人教版高中化学必修第二册能力课时落实4反应条件的调控与速率、平衡的有关计算含答案

能力课时落实(四)　反应条件的调控与速率、平衡的有关计算

(建议用时：40分钟)

1．已知FeCl3和MnO2都可作H2O2分解制O2的催化剂，为了探究温度对化学反应速率的影响，下列实验方案可行的是(　　)

A．

B．

C．

D．

D　[当探究温度对化学反应速率的影响时，必须保证在其他条件相同的情况下，再改变温度观察反应速率的变化。]

2．把镁条投入盛有盐酸的敞口容器中，产生氢气的速率变化曲线如图所示。下列因素中，影响该反应速率的主要因素是(　　)

①盐酸的浓度　②镁条的表面积　③溶液的温度　④Cl－的浓度

A．①④  B．③④  C．①③  D．②③

C　[镁与盐酸反应的离子方程式为Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑，与H＋有关，与Cl－无关。在镁与盐酸的反应中，刚开始时H＋的浓度最大，反应速率应最大，但由于此反应为放热反应，温度升高，化学反应速率还会增大，随着化学反应的进行，H＋浓度逐渐减小，化学反应速率又逐渐减慢。镁条的表面积在此反应中不是主要因素。]

3．已知反应2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4===K2SO4＋2MnSO4＋10CO2↑＋8H2O，探究其反应速率的影响因素，有关实验数据如表所示。

下列说法不正确的是(　　)

A．a<12.7，b>6.7

B．可通过比较收集相同体积CO2所消耗的时间来判断反应速率快慢

C．用H2C2O4表示该反应速率，v(实验1)约为6.6×10－3 mol·L－1·min－1

D．用KMnO4表示该反应速率，v(实验3)>v(实验1)

D　[实验2与实验1相比，温度(实验2>实验1)不同，其他条件相同，则v(实验2)>v(实验1)，实验2中KMnO4溶液褪色所用时间比实验1短，所以a<12.7；实验3与实验4相比，其他条件相同，实验3中加入了催化剂，则v(实验3)>v(实验4)，实验4中KMnO4溶液褪色所用时间比实验3长，所以b>6.7，故A项正确。可通过比较单位时间内产物的物质的量变化的多少、比较收集相同体积CO2所消耗时间的长短、比较单位时间内物质的量浓度变化的多少等判断反应速率的快慢，故B项正确。用H2C2O4表示该反应速率，v(实验1)约为×≈6.6×10－3 mol·L－1·min－1，故C项正确。与实验1相比，实验3高锰酸钾浓度小，故用KMnO4表示该反应速率，v(实验3)<v(实验1)，故D项错误。]

4．(素养题)硫代硫酸钠溶液与稀硫酸反应的化学方程式为Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋SO2↑＋S↓＋H2O，下列各组实验中最先出现浑浊的是(　　)

D　[影响化学反应速率的因素众多，本题从浓度和温度两个因素考查，只要抓住浓度越大，温度越高，反应速率越大，D正确。]

5．(易错题)把2.5 mol A和2.5 mol B混合放入容积为2 L的密闭容器中，发生如下反应：3A(g)＋B(g)xC(g)＋2D(g)，经5 s反应达到平衡，在此5 s内C的平均反应速率为0.2 mol·L－1·s－1，同时生成1 mol D，下列叙述错误的是(　　)

A．x＝4

B．达到平衡状态时容器内气体的压强与起始时压强之比为6∶5

C．5 s内B的平均反应速率v(B)＝0.05 mol·L－1·s－1

D．达到平衡状态时A的转化率为50%

D　[根据C的平均反应速率可以算出5 s内C的物质的量的变化量为2 mol。根据“三段式”法进行分析：

　　　　　 3A(g)＋B(g)xC(g)＋2D(g)

起始量/mol  2.5    2.5      0     0

转化量/mol  1.5    0.5      2     1

平衡量/mol  1      2       2     1

根据C和D的物质的量的变化量之比为2∶1，可以确定x＝4，A项正确；同温同体积下，气体的压强之比等于其物质的量之比，起始时气体的总物质的量为5 mol，达到平衡时气体的总物质的量为6 mol，所以达到平衡时容器内气体的压强与起始时压强之比为6∶5，B项正确；5 s内物质B消耗了0.5 mol，用B表示的化学反应速率为＝0.05 mol·L－1·s－1，C项正确；达到平衡时A的转化率为×100%＝60%，D项错误。]

6．在某容积为2 L的密闭容器中，A、B、C、D四种气体物质发生可逆反应，其物质的量n(mol)随时间t(min)的变化曲线如图所示：

下列说法正确的是(　　)

A．前2 min内，v(A)＝0.2 mol·L－1·min－1

B．在2 min时，图像发生改变的原因只可能是增大压强

C．其他条件不变，4 min时体系的压强不再发生变化

D．增加气体D的浓度，A的反应速率随之降低

C　[从前2 min看，A、B、C、D改变的物质的量分别为0.4 mol、0.5 mol、0.6 mol、0.4 mol，且A、B的物质的量减少，应为反应物；C、D的物质的量增加，应为生成物。故反应方程式为4A(g)＋5B(g)6C(g)＋4D(g)。选项A，前2 min内，v(A)＝＝0.1 mol·L－1·min－1，错误。选项B，从图像看，2～3 min时的图像斜率变大，说明化学反应速率加快，增大压强、升高温度、加入催化剂等均可加快反应速率，错误。选项C,4 min时反应达到平衡状态，体系压强不再改变，正确。选项D，增加生成物D的浓度，A的浓度随之增大，故A的反应速率加快，错误。]

7．在一定的条件下，向2 L密闭容器中进行一定量MgSO4和CO的反应：MgSO4(s)＋CO(g)MgO(s)＋CO2(g)＋SO2(g)。反应时间与残留固体的质量关系如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．升高温度时，正反应速度增大，逆反应速率减小

B．随着反应的进行，混合气体的平均相对分子质量增大

C．增加硫酸镁的质量时，正反应速率将增大

D．在0～10 min内，v(CO)＝0.01 mol·L－1·min－1

B　[A项，升温，v正、v逆均增大，错误；C项，增加固体的量，v不变，错误；D项，

MgSO4(s)＋CO(g)MgO(s)＋CO2(g)＋SO2(g)　Δm

120 g　 　1 mol　　　40 g　　　　　  　　　　80 g

12.0 g   n(CO)       4.0 g                   8.0 g

n(CO)＝0.1 mol，v(CO)＝

＝0.005 mol·L－1·min－1，错误。]

8．对于密闭容器中的反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)(正反应是放热反应)，在673 K、30 MPa下n(NH3)和n(H2)随时间变化的关系如图所示。

请回答下列问题：

(1)a点时正反应速率________(填“＞”“＜”或“＝”下同)逆反应速率；c点时正反应速率________逆反应速率。

(2)d点处n(N2)________(填“＞”“＜”或“＝”)e点处n(N2)，原因是___________________________。

(3)起始时加入氢气的物质的量为________mol。

(4)若温度、压强不变，反应在加入催化剂条件下进行，在上图的基础上画出n(NH3)和n(H2)随时间变化的关系图。(已知催化剂不影响反应限度)。

[解析]　a、b、c三点反应都没有达到平衡状态，故正反应速率大于逆反应速率，但d、e点反应都处于平衡状态，正、逆反应速率相等，各组分的含量保持不变。平衡时生成了0.6 mol氨气，则消耗0.9 mol氢气，故起始时加入氢气的物质的量为0.4 mol＋0.9 mol＝1.3 mol。若加入催化剂，反应达到平衡的时间缩短，但平衡时各物质的物质的量不变。

[答案]　(1)＞　＞　(2)＝　当反应处于平衡状态时，混合物中各组分的含量保持不变　(3)1.3　(4)如图虚线所示(只要体现出达到平衡的时间缩短，且平衡时NH3和H2的物质的量与原平衡一样即可)

9．草酸与高锰酸钾在酸性条件下能够发生如下反应：MnO＋H2C2O4＋H＋―→Mn2＋＋CO2↑＋H2O(未配平)，用4 mL 0.001 mol·L－1 KMnO4溶液与2 mL0.01 mol·L－1 H2C2O4溶液研究不同条件对化学反应速率的影响。改变的条件如下：

(1)该反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比为________。

(2)如果研究催化剂对化学反应速率的影响，使用实验________和________(用Ⅰ～Ⅳ表示，下同)；如果研究温度对化学反应速率的影响，使用实验________和________。

(3)对比实验Ⅰ和Ⅳ，可以研究________对化学反应速率的影响，实验Ⅳ加入1 mL蒸馏水的目的是_______________________。

[解析]　与实验Ⅰ相比，实验Ⅱ外加了MnSO4溶液，因此实验Ⅰ和Ⅱ是研究催化剂对反应速率的影响；与实验Ⅰ相比，实验Ⅲ中，温度由20 ℃升至30 ℃，因此实验Ⅰ和Ⅲ是研究温度对反应速率的影响；与实验Ⅰ相比，实验Ⅳ中外加蒸馏水后溶液总体积不变，但c(H＋)(或H2SO4浓度)减小，因此实验Ⅰ和Ⅳ是研究c(H＋)(或H2SO4浓度)对反应速率的影响。

[答案]　(1)2∶5　(2)Ⅰ　Ⅱ　Ⅰ　Ⅲ

(3)c(H＋)(或硫酸的浓度)　确保实验中KMnO4浓度、H2C2O4浓度和溶液总体积不变

10．(素养题)(1)一定温度下，在密闭容器内进行某化学反应，气体X、Y的物质的量随反应时间变化的曲线如图所示。

①写出该反应的化学方程式：___________________________。

②在t1和t2时正反应速率分别为v1和v2，则二者大小关系为v1________v2(填“>”“<”或“＝”)。

③在t1、t2和t3三个时刻中，反应程度最大的是_______________________ (填“t1”“t2”或“t3”)。

(2)将一定量N2和H2(体积比为1∶3)的混合气体通入合成塔，反应达到平衡后，氨的体积分数为16%，则平衡时混合气体中N2的体积分数为________，H2的转化率为________。

(3)已知2NO2(g)N2O4(g)　ΔH＜0。现将NO2和N2O4的混合气体通入容积为2 L的恒容密闭容器中，恒温条件下反应体系中物质浓度随时间的变化关系如图所示。

①平衡时NO2的转化率为______________。

②起始压强与平衡时压强之比为________。

[解析]　(1)①随着时间变化，Y的物质的量减少、X的物质的量增加，即Y为反应物、X为生成物，依据物质的量变化量之比等于化学计量数之比，可得化学方程式为3Y(g)2X(g)。

②随着反应的进行，反应物的浓度降低，正反应速率减慢，即v1＞v2。

③反应正向进行，t3时刻达到化学平衡，即t3时刻反应程度最大。

(2)设起始时充入1 mol N2、3 mol H2，转化的N2为x mol，则

　　　　 　N2　＋　3H22NH3

起始量/mol  1       3              0

转化量/mol  x       3x             2x

平衡量/mol  1－x  3－3x            2x

平衡时混合气体的总物质的量为(4－2x)mol，

依题意有×100%＝16%，得x＝，

N2的体积分数为×100%＝×100%＝21%，

H2的转化率为×100%＝×100%≈27.6%。

(3)　　　        　2NO2(g)N2O4(g)　ΔH＜0

初始浓度/(mol·L－1)  0.6          0.2

反应浓度/(mol·L－1)  0.4          0.2

平衡浓度/(mol·L－1)  0.2          0.4

①平衡时NO2的转化率为×100%＝66.7%。

②恒温恒容条件下，起始压强与平衡时压强之比等于物质的量之比，则起始压强与平衡时压强之比为

(0.8 mol·L－1×2 L)∶(0.6 mol·L－1×2 L)＝4∶3。

[答案]　(1)①3Y(g)2X(g)　②＞　③t3

(2)21%　27.6%　(3)①66.7%　②4∶3