高考化学二轮复习A版寒假作业 衔接作业四 化学反应速率和化学平衡.docx
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高考化学二轮复习A版寒假作业衔接作业四化学反应速率和化学平衡
衔接作业(四) 化学反应速率和化学平衡
[忆一忆·主干知识]
1.化学反应速率及其影响因素
(1)化学反应速率的求算
①公式法:
v(B)=
=
用上式进行某物质反应速率计算时需注意以下几点:
a.浓度变化只适用于气体和溶液中的溶质,不适用于固体和纯液体。
b.化学反应速率是某段时间内的平均反应速率,而不是即时速率,且计算时取正值。
c.同一反应用不同的物质表示反应速率时,数值可能不同,但意义相同。
②比值法:
同一化学反应,各物质的反应速率之比等于方程式中的化学计量数之比。
对于反应:
mA(g)+nB(g)===pC(g)+qD(g)来说,则有
=
=
=
。
(2)影响化学反应速率的因素
2.化学平衡
(1)判断化学平衡状态的3类标准
绝对标志
本质上
同一物质:
v正=v逆
不同物质:
=
现象上
各组分的浓度不变
各组分的物质的量(质量分数)不变
无热交换时体系温度不变
各气体组分的体积分数不变
反应物的转化率不变
相对标志
①有气体参加的反应,气体的总压强、总体积、总物质的量不变时,当是等体积反应时,不一定达到平衡;当是不等体积反应时,达到平衡
②气体的密度
、气体的平均相对分子质量
不变时,要具体分析各表达式中的分子或分母变化情况,判断是否平衡
③如果平衡体系中的物质有颜色,则平衡体系的颜色不变时,达到平衡
从微观的角度分析,如反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g),下列各项均可说明该反应达到了平衡状态
一个角度
①断裂1molNN键的同时生成1molNN键
②断裂1molNN键的同时生成3molH—H键
③断裂1molNN键的同时断裂6molN—H键
④生成1molNN键的同时生成6molN—H键
(2)外界条件对平衡移动影响的规律——勒夏特列原理
3.化学平衡常数及其应用
(1)化学平衡常数表达式
对反应:
mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),
K=
。
①由于固体或纯液体的浓度是一常数,如果有固体或纯液体参加或生成,则表达式中不能出现固体或纯液体;稀溶液中进行的反应,如有水参加反应,由于水的浓度是常数而不必出现在表达式中;非水溶液中进行的反应,若有水参加或生成,则应出现在表达式中。
例如:
CH3COOH(l)+HOCH2CH3(l)
CH3COOCH2CH3(l)+H2O(l)
K=
②表达式与化学计量数一一对应,方程式中化学计量数不同,表达式就不同;可逆反应中,正反应的表达式与逆反应的表达式互为倒数。
例如:
N2(g)+3H2(g)2NH3(g) K1=
2NH3(g)N2(g)+3H2(g) K2=
N2(g)+
H2(g)NH3(g)K3=
同一温度下,K1、K2、K3的数值都固定但相互之间不相等,显然K1=
,K3=
。
③有气体参与的反应,用平衡分压(总压乘以各自的物质的量分数)表示平衡常数。
如:
2A(g)+B(s)C(g)。
若达到平衡时,n(A)=n1,n(C)=n2,密闭体系的压强为p,则K=
=
(2)化学平衡常数的应用
①利用K判断化学反应的热效应
②利用K判断反应进行的方向
若任意状态下的生成物与反应物的浓度幂之积的比值为Qc,则Qc>K,反应向逆反应方向进行;Qc=K,反应处于平衡状态;Qc<K,反应向正反应方向进行。
[做一做·保温训练]
1.对于可逆反应2SO2+O22SO3 ΔH<0,在混合气体中充入一定量的18O2,经足够长的时间后,下列有关说法中正确的是( )
A.18O只存在于O2中
B.18O只存在于O2和SO3中
C.某个二氧化硫分子的相对分子质量可能为66
D.三氧化硫的相对分子质量均为82
解析:
选C 由于该反应为可逆反应,反应向右进行时会使三氧化硫分子中含有18O,而含有18O的SO3分解,就会使18O进入SO2中,最后三种物质均存在含有18O的分子,也存在不含18O的分子,A、B错误;当二氧化硫分子中只有一个18O时,C正确;对于不含18O的三氧化硫分子来说,其相对分子质量为80,D错误。
2.有X、Y、M、N4个反应,其焓变与熵变数据如下表所示,下列说法中错误的是( )
反应
X
Y
M
N
ΔH/(kJ·mol-1)
10.5
1.8
-126
-11.7
ΔS/(J·K-1·mol-1)
30.0
-113.0
84.0
-105.0
A.M在任何温度下都具有自发性
B.Y在任何温度下均不具有自发性
C.X在温度高于350K时反应具有自发性
D.反应N可能为:
A(g)B(g)+D(g)
解析:
选D 反应X,当反应能自发进行时,其ΔH-TΔS<0,即10.5-0.030T<0,T>350K,C正确;反应Y,因ΔH-TΔS总是大于零,故不具有自发性,B正确;同理可知,M反应在任何温度下均可自发进行,A正确;A(g)B(g)+D(g)属于熵值增加的反应,D错误。
3.用表面积完全相同的金属分别进行下列实验,其中产生H2的速率最快的是( )
选项
A
B
C
D
金属
Zn
纯铁
Zn(内含少量铜)
铜
盐酸
40mL3mol·L-1
10mL3mol·L-1
10mL3mol·L-1
20mL6mol·L-1
解析:
选C 锌比铁活泼,排除B;当锌中含有铜时,可组成原电池,加快反应速率,排除A;铜不能与盐酸反应,排除D。
4.将固体NH4Br置于密闭容器中,在某温度下,发生反应:
NH4Br(s)NH3(g)+HBr(g),2HBr(g)Br2(g)+H2(g),2min后,测得H2的浓度为0.5mol·L-1,HBr的浓度为4mol·L-1,若上述反应速率用v(NH3)表示,则v(NH3)等于( )
A.0.5mol·L-1·min-1
B.2.5mol·L-1·min-1
C.2mol·L-1·min-1
D.1.25mol·L-1·min-1
解析:
选B 当容器中c(H2)=0.5mol·L-1时,分解的HBr浓度为1mol·L-1,故在第一个反应中生成的HBr总浓度为5mol·L-1,生成的NH3的浓度也为5mol·L-1,则v(NH3)=2.5mol·L-1·min-1。
5.某恒容密闭容器中进行的反应:
SO2(g)+NO2(g)SO3(g)+NO(g) ΔH=akJ·mol-1;某科研小组通过实验测出SO2的转化率(SO2、NO起始量一定)随条件P的变化情况如下图所示,下列说法中正确的是( )
A.10~15min内反应速率小于15~20min的反应速率,P为升高温度
B.10~20min内反应速率小于20~40min的反应速率,P为减小SO3的浓度
C.10~15min内反应速率大于40~50min的反应速率,P为减小压强
D.该反应中,随着反应物浓度的减小,反应速率一直减小
解析:
选A 在相同时间内,转化率变化值越大,表明反应中消耗的反应物越多,反应速率越大。
由表中数据知。
10~15min、15~20min内,反应物转化率变化值分别为3.7%、4.5%,故后一个时段内反应速率较快,随着反应的进行,反应物浓度减小,又因容器容积不变,故改变的条件只能是升温,A正确,C、D错误;10~20min、20~40min两个时间段内,转化率分别改变了8.2%、10.3%(注:
时间间隔不同),故10~20min的反应速率比20~40min的反应速率快,B错误。
6.对于可逆反应A(s)+3B(g)2C(g) ΔH>0,下列图像中符合真实变化的是( )
解析:
选D 因正反应吸热,故平衡时升温,平衡应向正反应方向移动,新平衡建立前v(正)>v(逆),A错误;催化剂是同等程度地加快正、逆反应速率,B错误;因A物质是固体,其量的变化不会使平衡发生移动,C错误;因增大压强时平衡向右移动,C物质的百分含量增大,D正确。
7.已知:
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH=-41kJ·mol-1。
相同温度下,在体积相同的两个恒温密闭容器中,加入一定量的反应物发生反应。
相关数据如下:
容器编号
起始时各物质的物质的量/mol
达平衡过程体系的能量变化
CO
H2O
CO2
H2
①
1
4
0
0
放出热量:
32.8kJ
②
0
0
1
4
热量变化:
Q
下列说法中,不正确的是( )
A.容器①中反应达平衡时,CO的转化率为80%
B.容器①中CO的转化率等于容器②中CO2的转化率
C.容器①中CO反应速率等于H2O的反应速率
D.平衡时,两容器中CO2的浓度相等
解析:
选D 由反应方程式知,当消耗1molCO时放出的热量为41kJ,当放出的热量为32.8kJ时,消耗0.8molCO,其转化率为80%,A正确;容器①中,该反应的平衡常数K1=0.8×0.8÷(0.2×3.2)=1,设容器②中反应达到平衡时消耗xmolCO2,则K2=
=
,解得x=0.8,此时CO2的转化率为80%,B正确;由化学反应速率之比等于其化学计量数之比知C正确;平衡时容器①中CO2为0.8mol,容器②中为0.2mol,D错误。
8.T℃时可逆反应mA(g)+nB(s)pC(g)的平衡常数为K,下列说法中正确的是( )
A.K值越大,表明该反应越有利于C的生成,反应物的转化率越大
B.若缩小反应器的容积,能使平衡正向移动,则K增大
C.K=
D.如果m+n=p,则K=1
解析:
选A 对于一个确定的反应来说,K值只与温度有关,K越大,越有利于平衡向右进行,A正确;温度不变,K值不变,B错误;B是固体,其浓度视为常数,不应出现在计算式中,C错误;由K的计算表达式知D错误。
9.向绝热恒容的密闭容器中通入SO2和NO2,发生反应SO2(g)+NO2(g)SO3(g)+NO(g),其正反应速率(v正)随时间(t)变化的关系如图所示。
下列结论中错误的是( )
A.反应在c点达到平衡状态
B.反应物的浓度:
a点大于b点
C.反应物的总能量高于生成物的总能量
D.逆反应速率:
c点大于b点
解析:
选A 图中c点正反应速率最大,此时不可能是化学平衡状态,A项错误;起始时反应物的浓度最大,然后逐渐减小,B项正确;随着反应的进行,反应速率加快表明正反应是放热反应,即反应物的总能量高于生成物的总能量,C项正确;c点温度高,正、逆反应速率均大于b点,D项正确。
10.一定量的CO2与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应:
C(s)+CO2(g)2CO(g)。
平衡时,体系中气体体积分数与温度的关系如图所示:
已知:
气体分压(p分)=气体总压(p总)×体积分数。
下列说法正确的是( )
A.550℃时,若充入惰性气体,v正和v逆均减小,平衡不移动
B.650℃时,反应达平衡后CO2的转化率为25.0%
C.T℃时,若充入等体积的CO2和CO,平衡向逆反应方向移动
D.925℃时,用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp=24.0p总
解析:
选B 充入惰性气体,相当于减小压强,平衡向正反应方向移动,A错误;设开始加入的CO2为1mol,转化为xmol,则生成2xmolCO,剩余(1-x)molCO2,因平衡时CO的体积分数为40%,则
×100%=40.0%,解得x=0.25,故CO2的转化率为
×100%=25.0%,B正确;由图可知T℃时,平衡体系中CO2和CO体积分数相等,则在恒压密闭容器中再充入等体积的CO2和CO,平衡不移动,C错误;平衡后p(CO)=0.96p总,p(CO2)=0.04p总,Kp=
=
=23.04p总,D错误。
11.某研究性学习小组利用H2C2O4溶液和酸性KMnO4溶液之间的反应来探究“外界条件改变对化学反应速率的影响”,实验如下:
实验序号度/K
实验温
参加反应的物质
溶液颜色褪至无色时所需时间/s
KMnO4溶液(含硫酸)
H2C2O4溶液
H2O
V/mL
c/(mol·L-1)
V/mL
c/(mol·L-1)
V/mL
A
293
2
0.02
4
0.1
0
t1
B
T1
2
0.02
3
0.1
V1
8
C
313
2
0.02
V2
0.1
1
t2
(1)通过实验A、B,可探究出______________(填外部因素)的改变对反应速率的影响,其中V1=__________,T1=________;通过实验__________可探究出温度变化对化学反应速率的影响。
(2)若t1<8,则由此实验可以得出的结论是______________________;利用实验B中数据计算,用KMnO4的浓度变化表示的反应速率为v(KMnO4)=__________。
(3)该反应中有无色无味气体产生且锰被还原为Mn2+,写出相应反应的离子方程式:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)该小组的一位同学通过查阅资料发现,上述实验过程中n(Mn2+)随时间变化的趋势如图所示,并认为造成此种变化的原因是反应体系中的某种粒子对KMnO4与草酸之间的反应有某种特殊的作用,则该作用是______________________________,相应的粒子最可能是(填符号)________。
解析:
(1)分析表中数据知,本实验是探究浓度、温度变化对反应速率产生的影响。
实验中,探究浓度(温度)对反应速率的影响时,就要确保影响反应速率的其他因素相同。
A、B两组实验,草酸浓度不同,故温度应相同,T1=293;为使A、B两组实验中KMnO4浓度相同,则溶液总体积均应为6mL,故V1=1。
C组温度与另外两组不同,加水量与B组相同,故实验B、C是探究温度对化学反应速率的影响,因此V2=3。
(2)由A、B实验现象及浓度差异知,在其他条件相同的情况下,增大反应物浓度可加快化学反应速率。
计算反应速率时,c(KMnO4)应是混合溶液中的浓度。
利用实验B中数据计算,v(KMnO4)=0.02mol·L-1×2L×10-3÷(6L×10-3)÷8s≈8.3×10-4mol·L-1·s-1。
(3)气体是CO2,故有MnO
+H2C2O4―→Mn2++CO2,依得失电子守恒有2MnO
+5H2C2O4―→2Mn2++10CO2↑,最后依质量守恒原理添加H+与H2O并配平即可。
(4)由图像知,反应中存在反应速率突然增大的过程,这表明反应中生成的某种粒子对该反应有催化作用,结合反应前后溶液成分的差异知,该粒子是Mn2+。
答案:
(1)浓度 1 293 B、C
(2)其他条件相同时,增大反应物浓度,反应速率增大(其他合理说法也可) 8.3×10-4mol·L-1·s-1
(3)2MnO
+5H2C2O4+6H+===
2Mn2++10CO2↑+8H2O
(4)催化作用 Mn2+
12.在密闭容器中发生反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH<0,该反应达到平衡后,测得如下数据。
实验序号
温度/℃/(mol·L-1)
初始CO浓度
初始H2O浓度/(mol·L-1)
CO的平衡转化率
1
110
1
1
50%
2
100
1
1
x
3
110
0.8
y
60%
(1)实验1中,10h后达到平衡,H2的平均反应速率为________mol·L-1·h-1。
在此实验的平衡体系中,再加入0.5molCO和0.5molH2,平衡将__________(填“向左”“向右”“不”或“无法确定”)移动。
(2)实验2中,x的值________(填字母)。
A.等于50% B.大于50%
C.小于50%D.无法确定
(3)实验3中的y值为________。
(4)在100℃条件下,能说明该反应达到平衡状态的是________。
A.压强不再变化
B.生成H2O的速率和消耗H2的速率相等时
C.混合气体的密度不变
D.H2的质量不再变化
解析:
(1)根据反应速率的公式可得v(CO)=1mol·L-1×50%÷10h=0.05mol·L-1·h-1,再根据速率比等于化学计量数比,v(H2)=v(CO)=0.05mol·L-1·h-1。
在该平衡体系中同时改变了反应物和生成物浓度,并且变化量一致,则Qc=K,故平衡不移动。
(2)从题给信息可知,该反应的正反应为放热反应,温度降低,平衡正向移动,故CO的平衡转化率增大,所以选B。
(3)通过实验1可知在110℃时,该反应的K=
=1,温度一定,K一定,在实验3中,K=
=1,求得y=1.2。
(4)反应前后压强始终不变,A错误;生成H2O的速率和消耗H2的速率为同一反应方向,B错误;混合气体的密度始终不变,C错误;H2的质量不再变化,说明反应达到平衡,D正确。
答案:
(1)0.05 不
(2)B (3)1.2 (4)D
13.向一容积不变的密闭容器中充入一定量A和B,发生如下反应:
xA(g)+2B(s)yC(g) ΔH<0。
在一定条件下,容器中A、C的物质的量浓度随时间变化的曲线如图所示。
请回答下列问题:
(1)用A的浓度变化表示该反应在0~10min内的平均反应速率v(A)=________________。
(2)根据图示可确定x∶y=________。
(3)推测第10min引起曲线变化的反应条件可能是__________________;第16min引起曲线变化的反应条件可能是________。
(填编号)
①减压 ②增大A的浓度 ③增大C的量 ④升温 ⑤降温 ⑥加催化剂
(4)若平衡Ⅰ的平衡常数为K1,平衡Ⅱ的平衡常数为K2,则K1________K2(填“>”“=”或“<”)。
解析:
(1)0~10min内v(A)=
=0.02mol·L-1·min-1。
(2)根据图像可知,0~10min内A的物质的量浓度减少量为0.2mol·L-1,C的物质的量浓度增加量为0.4mol·L-1,x、y之比等于A、C的浓度的变化量之比,故x∶y=0.2mol·L-1∶0.4mol·L-1=1∶2。
(3)根据图像可知,10min时改变条件后,A、C的浓度瞬时不变且随后反应速率加快,故改变的条件可能是升温或加入催化剂;12~16min,反应处于平衡状态,16min时改变条件后,A、C的浓度瞬时不变,且随后A的浓度逐渐增大,C的浓度逐渐减小,说明平衡逆向移动,故改变的条件可能是升温。
(4)升高温度,平衡逆向移动,平衡常数减小。
由于16min时升高温度,则K1>K2。
答案:
(1)0.02mol·L-1·min-1
(2)1∶2 (3)④⑥ ④ (4)>
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