化学反应速率与化学平衡的综合应用 知识点题库

某化学反应2A B+C(吸热反应)分别在以下三种不同条件下进行,
B、C的初始浓度为O,反应物A的浓度(mol·L-1)随反应时间(min)的变化情况如下表所示,容器容积恒定。

根据上述数据,回答下列问题:
  1. (1) 在实验1、2中,实验2可能使用了,判断理由是
  2. (2) 在实验1、3中,实验3比实验1达到平衡的时间较短,原因是
  3. (3) 在实验2、3中,化学反应达到平衡时,实验3中c(A)较小的原因是
  4. (4) 在实验2中,10~20min的平均反应速率v(B)=mol·L-1·min-1。实验3达到平衡时,A的转化率为
用钒钛磁铁为原料冶炼铁,产生一种固体废料,主要成分如下表。

物质

TiO2

MgO

SiO2

CaO

Al2O3

质量百分含量/%

51.00

12.52

5.39

4.00

19.34

通过下列工艺流程可以实现元素Ti、Al、 Si的回收利用,并得到纳米二氧化钛和分子筛。

请回答下列问题:

  1. (1) 步骤①②③中进行分离操作的名称是
  2. (2) 下列固体废料的成分中,不属于碱性氧化物的是(填字母序号)。

    a.TiO2      

    b.MgO      

    c.SiO2       

    d.CaO

  3. (3) 熔融温度和钛的提取率关系如下图,适宜温度为500℃,理由

  4. (4) 滤液①中溶质的成分是
  5. (5) 步骤②中发生反应的离子方程式是
  6. (6) 将步骤③中制取分子筛的化学方程式补充完整:

    +6Na2SiO3+8H2O=Na8Al6Si6O24(OH)2·2H2O+

    根据成分表中数据,计算10kg固体废料,理论上应再加入Na2SiO3物质的量的计算式是n(Na2SiO3)=mol (摩尔质量/g/mol:SiO2 60  Al2O3 102)。

                  
  1. (1) 铁及其化合物在生产生活中应用最广泛,炼铁技术和含铁新材料的应用倍受关注。利用铁的氧化物循环裂解水制氢气的过程如下图所示。整个过程与温度密切相关,当温度低于570℃时,反应Fe3O4(s)+4CO(g) 3Fe(s)+4CO2(g),阻碍循环反应的进行。

    已知:i. Fe3O4(s)+CO(g) 3FeO(s)+CO2(g);△H1=+19.3 kJ·mol1

    ii. 3FeO(s)+H2O(g) Fe3O4(s)+H2(g);△H2=-57.2 kJ·mol1

    iii. C(s)+CO2(g) 2CO(g);△H3=+172.4 k]·mol1

    铁氧化物循环裂解水制氢气总反应的热化学方程式是

  2. (2) T1℃时,向某恒温密闭容器中加入一定量的Fe2O3和炭粉,发生反应Fe2O3(s)+3C(s) 2Fe(s)+3CO(g),反应达到平衡后,在t1时刻,改变某条件,V()随时间(t)的变化关系如图所示,则t1时刻改变的条件可能是(填写字母)。

    a.保持温度不变,压缩容器    

    b.保持体积不变,升高温度

    c.保持体积不变,加少量碳粉  

    d.保持体积不变,增大CO浓度

  3. (3) 在一定温度下,向某体积可变的恒压密闭容器(p)加入1molCO2与足量的碳,发生反应,平衡时体系中气体体积分数与温度的关系如图所示

    ①650℃时,该反应达平衡后吸收的热量是

    ②T℃时,若向平衡体系中再充入一定量按V(CO2)︰V(CO)=5︰4的混合气体,平衡(填“正向”、“逆向”或“不”)移动。

    ③925℃时,用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp。[气体分压(p)=气体总压(p)×体积分数,用某物质的平衡分压代替物质的量浓度也可以表示化学平衡常数,记作Kp]

  4. (4) 用原电池原理可以除去酸性废水中的三氯乙烯、AsO3 , 其原理如下图所示(导电壳内部为纳米零价铁)

    在除污过程中,纳米零价铁中的Fe为原电池的极(填“正”或“负”),写出C2HCl3在其表面转化为乙烷的电极反应式为

  5. (5) 已知25℃时,Ksp[Fe(OH)3]=4.0×1038 , 此温度下若在实验室中配制100mL5mol·L1FeCl3溶液,为使配制过程中不出现浑浊现象,则至少需要加入2mol·L1的盐酸mL(忽略加入盐酸体积)。
在10L 恒容密闭容器中充入X(g)和Y(g),发生:X(g)+Y(g) M(g)+N(g),所得实验数据如下表:

实验

温度/℃

起始时物质的量/mol

平衡时物质的量/mol

n(X)

n(Y)

n(M)

700

0.40

0.10

0.090

800

0.10

0.40

0.080

800

0.20

0.30

a

900

0.10

0.15

b

下列说法中错误的是(   )

A . 实验①中,若5min时测得n(M)=0.050mol,则0至5min时间内,用N表示的平均反应速率v(N)=1.0×10-3mol/(L·min) B . 实验④中,达到平衡时,b>0.060 C . 实验③中,达到平衡时,X的转化率为60% D . 实验②中,该反应的平衡常数K=1.0
如图是可逆反应:X2+3Y2 2Z2在反应过程中的反应速率(v)与时间(t)的关系曲线,下列叙述正确的是(   )

A . t2~t3时,各物质的浓度不再发生变化    B . t2时,反应未达到限度 C . t2t3时,反应已停止进行    D . t1时,反应只向正反应方向进行
可逆反应Cl2(g)+H2O(l) HCl(aq)+HClO(aq)达到平衡时,有关说法正确的是()
A . 反应停止了 B . 体系中不存在 C . 黄绿色消失了 D . HClO浓度不再改变了
已知:2SO2 (g)+ O2 (g)= 2SO3 (g)  △H =-197.8kJ•mol-1。起始反应物为SO2 和 O2(物质的量之比为2:1,且总物质的量不变)。SO2 的平衡转化率(%)随温度和压强的变化如下表,下列说法错误的是(   )

温度/K

压强/(105Pa)

1.01

5.07

10.1

25.3

50.7

673

99.2

99.6

99.7

99.8

99.9

723

97.5

98.9

99.2

99.5

99.6

773

93.5

96.9

97.8

98.6

99.0

A . 一定压强下降低温度,SO2 的转化率增大 B . 在不同温度、压强下,转化相同物质的量的SO2 所需要的时间相等 C . 使用催化剂可以缩短反应达到平衡所需的时间 D . 工业生产通常不采取加压措施是因为常压下SO2 的转化率已相当高
研究氮氧化物反应机理,对于控制汽车尾气、保护环境有重要意义。
  1. (1) NO在空气中存在如下反应:2NO(g) + O2(g) 2NO2(g) ΔH,上述反应分两步完成,其中第一步反应①如下,写出第二步反应②的热化学方程式(其反应的焓变ΔH2用含ΔH、ΔH1的式子来表示): ① 2NO(g) N2O2(g)ΔH1<0,②
  2. (2) NH3催化还原氮氧化物(SCR)技术是目前应用最广泛的烟气氮氧化物脱除技术。反应的热化学方程式为: 4NH3(g)+6NO(g) 5N2(g)+6H2O(g)△H=-1811.63KJ/mol;反应在恒容密闭容器中进行,在其它相条件同时,选用不同的催化剂,反应产生N2的物质的量随时间变化如图所示。

    图片_x0020_100049

    ①在催化剂A的作用下,经过相同时间,测得脱氮率随反应温度的变化情况如图2所示,据图可知,在相同的时间内,300℃之前,温度升高脱氮率逐渐增大,300℃之后温度升高脱氮率逐渐减小(催化剂均末失效),写出300℃之后脱氮率减小的原因是

    ②其他条件相同时,请在图中补充在催化剂B作用下脱氮率随温度变化的曲线

    图片_x0020_100050

  3. (3) 工业制HNO3的尾气中含有的NO2和NO常用NaOH溶液吸收,反应的化学方程式为:NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O,2NO2+2NaOH=NaNO2+NaNO3+H2O,现有平均组成为NOx的NO、NO2混合气体,通入足量的NaOH溶液中,充分反应后没有气体剩余,则:

    ①x的取值范围为

    ②反应后溶液中n(NO2)︰n(NO3)=。(用含x的代数式表示)

  4. (4) 电解法处理氮氧化合物是目前大气污染治理的一个新思路,原理是将NOx在电解池中分解成无污染的N2和O2除去,如图示,两电极间是新型固体氧化物陶瓷,在一定条件下可自由传导O2 , 电解池阴极反应为

    图片_x0020_100051

当温度高于 500 K 时,科学家成功利用二氧化碳和氢气合成了乙醇,这在节能减排、降低碳排放方面具有重大意义。
  1. (1) 该反应的化学方程式为;其平衡常数表达式为K
  2. (2) 在恒容密闭容器中,判断上述反应达到平衡状态的依据是

    a.体系压强不再改变    b.H2的浓度不再改变    c.气体的密度不随时间改变    d.单位时间内消耗 H2和 CO2的物质的量之比为 3∶1

  3. (3) 已知:1 g 氢气完全燃烧生成液态水,放出 143 kJ 热量;23 g 乙醇完全燃烧生成液态水和二氧化碳,放出 650 kJ 热量,则氢气和乙醇的燃烧热的比值为。(要求计算出数值)
  4. (4) 在一定压强下,测得由 CO2制取 CH3CH2OH 的实验数据中,起始投料比、温度与 CO2的转化率的关系如图所示,根据图中数据分析:

    ①降低温度,平衡向方向移动。

    ②在 700 K、起始投料比 n(H2)/n(CO2)=1.5 时,H2的转化率为

    ③在 500 K、起始投料比n(H2)/n(CO2)=2 时, 达到平衡后 H2的浓度为a mol·L1 , 则达到平衡时 CH3CH2OH 的浓度为

根据相应的图象(图象编号与选项一一对应),判断下列相关说法正确的是(   )

A . t0时改变某一条件后如图所示,则改变的条件一定是加入催化剂 B . 反应达到平衡时,外界条件对平衡的影响如图所示,则正反应为放热反应 C . 从加入反应物开始,物质的百分含量与温度的关系如图所示,则该反应的正反应为放热反应 D . 反应速率随反应条件的变化如图所示,则该反应的正反应为放热反应,A,B,C一定均为气体,D为固体或液体
研究CO、CO2的回收利用既可变废为宝,又可减少碳的排放。回答下列问题:
  1. (1) 二甲醚(CH3OCH3)被誉为“21世纪的清洁燃料”,由CO和H2制备二甲醚的反应原理如下:

    CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH=-90.1 kJ·mol-1

    2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)ΔH=-24.5 kJ·mol-1

    已知:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH=-41.0 kJ·mol-1 , 则2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)的ΔH,有利于提高该反应中CO2平衡转化率的条件是(填标号)。

    A.高温低压    B.高温高压

    C.低温低压  D.低温高压

  2. (2) T1 K时,将1 mol 二甲醚引入一个抽空的150 L恒容容器中,发生分解反应:CH3OCH3(g)CH4(g)+H2(g)+CO(g)。在不同时间测定容器内的总压,所得数据如表:

    t/min

    0

    6.5

    13.0

    26.5

    52.6

    p/kPa

    50.0

    55.0

    65.0

    83.2

    103.8

    125.0

    ①由表中数据计算:0~6.5 min内的平均反应速率v(CH3OCH3)=,反应达平衡时,二甲醚的分解率为,该温度下平衡常数K

    ②若升高温度,CH3OCH3的浓度增大,则该反应为(填“放热”或“吸热”)反应,要缩短达到平衡的时间,可采取的措施有

  3. (3) 在T2 K、1.0×104 kPa下,等物质的量的CO与CH4混合气体发生反应:CO(g)+CH4(g)CH3CHO(g)。反应速率vvvk·p(CO)·p(CH4)-k·p(CH3CHO),kk分别为正、逆反应速率常数,p为气体的分压(气体分压p=气体总压p×体积分数)。用气体分压表示的平衡常数Kp=4.5×10-5(kPa)-1 , 则CO的转化率为20%时
铁及铁的氧化物广泛应于生产、生活、航天、科研领域。
  1. (1) 铁通过对N2、H2吸附和解吸可作为合成氨的固体催化剂,原理为:

    ①若用 图片_x0020_1000665893图片_x0020_1108037245图片_x0020_98280322 分别表示N2、H2和NH3 , 则在固体催化剂表面合成氨的过程可用下图表示,其中能量状态最低的是(填字母序号);

    图片_x0020_959216508

    ②在三个体积均为1 L的恒容密闭容器中,分别加入n1 mol N2和n2 mol H2发生上述反应,实验时c(N2)随时间(t)的变化如图所示。与实验b相比,实验a、实验c分别改变的实验条件可能为(分别仅改变一个条件)。

    图片_x0020_1011076550

  2. (2) Fe2O3与CH4反应可制备“纳米铁粉”,其反应为: H2

    ①此反应化学平衡常数的表达式为

    ②一定温度下,将一定量的Fe2O3(s)和CH4(g)置于恒容密闭容器中反应,能说明反应达到平衡状态的是

    A.混合气体的密度不再改变     B.铁的物质的量不再改变

    C.CO和H2的浓度之比为1:2     D.v(CO)=2v(H2)

    ③一定温度下,向体积为2 L的密闭容器中加入0.2 mol Fe2O3(s)和0.6 mol CH4(g)进行上述反应,反应起始时压强为p,反应进行至5 min时达到平衡状态,测得此时容器的压强是起始压强的 倍。5 min内用Fe2O3(s)表示的平均反应速率为 ;该温度下反应的分压平衡常数Kp=(用含p的式子表示;已知:气体分压 气体总压 气体体积分数)。

甲醇用途日益广泛,越来越引起商家的关注,工业上甲醇的合成途径多种多样。一定条件下,在体积为 的密闭容器中,充入 ,发生反应: ,测得 的物质的量随时间变化如表所示,该反应的能量变化如图所示:

图片_x0020_888122409  

0

2

5

10

15

2

0.75

0.5

0.25

0.25

  1. (1) 该反应为(填放热或吸热)反应。
  2. (2) 从反应开始到5min末,用氢气浓度变化表示的平均反应速率v(H2)=,容器内平衡时与起始时的压强之比为
  3. (3) 在相同温度容积不变的条件下,能说明该反应已达平衡状态的是(填写序号字母)。

    a.容器内的平均相对分子质量保持不变                b.容器内压强保持不变

    c. 的消耗速率与 的生成速率之比为3:1     d. 的比值保持不变

  4. (4) 将 设计成燃料电池,其利用率更高,装置如图所示(A、B为多孔碳棒)。实验测得电池工作时OHˉ向B电极定向移动,则(填“A”或“B”)处电极入口通甲醇,当电路中通过 电子时,理论上消耗 质量为克。

    图片_x0020_731588913

  5. (5) 下列化学电池不易造成环境污染的是(填字母)。

    A.甲醇氧气燃料电池    B.锌锰电池    C.镍镉电池    D.铅蓄电池

    铅蓄电池是最常见的二次电池,放电时的化学方程式为: 。该蓄电池放电时,正极电极反应方程式为

“氯碱工业”以电解饱和食盐水为基础制取氯气等产品, 氯气是实验室和工业上的常用气体。请回答:
  1. (1) 电解饱和食盐水制取氯气的化学方程式是
  2. (2) 下列说法错误的是______。
    A . 可采用碱石灰干燥氯气 B . 可通过排饱和食盐水法收集氯气 C . 常温下,可通过加压使氯气液化而储存于钢瓶中 D . 工业上,常用氢气和氯气反应生成的氯化氢溶于水制取盐酸
  3. (3) 在一定温度下,氯气溶于水的过程及其平衡常数为:

    Cl2(g)⇌Cl2(aq)   K1=c(Cl2)/p

    Cl2(aq) + H2O(l)⇌H+ (aq)+Cl- (aq) + HClO(aq)   K2

    其中p为Cl2(g)的平衡压强,c(Cl2)为Cl2在水溶液中的平衡浓度。

    ①Cl2(g)⇌Cl2(aq)的焓变ΔH10。(填”>”、“=”或“<”)

    ②平衡常数K2的表达式为K2=

    ③氯气在水中的溶解度(以物质的量浓度表示)为c,则c=。(用平衡压强p和上述平衡常数表示,忽略HClO的电离)

  4. (4) 工业上,常采用“加碳氯化”的方法以高钛渣(主要成分为TiO2)为原料生产TiCl4 , 相应的化学方程式为;

    I.TiO2(s)+2Cl2(g)⇌TiCl4(g)+O2(g)   ΔHI=181 mol·L-1KI=-3.4×10-29

    II.2C(s)+O2(g)⇌2CO(g)     ΔHII= - 221 mol·L-1KII=1.2×1048

    结合数据说明氯化过程中加碳的理由

  5. (5) 在一定温度下,以I2为催化剂,氯苯和Cl2在CS2中发生平行反应,分别生成邻二氯苯和对二氯苯,两产物浓度之比与反应时间无关。反应物起始浓度均为0.5 mol·L-1 , 反应30 min测得氯苯15%转化为邻二氯苯,25%转化为对二氯苯。保持其他条件不变,若要提高产物中邻二氯苯的比例,可采用的措施是______。
    A . 适当提高反应温度 B . 改变催化剂 C . 适当降低反应温度 D . 改变反应物浓度
甲醇制氢作为一种绿色能源技术备受关注。
  1. (1) I.甲醇裂解制氢法

    该方法的主反应:CH3OH(g) CO(g)+2H2(g) △H1>0此反应能自发进行的原因是

  2. (2) 一定温度下,向某一刚性恒容密闭容器中充入CH3OH(g),发生反应CH3OH(g) CO(g)+2H2(g),反应起始时CH3OH(g)的压强为5.00MPa,t h后反应达到平衡,此时H2的物质的量分数为60%,则0~t h内的平均反应速率v(CO)=MPa•h-1 , CH3OH的平衡转化率α(CH3OH)=,此时平衡常数Kp=(Kp为以平衡分压表示的平衡常数)。
  3. (3) 科研人员通过计算机模拟用Pd(III)催化甲醇裂解的反应机理,得到附着在Pd(III)表面上甲醇变换的反应历程图[如图1,附在Pd(III)表面的物种用*标注],此历程中活化能最小的反应方程式为

  4. (4) II.甲醇水蒸气重整制氢法

    该方法的部分反应如下:

    主反应:CH3OH(g)+H2O(g) CO2(g)+3H2(g)    △H2=+49kJ•mol-1

    副反应:H2(g)+CO2(g) CO(g)+H2O(g)    △H3=-41kJ·mol-1

    ①相同条件下,甲醇水蒸气重整制氢法与甲醇裂解制氢法相比较,从经济效益和绿色化学角度分析,前者先进之处在于

    ②在某催化剂的作用下,在相同时间内,不同温度下测得CH3OH的转化率、CO的生成率与温度的变化关系如图2所示。

    随着温度的升高,CH3OH实际反应转化率不断接近平衡状态转化率的原因是(填字母)。

    A.主反应的活化能降低

    B.主反应的反应速率增大

    C.CH3OH的平衡转化率降低

    随着温度的升高,CO的实际反应生成率没有不断接近平衡状态生成率的原因是。为提高CH3OH的转化率且使副反应不向正反应方向进行,可采取的措施有(任写一条)。

乙烯气相直接水合反应制备乙醇:C2H4(g)+H2O(g) C2H5OH(g) ΔH。乙烯的平衡转化率随温度、压强的变化关系如下[起始时,n(H2O)=n(C2H4)=1 mol;a点容器体积为1 L]。下列分析错误的是(   )

A . 乙烯气相直接水合反应的ΔH<0 B . 图中a点对应的平衡常数K L·mol1 C . 图中压强的大小关系为:p1p2p3 D . 达到平衡状态a、b所需要的时间:a>b
某温度下,对于反应 的平衡转化率 与体系总压强 的关系如图所示.下列说法正确的是( )

A . 将1.0 mol氮气、3.0 mol氢气,置于1L密闭容器中发生反应,放出的热量为92.4 kJ B . 平衡状态由A变到B时,平衡常数 C . 上述反应在达到平衡后,增大压强, 的转化率提高 D . 保持压强不变,通入惰性气体,平衡常数不变,平衡不移动
某温度下,将等物质的量的气体A、B混合于的密闭容器中,发生如下反应:。经后测得C的浓度为 , B的物质的量分数为25%,以D表示内的平均反应速率 , 下列说法正确的是(   )
A . B . 时,B的物质的量为 C . 末, D . 反应前后容器内气体的压强之比为1∶1
工业合成氨的反应为:N2+3H2 2NH3 , 该反应在一定条件下的密闭容器中进行。下列关于该反应的说法正确的是(   )
A . 达到平衡时,反应速率 (正)= (逆)=0 B . 当N2、H2、NH3的浓度比为1∶3∶2时,说明反应达到平衡 C . 使用催化剂可同时加快正、逆反应速率,提高生产效率 D . 若在密闭容器加入1mol N2和足量H2 , 最多能生成2mol NH3
高纯度的氢氟酸是制造芯片的重要原料之一。
  1. (1) 已知:HF(aq)⇌H+(aq)+F-(aq) ΔH=-10.4kJ/mol

    H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l) ΔH=-57.3kJ/mol

    则:HF(aq)+NaOH(aq) =NaF(aq) +H2O(l)的ΔH=

  2. (2) HF无论是气态还是在水溶液中均可二聚形成(HF)2。HF能二聚的原因是,写出(HF)2发生第二步电离的电离方程式
  3. (3) 如图为恒温、带有可自由移动隔板的刚性容器。当两边分别充入4g氦气和20g单分子态的HF气体时,隔板位于“5”处,隔板两边容器内的压强均为100kPa。

    若固定隔板于“5”处,当右侧容器内反应2HF(g)⇌(HF)2(g)达到平衡状态时,右侧容器内压强为P1;松开隔板,隔板移至“6”处并达到新的平衡,此时右侧容器内压强为P2 , 则P1P2(填“大于”“小于”或“等于”)。该温度下,2HF(g)⇌(HF)2(g) 反应的平衡常数KP=kPa-1(KP为以分压表示的平衡常数,计算结果保留2位有效数字)。

  4. (4) 若将上述容器改为绝热容器,固定隔板在“5”处,下列不能说明右侧容器内反应已达平衡状态的是____。
    A . 容器右侧气体的密度不再改变 B . 容器右侧的温度不再改变 C . 容器右侧气体的压强不再改变 D . 容器右侧气体的平均相对分子质量不再改变 E .
  5. (5) 某温度下,将分析浓度(总浓度)相同的HCl、HF和CH3COOH三种溶液,分别加水稀释时,溶液pH变化如图所示。

    图中,氢氟酸溶液在稀释初期的pH上升特别快,据此判断,(HF)2与HF的酸性相比,较强的是

  6. (6) NaF和HF的混合溶液具有一定的缓冲能力,即加入少量的酸或碱时,溶液的pH基本保持不变。试结合方程式和必要的文字解释之