1 专题综合检测及解析 1 2011 高考新课标全国卷改编题 科学家利用太阳能分解水生成的氢气在催化剂作用下与 二氧化碳反应生成甲醇 并开发出直接以甲醇为燃料的燃料电池 已知 H2 g CO g 和 CH3OH l 的燃烧热 H 分别为 285 8 kJ mol 1 283 0 kJ mol 1和 726 5 kJ mol 1 请回 答下列问题 1 在容积为 2 L 的密闭容器中 由 CO2和 H2合成甲醇 在其他条件不变的情况下 考察温 度对反应的影响 实验结果如下图所示 注 T1 T2均大于 300 下列说法正确的是 填序号 温度为 T1时 从反应开始到平衡 生成甲醇的平均速率为 v CH3OH mol L 1 min nA tA 1 该反应在 T1时的平衡常数比 T2时的小 该反应为放热反应 处于 A 点的反应体系从 T1变到 T2 达到平衡时增大 n H2 n CH3 OH 2 在 T1温度时 将 1 mol CO2和 3 mol H2充入一密闭恒容容器中 充分反应达到平衡后 若 CO2转化率为 则容器内的压强与起始压强之比为 3 在直接以甲醇为燃料电池中 电解质溶液为酸性 负极的反应式为 正极的反应式为 解析 1 CO2和 H2合成甲醇的化学方程式为 CO2 g 3H2 g CH3OH g H2O g 由图 像可知 B 曲线先达到平衡 因此温度 T2 T1 温度高平衡时甲醇的物质的量反而低 说明 正反应是放热反应 升高温度平衡向逆反应方向移动 不利于甲醇的生成 平衡常数减小 即 错 正确 温度为 T1时 从反应开始到平衡 生成甲醇的物质的量为 nA mol 此时甲 醇的浓度为 mol L 1 所以生成甲醇的平均速率为 v CH3OH mol L 1 min 1 因 nA 2 nA 2tA 此 不正确 因为温度 T2 T1 所以 A 点的反应体系从 T1变到 T2时 平衡会向逆反应方向 移动 即降低生成物浓度而增大反应物浓度 所以 正确 2 CO2 g 3H2 g CH3OH g H2O g 起始的量 mol 1 3 0 0 转化的量 mol a 3a a a 平衡的量 mol 1 a 3 3a a a 所以平衡时容器内的压强与起始压强之比为 4 2a 4 2 a 2 3 在甲醇燃料电池中 甲醇失去电子 氧气得到电子 所以负极的电极反应式是 CH3OH 6e H2O CO2 6H 正极的电极反应式是 3 2 O2 6e 6H 3H2O 答案 1 2 2 a 2 3 CH3OH H2O 6e CO2 6H 3 2O2 6e 6H 3H2O 2 800 时 在一容积为 2 L 的密闭容器中 反应 2NO2 g 2NO g O2 g H a kJ mol 反应进行到 45 s 时达到平衡 体系中 n NO2 随时间的变化如表所示 时间 s 0 5 10 15 20 25 n NO2 mol 0 080 0 062 0 050 0 042 0 036 0 030 时间 s 30 35 40 45 50 55 2 n NO2 mol 0 028 0 027 0 026 0 025 0 025 0 025 1 用 O2表示从 0 20 s 内该反应的平均速率 v 2 写出该反应的平衡常数表达式 K 已知 K350 K300 则 a 0 填 或 3 能说明该反应已达到平衡状态的是 填序号 a v NO2 2v O2 b 容器内压强保持不变 c v逆 NO 2v正 O2 d 容器内密度保持不变 4 能使该反应的反应速率增大 且平衡向正反应方向移动的是 填序号 a 及时分离出 NO2气体 b 适当升高温度 c 增大 O2的浓度 d 选择高效催化剂 解析 1 0 20 s 内 NO2的变化浓度为 0 022 20 mol L s 所以 v O2 0 022 2 20 5 5 10 4 mol L s 2 K c2 NO c O2 c2 NO2 K350 K300 说明温度升高有利于平 衡正向移动 正反应方向为吸热反应 故 a 0 3 a 项不能说明正 逆反应速率相等 而 c 项可以说明正 逆反应速率相等 该平衡体系是一个气体体积不相等的反应 故在一个定容 容器中 当容器内压强保持不变时 说明反应达到了平衡状态 由于反应在容积恒定的容器 中进行 而且反应混合气体的质量保持不变 故不管反应是否达到平衡状态 m V 始终 保持不变 4 加入催化剂不影响平衡移动 该反应的正反应为吸热反应 所以升高温度平 衡向正反应方向移动 而增大 O2的浓度 平衡则逆向移动 答案 1 5 5 10 4 mol L s 2 c2 NO c O2 c2 NO2 3 bc 4 b 3 1 在一定条件下 可逆反应达到平衡状态的本质特征是 下列关系中能说 明反应 NH4HS s NH3 g H2S g 已经达到平衡状态的是 填序号 A v正 NH3 v正 H2S B v逆 NH3 v逆 H2S C v正 NH3 v逆 H2S D v NH3 v H2S 2 在一定温度下的恒容密闭容器中 可逆反应达到平衡状态时 一些宏观物理量恒定不变 a 各物质的浓度不变 b 平衡混合物中各组分的物质的量分数或质量分数不变 c 容器内气 体压强不变 d 容器内气体密度不变 e 容器内气体颜色不变 上述能说明反应 NH4HS s NH3 g H2S g 达到平衡状态的有 填序号 下 同 能说明反应 H2 g I2 g 2HI g 达到平衡状态的有 3 一定温度下 1 mol NH4HS 固体在恒容真空容器中部分分解为硫化氢和氨气后 当反应达平衡时 p NH3 p H2S a Pa2 则容器中的总压强为 Pa 下图是上述反应过程中生成物浓度随时间变化的示意图 若 t2时刻增大氨气的浓度且在 t3 时反应再次达到平衡 请在图上画出 t2时刻后氨气 硫化氢的浓度随时间的变化曲线 解析 2 由于该反应在反应前后气体的质量不变 因此不能用气体的密度来判断该反应 是否处于化学平衡状态 同样由于该反应是一个气体体积不变的反应 反应前后气体的压强 保持不变 因此也不能用压强的变化来判断反应是否处于平衡状态 3 容器中的总压强 等于氨气和硫化氢气体的分压强之和 由达平衡时 p NH3 p H2S a Pa2 可得 p NH3 p H2S Pa 由此可得总压强为 2 Pa t2时刻增大氨气的浓度可使平衡向逆反应方aa 向移动 因此在 t2时刻 氨气的浓度瞬间增大 硫化氢气体的浓度不变 随后两者均减小 但在 t3时刻反应再次达到平衡 氨气的浓度仍比 t2时大 答案 1 正反应速率与逆反应速率相等 C 2 abcd abe 3 2 a 3 4 在一定条件下 可逆反应 2NO2 g N2O4 g H 0 达到平衡 当分别改变下列条件 时 请填空 1 保持容器容积不变 通入一定量 NO2 则达到平衡时 NO2的百分含量 填 增 大 减小 或 不变 下同 保持容器容积不变 通入一定量 N2O4 则达到平衡时 NO2 的百分含量 2 保持压强不变 通入一定量 NO2 则达到平衡时 NO2的百分含量 保持压强不 变 通入一定量 N2O4 则达到平衡时 NO2的百分含量 3 保持容器容积不变 通入一定量氖气 则达到平衡时 NO2的转化率 保持压强 不变 通入氖气使体系的容积增大一倍 则达到平衡时 NO2的转化率 解析 1 保持容器容积不变 通入一定量 NO2 则增加了 NO2的浓度 所以平衡正向移动 且 NO2转化率比原来大 NO2的含量减小 保持容器容积不变 通入一定量 N2O4 则增加 了 N2O4的浓度 所以平衡逆向移动 但其进行的程度比原来的 N2O4的转化率要小 所以 NO2 的含量减小 2 保持压强不变 通入一定量 NO2或 N2O4 不影响平衡 所以 NO2的含量不 变 3 保持容器容积不变 通入一定量氖气 此过程中各物质的物质的量都没发生改变 所以平衡不移动 NO2的转化率不变 保持压强不变 通入氖气使体系的容积增大一倍 则 相当于减小压强 所以平衡向生成 NO2的方向移动 所以 NO2的转化率会减小 答案 1 减小 减小 2 不变 不变 3 不变 减小 5 2012 山东济南高三第一次模拟 某合成气的主要成分是一氧化碳和氢气 可用于合成甲 醚等清洁燃料 由天然气获得该合成气过程中可能发生的反应有 CH4 g H2O g CO g 3H2 g H1 206 1 kJ mol CH4 g CO2 g 2CO g 2H2 g H2 247 3 kJ mol CO g H2O g CO2 g H2 g H3 请回答下列问题 1 在一密闭容器中进行反应 测得 CH4的物质的量浓度随反应时间的变化如图 1 所示 反应进行的前 5 min 内 v H2 10 min 时 改变的外界条件可能是 2 如图 2 所示 在甲 乙两容器中分别充入等物质的量的 CH4和 CO2 使甲 乙两容器初 始容积相等 在相同温度下发生反应 并维持反应过程中温度不变 已知甲容器中 CH4 的转化率随时间的变化如图 3 所示 请在图 3 中画出乙容器中 CH4的转化率随时间变化的 图像 3 反应 中 H3 800 时 反应 的平衡常数 K 1 测得该温度下密闭容器 中某时刻各物质的物质的量见下表 4 CO H2O CO2 H2 0 5 mol 8 5 mol 2 0 mol 2 0 mol 此时反应 中正 逆反应速率的关系式是 填代号 a v 正 v 逆 b v 正 v 逆 c v 正 v 逆 d 无法判断 4 用该合成气制取甲醚的化学方程式为 该反应的原子利用率为 设反应完全进行 用质量百分比表示 解析 1 应根据图像先计算 CH4的反应速率 再计算 H2的生成速率 10 min 时 改变的条 件不可能是增大容器体积 否则改变条件的瞬间 CH4浓度应突然减小 改变的条件可能是升 高温度 或充入水蒸气 2 甲容器反应开始后压强增大 乙容器压强不变 体积增大 可看成是由甲减压得到乙 故乙容器的反应速率慢 CH4的转化率大 3 根据盖斯定律 反应 减去反应 即可得到反应 进而通过计算求得 H3 根据浓度 商 1 K 可知反应向正反应方向进行 即 v 正 v 逆 2 2 0 5 8 5 4 根据质量守恒定律可知 反应的化学方程式为 2CO 4H2 CH3OCH3 H2O 可以求出 甲醚质量占反应物总质量的 71 9 答案 1 0 3 mol L min 升高温度 或充入水蒸气 2 3 41 2 kJ mol a 4 2CO 4H2 CH3OCH3 H2O 71 9 6 一定温度下某容积固定的密闭容器中加入 2 mol A 和 1 mol B 发生如下反应 2A g B g 3C g D s H Q kJ mol 1 Q 0 当反应达到平衡后 反应放出的热量为 Q1 kJ 物质 A 的转化率为 请回答下列问题 1 Q1 Q 填 或 理由是 2 A 的转化率 用含 Q Q1的代数式表示 平衡后 若加入少量物质 D A 的 转化率会 填 增大 减小 或 不变 3 反应达到平衡后 若升高温度 K 填 增大 减小 或 不变 混合气体 的平均相对分子质量 填 增大 减小 或 不变 4 维持温度不变 若起始时向容器中加入的物质如下列四个选项 则反应达到平衡后放出 的热量仍为 Q1 kJ 的是 稀有气体不参与反应 A 2 mol A 1 mol B 1 mol Ar B 3 mol C 1 mol D C 1 mol A 0 5 mol B 1 5 mol C 0 5 mol D D 2 mol A 1 mol B 1 mol D 解析 本题综合考查了反应热 转化率 化学平衡移动等之间的关系 虽然综合性强 但每 一问难度并不是很大 运用解化学平衡类试题的基本技巧即可顺利求解 因是可逆反应 2 mol A 和 1 mol B 不可能完全反应 故 Q1 Q 此时 A 的转化率 100 平衡后 Q1 Q 若加入少量物质 D 由于 D 是固体 浓度不变 故 A