吃能代谢产生更多尿酸的食物,故D正确。
3.D　解析 能够自发进行的反应不一定是放热反应,如Ba(OH)2·8H2O+2NH4ClBaCl2+2NH3↑+10H2O为吸热反应,常温下就能自发发生,A错误;能够自发进行的反应也可能是熵减的过程,如合成氨反应,B错误;当ΔH<0、ΔS<0时,该反应在低温下能自发进行,高温下不能自发进行,C错误;水凝结成冰的过程中,能够放出热量,且水分子的排列有序,所以ΔH<0,ΔS<0,D正确。
4.A　解析 根据反应方程式可知该反应是反应前后气体分子数不变的反应,即在反应过程中,混合气体的总物质的量和容器内气体的压强始终不变,②、③不正确。混合气体的密度是混合气体的质量和容器的容积之比,容器的容积不变,但混合气体的质量是变化的,所以当混合气体的密度不再变化时,可以说明反应达到平衡状态,①正确。反应体系中气体的浓度或含量不再发生变化时,说明反应达到平衡状态,④正确。
5.C　解析 化学反应速率是指某一时段内的平均反应速率,而不是瞬时速率,故无法计算10 s末时,用A表示的反应速率,A错误;由题干信息可知,前10 s内C的浓度由0.1 mol·L-1降到0.06 mol·L-1,即减小了0.04 mol·L-1,随着反应的进行C的浓度减小,正反应速率减慢,故该条件下,c(C)由0.06 mol·L-1降到0.04 mol·L-1所需的反应时间大于5 s,B错误;该反应正反应气体体积减小,故压缩容器的容积,增大压强,化学平衡正向移动,即正反应速率增大的程度比逆反应速率增大的程度大,C正确;升高温度,正反应速率加快,逆反应速率也加快,D错误。
6.C　解析 由题图可知,N2生成NH3的过程中氮元素化合价逐渐降低,N2是通过多步还原反应生成的NH3,A正确;过程Ⅰ是断裂N≡N中的一个键且形成一个N—H键,而过程Ⅲ是断裂NN键中的一个键且形成一个N—H键,所以能量变化不同,B正确;增大N2的浓度可以加快工业合成氨的反应速率,但是N2的平衡转化率降低,C错误;NH3的及时脱附可留下继续反应的空间而增加催化剂的活性位,如果大量氨分子吸附在催化剂表面,将降低反应速率,D正确。
7.B　解析 HCOOH吸附在催化剂表面是能量降低的过程,为放热过程,A正确;催化剂能改变反应速率,不改变热效应,则Pd、Rh分别作催化剂时HCOOH分解产生H2的反应热相同,B错误;HCOOH催化分解生成CO2和H2,该反应过程中有C—H键的断裂和CO键的形成,C正确;反应历程中HCOO*+H*生成过渡态2的活化能最大,反应速率最慢,故HCOO*+H*CO2+2H*是该历程的决速步骤,D正确。
8.D　解析 CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)正反应气体系数减小,缩小容器的容积,平衡正向移动,使CO2和H2浓度降低、水蒸气浓度增大,由于CO2和H2浓度降低、水蒸气浓度增大,则CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)平衡逆向移动,故A错误;根据图示,温度高于400 ℃时,随温度升高CO2的转化率增大,反应Ⅱ为吸热反应,可知温度高于400 ℃时以反应Ⅱ为主,故B错误;CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)正反应放热,升高温度甲醇的平衡产率减小,故C错误;催化剂具有选择性,选择合适的催化剂,可提高甲醇的选择性,故D正确。
9.D　解析 该反应为气体总物质的量减小的反应,则ΔS<0,由ΔH<0,反应能自发进行的判据ΔH-TΔS<0,该反应在低温条件下能自发,故A错误;该反应为气体总物质的量减小的反应,增大压强,平衡正向移动,则SiHCl3平衡产率增大,故B错误;该反应是放热反应,升高温度平衡逆向移动,Si的平衡转化率减小,实际工业生产选择高温是通过适当升高温度,反应速率加快,提高生产效率,故C错误;当=3,SiHCl3平衡产率最大,当>3,SiHCl3平衡产率减小,则说明可能发生副反应,故D正确。
10.D　解析 该反应ΔH>0,为吸热反应,升高温度,K值增大,A正确;先用三段式法计算出实验Ⅰ中各组分的改变浓度和平衡浓度:
2NO2(g) 2NO(g) + O2(g)
c(始)/(mol·L-1) 0.6 0 0
c(变)/(mol·L-1) 0.4 0.4 0.2
c(平)/(mol·L-1) 0.2 0.4 0.2
Ⅰ中NO2的平衡转化率为×100%≈66.7%,B正确;Ⅰ中平衡时c平(O2)=0.2 mol·L-1,实验Ⅱ相当于在Ⅰ的基础上再加入NO,平衡会逆向移动,c平(O2)<0.2 mol·L-1,C正确;升高温度,正逆反应速率均加快,反应的k正、k逆均增大,D错误。
11.C　解析 a容器容积最小,压强最大,反应速率比b容器快,B点已达到平衡状态,所以A点一定已达到平衡状态,故A正确;A、B两点均达到平衡状态,A点:
2NOCl(g) 2NO(g) + Cl2(g)
初始/mol 2 0 0
转化/mol 0.8 0.8 0.4
平衡/mol 1.2 0.8 0.4
B点:
2NOCl(g) 2NO(g) + Cl2(g)
初始/mol 2 0 0
转化/mol 1 1 0.5
平衡/mol 1 1 0.5
温度相同,平衡常数相等,所以=K,则a∶b=16∶45,故B正确;B点对应容器中,再通入1 mol NOCl和1 mol NO,Q==K,平衡不移动,故C错误;增大容器容积,压强减小,平衡正向移动,NOCl转化率增大,当三个容器都达到平衡状态时,容积为c L的容器中NOCl转化率最高,故D正确。
12.C　解析 lg K越大,K越大,根据图像显示,反应Ⅱ升高温度lg K增大,反应Ⅱ的K值增大,说明平衡正向移动,则正反应吸热,ΔH>0,故A正确;利用盖斯定律,将Ⅱ×4-Ⅰ=Ⅲ,以此可得ΔH3=4ΔH2-ΔH1,则平衡常数K3=,则lg K3=lg=4lg K2-lg K1,故B正确;使用适当的催化剂能够加快反应速率,但不影响化学平衡,不能提高原料的平衡转化率,故C错误;lg K越大,K越大,根据图像,反应Ⅰ升高温度,lg K减小,说明平衡逆向移动,反应Ⅰ被抑制,反应Ⅲ升高温度,lg K增大,说明平衡正向移动,反应Ⅲ被促进,则调控适当的温度可以抑制反应Ⅰ、促进反应Ⅲ而得到较纯净的CaO,故D正确。
13.CD　解析 ①CuSO4·5H2OCuSO4·3H2O(s)+2H2O(g),2NaHCO3(s)Na2CO3(s)+H2O(g)+CO2(g),达平衡时CuSO4·5H2O(s)和NaHCO3(s)分解的物质的量比为2∶1,分解2 mol CuSO4·5H2O可得到4 mol H2O(g),分解1 mol NaHCO3(s)可得到0.5 mol CO2和0.5 mol H2O(g),平衡体系中含有4.5 mol H2O(g)、0.5 mol CO2,所以=9,A正确;化学平衡常数Kp1=81(kPa)2=(H2O),则p平(H2O)=9 kPa,=9,则p平(CO2)=1 kPa,Kp2=p平(H2O)·p平(CO2)=9 kPa×1 kPa=9(kPa)2,B正确;反应CuSO4·5H2O(s)CuSO4·3H2O(s)+2H2O(g)的浓度商Qc=p2(H2O)=64(kPa)2<81(kPa)2=Kp1,则该反应正向进行,第二次平衡建立的过程中CuSO4·5H2O的质量将减少,C错误;反应2NaHCO3(s)Na2CO3(s)+H2O(g)+CO2(g)的浓度商Qc=p(H2O)·p(CO2)=8 kPa×4 kPa=32(kPa)2>Kp2,所以反应逆向进行,导致NaHCO3质量会增加,D错误。
14.BD　解析 由图甲可知T ℃之前反应未平衡,H2S的转化率随着反应的进行增大,T ℃时反应达到平衡,T ℃后即平衡后升高温度,H2S转化率减小,则逆反应为吸热反应,正反应为放热反应,则ΔH<0,A正确;n(CO2)∶n(H2S)=m,则相同条件下m越大,H2S的转化率越大,则m1>m2,B错误;该反应是气体分子数不变的放热反应,绝热恒容条件下发生反应,若反应未平衡,则存在温度升高、压强增大的现象,因此当体系压强不变,可说明反应达到平衡,C正确;D选项,
信息 信息加工 结论
1.H2S(g)+CO2(g)COS(g)+H2O(g)　ΔH<0 温度升高,w[H2S(g)]增大 L1:320 ℃时 w[H2S(g)], L4:320 ℃时 w[COS(g)]; L2:300 ℃时 w[H2S(g)], L3:300 ℃时 w[COS(g)]
2.初始 w[CO2(g)]=w[H2S(g)], w[COS(g)]=w[H2O(g)] 初始w[H2S(g)]+w[COS(g)]=50%,L1、L4为初始1,L2、L3为初始2
3.240 ℃时K=1 240 ℃平衡时w[H2S(g)]= w[COS(g)]
4.温度:320 ℃>300 ℃>240 ℃ w[H2S(g)]:320 ℃比300 ℃时大
15.C　解析 对于给定反应,平衡常数只与温度有关,温度相同,平衡常数相同,A正确;由①中放出的热量可知,参加反应的N2为0.25 mol,则有
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
n(起始物质的量)/mol 1 3 0
n(转化物质的量)/mol 0.25 0.75 0.5
n(平衡物质的量)/mol 0.75 2.25 0.5
则①中NH3的体积分数为,由于①和②中建立的平衡是相同的,所以两容器中NH3的体积分数均为,B正确;①和②建立的平衡是相同的,②中起始时充入0.9 mol N2,达到平衡时相当于有0.15 mol N2参加反应,则平衡时放出的热量小于23.05 kJ,C错误;若容器①的容积为0.5 L,相当于在原来的基础上减小压强,平衡逆向移动,则平衡时放出的热量小于23.05 kJ,D正确。
16.答案 (1)①2~3　该反应放热使温度升高而加快反应速率,此时温度的影响起主要作用　②d　(2)①其他条件相同时,探究温度对H2O2分解速率的影响　②将两支试管同时放入盛有相同温度热水的烧杯中(或向两支试管中同时滴入2滴1 mol·L-1的FeCl3溶液),观察产生气泡的速率　(3)30　7.5
解析 (1)①化学反应速率v=,因为时间相同,只要气体体积差大,反应速率就大,0~1 min、1~2 min、2~3 min、3~4 min、4~5 min时间段中,ΔV分别为50 mL、(120-50) mL=70 mL、(230-120) mL=110 mL、(290-230) mL=60 mL、(310-290) mL=20 mL,所以反应速率最快的是2~3 min、最慢的是4~5 min,该反应是放热反应,升高温度反应速率增大,温度起主要影响作用,随着反应进行,氢离子浓度减小,反应速率减小,氢离子浓度起主要作用。
②加入Na2CO3溶液,稀硫酸和碳酸钠反应生成二氧化碳,导致和锌反应的氢离子总物质的量减少,生成的氢气减少,不符合条件,故a不选;加入NaOH溶液,氢离子浓度减小、氢离子总物质的量变小,不符合条件,故b不选;加入KNO3溶液,硝酸具有强氧化性,与金属反应一般不放出氢气,氢气的量减少,不符合条件,故c不选;加入蒸馏水,氢离子浓度减小、氢离子总物质的量不变,反应速率减慢,但不减少产生氢气的量,符合条件,故d选。
(2)①实验Ⅰ:分别在试管A、B中加入5 mL 5%H2O2溶液,各滴入1~2滴1 mol·L-1FeCl3溶液,试管中均有适量气泡出现,说明过氧化氢发生分解,试管A、B中均有适量气泡出现时,将试管A放入盛有5 ℃冷水的烧杯中,试管B放入盛有40 ℃热水的烧杯中,放入40 ℃热水中的试管中产生的气泡量增多,说明温度对H2O2分解速率有影响。
②影响化学反应速率的外界因素有浓度、温度、气体的压强、催化剂、固体的表面积等,另取两支试管分别加入5 mL 5%H2O2溶液和5 mL 10%H2O2溶液,两支试管中均未见气泡产生,为加快反应速率,可从温度或催化剂的影响角度考虑。
(3)研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响,需要硫酸的量不变,则V1=30;只改变硫酸铜的量,由A组实验数据可知,溶液的总体积为40 mL,V4=40-30-2.5=7.5。
17.答案 (1)bc　(2)-46 kJ·mol-1　(3)①>　加入催化剂　②0.225　③5.33 mol-2·L2　>
解析 (1)a项,随着时间的延长甲醇的浓度最终保持稳定,不会变小,错误;b项,t1时二氧化碳的质量分数保持恒定,说明反应达到平衡,正确;c项,t1时甲醇与二氧化碳的物质的量之比保持恒定,达到平衡,正确;d项,t1时二氧化碳的物质的量在减小,甲醇的物质的量在增加,故未达到平衡,错误。
(2)常压下,二氧化碳加氢制甲醇反应的ΔH=2 914 kJ·mol-1-2 960 kJ·mol-1=-46 kJ·mol-1。
(3)①若容器a、容器b中的反应温度分别为T1、T2,a先达到平衡,对应的温度高,则T1>T2;若容器b中改变条件时,反应情况会由曲线b变为曲线c,反应速率变快,平衡不移动,则改变的条件是加入催化剂。
②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),平衡时容器b中甲醇的物质的量为1.5 mol,氢气的变化量为4.5 mol,0~10 min氢气的平均反应速率v(H2)==0.225 mol·L-1·min-1。
③在容器b中,
CO2(g) + 3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g)
开始/mol 2 6 0 0
转化/mol 1.5 4.5 1.5 1.5
平衡/mol 0.5 1.5 1.5 1.5
平衡/(mol·L-1) 0.25 0.75 0.75 0.75
该反应的平衡常数为 mol-2·L2≈5.33 mol-2·L2。此时,甲醇的物质的量分数为×100%=30%,若平衡时向容器b中再充入1 mol CO2和3 mol H2,相当于加压,平衡正向移动,重新达平衡时,混合气体中甲醇的物质的量分数大于30%。
18.答案 (1)①0.375　②D　③>　④　(2)①反应B是吸热反应,升高温度平衡正向移动,CO产率升高　②250 ℃
解析 (1)①由图可知,0~4 min CO2浓度变化量为0.5 mol·L-1,则CO2的平均反应速率v(CO2)==0.125 mol·L-1·min-1。根据CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)可知,v(H2)=3v(CO2)=0.125 mol·L-1·min-1×3=0.375 mol·L-1·min-1。
②根据CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)可知,3v正(CH3OH)=v逆(H2)时,反应达到平衡状态,故A错误;CO2、H2、CH3OH和H2O浓度之比为1∶3∶1∶1,不能说明CO2、H2、CH3OH和H2O浓度不再发生改变,不能说明反应达到平衡状态,故B错误;根据CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)可知,恒温恒容下,气体的质量不变,气体体积不变,则气体的密度为定值,所以恒温恒容下,气体的密度不再变化,不能作为判断达到平衡状态的依据,故C错误;在恒温恒压下,气体的体积随反应进行减小,体积不再发生变化,可说明反应达到了平衡状态,故D正确。
③1 L的密闭容器中,充入1 mol CO2和3 mol H2,所以初始浓度c(CO2)=1 mol·L-1,c(H2)=3 mol·L-1,由图和CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)可知,平衡时c平(CO2)=0.25 mol·L-1,c平(H2)=0.75 mol·L-1,c平(CH3OH)=c平(H2O)=0.75 mol·L-1,则K= mol-2·L2≈5.3 mol-2·L2,当测得某时刻,CO2(g)、H2(g)、CH3OH(g)和H2O(g)的浓度均为0.5 mol·L-1,Qc= mol-2·L2=4 mol-2·L2<5.3 mol-2·L-2,所以平衡正向移动,则此时v(正)>v(逆)。
④根据初始浓度c(CO2)=1 mol·L-1,c(H2)=3 mol·L-1,平衡浓度c平(CO2)=0.25 mol·L-1,c平(H2)=0.75 mol·L-1,c平(CH3OH)=c平(H2O)=0.75 mol·L-1,可得平衡时压强p=p0=p0,则平衡时CO2的分压p(CO2)=p0×p0,p(H2)=p(CH3OH)=p(H2O)=p0×p0,因此该温度下Kp=kPa-2=kPa-2。
(2)①由图可知,温度升高CO的产率上升,其主要原因可能是反应B正反应是吸热反应,温度升高平衡正向移动,CO产率升高。
②据图示进行分析250 ℃甲醇转化率最高,故获取CH3OH最适宜的温度是250 ℃。
19.答案 (1)+90.6 kJ·mol-1　(2)催化剂失去了活性,催化效果大大减弱　当压强增大到一定程度时水蒸气先变为液体,故反应正反应的气体体积增大,此时再增大压强,平衡逆向移动　(3)CO2　CO　0.098　2.33
解析 (1)由盖斯定律可知,甲醇可发生分解反应:CH3OH(g)CO(g)+2H2(g)。可由反应①+反应②得到,故ΔH3=ΔH1+ΔH2=+49.4 kJ·mol-1+(+41.2 kJ·mol-1)=+90.6 kJ·mol-1。
(2)温度升高,反应速率加快,但BC段的反应速率随温度升高反而迅速降低,其原因可能是催化剂失去了活性,催化效果大大减弱。
反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)前后气体的体积不变,增大压强平衡不移动,故将容器不断压缩,CO的平衡转化率α随压强增大开始不变,但到达一定程度时水蒸气先变为液体,此时正反应气体体积增大,再增大压强,平衡逆向移动,故CO的平衡转化率α逐渐减小。
(3)根据题干信息,CH3OH(g)的平衡体积分数极低,可以认为反应①中CH3OH近似完全反应,故有:
CH3OH(g) + H2O(g) CO2(g) + 3H2(g)
起始量/mol 1 1.3 0 0
转化量/mol 1 1 1 3
平衡量/mol 0 0.3 1 3
反应②
CO2(g) + H2(g) CO(g) + H2O(g)
起始量/mol 1 3 0 0.3
转化量/mol x x x x
平衡量/mol 1-x 3-x x 0.3+x
只有反应②有CO生成,故随着温度升高,反应②平衡正向移动,故CO、H2O的百分含量一直增大,为曲线c或d所示,H2O的物质的量比CO的大,故曲线c为H2O、曲线d为CO,而CO2、H2的百分含量则一直减小,如曲线a、b所示,又H2的物质的量大于CO2,故曲线a为H2,b为CO2。
若体系在某温度下经5 min达平衡状态,平衡时气体的总物质的量为4.26 mol,CO的物质的量为0.8 mol,根据三段式分析,设反应转化了x mol的CH3OH,则有:
CH3OH(g) + H2O(g) CO2(g) + 3H2(g)
起始量/mol 1 1.3 0 0
转化量/mol x x x 3x
平衡量/mol 1-x 1.3-x x 3x
CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　 　
起始量/mol x 3x 0 1.3-x
转化量/mol 0.8 0.8 0.8 0.8
平衡量/mol x-0.8 3x-0.8 0.8 1.3-x+0.8
故有:1-x+x-0.8+3x-0.8+0.8+1.3-x+0.8=4.26,解得:x=0.98。
故前5 min甲醇的平均反应速率v(CH3OH)==0.098 mol·L-1·min-1,该温度下反应②的平衡常数K==≈2.33。
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