专题2 第2讲 化学反应速率和化学平衡
一、选择题
1．(2014湖北八市联考)在容积不变的密闭容器中存在如下反应：2A(g)＋B(g)??3C(g)；ΔH<0，某研究小组研究了其他条件不变时，改变某一条件对上述反应的影响，下列分析正确的是( )
A．图Ⅰ表示的是t1时刻增大反应物的浓度对反应速率的影响
B．图Ⅱ表示的一定是t1时刻加入催化剂后对反应速率的影响
C．图Ⅲ表示的是温度对化学平衡的影响，且乙的温度较高
D．图Ⅲ表示的是催化剂对平衡的影响，且甲的催化效率比乙高
答案：C
点拨：A项，增大反应物的浓度，正反应速率瞬间增大，逆反应速率不变；B项，反应前后气体的体积不变，图Ⅱ也可表示加压对反应速率的影响；D项，催化剂只能改变反应速率，不能使平衡发生移动。
2．(2014?湖北黄冈质量检测)下列可逆反应达到平衡时，增大压强和升高温度使平衡移动方向相同的是( )
A．NH4HCO3(s)??NH3(g)＋H2O(l)＋CO2(g) ΔH>0
B．2NO2(g)??N2O4(g) ΔH<0
C．Cl2(g)＋H2O(l)??HCl(aq)＋HClO(aq) ΔH>0
D．2SO2(g)＋O2(g)??2SO3(g) ΔH<0
答案：C
点拨：A项，增大压强平衡左移，升高温度平衡右移；B项，增大压强平衡右移，升高温度平衡左移；D项，增大压强平衡右移，升高温度平衡左移。
3．(2014?河北唐山一中二调)在一定温度下，容积相同的两个密闭容器中，一个充入2 mol SO2、1 mol O2，另一个充入2 mol SO3，发生反应2SO2(g)＋O2(g)??2SO3(g)；ΔH＝－196.6 kJ/mol时，下列六种说法中正确的有( )
①二氧化硫的转化率与三氧化硫的分解率之和为1，②达到平衡所需的时间相等，③密度相等，④压强相等，⑤放出与吸收的热量相等，⑥二氧化硫的浓度相同。
A．3种 B．4种
C．5种 D．6种
答案：B
点拨：在恒温恒容条件下，一个充入2 mol SO2、1 mol O2，另一个充入2 mol SO3，可以达到完全相同的平衡状态，故①③④⑥正确，但是无法确定反应进行的程度和速率，故无法确定②⑤是否正确。
4．(2014? 全国)在容积可变的密闭容器中，2mol N2和8mol H2在一定条件下反应，达到平衡时， H2的转化率为25%，则平衡时氮气的体积分数接近于( )
A．5% B．10%
C．15% D．20%
答案：C
点拨：由题给数据知：参加反应的H2的物质的量为：8 mol×25%＝2 mol。
N2 ＋ 3H2??2NH3
始态： 2 mol 8 mol 0
变化量：23 mol 2 mol 43 mol
平衡态：43 mol 6 mol 43 mol
平衡时N2的体积分数为：43 mol43 mol＋6 mol＋43 mol×100%＝15%，故C正确。
5．(2014?北京理综)已知反应：2CH3COCH3(l)????催化剂CH3COCH2COH(CH3)2(l)。取等量CH3COCH3，分别在0 ℃和20 ℃下，测得其转化分数随时间变化的关系曲线(Y－t)如图所示。下列说法正确的是( )
A．b代表0 ℃下CH3COCH3的Y－t曲线
B．反应进行到20min末，CH3COCH3的v?0℃?v?20℃?>1
C．升高温度可缩短反应达平衡的时间并能提高平衡转化率
D．从Y＝0到Y＝0.113，CH3COCH2COH(CH3)2的Δn?0℃?Δn?20℃?＝1
答案：D
点拨：A项，反应速率越快，达到化学平衡所需的时间越短，所以b代表20℃下CH3COCH3的Y－t曲线。B项，由题图可知，20 min时a曲线对应点的斜率小于b曲线，所以CH3COCH3的v?0℃?v?20℃?<1。C项，由题图可知，20℃时CH3COCH3的平衡转化率一定小于0℃时的平衡转化率。D项，当Y＝0.113时，a曲线与b曲线相交，故产物量相同。
6．(2014?江苏单科)700℃时，向容积为2L的密闭容器中充入一定量的CO和H2O，发生反应：
CO(g)＋H2O(g)??CO2(g)＋H2(g)
反应过程中测定的部分数据见下表(表中t2>t1)：
反应时间/minn(CO)/moln(H2O/mol)
01.200.60
t10.80
t20.20
下列说法正确的是( )
A．反应在t1 min内的平均速率为v(H2)＝0.40t1mol?L－1?min－1
B．保持其他条件不变，起始时向容器中充入0.60mol CO和1.20mol H2O，到达平衡时n(CO2)＝0.40mol
C．保持其他条件不变，向平衡体系中再通入0.20mol H2O，与原平衡相比，达到新平衡时CO转化率增大，H2O的体积分数增大
D．温度升高至800℃，上述反应平衡常数为0.64，则正反应为吸热反应
答案：BC
点拨：A项，反应到t1 min时消耗的CO为0.40 mol，则生成的H2也为0.40 mol，则用H2表示该反应的平均速率为v(H2)＝0.402t1＝0.20t1mol?L－1?min－1；B项，由于CO、H2O的化学计量数相同，向容器中充入1.20 mol CO、0.60 mol H2O与充入0.60 mol CO、1.20 mol H2O反应的结果是相同的，生成CO2的物质的量均为0.40 mol；C项，向平衡体系中充入H2O(g)，平衡正向移动，CO的转化率增大，但由于H2O的总量增加，本身的转化率下降，所以H2O的体积分数增大；D项，700℃时该反应的平衡常数K＝1，温度升高到800℃时K变为0.64，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，则正反应为放热反应。
7．(2010?安徽)低温脱硝技术可用于处理废气中的氮氧化物，发生的化学反应为：
2NH3(g)＋NO(g)＋NO2(g)????180℃催化剂2N2(g)＋3H2O(g) ΔH<0
在恒容的密闭容器中，下列有关说法正确的是( )
A．平衡时，其他条件不变，升高温度可使该反应的平衡常数增大
B．平衡时，其他条件不变，增加NH3的浓度，废气中氮氧化物的转化率减小
C．单位时间内消耗NO和N2的物质的量比为1∶2时，反应达到平衡
D．其他条件不变，使用高效催化剂，废气中氮氧化物的转化率增大
答案：C
点拨：本题主要考查外界条件对化学平衡的影响。由于该反应是放热反应，升高温度时平衡左移，该反应的平衡常数减小，A错；增大一种反应物的浓度，自身的转化率降低，而另一种反应物的转化率增大，故B错，单位时间内消耗NO和N2的物质的量之比为1∶2时，说明V正＝V逆，反应达平衡，C正确；催化剂只能改变反应速率，不能使平衡发生移动，即不能改变转化率，D错。
8．(2010?江苏)在温度、容积相同的3个密闭容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，测得反应达到平衡时的有关数据如下(已知N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ?mol－1)：
容器甲乙丙
反应物投入量1 mol N2、3 mol H22 mol NH34 mol NH3
NH3的浓度(mol?L－1)c1c2c3
反应的能量变化放出a kJ吸收b kJ吸收c kJ
体系压强(Pa)p1p2p3
反应物转化率α1α2α3
下列说法正确的是( )
A．2c1>c3 B．a＋b＝92.4
C．2p2
答案：BD
点拨：A项，甲乙是等同平衡，c1＝c2，运用叠加原理比较乙、丙可得c3>2c2，即c3>2c1；B项，甲反应生成NH3的量加乙反应消耗NH3的量恰好为2 mol，则a＋b＝92.4；C项，将丙分两步完成，第一步将4 mol NH3加入2倍体积的容器，达到与乙一样的平衡状态，此时丙的压强p′3等于p2，第二步将丙的体积压缩至一倍体积，在这一时刻，丙的压强p″3＝2p2，增大压强，平衡向右移动，压强减小，最终平衡时，2p2>p3；D项，甲乙为等同平衡，α1＋α2＝1，丙的转化率小于乙，α1＋α3<1。
9．(2010?北京)某温度下，H2(g)＋CO2(g)??H2O(g)＋CO(g)的平衡常数K＝94。该温度下在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中，投入H2(g)和CO2(g)，其起始浓度如下表所示。
起始浓度甲乙丙
c(H2)/mol/L0.0100.0200.020
c(CO2)/mol/L0.0100.0100.020
下列判断不正确的是( )
A．平衡时，乙中CO2的转化率大于60%
B．平衡时，甲中和丙中H2的转化率均是60%
C．平衡时，丙中c(CO2)是甲中的2倍，是0.012 mol/L
D．反应开始时，丙中的反应速率最快，甲中的反应速率最慢
答案：C
点拨：D项，温度相同，丙中反应物浓度最大，甲中最小，所以丙中的反应速率最快，甲中的反应速率最慢。B项，设甲中转化的c(H2)为x，则有x2/(0.010－x)2＝9/4，解得x＝0.006 mol/L，则甲中H2的转化率为60%。对甲加压，使容器体积减小为原来的一半与丙等效，而加压平衡不移动，所以二者H2的转化率相同。A项，增大c(H2)可提高CO2的转化率，故A项正确。C项，平衡时甲、丙中c(CO2)分别为0.004 mol/L、0.008 mol/L。
10．(2014?试题调研)对于可逆反应N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g) ΔH<0，下列研究目的和示意图相符的是( )
ABCD
研究目的温度(T)对反应的影响(T2>T1)压强(p)对平衡常数的影响温度(T)对反应的影响压强(p)对反应的影响(p2>p1)
示意图
答案：C
点拨：对于选项A，由于合成氨反应是放热反应，因此温度越高，NH3的产率越低，这一点图示是符合的，但考虑到温度越高，化学反应速率越快，体现在图像上即达到平衡前曲线的斜率大，A错，正确的图像如图所示，即符合“先拐先平”的原则，同理可知选项D也错。化学平衡常数与压强无关，选项B错。选项C可以这样理解，开始时，反应向右进行，N2的体积分数减小；达平衡时，N2的体积分数最小；继续升温，化学平衡逆向移动，N2的体积分数增大。所以C项正确。
11．(2014?试题调研)反应N2O4(g)??2NO2(g)在温度为T1、T2(T2>T1)时，平衡体系中NO2的体积分数随压强如图所示。下列说法正确的是( )
A．由图可知B点时平衡常数与C点时相同
B．A、C两点气体的颜色：A深，C浅
C．A、C两点气体的平均相对分子质量：A
D．保持容器体积不变，再充入N2O4气体，平衡逆向移动
答案：C
点拨：由于B点和C点对应的温度不同，因此平衡常数也不同，选项A错。虽然p(C)>p(A)，但平衡逆向移动，ω(NO2)减少，ω(N2O4)增大，C点混合气体的颜色深，A点浅，B错。选项D中再充入N2O4气体，相当于增大反应物浓度，化学平衡应向正反应方向移动，D错。
保持体积不变，在平衡体系中[N2O4(g)??2NO2(g)]不论充入N2O4还是NO2，混合气体中N2O4的体积分数均比原来大，混合气体的平均相对分子质量也比原来大。
12．(2014?试题调研)已知T℃、p kPa时，在容器甲和容器乙中分别充入1 mol A(g)和1 mol B(g)，发生反应A(g)＋B(g)??C(g) ΔH<0，反应过程中温度保持不变。已知起始时V乙＝5/7 V甲，装置如图所示。当反应达平衡时，测得甲中C的体积分数为40%。下列说法不正确的是( )
A．容器甲、乙中反应的平衡常数相等
B．容器甲、乙中反应的起始速率不等
C．达平衡时，容器甲、乙中各组分的体积分数不等
D．达平衡时，容器甲、乙中放出的热量相等
答案：C
点拨：通过达平衡时甲中C的体积分数可计算出平衡时甲的体积，设平衡时A转化了x mol，
A(g) B(g) ?? C(g) ΔH<0
起始： 1 mol 1 mol 0
转化： x mol x mol x mol
平衡： (1－x)mol (1－x)mol x mol
40%＝x/(2－x)×100%，解得x＝4/7，反应达平衡时甲中气体的总物质的量为10/7 mol，甲容器的容积为原来的5/7，现由于起始时V乙＝5/7 V甲，且投料量相同，所以甲、乙两者属于等效平衡，因此C错。
13．(2014?试题调研)t℃时，某平衡体系中含有X、Y、Z、W四种物质，此温度下发生反应的平衡常数表达式为K＝c2?Y?c?Z??c?W?。有关该平衡体系的说法正确的是( )
A．当混合气体的平均相对分子质量保持不变时，反应达平衡
B．增大压强，各物质的浓度不变
C．升高温度，平衡常数K增大
D．增加X的量，平衡既可能正向移动，也可能逆向移动
答案：A
点拨：首先根据平衡常数的定义推知，反应前后气体的体积保持不变，即平衡体系中Y是生成物且是气体，Z和W是反应物且也是气体，X未计入平衡常数时，说明X是固体或液体，但不确定是反应物还是生成物，由此可知选项A正确。增大压强虽然平衡不移动，但由于体积变小，因此各物质的浓度均增大，选项B错。由于反应的热效应未知，因此C也错。由于X未计入平衡常数中，X量的多少不影响平衡状态，D也错。
二、非选择题
14．(2014?广东)利用光能和光催化剂，可将CO2和H2O(g)转化为CH4和O2。紫外光照射时，在不同催化剂(Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ)作用下，CH4产量随光照时间的变化如下图所示。
(1)在0～30小时内，CH4的平均生成速率vⅠ、vⅡ和vⅢ从大到小的顺序为________；反应开始后的12小时内，在第________种催化剂的作用下，收集的CH4最多。
(2)将所得CH4与H2O(g)通入聚焦太阳能反应器，发生反应：CH4(g)＋H2O(g)??CO(g)＋3H2(g)，该反应ΔH＝＋206 kJ?mol－1
①在答题卡的坐标图中，画出反应过程中体系的能量变化图(进行必要的标注)
②将等物质的量的CH4和H2O(g)充入1L恒容密闭容器，某温度下反应达平衡，平衡常数K＝27，此时测得CO的物质的量为0.10mol，求CH4的平衡转化率(计算结果保留两位有效数字)
(3)已知：CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－802kJ?mol－1
写出由CO2生成CO的热化学方程式____________________________________ ____________________________________。
答案：(1)VⅢ＞VⅡ＞VⅠ Ⅱ
(2)①
②91%
(3)CO2(g)＋3H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)＋2O2(g) ΔH＝＋1008 kJ?mol－1
点拨：(2)CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)
起： n n 0 0
转： 0.1 0.1 0.1 0.3
平： n－0.1 n－0.1 0.1 0.3
K＝0.1×0.33?x－0.1?2＝27，解得n＝0.11 mol
转化率＝(0.1 mol÷0.11 mol)×100%＝91%
(3)①CH4(g)＋H2O(g)??CO(g)＋3H2(g)
ΔH＝＋206 kJ?mol－1
②CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)
ΔH＝－802 kJ?mol－1
由①－②得：
CO2(g)＋3H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)＋2O2(g) ΔH＝＋1 008 kJ?mol－1
15．(2014?试题调研)某温度时，在2 L容器中X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示。由此分析，该反应的化学方程式为________；从反应开始至2 min时，Z的平均反应速率为____________。
答案：3Y＋Z??2X 0.025 mol/(L?min)
点拨：找出2 min内X、Y、Z三种物质的浓度变化量为：
Δc(X)＝0.22＝0.1(mol?L－1)，
Δc(Y)＝1.0－0.72＝0.15(mol?L－1)，
Δc(Z)＝1.0－0.92＝0.05(mol?L－1)。
根据反应速率之比等于化学计量数之比，可以确定X、Y、Z三种物质的化学计量数分别等于2、3、1。根据图像可以确定X是生成物，Y、Z是反应物，即可以确定化学反应方程式为：3Y＋Z??2X。再根据反应速率的概念，可求出从反应开始至2 min时，Z的平均反应速率为：v(Z)＝Δc(Z)/Δt＝0.052＝0.025[mol/(L?min)]。
16．(2014?试题调研)在100℃时，将0.100 mol的四氧化二氮气体充入1 L恒容抽空的密闭容器中，隔一段时间对该容器内的物质浓度进行分析得到下表数据：
时间(s)020406080
c(N2O4)(mol/L)0.100c10.050c3c4
c(NO2)(mol/L)0.0000.060c20.1200.120
(1)该反应的平衡常数表达式为________________________________；从表中分析：c1________c2；c3________C4(填“>”、“<”或“＝”)。
(2)在图中画出并标明此反应中c(N2O4)和c(NO2)的浓度随时间变化的曲线。
(3)在上述条件下，从反应开始直至达到化学平衡时，四氧化二氮的平均反应速率为________mol/(L?s)。
(4)反应达到平衡后，下列条件的改变可使NO2气体的浓度增大的是________(填序号)。
A．增大容器的容积 B．再充入一定量的N2O4
C．分离出一定量的NO2 D．再充入一定量的He
答案：(1)K＝c2?NO2?c?N2O4? < ＝
(2)
(3)0.001 (4)B
点拨：(1)该反应的化学方程式为N2O4(g)??2NO2(g)，易得平衡常数的表达式K＝c2?NO2?c?N2O4?，同时可求得c1＝0.070 mol/L，c2＝0.100mol/L，可得
c1
(3)由表中信息得从反应开始直至达到化学平衡时NO2的反应速率为0.120 mol/L60 s＝0.002 mol/(L?s)，v(N2O4)＝v(NO2)/2＝0.001 mol/(L?s)。
(4)根据勒夏特列原理可知，增大容器的容积不管平衡如何移动，反应物和生成物的浓度均减小，A错。平衡后再充入一定量的N2O4，平衡正向移动，NO2的浓度增加，B正确。分离出一定量的NO2，虽平衡正向移动，但NO2气体的浓度减小，C错。在容器容积不变的情况下充入稀有气体He，反应物和生成物的浓度均不变，化学平衡不移动，NO2的浓度不变，D错。
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