高中 | 化学平衡图像分析 题目答案及解析

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选修四

第二章 化学反应速率和化学平衡

第三节 化学平衡

化学平衡图像分析

能量、速率与限度是认识和研究化学反应的重要视角。

Ⅰ.为了探究原电池的工作原理,设计如下装置。

  

甲装置中负极电极反应式为                

[["

$\\rm {Al-3}{{{e}}^{-}}{+4O}{{{H}}^{-}}{=AlO}_{{2}}^{-}{+2}{{{H}}_{{2}}}{O}$

"]]

甲装置中,$\rm Mg$$\rm NaOH$不反应,$\rm Al$$\rm NaOH$反应,因此$\rm Al$作负极,$\rm Al$失去电子发生氧化反应生成偏铝酸钠,电极反应式为$\rm {Al-3}{{{e}}^{-}}{+4O}{{{H}}^{-}}{=AlO}_{{2}}^{-}{+2}{{{H}}_{{2}}}{O}$

当乙装置中的负极质量减少$1.8\text{ g}$时,正极产生气体                $\rm L($标准状况下$\rm )$$\text{SO}_{4}^{2-}$                $\rm ($填“$\text{Mg}$”或“$\text{Al}$$\rm )$电极移动。

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$\\rm 1.68$$\\rm Mg$

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原电池中正极上发生还原反应。乙装置中总反应为镁和稀硫酸反应生成硫酸镁和氢气,$\rm Mg$为负极,发生反应$\rm Mg-2e^{-}=Mg^{2+}$,负极质量减少$\rm 1.8\;\rm g$时,失去的电子数为$\dfrac{1.8\text{ g}}{24\text{ g/mol}}\times 2\rm =0.15\;\rm mol$$\rm Al$为正极,正极上氢离子得电子生成氢气,氢气的体积为$\dfrac{0.15\; \mathrm{mol}}{2}\rm \times 22.4\;\rm L/mol=1.68\;\rm L$$\text{SO}_{4}^{2-}$向负极$\rm Mg$移动。

当丙装置中导线通过$\text{0} {.2\;\rm mol}$电子时,两电极质量相差                $\rm \;\rm g($放电前两电极质量相等$\rm )$

[["

$\\rm 12$

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乙装置中$\rm Fe$为负极,发生的反应为$\rm Fe-2e^{-}=Fe^{2+}$$\rm Pt$为正极,发生的反应为$\rm Cu^{2+}+2e^{-}=Cu$,则转移$\rm 2\;\rm mol$电子时两极质量差为$\rm 64\;\rm g+56\;\rm g=120\;\rm g$,所以导线中转移$\rm 0.2\;\rm mol$电子时,两电极质量相差$\dfrac{ {120\;\rm g}}{ {2\;\rm mol}}\rm \times 0.2\;\rm mol=12\;\rm g$

Ⅱ.${{\text{H}}_{2}}$$\text{C}{{\text{H}}_{3}}\text{OH}$都是重要的能源物质,也是重要的化工原料。利用${{\text{H}}_{2}}$还原$\text{C}{{\text{O}}_{2}}$能有效促进“碳中和”,反应的化学方程式为$\text{C}{{\text{O}}_{2}}(\text{g})+3{{\text{H}}_{2}}(\text{g})\rightleftharpoons \text{C}{{\text{H}}_{3}}\text{OH}(\text{g})+{{\text{H}}_{2}}\text{O}(\text{g})$

反应过程中的能量变化如图所示:

  

则该反应是                $\rm ($填“放热”或“吸热”$\rm )$反应。

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放热

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图像中反应物的总能量大于生成物的总能量,故为放热反应。

$\rm 300\;\rm ^\circ\rm C$时,向容积为$2\text{ L}$的恒容密闭容器中,充入$2\text{ mol C}{{\text{O}}_{2}}(\text{g})$$2\;\rm \text{mol }{{\text{H}}_{2}}(\text{g})$,反应过程中测得各物质的物质的量浓度随时间变化如图所示。回答下列问题:

  

$\rm \mathrm{H}_{2}(\mathrm{g})$的浓度随时间变化曲线为                $\rm ($填“$\rm a$”、“$\rm b$”或“$\rm c$$\rm )$$\rm M$点,${{ {v}}_{\text{(正)}}}$                $v_{(逆)} ($填“$\rm \gt $”、“$\rm =$”或“$\rm \lt $$\rm )$

$2\;\rm \text{min}$时,反应速率改变的原因可能是                

$\rm A$.升高温度  $\rm B$.降低温度  $\rm C$.充入一定量的$\rm {{\text{H}}_{2}}$  $\rm D$.加入催化剂

③下列叙述不能说明该反应达到平衡状态的是                

$\rm A$$ {c}\left( \text{C}{{\text{H}}_{3}}\text{OH} \right)= {c}\left( {{\text{H}}_{2}}\text{O} \right)$

$\rm B$.混合气体的密度不再变化

$\rm C$.混合气体的平均摩尔质量不再变化

$\rm D$.单位时间内生成$0.1\text{ mol C}{{\text{O}}_{2}}$,同时消耗$0.3\;\rm \text{mol}{{\text{ H}}_{2}}$

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$\\rm b$$\\rm \\gt $$\\rm AD$$\\rm AB$

"]]

①根据反应的化学方程式为$\text{C}{{\text{O}}_{2}}(\text{g})+3{{\text{H}}_{2}}(\text{g})\rightleftharpoons \text{C}{{\text{H}}_{3}}\text{OH}(\text{g})+{{\text{H}}_{2}}\text{O}(\text{g})$可知$\rm H_{2}$的反应速率为$\rm CO_{2}$的速率的$\rm 3$倍,故曲线$\rm b$$\rm \mathrm{H}_{2}(\mathrm{g})$的浓度随时间变化;在$\rm M$点,反应物的浓度在减小,生成物的浓度在增加,反应正向进行,故${{ {v}}_{\text{(正) }}} \gt {{ {v}}_{(逆)}}$

$2\;\rm \text{min}$时,反应速率加快,但物质的浓度不变,故为升高温度或加入催化剂,故选:$\rm AD$

$\rm A$.反应的任意时刻$ {c}\left( \text{C}{{\text{H}}_{3}}\text{OH} \right)= {c}\left( {{\text{H}}_{2}}\text{O} \right)$,不能说明反应达到了平衡,故$\rm A$符合题意;

$\rm B$.混合气体的容器体积不变,质量不变,故密度为不变的值,混合气体的密度不再变化时反应不一定达到了平衡,故$\rm B$符合题意;

$\rm C$.混合气体质量不变,但是气体的物质的量变化,故气体的平均摩尔质量为变量,混合气体的平均摩尔质量不再变化时反应达到了平衡,故$\rm C$不符合题意;

$\rm D$.单位时间内生成$0.1\text{ mol C}{{\text{O}}_{2}}$,同时消耗$0.3\;\rm \text{mol}{{\text{ H}}_{2}}$,说明反应的正逆反应速率相等,反应达到了平衡,故$\rm D$不符合题意。

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