备战高考化学化学反应的速率与限度大题培优含详细答案Word文档下载推荐.docx
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【详解】
(1)由表格中的数据可知:
相同浓度的H2O2,加入的MnO2越多,反应所用的时间越短,即分解速率越快。
(2)用0.1g催化剂的反应速率明显小于用0.3g和0.8g催化剂的反应速率;
用0.8g催化剂和用0.3g催化剂的反应速率及反应时间相差不多,但用0.3g催化剂节约药品。
(3)从表中数据可知,相同体积3.0%的双氧水中的溶质含量是1.5%的双氧水中溶质含量的二倍,但反应的时间却比其反应时间的二倍小得多,由反应速率计算公式可得出,此实验条件下双氧水的浓度越大分解速率越快,由此得出上述结论不正确;
(4)加快反应速率的措施常见的有:
增加反应物浓度、适当升高温度、增加反应物表面积(接触面积)、使用催化剂等。
2.一定温度下,在2L的密闭容器中,X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示:
(1)写出该反应的化学方程式_________________________。
(2)计算反应开始到10s,用X表示的反应速率是___________。
(3)下列叙述中能说明上述反应达到平衡状态的是_________。
a.当X与Y的反应速率之比为1:
1
b.混合气体中X的浓度保持不变
c.X、Y、Z的浓度之比为1:
1:
2
(4)为使该反应的反应速率增大,可采取的措施是_______。
a.适当降低温度b.扩大容器的体积c.充入一定量Z
【答案】X+Y
2Z0.0395mol·
L-1·
s-1bc
由图表可知,随反应进行X、Y的物质的量减小,Z的物质的量增大,所以X、Y是反应物,Z是生产物,l0s后X、Y、Z的物质的量为定值,不为0,即10s达到平衡状态,反应是可逆反应,且△n(X):
△n(Y):
△n(Z)=(1.20-0.41)mol:
(1.00-0.21)mol:
1.58mol=1:
2,参加反应的物质的物质的量之比等于化学计量数之比,故反应化学方程式为X(g)+Y(g)⇌2Z(g),然后结合v=
及平衡的特征“等、定”及速率之比等于化学计量数之比来解答。
(1)由上述分析可知,该反应的化学方程式为X(g)+Y(g)⇌2Z(g);
(2)反应开始到10s,用X表示的反应速率是
=0.0395mol•(L•s)-1;
(3)a.随着反应的进行,X与Y的反应速率之比始终为1:
1,则不能判断是平衡状态,故a错误;
b.混合气体中X的浓度保持不变,符合平衡特征“定”,为平衡状态,故b正确;
c.X、Y、Z的浓度之比为1:
1:
2,与起始量、转化率有关,不能判断是平衡状态,故c错误;
故答案为b;
(4)a.适当降低温度,反应速率减小,故a错误;
b.扩大容器的体积,浓度减小,反应速率减小,故b错误;
c.充入一定量Z,浓度增大,反应速率加快,故c选;
故答案为c。
【点睛】
注意反应达到平衡状态时,正逆反应速率相等,必须是同一物质的正逆反应速率相等;
反应达到平衡状态时,平衡时各种物质的物质的量、浓度等不再发生变化,此类试题中容易发生错误的情况往往有:
平衡时浓度不变,不是表示浓度之间有特定的大小关系;
正逆反应速率相等,不表示是数值大小相等;
对于密度、相对分子质量等是否不变,要具体情况具体分析等。
3.二氧化氮在火箭燃料中可用作氧化剂,在亚硝基法生严流酸甲可用作催化剂,但直接将二氧化氮排放会造成环境污染。
已知反应CH4(g)+2NO2(g)
N2(g)+CO2(g)+2H2O(g),起始时向体积为V的恒容密闭容器中通人2molCH4和3molNO2,测得CH4.、N2、H2O的物质的量浓度与时间的关系如图所示。
(1)容器体积V=_______L。
(2)图中表示H2O的物质的量浓度与时间关系的是曲线___________.(填“甲”“乙"
或"
丙"
)。
(3)0~5min内,用N2表示的化学反应速率为____________________mol·
min-1。
(4)a、b、c三点中达到平衡的点是______。
达到平衡时,NO2的转化率是___________(物质平衡转化=转化的物质的量/起始的物质的量×
100%)。
(5)a点时,c(CO2)=__________mol·
L-1(保留两位小数),n(CH4):
n(NO2)=_________________。
【答案】2甲0.1c80%或0.80.334:
5
依据图像,根据反应物、生成物反应前后物质的量变化之比等于物质的量之比确定甲、乙、丙三条曲线分别代表CH4.、N2、H2O中的哪种物质;
依据单位时间内浓度的变化,计算出0~5min内,用N2表示的化学反应速率;
达到平衡时的判断依据。
(1)起始时向体积为V的恒容密闭容器中通人2molCH4和3molNO2,测得CH4.、N2、H2O的物质的量浓度与时间的关系如图所示,CH4是反应物,即起始时的物质的量浓度为1.0mol·
L-1,依据c=
,得V=
=
=2L;
(2)由
(1)可知,丙代表CH4,从开始到平衡时,甲代表的物质的物质的量浓度增加量:
1.2mol·
L-1,乙代表的物质的物质的量浓度增加量:
0.6mol·
L-1,故从开始到平衡时,甲代表的物质的物质的量浓度增加量:
L-1×
2L=2.4mol;
故从开始到平衡时,乙代表的物质的物质的量浓度增加量:
2L=1.2mol,根据反应物、生成物反应前后物质的量变化之比等于物质的量之比,故甲代表H2O的物质的量浓度与时间关系,乙代表N2的物质的量浓度与时间关系;
(3)乙代表N2的物质的量浓度与时间关系,0~5min内,N2的物质的量浓度变化量为:
0.5mol·
L-1-0=0.5mol·
L-1,v(N2)=
=0.1mol·
min-1;
(4)当达到平衡时反应物、生成物的浓度不再随着时间的变化而变化,故a、b、c三点中达到平衡的点是c;
达到平衡时,c(N2)=0.6mol·
L-1,即从开始平衡,N2的物质的量增加了:
2L=1.2mol,CH4(g)+2NO2(g)
N2(g)+CO2(g)+2H2O(g),依据方程式中反应物、生成物的物质的量的变化量之比等于化学计量数之比,即从开始到平衡,NO2的物质的量变化量为:
1.2mol×
2=2.4mol,故达到平衡时,NO2的转化率是
=80%;
(5)设a点时的浓度为xmol·
L-1,CH4(g)+2NO2(g)
N2(g)+CO2(g)+2H2O(g),依据方程式中反应物、生成物的物质的量的变化量之比等于化学计量数之比,(1.0-x):
x=1:
2,x=0.67,
=0.67mol·
2L=1.34mol,
=1:
2:
2,a点时,
=0.67mol,c(CO2)=
=0.33mol·
L-1;
=0.67mol,
=1.34mol,故a点时,n(CH4):
n(NO2)=(2mol-0.67mol):
(3mol-1.34mol)=4:
5。
4.在2L密闭容器中,800℃时反应2NO(g)+O2(g)
2NO2(g)体系中,n(NO)随时间的变化如下表:
时间/s
3
4
5
n(NO)/mol
0.020
0.010
0.008
0.007
(1)写出该反应的平衡常数表达式:
K=________,已知:
K(300℃)>K(350℃),该反应是________反应(填“放热”或“吸热”)。
(2)下图中表示NO2的变化的曲线是___,用O2的浓度变化表示从0~2s内该反应的平均速率v=__________。
(3)能说明该反应已经达到平衡状态的是(______)。
a.v(NO2)=2v(O2)b.容器内压强保持不变
c.v逆(NO)=2v正(O2)d.容器内物质的密度保持不变
(4)能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NO2气体b.适当升高温度
c.增大O2的浓度d.选择高效的催化剂
【答案】c2(NO2)/c2(NO)c(O2)放热b1.5×
10-3mol·
L-1·
s-1bcc
(1)2NO(g)+O2(g)
2NO2(g)反应的平衡常数K=c2(NO2)/[c2(NO)·
c(O2)],因为升温平衡向吸热反应方向进行,已知:
K(300℃)>K(350℃),温度越高平衡常数越小,升温平衡逆向进行,则该正反应为放热反应。
故答案为c2(NO2)/c2(NO)c(O2);
放热;
(2)由表中数据可知从3s开始,NO的物质的量为0.007mol,不再变化,3s时反应达平衡,NO2是产物,随反应进行浓度增大。
平衡时NO浓度的变化量△c(NO)=(0.02mol−0.007mol)/2L=0.0065mol/L,所以图中表示NO2变化的曲线是b;
2s内用NO表示的平均反应速率v(NO)=△n/V△t=(0.02mol−0.008mol)/(2L
2s)=3.0×
10−3mol⋅L−1⋅s−1,速率之比等于化学计量数之比,所以v(O2)=1/2v(NO)=1/2×
3.0×
10−3mol⋅L−1⋅s−1=1.5×
10−3mol⋅L−1⋅s−1。
1.5×
10−3mol⋅L−1⋅s−1;
(3)a.未指明正逆速率,若均表示同一方向反应速率,v(NO2)自始至终为v(O2)的2倍,不能说明达到平衡,故a错误;
b.容器体积不变,随反应进行,反应混合气体总的物质的量在减小,容器内压强减小,当容器内压强保持不变,说明反应到达平衡,故b正确;
c.不同物质表示速率,到达平衡时,正逆速率之比等于化学计量数之比,V逆(NO):
V正(O2)=2:
1,即V逆(NO)=2v正(O2),故c正确;
d.混合气体的总质量不变,容器容积为定值,所以密度自始至终不变,不能说明达到平衡,故d错误。
故答案为bc;
(4)a.及时分离除NO2气体平衡向右移动,但反应速率减小,故a错误;
b.适当升高温度,反应速率增大但平衡向逆反应方向移动,故b错误;
c.增大O2的浓度反应速率增大,且该反应向正反应方向移动,故c正确;
d.选择高效催化剂能增大反应速率,但平衡不移动,故d错误。
5.现代工业的发展导致CO2的大量排放,对环境造成的影响日益严重,通过各国科技工作者的努力,已经开发出许多将CO2回收利用的技术,其中催化转化法最具应用价值。
回答下列问题:
(1)在催化转化法回收利用CO2的过程中,可能涉及以下化学反应:
①CO2(g)+2H2O
(1)
CH3OH
(1)+
O2(g)△H=+727kJ·
mol-1△G=+703kJ·
mol-1
②CO2(g)+2H2O
(1)
CH4(g)+2O2(g)△H=+890kJ·
mol-1△G=+818kJ·
③CO2(g)+3H2(g)
CH3OH
(1)+H2O
(1)△H=-131kJ·
mol-1△G=-9.35kJ·
④CO2(g)+4H2(g)
CH4(g)+2H2O
(1)△H=-253kJ·
mol-1△G=-130kJ·
从化学平衡的角度来看,上述化学反应中反应进行程度最小的是____,反应进行程度最大的是_____。
(2)反应CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(g)称为Sabatier反应,可用于载人航空航天工业。
我国化学工作者对该反应的催化剂及催化效率进行了深入的研究。
①在载人航天器中利用Sabatier反应实现回收CO2再生O2,其反应过程如图所示,这种方法再生O2的最大缺点是需要不断补充_________(填化学式)。
②在1.5MPa,气体流速为20mL·
min-l时研究温度对催化剂催化性能的影响,得到CO2的转化率(%)如下:
分析上表数据可知:
_____(填化学式)的催化性能更好。
③调整气体流速,研究其对某一催化剂催化效率的影响,得到CO2的转化率(%)如下:
相同温度时,随着气体流速增加,CO2的转化率____(填“增大”或“减小”),其可能的原因是_________________________________。
④在上述实验条件中,Sabatier反应最可能达到化学平衡状态的温度是____,已知初始反应气体中V(H2):
V(CO2)=4:
l,估算该温度下的平衡常数为___________(列出计算表达式)。
(3)通过改变催化剂可以改变CO2与H2反应催化转化的产物,如利用Co/C作为催化剂,反应后可以得到含有少量甲酸的甲醇。
为了研究催化剂的稳定性,将Co/C催化剂循环使用,相同条件下,随着循环使用次数的增加,甲醇的产量如图所示,试推测甲醇产量变化的原因_________________________________。
(已知Co的性质与Fe相似)
【答案】②④H2Co4N/Al2O3减小气流流速加快,导致反应物与催化剂接触时间不够360℃
反应产生的甲酸腐蚀催化剂,使催化剂活性降低
(1)在温度、压强一定的条件下,反应总是向△G<0的方向进行,由此判断。
(2)①分析反应过程图,CO2、O2、H2O属于循环过程中始终在循环过程中的,而H2属于循环过程中加入的,由此可知正确答案;
②分析表中数据,在相同温度下,对比不同催化剂时CO2的转化率可选择出催化性能更好的催化剂;
③分析表中数据,在温度不变的情况下,气流速度增大,CO2的转化率逐渐降低,据此分析原因;
④分析表中数据,大部分数据显示,在气流速度不变的情况下,CO2的转化率随着温度的增大而逐渐增大,但增大的幅度在逐渐减小,故在上述实验条件中,Sabatier反应最可能达到化学平衡状态的温度是360℃,根据此时CO2的转化率,计算该温度下的平衡常数;
(3)由图可知,随着Co/C催化剂循环次数的增多,甲醇的产量逐渐降低,说明该催化剂在循环过程中受到一定程度的影响,结合产物的性质进行分析;
(1)分析四个反应,根据在温度、压强一定的条件下,反应总是向△G<0的方向进行,反应的△G越小反应进行程度越大,反之反应进行的程度就越小,故上述化学反应中反应进行程度最小的是②,反应进行程度最大的是④。
答案为:
②;
④;
(2)①分析循环图,只有H2需不断补充,答案为:
H2;
②对比表中的数据,在相同温度下,催化剂为Co4N/Al2O3时,CO2的转化率更大,答案为:
Co4N/Al2O3;
③分析表中数据,温度不变时,随着气体流速的逐渐增大,CO2的转化率逐渐减小,可能是气体流速过快,来不及和催化剂充分接触,导致CO2的转化率减小。
减小;
气流流速加快,导致反应物与催化剂接触时间不够;
④分析表中数据,大部分数据表明,在320℃至360℃时,气体流速不变的情况下,CO2的转化率的增大幅度在逐渐减小,由此可知Sabatier反应最可能达到化学平衡状态的温度是360℃,结合题中所给信息,选择气体流速为10mL·
min-1时CO2的转化率进行计算。
已知初始反应气体中V(H2):
l,根据在密闭容器里,全部由气体参与的反应中,压强、温度不变时,气体的体积比等于物质的量之比,可知V(H2):
V(CO2)=n(H2):
n(CO2)=4:
l,设初始气体中H2的物质的量为4mol,CO2的物质的量为1mol,则有:
在密闭容器中,全部由气体参与的反应中,平衡时气体的物质的量之比=气体物质的量浓度之比,可知该温度下,该反应的平衡常数K=
。
360℃;
;
(3)根据题中催化剂循环次数和甲醇产量的关系:
催化剂的循环次数越多,甲醇的产量逐渐降低,说明催化剂一定程度受到了其他物质的影响,结合题给信息:
用Co/C作为催化剂,反应后可以得到含有少量甲酸的甲醇。
又已知Co的性质与Fe相似,说明甲酸可与催化剂中的Co进行反应,故催化剂的活性降低,进而影响甲醇的产量,答案为:
反应产生的甲酸腐蚀催化剂,使催化剂活性降低。
6.某温度下,在一个2L的密闭容器中,X、Y、Z三种物质的物质的量随时间的变化曲线如图所示。
根据图中数据,填写下列空白:
(1)从开始至2min,X的平均反应速率为__。
(2)该反应的化学方程式为___。
(3)1min时,v(正)__v(逆),2min时,v(正)__v(逆)。
(填“>
”或“<
”或“=”)。
(4)上述反应在甲、乙两个相同容器内同时进行,分别测得甲中v(X)=9mol·
min-1,乙中v(Y)=0.5mol·
s-1,则___中反应更快。
(5)若X、Y、Z均为气体,在2min时,向容器中通入氩气(容器体积不变),X的化学反应速率将___,若加入适合的催化剂,Y的化学反应速率将___。
(填“变大”或“不变”或“变小”)。
(6)若X、Y、Z均为气体(容器体积不变),下列能说明反应已达平衡的是___。
a.X、Y、Z三种气体的浓度相等
b.气体混合物物质的量不再改变
c.反应已经停止
d.反应速率v(X)︰v(Y)=3︰1
e.(单位时间内消耗X的物质的量):
(单位时间内消耗Z的物质的量)=3︰2
f.混合气体的密度不随时间变化
【答案】0.075mol•L-1•min-13X+Y
2Z>=乙不变变大be
由图可知,从反应开始到达到平衡,X、Y的物质的量减少,应为反应物,Z的物质的量增加,应为生成物,从反应开始到第2分钟反应到达平衡状态,X、Y消耗的物质的量分别为0.3mol、0.1mol,Z的生成的物质的量为0.2mol,物质的量的变化量之比为3:
2,物质的量变化之比等于化学计量数之比,则化学方程式为3X+Y
2Z,结合v=
及平衡的特征“等、定”及衍生的物理量来解答。
(1)从开始至2min,X的平均反应速率为
=0.075mol/(L•min);
(2)从反应开始到第2分钟反应到达平衡状态,X、Y消耗的物质的量分别为0.3mol、0.1mol,Z的生成的物质的量为0.2mol,物质的量的变化量之比为3:
2Z;
(3)1min时,反应正向进行,则正逆反应速率的大小关系为:
v(正)>v(逆),2min时,反应达到平衡状态,此时v(正)=v(逆);
(4)甲中v(X)=9mol·
min-1,当乙中v(Y)=0.5mol·
s-1时v(X)=3v(Y)=1.5mol·
s-1=90mol·
min-1,则乙中反应更快;
(5)若X、Y、Z均为气体,在2min时,向容器中通入氩气(容器体积不变),容器内压强增大,但X、Y、Z的浓度均不变,则X的化学反应速率将不变;
若加入适合的催化剂,Y的化学反应速率将变大;
(4)a.X、Y、Z三种气体的浓度相等,与起始量、转化率有关,不能判定平衡,故a错误;
b.气体混合物物质的量不再改变,符合平衡特征“定”,为平衡状态,故b正确;
c.平衡状态是动态平衡,速率不等于0,则反应已经停止不能判断是平衡状态,故c错误;
d.反应速率v(X):
v(Y)=3:
1,不能说明正反应速率等于逆反应速率,不能判定平衡,故d错误;
e.(单位时间内消耗X的物质的量):
(单位时间内消耗Z的物质的量)=3:
2,说明X的正、逆反应速率相等,为平衡状态,故e正确;
f.混合气体的质量始终不变,容器体积也不变,密度始终不变,则混合气体的密度不随时间变化,无法判断是平衡状态,故f错误;
故答案为be。
化学平衡的标志有直接标志和间接标志两大类。
一、直接标志:
正反应速率=逆反应速率,注意反应速率的方向必须有正向和逆向。
同时要注意物质之间的比例关系,必须符合方程式中的化学计量数的比值。
二、间接标志:
①各物质的浓度不变;
②各物质的百分含量不变;
③对于气体体积前后改变的反应,压强不变是平衡的标志;
④对于气体体积前后不改变的反应,压强不能做标志;
⑤对于恒温恒压条件下的反应,气体体积前后改变的反应密度不变是平衡标志;
⑥对于恒温恒容下的反应,有非气体物质的反应,密度不变是平衡标志。
7.CH4超干重整CO2技术可得到富含CO的化工原料。
(1)CH4超干重整CO2的催化转化如图所示:
①关于上述过程Ⅱ的说法不正确的是________(填序号)。
a.实现了含碳物质与含氢物质的分离
b.可表示为CO2+H2=H2O(g)+CO
c.CO未参与反应
d.Fe3O4、CaO为催化剂,降低了反应的ΔH
②其他条件不变,在不同催化剂(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)作用下,反应CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)进行相同时间后,CH4的转化率随反应温度的变化如图所示。
a点所代表的状态_________(填“是”或“不是”)平衡状态;
b点CH4的转化率高于c点,原因是_________________________________________。
(2)在一刚性密闭容器中,加入Ni/α-Al2O3催化剂并加热至1123K,使CH4和CO2发生反应CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g),初始时CH4和CO2的分压分别为20kPa、25kPa,研究表明CO的生成速率υ(CO)=1.3×
10-2·
p(CH4)·
p(CO2)mol·
g-1·
s-1,某时刻测得p(CO)=20kPa,则p(CO2)=________kPa,υ(CO)=________mol·
s-1。
【答案】cd不是b和c都未达平衡,b点温度高,反应速率快,相同时间内转
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