1、2018 届高考大题狂练专题 30 化学平衡的建立与移动（满分 60 分 时间 30 分钟）姓名：_ 班级：_ 得分：_ _1催化还原 CO2 是解决温室效应及能源问题的重要手段之一。研究表明，在 Cu/ZnO 催化剂存在下，在CO2 中通入 H2，二者可发生以下两个平行反应：反应 CO 2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) H1=-53.7 kJmol-1 反应 CO 2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) H 2=+41.2 kJmol-1某实验室控制一定的 CO2 和 H2 初始投料比，在相同压强下,经过相同反应时间测得如下实验数据（其中“甲醇选择性”是指转化的
2、 CO2 中生成甲醇的百分比）：反应序号 T/K 催化剂 CO2 转化率/% 甲醇选择性/% 543 Cu/ZnO 纳米棒 12.3 42.3 543 Cu/ZnO 纳米片 10.9 72.7 553 Cu/ZnO 纳米棒 15.3 39.1 553 Cu/ZnO 纳米片 12.0 71.6来源:学科网 ZXXK（1）CO 2 的电子式是_。（2）反应的平衡常数表达式是 K=_。 （3）对比和可发现：同样催化剂条件下，温度升高，CO 2 转化率升高， 而甲醇的选择性却降低， 请解释甲醇选择性降低的可能原因_；对比、可发现，在同样温度下，采用 Cu/ZnO 纳米片使 CO2 转化率降低， 而甲醇
3、的选择性却提高，请解释甲醇的选择性提高的可能原因_。（4）有利于提高 CO2 转化为 CH3OH 平衡转化率的措施有_。 a使用 Cu/ZnO 纳米棒做催化剂b使用 Cu/ZnO 纳米片做催化剂c降低反应温度d投料比不变,增加反应物的浓度e增大 CO2 和 H2 的初始投料比【答案】 反应为生成甲醇的反应，该反应是放热反应，因此升高温度，平衡逆向进行，因此甲醇的产率减小，甲醇的选择性降低 因为在该时间内，使用Cu/ZnO 纳米片催化剂使反应 I 速率增加，因此测得该时间内得到的甲醇较多，甲醇选择性提高 cd【解析】（1）二氧化碳中碳原子在中间，碳氧之间为两个共 用电子对，电子式为： 。（2）反
4、应为：CO 2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)，所以平衡常数表达式为 K= 。（4）催化剂都不改变平 衡态，所以选项 a、b 都错误。降温使反应平衡正向移动，反应平衡逆向移动，所以提高了 CO2 转化为 CH3OH 平衡转化率，选项 c 正确。恒容，按照相同投料比，增大物质的浓度就是相当于增大压强，对于反应平衡正向移动，反应平衡不移动，所以提高了 CO2 转化为 CH3OH 平衡转化率，选项 d 正确。增大 CO2 和 H2 的初始投料比，实际会降低二氧化碳的转化率，选项 e 错误。学&科=网2甲醛(HCHO)在化工、医药、农药等方面有广泛的应用。利用甲醛一定条件下直接脱氢
5、可制甲醛，反应方程式：CH 3OH(g) HCHO(g)+H2(g) H 1实验测得随温度升高，平衡常数如下表所示。温度(K) 500 700 T1 T2 T3平衡常数 7.1310-4 3.3010-1 2.00 9.00 10.00（1）甲醛分子中所有原了都达到稳定结构，甲醛的电子式为_。（2） 若在恒温恒压容器中进行上述反应，可判断反应到达平衡状态的是_ _。A混合气体的密度不变BCH 3 OH、HCHO 的物质的量浓度之比为 1：1CH 2 的体积分数不再改变D单位时间内甲醛的生成量与氢气的消耗量相等（3）T 1 时，CH 3OH、HCHO、H 2 起始浓度(molL -1)分别为 1
6、.0、0.50 、1.0，反应达到平衡时，HCHO 的体积分数_20% (填“”、“ =”、“ ” 、“ =”、“ ”、“ =”、“ 该反应为气体分子数增加的反应，若平衡后增大压强甲醇转化率应下降，故 A 点未达到平衡 采用膜反应器可及时分离出产物中的氢气，有利于反应正向进行，提高甲醇的转化率 【解析】本题主要考查影响化学平衡的外界条件及平衡状态的判断 。（1）甲醛分子中所有原了都达到稳定结构，甲醛的电子式为 。（3）T 1 时，CH 3OH、HCHO、H 2 起始浓度(molL -1)分别为 1.0、0.50 、1.0，此时，HCHO 的体积分数=20%，浓度商 Q=0.501.0/1.0=
7、0.5020% 。（4）A 点：v 正 v 逆 ，理由是；该反应为气体分子数增加的反应，若平衡后增大压强甲醇转化率应下降，故 A 点未达到平衡。B 点比 A 点转化 率高的原因是采用膜反应器可及时分离出产物中的氢气，有利于反应正向进行，提高甲醇的转化率。（5）反应 CH3OH(g) HCHO(g)+H2(g) 的平衡常数随着温度升高而增大，所以 H 10。H 2+H3=H 10，H 3H 3。学#科 5 网3合成氨是人类科学技术上的一项重大突破，对社会发展与进步作出了巨大贡献。（1）450时，在一个体积为 2L 的恒容密闭容器中充入 0.4 mol N2 和 0.6 mol H2（10min
8、时改变某一条件），测得反应过程中 N2、 H2 和 NH3 的物质的量随时间变化如下表：时间物质的量5 min 10 min 15 min 20 min 25 minn(N2)/mol 0.36 0.35 0.275 0.25 0.25n(H2)/mol 0.48 0.45 0.225 0.15 0.15n(NH3)/mol 0.08 0.1 0.25 0.30 0.30510 min 内，生成 NH3 的平均反应速率是_ mol /(Lmin)。 下列能作为判断该反应达到化学平衡状态的依据是_（填字母序号）。Av(N 2)正 =3v(H2)逆 B容器内压强保持不变来源:学科网 ZXXKC容器
9、内混合气体的密度保持不变 D容器内混合气体的平均相对分子量不变第 10 min 时改变的条件是使用了高效催化剂，理由是 _。（2）合成氨的反应原理为：N 2(g)+3H2(g) 2NH3(g) H。相关化学键键能数据如下：化学键 HH NN NHE /（kJ/mol） 436 946 391由此计算 H=_kJ/mol，低温下，合成氨反应_（填“能”或“不能”）自发进行。已知合成氨反应 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)的活化能 Ea1=499kJ/mol，由此计算氨分解反应 2NH3(g) N2(g)+3H2(g)的活化能 Ea2=_kJ/mol。（3）已知：氨在某催化剂催化氧化过程中
10、主要有以下两个竞争反应：反应：4NH 3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g) H =906kJ/mol反应 II：4NH 3(g)+3O2(g) 2N2(g)+6H2O(g) H =1267kJ/mol该条件下，N 2(g)+O2(g) 2NO(g) H = _kJ/mol为分析催化剂对反应的选择性，在 1 L 密闭容器中充入 1 mol NH3 和 2 mol O2，测得有关物质的物质的量随温度变化如图所示。该催化剂在较低温度时主要选择反应_（填“反应”或“反应 II”）。520时，反应的平衡常数 K=_（只列算式不计算）。【答案】 0.002 BD 1015mi n 与 51
11、0min 相比较，三种气体物质的速率均增大，且增大相同倍数 -92 能 591 180.5 反应 4650.291内混合气体的密度一直保持不变 ，故 C 不能作为判断该反应达到化学平衡状态的依据；D气体质量不变，随着反应进行，气体物质的量发生变化，使得混合气体的平均相对分子质量发生变化，当容器内混合气体的平均相对分子量不变时，表明反应达到平衡状态，故 D 能作为判断该反应达到化学平衡状态的依据。故选 BD。第 10 min 时改变的条件是使用了高效催化剂，理由是 1015min 与 510min 相比较，三种气体物质的速率均增大，且增大相同倍数。（2）H=反应物键能-生成物键能 =(3436+
12、946-6391)kJ/mol=-92kJ/mol，低温下，合成氨反应 TS 绝对值较小，H TS0，该反应能自发进行。正逆反应活化能的差值等于反应热。已知合成氨反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)的活化能 Ea1=499kJ/mol，由此计算氨分解反应 2NH3(g) N2(g)+3H2(g)的活化能 Ea2=(499+92)kJ/mol=591kJ/mol。（3）该条件下，(反应 I-反应 II)/2 得 N2(g)+O2(g) 2NO(g) H = 180.5kJ/mol为分析催化剂对反应的选择性，在 1 L 密闭容器中充入 1 mol NH3 和 2 mol O2，该催化剂在较
13、低温度时主要选择反应反应 II。520时，各物质平衡浓度为 c(NO)= c(N2)=0.2mol/L，c (NH3)=(1-0.2-0.4)mol/L=0.4mol/L，c (H2O)=1.5(0.2+0.4)mol/L=0.9mol/L，c(O 2)=(2-0.1-0.45)mol/L=1.45mol/L，反应的平衡常数 K= = 。46532N()6459.14无色气体 N2O4 是一种强氧化剂，为重要的火箭推进剂之一。 N2O4 与 NO2 之间存在反应:N 2O4(g)2NO2 (g) H=+57.2 kJ/mol。(1)将一定量 N2O4 加入到恒温恒容的密闭容器中。能说明该反应达
14、到平衡状态的是_Av 正 (N2O4)=2v 逆 (NO2)B容器中气体的温度不变C容器中气体平均相对分子质量不变D混合气体密度不变达到平衡状态后，保持体积不变升高温度,再次到达平衡状态时混合气体颜色_(填“变深”、“变浅”或“不变”)， 判断理由_。(2)将一定量 N2O4 加入到恒温恒压的密闭容器中(温度 298K、压强 100kPa)。该反应中，正反应速率 v 正=k 正 p(N2O4),逆反应速率 v 逆 =k 逆 p2(NO2),其中 k 正 、k 逆 为速率常数,p 为分压(分压=总压物质的量分数)，则该反应的压强平衡常数 Kp=_(以 k 正 、k 逆 表示)。若该条件下 k 正
15、 =4.4104s-1,当 N2O4 分解10%时，v 正 =_kPas-1(3)将一定量 N2O4 加入到恒容密闭容器中。测得不同温度下 ,N2O4 的平衡转化率 a 如图所示。已知 N2O4 的起始压强 p0 为 210kPa,计算图中 a 点对应温度下反应的压强平衡常数 Kp=_。【答案】 c 变深 该反应正向为吸热反应,升温使平衡正向移动,c(NO 2)增大，气体颜色变深 k 正 /k 逆 3.6106 224 kPa【解析】（1）Av 正 (N2O4)=2v 逆 (NO2)不满足正逆反应速率相等，反应没有达到平衡状态， a 错误；B由于是恒温恒容，所以容器中气体的温度不变，不能说明该
16、反应达到平衡状态，b 错误；C 混合气的平均相对分子质量是混合气的质量和混合气的总的物质的量的比值，质量不变，但物质的量是变化的，所以容器=k 逆 p2(NO2)，联立可得 Kp=K 正 /K 逆 ；当 N2O4 分解 10%时，设投入的 N2O4 为 1mol，转化的 N2O4 为0.1mol，则根据方程式可知N2O4（g） 2N O2（g） 物质的量增大n1mol 2mol1mol=1mol0.1mol 0.1mol来源:学科网 ZXXK故此时 p（N 2O4）= ，则 v 正 =4.4l04s-1 =3.6106 19110.mollkPaka 90kPakPas-1；（3）设 N2O4 的起始量是 1mol，a 点转化率是 0.4，则根据方程式可知N2O 4（ g） 2NO2（g）起始量（mol） 1 0转化量（mo l） 0.4 0.8平衡量（mol） 0.6 0.8所以平衡后的压强是 1.4210kPa294 kPa，所以 a 点对应温度下反应的压强平衡常数 Kp=。学！科 2 网2.891406.kPak
