2023届高考二轮总复习试题 化学（适用于老高考旧教材）专题七　化学反应速率和化学平衡.docx

1、专题七化学反应速率和化学平衡A组基础巩固练1.(2022云南昆明三诊)NO是大气污染物之一,NO的转化技术对大气污染防治意义深远。回答下列问题:(1)炽热的活性炭可以处理NO,发生的反应为C(s)+2NO(g)CO2(g)+N2(g)H。已知:C(s)+O2(g)CO2(g)H1=-393.5 kJmol-1,N2(g)+O2(g)2NO(g)H2=+180.5 kJmol-1,则H= kJmol-1。一定温度下,将一定量的活性炭和NO加入一恒容密闭容器中发生上述反应,02 min内,气体密度增大1.2 gL-1,则v(N2)=。下列能表示该反应达到平衡状态的是(填字母)。A.容器内混合气体的

2、密度保持不变B.容器内混合气体的平均相对分子质量保持不变C.NO和N2的消耗速率之比为12D.容器内压强不再改变(2)利用高效催化剂处理汽车尾气中的NO的反应为2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)。该反应在低温下能自发进行,则该反应的H(填“”“”“”或“=”)v(t4),若起始压强为p0,则该反应温度下用分压表示的平衡常数Kp=(分压=物质的量分数总压,用含p0的式子表示)。2.(2022青海西宁一模)绿色能源是未来能源发展的重要方向,氢能是重要的绿色能源,利用生物乙醇来制取氢气的部分反应过程如图所示。(1)已知反应CH3CH2OH(g)+3H2O(g)2CO2(g)+6H2

3、(g)H1=+173.5 kJmol-1反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)H2=-41.2 kJmol-1则反应的热化学方程式为。(2)反应在不同进气比n(CO)n(H2O)、不同温度下,测得相应的CO平衡转化率见表(各点对应的其他反应条件都相同)。平衡点abcdn(CO)n(H2O)0.50.511CO平衡转化率/%5066.75060a点平衡混合物中H2的体积分数为,a、c两点对应的反应温度Ta(填“”)Tc,d点对应的平衡常数K=。有利于提高CO平衡转化率的是(填字母)。A.增大压强B.降低温度C.增大进气比n(CO)n(H2O)D.分离出CO2(3)反应在工业上称为一

4、氧化碳的催化变换反应,若用K表示催化剂,则反应历程可用下式表示:第一步:K+H2O(g)KO+H2第二步:KO+COK+CO2第二步比第一步反应慢,则第二步反应的活化能比第一步反应。(4)研究表明,CO催化变换反应的速率方程为v=k(yCOyH2O-yCO2yH2Kp),式中yCO、yH2O、yCO2、yH2分别表示相应的物质的量分数,Kp为平衡常数,k为反应的速率常数,温度升高时k值增大。在气体组成和催化剂一定的情况下,反应速率随温度变化的曲线如图所示。温度升高时,CO催化变换反应的Kp(填“增大”或“减小”)。根据速率方程分析,TTm时v逐渐减小的原因是。3.(2022陕西渭南二模)氢气是

5、一种理想的二次能源,在石油化工、冶金工业、治疗疾病、航空航天等方面有着广泛的应用。以甲醇、甲酸为原料制取高纯度的H2是清洁能源的重要研究方向。回答下列问题:(1)甲醇水蒸气重整制氢主要发生以下两个反应。主反应:CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)H=+49 kJmol-1副反应:H2(g)+CO2(g)CO(g)+H2O(g)H=+40 kJmol-1甲醇在催化剂作用下裂解可得到H2和CO,反应的热化学方程式为;既能加快反应速率又能提高CH3OH平衡转化率的一种措施是。若上述副反应的活化能Ea1=w kJmol-1,则CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)的活化能

6、Ea2= kJmol-1。某温度下,将n(H2O)n(CH3OH)=11的原料气分别充入密闭容器中(忽略副反应),设恒容下甲醇的平衡转化率为1,恒压条件下甲醇的平衡转化率为2,则1(填“”“”“”“0,2HI(g)I2(g)+H2(g)H0,容器如图所示。回答下列问题:(1)在甲容器中,不能作为2HI(g)I2(g)+H2(g)达到平衡的依据是(填字母)。a.气体颜色不变b.气体压强不变c.气体温度不变d.混合气体的平均相对分子质量不变(2)乙容器中反应达平衡后,再充入He,则反应2HI(g)I2(g)+H2(g)的平衡(填“正反应方向”“逆反应方向”或“不”)移动。(3)在反应过程中,测得丙

7、容器中HI、H2的物质的量浓度(c)随时间(t)变化如图所示。已知:在T 时,2HI(g)I2(g)+H2(g)的平衡常数K=164。曲线b代表(填化学式)的变化曲线。2 min内,用NH3表示的反应速率为,HI的分解率为。T 时,若在丙容器中加入I2(g)和H2(g)各1 mol;反应达平衡后,放出7.6 kJ的热量,则I2(g)与H2(g)反应的热化学方程式为。(4)甲、乙、丙三个容器中反应均达到平衡时,I2(g)的体积分数由大到小的顺序是。2.(2022江西八所重点中学联考)已知下列三个涉及CO2(g)和H2O(g)的可逆反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) H

8、0;第二步:。若第一步为慢反应,请根据反应历程在图中补充剩余的能量示意图。在T 的刚性容器中,充入一定量的CO2和H2,能够判断反应达到平衡状态的是。A.CO2的分压不变B.混合气体的平均摩尔质量不变C.混合气体的密度不变D.共价键数目保持不变(2)实验测得1 mol CuSO4固体溶于水吸收60.82 kJ的热量,1 mol CuSO45H2O固体溶于水放出17.15 kJ的热量,1 mol液态水变成气态水吸收44.00 kJ的热量,计算反应的反应热为kJmol-1。(3)在T 的刚性真空环境中,放入足量的NaHCO3固体,该反应达到平衡时的总压为4 kPa(即为该反应的解离压),则反应的K

9、p=。(4)已知T 时,反应的解离压为6.4 kPa,向该温度下的刚性真空环境中同时加入足量的NaHCO3和CuSO45H2O固体,则平衡时CO2(g)的分压为。3.(2022新疆二模)1,3-丁二烯(CH2CHCHCH2)与氢气、卤素单质等的反应在有机合成中具有重要意义。已知:在一定条件下1,3-丁二烯和H2的反应原理如下:.CH2CHCHCH2(g)+H2(g)CH2CHCH2CH3(g)H1=a kJmol-1.CH2CHCHCH2(g)+H2(g)CH3CHCHCH3(g)H2=b kJmol-1.CH2CHCH2CH3(g)+H2(g)CH3CH2CH2CH3(g)H3=c kJmo

10、l-1.CH3CHCHCH3(g)+H2(g)CH3CH2CH2CH3(g)H4回答下列问题:(1)H4=kJmol-1(用a、b、c表示)。(2)已知反应在较低温度下易自发进行,其正反应速率v(正)=k正c(CH2CHCHCH2)c(H2),v(逆)=k逆c(CH2CHCH2CH3),其中k正、k逆为速率常数,速率常数与温度的关系如图所示。已知T1温度时k正=k逆。T1温度下,反应的化学平衡常数K=(填数值)。T2温度下,k正、k逆在图中相应的点分别为、(填字母)。(3)某温度下,向2.0 L恒容密闭容器中充入1.5 mol CH2CHCHCH2(g)和1.5 mol H2(g),只发生反应

11、和反应,达平衡时CH2CHCH2CH3(g)和CH3CHCHCH3(g)的物质的量随时间变化的曲线如图所示。反应开始至20 s,剩余H2的物质的量为。反应的化学平衡常数K=。已知:1,3-丁二烯和Br2发生11反应的能量随反应过程的变化关系如图所示,根据图示回答下列问题:(4)1,3-丁二烯与Br2反应生成的两种产物,一种称为动力学产物,由速率更快的反应生成;一种称为热力学产物,由产物更加稳定的反应生成。则动力学产物结构简式为。(5)若要提高加成产物B的平衡产率,一定可以采取的措施有(填字母)。A.使用合适的催化剂B.加入过量的Br2C.将加成产物B及时从体系分离参考答案专题七化学反应速率和化

12、学平衡A组基础巩固练1.答案 (1)-5740.05 molL-1min-1AB(2)320p0解析 (1)将已知反应依次编号为、,由盖斯定律可知,反应-得到反应C(s)+2NO(g)CO2(g)+N2(g),则H=H1H2=(-393.5 kJmol-1)-(+180.5 kJmol-1)=-574 kJmol-1。设容器的容积为V L,起始一氧化氮为2 mol,2 min时反应生成氮气为a mol,由题意可建立如下三段式:C(s)+2NO(g)CO2(g)+N2(g)起始/mol2 00转化/mol2a aa2 min时/mol2-2a aa由02 min内,气体密度增大1.2 gL-1可

13、得:(2-2a)30+a44+a28-230V=1.2,解得a=0.1V,则氮气的反应速率为0.1VmolVL2min=0.05 molL-1min-1。由质量守恒定律可知,反应后气体的质量增大,在恒容密闭容器中混合气体的密度增大,则容器内混合气体的密度保持不变说明正、逆反应速率相等,反应已达到平衡,A项正确;该反应为气体体积不变的反应,由质量守恒定律可知,反应后气体的质量增大,混合气体的平均相对分子质量增大,容器内混合气体的平均相对分子质量保持不变说明正、逆反应速率相等,反应已达到平衡,B项正确;NO和N2的消耗速率之比为12不能说明正、逆反应速率相等,C项错误;该反应为气体体积不变的反应,

14、容器内压强始终不变,则容器内压强不变不能说明正、逆反应速率相等,无法判断反应是否达到平衡,D项错误。(2)该反应为气体体积减小的熵减反应,在低温下能自发进行说明反应H-TS2.25BD(3)大(4)减小Kp减小对v的降低大于k增大对v的提高解析 (1)已知:反应CH3CH2OH(g)+3H2O(g)2CO2(g)+6H2(g)H1=+173.5 kJmol-1,反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)H2=-41.2 kJmol-1,则反应为CH3CH2OH(g)+H2O(g)2CO(g)+4H2(g)可由-2得到,根据盖斯定律可知,H=H1-2H2=(+173.5 kJmol-1

15、)-2(-41.2 kJmol-1)=+255.9 kJmol-1。(2)由“三段式”分析:CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g)起始/molx2x00转化/mol0.5x0.5x0.5x0.5x平衡/mol0.5x1.5x0.5x0.5xa点平衡混合物中H2的体积分数为0.5x0.5x+1.5x+0.5x+0.5x100%16.67%;已知反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)H2=-41.2 kJmol-1是一个放热反应,升高温度,平衡逆向移动,CO的转化率减小,而增大CO的用量时平衡正向移动,但CO的转化率减小,比较a、c两点可知,c点中CO的用量大于a

16、点,而a点和c点的CO的转化率相等,则c点温度低于a点。由“三段式”可知CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g)起始/molyy00转化/mol0.6y0.6y0.6y0.6y平衡/mol0.4y0.4y0.6y0.6yd点对应的平衡常数K=c(CO2)c(H2)c(CO)c(H2O)=0.6yV0.6yV0.4yV0.4yV=2.25。由反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)H2=-41.2 kJmol-1可知,该反应是一个气体体积不变的放热反应。增大压强平衡不移动,A不合题意;降低温度平衡正向移动,CO的平衡转化率增大,B符合题意;增大进气比n(CO)n(H

17、2O)即增大CO的用量,平衡正向移动,根据勒夏特列原理可知,CO的平衡转化率减小,C不合题意;分离出CO2即减小生成物CO2的浓度,平衡正向移动,则CO的平衡转化率增大,D符合题意。(3)已知反应的活化能越大,反应速率越慢,由于第二步比第一步反应慢,则第二步反应的活化能比第一步反应大。(4)由反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)H2=-41.2 kJmol-1可知,温度升高时,平衡逆向移动,CO催化变换反应的Kp减小,根据速率方程分析,TTm时,温度升高,k值增大,结合CO催化变换反应的速率方程为v=k(yCOyH2O-yCO2yH2Kp)可知,温度升高,k增大,Kp减小,由于

18、Kp减小对v的降低大于k增大对v的提高,导致v随温度升高而减小。3.答案 (1)CH3OH(g)CO(g)+2H2(g)H=+89 kJmol-1升高温度或增大水蒸气的浓度w-40148(3)CO2HCOOK是强电解质,HCOOH是弱电解质,替代后HCOO-浓度增大解析 (1)已知主反应:CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)H=+49 kJmol-1,副反应:H2(g)+CO2(g)CO(g)+H2O(g)H=+40 kJmol-1,根据盖斯定律,将两式相加,整理可得甲醇在催化剂作用下裂解的热化学方程式:CH3OH(g)CO(g)+2H2(g)H=+89 kJmol-1;该

19、反应的正反应是气体体积增大的吸热反应,既能加快反应速率又能提高CH3OH的平衡转化率的措施可以是升高温度或增大水蒸气浓度;反应热等于反应物的活化能减去生成物的活化能,若副反应的活化能Ea1=w kJmol-1,则CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)的活化能Ea2=(w-40) kJmol-1;某温度下,将n(H2O)n(CH3OH)=11的原料气分别充入密闭容器中(忽略副反应),恒容下甲醇的平衡转化率为1,由于主反应的正反应是气体体积增大的反应,当在恒容下达到平衡时气体压强比反应开始时压强增大。而恒压条件下甲醇的平衡转化率为2,相当于反应在恒容下达到平衡后,扩大容器的容积,使气体的

20、压强减小,减小压强,化学平衡向气体体积增大的正反应方向移动,因此反应在恒压下达到平衡时甲醇的转化率比恒容条件下大,则1v(逆);反应在3 L密闭容器中进行,反应开始时n(CH4)=n(H2O)=3 mol,则开始时c(CH4)=c(H2O)=1 molL-1,N点对应温度下反应达到平衡时H2的体积分数为60%,假设CH4的平衡转化浓度为a molL-1,则平衡时c(CH4)=c(H2O)=(1-a) molL-1,c(CO)=a molL-1,c(H2)=3a molL-1,3a(1-a)+(1-a)+a+3a100%=60%,解得a=23,所以CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g

21、)的逆反应的化学平衡常数K=c(CH4)c(H2O)c(CO)c3(H2)=13132323=148;该反应的正反应是气体体积增大的反应,在其他条件不变时,增大压强,化学平衡逆向移动,导致H2的体积分数减小,所以压强:p1p2。(3)H、D互为同位素,由HCOOH分解生成CO2和H2推断HCOOD催化释氢生成CO2和HD;HCOOH是弱电解质,HCOOK是强电解质,用部分HCOOK代替HCOOH,导致HCOO-浓度增大,因此其他条件不变时,HCOOK替代一部分HCOOH,催化释氢的速率增大。4.答案 (1)25%0.12a216.2(2)c大于温度升高,甲醇的产率降低,则反应()平衡逆向移动,

22、而CO2的转化率增大,则反应()平衡正向移动,故反应()是吸热反应反应()(3)可以增加少量水蒸气可促进反应平衡正向移动,提高甲醇的产率解析 (1)根据题干中给出的信息可以得出以下三段式: CO2(g) +3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g)开始/mol1400反应/mol0.30.90.30.3平衡/mol1-x-0.34-0.9-x0.30.3+x设生成一氧化碳x mol,则CO2(g) +H2(g) CO(g) + H2O(g)开始/mol1400反应/molxxxx平衡/mol1-x-0.34-x-0.9x0.3+x由题意可知1-x-0.3=0.6,则x=0.1,氢气转化率

23、=0.9+0.14100%=25%;反应()的平衡常数K1=(0.3+0.1)a0.3a0.6a(3a)3=0.12a216.2。(2)反应在恒温恒压的反应器中进行,反应()反应前后气体物质的量不同,反应达到平衡过程中体积一直在变化,则此时密度也一直在变化,则密度不变可以证明反应()达到平衡,反应()达到平衡后氢气的物质的量不再发生变化,则此时反应()也达到平衡,故两个反应都达到平衡。由图a可以发现,温度升高时甲醇的产率降低,平衡逆向移动,反应()为放热反应,但是从图中还可以发现,二氧化碳的转化率增大,则反应()正向移动,说明反应()是吸热反应,H20。温度升高时1T减小,直线的纵坐标值减小,

24、说明直线对应的反应在升温的时候平衡逆向移动,为放热反应,由分析可知,反应()放热,故直线表示的反应是反应()。(3)由图可知水蒸气为反应的反应物,适当加入少量的水,反应物浓度增大,平衡向正反应方向移动,甲醇产率升高。B组能力提升练1.答案 (1)d(2)正反应方向(3)HI2.5 molL-1min-120%I2(g)+H2(g)2HI(g)H=-9.5 kJmol-1(4)乙丙甲解析 (1)甲容器为绝热恒容,发生反应2HI(g)I2(g)+H2(g):气体颜色不变,则I2(g)的浓度不变,说明反应已达平衡,a不符合题意;2HI(g)I2(g)+H2(g)H0,反应吸热,未平衡时,容器内温度降

25、低,气体分子数不变,压强减小,则气体压强不变,说明反应已达平衡,b不符合题意;2HI(g)I2(g)+H2(g)H0,反应吸热,未平衡时,容器内温度降低,气体温度不变,说明反应已达平衡,c不符合题意;2HI(g)I2(g)+H2(g)是气体总物质的量不变的反应,故混合气体的平均相对分子质量始终不变,不能说明反应已达平衡,d符合题意。(2)乙容器是恒温恒压容器,反应达平衡后,再充入He,体积增大,相当于减小压强,反应NH4I(s)NH3(g)+HI(g)正向移动,使体系温度降低,但乙容器恒温,相当于升高温度,则2HI(g)I2(g)+H2(g)H0平衡向正反应方向移动。(3)由于反应2HI(g)

26、I2(g)+H2(g)的平衡常数K=164,即K=c(H2)c(I2)c2(HI)=c2(H2)c2(HI)=164,所以平衡时c(H2)丙甲。2.答案 (1)CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)AB(2)+142.03(3)4(kPa)2(4)0.625 kPa解析 (1)反应减去第一步的方程式可得:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g);反应为放热反应,则该反应过程的能量示意图为。随着反应进行,CO2逐渐被消耗掉,CO2的分压也逐渐减少,平衡时不再发生变化,CO2的分压不变可以证明反应达到平衡,A正确;反应物和产物都是气体,且反应前后气体的计量数之和不同,故混合气体的平均摩尔质量不变

27、可以证明反应达到平衡,B正确;反应物和产物都是气体,则总质量不变,且容器容积不变,故混合气体的密度不变不能证明反应达到平衡,C错误;反应前后共价键的总数相同,则共价键数目保持不变不能证明反应达到平衡,D错误。(2)根据题目中的信息可知CuSO4(s)CuSO4(aq)H=+60.82 kJmol-1CuSO45H2O(s)CuSO4(aq)+5H2O(l)H=-17.15 kJmol-1H2O(l)H2O(g)H=+44.00 kJmol-1根据盖斯定律=-+5=(-17.15 kJmol-1)-60.82 kJmol-1+544.00 kJmol-1=+142.03 kJmol-1。(3)反

28、应的气态产物有水蒸气和二氧化碳气体,此时总压为4 kPa,则这两种气体的分压均为2 kPa,则Kp=p(H2O)p(CO2)=4(kPa)2。(4)反应的解离压为6.4 kPa,说明平衡时水蒸气的分压为6.4 kPa,反应的平衡常数为4(kPa)2,根据反应的平衡常数的表达式可知p(CO2)=4(kPa)26.4 kPa=0.625 kPa。3.答案 (1)a-b+c(2)1nm(3)0.8 mol0.625(4)(5)C解析 (1)由已知信息,反应-反应+反应可得到反应,根据盖斯定律可得,H4=H1-H2+H3=(a-b+c) kJmol-1。(2)已知v(正)=k正c(CH2CHCHCH2

29、)c(H2),v(逆)=k逆c(CH2CHCH2CH3),反应达到平衡时,v(正)=v(逆),即k正c(CH2CHCHCH2)c(H2)=k逆c(CH2CHCH2CH3),则有k正k逆=K,又T1温度下,k正=k逆,因此T1温度下反应的平衡常数K=1;反应为气体分子数减少的反应,S0,已知反应在较低温度下易自发进行,则反应的HT1,T2温度下,相比于T1是升高温度,正、逆反应速率均增大,但平衡逆向进行,v(正)v(逆),则k正、k逆均增大,且k正k逆,因此k正、k逆在图中相应的点分别为n、m。(3)由图像可知,反应开始至20 s时,CH2CHCH2CH3(g)和CH3CHCHCH3(g)的物质

30、的量分别为0.5 mol、0.2 mol,根据方程式可知,生成0.5 mol CH2CHCH2CH3(g)消耗0.5 mol H2,生成0.2 mol CH3CHCHCH3(g)消耗0.2 mol H2,则共消耗0.7 mol H2,因此剩余H2的物质的量为1.5 mol-0.7 mol=0.8 mol;根据图像,反应达到平衡时,CH2CHCH2CH3(g)和CH3CHCHCH3(g)的物质的量分别为0.5 mol、0.2 mol,生成0.5 mol CH2CHCH2CH3(g)消耗0.5 mol H2和0.5 mol CH2CHCHCH2(g),生成0.2 mol CH3CHCHCH3(g)

31、消耗0.2 mol H2和0.2 mol CH2CHCHCH2(g),则达到平衡时CH2CHCHCH2(g)的物质的量为1.5 mol-0.5 mol-0.2 mol=0.8 mol,H2的物质的量为0.8 mol,容器容积为2.0 L,因此,反应的化学平衡常数K=0.22.00.82.00.82.0=0.625。(4)相同条件下,由活性中间体C生成产物A的活化能小,速率更快,则动力学产物的结构简式为。(5)使用催化剂只提高反应速率,不影响平衡移动,加成产物B的平衡产率不变,A不符合题意;加入过量的Br2,可能使得加成产物A的平衡产率升高,反而加成产物B的平衡产率降低,B不符合题意;将加成产物B及时从体系分离,生成加成产物B的反应的平衡正向移动,加成产物B的平衡产率一定增大,C符合题意。