1、1第二单元 化学反应的方向与限度教师备用题库1.(2016 浙江 10 月选考,12,2 分)在一定条件下,可逆反应 X(g)+2Y(g) 2Z(g) H=-a kJmol -1,达到化学平衡时,下列说法一定正确的是( )A.反应放出 a kJ 热量B.X 和 Y 的物质的量之比为 12C.反应物和生成物的浓度都不再发生变化D.X 的正反应速率等于 Z 的逆反应速率答案 C 达到化学平衡时,放出热量的多少与参加反应的物质的物质的量有关,故 A 错误;平衡时,X 和Y 的物质的量之比与反应的起始量有关,故 B 错误;反应物和生成物的浓度都不再发生变化,说明反应物和生成物的量保持不变,可作为达到化
2、学平衡的判断依据,故 C 正确;同一物质的正反应速率等于逆反应速率是达到化学平衡的判断依据,X 的正反应速率为 Z 的逆反应速率的 时反应达到平衡,故 D 错误。122.在一定温度下,向某固定容积的密闭容器中加入 1 mol N2和 3 mol H2,发生如下反应:N 2(g)+3H2(g)2NH3(g)。此反应达到平衡的标志是( )A.容器内气体密度不再发生变化B.容器内各物质的浓度不再发生变化C.正反应和逆反应都已停止D.单位时间内消耗 0.1 mol N2的同时生成 0.2 mol NH3答案 B = ,反应前后气体的总质量和体积不变,故密度也不变,A 项错误;平衡的标志为容器内各物mV
3、质的浓度不变,B 正确;化学反应达到平衡时 v 正 =v 逆 0,C 项错误;消耗 N2和生成 NH3表示的都是正反应方向,不能说明 v 正 =v 逆 ,D 项错误。3.一定温度下,在密闭容器内进行某一反应,X 气体、Y 气体的物质的量随反应时间变化的曲线如图所示。则下列叙述中正确的是( )A.反应的化学方程式为 2Y(g) X(g)B.t1时,Y 的浓度是 X 浓度的 1.5 倍2C.t2时,可逆反应达到化学平衡状态D.t3时,逆反应速率大于正反应速率答案 B 由图示曲线知,Y 的物质的量逐渐减小,为反应物,X 的物质的量逐渐增大,为生成物,n(Y)n(X)=(9 mol-3 mol)(5
4、mol-2 mol)=21,且反应可逆,故反应的化学方程式为 2Y(g) X(g),A 错误;t 1时, = = =1.5,B 正确;t 2时,该可逆反应仍在进行,且未达到平衡状态,C 错误;t 3时,X、Yc(Y)c(X)6VmolL-14VmolL-164的浓度不再发生变化,表明该可逆反应达到化学平衡状态,此时正反应速率等于逆反应速率,D 错误。4.乙苯催化脱氢制苯乙烯反应:H2(g)(1)已知:化学键 CH CC C C HH键能/kJmol -1 412 348 612 436计算上述反应的 H= kJmol -1。 (2)维持体系总压 p 恒定,在温度 T 时,物质的量为 n、体积为
5、 V 的乙苯蒸气发生催化脱氢反应。已知乙苯的平衡转化率为 ,则在该温度下反应的平衡常数 K= (用 等符号表示)。 (3)工业上,通常在乙苯蒸气中掺混水蒸气(原料气中乙苯和水蒸气的物质的量之比为 19),控制反应温度 600 ,并保持体系总压为常压的条件下进行反应。在不同反应温度下,乙苯的平衡转化率和某催化剂作用下苯乙烯的选择性(指除了 H2以外的产物中苯乙烯的物质的量分数)示意图如下:掺入水蒸气能提高乙苯的平衡转化率,解释说明该事实 。 控制反应温度为 600 的理由是 。 (4)某研究机构用 CO2代替水蒸气开发了绿色化学合成工艺乙苯-二氧化碳耦合催化脱氢制苯乙烯。保持常压和原料气比例不变
6、,与掺水蒸气工艺相比,在相同的生产效率下,可降低操作温度;该工艺中还3能够发生反应:CO 2+H2 CO+H2O,CO2+C 2CO。新工艺的特点有(填编号)。 CO 2与 H2反应,使乙苯脱氢反应的化学平衡右移不用高温水蒸气,可降低能量消耗有利于减少积炭有利于 CO2资源利用答案 (1)124 (2) p 或 21- 2 n 2(1- 2)V(3)正反应方向气体分子数增加,加入水蒸气稀释,相当于起减压的效果 600 ,乙苯的转化率和苯乙烯的选择性均较高。温度过低,反应速率慢,转化率低;温度过高,选择性下降。高温还可能使催化剂失活,且能耗大 (4)解析 (1)H=旧键断裂吸收的总能量-新键形成
7、放出的总能量,H=(348+4122)kJmol -1-(612+436)kJmol-1=+124 kJmol-1。(2) +H2(g)始 n 0 0转 n n n平 n-n n n因反应处于恒压体系,由阿伏加德罗定律的推论可知 = ,所以 V= V= V=(1+)V,则 Kc= =VVnn nn n(1+ )n (nV)2n-nV;或 Kp= = p。n 2(1- 2)V nn(1+ )p2n(1- )n(1+ )p 21- 2(3)正反应方向的气体分子数增加,加入水蒸气相当于减压,减压有利于平衡正向移动。控制温度为600 既要考虑转化率,又要考虑催化剂的活性和苯乙烯的选择性,同时还要考虑反
8、应速率问题。(4)CO2与 H2反应使得平衡体系中 H2浓度减小,平衡右移,正确;新工艺中不用高温水蒸气,降低了能量消耗,正确;CO 2+C 2CO,CO2可消耗积炭,正确;该工艺中需消耗 CO2,正确。5.用 CaSO4代替 O2与燃料 CO 反应,既可提高燃烧效率,又能得到高纯 CO2,是一种高效、清洁、经济的新型燃烧技术,反应为主反应,反应和为副反应。1/4CaSO 4(s)+CO(g) 1/4CaS(s)+CO2(g) H 1=-47.3 kJmol-1CaSO 4(s)+CO(g) CaO(s)+CO2(g)+SO2(g) H 2=+210.5 kJmol-1CO(g) 1/2C(s
9、)+1/2CO2(g) H 3=-86.2 kJmol-14(1)反应 2CaSO4(s)+7CO(g) CaS(s)+CaO(s)+6CO2(g)+C(s)+SO2(g)的 H= (用 H 1、H 2和 H 3表示)。 (2)反应的平衡常数的对数 lgK 随反应温度 T 的变化曲线如图所示,结合各反应的 H,归纳 lgK-T曲线变化规律:a) ; b) 。 (3)向盛有 CaSO4的真空恒容密闭容器中充入 CO,反应于 900 达到平衡,c 平衡 (CO)=8.010-5 molL-1,计算 CO 的转化率(忽略副反应,结果保留两位有效数字)。(4)为减少副产物,获得更纯净的 CO2,可在初
10、始燃料中适量加入 。 (5)以反应中生成的 CaS 为原料,在一定条件下经原子利用率 100%的高温反应,可再生 CaSO4,该反应的化学方程式为 ;在一定条件下,CO 2可与对二甲苯反应,在其苯环上引入一个羧基,产物的结构简式为 。 答案 (1)4H 1+H 2+2H 3(2)a)放热反应的 lgK 随温度升高而下降(或“吸热反应的 lgK 随温度升高而升高”)b)放出或吸收热量越大的反应,其 lgK 受温度影响越大(3)由题图查得反应在 900 时:lgK=2平衡常数 K=102=100设容器容积为 V L,反应达到平衡时 CO 的浓度减少 x molL-1CaSO4(s)+CO(g) C
11、aS(s)+CO2(g)14 14c 开始 (molL-1) x+8.010 -5 0c 平衡 (molL-1) 8.010 -5 xK= = =100c平衡 (CO2)c平衡 (CO) x8.010-5x=1008.010-5=8.010-35CO 转化率= 100%=99%8.010-3V(8.010-3+8.010-5)V(4)CO2(5)CaS+2O2 CaSO4 解析 (1)反应4+反应+反应2 即得所求反应,故 H=4H 1+H 2+2H 3。(2)仔细观察题给三条曲线的走势及斜率,即可归纳出 lgK-T 曲线变化的规律。(3)从图像中可得出 900 时反应的平衡常数 K=100,计算过程见答案。(5)CaS 再生为 CaSO4,反应的原子利用率为 100%,故反应的化学方程式为 CaS+2O2 CaSO4。对二甲苯苯环上引入一个COOH,产物为 。
