高考化学 专题八 化学反应速率和化学平衡全国通用.docx
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高考化学专题八化学反应速率和化学平衡全国通用
专题八化学反应速率和化学平衡
A组 专项基础训练
一、选择题
1.(2015·沈阳四校月考)下列说法正确的是( )
A.催化剂不影响反应活化能,但能增大单位体积内活化分子百分数,从而增大反应速率
B.化学反应速率为0.8mol/(L·s)是指1s时某物质的浓度为0.8mol/L
C.根据化学反应速率的大小可以判断化学反应进行的快慢
D.对于化学反应来说,反应速率越大,反应现象越明显
解析 A项,催化剂可以降低反应所需的活化能,增大活化分子的百分数,从而增大反应速率,错误;B项,0.8mol/(L·s)是指1s内该物质的浓度变化量为0.8mol/L,错误;D项,反应速率与反应现象之间无必然联系,如酸碱中和反应的速率很快,但却观察不到什么现象,错误。
答案 C
2.(2015·东北三校联考)向某密闭容器中充入1molX与2molY
发生反应:
X(g)+2Y(g)
aZ(g) ΔH<0,达到平衡后,改
变某一条件(温度或容器体积),X的平衡转化率的变化如图所
示。
下列说法中正确的是( )
A.a=2
B.T2>T1
C.A点的反应速率:
v正(X)=
v逆(Z)
D.用Y表示A、B两点的反应速率:
v(A)>v(B)
解析 改变压强,X的平衡转化率不变,说明反应前后气体化学计量数之和相等,所以a=3,此反应为放热反应,升高温度,X的平衡转化率减小,故T1>T2,所以v(B)>v(A)。
答案 C
3.(2015·张家界调研)在一恒容的密闭容器中充入0.1mol·L-1CO2、0.1mol·
L-1CH4,在一定条件下发生反应:
CH4(g)+CO2(g)
2CO(g)+2H2(g),测得CH4平衡时转化率与温度、压强关系如图,下列有关说法不正确的是( )
A.上述反应的ΔH<0
B.压强:
p4>p3>p2>p1
C.1100℃时该反应的平衡常数为1.64
D.压强为p4时,在y点:
v正>v逆
解析 p1、p2、p3、p4是四条等压线,由图像可知,压强一定时,温度越高,甲烷的平衡转化率越高,故正反应为吸热反应,ΔH>0,A项错误;该反应为气体分子数增加的反应,压强越高,甲烷的平衡转化率越小,故压强p4>p3>p2>p1,B项正确;压强为p4,温度为1100℃时,甲烷的平衡转化率为80.00%,故平衡时各物质的浓度分别为c(CH4)=0.02mol·L-1,c(CO2)=0.02mol·L-1,c(CO)=0.16mol·L-1,c(H2)=0.16mol·L-1,即平衡常数K=
=1.64,C项正确;压强为p4时,y点未达到平衡,此时v正>v逆,D项正确。
答案 A
4.(2015·河南漯河检测)在一定温度下,将H2和N2两种气体按不同比例通入相同的恒容密闭容器中,
发生反应:
3H2+N2
2NH3。
起始时H2和N2的物质的量之和相等,平衡后分别测出H2、N2的转化率。
能正确表示H2、N2的转化率与起始时
的关系图是( )
解析 反应物按化学计量数之比投料时,达到平衡时转化率相等,增加一种反应物的物质的量,该反应物的转化率减小,其他反应物的转化率增大。
答案 A
5.(2014·广州六校第二次联考,12)高温下,某反应达平衡,平衡常数K=
。
恒容时,温度升高,H2浓度减小。
下列说法正确的是( )
A.该反应的焓变为正值
B.恒温恒容下,增大压强,H2浓度一定减小
C.升高温度,逆反应速率减小
D.该反应的化学方程式为CO+H2O
CO2+H2
解析 根据平衡常数的表达式可得出该反应的化学方程式为CO2+H2
CO+H2O;升高温度,正、逆反应速率均增大;温度升高,H2浓度减小,平衡正向移动,说明正反应是吸热的,焓变为正值;在恒温恒容下,增大压强的方法有
多种,H2浓度变化不确定。
答案 A
二、非选择题
6.(2015·湖南四校联考)如图所示的装置中发生反应2A2(g)
+B2(g)
2C(g) ΔH=-akJ·mol-1(a>0),已知P是
可自由滑动的活塞。
在相同温度时关闭K,向A、B容器中分别充入2molA2和1molB2,两容器分别在500℃时达平衡,A中C的浓度为w1mol·L-1,放出热量bkJ,B中C的浓度为w2mol·L-1,放出热量ckJ。
请回答下列问题:
(1)此反应的平衡常数表达式为________;若将温度升高到700℃,反应的平衡常数将________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(2)比较大小:
w1________w2(填“>”、“=”或“<”),a、b、c由大到小的关系为________________________________________________________________。
(3)若打开K,一段时间后重新达平衡,容器B的体积将________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(4)若让A、B体积相等且固定P,在B中改充入4molA2和2molB2,在500℃时达平衡后C的浓度为w3mol·L-1,则w1、w3的关系为__________________________________________________________________。
(5)能说明A中已达到平衡状态的是________(填序号,有一个或多个选项符合题意)。
a.v(C)=2v(B2)
b.容器内气体压强保持不变
c.容器中气体的平均相对分子质量不随时间而变化
d.容器内的气体密度保持不变
(6)使该反应的反应速率增大,且平衡向正反应方向移动的是________。
a.及时分离出C气体b.适当升高温度
c.增大B2的浓度d.选择高效的催化剂
解析
(1)根据化学方程式可写出该反应的平衡常数表
达式。
平衡常数只与温度有关,该反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,平衡常数将减小。
(2)A容器处于恒容状态,B容器处于恒压状态,该反应为气体分子数减小的反应,达到平衡时,B容器的体积小于A容器的体积,B容器相对于A容器相当于增压,平衡正向移动,w1
(3)若打开K压强与外界压强相同,相当于对A容器加压,一段时间后重新达平衡,容器B的体积将减小。
(4)若让A、B体积相等且固定P,在B中改充入4molA2和2molB2,不考虑平衡移动,则在500℃时达平衡后,C的浓度为2w1mol·L-1,由于压强增大,平衡正向移动,所以w3>2w1。
(5)无论平衡与否,反应中均有v(C)=2v(B2),a不符合题意;因为该反应是一个反应前后气体分子数不相等的反应,所以容器内气体压强保持不变时说明已达到平衡状态,容器中气体的平均相对分子质量不随时间而变化时已达到平衡状态,b、c符合题意;反应中生成物和反应物均为气态,又容器恒容,任何时候密度均不变,d不符合题意。
(6)分离出C气体,反应速率减小,平衡向正反应方向移动;适当升高温度,反应速率增大,平衡向逆反应方向移动;增加B2的浓度,反应速率增大,平衡向正反应方向移动;选择高效的催化剂,反应速率增大,但平衡不移动。
答案
(1)K=
减小
(2)< a>c>b (3)减小 (4)w3>2w1 (5)bc (6)c
B组 专项能力训练
一、选择题
1.(2015·四川都江堰诊断)Fenton试剂常用于氧化降解有机污染物X。
在一定条件下,反应初始时c(X)=2.0×10-3mol·L-1,反应10min进行测定,得图1和图2。
下列说法不正确的是( )
A.50℃,pH在3~6时,X降解率随pH增大而减小
B.pH=2,温度在40~80℃时,X降解率随温度升高而增大
C.无需再进行后续实验,就可以判断最佳反应条件是:
pH=3、温度为80℃
D.pH=2,温度为50℃时,10min内X的平均降解速率v(X)=1.44×10-4mol·L-1·min-1
解析 由图1可知,50℃、pH在3~6时,X降解率随pH增大而减小,故A正确;由图2可知,pH=2、温度在40~80℃时,X降解率随温度升高而增大,故B正确;因溶液pH、温度都会影响X的降解率,故还需要进行pH=3时
温度对X降解率影响的实验或温度为80℃时pH对X降解率影响的实验,故C错误;D项,由图2可知,pH=2、50℃时X的转化率为72%,X的浓度变化量Δc(X)=2.0×10-3mol·L-1×72%=1.44×10-3mol·L-1,故v(X)=1.44×10-4mol·L-1·min-1,故D正确。
答案 C
2.(2015·辽宁五市部分学校联考)已知甲为恒压容器、乙为恒
容容器。
相同条件下充入等物质的量的NO2气体,且起始
时体积相同。
发生反应:
2NO2(g)
N2O4(g) ΔH<0。
一段时间后相继达到平衡状态。
下列说法中正确的是( )
A.平衡时NO2体积分数:
甲<乙
B.达到平衡所需时间,甲与乙相等
C.该反应的平衡常数表达式K=c(N2O4)/c(NO2)
D.若两容器内气体的压强保持不变,均说明反应已达到平衡状态
解析 A项,甲、乙两体积相同的容器,相同条件下充入等物质的量的NO2气体,反应发生时,气体物质的量减小,乙相当于减小压强,平衡向左移动,平衡时NO2体积分数,甲<乙,正确;B项,由A知,乙容器相当于减小压强,化学反应速率减小,达到平衡所需时间,甲<乙,错误;C项,该反应的平衡常数表达式应为K=c(N2O4)/c2(NO2),错误;D项,甲为恒压容器,压强不能作为平衡状态的标志,乙容器压强不变,说明反应达到平衡,错误。
答案 A
3.(2014·安徽合肥一模,10)下列四图中,曲线变化情况与所给反应(a、b、c、d均大于0)相对应的是( )
解析 A选项,温度高斜率大,SO3的含量低,错误;B选项,压强增大,平衡正向移动,正反应速率增大的比逆反应速率快,错误;C选项,作一条垂线,可知压强相同时,温度越高N2O4的物质的量分数越小,符合升高温度平衡右移;温度相同时,压强越大,N2O4的物质的量分数越大,符合增大压强平衡左移,正确;D选项,恒压时投入CO2,反应速率、转化率均相同;恒容投入3molCO2时,压强大,反应速率快,但平衡左移,转化率降低,错误。
答案 C
4.(2014·北京海淀期末,11)t℃时,在体积不变的密闭容器中发生反应:
X(g)+3Y(g)
2Z(g),各组分在不同时刻的浓度如下表:
物质
X
Y
Z
初始浓度/(mol·L-1)
0.1
0.2
0
2min末浓度/(mol·L-1)
0.08
a
b
平衡浓度/(mol·L-1)
0.05
0.05
0.1
下列说法正确的是( )
A.平衡时,X的转化率为20%
B.t℃时,该反应的平衡常数为40
C.增大平衡后的体系压强,v(正)增大,v(逆)减小,平衡向正反应方向移动
D.前2min内,用Y的变化量表示的平均反应速率v(Y)=0.03mol·(L·min)-1
解析 依据“三段式法”进行计算
X(g)+3Y(g)
2Z(g)
始态(mol·L-1)0.10.20
反应的量(mol·L-1)0.050.150.1
平衡(mol·L-1)0.050.050.1
X的转化率=
×100%,A选项错误;K=
=1600,B选项错误;增大压强,不论平衡向何方向移动,正逆反应速率均增大,C选项错误;D选项,前2min内,Y的浓度变化量为(0.1-0.08)mol·L-1×3=0.06mol·L-1,则v(Y)=0.03mol·(L·min)-1,正确。
答案 D
5.(2013·哈尔滨模拟)一定条件下,向某密闭容器中加入一定量的N2和H2发生可逆反应N2(g)+3H2(g)
2NH3(g) ΔH=-92.2kJ·mol-1,测得0~10s内,c(H2)减小了0.75mol·L-1,下列说法正确的是( )
A.10~15s内c(NH3)增加量等于0.25mol·L-1
B.10s内氨气
的平均反应速率为0.025mol·L-1·s-1
C.达平衡后,分离出少量NH3,v(正)增大
D.该反应的逆反应的活化能不小于92.2kJ·mol-1
解析 10~15s内与0~10s内的反应速率不同,故A项错误,0~10s,c(H2)减小了0.75mol·L-1,根据反应的方程式可知,氨气浓度增加了0.5mol·L-1,10s内氨气的反应速率是0.5mol·L-1÷10s=0.05mol·L-1·s-1,选项B不正确;降低生成物浓度,反应速率降低,选项C不正确;由于正反应的ΔH=-92.2kJ·mol-1,所以逆反应的活化能不小于92.2kJ·mol-1,选项D正确。
答案 D
二、非选择题
6.(2013·山东临沂一模)2013年初,雾霾天气多次肆虐我国中东部地区。
其中,汽车尾气和燃煤尾气是造成空气污染的原因之一。
(1)汽车尾气净化的主要原理为:
2NO(g)+2CO(g)
2CO2(g)+N2(g)。
在密闭容器中发生该反应时,c(CO2)随温度(T)、催化剂的表面积(S)和时间(t)的变化曲线,如下图所示。
据此判断:
①该反应的ΔH________0(填“>”或“<”)
。
②在T2温度下,0~2s内的平均反应速率v(N2)________。
③当固体催化剂的质量一定时,增大其表面积可提高化学反应速率。
若催化剂的表面积S1>S2,在上图中画出c(CO2)在T1、S2条件下达到平衡过程中的变化曲线。
④若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行,下列示意图正确且能说明反应在进行到t1时刻达到平衡状态的是________(填代号)。
(2)直接排放煤燃烧产生的烟气会引起严重的环境问题。
①煤燃烧产生的烟气含氮的氧化物,用CH4催化还原NOx可以消除氮氧化物的污染。
例如:
CH4(g)+2NO2(g)===N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)
ΔH1=-867kJ/mol
2NO2(g)
N2O4(g) ΔH2=-56.9kJ/mol
写出CH4(g)催化还原N2O4(g)生成N2(g)和H2O(g)的热化学方程式:
__________________________________________________________________
②将燃煤产生的二氧化碳回收利用,可达到低碳排放的目的。
下图是通过人工光合作用,以CO2和H2O为原料制备HCOOH和O2的原理示意图。
催化剂b表面发生的电极反应式为_______________________________________。
解析
(1)①根据图像,“先拐先平数值大”得T1大于T2。
升高温度,二氧化碳的浓度降低,平衡向逆反应方向移动,说明正反应是放热反应,即ΔH<0。
②先根据图像计算二氧化碳的反应速率,v(CO2)=
=0.05mol·(L·s)-1,同一化学反应中同一时间段内,各物质的反应速率之比等于计量数之比,所以v(N2)=0.025mol·(L·s)-1。
③温度越高反应速率越大,催化剂接触面积越大反应速率越大,反应到达平衡的时间越短。
④反应达到平衡状态时,各物质的反应速率不再变化,故a错误;该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行,随反应进行温度升高,当温度不变时,化学平衡常数不变,故b正确;二氧化碳和一氧化氮的物质的量相等时,该反应不一定达到平衡状态,故c错误;反应达到平衡状态时,各物质的质量分数不再发生变化,故d正确。
(2)①将第一个方程式减第二个方程式得:
CH4(g)+N2O4(g)===N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)
ΔH=-810.1kJ/mol。
②催化剂b表面上二氧化碳得电子和氢离子反应生成甲酸,所以发生的电极反应式为:
CO2+2H++2e-===HCOOH。
答案
(1)①< ②0.025mol·(L·s)-1
③
④bd
(2)①CH4(g)+N2O4(g)===N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)
ΔH=-810.1kJ/mol
②CO2+2H++2e-===HCOOH
热点一 化学反应速率(2014·课标Ⅰ9,2014·北京理综12,2014
·重庆理综7,2013·福建理综12,2013四川理综6)
【演练1】化学反应速率的计算
反应4CO(g)+2NO2(g)
N2(g)+4CO2(g)开始进行时CO浓度为4mol·L-1,N2浓度为0。
2min后测得N2的浓度为0.6mol·L-1,则此段时间内,下列反应速率表示正确的是( )
A.v(CO)=1.2mol·(L·s)-1
B.v(NO2)=0.3mol·(L·min)-1
C.v(N2)=0.6mol·(L·min)-1
D.v(CO2)=1.2mol·(L·min)-1
解析 由题意知N2的反应速率为
=0.3mol·(L·min)-1,根据化学反应速率之比等于化学计量数之比,可得D选项正确。
要注意的A项中的单位是mol·(L·s)-1,故不正确。
答案 D
【演练2】影响化学反应速率的因素
硫代硫酸钠溶液与稀硫酸反应的化学方程式为Na2S2O3+H2SO4===Na2SO4+SO2↑+S↓+H2O,下列各组实验中最先出现浑浊的是( )
实验
反应温度/℃
Na2S2O3溶液
稀H2SO4
H2O
V/mL
c/mol·L-1
V/mL
c/mol·L-1
V/mL
A
25
5
0.1
10
0.1
5
B
25
5
0.2
5
0.2
10
C
35
5
0.1
10
0.1
5
D
35
5
0.2
5
0.2
10
答案 D
【演练3】用控制变量法研究影响化学反应速率的因素
某实验小组以H2O2分解为例,研究浓度、催化剂、溶液酸碱性对反应速率的影响。
在常温下按照如下方案完成实验。
实验编号
反应物
催化剂
①
10mL2%H2O2溶液
无
②
10mL5%H2O2溶液
无
③
10mL5%H2O2溶液
1mL0.1mol·L-1
FeCl3溶液
④
10mL5%H2O2溶液+少量HCl溶液
1m
L0.1mol·L-1
FeCl3溶液
1
10mL5%H2O2溶液+少量NaOH溶液
1mL0.1mol·L-1FeCl3溶液
(1)催化剂能加快化学反应速率的原因是________________________________
__________________________________________________________________。
(2)常温下5%H2O2溶液的pH约为6,H2O2的电离方程式为__________________________________________________________________。
(3)实验①和②的目的是______________________________________________
__________________________________________________________________。
实验时由于没有观察到明显现象而无法得出结论。
资料显示,通常条件下H2O2稳定,不易分解。
为了达到实验目的,你对原实验方案的改进是__________。
(4)实验③、④、⑤中,测得生成氧气的体积随时间变化的关系如下图。
分析上图能够得出的实验结论是______________________________________
__________________________________________________________________。
答案
(1)降低了活化能
(2)H2O2
H++HO
(3)探究浓度对反应速率的影响 向反应物中加入等量同种催化剂(或将盛有反应物的试管放入同一热水浴中)
(4)碱性环境能增大H2O2分解的速率,酸性环境能减小H2O2分解的速率
热点二 化学平衡(2014·安徽理综10,2014·四川理综7,2014·江苏化学15,2013·安徽理综11,2013·北京理综11,2013·重庆理综7)
【演练4】化学平衡状态的判定
某一容积为5L的密闭容器内,加入0.2molCO和0.2molH2O,在催化制存在的条件下高温加热,发生如下反应:
CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g)ΔH>0。
反应中CO2的浓度随时间的变化情况如图所示。
(1)根据图中数据,反应开始至达到平衡时,v(CO)=________;反应达到平衡时,c(H2)=________。
(2)判断该反应达到平衡的依据是________。
①CO2减少的化学反应速率和CO减少的化学反应速率
相等
②CO、H2O、CO2、H2的浓度都相等
③CO、H2O、CO2、H2的浓度都不再发生变化
④正、逆反应速率都为零
解析
(1)由图可知10min时反应达到平衙,所以v(CO)=v(CO2)=0.03mol·L-1/10min=0.003mol·L-1·min-1,方程式的化学计量数之比等于反应时物质转化的浓度之比,所以反应达平衡时,c(H2)=c(CO2)=0.03mol·L-1。
(2)反应达到平衡的标志是反应体系组成不变。
正、逆反应速率相等且不为零。
CO减少的化学反应速率是正反应速率,CO2减少的化学反应速率是逆反应速率。
所以选①③。
答案
(1)0.003mol·L-1·min-1 0.03mol·L-1
(2)①③
【演练5】化学平衡移动
对于可逆反应N2(g)+3H2(g)
2NH3(g) ΔH<0,下列研究目的和示意图相符的是( )
A
B
C
D
目的
影响(p2>p1)
反应的影响
平衡体系增加N2的浓度对反应的影响
催化剂对反应的影响
示意图
解析
(1)根据到达平衡时间长短判断反应速率大小。
(2)根据转化率大小以及正逆反应速率关系判断平衡移动方向。
答案 C
【演练6】化学平衡常数
(1)反应Fe(s)+CO2(g)
FeO(s)+CO(g) ΔH1,平衡常数为K1
反应Fe(s)+H2O(g)
FeO(s)+H2(g) ΔH2,平衡常数为K2在不同温度时K1、K2的值如下表:
700℃
900℃
K1
1.47
2.15
K2
2.38
1.67
反应CO2(g)+H2(g)
CO(g)+H2O(g) ΔH,平衡常数K,则ΔH=________(用ΔH1和ΔH2表示),K=________(用K1和K2表示),且由上述计算可知,反应CO2(g)+H2(g)
CO(g)+H2O(g)是________反应(填“吸热”或“放热”)。
(2)一定温度下,向某密闭容器中加入足量铁粉并充入一定量的CO2气体,发生反应Fe(s)+CO2(g)
FeO(s)+CO(g) ΔH>0,CO2的浓度与时间的关系如图所示:
①该条件下反应的平衡常数为________
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