1、化学化学化学反应的速率与限度的专项培优练习题含答案附答案【化学】化学化学反应的速率与限度的专项培优练习题(含答案)附答案一、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+2CO2CO2+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/s012345c（NO）/molL-11.0010-34.5010-42.5010-41.5010-41.0010-41.0010-4c（CO）/molL-13.6010
2、-33.0510-32.8510-32.7510-32.7010-32.7010-3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
3、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Cc（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/molL-1CO初始浓度/molL-1催化剂的比表面积/m2g-12801.2010-3825.8010-3124350124请在上表格中填入剩余的实验条件数据_、_、_、_、_。请在给出的坐标图中，画出上表中的、两个实验条件下混合气体中
4、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】 1.87510-4molL-1s-1 90% ABD 4 AC 5.8010-3 280 1.2010-3 1.2010-3 5.8010-3 【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
5、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。下列可作为反应达到平衡的判据是_(填序号）。A固体的质量不再改变B2v正(N2)=3v逆(O 2)CH 不变D容器内气体的压强不变EN2分子数与 O2 分子数比为 2:3在起始压强为p的反应体系中，平衡时 N2的转化率为，则上述反应的平衡常数 Kp_(对于气相反应，用某组分 B 的平衡压强 p(B)代替物质的量浓度c(B)也可表示平衡常数，记作Kp，如p(B) =p总x(B) ，p总为平衡总压强，x(B)为平衡系统中B的物质的量分数）。为促进反应的进行，实际生产中需加入焦炭，其原因是_。(2)铝粉与 N2 在一定温
6、度下可直接生成 AlN， 加入少量 NH4Cl 固体可促进反应。将等质量的A1粉与不同量的 NH4Cl混合均匀后置于充 N2的密闭容器中，电火花引燃，产品中 AlN的质量分数(AlN) 随原料中(NH4Cl)的变化如图1所示，燃烧过程中温度随时间变化如图2所示。则：固体混合物中，(NH4Cl)的最佳选择是_。结合图2解释当(NH4Cl)超过一定值后，(AlN)明显减少的原因_。(3)AIN粉末会缓慢发生水解反应，粒径为100 nm 的 AlN 粉末水解时溶液 pH的变化如图3 所示。AlN 粉末水解的化学方程式是_。相同条件下，请在图3中画出粒径为40 nm 的AlN粉末水解的变化曲线_。【答
7、案】AD p 消耗O2、提供能量，均能使平衡向右移动 3 % NH4Cl分解吸热造成温度降低，不利于Al 与N2反应 AlN + 4H2O Al(OH)3 + NH3H2O 【解析】【分析】(1) 根据反应达到平衡后，正逆反应速率，各成分的浓度不变及由此衍生的其它物理量进行分析；平衡时N2的转化率为，由于反应物中只有N2是气体，所以起始压强p即为起始时N2的分压，列三段式求Kp；碳在氧气中燃烧放出热量，焦炭既可以消耗氧气，使生成物浓度降低，又可以提供热量，这两方面的作用都可以使平衡右移；(2)根据图像分析，当(NH4Cl)=3%时，(AlN)最大；从图2可以看出，反应过程中温度会降低。(NH4
8、Cl)=3%时的温度比(NH4Cl)=1%时的温度降低得更多。这是因为NH4Cl分解吸热，当(NH4Cl)超过一定值后，NH4Cl分解吸热造成温度降低不利于Al 与N2反应，导致(AlN)明显减少；(3)AIN粉末会缓慢发生水解反应，生成Al(OH)3和NH3；相同条件下，由于粒径为40nm的AlN粉末和水的接触面积更大，所以其水解速率大于粒径为100nm的AlN粉末的水解速率，由于固体不影响平衡，所以最终溶液的pH是相同。【详解】(1)A消耗2mol Al2O3会生成4molAlN，固体质量减少，当固体的质量不再改变时，反应达到了平衡状态；B当3v正(N2)=2v逆(O2)时，正逆反应速率相
9、等，反应达到了平衡状态，但2v正(N2)=3v逆(O2)表示的正逆反应速率不相等，不是平衡状态；CH取决于反应物和生成物的总能量的相对大小，和是否平衡无关；D在恒温恒容条件下，容器内的压强和气体的物质的量成正比。该反应是反应前后气体分子数不相等的反应，在平衡建立过程中，气体总物质的量一直在改变，只有达到平衡时，气体总物质的量才不再不变，即容器内压强才不变，所以当容器内气体的压强不变时，反应达到了平衡状态；EN2分子数与 O2 分子数之比和起始投料以及转化率有关，当N2分子数与O2分子数比为 2:3时，反应不一定是平衡状态；故选AD。反应2Al2O3(s)+2N2(g) 4AlN(s) +3O2
10、(g)，在起始时加入的是等物质的量的Al2O3与N2，由于反应物中只有N2是气体，所以起始压强p即为起始时N2的分压，列三段式求Kp，已知平衡时N2的转化率为，则Kp=p。为促进反应的进行，实际生产中需加入焦炭，焦炭和氧气反应，放出热量。焦炭既可以消耗氧气，使生成物浓度降低，又可以提供热量，这两方面的作用都可以使平衡右移，从而促进反应的进行。(2)从图1可以看出，当(NH4Cl)=3%时，(AlN)最大，所以最佳选择是(NH4Cl)=3%。从图2可以看出，反应过程中温度会降低。(NH4Cl)=3%时的温度比(NH4Cl)=1%时的温度降低得更多。这是因为NH4Cl分解吸热，当(NH4Cl)超过
11、一定值后，NH4Cl分解吸热造成温度降低不利于Al 与N2反应，导致(AlN)明显减少(3)AIN粉末会缓慢发生水解反应，生成Al(OH)3和NH3，AlN 粉末水解的化学方程式是AlN + 4H2O Al(OH)3 + NH3H2O。相同条件下，由于粒径为40nm的AlN粉末和水的接触面积更大，所以其水解速率大于粒径为100nm的AlN粉末的水解速率，由于固体不影响平衡，所以最终溶液的pH是相同的。粒径为40 nm 的AlN粉末水解的变化曲线为。4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
12、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：CO2(g)+2H2O(1)CH3OH(1)+O2(g) H=+727kJmol-1 G=+703kJmol-1CO2(g)+2H2O(1)CH4(g)+2O2(g) H=+890kJmol-1 G=+818kJmol-1CO2(g)+3H2(g)CH3OH(1)+H2O(1) H=-131kJmol-1 G=-9.35kJmol-1CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(1) H=-253kJmol-1 G=-130kJmol-1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
13、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。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）。在1.5 MPa，气体流速为20 mLmin-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。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：分析上表数据可知：相同温度时，随
14、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_。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CoC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】 H2 Co4N/Al2O3 减小 气流流速加快，导致反应物与
15、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 【解析】【分析】（1）在温度、压强一定的条件下，反应总是向G0的方向进行，由此判断。（2）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；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；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；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，Sabat
16、ier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；【详解】（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G0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，反应进行程度最大的是。答案为：；（2）分析循环图，只有H2需不断补充，答案为：H2；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/Al
17、2O3；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。答案为：减小；气流流速加快，导致反应物与催化剂接触时间不够；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10mLmin-1时CO2的转化率进行计算。已知初始反应气体中V(H2):V(CO2) =4: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
18、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=。答案为：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CoC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
19、甲酸腐蚀催化剂，使催化剂活性降低。5已知：N2O4(g)2NO2(g) H=5270kJmol-1（1）在恒温、恒容的密闭容器中，进行上述反应时，下列描述中，能说明该反应已达到平衡的是_。Av正(N2O4)=2v逆(NO2)B容器中气体的平均相对分子质量不随时间而变化C容器中气体的密度不随时间而变化D容器中气体的分子总数不随时间而变化（2）t恒温下，在固定容积为2L的密闭容器中充入0054molN2O4，30秒后达到平衡，测得容器中含n(NO2)=006mol，则t时反应N2O4(g)2NO2(g)的平衡常数K=_。若向容器内继续通入少量N2O4，则平衡_移动(填“向正反应方向”、“向逆反应方
20、向”或“不”)，再次达到平衡后NO2的体积分数_原平衡时NO2的体积分数(填“大于”、“小于”或“等于”)。（3）取五等份NO2，分别加入到温度不同、容积相同的恒容密闭容器中，发生反应：2NO2(g)N2O4(g)。反应相同时间后，分别测定体系中NO2的百分含量(NO2%)，并作出其百分含量随反应温度(T)变化的关系图。下列示意图中，可能与实验结果相符的是_。【答案】BD 0075molL-1 向正反应方向 小于 BD 【解析】【分析】（1）根据平衡标志判断；（2）K= ；增大反应物的浓度平衡正向移动；（3）该反应是体积减小的、放热的可逆反应，所以反应达到平衡后，升高温度，平衡向逆反应方向移动
21、，NO2的含量增大；【详解】（1）A反应达到平衡状态，正逆反应速率比等于系数比，所以2v正(N2O4)=v逆(NO2)时，反应不平衡，故不选A；B 反应前后气体物质的量不同，根据，平均相对分子质量是变量，若容器中气体的平均相对分子质量不随时间而变化，反应一定达到平衡状态，故选B；C 根据，反应在恒容的密闭容器中进行，密度是恒量，容器中气体的密度不随时间而变化，反应不一定达到平衡状态，故不选C；D 反应前后气体物质的量不同，分子数是变量，容器中气体的分子总数不随时间而变化，一定达到平衡状态，故选D。答案选BD。（2） K=0075molL-1；增大反应物的浓度平衡正向移动，若向容器内继续通入少量N2O4，则平衡向正反应方向移动；再次达到平衡，相当于加压，N2O4转化率减小，NO2的体积分数小于原平衡时NO2的体积分数；（3）A该反应放热，升高温度，平衡向逆反应方向移动，NO2的含量增大，故A错误；B若5个容器在反应相同时间下，均已达到平衡，因为该反应是放热反应，温度越高，平衡向逆反应方向移动，NO2的百分含量随温度升高而升高，故B正确；C该反应放热，升高温度，平衡向逆反应方向移动，NO2的含量增大，故C错误；D若5个容器中有未达到平衡状态的，那么温度越高，反应速率越大，会出现温度高的NO2转化得快，导致NO2的百分含量少的情况，在D图中
