高考化学二轮复习命题区间六化学反应速率和化学平衡.docx
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高考化学二轮复习命题区间六化学反应速率和化学平衡
一、化学反应速率及影响因素
1.理解化学反应速率的概念
化学反应速率是定量描述化学反应快慢的物理量,通常用单位时间内反应物或生成物浓度的变化量表示。
注意:
①这里的速率是指某段时间的平均速率。
②关注反应的化学计量数。
2.外界条件对化学反应速率的影响
特别提醒
(1)外界条件对可逆反应的正、逆反应速率的影响方向是一致的,但影响程度不一定相同。
如升高温度,v正和v逆都增大,但吸热反应方向的反应速率增大的程度大;降低温度反之。
(2)密闭容器中充入惰性气体
①恒容条件,充入惰性气体,反应速率不改变。
②恒压条件下,充入惰性气体,相当于扩大容器体积,反应速率减小。
二、化学平衡的建立与平衡移动
1.化学平衡的判断
(1)等——“逆向相等”
①同一物质(两种表述):
v正=v逆,断键数=成键数。
②不同物质:
=
。
(2)定——“变量不变”:
如果一个量是随反应进行而改变的(即变量),当其“不变”时,反应达到平衡状态,即“变量”不变→平衡状态。
2.化学平衡常数
(1)对于可逆反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)在一定温度下达到化学平衡时,
=
。
另可用压强平衡常数表示:
p=
[p(C)为平衡时气体C的分压]。
(2)平衡常数与温度的关系
对于放热反应,温度越高,平衡常数越小;对于吸热反应,温度越高,平衡常数越大。
(3)平衡常数与方程式的关系
①同一可逆反应中,正·逆=1。
②同一方程式中的化学计量数等倍扩大或缩小n倍,则新平衡常数′与原平衡常数间的关系是′=n或′=
。
③几个可逆反应方程式相加,得总方程式,则总反应的平衡常数等于各分步反应平衡常数之积。
3.化学平衡移动方向的判断
(1)根据勒夏特列原理判断。
(2)根据图像中正、逆反应速率的相对大小判断:
若v正>v逆,则平衡向正反应方向移动;反之,平衡向逆反应方向移动。
(3)根据变化过程中速率变化的性质判断:
若平衡移动过程中,正反应速率增大的程度小于(或大于)逆反应速率增大的程度,则平衡向逆(或正)反应方向移动。
(4)根据浓度商(Q)规则判断:
若某温度下Q<,则反应向正反应方向进行;Q>,反应向逆反应方向进行。
4.催化剂在实际生产中的作用
(1)在给定条件下,反应物之间除发生“主反应”和多个“副反应”时,理想的催化剂能够大幅度提高目标产物的产率。
(2)催化剂能提高非平衡状态下单位时间内反应物的转化率,但对平衡转化率无影响。
1.(2019·浙江4月选考,17)下列说法正确的是( )
A.H2(g)+I2(g)2HI(g),其他条件不变,缩小反应容器体积,正逆反应速率不变
B.C(s)+H2O(g)H2(g)+CO(g),碳的质量不再改变说明反应已达平衡
C.若压强不再随时间变化能说明反应2A(?
)+B(g)2C(?
)已达平衡,则A、C不能同时是气体
D.1molN2和3molH2反应达到平衡时H2转化率为10%,放出热量Q1;在相同温度和压强下,当2molNH3分解为N2和H2的转化率为10%时,吸收热量Q2,Q2不等于Q1
答案 B
2.[2018·全国卷Ⅱ,27
(1)]CH4CO2催化重整反应为CH4(g)+CO2(g)===2CO(g)+2H2(g)。
ΔH=247J·mol-1
有利于提高CH4平衡转化率的条件是______(填标号)。
A.高温低压B.低温高压
C.高温高压D.低温低压
答案 A
解析 根据平衡移动的影响因素,该反应的正反应是一个吸热、气体体积增大的反应,所以高温低压有利于反应正向进行。
3.[2018·全国卷Ⅱ,27
(2)改编]反应中催化剂活性会因积碳反应而降低,同时存在的消碳反应则使积碳量减少。
相关数据如下表:
反应
积碳反应
CH4(g)===C(s)+2H2(g)
消碳反应
CO2(g)+C(s)===2CO(g)
ΔH/J·mol-1
75
172
活化能/J·mol-1
催化剂
33
91
催化剂Y
43
72
在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下,某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如下图所示。
升高温度时,下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数()和速率(v)的叙述正确的是________(填字母)。
A.积、消均增加
B.v积减小、v消增加
C.积减小、消增加
D.v消增加的倍数比v积增加的倍数大
答案 AD
解析 由表格可知积碳反应、消碳反应都是吸热反应,温度升高,平衡右移,积、消均增加,反应速率均增大,从图像上可知,随着温度的升高,催化剂表面的积碳量是先增大后减小的,所以v消增加的倍数要比v积增加的倍数大。
4.[2017·全国卷Ⅲ,28(4)改编]反应:
AsO
(aq)+I2(aq)+2OH-(aq)AsO
(aq)+2I-(aq)+H2O(l)。
下列可判断反应达到平衡的是________(填字母)。
a.溶液的pH不再变化
b.v(I-)=2v(AsO
)
c.c(AsO
)/c(AsO
)不再变化
d.c(I-)=ymol·L-1
答案 ac
解析 a项,随反应进行,溶液的pH不断降低,当pH不再变化时,说明反应达到了平衡;b项,速率之比等于化学计量数之比,该结论在任何时刻都成立,故无法判断是否达到平衡;c项,随反应进行,c(AsO
)不断增大,c(AsO
)不断减小,当二者比值不变时,说明二者浓度不再改变,则反应达到平衡;d项,由图像并结合方程式可知,平衡时c(I-)=2ymol·L-1,故当c(I-)=ymol·L-1时,反应未达到平衡。
题组一 化学反应速率及影响因素
1.已知:
CaCO3+2HCl===CaCl2+CO2↑+H2O
ΔH<0。
下列说法不正确的是( )
A.其他条件不变,适当增大盐酸的浓度将加快化学反应速率
B.其他条件不变,适当增加CaCO3的用量将加快化学反应速率
C.反应过程中,化学反应速率将先增大后减小
D.一定条件下反应速率改变,ΔH不变
答案 B
解析 盐酸浓度增大,H+浓度增大,反应速率加快,A项正确;由于CaCO3是固体,若只增大其用量,而不增大其与盐酸的接触面积,化学反应速率将不变,B项错误;由于反应放热,反应过程中温度升高,反应速率会变快,但随着盐酸浓度的减小,反应速率会逐渐变慢,C项正确;反应焓变与反应物和生成物的状态和化学计量数有关,与反应快慢无关,D项正确。
2.900℃时,向2.0L恒容密闭容器中充入0.40mol乙苯,发生反应:
一段时间后,反应达到平衡,反应过程中测定的部分数据如下表所示:
时间/min
0
10
20
30
40
n(乙苯)/mol
0.40
0.30
0.24
n2
n3
n(苯乙烯)/mol
0.00
0.10
n1
0.20
0.20
下列说法正确的是( )
A.保持其他条件不变,向容器中充入不参与反应的水蒸气作为稀释剂,则乙苯的转化率大于50.0%
B.反应在前20min内的平均反应速率v(H2)=0.008mol·L-1·min-1
C.若混合气体的平均摩尔质量不再变化,则说明反应已达到平衡状态
D.相同温度下,起始时向容器中充入0.10mol乙苯、0.10mol苯乙烯和0.30molH2,则达到平衡前:
v正>v逆
答案 C
解析 由表中数据可知,30min时反应处于平衡状态,平衡时苯乙烯的物质的量为0.20mol,由化学方程式可知参加反应的乙苯的物质的量为0.20mol,故乙苯的转化率为
×100%=50.0%,保持其他条件不变,向容器中充入不参加反应的水蒸气作为稀释剂,反应混合物的浓度不变,平衡不移动,则乙苯的转化率不变,A项错误;由表中数据可知,20min内乙苯的物质的量的变化量为0.40mol-0.24mol=0.16mol,v(乙苯)=
=0.004mol·L-1·
min-1,反应速率之比等于化学计量数之比,则v(H2)=v(乙苯)=0.004mol·L-1·min-1,B项错误;反应中混合气体的质量不变,但物质的量逐渐增大,若混合气体的平均摩尔质量不再变化,说明气体的物质的量不变,则反应已达到平衡状态,C项正确;由表中数据可知,30min时反应处于平衡状态,平衡时苯乙烯的物质的量为0.20mol,其浓度为
=0.10mol·L-1,由化学方程式可知,氢气的平衡浓度为0.10mol·L-1,参加反应的乙苯的物质的量为0.20mol,故平衡时乙苯的浓度为0.10mol·L-1,=
=0.10,相同温度下,起始时向容器中充入0.10mol乙苯、0.10mol苯乙烯和0.30molH2,此时Q=
=0.15>,反应向逆反应方向进行,故达到平衡前v正<v逆,D项错误。
3.Boderlscens研究反应:
H2(g)+I2(g)2HI(g) ΔH<0,温度为T时,在两个体积均为1L的密闭容器中进行实验,测得气体混合物中碘化氢的物质的量分数w(HI)与反应时间t的关系如下表:
容器编号
起始物质
t/min
0
20
40
60
80
100
Ⅰ
0.5molI2、
0.5molH2
w(HI)/%
0
50
68
76
80
80
Ⅱ
molHI
w(HI)/%
100
91
84
81
80
80
研究发现上述反应中v正=a·w(H2)·w(I2),v逆=b·w2(HI),其中a、b为常数。
下列说法正确的是( )
A.温度为T时,该反应的
=80
B.容器Ⅰ中前20min的平均速率v(HI)=0.0125mol·L-1·min-1
C.若起始时,向容器Ⅰ中加入物质的量均为0.1mol的H2、I2、HI,反应逆向进行
D.若两容器中,a(Ⅰ)=a(Ⅱ),且b(Ⅰ)=b(Ⅱ),则的值一定为1
答案 D
解析 温度为T时,该反应的
=
=
=
=64,A项错误;容器Ⅰ中第20minw(HI)=50%,则物质的量为0.5mol,故平均速率v(HI)=
=0.025mol·L-1·
min-1,B项错误;容器Ⅰ平衡时H2、I2、HI浓度分别为0.1mol·L-1、0.1mol·L-1、0.8mol·L-1,=
=64,若起始时,向容器Ⅰ中加入物质的量均为0.1mol的H2、I2、HI,Q=
=1<64,正反应速率大于逆反应速率,反应正向进行,C项错误;若两容器中,a(Ⅰ)=a(Ⅱ),且b(Ⅰ)=b(Ⅱ),则为恒容条件下的等效平衡,则的值一定为1,D项正确。
4.(2019·西安高三模拟)碳热还原制备氮化铝总反应的化学方程式为Al2O3(s)+3C(s)+N2(g)2AlN(s)+3CO(g)。
在温度、容积恒定的反应体系中,CO浓度随时间的变化关系如图曲线甲所示。
下列说法不正确的是( )
A.在不同时刻都存在关系:
3v(N2)=v(CO)
B.c点切线的斜率表示该一氧化碳在t时刻的瞬时速率
C.从a、b两点坐标可求得从a到b时间内该反应的平均反应速率
D.维持温度、容积不变,若减少N2的物质的量进行反应,曲线甲将转变为曲线乙
答案 D
解析 根据反应速率之比等于化学计量数之比可知,3v(N2)=v(CO),A项正确;c点处的切线的斜率是此时刻物质的浓度除以此时刻时间,为一氧化碳的瞬时速率,B项正确;图像中可以得到单位时间内的浓度变化,反应速率由单位时间内物质的浓度变化计算得到,从a、b两点坐标可求得从a到b时间间隔内该化学反应的平均速率,C项正确;维持温度、容积不变,若减少N2的物质的量进行反应,平衡逆向移动,新的平衡状态与原的平衡状态不同,CO的平衡浓度不会相同,D项错误。
题组二 化学平衡状态的判断
5.(2018·浙江4月选考,14)反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0,若在恒压绝热容器中发生,下列选项表明反应一定已达平衡状态的是( )
A.容器内的温度不再变化
B.容器内的压强不再变化
C.相同时间内,断开H—H键的数目和生成N—H键的数目相等
D.容器内气体的浓度c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)=1∶3∶2
答案 A
解析 该反应在绝热容器中进行且为放热反应,当放出的热量不再变化时则可以判断反应为平衡状态,故A正确;反应在恒压下进行,压强一直不变,故B错误;断开H—H键和生成N—H键均指反应正向进行,故C错误;各物质的起始浓度未知,故由浓度比无法判断反应是否达到平衡,D错误。
6.将FeCl3溶液和I溶液混合,发生反应:
2Fe3+(aq)+2I-(aq)2Fe2+(aq)+I2(aq)。
下列各项能判断上述可逆反应达到平衡状态的是( )
A.溶液颜色不再变化
B.c(+)不再变化
C.c(Fe3+)与c(Fe2+)之和不再变化
D.v正(I-)=2v正(I2)
答案 A
解析 A项,溶液颜色不再变化,说明Fe3+、Fe2+及I2的浓度不再变化,反应达到平衡状态;B项,钾离子浓度始终不变,因此c(+)不变不能用于判断反应是否达到平衡状态;C项,由铁元素守恒知,铁离子和亚铁离子的浓度之和始终不变,因此c(Fe3+)与c(Fe2+)之和不变不能用于判断反应是否达到平衡状态;D项,v正(I-)和v正(I2)同为正反应速率,v正(I-)=2v正(I2)不能用于判断反应是否达到平衡状态。
7.将一定量纯净的氨基甲酸铵置于密闭真空恒容容器中(固体试样体积忽略不计),在恒定温度下使其达到分解平衡:
NH2COONH4(s)===2NH3(g)+CO2(g) ΔH=aJ·mol-1(a>0)。
然后在恒定温度下缩小容器体积,重新达到平衡。
下列分析正确的是( )
A.若2v(NH3)=v(CO2),则该反应达到平衡状态
B.两次平衡时,后一次平衡时CO2的浓度大
C.重新达到平衡,密闭容器中氨气的体积分数不变
D.若开始时向容器中加入2molNH3和1molCO2,则达到平衡时放出aJ热量
答案 C
解析 反应均按物质的量比例进行,温度不变,=c2(NH3)·c(CO2)的值不变,前后两次为等效平衡,两次平衡时c(CO2)相等,B项错误,C项正确;因反应为可逆反应,不能反应彻底,故若开始时向容器中加入2molNH3和1molCO2,则达到平衡时放出热量小于aJ,D项错误。
题组三 平衡移动及转化率的判断
8.(2018·天津理综,5)室温下,向圆底烧瓶中加入1molC2H5OH和含1molHBr的氢溴酸,溶液中发生反应:
C2H5OH+HBrC2H5Br+H2O,充分反应后达到平衡。
已知常压下,C2H5Br和C2H5OH的沸点分别为38.4℃和78.5℃。
下列有关叙述错误的是( )
A.加入NaOH,可增大乙醇的物质的量
B.增大HBr浓度,有利于生成C2H5Br
C.若反应物均增大至2mol,则两种反应物平衡转化率之比不变
D.若起始温度提高至60℃,可缩短反应达到平衡的时间
答案 D
解析 D错:
温度提高至60℃,化学反应速率虽然加快,但溴乙烷的沸点较低,会挥发出大量的溴乙烷,导致逆反应速率减小,故无法判断达到平衡的时间;A对:
加入NaOH,消耗HBr,平衡左移,乙醇的物质的量增大;B对:
增大HBr浓度,平衡右移,有利于生成溴乙烷;C对:
原反应物按物质的量之比1∶1加入,又因二者反应的化学计量数之比为1∶1,两者的平衡转化率之比为1∶1,若将反应物均增大至2mol,其平衡转化率之比仍为1∶1。
9.已知反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH=+QJ·mol-1,在三个不同容积的容器中分别充入1molCO与2molH2,恒温恒容,测得平衡时CO的转化率如下表:
序号
温度/℃
容器体积
CO转化率
平衡压强/Pa
①
200
V1
50%
p1
②
200
V2
70%
p2
③
350
V3
50%
p3
下列说法正确的是( )
A.反应速率:
③>①>②
B.平衡时体系压强:
p1∶p2=5∶4
C.若容器体积V1>V3,则Q<0
D.若实验②中CO和H2用量均加倍,则CO转化率<70%
答案 C
解析 ①②的温度相同,初始物质的量相同,而转化率②>①,则②可看作在①的基础上加压,即V1>V2,压强p2>p1,因此反应速率:
②>①,A项错误;①与②比较,到达平衡时,平衡混合物的物质的量之比为5∶4,但V1与V2不等,因此平衡时体系压强:
p1∶p2不等于5∶4,B项错误;若容器体积V1>V3、温度相同,则①与③比较,CO的转化率③>①,而现在CO的转化率相同,则可看作在这个基础上③的平衡逆向移动,而升温平衡向吸热反应方向移动,即逆向是吸热反应,C项正确;若实验②中CO和H2用量均加倍则可看作在②的基础上压缩体积,CO转化率增大,D项错误。
10.已知:
2CH3COCH3(l)
CH3COCH2COH(CH3)2(l)。
取等量CH3COCH3分别在0℃和20℃下反应,测得其转化率(α)随时间(t)变化的关系曲线如图所示。
下列说法正确的是( )
A.曲线Ⅱ表示20℃时的转化反应
B.升高温度能提高反应物的平衡转化率
C.在a点时,曲线Ⅰ和Ⅱ表示反应的化学平衡常数相等
D.化学反应速率的大小顺序为:
d>b>c
答案 D
解析 曲线Ⅰ斜率大,反应速率大,是温度较高的情况,A错误;由图像可知曲线Ⅰ对应的平衡转化率明显比曲线Ⅱ小,因而B、C均错;d点对应的温度和反应物的浓度最大,b点与d点的温度相同但反应物的浓度小,b点与c点反应物的浓度相同,但温度高于c点,故D项正确。
11.一定条件下,反应:
6H2(g)+2CO2(g)C2H5OH(g)+3H2O(g)的数据如图所示。
下列说法正确的是( )
A.该反应的ΔH>0
B.达平衡时,v正(H2)=v逆(CO2)
C.b点对应的平衡常数值大于c点
D.a点对应的H2的平衡转化率为90%
答案 D
解析 升高温度,CO2的转化率减小,平衡向左移动,正反应为放热反应,ΔH<0,A项错误;达平衡时,v正(H2)=3v逆(CO2),B项错误;升温,平衡左移,b点温度高,其平衡常数小,C项错误。
解答速率平衡综合判断题的一般思路
(1)紧扣反应特点——解题的依据
看清各物质的状态(有无固体、液体),明确气体分子数的变化(变大、变小、不变),正反应是吸热还是放热。
(2)识别图像特点——正确识图找准解题的突破口
①认清坐标系,弄清纵、横坐标所代表的意义,并与有关原理相结合。
②看清起点,分清反应物、生成物。
浓度减小的是反应物,浓度增大的是生成物,生成物一般以原点为起点。
③看清曲线的变化趋势,注意渐变和突变,分清正、逆反应,从而判断反应特点。
④注意终点。
例如,在浓度—时间图像上,一定要看清终点时反应物的消耗量、生成物的增加量,并结合有关原理进行推理判断。
(3)明确破题方法——分析图像中隐含的信息,找出数据之间的关联点
①先拐先平数值大。
在含量(转化率)—时间曲线中,先出现拐点的反应则先达到平衡,说明该曲线对应反应的反应速率更快,表示温度较高、有催化剂、压强较大等。
②定一议二。
当图像中有三个量时,先确定一个量不变,再讨论另外两个量的关系,有时还需要作辅助线。
(4)掌握分析的方法——三步分析法
一看反应速率是增大还是减小;二看v正、v逆相对大小;三看化学平衡移动的方向。
(5)想规律做判断——对照选项得结论
联想化学反应速率、化学平衡移动规律,将图表与原理结合,对照得出结论。
命题区间特训
A组(15分钟)
1.(2018·河北定州中学质检)反应C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)在一密闭容器中进行,下列说法正确的是( )
A.当v正(CO)=v正(H2)时,反应达平衡状态
B.其他条件不变,仅将容器的体积缩小一半,再次平衡时H2O(g)的平衡浓度可能是原的2.1倍
C.保持体积不变,充入少量He使体系压强增大,反应速率一定增大
D.其他条件不变,适当增加C(s)的质量会使平衡正向移动
答案 B
解析 v正(CO)=v正(H2)都表示正反应速率,且反应始终按此比例进行,故不能说明反应达到平衡状态,A项错误;其他条件不变仅将容器的体积缩小一半,平衡逆向移动,再次平衡时H2O(g)的平衡浓度可能是原的2.1倍,B项正确;保持体积不变,充入少量He使体系压强增大,反应物浓度不变,反应速率不变,C项错误;增加固体质量,平衡不移动,D项错误。
2.下列说法正确的是( )
A.对CO(g)+H2S(g)COS(g)+H2(g)达到平衡后,升高温度,H2S浓度增加,表明该反应是吸热反应
B.对CO(g)+H2S(g)COS(g)+H2(g)达到平衡后,通入CO后,正反应速率逐渐增大
C.一定条件下反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)达到平衡时,3v正(H2)=2v逆(NH3)
D.对于反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g),若断裂3molH—H键,同时生成1molN≡N键,则反应达到平衡
答案 D
解析 A项,升高温度,H2S浓度增加,说明平衡逆向移动,则该反应是放热反应,错误;B项,通入CO后,正反应速率瞬间增大,又逐渐减小,错误;C项,N2(g)+3H2(g)2NH3(g)达到平衡时,应为2v正(H2)=3v逆(NH3),错误。
3.(2018·辽宁丹东五校联考)在恒温恒容密闭容器中,有可逆反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)(正反应为放热反应),下列不能说明该反应已达到平衡状态的是( )
A.正反应生成NO2的速率和逆反应生成O2的速率相等
B.反应容器中压强不随时间变化而变化
C.混合气体颜色深浅保持不变
D.混合气体平均相对分子质量保持不变
答案 A
解析 NO2和O2的化学计量数之比为2∶1,正反应生成NO2的速率和逆反应生成O2的速率相等,正、逆反应速率并不相等,不能说明反应已达到平衡,A项错误;反应前后气体的化学计量数之和不相等,当达到平衡时,气体的压强不变,B项正确;混合气体的颜色不再改变,说明NO2气体的浓度不变,达到平衡状态,C项正确;反应前后气体的化学计量数之和不相等,当达到平衡时,气体的物质的量不变,则混合气体的平均摩尔质量不再改变,D项正确。
4.(2019·北京高三高考模拟)工业制氢气的一个重要反应是:
CO(g)+H2O(g)===CO2(g)+H2(g)。
已知在25℃时:
①C(s)+
O2(g)CO(g) ΔH1=-111J·mol-1
②H2(g)+
O2(g)===H2O(g) ΔH2=-242J·mol-1
③C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH3=-394J·mol-1
下列说法不正确的是( )
A.25℃时,CO(g)+H2O(g)===CO2(g)+H2(g) ΔH=-41J·mol-1
B.增大压强,反应①的平衡向逆反应方向移动,平衡常数减小
C.反应①达到平衡时,每生成1molCO的同时生成0.5molO2
D.反应②断开2molH2和1molO2中的化学键所吸收的能量比形成4molO—H键所放出的能量少484J
答案 B
解析 根据盖斯定律③-②-①得CO(g)+H2O(g)===CO2(g
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