（浙江選考）2020版高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 專題七 第三單元 化學(xué)平衡的移動夯基提能作業(yè).docx

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第三單元　化學(xué)平衡的移動 1.(2018浙江11月選考,22,2分)已知2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)　ΔH=-197.8 kJmol-1。起始反應(yīng)物為SO2和O2(物質(zhì)的量之比為2∶1,且總物質(zhì)的量不變)。SO2的平衡轉(zhuǎn)化率(%)隨溫度和壓強的變化如下表: 溫度/K 壓強/(105 Pa) 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 下列說法不正確的是(　　) A.一定壓強下降低溫度,SO2平衡轉(zhuǎn)化率增大 B.在不同溫度、壓強下,轉(zhuǎn)化相同物質(zhì)的量的SO2所需要的時間相等 C.使用催化劑可以縮短反應(yīng)達到平衡所需的時間 D.工業(yè)生產(chǎn)通常不采取加壓措施是因為常壓下SO2的轉(zhuǎn)化率已相當(dāng)高 答案　B　A項中,由于該反應(yīng)是放熱反應(yīng),所以一定壓強下降低溫度,平衡向放熱反應(yīng)方向移動,SO2的轉(zhuǎn)化率增大,故A正確;B項中,在不同溫度、壓強下,由于化學(xué)反應(yīng)速率不相同,所以轉(zhuǎn)化相同物質(zhì)的量的SO2所需要的時間不可能相等,故B不正確;C項中,使用催化劑的目的是加快反應(yīng)速率,這樣可以縮短反應(yīng)達到平衡所需的時間,故C正確;D項中,從2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)分析加壓可以提高SO2的轉(zhuǎn)化率,但因為常壓下SO2的轉(zhuǎn)化率已相當(dāng)高,所以工業(yè)生產(chǎn)中通常不采取加壓措施,故D正確。 2.一定條件下,CO2(g)+3H2(g) H2O(g)+CH3OH(g)　ΔH=-53.7 kJmol-1;向2 L恒容恒溫密閉容器中充入1 mol CO2和2.8 mol H2反應(yīng),圖中過程Ⅰ、Ⅱ是在兩種不同催化劑作用下建立平衡的過程中CO2的轉(zhuǎn)化率[α(CO2)]隨時間(t)的變化曲線。下列說法中不正確的是(　　) A.m點:v(正)>v(逆) B.活化能:過程Ⅱ>過程Ⅰ C.n點時該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=50 D.過程Ⅰ,t2時刻改變的反應(yīng)條件可能是升高溫度 答案　C　m點CO2的轉(zhuǎn)化率不是最大,反應(yīng)向正反應(yīng)方向進行,因此v(正)>v(逆),A項正確;過程Ⅰ首先達到平衡狀態(tài),說明反應(yīng)速率快,因此活化能:過程Ⅱ>過程Ⅰ,B項正確;n點時CO2的轉(zhuǎn)化率是80%,則根據(jù)方程式可知 　　　 　 　 　　 CO2(g) + 3H2(g) H2O(g) + CH3OH(g) 起始濃度(molL-1)　 　0.5　 1.4　　 0　　 0 轉(zhuǎn)化濃度(molL-1)　 　0.4　 1.2　　 0.4　 0.4 平衡濃度(molL-1)　 　0.1　 0.2　　 0.4　 0.4 所以該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=0.40.40.10.23=200,C項錯誤;過程Ⅰ,t2時刻CO2的轉(zhuǎn)化率降低,說明反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進行,由于正反應(yīng)放熱,因此改變的反應(yīng)條件可能是升高溫度,D項正確。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 3.已知反應(yīng):CH2CHCH3(g)+Cl2(g) CH2CHCH2Cl(g)+HCl(g)。在一定壓強下,按ω=向密閉容器中充入氯氣與丙烯。圖甲表示平衡時,丙烯的體積分數(shù)(φ)與溫度(T)、ω的關(guān)系,圖乙表示正、逆反應(yīng)的平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系。則下列說法中錯誤的是(　　) A.圖甲中,ω2>1 B.圖乙中,A線表示逆反應(yīng)的平衡常數(shù) C.溫度為T1、ω=2時,Cl2的轉(zhuǎn)化率為50% D.若在恒容絕熱裝置中進行上述反應(yīng),達到平衡時,裝置內(nèi)的氣體壓強將增大 答案　C　根據(jù)圖甲中信息可知,增大n(Cl2),ω增大,平衡正向移動,丙烯的體積分數(shù)(φ)減小,故ω2>1,A項正確;根據(jù)圖甲可知,升高溫度,丙烯的體積分數(shù)增大,說明平衡逆向移動,逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng),正反應(yīng)為放熱反應(yīng),則升高溫度,正反應(yīng)的平衡常數(shù)減小,逆反應(yīng)的平衡常數(shù)增大,圖乙中,A線表示逆反應(yīng)的平衡常數(shù),B項正確;由圖乙知,溫度為T1時,正、逆反應(yīng)的平衡常數(shù)相等,又因兩者互為倒數(shù),則平衡常數(shù)K=1,ω=2時,設(shè)CH2CHCH3和Cl2的物質(zhì)的量分別為a、2a,參加反應(yīng)的Cl2的物質(zhì)的量為b,利用三段式可列關(guān)系式b2(a-b)(2a-b)=1,解得b2a=13,則Cl2的轉(zhuǎn)化率為33.3%,C項錯誤;該反應(yīng)為反應(yīng)前后氣體體積不變的放熱反應(yīng),反應(yīng)向正反應(yīng)方向進行,體系溫度升高,氣體膨脹,達到平衡時,裝置內(nèi)的氣體壓強將增大,D項正確。 4.向某密閉容器中加入0.3 mol A、0.1 mol C和一定量的B三種氣體。一定條件下發(fā)生反應(yīng),各物質(zhì)濃度隨時間變化如甲圖所示[t0~t1階段c(B)未畫出]。乙圖為t2時刻后改變條件平衡體系中反應(yīng)速率隨時間變化的情況,且四個階段都各改變一種不同的條件。已知,t3~t4階段使用催化劑。下列說法中不正確的是　(　　) A.若t1=15 min,則用C的濃度變化表示在t0~t1時間段的平均反應(yīng)速率為0.004 molL-1min-1 B.t4~t5階段改變的條件一定是減小壓強 C.B的起始物質(zhì)的量為0.02 mol D.t5~t6階段,容器內(nèi)A的物質(zhì)的量減少了0.03 mol,而此過程中容器與外界的熱交換總量為a kJ,該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為3A(g) B(g)+2C(g)　ΔH=+100a kJmol-1 答案　C　若t1=15 min,生成物C在t0~t1時間段的平均反應(yīng)速率v=ΔcΔt=0.11molL-1-0.05 molL-115min=0.004 molL-1min-1,A項正確。t4~t5階段改變條件,正、逆反應(yīng)速率都減小且相等,所以改變的條件應(yīng)為減小壓強,B項正確。反應(yīng)中A的濃度變化為0.15 molL-1-0.06 molL-1=0.09 molL-1,C的濃度變化為0.11 molL-1-0.05 molL-1=0.06 molL-1,反應(yīng)中A與C的化學(xué)計量數(shù)之比為0.09∶0.06=3∶2,根據(jù)t4~t5階段改變壓強平衡不移動可知,該反應(yīng)的化學(xué)方程式為3A(g) B(g)+2C(g),由A的起始物質(zhì)的量為0.3 mol和起始濃度為0.15 molL-1可知,容器的容積V=0.3mol0.15molL-1=2 L;由反應(yīng)的化學(xué)方程式可知B的起始濃度為0.05 molL-1-(0.11 molL-1-0.05 molL-1)/2=0.02 molL-1,所以B的起始物質(zhì)的量為0.02 molL-12 L=0.04 mol,C項錯誤。A的物質(zhì)的量減少0.03 mol,此過程中容器與外界的熱交換總量為a kJ,則A的物質(zhì)的量減少3 mol,與外界的熱交換總量為100a kJ,根據(jù)圖像可知t5~t6階段改變的條件應(yīng)為升高溫度,A的物質(zhì)的量減少,說明反應(yīng)向正反應(yīng)方向移動,則正反應(yīng)為吸熱反應(yīng),故該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為3A(g) B(g)+2C(g)　ΔH=+100a kJmol-1,D項正確。 5.(2016浙江理綜,28節(jié)選)催化還原CO2是解決溫室效應(yīng)及能源問題的重要手段之一。研究表明,在Cu/ZnO催化劑存在下,CO2和H2可發(fā)生兩個平行反應(yīng),分別生成CH3OH和CO。反應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下: CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)　 ΔH1=-53.7 kJmol-1?、? CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)　ΔH2?、? 某實驗室控制CO2和H2初始投料比為1∶2.2,在相同壓強下,經(jīng)過相同反應(yīng)時間測得如下實驗數(shù)據(jù): T(K) 催化劑 CO2轉(zhuǎn)化率(%) 甲醇選擇性(%) 543 Cat.1 12.3 42.3 543 Cat.2 10.9 72.7 553 Cat.1 15.3 39.1 553 Cat.2 12.0 71.6 【備注】Cat.1:Cu/ZnO納米棒;Cat.2:Cu/ZnO納米片;甲醇選擇性:轉(zhuǎn)化的CO2中生成甲醇的百分比 已知:①CO和H2的標(biāo)準燃燒熱分別為-283.0 kJmol-1和-285.8 kJmol-1 ②H2O(l) H2O(g)　ΔH3=+44.0 kJmol-1 請回答(不考慮溫度對ΔH的影響): (2)有利于提高CO2轉(zhuǎn)化為CH3OH平衡轉(zhuǎn)化率的措施有　　　　。 A.使用催化劑Cat.1 B.使用催化劑Cat.2 C.降低反應(yīng)溫度 D.投料比不變,增加反應(yīng)物的濃度 E.增大CO2和H2的初始投料比 (3)表中實驗數(shù)據(jù)表明,在相同溫度下不同的催化劑對CO2轉(zhuǎn)化成CH3OH的選擇性有顯著的影響,其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (4)在下圖中分別畫出反應(yīng)Ⅰ在無催化劑、有Cat.1和有Cat.2三種情況下“反應(yīng)過程-能量”示意圖。 (5)研究證實,CO2也可在酸性水溶液中通過電解生成甲醇,則生成甲醇的反應(yīng)發(fā)生在　　　極,該電極反應(yīng)式是　　　　　　　　　　　　　　。 答案　(2)CD (3)表中數(shù)據(jù)表明此時反應(yīng)未達到平衡,不同的催化劑對反應(yīng)Ⅰ的催化能力不同,因而在該時刻下對甲醇的選擇性有影響 (4) (5)陰　CO2+6H++6e- CH3OH+H2O 解析　(2)催化劑只加快反應(yīng)速率,不改變平衡轉(zhuǎn)化率,故A、B不符合;反應(yīng)Ⅰ的正反應(yīng)為放熱反應(yīng),降低溫度有利于平衡正向移動,C項符合;在投料比不變時,增大反應(yīng)物濃度相當(dāng)于對體系加壓,根據(jù)勒夏特列原理可知,平衡向氣體分子數(shù)減小的方向移動,故有利于CO2轉(zhuǎn)化為CH3OH,D項符合;增大CO2和H2的初始投料比只會提高H2轉(zhuǎn)化率,而CO2轉(zhuǎn)化率降低,故E項不符合。 (3)催化劑不能改變平衡轉(zhuǎn)化率,但表中數(shù)據(jù)顯示相同溫度下兩者CO2轉(zhuǎn)化率數(shù)據(jù)不相同,故此時反應(yīng)未達到平衡,由于Cat.1和Cat.2對反應(yīng)Ⅰ的催化能力不同,故在相同時間對甲醇的選擇性有影響。 (4)催化劑可以降低反應(yīng)的活化能,不同催化劑降低效率不同。從表中數(shù)據(jù)可以分析,相同時間內(nèi)Cat.2催化能力比Cat.1強,說明在Cat.2催化作用下反應(yīng)速率更快,即活化能更低。另外,由于催化劑的介入,反應(yīng)過程中產(chǎn)生多個能壘,但最終生成物總能量相同,那么三條曲線的起點和終點相同。 (5)CO2生成CH3OH是發(fā)生還原反應(yīng),故在電解池陰極上發(fā)生,此電極反應(yīng)為CO2+6H++6e- CH3OH+H2O。 6.(2016課標(biāo)Ⅱ,27,14分)丙烯腈(CH2CHCN)是一種重要的化工原料,工業(yè)上可用“丙烯氨氧化法”生產(chǎn),主要副產(chǎn)物有丙烯醛(CH2CHCHO)和乙腈(CH3CN)等。回答下列問題: (1)以丙烯、氨、氧氣為原料,在催化劑存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副產(chǎn)物丙烯醛(C3H4O)的熱化學(xué)方程式如下: ①C3H6(g)+NH3(g)+32O2(g) C3H3N(g)+3H2O(g)　ΔH=-515 kJmol-1 ②C3H6(g)+O2(g) C3H4O(g)+H2O(g)　ΔH=-353 kJmol-1 兩個反應(yīng)在熱力學(xué)上趨勢均很大,其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　;有利于提高丙烯腈平衡產(chǎn)率的反應(yīng)條件是　　　　　　　　　　　　;提高丙烯腈反應(yīng)選擇性的關(guān)鍵因素是　　　　。 (2)圖(a)為丙烯腈產(chǎn)率與反應(yīng)溫度的關(guān)系曲線,最高產(chǎn)率對應(yīng)的溫度為460 ℃。低于460 ℃時,丙烯腈的產(chǎn)率　　　(填“是”或“不是”)對應(yīng)溫度下的平衡產(chǎn)率,判斷理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;高于460 ℃時,丙烯腈產(chǎn)率降低的可能原因是　　　　(雙選,填標(biāo)號)。 A.催化劑活性降低 B.平衡常數(shù)變大 C.副反應(yīng)增多 D.反應(yīng)活化能增大 (3)丙烯腈和丙烯醛的產(chǎn)率與n(氨)/n(丙烯)的關(guān)系如圖(b)所示。由圖可知,最佳n(氨)/n(丙烯)約為　　　　,理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。進料氣氨、空氣、丙烯的理論體積比約為　　　　　　　　。 答案　(1)兩個反應(yīng)均為放熱量大的反應(yīng)　降低溫度、降低壓強　催化劑 (2)不是　該反應(yīng)為放熱反應(yīng),平衡產(chǎn)率應(yīng)隨溫度升高而降低　AC (3)1　該比例下丙烯腈產(chǎn)率最高,而副產(chǎn)物丙烯醛產(chǎn)率最低　1∶7.5∶1 解析　(1)判斷反應(yīng)自發(fā)進行的趨勢可從熵變和焓變兩方面考慮,反應(yīng)①和②的熵變不大,但焓變均較大,這是導(dǎo)致兩個反應(yīng)在熱力學(xué)上趨勢均很大的主要原因。根據(jù)影響平衡移動的因素可知,提高丙烯腈平衡產(chǎn)率(即使反應(yīng)①的平衡右移)的條件可以是降低溫度、降低壓強。在影響反應(yīng)速率的外界因素中,催化劑的影響最大,且不同的反應(yīng)一般使用的催化劑也不同,因此催化劑是提高丙烯腈反應(yīng)選擇性的關(guān)鍵因素。 (2)溫度升高,反應(yīng)①的平衡常數(shù)變小,反應(yīng)的活化能不變,高于460 ℃時,丙烯腈產(chǎn)率降低的原因可能是催化劑的活性降低、副反應(yīng)增多,A、C正確。 (3)由反應(yīng)①可知n(NH3)∶n(O2)∶n(C3H6)=1∶1.5∶1,由于O2在空氣中所占體積分數(shù)約為15,所以理論上進料氣氨、空氣、丙烯的體積比V(NH3)∶V(空氣)∶V(C3H6)=1∶(1.55)∶1=1∶7.5∶1。 7.(2017浙江11月選考,30,10分)(一)十氫萘是具有高儲氫密度的氫能載體,經(jīng)歷“十氫萘(C10H18)→四氫萘(C10H12)→萘(C10H8)”的脫氫過程釋放氫氣。已知: C10H18(l) C10H12(l)+3H2(g)　ΔH1 C10H12(l) C10H8(l)+2H2(g)　ΔH2 ΔH1>ΔH2>0;C10H18→C10H12的活化能為Ea1,C10H12→C10H8的活化能為Ea2;十氫萘的常壓沸點為192 ℃;在192 ℃,液態(tài)十氫萘脫氫反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率約為9%。請回答: (1)有利于提高上述反應(yīng)平衡轉(zhuǎn)化率的條件是　　　。 A.高溫高壓 B.低溫低壓 C.高溫低壓 D.低溫高壓 (2)研究表明,將適量十氫萘置于恒容密閉反應(yīng)器中,升高溫度帶來高壓,該條件下也可顯著釋氫,理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (3)溫度335 ℃,在恒容密閉反應(yīng)器中進行高壓液態(tài)十氫萘(1.00 mol)催化脫氫實驗,測得C10H12和C10H8的產(chǎn)率x1和x2(以物質(zhì)的量分數(shù)計)隨時間的變化關(guān)系,如圖1所示。 圖1 ①在8 h時,反應(yīng)體系內(nèi)氫氣的量為　　　　　　mol(忽略其他副反應(yīng))。 ②x1顯著低于x2的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ③在圖2中繪制“C10H18→C10H12→C10H8”的“能量~反應(yīng)過程”示意圖。 圖2 (二)科學(xué)家發(fā)現(xiàn),以H2O和N2為原料,熔融NaOH-KOH為電解質(zhì),納米Fe2O3作催化劑,在250 ℃和常壓下可實現(xiàn)電化學(xué)合成氨。陰極區(qū)發(fā)生的變化可視為按兩步進行,請補充完整。 電極反應(yīng)式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　和2Fe+3H2O+N2 2NH3+Fe2O3。 答案　(一)(1)C (2)溫度升高加快反應(yīng)速率;溫度升高使平衡正向移動的作用大于壓強增大使平衡逆向移動的作用 (3)①1.95　②催化劑顯著降低了C10H12→C10H8的活化能,反應(yīng)生成的C10H12很快轉(zhuǎn)變?yōu)镃10H8,C10H12不能積累 ③ (二)Fe2O3+3H2O+6e- 2Fe+6OH- 解析　(一)(1)提高平衡轉(zhuǎn)化率即使平衡正向移動,應(yīng)該升溫、降壓,所以選擇高溫低壓,選C。(2)一方面,溫度升高,加快了反應(yīng)速率;另一方面,溫度升高,平衡正向移動,升高溫度帶來的高壓又會使平衡逆向移動,該條件下可顯著釋氫,說明溫度升高使平衡正向移動的作用大于壓強增大使平衡逆向移動的作用。(3)①由圖1知,在8 h時,反應(yīng)體系內(nèi)生成氫氣的物質(zhì)的量為0.374 mol5+0.027 mol3≈1.95 mol。②由圖1可知,反應(yīng)還未達到平衡,反應(yīng)快慢是影響相同時間內(nèi)產(chǎn)率的主要因素,因催化劑顯著降低了C10H12→C10H8的活化能,反應(yīng)生成的C10H12很快轉(zhuǎn)變?yōu)镃10H8,C10H12不能積累,故x1顯著低于x2。③由題給條件可知,兩個反應(yīng)均為吸熱反應(yīng),生成物總能量比反應(yīng)物總能量要高;ΔH1>ΔH2,Ea1比Ea2大,據(jù)此可作出相應(yīng)的“能量~反應(yīng)過程”曲線(詳見答案)。 (二)根據(jù)陰極的另一個反應(yīng)方程式及題干信息可知,Fe2O3參與陰極反應(yīng)生成Fe,電解質(zhì)為熔融的NaOH-KOH,故符合要求的電極反應(yīng)式為Fe2O3+3H2O+6e- 2Fe+6OH-。