1、1第二单元 化学反应的方向与限度1.(2018 浙江 11 月选考,14,2 分)已知 X(g)+Y(g) 2W(g)+M(g) H=a kJmol -1(a0)。一定温度下,在体积恒定的密闭容器中,加入 1 mol X(g)与 1 mol Y(g),下列说法正确的是( )A.充分反应后,放出热量为 a kJB.当反应达到平衡状态时,X 与 W 的物质的量浓度之比一定为 12C.当 X 的物质的量分数不再改变,表明该反应已达平衡D.若增大 Y 的浓度,正反应速率增大,逆反应速率减小答案 C A 项,由题意知 a0,反应吸热,由于 X(g)+Y(g) 2W(g)+M(g)属于可逆反应,1 mol
2、 X(g)与 1 mol Y(g)充分反应后不可能完全转化为 W(g)和 M(g),吸收热量小于 a kJ,故 A 错误;B 项,当反应达到平衡状态时,正反应速率和逆反应速率相等,反应混合物中各组分的浓度保持不变,但 X 与 W 的物质的量浓度之比不一定为 12,故 B 错误;C 项,当 X 的物质的量分数不再改变,说明正反应速率和逆反应速率相等,表明该反应已达平衡,故 C 正确;D 项,若增大 Y 的浓度,正反应速率增大,逆反应速率也应该增大,故D 错误。2.一定温度下,在 2 L 的密闭容器中发生反应:xA(g)+B(g) 2C(g) HT(c)答案 B b 点后透光率突然降低,说明颜色变
3、深,b 点的操作应该是压缩注射器,A 项错误;d 点后透光率降低,说明颜色变深,平衡逆向移动,v 正 0),某温度下,向 2 L 的密闭容器中通入N2O5,部分实验数据见下表:时间/s 0 500 1 000 1 500n(N2O5)/mol 10.0 7.0 5.0 5.0下列说法正确的是( )A.在 500 s 内,N 2O5分解速率为 610-3 mol L-1s-1B.在 1 000 s 时,反应恰好达到平衡C.在 1 000 s 内,反应吸收的热量为 2.5Q kJD.在 1 500 s 时,N 2O5的正反应速率等于 NO2的逆反应速率答案 C 由题给数据知,在 500 s 内,N
4、 2O5分解速率 v(N2O5)= =310-3 mol L-1s-1,A 错10.0mol-7.0mol2 L500 s误;在 1 000 s 后,N 2O5的物质的量保持不变,说明 1 000 s 时反应已经处于平衡状态,但不知何时反应恰好达到平衡,B 错误;由热化学方程式知,在 1 000 s 内,反应吸收的热量为(10.0 mol-5.0 mol) kJ Q2mol-1=2.5Q kJ,C 正确;在 1 500 s 时,反应处于平衡状态,v(NO 2)逆 =2v(N2O5)正 ,D 错误。5.在恒容密闭容器中,可以作为 2NO2(g) 2NO(g)+O2(g)达到平衡状态标志的是( )
5、3单位时间内生成 n mol O2的同时生成 2n mol NO2单位时间内生成 n mol O2的同时生成 2n mol NO混合气体的颜色不再改变混合气体的密度不再改变混合气体的平均相对分子质量不再改变混合气体中 NO 与 O2的物质的量之比保持恒定混合气体的总压强保持恒定A. B.C. D.答案 A 单位时间内生成 n mol O2的同时生成 2n mol NO2,证明正、逆反应速率相等,反应达到平衡,正确;O 2和 NO 均为正反应产物,中所述不能证明反应达到平衡,错误;混合气体的颜色不再改变,证明 NO2的浓度不随时间的变化而变化,证明反应达到了平衡,正确;化学反应前后质量守恒,容器
6、容积不变,混合气体的密度始终不变,错误;化学反应前后物质的量变化,质量守恒,所以混合气体的平均相对分子质量不再变化即可证明反应达到了平衡状态,正确;NO 和 O2均为正反应产物,二者物质的量之比保持恒定,不能作为反应达到平衡的依据,错误;混合气体的总压强不再改变,证明生成物和反应物的物质的量不再变化,反应达到平衡,正确。6.一定温度下,可逆反应 A(g)+3B(g) 2C(g)在定容密闭容器中进行 ,下列能说明该反应达到平衡状态的是( )A.单位时间内有 a mol A 生成,同时生成 3a mol BB.混合气体的总压强不再变化C.用 A、B、C 的物质的量浓度变化表示的反应速率之比为 13
7、2D.混合气体的密度不再变化答案 B 生成 A 和生成 B 都是说的逆反应,不能说明反应达到平衡,故 A 错误;因为反应前后气体总体积改变,当总压强不变时,说明反应达到平衡状态,故 B 正确;C 选项中没有说明反应速率表示的方向,不能说明反应达到平衡状态,故 C 错误;因为总质量不变,容器的体积不变,所以密度始终不变,故 D 错误。7.对可逆反应 2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g),下列判断正确的是 ( )A.若单位时间内生成 x mol SO3的同时,消耗 x mol SO2,则反应达到平衡状态B.达到化学平衡时,2v 正 (O2)=v 逆 (SO3)C.平衡时,SO 2的浓度必定等
8、于 O2浓度的 2 倍D.达到化学平衡时,若增大容器体积,则正反应速率减小,逆反应速率增大4答案 B 本题考查到达化学平衡状态的标志。A 项从物质的生成和消耗的角度分析,应该是单位时间内生成 x mol SO3的同时,生成 x mol SO2,则反应达到平衡状态。B 项从反应速率的角度分析,不同种物质表示的平均反应速率和化学计量数成正比关系,2v 正 (O2)=v 逆 (SO3),说明 v 逆 (SO3)=v 正 (SO3),所以达到平衡。C 项说法不一定,平衡时物质的浓度和起始加入的量有关。D 项增大容器体积,即容器内压强减小,正、逆反应速率都减小,只是减小的程度不一样。8.某温度下,在一固
9、定容积的容器中进行反应:3A(g)+B(g) 2C(g)+2D(g),下列情况一定能说明反应已达到平衡状态的是( )A.压强不再随时间而改变时B.气体的总质量不再改变时C.混合气体中各组成成分的含量不再改变时D.单位时间内每消耗 1 mol B,同时有 2 mol C 生成时答案 C 判断一反应是否达到平衡状态,从宏观上看各种成分的量是否发生改变,从微观上看正、逆反应速率是否相等。因为此反应中各成分均为气体且反应前后气体的总体积相等,所以无论是否达到平衡,压强和质量都不发生改变,故 A、B 两项不正确;混合气体中各组成成分的含量不再改变时表明正反应速率与逆反应速率相等,说明反应已达到平衡状态,
10、故 C 正确;消耗 1 mol B 同时有 2 mol C 生成均为正反应方向,D 项不能证明正反应速率与逆反应速率相等,故 D 不正确。9.一定条件下,在密闭容器里进行反应:S 2Cl2(l)+Cl2(g) 2SCl2(l) H=-61.16 kJmol -1。下列说法不正确的是( )A.达到平衡时单位时间内生成 n mol Cl2的同时生成 2n mol SCl2B.1 mol Cl2与足量 S2Cl2充分反应放出的热量为 61.16 kJC.达到平衡时,单位时间内消耗 n mol S2Cl2的同时生成 n mol Cl2D.升高温度,正反应速率加快,逆反应速率也加快答案 B 由于题述可逆
11、反应为平衡状态,所以单位时间内生成 n mol Cl2的同时生成 2n mol SCl2,故 A正确;由于可逆反应不可能进行到底,所以 1 mol Cl2与足量 S2Cl2充分反应不可能完全转化为 SCl2,放出的总热量小于 61.16 kJ,故 B 不正确;C 选项能表示出正、逆反应速率相等,故 C 正确;升高温度对任何化学反应的速率都起加快作用,所以正反应速率加快,逆反应速率也加快,故 D 正确。10.(2017 浙江 4 月选考,30,10 分)以氧化铝为原料,通过碳热还原法可合成氮化铝(AlN);通过电解法可制取铝。电解铝时阳极产生的 CO2可通过二氧化碳甲烷化再利用。请回答:(1)已
12、知:2Al 2O3(s) 4Al(g)+3O2(g) H 1=3 351 kJmol-152C(s)+O2(g) 2CO(g) H 2=-221 kJmol-12Al(g)+N2(g) 2AlN(s) H 3=-318 kJmol-1碳热还原 Al2O3合成 AlN 的总热化学方程式是 ,该反应自发进行的条件 。 (2) 在常压、Ru/TiO 2催化下,CO 2和 H2混合气体(体积比 14,总物质的量 a mol)进行反应,测得 CO2转化率、CH 4和 CO 选择性随温度变化情况分别如图 1 和图 2 所示(选择性:转化的 CO2中生成 CH4或 CO 的百分比)。反应CO2(g)+4H2
13、(g) CH4(g)+2H2O(g) H 4反应CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) H 5图 1图 2下列说法不正确的是 。 A.H 4小于零B.温度可影响产物的选择性C.CO2平衡转化率随温度升高先增大后减少D.其他条件不变,将 CO2和 H2的初始体积比改变为 13,可提高 CO2平衡转化率6350 时,反应在 t1时刻达到平衡,平衡时容器体积为 V L,该温度下反应的平衡常数为 (用a、V 表示)。 350 下 CH4物质的量随时间的变化曲线如图 3 所示。画出 400 下 0t1时刻 CH4物质的量随时间的变化曲线。图 3(3) 据文献报道,CO 2可以在碱性水溶液中电
14、解生成甲烷,生成甲烷的电极反应式是 。 答案 (1)Al 2O3(s)+3C(s)+N2(g) 2AlN(s)+3CO(g) H=1 026 kJmol-1 高温(2)CD 625V2a2(3)CO2+6H2O+8e- CH4+8OH-解析 (1)将题给热化学方程式依次标记为、,则+3+2 即得:2Al 2O3(s)+6C(s)+2N2(g)4AlN(s)+6CO(g) H=H 1+3H 2+2H 3=3 351 kJmol-1+3(-221 kJmol-1)+2(-318 kJmol1)=2 052 kJmol-1,即:Al 2O3(s)+3C(s)+N2(g) 2AlN(s)+3CO(g)
15、 H=1 026 kJmol -1;因该反应的 H0,S0,反应自发进行需 H-TS0,故条件是高温。(2)根据图 2 可知当温度从 150 升至 400 时,只发生反应;由图 1 可知温度低于 340 时,反应未达到平衡,CO 2转化率增大,温度从 340 升至 400 ,CO 2转化率减小,平衡逆向移动,说明反应是放热反应,H 40,A 正确。由图 2 可知,温度高于 400 ,随温度升高,CH 4的选择性下降,CO 的选择性升高,说明温度可影响产物的选择性,B 正确。由图 1 可知 CO2转化率随温度升高先增大后减小,但温度低于 340 时反应未达到平衡,不是平衡转化率,C 错误。其他条
16、件不变,将 CO2和 H2的初始体积比由14 改变为 13,CO 2平衡转化率会降低,D 错误。由图 2 可知在 350 时只发生反应,由图 1 可知350 时 CO2的平衡转化率为 80%。7CO 2(g) + 4H 2(g) CH4(g) + 2H2O(g)n(起始)/mol 0.2a 0.8a 0 0n(变化)/mol 0.2a80% 40.2a80% 0.2a80% 20.2a80%n(平衡)/mol 0.04a 0.16a 0.16a 0.32a该温度下反应的平衡常数 K= = = 。根据图 1 可知 400 时 CO2转化率为 72%,故c(CH4)c2(H2O)c(CO2)c4(
17、H2)0.16aV(0.32aV)20.04aV(0.16aV)4625V2a2平衡时 CH4的物质的量为 0.144a mol;另外,温度升高,反应速率加快,达到平衡所需的时间缩短,曲线比350 时先出现拐点,依此可画出 400 下 0t1时刻 CH4的物质的量随时间的变化曲线。(3)CO2转化成 CH4,碳元素化合价从+4 价降低到-4 价,考虑到电解质溶液呈碱性,可写出电解时生成甲烷的电极反应式 CO2+6H2O+8e- CH4+8OH-。11.氯及其化合物在生活和生产中应用广泛。(1)已知:900 K 时,4HCl(g)+O 2(g) 2Cl2(g)+2H2O(g),反应自发。该反应是
18、放热还是吸热,判断并说明理由 。 900 K 时,体积比为 41 的 HCl 和 O2在恒温恒容的密闭容器中发生反应,HCl 的平衡转化率 (HCl)随压强(p)变化曲线如图。保持其他条件不变,升温到 T K(假定反应历程不变),请画出压强在1.51054.5105 Pa 范围内,HCl 的平衡转化率 (HCl)随压强(p)变化曲线示意图。(2)已知:Cl 2(g)+2NaOH(aq) NaCl(aq)+NaClO(aq)+H2O(l) H 1=-102 kJmol-13Cl2(g)+6NaOH(aq) 5NaCl(aq)+NaClO3(aq)+3H2O(l) H 2=-422 kJmol-1
19、写出在溶液中 NaClO 分解生成 NaClO3的热化学方程式: 。 用过量的冷 NaOH 溶液吸收氯气,制得 NaClO 溶液(不含 NaClO3),此时 ClO-的浓度为 c0 molL-1;加热时 NaClO 转化为 NaClO3,测得 t 时刻溶液中 ClO-浓度为 ct molL-1,写出该时刻溶液中 Cl-浓度的表达式:c(Cl -)= molL -1(用 c0、c t表示)。 有研究表明,生成 NaClO3的反应分两步进行:.2ClO - Cl +Cl-O-28.Cl +ClO- Cl +Cl-O-2 O-3常温下,反应能快速进行,但氯气与 NaOH 溶液反应很难得到 NaClO
20、3,试用碰撞理论解释其原因: 。 (3)电解 NaClO3水溶液可制备 NaClO4。在电解过程中由于阴极上吸附氢气,会使电解电压升高,电解效率下降。为抑制氢气的产生,可选择合适的物质(不引入杂质),写出该电解的总化学方程式 。 答案 (1)放热反应,S0 且反应自发(2)3NaClO(aq) 2NaCl(aq)+NaClO3(aq)H=-116 kJmol -1c 0+ 或2(c0-ct)3 5c0-2ct3反应的活化能高,活化分子百分数低,不利于 ClO-向 Cl 转化O-3(3)2NaClO3+O2 2NaClO4解析 (1)由题给信息可知 S0,又知该反应自发,则 H-TS0,可得 H
21、0,故该反应放热。由可知该反应放热,所以随温度上升,平衡左移,氯化氢的平衡转化率降低。(2)由盖斯定律可得 3NaClO(aq) 2NaCl(aq)+NaClO3(aq)H=H 2-3H 1=(-422)-3(-102)kJmol-1=-116 kJmol-1。根据题意,溶液中的氯离子由两部分组成,一部分是 Cl2与冷 NaOH 溶液反应产生的,浓度为 c0 molL-1,另一部分来自次氯酸钠转化为氯酸钠时的副产物氯化钠。3NaClO 2NaCl93 2c0-ct x计算得到 x=2(c0-ct)/3,则 c(Cl-)=c0+ molL-1。2(c0-ct)3(3)题目中要求不产生氢气,我们可以引入氧气,总化学方程式为 2NaClO3+O2 2NaClO4,此反应无副产物产生,且反应物易得。
