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化學(xué)平衡的移動和化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向
A組全員必做題
1.(2016河北石家莊測試)下列反應(yīng)在任何溫度下均能自發(fā)進(jìn)行的是( )
A．2N2(g)＋O2(g)===2N2O(g) ΔH＝＋163 kJmol－1
B．Ag(s)＋Cl2(g)===AgCl(s) ΔH＝－127 kJmol－1
C．HgO(s)===Hg(l)＋O2(g) ΔH＝＋91 kJmol－1
D．H2O2(l)===O2(g)＋H2O(l) ΔH＝－98 kJmol－1
解析：當(dāng)ΔH＜0，ΔS＞0，反應(yīng)在任何溫度下均有ΔH－TΔS＜0，故反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行。A、C項(xiàng)中的ΔH＞0，不符合要求；B項(xiàng)中的ΔS＜0，不符合要求；D項(xiàng)中的ΔH＜0，ΔS＞0，符合要求。
答案：D
2．某溫度下，反應(yīng)2A(g)B(g)(正反應(yīng)為吸熱反應(yīng))在密閉容器中達(dá)到平衡，平衡后c(A)/c(B)＝a，若改變某一條件，足夠時間后反應(yīng)再次達(dá)到平衡狀態(tài)，此時c(A)/c(B)＝b，下列敘述正確的是( )
A．在該溫度下，保持容積固定不變，向容器內(nèi)補(bǔ)充了B氣體，則a
b
解析：A項(xiàng)中增加B氣體，相當(dāng)于壓強(qiáng)增大，平衡正向移動，所以b0，下列圖象中正確的是( )
A B
C D
解析：升高溫度，化學(xué)反應(yīng)速率增大，達(dá)到平衡的時間縮短，因正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，故平衡正向移動，A的轉(zhuǎn)化率增大，平衡時A的百分含量減小，A項(xiàng)正確，C項(xiàng)錯誤；升高溫度，正、逆反應(yīng)速率都增大，因?yàn)檎磻?yīng)為吸熱反應(yīng)，所以正反應(yīng)速率增大的程度大于逆反應(yīng)速率增大的程度，B項(xiàng)錯誤；該反應(yīng)的正反應(yīng)為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡正向移動，v(正)>v(逆)，D項(xiàng)錯誤。
答案：A
8．對于aA(g)＋bB(g)cC(g)的平衡體系，壓強(qiáng)不變，加熱時體系中混合氣體對H2的相對密度增大，下列說法正確的是( )
A．a(chǎn)＋b＞c，正反應(yīng)放熱
B．a(chǎn)＋b＞c，正反應(yīng)吸熱
C．a(chǎn)＋b＜c，逆反應(yīng)放熱
D．a(chǎn)＋b＝c，正反應(yīng)吸熱
解析：壓強(qiáng)不變下加熱時混合氣體對H2的相對密度增大，而氣體的總質(zhì)量不變，說明加熱時平衡向氣體物質(zhì)的量減小的方向移動，只有B項(xiàng)符合題意。
答案：B
9．(2016河南洛陽模擬)在一體積為10 L的容器中，通入一定量的CO和H2O，在850 ℃時發(fā)生如下反應(yīng)：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH＜0
CO和H2O的濃度變化如圖所示。
請解答下列各題：
(1)0～4 min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v(CO)＝__________ molL－1min－1，v(H2)＝________________molL－1min－1，v(CO2)＝__________ molL－1min－1。請你在上圖中標(biāo)出CO2和H2的濃度變化。
(2)T ℃(高于850 ℃)時，在相同容器中發(fā)生上述反應(yīng)，容器內(nèi)各物質(zhì)的濃度變化如下表。
時間/min
0
2
3
4
5
6
CO
0.200
0.138
c1
c1
0.116
0.096
H2O
0.300
0.238
c2
c2
0.216
0.266
CO2
0
0.062
c3
c3
0.084
0.104
H2
0
0.062
c4
c4
①表示3～4 min之間，反應(yīng)處于__________狀態(tài)；c1__________0.08 molL－1(填“大于”“小于”或“等于”)。
②反應(yīng)在4～5 min之間，平衡向逆反應(yīng)方向移動，可能的原因是__________(填序號)，表中5～6 min之間數(shù)值發(fā)生變化，可能的原因是__________(填序號)。
a．增加水蒸氣
b．降低溫度
c．使用催化劑
d．增加氫氣濃度
解析：(1)由圖象可知，0～4 min內(nèi)，Δc(CO)＝0.20 molL－1－0.08 molL－1＝0.12 molL－1，則v(CO)＝＝0.03 molL－1min－1，則v(H2)＝v(CO2)＝v(CO)＝0.03 molL－1min－1。達(dá)到化學(xué)平衡時c(H2)＝c(CO2)＝0.12 molL－1，其濃度變化曲線可以很容易地畫出。
(2)①由表中數(shù)據(jù)可知，3～4 min之間各組分的濃度
不變，說明反應(yīng)處于平衡狀態(tài)。由圖示可知，850 ℃，反應(yīng)達(dá)到平衡，c(CO)＝0.080 molL－1,850 ℃→T ℃，溫度升高，平衡向吸熱方向移動，而該正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，故平衡逆向移動，c(CO)增大，故c1大于0.08 molL－1。②反應(yīng)在4～5 min之間，增加水蒸氣，平衡正向移動，a不符合題意；降低溫度，平衡向放熱反應(yīng)方向移動，即正向移動，b不符合題意；使用催化劑，平衡不移動，c不符合題意；增加氫氣濃度，平衡逆向移動，d符合題意。反應(yīng)在5～6 min之間，c(CO)減小，且Δc(CO)＝(0.116－0.096)molL－1＝0.02 molL－1，c(H2O)增大，且Δc(H2O)＝(0.226－0.216)molL－1＝0.050 molL－1，c(CO2)增大，且Δc(CO2)＝(0.104－0.084)molL－1＝0.02 molL－1，由于CO減小的濃度等于CO2增大的濃度，說明平衡正向移動，但反應(yīng)物H2O(g)的濃度卻增加了，說明改變的條件是增加了水蒸氣。
答案：(1)0.03 0.03 0.03
(2)①平衡 大于?、赿 a
B組重點(diǎn)選做題
10.(2015課標(biāo)全國Ⅱ)甲醇既是重要的化工原料，又可作為燃料。利用合成氣(主要成分為CO、CO2和H2)在催化劑作用下合成甲醇，發(fā)生的主要反應(yīng)如下：
①CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH1
②CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH2
③CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH3
回答下列問題：
(1)已知反應(yīng)①中相關(guān)的化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)如下：
化學(xué)鍵
H—H
C—O
C≡O(shè)
H—O
C—H
E/(kJmol－1)
436
343
1 076
465
413
由此計(jì)算ΔH1＝__________kJmol－1；已知ΔH2＝－58 kJmol－1，則ΔH3＝____________kJmol－1。
(2)反應(yīng)①的化學(xué)平衡常數(shù)K表達(dá)式為__________；圖1中能正確反映平衡常數(shù)K隨溫度變化關(guān)系的曲線為__________(填曲線標(biāo)記字母)，其判斷理由是__________________________________。
圖1 圖2
(3)合成氣組成＝2.60時，體系中的CO平衡轉(zhuǎn)化率(α)與溫度和壓強(qiáng)的關(guān)系如圖2所示，α(CO)值隨溫度升高而__________(填“增大”或“減小”)，其原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________；圖2中的壓強(qiáng)由大到小為__________，其判斷理由是____________________________________________________________________________。
解析：(1)由反應(yīng)①ΔH1＝Σ(反應(yīng)物鍵能)－Σ(產(chǎn)物鍵能)
代入求得ΔH1＝(1 076＋2436－3413－343－465)kJmol－1＝－99 kJmol－1。
由蓋斯定律，ΔH3＝ΔH2－ΔH1＝－58 kJmol－1＋99 kJmol－1＝＋41 kJmol－1。
(2)反應(yīng)①的K表達(dá)式為。
因反應(yīng)①為放熱反應(yīng)，所以平衡常數(shù)應(yīng)隨溫度升高而變小，所以選a。
(3)升高溫度，反應(yīng)①平衡向左移動，使體系中n(CO)增大；反應(yīng)③為吸熱反應(yīng)，平衡向右移動，又使產(chǎn)生n(CO)增大；總結(jié)果是隨溫度升高，CO的轉(zhuǎn)化率降低。
因?yàn)橄嗤瑴囟认?，由于反?yīng)①為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，加壓有利于增大CO的轉(zhuǎn)化率；反應(yīng)③為氣體分子數(shù)不變的反應(yīng)，壓強(qiáng)改變對平衡不產(chǎn)生影響。所以壓強(qiáng)增大，CO轉(zhuǎn)化率升高，在圖2中，同一溫度下，CO轉(zhuǎn)化率高的對應(yīng)壓強(qiáng)大，則p3＞p2＞p1。
答案：(1)－99?。?1
(2)K＝[或Kp＝] a 反應(yīng)①為放熱反應(yīng)，平衡常數(shù)數(shù)值應(yīng)隨溫度升高變小
(3)減小 升高溫度時，反應(yīng)①為放熱反應(yīng)，平衡向左移動，使得體系中CO的量增大；反應(yīng)③為吸熱反應(yīng)，平衡向右移動，又使產(chǎn)生CO的量增大；總結(jié)果，隨溫度升高，使CO的轉(zhuǎn)化率降低
p3＞p2＞p1 相同溫度下，由于反應(yīng)①為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，加壓有利于提升CO的轉(zhuǎn)化率；而反應(yīng)③為氣體分子數(shù)不變的反應(yīng)，產(chǎn)生CO的量不受壓強(qiáng)影響。故增大壓強(qiáng)時，有利于CO的轉(zhuǎn)化率升高
11．(2016臨沂模擬)2015年末，霧霾天氣多次肆虐我國大部地區(qū)。其中，汽車尾氣和燃煤是造成空氣污染的原因之一。
(1)汽車尾氣凈化的主要原理為：2NO(g)＋2CO(g)2CO2(g)＋N2(g)。在密閉容器中發(fā)生該反應(yīng)時，c(CO2)隨溫度(T)、催化劑的表面積(S)和時間(t)的變化曲線，如圖所示。 據(jù)此判斷：
①該反應(yīng)的ΔH________0(填“＞”“＜”)。
②在T2溫度下，0～2 s內(nèi)的平均反應(yīng)速率v(N2)＝________。
③當(dāng)固體催化劑的質(zhì)量一定時，增大其表面積可提高化學(xué)反應(yīng)速率。若催化劑的表面積S1＞S2，在上圖中畫出c(CO2)在T1、S2條件下達(dá)到平衡過程中的變化曲線。
④若該反應(yīng)在絕熱、恒容的密閉體系中進(jìn)行，下列示意圖正確且能說明反應(yīng)在進(jìn)行到t1時刻達(dá)到平衡狀態(tài)的是________(填代號)。
a b
c d
(2)直接排放煤燃燒產(chǎn)生的煙氣會引起嚴(yán)重的環(huán)境問題。煤燃燒產(chǎn)生的煙氣含氮的氧化物，用CH4催化還原NOx可以消除氮氧化物的污染。例如：
CH4(g)＋2NO2(g)===N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH1＝－867 kJ/mol
2NO2(g)N2O4(g) ΔH2＝－56.9 kJ/mol
寫出CH4(g)催化還原N2O4(g)生成N2(g)和H2O(g)的熱化學(xué)方程式__________________________。
解析：(1)①根據(jù)題干圖象“先拐先平數(shù)值大”得T1大于T2，升高溫度，二氧化碳的濃度降低，平衡向逆反應(yīng)方向移動，說明正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，即ΔH<0。
②先根據(jù)題干圖象計(jì)算二氧化碳的反應(yīng)速率，v(CO2)＝＝
0．05 molL－1s－1，同一化學(xué)反應(yīng)中同一時間段內(nèi)，各物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于計(jì)量數(shù)之比，所以v(N2)＝0.025 molL－1s－1。
③溫度越高反應(yīng)速率越大，催化劑接觸面積越大反應(yīng)速率越大，反應(yīng)到達(dá)平衡的時間越短。
④a.反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時，各物質(zhì)的反應(yīng)速率不再變化，故錯誤。
b．該反應(yīng)在絕熱、恒容的密閉體系中進(jìn)行，相當(dāng)于升高溫度，當(dāng)溫度不變時，化學(xué)平衡常數(shù)不變，故正確。
c．二氧化碳和一氧化氮的物質(zhì)的量相等時，該反應(yīng)不一定達(dá)到平衡狀態(tài)，故錯誤。
d．反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時，各物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不再發(fā)生變化，故正確。
(2)將第一個方程式減第二個方程式得：CH4(g)＋N2O4===N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－810.1 kJ/mol。
答案：(1)①
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