2022高三化学（全国版）一轮复习试题：专题十五　化学反应速率和化学平衡 2 Word版

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专题十五　化学反应速率和化学平衡

考点1 化学反应速率
1.[2021河北鸡泽模拟]对于反应A(g)+3B(g)2C(g)+2D(g),下列表示中反应速率最快的是(　　)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A.v(A)=0.8 mol·L-1·s-1
B.v(B)=0.4 mol·L-1·s-1
C.v(C)=0.6 mol·L-1·s-1
D.v(D)=1.8 mol·L-1·min-1
2.[2021甘肃静宁一中模拟]已知:X(g)+2Y(g)3Z(g)　ΔH=-a kJ·mol-1(a>0)。下列说法错误的是(　　)
A.达到化学平衡状态时,反应放出的总热量可能达到a kJ
B.升高反应温度,逆反应速率增大,正反应速率减小
C.达到化学平衡状态时,X、Y、Z的浓度不再发生变化
D.0.1 mol X和0.2 mol Y充分反应生成Z的物质的量一定小于0.3 mol
3.[2020湖北武汉部分学校质量监测]利用 CH4可消除NO2的污染,反应原理为CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g),在10 L密闭容器中分别加入0.50 mol CH4和1.2 mol NO2,测得不同温度下n(CH4)随时间变化的有关实验数据如表所示:

组别
n(CH4)/mol温度/K时间/min
0
10
20
40
50
①
T1
0.50
0.35
0.25
0.10
0.10
②
T2
0.50
0.30
0.18
M
0.15

下列说法正确的是(　　)
A.组别①中0~20 min内, NO2降解速率为0.012 5 mol·L-1·min-1
B.由实验数据可知T10)。下列说法正确的是(　　)
A.密闭容器的体积保持不变,说明反应已达到平衡
B.密闭容器中X的体积分数不变,说明反应已达到平衡
C.反应达到平衡时,X和Y的转化率相等
D.反应达到平衡时,放出的热量不可能为m kJ
8.[新角度]将5 mL 0.005 mol·L-1 FeCl3溶液和5 mL 0.015 mol·L-1 KSCN溶液混合,达到平衡后溶液呈红色。再将混合液均分成5份,分别进行如下实验:


实验①:滴加4滴蒸馏水,振荡
实验②:滴加4滴饱和FeCl3溶液,振荡
实验③:滴加4滴1 mol·L-1 KCl溶液,振荡
实验④:滴加4滴1 mol·L-1 KSCN溶液,振荡
实验⑤:滴加4滴6 mol·L-1 NaOH溶液,振荡

下列说法错误的是(　　)
A.对比实验①和②,证明增加反应物浓度,平衡正向移动
B.对比实验①和③,证明增加生成物浓度,平衡逆向移动
C.对比实验①和④,证明增加反应物浓度,平衡正向移动
D.对比实验①和⑤,证明减少反应物浓度,平衡逆向移动
考点3 化学平衡常数与转化率

9.[2021江西赣州七校联考改编]一定温度下,在3个容积均为1 L的恒容密闭容器中发生反应:PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g)。下列说法错误的是(　　)

容器编号
物质的起始浓度/(mol·L-1)
物质的平衡浓度/(mol·L-1)
c(PCl5)
c(PCl3)
c(Cl2)
c(Cl2)
Ⅰ
0.4
0
0
0.2
Ⅱ
1.05
0.05
1.95

Ⅲ
0.8
0
0


A.达平衡时,容器Ⅰ中c(Cl2)c(PCl5)比容器Ⅱ中的大
B.达平衡时,容器Ⅰ与容器Ⅱ中的总压强之比为6∶31
C.达平衡时,容器Ⅲ中Cl2体积分数小于13
D.达平衡时,容器Ⅲ中0.4 mol·L-1p(Q)
C.300 ℃该反应的平衡常数的值为64
D.若起始时,在容器Ⅳ中充入0.25 mol Cl2和0.25 mol H2O(g),300 ℃达平衡时容器中c(HCl)>0.2 mol·L-1
2.[新素材、新情境]肼(N2H4)和氧气反应的产物随着温度不同而发生变化。在相同时间内不同温度下测得N2H4和氧气反应的产物的产率的变化曲线如图所示。下列说法不正确的是(　　)

A.温度低于400 ℃时,肼和氧气发生的主要反应中反应物的物质的量之比为1∶1
B.温度低于400 ℃时,肼和氧气反应的生成物有氮气、NO和水
C.温度高于900 ℃时,N2与NO的产率降低,但是反应速率加快了
D.温度高于900 ℃时,NO和N2的产率降低的原因一定是平衡逆向移动
二、非选择题(共23分)
3.[新角度][2020湖北八校第一次联考,11分]合理利用和转化NO2、SO2、CO、NO等污染性气体是环保领域的重要课题。
(1)用CH4催化还原氮氧化物可以消除氮氧化物污染。已知:
①CH4(g)+4NO2(g)4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)　ΔH=-574.0 kJ·mol-1
②CH4(g)+4NO(g)2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)　ΔH=-1 160.0 kJ·mol-1
③H2O(g)H2O(l)　ΔH=-44.0 kJ·mol-1
1 mol CH4(g)与NO2(g)反应生成N2(g)、CO2(g)和H2O(l)的反应热为　　　　　　。 
(2)已知2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的反应历程分两步:
①2NO(g)N2O2(g)(快)　v1正=k1正·c2(NO),v1逆=k1逆·c(N2O2)
②N2O2(g)+O2(g)2NO2(g)(慢)　v2正=k2正·c(N2O2)·c(O2),v2逆=k2逆·c2(NO2)
一定温度下,反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)达到平衡状态,该反应的平衡常数的表达式K=　　　　(用k1正、k1逆、
k2正、k2逆表示),反应①的活化能E1与反应②的活化能E2的大小关系为E1　　　　E2(填“>”“”“T1,B正确;温度为T1 K,40 min时,反应已达到平衡状态,又温度T2 K>T1 K,故T2 K、40 min时反应也已达到平衡状态,故M=0.15,C错误;T2 K时,达到平衡,甲烷剩余量增多,说明温度升高,平衡向逆反应方向移动,所以该反应的ΔH0,则ΔH-TΔS1,则达平衡时,容器Ⅰ中c(Cl2)c(PCl5)比容器Ⅱ中的小,A项错误。达平衡时,假设容器Ⅰ与容器Ⅱ中的总压强之比为 6∶31,压强之比等于浓度之比,容器Ⅰ中总浓度为0.2 mol·L-1×3=0.6 mol·L-1,说明容器Ⅱ中总浓度为3.1 mol·L-1,根据A项分析得出容器Ⅱ中反应向正反应方向进行,设PCl5(g)转化的浓度为x mol·L-1,则有
容器Ⅱ中　　　　　　 　　PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g)
起始浓度/(mol·L-1) 　 1.05　　 0.05　　1.95
转化浓度/(mol·L-1) x x x
平衡浓度/(mol·L-1) 1.05-x 0.05+x 1.95+x
容器Ⅱ中总浓度为3.1 mol·L-1,则3.1=1.05-x+0.05+x+1.95+x,解得x=0.05;则平衡时c(PCl5)=
1 mol·L-1,c(PCl3)=0.1 mol·L-1,c(Cl2)=2 mol·L-1,此时Qc=2×0.11=0.2=K,说明此时反应达到化学平衡状态,假设成立, B项正确。容器Ⅰ中达平衡时,Cl2的体积分数为0.20.2×3=13。容器Ⅲ相当于将两个容器Ⅰ合并后体积压缩一半,增大压强,平衡向逆反应方向移动,Cl2的量减小,所以达平衡时,容器Ⅲ中Cl2的体积分数小于13,C项正确。容器Ⅰ中平衡时c(PCl5)=0.2 mol·L-1,容器Ⅲ相当于将两个容器Ⅰ合并后体积压缩一半,若平衡不移动c(PCl5)=0.4 mol·L-1,但增大压强,平衡向逆反应方向移动,c(PCl5)增大,所以c(PCl5)>0.4 mol·L-1,又因反应开始,消耗PCl5,所以c(PCl5)m3(1分)　③乙醇(1分)　0.125×5×(0.375×5)3(0.125×5)2×(0.375×5)6(2分)
【解析】　(1)K1=c(CO)c(CO2),K2=c(H2)c(H2O),则K3=c(CO)·c(H2O)c(H2)·c(CO2)=K1K2,所以973 K时,K3=K1K2≈0.62,1 173 K时,K3=K1K2≈1.29,升高温度,平衡常数增大,所以正反应为吸热反应,为提高CO2的转化率可采用的措施有升高温度、增大氢气浓度、吸收CO、液化水蒸气。(2)①正反应放热,则温度越高,二氧化碳的平衡转化率越小,所以温度从高到低的顺序为T3>T2>T1。②增大n(H2),平衡正向移动,二氧化碳的平衡转化率增大,所以m1>m2>m3。③升高温度,平衡逆向移动,二氧化碳和氢气的物质的量分数增大,乙醇、水蒸气的物质的量分数减少,按化学计量数之比进行投料,则平衡时乙醇的物质的量分数是水蒸气的13,CO2的物质的量分数是H2的13,所以曲线d代表乙醇,曲线a代表H2,曲线b代表CO2,曲线c代表H2O。体系中各组分的分压=该物质的物质的量分数×体系总压强,由题图3中T4 K对应数据可得Kp=0.125×5×(0.375×5)3(0.125×5)2×(0.375×5)6。

1.C　结合题图最初反应物和最终生成物,可写出总反应并判断反应类型;反应的活化能越小,反应越快,活化能越大,反应越慢;整个反应的反应速率是由最慢的反应决定的。结合题图可知总反应方程式为(CH3)3CBr+C2H5OH(CH3)3COC2H5+HBr,则该反应为取代反应,A项正确;结合题图可知反应Ⅰ的活化能最大,则总反应速率是由反应Ⅰ决定的,B项正确;结合题图能量关系可知三级溴丁烷在乙醇中溶剂解的反应为放热反应,则适当升温,平衡逆向移动,三级溴丁烷的转化率减小,C项错误;根据升温正逆反应速率均加快及平衡逆向移动,知适当升温,三级溴丁烷在乙醇中溶剂解的正反应速率的增大程度小于其逆反应速率的增大程度,D项正确。
2.B　30 min时Δn(H2)=0.40 mol-0.08 mol=0.32 mol,Δn(CO)=12Δn(H2)=0.16 mol,n(CO)=0.20 mol-0.16 mol=0.04 mol,说明20 min时反应处于平衡状态。列出三段式:
　　　　　　CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
起始量(mol)　0.20　　0.40　　　0
转化量(mol)　0.16　　0.32　　　0.16
平衡量(mol)　0.04　　0.08　　　0.16
可知反应达到平衡时,c(CH3OH)=0.16mol2L=0.08 mol·L-1。若保持其他条件不变,升高温度,平衡时c(CH3OH)=0.05 mol·L-1KB(1分)　(5)①反应Ⅰ为放热反应,温度升高,平衡逆向移动,使CO2转化为CH3OH的产率降低(2分) 　②BD(2分)
【解析】　(1)根据盖斯定律可知,反应Ⅲ=2×反应Ⅰ-反应Ⅱ,所以ΔH3=2ΔH1-ΔH2=-49.6 kJ·mol-1×2-23.4 kJ·mol-1=-122.6 kJ·mol-1。(2)反应Ⅰ为气体分子数减小的反应,随着反应的进行,反应体系内的总压强逐渐减小,当反应体系内总压强保持不变时,反应达到化学平衡状态,A项正确;由于容器内气体的总质量不变,容器的体积不变,故混合气体的密度始终保持不变,B项错误;水分子中断裂2NA个H—O键(表示逆反应速率),同时氢气分子中断裂3NA个H—H键(表示正反应速率),表明v(正)=v(逆),能说明反应达到化学平衡状态,C项正确;该反应生成的CH3OH(g)和H2O(g)的量始终保持等比例,所以其浓度之比保持不变不能说明反应达到化学平衡状态,D项错误。(3)Qc=c2(CH3OH)c(CH3OCH3)·c(H2O)=0.421.8×1.8≈0.05v逆。设反应达到平衡状态时,CH3OCH3又转化
x mol·L-1,根据“三段式”法进行计算:
　　　　　　　　　　　 CH3OCH3(g)+H2O(g)2CH3OH(g)
某时刻的浓度/(mol·L-1) 　1.8　 　　1.8　 　　0.4
转化浓度/(mol·L-1) x x 2x
平衡浓度/(mol·L-1) 1.8-x 1.8-x 0.4+2x
则(0.4+2x)2(1.8-x)×(1.8-x)=0.25,解得x=0.2,所以平衡时CH3OH的体积分数为0.81.6+1.6+0.8×100%=20%。(4)由题目信息可知H2与CO2的投料比为2,根据题图1可知,反应达到平衡状态时CO2(g)的平衡转化率为60%,所以v(CH3OCH3)=12v(CO2)=12×6mol×60%2L×5min=0.18 mol·L-1·min-1;由于反应Ⅲ为放热反应,故在投料比相同时,温度越高,CO2(g)的平衡转化率越小,所以T1KB。(5)①反应Ⅰ为放热反应,温度升高,平衡逆向移动,使CO2转化为CH3OH的产率降低。②工业生产甲醇要使产率最高且甲醇的选择性也要高,根据题图2可知,应选择230 ℃和催化剂CZ(Zr-1)T。
4.(每空2分)(1)能耗低(或产物易分离)　 (2)2α2(m100+mαp)0.5(1-α)1.5
(3)C2H6(g)+CO2(g) C2H4(g)+CO(g)+H2O(l)　ΔH=+133.2 kJ·mol-1　积碳能与CO2反应生成CO,从而脱离催化剂表面　(4)氢气移出率增大,体系中氢气的浓度降低,平衡正向移动,乙烷的平衡转化率增大　90%
【解析】　(1)氧化裂解法涉及的反应是放热反应,可节约能源,且副产物H2O易与目标产物C2H4分离。(2)设原混合气体的总物质的量为100 mol,则 C2H6(g)、 O2(g)和稀有气体的物质的量分别为2m mol、m mol和q mol,则2m+m+q=3m+q=100。平衡时C2H6(g)的转化率为α,列“三段式”:
　　　　　　　　　C2H6(g) + 12O2(g) C2H4(g)+H2O(g)
起始量/mol　　　　2m　　　　 m　　　　 0　 　 0
转化量/mol 2mα mα 2mα 2mα
平衡量/mol 2m(1-α) m(1-α) 2mα 2mα
平衡时混合气体的总物质的量n(总)= 2m(1-α) mol+m(1-α) mol+2mα mol+2mα mol+q mol =(100+mα) mol,则平衡时C2H6(g)、O2(g)、C2H4(g)、H2O(g)的物质的量分数分别为2m(1-α)100+mα、m(1-α)100+mα、2mα100+mα、2mα100+mα,对应的分压分别为2m(1-α)p100+mα、m(1-α)p100+mα、2mαp100+mα、2mαp100+mα,Kp=p(C2H4)·p(H2O)p(C2H6)·p0.5(O2)=2α2(m100+mαp)0.5(1-α)1.5。(3)根据盖斯定律,由热裂解法热化学方程式-①+②得C2H6(g)+CO2(g) C2H4(g)+CO(g)+H2O(l),则ΔH=(+136 kJ·mol-1)-(-283.0 kJ·mol-1)+(-285.8 kJ·mol-1)=
+133.2 kJ·mol-1。该工艺中形成的积碳能与CO2反应生成CO,从而可以有效消除催化剂表面的积碳,维持催化剂活性。(4)氢气移出率增大,生成物中氢气的浓度降低,有利于平衡正向移动,乙烷的平衡转化率增大。A点时乙烷的平衡转化率为90%,生成H2的总物质的量为0.9 mol,设平衡时体系中H2的物质的量为x mol,平衡常数K=0.9x0.1=0.81,解得x=0.09,则氢气移出率a1=0.9-0.090.9×100%=90%。

1.B　HCl的平衡转化率随温度升高而减小,说明升温平衡逆向移动,则正反应为放热反应,ΔH