第二單元化學(xué)反應(yīng)的方向與限度一、單項(xiàng)選擇題1．下列反應(yīng)在任何溫度下均能自發(fā)進(jìn)行的是()A．2N2(g)＋O2(g)=2N2O(g) ΔH＝163kJ·mol－1B．Ag(s)＋eq\f(1,2)Cl2(g)=AgCl(s) ΔH＝－127kJ·mol－1C．HgO(s)=Hg(l)＋eq\f(1,2)O2(g) ΔH＝91kJ·mol－1D．H2O2(l)=eq\f(1,2)O2(g)＋H2O(l) ΔH＝－98kJ·mol－1解析：選D。對(duì)于A項(xiàng)，ΔH>0，ΔS<0，在任何溫度下，ΔH－TΔS>0，即任何溫度下反應(yīng)都不能自發(fā)進(jìn)行；對(duì)于B項(xiàng)，ΔH<0，ΔS<0，在較低溫度下，ΔH－TΔS<0，即低溫下反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行；對(duì)于C項(xiàng)，ΔH>0，ΔS>0，若使反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，即ΔH－TΔS<0，必須升高溫度，即反應(yīng)只有在較高溫度時(shí)能自發(fā)進(jìn)行；對(duì)于D項(xiàng)，ΔH<0，ΔS>0，在任何溫度下，ΔH－TΔS<0，即在任何溫度下反應(yīng)均能自發(fā)進(jìn)行。2．下列有關(guān)化學(xué)平衡常數(shù)的描述中正確的是()A．化學(xué)平衡常數(shù)的大小取決于化學(xué)反應(yīng)的內(nèi)因，與其他外界條件無關(guān)B．相同溫度下，反應(yīng)A＋BC與反應(yīng)CA＋B的化學(xué)平衡常數(shù)相同C．反應(yīng)2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)ΔH<0的化學(xué)平衡常數(shù)隨溫度升高而增大D．反應(yīng)A(g)＋B(g)2C(g)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K＝eq\f(c2（C）,c（A）·c（B）)解析：選D。化學(xué)平衡常數(shù)內(nèi)因由反應(yīng)物本身的性質(zhì)決定，外因只受溫度影響，A項(xiàng)錯(cuò)；相同溫度下，同一反應(yīng)的正、逆反應(yīng)的平衡常數(shù)互為倒數(shù)，一般不相等，B項(xiàng)錯(cuò)；該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小，C項(xiàng)錯(cuò)。3．向恒溫恒壓容器中充入2molNO、1molO2，發(fā)生反應(yīng)：2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)。下列情況不能說明反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是()A．容器體積不再改變B．混合氣體的顏色不再改變C．混合氣體的密度不再改變D．NO與O2的物質(zhì)的量的比值不再改變解析：選D。這是一個(gè)氣體體積變化的反應(yīng)，恒壓條件下，體積不變，則說明達(dá)到平衡，A正確。同理，混合氣體密度不變，說明達(dá)到平衡，C正確。氣體顏色不變，說明c(NO2)不變，反應(yīng)達(dá)到平衡，B正確。NO、O2按化學(xué)計(jì)量數(shù)比投料，反應(yīng)過程中兩者物質(zhì)的量之比始終為化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，D錯(cuò)誤。4．在容積可變的密閉容器中，2molN2和8molH2在一定條件下發(fā)生反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)，H2的轉(zhuǎn)化率為25%，則平衡時(shí)氮?dú)獾捏w積分?jǐn)?shù)接近()A．5%B．10%C．15%D．20%解析：選C。達(dá)到平衡時(shí)，H2轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量為8mol×25%＝2mol。在一定條件下，N2與H2發(fā)生反應(yīng)：N2＋3H2eq\o(,\s\up7(一定條件))2NH3起始物質(zhì)的量/mol280轉(zhuǎn)化物質(zhì)的量/moleq\f(2,3)2eq\f(4,3)平衡物質(zhì)的量/moleq\f(4,3)6eq\f(4,3)同溫同壓下，氣體的體積之比等于其物質(zhì)的量之比，故平衡時(shí)氮?dú)獾捏w積分?jǐn)?shù)為eq\f(\f(4,3)mol,\f(4,3)mol＋6mol＋\f(4,3)mol)×100%≈15%。5．下列說法中，不正確的是()A．常溫下，反應(yīng)4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)=4Fe(OH)3(s)的ΔH＜0、ΔS＜0B．在其他條件不變時(shí)，2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)轉(zhuǎn)化關(guān)系中(如圖)，縱坐標(biāo)表示O2的轉(zhuǎn)化率C．在其他條件不變時(shí)，向H2(g)＋I(xiàn)2(g)2HI(g)平衡體系中加入催化劑，反應(yīng)速率加快，I2的轉(zhuǎn)化率不變D．14CO2與碳在高溫條件下發(fā)生反應(yīng)：CO2＋C2CO，達(dá)到化學(xué)平衡后，平衡混合物中含14C的微粒有14CO2、14CO、14C解析：選B。A項(xiàng)中該反應(yīng)為熵減反應(yīng)，能自發(fā)進(jìn)行，說明是放熱反應(yīng)，正確。B項(xiàng)中提高了O2的含量，使SO2轉(zhuǎn)化率升高，而O2轉(zhuǎn)化率降低，錯(cuò)誤。C項(xiàng)中催化劑能同等程度地改變正、逆反應(yīng)速率，不影響平衡移動(dòng)，正確。D項(xiàng)說明化學(xué)平衡是一種動(dòng)態(tài)平衡，正確。6．(2017·高考天津卷)常壓下羰基化法精煉鎳的原理為Ni(s)＋4CO(g)Ni(CO)4(g)。230℃時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝2×10－5。已知：Ni(CO)4的沸點(diǎn)為42.2℃，固體雜質(zhì)不參與反應(yīng)。第一階段：將粗鎳與CO反應(yīng)轉(zhuǎn)化成氣態(tài)Ni(CO)4；第二階段：將第一階段反應(yīng)后的氣體分離出來，加熱至230℃制得高純鎳。下列判斷正確的是()A．增加c(CO)，平衡正向移動(dòng)，反應(yīng)的平衡常數(shù)增大B．第一階段，在30℃和50℃兩者之間選擇反應(yīng)溫度，選50℃C．第二階段，Ni(CO)4分解率較低D．該反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，v生成[Ni(CO)4]＝4v生成(CO)解析：選B。增加c(CO)，平衡正向移動(dòng)，但平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，溫度不變，平衡常數(shù)不變，A項(xiàng)錯(cuò)誤；第一階段，50℃時(shí)，反應(yīng)速率較快且Ni(CO)4為氣態(tài)，能從反應(yīng)體系中分離出來，B項(xiàng)正確；相同溫度下，第二階段與第一階段的平衡常數(shù)互為倒數(shù)，則230℃時(shí)，第二階段的平衡常數(shù)K′＝5×104，反應(yīng)進(jìn)行的程度大，故Ni(CO)4分解率較高，C項(xiàng)錯(cuò)誤；該反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，4v生成[Ni(CO)4]＝v生成(CO)，D項(xiàng)錯(cuò)誤。二、不定項(xiàng)選擇題7.(2020·泰州模擬)在一定溫度下，發(fā)生如下反應(yīng)：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)ΔH<0。改變起始時(shí)n(SO2)對(duì)平衡時(shí)SO3體積分?jǐn)?shù)的影響如圖所示。下列說法正確的是()A．SO2的起始量越大，混合氣體中SO3的體積分?jǐn)?shù)越大B．a(chǎn)、b、c三點(diǎn)中，a點(diǎn)時(shí)SO2的轉(zhuǎn)化率最大C．a(chǎn)、b、c三點(diǎn)的平衡常數(shù)：Kb>Kc>KaD．b、c點(diǎn)均為化學(xué)平衡點(diǎn)，a點(diǎn)未達(dá)平衡且反應(yīng)正向進(jìn)行解析：選B。A.根據(jù)圖像可知SO2的起始量越大，混合氣體中SO3的體積分?jǐn)?shù)不一定越大，A錯(cuò)誤；B.O2的量一定時(shí)，起始時(shí)投入的二氧化硫越少，則二氧化硫的轉(zhuǎn)化率越大，a、b、c三點(diǎn)中，a點(diǎn)時(shí)SO2的轉(zhuǎn)化率最大，B正確；C.平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)系，a、b、c三點(diǎn)的平衡常數(shù)均相等，C錯(cuò)誤；D.a、b、c三點(diǎn)均為化學(xué)平衡點(diǎn)，D錯(cuò)誤。8．在淀粉-KI溶液中存在下列平衡：I2(aq)＋I(xiàn)－(aq)Ieq\o\al(－,3)(aq)。測得不同溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K如表所示：t/℃515253545K1100841689533409下列說法正確的是()A．反應(yīng)I2(aq)＋I(xiàn)－(aq)Ieq\o\al(－,3)(aq)的ΔH>0B．其他條件不變，升高溫度，溶液中c(Ieq\o\al(－,3))減小C．該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K＝eq\f(c（I2）·c（I－）,c（Ieq\o\al(－,3)）)D．25℃時(shí)，向溶液中加入少量KI固體，平衡常數(shù)K小于689解析：選B。選項(xiàng)A，溫度升高，平衡常數(shù)減小，因此該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，ΔH<0，錯(cuò)誤；選項(xiàng)B，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，c(Ieq\o\al(－,3))減小，正確；選項(xiàng)C，K＝eq\f(c（Ieq\o\al(－,3)）,c（I2）·c（I－）)，錯(cuò)誤；選項(xiàng)D，平衡常數(shù)僅與溫度有關(guān)，25℃時(shí)，向溶液中加入少量KI固體，平衡正向移動(dòng)，但平衡常數(shù)不變，仍然是689，錯(cuò)誤。9．(2020·南通高三質(zhì)檢)已知NO和O2經(jīng)反應(yīng)①和反應(yīng)②轉(zhuǎn)化為NO2，其能量變化隨反應(yīng)過程如圖所示。①2NO(g)N2O2(g)ΔH1，平衡常數(shù)K1②N2O2(g)＋O2(g)2NO2(g)ΔH2，平衡常數(shù)K2下列說法中不正確的是()A．ΔH1<0，ΔH2<0B．2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的平衡常數(shù)K＝K1/K2C．2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的ΔH＝ΔH1＋ΔH2D．反應(yīng)①的速率大小決定2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的反應(yīng)速率解析：選BD。由題圖可知，反應(yīng)①和反應(yīng)②的反應(yīng)物總能量均高于生成物總能量，所以ΔH1<0，ΔH2<0，A項(xiàng)正確；反應(yīng)①＋反應(yīng)②得2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)，所以K＝K1·K2，ΔH＝ΔH1＋ΔH2，B項(xiàng)錯(cuò)誤，C項(xiàng)正確；反應(yīng)速率主要取決于慢反應(yīng)的反應(yīng)速率，反應(yīng)②的活化能大于反應(yīng)①，所以反應(yīng)②的反應(yīng)速率小于反應(yīng)①的，故反應(yīng)②的速率大小決定2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的反應(yīng)速率，D項(xiàng)錯(cuò)誤。三、非選擇題10．無色氣體N2O4是一種強(qiáng)氧化劑，為重要的火箭推進(jìn)劑之一。N2O4與NO2轉(zhuǎn)換的熱化學(xué)方程式為N2O4(g)2NO2(g)ΔH＝24.4kJ/mol。(1)將一定量N2O4投入固定容積的真空容器中，下列現(xiàn)象能說明反應(yīng)達(dá)到平衡的是________。a．v正(N2O4)＝2v逆(NO2)b．體系顏色不變c．氣體平均相對(duì)分子質(zhì)量不變d．氣體密度不變達(dá)到平衡后，保持體積不變，升高溫度，再次達(dá)到平衡時(shí)，則混合氣體顏色________(填“變深”“變淺”或“不變”)，判斷理由是___________________________________________________________________________________________________________。(2)平衡常數(shù)K可用反應(yīng)體系中氣體物質(zhì)分壓表示，即K表達(dá)式中用平衡分壓代替平衡濃度，分壓＝總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)[例如：p(NO2)＝p總×x(NO2)]。寫出上述反應(yīng)平衡常數(shù)表達(dá)式：Kp＝______________________(用p總、各氣體物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)x表示)；影響Kp的因素為________。(3)真空密閉容器中充入一定量N2O4，維持總壓強(qiáng)p0恒定，在溫度為T時(shí)，平衡時(shí)N2O4分解百分率為α。保持溫度不變，向密閉容器中充入等量N2O4，維持總壓強(qiáng)在2p0條件下分解，則N2O4的平衡分解率的表達(dá)式為________。解析：(1)根據(jù)平衡定義，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，2v正(N2O4)＝v逆(NO2)，a錯(cuò)誤；體系顏色不變，說明NO2濃度不變，一定達(dá)到平衡狀態(tài)，b正確；氣體質(zhì)量不變、反應(yīng)中氣體物質(zhì)的量改變，根據(jù)M＝eq\f(m（總）,n（總）)，氣體平均相對(duì)分子質(zhì)量為變量，當(dāng)氣體平均相對(duì)分子質(zhì)量不變時(shí)，一定達(dá)到平衡狀態(tài)，c正確；氣體質(zhì)量不變、體積不變，ρ＝eq\f(m,V)，密度為恒量，氣體密度不變不一定達(dá)到平衡狀態(tài)，d錯(cuò)誤。N2O4(g)2NO2(g)ΔH＝24.4kJ/mol，正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，達(dá)到平衡后，保持體積不變，升高溫度，平衡正向移動(dòng)，NO2濃度增大，則混合氣體顏色變深。(2)平衡常數(shù)表達(dá)式為Kp＝eq\f(p總·x2（NO2）,x（N2O4）)；影響平衡常數(shù)K的因素是溫度，所以影響Kp的因素是溫度。(3)設(shè)充入的N2O4的物質(zhì)的量為nmol，維持總壓強(qiáng)p0恒定，達(dá)到平衡時(shí)，N2O4的分解百分率為α，則平衡時(shí)的物質(zhì)的量N2O4為n(1－α)mol，NO2為2nαmol，Kp＝eq\f(\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(p0×\f(2nα,n（1＋α）)))\s\up12(2),p0×\f(n（1－α）,n（1＋α）))＝p0×eq\f(4α2,（1＋α）·（1－α）)。向密閉容器中充入等量N2O4，維持總壓強(qiáng)2p0恒定，達(dá)到平衡時(shí)，設(shè)N2O4的分解百分率為β，則平衡時(shí)的物質(zhì)的量N2O4為n(1－β)mol，NO2為2nβmol，Kp＝eq\f(\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(2p0×\f(2nβ,n（1＋β）)))\s\up12(2),2p0×\f(n（1－β）,n（1＋β）))＝2p0×eq\f(4β2,（1＋β）·（1－β）)。根據(jù)Kp不變，知p0×eq\f(4α2,（1＋α）·（1－α）)＝2p0×eq\f(4β2,（1＋β）·（1－β）)，解得β＝eq\r(\f(α2,2－α2))。答案：(1)bc變深正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，其他條件不變，升高溫度，平衡正向移動(dòng)，c(NO2)增大，顏色加深(2)eq\f(p總·x2（NO2）,x（N2O4）)溫度(3)eq\r(\f(α2,2－α2))11．(2018·高考全國卷Ⅱ)CH4-CO2催化重整可以得到合成氣(CO和H2)：CH4(g)＋CO2(g)=2CO(g)＋2H2(g)。反應(yīng)中催化劑活性會(huì)因積碳反應(yīng)而降低，同時(shí)存在的消碳反應(yīng)則使積碳量減少。相關(guān)數(shù)據(jù)如下表：積碳反應(yīng)CH4(g)=C(s)＋2H2(g)消碳反應(yīng)CO2(g)＋C(s)=2CO(g)ΔH/(kJ·mol－1)75172活化能/(kJ·mol－1)催化劑X3391催化劑Y4372(1)由上表判斷，催化劑X________Y(填“優(yōu)于”或“劣于”)，理由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。在反應(yīng)進(jìn)料氣組成、壓強(qiáng)及反應(yīng)時(shí)間相同的情況下，某催化劑表面的積碳量隨溫度的變化關(guān)系如圖1所示。升高溫度時(shí)，下列關(guān)于積碳反應(yīng)、消碳反應(yīng)的平衡常數(shù)(K)和速率(v)的敘述正確的是________(填標(biāo)號(hào))。A．K積、K消均增加B．v積減小、v消增加C．K積減小、K消增加D．v消增加的倍數(shù)比v積增加的倍數(shù)大圖1圖2(2)在一定溫度下，測得某催化劑上沉積碳的生成速率方程為v＝k·p(CH4)·[p(CO2)]－0.5(k為速率常數(shù))。在p(CH4)一定時(shí)，不同p(CO2)下積碳量隨時(shí)間的變化趨勢如圖2所示，則pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)從大到小的順序?yàn)開______________________________________。解析：(1)從表格中數(shù)據(jù)可看出相對(duì)于催化劑X，用催化劑Y催化時(shí)積碳反應(yīng)的活化能大，則積碳反應(yīng)的反應(yīng)速率小，而消碳反應(yīng)活化能相對(duì)小，則消碳反應(yīng)的反應(yīng)速率大，再根據(jù)題干信息“反應(yīng)中催化劑活性會(huì)因積碳反應(yīng)而降低”可知催化劑X劣于催化劑Y。結(jié)合圖示可知500～600℃隨溫度升高積碳量增加，而600～700℃隨溫度升高積碳量減少，故隨溫度升高，K積和K消均增加，且消碳反應(yīng)速率增加的倍數(shù)比積碳反應(yīng)的大，故A、D正確。(2)由該圖像可知在反應(yīng)時(shí)間和p(CH4)相同時(shí)，圖像中速率關(guān)系va>vb>vc，結(jié)合沉積碳的生成速率方程v＝k·p(CH4)·[p(CO2)]－0.5，在p(CH4)相同時(shí)，隨著p(CO2)增大，反應(yīng)速率逐漸減慢，即可判斷：pc(CO2)>pb(CO2)>pa(CO2)。答案：(1)劣于相對(duì)于催化劑X，催化劑Y積碳反應(yīng)的活化能大，積碳反應(yīng)的速率??；而消碳反應(yīng)活化能相對(duì)小，消碳反應(yīng)速率大AD(2)pc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2)12．丙烯腈(CH2=CHCN)是一種重要的化工原料，工業(yè)上可用“丙烯氨氧化法”生產(chǎn)，主要副產(chǎn)物有丙烯醛(CH2=CHCHO)和乙腈(CH3CN)等?；卮鹣铝袉栴}：(1)以丙烯、氨、氧氣為原料，在催化劑存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副產(chǎn)物丙烯醛(C3H4O)的熱化學(xué)方程式如下：①C3H6(g)＋NH3(g)＋eq\f(3,2)O2(g)=C3H3N(g)＋3H2O(g)ΔH＝－515kJ/mol②C3H6(g)＋O2(g)=C3H4O(g)＋H2O(g)ΔH＝－353kJ/mol兩個(gè)反應(yīng)在熱力學(xué)上趨勢均很大，其原因是____________________________；有利于提高丙烯腈平衡產(chǎn)率的反應(yīng)條件是________________；提高丙烯腈反應(yīng)選擇性的關(guān)鍵因素是__________。(2)圖(a)為丙烯腈產(chǎn)率與反應(yīng)溫度的關(guān)系曲線，最高產(chǎn)率對(duì)應(yīng)的溫度為460℃。低于460℃時(shí)，丙烯腈的產(chǎn)率________(填“是”或“不是”)對(duì)應(yīng)溫度下的平衡產(chǎn)率，判斷理由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________；高于