高考化学化学反应的速率与限度经典压轴题附答案解析.docx
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高考化学化学反应的速率与限度经典压轴题附答案解析.docx
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高考化学化学反应的速率与限度经典压轴题附答案解析
高考化学化学反应的速率与限度-经典压轴题附答案解析
一、化学反应的速率与限度练习题(含详细答案解析)
1.超音速飞机在平流层飞行时,尾气中的NO会破坏臭氧层。
科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2,化学方程式:
2NO+2CO
2CO2+N2,为了测定在某种催化剂作用下的反应速率,在某温度下用气体传感器测得不同时间的NO和CO浓度如表:
时间/s
0
1
2
3
4
5
c(NO)
/mol·L-1
1.00×10-3
4.50×10-4
2.50×10-4
1.50×10-4
1.00×10-4
1.00×10-4
c(CO)
/mol·L-1
3.60×10-3
3.05×10-3
2.85×10-3
2.75×10-3
2.70×10-3
2.70×10-3
请回答下列问题(均不考虑温度变化对催化剂催化效率的影响):
(1)若1molNO和1molCO的总能量比1molCO2和0.5molN2的总能量大,则上述反应的
___0(填写“>”、“<”、“=”)。
(2)前2s内的平均反应速率v(N2)=_____________。
(3)计算4s时NO的转化率为____________。
(4)下列措施能提高NO和CO转变成CO2和N2的反应速率的是______(填序号)。
A.选用更有效的催化剂B.升高反应体系的温度
C.降低反应体系的温度D.缩小容器的体积
(5)由上表数据可知,该反应在第______s达到化学平衡状态。
假如上述反应在密闭恒容容器中进行,判断该反应是否达到平衡的依据为________(填序号)。
A.压强不随时间改变B.气体的密度不随时间改变
C.c(NO)不随时间改变D.单位时间里消耗NO和CO的物质的量相等
(6)研究表明:
在使用等质量催化剂时,增大催化剂比表面积可提高化学反应速率。
为了分别验证温度、催化剂比表面积对化学反应速率的影响规律,某同学设计了三组实验,部分实验条件已经填在下面实验设计表中。
实验编号
T/℃
NO初始浓度/mol·L-1
CO初始浓度/mol·L-1
催化剂的比表面积/m2·g-1
Ⅰ
280
1.20×10-3
82
Ⅱ
5.80×10-3
124
Ⅲ
350
124
①请在上表格中填入剩余的实验条件数据_____、_____、______、______、______。
②请在给出的坐标图中,画出上表中的Ⅰ、Ⅱ两个实验条件下混合气体中NO浓度随时间变化的趋势曲线图,并标明各条曲线的实验编号________。
【答案】<1.875
10-4mol·L-1·s-190%ABD4AC5.80
10-32801.20
10-31.20
10-35.80
10-3
【解析】
【分析】
反应热的正负可根据反应物和生成物的总能量的大小比较;能提高反应速率的因素主要有增大浓度、使用催化剂、升高温度、增大表面积、构成原电池等,压强能否改变反应速率要看是否改变了浓度;反应是否达到平衡可以从速率(正逆反应速率是否相等)、量(是否保持不变)、压强、气体平均密度,气体平均摩尔质量、颜色等方面判断;验证多个因素对化学反应速率的影响规律,要控制变量做对比实验,每组对比实验只能有一个变量。
【详解】
(1)反应物比生成物的总能量大,说明是放热反应,
<0;
(2)V(N2)=0.5V(NO)=
=1.875
10-4mol·L-1·s-1。
(3)NO的转化率等于反应掉的NO除以原有总的NO,可列式
=90%。
(4)催化剂可以加快反应速率,A正确;温度越高,反应速率越快,B正确,C错误;缩小容器体积,会增大各组分的浓度,浓度越高,反应速率越快,D正确。
故答案选ABD;
(5)由表中数据可知,第4s后,反应物的浓度不再变化,达到平衡;
A.恒温恒压下,压强不变意味着气体的总物质的量不变,而该反应两边的气体计量数之和不同,气体的总物质的量不变说明达到平衡,A正确;
B.气体的密度等于气体的质量除以体积,因为所有组分都是气体,气体的质量不变,因为恒容容器,所以气体不变,所以气体的密度永远不变,与平衡没有关系,B错误;
C.c(NO)不变,意味着达到平衡,C正确;
D.因为NO和CO的化学计量数之比为1:
1,且都是反应物,所以单位时间里消耗NO和CO的物质的量一定相等,不能说明达到平衡,D错误;
故答案:
4;AC;
(6)①验证多个因素对化学反应速率的影响规律,要控制变量做对比实验。
I和II因为催化剂的比表面积不同,所以其他条件应该是一样的,研究的是催化剂比表面积对化学反应速率的影响规律;II和III因为温度不一样,所以其他条件应该是一样的,研究的是温度对化学反应速率的影响规律;
故答案是:
5.80
10-3,280,1.20
10-3,1.20
10-3,5.80
10-3;
②I和II的区别是催化剂的比表面积,催化剂加快反应速率,所以II更快的达到平衡,但催化剂不影响平衡,所以I和II平衡时NO的浓度一样,c(NO)变化曲线如图:
。
【点睛】
验证多个因素对某物质或某性质的影响规律,要控制变量做对比实验,每组对比实验只能有一个变量。
2.化学反应速率与限度与生产、生活密切相关
(1)A学生为了探究锌与盐酸反应过程中的速率变化,他在200mL稀盐酸中加入足量的锌粉,用排水集气法收集反应放出的氢气,实验记录如下(累计值):
时间(min)
1
2
3
4
5
氢气体积(mL)(标准状况)
100
240
688
810
860
①反应速率最大的时间段是____________(填0~1、1~2、2~3、3~4、4~5)min,原因是____________。
②在2~3min时间段以盐酸的浓度变化来表示的反应速率为____________。
(设溶液体积不变)
(2)B学生也做同样的实验,但由于反应太快,测不准氢气体积,故想办法降低反应速率,请你帮他选择在盐酸中加入下列____________以减慢反应速率。
(填写代号)
A.冰块B.HNO3溶液C.CuSO4溶液
(3)C同学为了探究Fe3+和Cu2+对H2O2分解的催化效果,设计了如图所示的实验。
可通过观察___________________________现象,定性比较得出结论。
有同学提出将FeCl3改为Fe2(SO4)3更为合理,其理由是__________________________,
【答案】2~3因该反应放热,随着反应,溶液温度升高,故反应速率加快0.2mol·L-1·min-1A反应产生气泡的快慢控制阴离子相同,排除阴离子的干扰
【解析】
【分析】
(1)单位时间内生成氢气的体积越大反应速率越快;锌与盐酸反应放热;
②2~3min生成氢气的体积是448mL(标准状况),物质的量是
,消耗盐酸的物质的量0.4mol;
(2)根据影响反应速率的因素分析;
(3)双氧水分解有气泡产生;根据控制变量法,探究Fe3+和Cu2+对H2O2分解,控制阴离子相同;
【详解】
(1)根据表格数据,2min~3min收集的氢气最多,反应速率最大的时间段是2~3min;锌与盐酸反应放热,随着反应,溶液温度升高,故反应速率加快;
②2~3min生成氢气的体积是448mL(标准状况),物质的量是
,消耗盐酸的物质的量0.04mol,
=0.2mol·L-1·min-1;
(2)A.加入冰块,温度降低,反应速率减慢,故选A;
B.加入HNO3溶液,硝酸与锌反应不能生成氢气,故不选B;
C.加入CuSO4溶液,锌置换出铜,构成原电池,反应速率加快,故不选C;
(3)双氧水分解有气泡产生,可通过观察反应产生气泡的快慢,定性比较催化效果;根据控制变量法,探究Fe3+和Cu2+对H2O2分解,控制阴离子相同,排除阴离子的干扰,所以FeCl3改为Fe2(SO4)3更为合理。
【点睛】
本题主要考查化学反应速率的影响因素,明确影响反应速率的因素是解题关键,注意控制变量法在探究影响化学反应速率因素实验中的应用,理解原电池原理对化学反应速率的影响。
3.某温度下在2L密闭容器中,3种气态物质A、B、C的物质的量随时间变化曲线如图。
(1)该反应的化学方程式是________________________
(2)若A、B、C均为气体,10min后反应达到平衡,
①此时体系的压强是开始时的________倍。
②在该条件达到平衡时反应物的转化率为________%(计算结果保留1位小数)
(3)关于该反应的说法正确的是_________。
a.到达10min时停止反应
b.在到达10min之前C气体的消耗速率大于它的生成速率
c.在10min时B气体的正反应速率等于逆反应速率
【答案】2C
A+3B
或1.29或1.366.7%b、c
【解析】
【分析】
(1)由图可知,C是反应物,物质的量分别减少2mol,A、B生成物,物质的量增加1mol、3mol,物质的量变化比等于系数比;
(2)①体系的压强比等于物质的量比;
②转化率=变化量÷初始量×100%;
(3)根据化学平衡的定义判断;
【详解】
(1)由图可知,C是反应物,物质的量减少2mol,A、B生成物,物质的量分别增加1mol、3mol,物质的量变化比等于系数比,所以该反应的化学方程式为:
2C
A+3B;
(2)①体系的压强比等于物质的量比,反应前气体总物质的量是7mol、反应后气体总物质的量是9mol,所以此时体系的压强是开始时的
倍;
②转化率=变化量÷初始量×100%=2÷3×100%=66.7%;
(3)a.根据图象,到达10min时反应达到平衡状态,正逆反应速率相等但不为0,反应没有停止,故a错误;
b.在到达10min之前,C的物质的量减少,所以C气体的消耗速率大于它的生成速率,故b正确;
c.在10min时反应达到平衡状态,所以B气体的正反应速率等于逆反应速率,故c正确;
选bc。
【点睛】
本题考查化学反应中物质的量随时间的变化曲线、以及平衡状态的判断,注意根据化学平衡的定义判断平衡状态,明确化学反应的物质的量变化比等于化学方程式的系数比。
4.化学反应速率和限度与生产、生活密切相关。
(1)某同学为了探究锌与硫酸反应过程中的速率变化,在400mL稀硫酸中加入足量的锌粉,标况下用排水集气法收集反应放出的氢气,实验记录如下(累计值):
①哪一时间段反应速率最大_______min(填“0~1”、“1~2”、“2~3”、“3~4”、“4~5”),原因是________。
②求3~4分钟时间段以盐酸的浓度变化来表示的该反应速率________设溶液体积不变)。
(2)该同学在用稀硫酸与锌制取氢气的实验中,发现加入少量硫酸铜溶液可加快氢气的生成速率。
请回答下列问题:
①硫酸铜溶液可以加快氢气生成速率的原因是_______。
②实验室中现有Na2SO4、MgSO4、Ag2SO4、K2SO4等4种溶液,可与实验中CuSO4溶液起相似作用的是_______。
③要减慢上述实验中气体产生速率,可采取的合力措施有_______、_______(答两种)。
(3)某温度下在4L密闭容器中,X、Y、Z三种气态物质的物质的量随时间变化曲线如图。
①该反应的化学方程式是_______。
②该反应达到平衡状态的标志是_______(填字母)
A.Y的体积分数在混合气体中保持不变B.X、Y的反应速率比为3:
1
C.容器内气体压强保持不变D.容器内气体的总质量保持不变E.生成1molY的同时消耗2molZ
③2min内Y的转化率为_______。
【答案】2~3因该反应是放热反应,此时温度高且盐酸浓度较大,所以反应速率较快.0.025mol·L-1·min-1CuSO4与Zn反应生成的Cu附着在Zn表面形成铜锌原电池加快了化学反应速率;Ag2SO4适当增加硫酸的浓度增加锌粒的表面积;升高温度等(答两种即可)3X(g)+Y(g)⇌2Z(g)AC10%
【解析】
【分析】
(1)①相同时间内收集的气体体积越多,该反应速率越快;温度越高化学反应速率越快;
②先计算生成氢气物质的量,再根据关系式计算消耗n(HCl),利用v=
计算盐酸反应速率;
(2)Zn和硫酸的反应中加入少量的CuSO4溶液,能置换出一定量Cu,在溶液中形成Cu/Zn原电池,原电池反应比化学反应速率快;
②所给四种溶液中只Zn只能置换出Ag;
③从影响反应速率的因素分析;
(3)①根据图知,随着反应进行,X、Y的物质的量减少而Z的物质的量增加,则X和Y是反应物而Z是生成物,反应达到平衡时,△n(X)=(1.0-0.4)mol=0.6mol、△n(Y)=(1.0-0.8)mol=0.2mol、△n(Z)=(0.5-0.1)mol=0.4mol,同一可逆反应中同一段时间内参加反应的各物质的物质的量变化量之比等于其计算之比,据此确定化学方程式;
②可逆反应达到平衡状态时,正逆反应速率相等,反应体系中各物质的物质的量、物质的量浓度、百分含量以及由此引起的一系列物理量不变;
③Y的转化率=
×100%;
【详解】
(1)①相同通条件下,反应速率越大,相同时间内收集的气体越多;由表中数据可知,反应速率最大的时间段是2∼3min,原因是:
该反应是放热反应,温度越高,反应速率越大;
②3∼4分钟时间段,收集的氢气体积=(576−464)mL=112mL,n(H2)=
=0.005mol,根据氢气和HCl关系式得消耗的n(HCl)=2n(H2)=2×0.005mol=0.01mol,则v(HCl)=
=0.025mol/(L⋅min);
(2)Zn和硫酸的反应中加入少量的CuSO4溶液,能置换出一定量Cu,在溶液中形成Cu/Zn原电池,而加快化学反应速率;
②所给四种溶液中只Zn只能置换出Ag,即Ag2SO4与CuSO4溶液具有相似的作用;
③为加快Zn和硫酸的反应速率可从升温、适当增大硫酸的浓度、增大锌的比表面积等角度考虑,可采取的合力措施有:
增加锌的表面积;升高温度或适当增大硫酸的浓度等;
(3)①根据图知,随着反应进行,X、Y的物质的量减少而Z的物质的量增加,则X和Y是反应物而Z是生成物,反应达到平衡时,△n(X)=(1.0−0.4)mol=0.6mol、△n(Y)=(1.0−0.8)mol=0.2mol、△n(Z)=(0.5−0.1)mol=0.4mol,同一可逆反应中同一段时间内参加反应的各物质的物质的量变化量之比等于其计算之比,X、Y、Z的计量数之比=0.6mol:
0.2mol:
0.4mol=3:
1:
2,则该反应方程式为3X(g)+Y(g)⇌2Z(g);
②A.Y的体积分数在混合气体中保持不变,说明各物质的量不变,反应达到平衡状态,故A正确;
B.X、Y的反应速率比为3:
1时,如果反应速率都是指同一方向的反应速率,则该反应不一定达到平衡状态,故B错误;
C.反应前后气体压强减小,当容器内气体压强保持不变时,各物质的物质的量不变,反应达到平衡状态,故C正确;
D.容器内气体的总质量一直保持不变,故D错误;
E.生成1molY的同时消耗2molZ,所描述的为同向反应过程,不能判断反应达到平衡状态,故E错误;
答案选AC;
③Y的转化率=
×100%=
×100%=10%。
5.一定条件下,在2L密闭容器中发生反应:
3A(g)+B(g)⇌2C(g),开始时加入4molA、6molB、2molC,2min末测得C的物质的量是3mol。
(1)用A的浓度变化表示的反应速率是:
________;
(2)在2min末,B的浓度为:
___________;
(3)若改变下列一个条件,推测该反应速率发生的变化(填变大、变小、或不变)①升高温度,化学反应速率_____;②充入1molB,化学反应速率___;③将容器的体积变为3L,化学反应速率_________。
【答案】0.375mol·L-1·min-12.75mol·L-1变大变大变小
【解析】
【分析】
根据题干信息,建立三段式有:
据此分析解答。
【详解】
(1)2min内,用A的浓度变化表示的反应速率为:
,故答案为:
0.375mol·L-1·min-1;
(2)根据上述分析可知。
在2min末,B的物质的量为5.5mol,则B的浓度
,故答案为:
2.75mol·L-1;
(3)①升高温度,体系内活化分子数增多,有效碰撞几率增大,化学反应速率变大,故答案为:
变大;
②冲入1molB,体系内活化分子数增多,有效碰撞几率增大,化学反应速率变大,故答案为:
变大;
③将容器的体积变为3L,浓度减小,单位体积内的活化分子数减小,有效碰撞几率减小,化学反应速率变小,故答案为:
变小。
6.光气(COCl2)常作有机合成、农药、药物、燃料及其他化工制品的中间体。
(1)COCl2结构与甲醛相似,写出COCl2电子式_____;解释COCl2的沸点比甲醛高的原因是_____。
(2)密闭容器中吸热反应COCl2(g)
Cl2(g)+CO(g)达到平衡后,改变一个条件,各物质的浓度变化如图所示(10~14min时有一物质浓度变化未标出)。
①说明该反应已达到平衡状态的是_____。
a.C(COCl2)=C(Cl2)
b.ʋ正(COCl2)=ʋ逆(CO)
c.容器内温度保持不变
d.容器内气体密度保持不变
②4~10min平均反应速率v(COCl2)为_____;10min时改变的反应条件是_____。
③0~4min、8~10min和16~18min三个平衡常数依次为K1、K2、K3,比较其大小____;说明理由____。
【答案】
均为分子晶体,COCl2式量较大,范德华力较强,沸点较高bc0.0025mol/(L·min)分离出COK1 【解析】 【分析】 (1)甲醛的结构式是 ;COCl2的相对分子质量大于甲醛; (2)①根据平衡标志分析; ②根据 计算4~10min平均反应速率v(COCl2);由图象可知10min时CO的浓度突然减小,后逐渐增大,10min时Cl2的浓度逐渐增大; ③根据图象可知,4min时改变的条件是升高温度、14min时,各物质浓度均减小,改变的条件是减小压强。 【详解】 (1)甲醛的结构式是 ,COCl2结构与甲醛相似,COCl2电子式是 ;甲醛、COCl2均为分子晶体,COCl2式量较大,范德华力较强,沸点较高; (2)①a.c(COCl2)=c(Cl2)时,浓度不一定不再改变,反应不一定平衡,故不选a; b.反应达到平衡状态时,正逆反应速率比等于系数比,ʋ正(COCl2)=ʋ逆(CO),一定平衡,故选b; c.正反应吸热,密闭容器内温度是变量,容器内温度保持不变,反应一定平衡,故选c; d.气体质量不变、容器体积不变,根据 ,密度是恒量,容器内气体密度保持不变,不一定平衡,故不选d; 选bc; ②根据图象,4~10min内COCl2浓度变化是0.055mol/L-0.04mol/L=0.015mol/L, 0.0025mol/(L·min);由图象可知10min时CO的浓度突然减小,后逐渐增大,10min时Cl2的浓度逐渐增大,可知10min时改变的条件是分离出CO,平衡正向移动,氯气浓度增大; ③根据图象可知,4min时改变的条件是升高温度,正反应吸热,升高温度平衡正向移动,平衡常数增大,所以K1 7.反应A(g) B(g)+C(g)在容积为1.0L的密闭容器中进行,A的初始浓度为0.050mol/L。 温度T1和T2下A的浓度与时间关系如图所示。 回答下列问题: (1)上述反应是______________(填”吸热反应”或”放热反应”),温度T1_____T2,(填“大于”、“小于”或“等于”,下同)平衡常数K(T1)_______K(T2)。 (2)若温度T2时,5min后反应达到平衡,A的转化率为70%,则: ①平衡时体系总的物质的量为___________。 ②反应在0~5min区间的平均反应速率v(A)=____________。 (3)在温度T1时,若增大体系压强,A的转化率_________(填“增大”、“减小”或“不变”,下同),平衡常数________。 【答案】吸热反应小于小于0.085mol0.007mol/(L∙min)减小不变 【解析】 【分析】 由图象中的信息可知,T2到达平衡所用的时间较少,故T1<T2;温度升高后,反应物A的浓度减小,说明平衡向正反应方向移动,故该反应为吸热反应。 【详解】 (1)由上述分析可知,该反应是吸热反应,温度T1小于T2,温度升高,该化学平衡向正反应方向移动,故平衡常数K(T1)小于K(T2)。 (2)A的初始浓度为0.050mol/L,则A的起始量为0.05mol。 若温度T2时,5min后反应达到平衡,A的转化率为70%,则A的变化量为0.035mol,B和C的变化量同为0.035mol。 ①平衡时体系总的物质的量为0.05mol-0.035mol+0.035mol⨯2=0.085mol。 ②容积为1.0L,则反应在0~5min区间的平均反应速率v(A)= 0.007mol/(L∙min)。 (3)A(g) B(g)+C(g),该反应正反应方向是气体分子数增大的方向。 在温度T1时,若增大体系压强,平衡向逆反应方向移动,A的转化率减小,由于平衡常数只与温度有关,故平衡常数不变。 【点睛】 要注意化学平衡的移动不一定能改变平衡常数,因为化学平衡常数只与温度有关,对于一个指定的可逆反应,其平衡常数只随温度的变化而变化。 8.甲醇是重要的有机化工原料,目前世界甲醇年产量超过2.1×107吨,在能源紧张的今天,甲醇的需求也在增大。 甲醇的合成方法是: (ⅰ)CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)ΔH=-90.1kJ·mol-1 另外: (ⅱ)2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)ΔH=-566.0kJ·mol-1 (ⅲ)2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)ΔH=-572.0kJ·mol-1 回答下列问题: (1)甲醇的燃烧热为__kJ·mol-1。 (2)在碱性条件下利用一氯甲烷(CH3Cl)水解也可制备少量的甲醇,该反应的化学方程式为__。 (3)若反应在密闭恒容绝热容器中进行,反应(iv)CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)ΔH=+41.1kJ·mol-1对合成甲醇反应中CO的转化率的影响是(_________) a.增大b.减小c.无影响d.无法判断 (4)在恒温恒容的密闭容器中发生反应(ⅰ),各物质的浓度如下表: 浓度/mol·L-1 时间/min c(CO) c(H2) c(CH3OH) 0 0.8 1.6 0 2 0.6 x 0.2 4 0.3 0.6 0.5 6 0.3 0.6 0.5
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