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ΔH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)。
①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－1
②该反应在T1时的平衡常数比T2时的小
③该反应为放热反应
④处于A点的反应体系从T1变到T2，达到平衡时增大
(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α，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②错③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，因此①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④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＝
(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)③④ (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)；ΔH＝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
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，ρ＝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。
①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)；
②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：
①当反应达平衡时p(NH3)×p(H2S)＝a(Pa2)，则容器中的总压强为________Pa；
②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)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)①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。②t2时刻增大氨气的浓度可使平衡向逆反应方向移动。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)①abcd ②abe (3)①2
②
4．在一定条件下，可逆反应2NO2(g)N2O4(g) ΔH＜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
①CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g) ΔH1＝＋206.1 kJ/mol
②CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g) ΔH2＝＋247.3 kJ/mol
③CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) ΔH3
请回答下列问题：
(1)在一密闭容器中进行反应①，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②，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③中ΔH3＝________。800 ℃时，反应③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：
CO
H2O
CO2
H2
0.5 mol
8.5 mol
2.0 mol
2.0 mol
此时反应③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①减去反应②即可得到反应③，进而通过计算求得ΔH3。根据浓度商：＜1＝K，可知反应向正反应方向进行，即v(正)＞v(逆)。
(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) ΔH＝－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α。请回答下列问题：
(1)Q1________Q(填“＞”、“＜”或“＝”)，理由是________________________________________________________________________。
(2)A的转化率α＝________(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α＝×100%；平衡后，若加入少量物质D，由于D是固体，浓度不变，故A的转化率不变。因为是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，K减小；升高温度时气体质量增大，气体物质的量不变，故混合气体的平均相对分子质量增大；选项A、B、C、D所达平衡状态与原平衡均等效，但只有A、D选项达平衡时放出的热量与原平衡相等。
答案：(1)＜ 因是可逆反应，2 mol A和1 mol B不可能完全反应 (2)×100% 不变 (3)减小 增大 (4)AD
【点此下载】