备战高考化学化学反应的速率与限度的推断题综合复习含答案.docx
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备战高考化学化学反应的速率与限度的推断题综合复习含答案
备战高考化学化学反应的速率与限度的推断题综合复习含答案
一、化学反应的速率与限度练习题(含详细答案解析)
1.在一固定容积的密闭容器中进行着如下反应:
CO2(g)+H2(g)
CO(g)+H2O(g),其平衡常数K和温度t的关系:
t℃
700
800
850
1000
1200
K
2.6
1.7
1.0
0.9
0.6
(1)K的表达式为:
_________;
(2)该反应的正反应为_________反应(“吸热”或“放热”);
(3)下列选项中可作为该反应在850℃时已经达到化学平衡状态的标志的是:
_________。
A.容器中压强不再变化B.混合气体中CO浓度不再变化
C.混合气体的密度不再变化D.c(CO2)=c(CO)=c(H2)=c(H2O)
(4)当温度为850℃,某时刻测得该温度下的密闭容器中各物质的物质的量见表:
CO
H2O
CO2
H2
0.5mol
8.5mol
2.0mol
2.0mol
此时上述的反应中正、逆反应速率的关系式是_________(填代号)。
A.v(正)>v(逆)B.v(正)<v(逆)C.v(正)=v(逆)D.无法判断
(5)在700℃通过压缩体积增大气体压强,则该反应中H2(g)的转化率_________(“增大”、“减小”或“不变”);工业生产中,通过此方法使容器内气体压强增大以加快反应,却意外发现H2(g)的转化率也显著提高,请你从平衡原理解释其可能原因是__________________________________________。
Ⅱ.设在容积可变的密闭容器中充入10molN2(g)和10molH2(g),反应在一定条件下达到平衡时,NH3的体积分数为0.25。
(6)求该条件下反应N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)的平衡常数__________。
(设该条件下,每1mol气体所占的体积为VL)上述反应的平衡时,再充入10mol的N2,根据计算,平衡应向什么方向移动?
[需按格式写计算过程,否则答案对也不给分]__________。
【答案】
放热B、DB不变压强增大使水蒸气液化,平衡向右移动8V2(mol·L-1)-2平衡向逆反应方向移动
【解析】
【分析】
根据平衡常数随温度的变化规律分析反应的热效应,根据化学平衡状态的特征分析达到化学平衡状态的标志,根据平衡移动原理分析化学平衡影响化学平衡移动的因素,根据浓度商与平衡常数的关系分析平衡移动的方向。
【详解】
(1)根据化学平衡常数的定义,可以写出该反应的K的表达式为
;
(2)由表中数据可知,该反应的平衡常数随着温度的升高而减小,说明升高温度后化学平衡向逆反应方向移动,故该反应的正反应为放热反应;
(3)A.该反应在建立化学平衡的过程中,气体的分子数不发生变化,故容器内的压强也保持不变,因此,无法根据容器中压强不再变化判断该反应是否达到平衡;
B.混合气体中CO浓度不再变化,说明正反应速率等于逆反应速率,该反应达到化学平衡状态;
C.由于容器的体积和混合气体的质量在反应过程中均保持不变,故混合气体的密度一直保持不变,因此,无法根据混合气体的密度不再变化判断该反应是否到达化学平衡状态;
D.由表中数据可知,该反应在850℃时K=1,当c(CO2)=c(CO)=c(H2)=c(H2O)时,
=1=K,故可以据此判断该反应到达化学平衡状态。
综上所述,可以作为该反应在850℃时已经达到化学平衡状态的标志的是B、D。
(4)当温度为850℃,由于反应前后气体的分子数不变,故可以根据某时刻该温度下的密闭容器中各物质的物质的量的数据求出Qc=
=
>1(该温度下的平衡常数),因此,此时上述的反应正在向逆反应方向进行,故v(正)<v(逆),选B。
(5)在700℃通过压缩体积增大气体压强,由于反应前后气体的分子数不变,则该化学平衡不移动,故H2(g)的转化率不变;工业生产中,通过此方法使容器内气体压强增大以加快反应,却意外发现H2(g)的转化率也显著提高,根据平衡移动原理分析,其可能原因是:
压强增大使水蒸气液化,正反应成为气体分子数减少的方向,故化学平衡向右移动。
Ⅱ.(6)在容积可变的密闭容器中充入10molN2(g)和10molH2(g),反应在一定条件下达到平衡时,NH3的体积分数为0.25。
设氮气的变化量为xmol,则氢气和氨气的变化量分别为3x和2x,
,解之得x=2,则N2(g)、H2(g)、NH3(g)的平衡量分别为8mol、4mol、4mol。
由于该条件下每1mol气体所占的体积为VL,则在平衡状态下,气体的总体积为16VL,故该条件下该反应的平衡常数为
8V2(mol·L-1)-2。
上述反应平衡时,再充入10mol的N2,则容器的体积变为26VL,此时,Qc=
9.4V2(mol·L-1)-2>K,故平衡向逆反应方向移动。
2.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。
3.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·L-1·min-1,乙中v(Y)=0.5mol·L-1·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
【解析】
【分析】
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:
1:
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。
【详解】
(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:
1:
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;
(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·L-1·min-1,当乙中v(Y)=0.5mol·L-1·s-1时v(X)=3v(Y)=1.5mol·L-1·s-1=90mol·L-1·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。
【点睛】
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。
4.偏二甲肼与N2O4是常用的火箭推进剂,二者发生如下化学反应:
(CH3)2NNH2(l)+2N2O4(l)====2CO2(g)+3N2(g)+4H2O(g)(Ⅰ)
(1)反应(Ⅰ)中氧化剂是_____________________________。
(2)火箭残骸中常出现红棕色气体,原因为:
N2O4(g)
2NO2(g)(Ⅱ)当温度升高时,气体颜色变深,则反应(Ⅱ)为_______(填“吸热”或“放热”)反应。
(3)一定温度下,反应(Ⅱ)的焓变为ΔH。
现将1molN2O4充入一恒压密闭容器中,下列示意图正确且能说明反应达到平衡状态的是____________。
若在相同温度下,上述反应改在体积为1L的恒容密闭容器中进行,平衡常数______(填“增大”“不变”或“减小”),反应3s后NO2的物质的量为0.6mol,则0~3s内的平均反应速率v(N2O4)=________mol·L-1·s-1。
【答案】N2O4吸热ad不变0.1
【解析】
【分析】
(1)所含元素化合价降低的反应物是氧化剂;
(2)当温度升高时,气体颜色变深,说明N2O4(g)
2NO2(g)平衡正向移动;
(3)在一定条件下,当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时(但不为0),反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态,称为化学平衡状态,据此可以判断。
平衡常数只与温度有关;根据
计算速率。
【详解】
(1)(CH3)2NNH2(l)+2N2O4(l)====2CO2(g)+3N2(g)+4H2O(g),N2O4中氮元素化合价由+4降低为0,所以N2O4是该反应的氧化剂;
(2)当温度升高时,气体颜色变深,说明N2O4(g)
2NO2(g)平衡正向移动,所以正反应为吸热反应;
(3)a、密度是混合气的质量和容器容积的比值,在反应过程中质量不变,但容器容积是变化的,因此当密度不再发生变化时可以说明反应达到平衡状态,故选a;
b、对于具体的化学反应,反应热是恒定的,不能说明反应达到平衡状态,故不选b;
c、随反应进行,反应物浓度减小,正反应速率是逐渐减小,故c错误,不选c;
d、当反应物的转化率不再发生变化时,说明正逆反应速率相等,达到平衡状态,故选d;
平衡常数只与温度有关,若在相同温度下,上述反应改在体积为1L的恒容密闭容器中进行,平衡常数不变;反应3s后NO2的物质的量为0.6mol,则根据方程式可知,消耗N2O4的物质的量是0.3mol,其浓度变化量是0.3mol÷1L=0.3mol/L,则0~3s内的平均反应速率v(N2O4)=0.3mol/L÷3s=0.1mol·L-1·s-1。
5.恒温恒容下,将2molA气体和1molB气体通入体积为2L的密闭容器中发生反应:
2A(g)+B(g)=xC(g)+2D(s),2min达平衡,测得平衡时A的物质的量为1.2mol,C的浓度为0.6mol·L-1。
(1)从开始反应至达到平衡状态,生成B的平均反应速率为________。
(2)x=________。
(3)A的转化率与B的转化率之比为________。
(4)下列各项可作为该反应达到平衡状态的标志的是________。
A.D的质量不再变化
B.压强不再变化
C.气体密度不再变化
D.气体的平均相对分子质量不再变化
E.A的消耗速率与B的消耗速率之比为2∶1
(5)请结合(4)总结化学平衡状态的判断依据有哪些:
_____________(至少写出2条)。
【答案】0.1mol·L-1·min-131∶1ACD正反应速率=逆反应速率,体系中各种物质的质量、物质的量不变
【解析】
【分析】
反应前,A的浓度=
=1mol/L,B的浓度=
=0.5mol/L,平衡时,A的浓度=
=0.6mol/L,说明A的浓度减小了0.4mol/L,C的浓度为0.6mol/L,说明C的浓度增大了0.6mol/L,所以:
,据此分析解答。
【详解】
(1)v(B)=
=0.1mol·L-1·min-1,故答案为:
0.1mol·L-1·min-1;
(2)同一反应用不同的物质表示的反应速率之比=化学计量数之比,故0.4:
0.6=2:
x,解得:
x=3,故答案为:
3;
(3)A的转化率=
=40%,B的转化率=
=40%,所以,A的转化率与B的转化率之比为1:
1,故答案为:
1:
1;
(4)2A(g)+B(g)=3C(g)+2D(s)
A.若反应还未平衡,体系中反应物的质量将减小,生成物的质量将增大,D的质量不变,说明已达到平衡时,A正确;
B.该反应是一个气体分子数不变的反应,压强不变,不能说明已达平衡,B错误;
C.该反应是气体质量减小的反应,容器的体积不变,密度不再变化,说明气体的质量不再变化,说明已达到平衡,C正确;
D.该反应是气体的物质的量不变、气体的质量减小的反应,气体的平均相对分子质量不再变化,说明气体的平均摩尔质量不再变化,那么气体的质量不再变化,已达平衡,D正确;
E.A与B都是反应物,描述的都是正反应速率,不能说明是否平衡,E错误;
故答案为:
ACD;
(5)达到平衡时,正反应速率=逆反应速率,体系中各种物质的质量、物质的量均不变,所以,化学平衡状态的判断依据有:
正反应速率=逆反应速率,体系中各种物质的质量、物质的量不变,故答案为:
正反应速率=逆反应速率,体系中各种物质的质量、物质的量不变。
6.化学反应速率和限度与生产、生活密切相关。
(1)某学生为了探究锌与盐酸反应过程中的速率变化,在400mL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
464
576
620
①哪一时间段反应速率最大______min(填“0~1”“1~2”“2~3”“3~4”或“4~5”),原因是______。
②求3~4min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)另一学生为控制反应速率防止反应过快难以测量氢气体积,他事先在盐酸中加入等体积的下列溶液以减慢反应速率,你认为不可行的是______(填字母)。
A.蒸馏水B.KCl溶液C.KNO3溶液D.CuSO4溶液
(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】2~3min该反应是放热反应,此时温度高,反应速率越大0.025mol/(L•min)CD3X+Y
2ZAC10%
【解析】
【分析】
【详解】
(1)①相同条件下,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)=0.112L÷22.4L/mol=0.005mol,根据氢气和HCl关系式得消耗的n(HCl)=2(H2)=2×0.005mol=0.01mol,则V(HCl)=0.01mol÷(0.4L×1min)=0.025mol/(L•min);
(2)A.加入蒸馏水,氢离子浓度减小,反应速率降低,故A不选;
B.加入KCl溶液,氢离子浓度降低,反应速率降低,故B不选;
C.加入KNO3溶液,相当于含有硝酸,硝酸和Zn反应生成NO而不是氢气,故C选;
D.加入CuSO4溶液,Zn和铜离子反应生成Cu,Zn、Cu和稀盐酸构成原电池而加快反应速率,故D选;
故选:
CD;
(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+Y
2Z;
②A.Y的体积分数在混合气体中保持不变,说明各物质的物质的量不变,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.只要反应发生就有生成1molY的同时消耗2molZ,故E错误;
故选:
AC;
③Y的转化率=反应的n(Y)÷反应初始n(Y)×100%=(1-0.9)÷1×100%=10%。
7.为了减轻大气污染,可在汽车尾气排放处加装“催化净化器”装置。
(1)通过“催化净化器”的CO、NO在催化剂和高温作用下可发生可逆反应,转化为参与大气循环的无毒混合气体,写出该反应的化学方程式:
__。
(2)在一定温度下,向1L密闭恒容容器中充入1molNO、2molCO,发生上述反应,10s时反应达到平衡,此时CO的物质的量为1.2mol。
请回答下列问题:
①前10s内平均反应速率v(CO)=___。
②在该温度下反应的平衡常数K=___。
③关于上述反应,下列叙述正确的是___(填字母)。
A.达到平衡时,移走部分CO2,平衡将向右移动,正反应速率加快
B.扩大容器的体积,平衡将向右移动
C.在相同的条件下,若使用甲催化剂能使正反应速率加快105倍,使用乙催化剂能使逆反应速率加快108倍,则应该选用乙催化剂
D.若保持平衡时的温度不变,再向容器中充入0.8molCO和0.4molN2,则此时v正>v逆
④已知上述实验中,c(CO)与反应时间t变化曲线Ⅰ如图:
若其他条件不变,将1molNO、2molCO投入2L容器进行反应,请在图中绘出c(CO)与反应时间t1变化曲线Ⅱ___(不要求标出CO的终点坐标)。
(3)测试某汽车冷启动时的尾气催化处理,CO、NO百分含量随时间变化曲线如图:
请回答:
前0~10s阶段,CO、NO百分含量没明显变化的原因是___。
【答案】2NO+2CO
N2+2CO20.08mol·L-1·s-1
(或4.44)CD
尚未达到催化剂工作温度(或尚未达到反应的温度)
【解析】
【分析】
(1)CO、NO在催化剂和高温作用下发生可逆反应,转化为参与大气循环的无毒混合气体,结合原子守恒推知,无毒混合气体为CO2和N2,结合原子守恒和得失电子守恒写出化学方程式。
(2)①反应速率=
;
②结合平衡三段式列式计算平衡浓度,平衡常数等于生成物平衡浓度幂次方乘积除以反应物平衡浓度幂次方乘积得到;
③依据化学平衡移动原理分析选项,改变条件,平衡向减弱这种改变的方向进行;
④反应前后气体体积减小,若其它条件不变,将1molNO、2molCO投入2L容器进行反应,相当于原来的平衡状态减小压强,平衡浓度减小,反应速率减小,平衡向气体体积增大的分析进行;
(3)汽车冷启动时的尾气催化处理CO、NO百分含量随时间变化曲线变化分析,开始的气体含量变化不大,说明温度低,催化剂的作用未起作用。
【详解】
(1)由NO、CO相互反应转换成无毒的气体,即生成氮气和二氧化碳,该反应的化学反应方程式为2NO+2CO
N2+2CO2;
(2)在一定温度下,向1L密闭容器中充入1molNO、2molCO,发生上述反应②,10S反应达平衡,此时CO的物质的量为1.2mol,依据化学平衡三段式列式计算:
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