2024高考化学一轮复习讲义（步步高版）第7章 热点强化19　化学反应速率和化学平衡简答题

这是一份2024高考化学一轮复习讲义（步步高版）第7章 热点强化19　化学反应速率和化学平衡简答题，共9页。试卷主要包含了条件选择类，原因分析类等内容，欢迎下载使用。
热点强化19　化学反应速率和化学平衡简答题文字描述代表一种开放性思维与能力，一般从速率问题、平衡(转化率)问题、安全问题、节能减排等角度作答(考查前两个角度居多)，实际上就是效益最大化的问题。1．条件选择类(1)实验最佳条件的选择或控制就是为了又“快”又“好”地生产，即主要是从反应速率与转化率(化学平衡)两个角度来分析。“快”就是提高反应速率，“好”就是提高转化率，原料利用率高，而影响速率与转化率的主要因素就是浓度、温度、压强与催化剂，其中温度与压强是试题中经常考查的因素。(2)从速率、转化率、产率、纯度等角度分析，选择最佳条件。如针对反应速率时，思考方向为如何提高浸出速率、如何提高反应速率等；针对平衡转化率、产率时，可运用平衡移动原理解释(其他条件不变的情况下，改变××条件，可逆反应平衡向××方向移动，导致××发生变化)；针对综合生产效益时，可从原料成本，原料来源是否广泛、是否可再生，能源成本，对设备的要求，环境保护，绿色化学等方面作答。(3)选择当前条件的优势，其他条件的不足，往往不足的描述比较容易疏忽，如温度过高或过低，压强过小或过大，也要进行分析。2．原因分析类(1)依据化学反应速率和平衡移动原理，分析造成图像曲线变化的原因。(2)催化剂对反应的影响、不同反应的选择性问题是这类题目的难点，解题时要多加关注，不同的条件会有不同的选择性。(3)这类题目一般都是多因素影响，需要多角度分析原因。题组一　曲线上特殊点的分析1．用(NH4)2CO3捕碳的反应：(NH4)2CO3(aq)＋H2O(l)＋CO2(g)2NH4HCO3(aq)。为研究温度对(NH4)2CO3捕获CO2效率的影响，将一定量的(NH4)2CO3溶液置于密闭容器中，并充入一定量的CO2气体，保持其他初始实验条件不变，分别在不同温度下，经过相同时间测得CO2气体浓度，得到趋势图：(1)c点的逆反应速率和d点的正反应速率的大小关系为v逆(c)________(填“＞”“＝”或“＜”)v正(d)。(2)b、c、d三点的平衡常数Kb、Kc、Kd从大到小的顺序为________。(3)T3～T4温度区间，容器内CO2气体浓度呈现增大的变化趋势，其原因是____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案　(1)＜　(2)Kb＞Kc＞Kd　(3)T3～T4温度区间，化学反应已达到平衡，由于正反应是放热反应，温度升高平衡向逆反应方向移动，不利于CO2的捕获解析　(1)温度越高，反应速率越快，d点温度高，则c点的逆反应速率和d点的正反应速率的大小关系为v逆(c)＜v正(d)。(2)根据图像，温度为T3时反应达平衡，此后温度升高，c(CO2)增大，平衡逆向移动，说明正反应是放热反应。升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小，故Kb＞Kc＞Kd。2．[2020·天津，16(4)]用H2还原CO2可以在一定条件下合成CH3OH(不考虑副反应)：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH<0恒压下，CO2和H2的起始物质的量之比为1∶3时，该反应在无分子筛膜时甲醇的平衡产率和有分子筛膜时甲醇的产率随温度的变化如图所示，其中分子筛膜能选择性分离出H2O。①甲醇平衡产率随温度升高而降低的原因为_____________________________________________________________________________________________________________________。②P点甲醇产率高于T点的原因为_____________________________________________________________________________________________________________________________。③根据上图，在此条件下采用该分子筛膜时的最佳反应温度为____________℃。答案　①该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动(或平衡常数减小)　②分子筛膜从反应体系中不断分离出H2O，有利于反应正向进行，甲醇产率升高　③210解析　①图中有分子筛膜时，P点甲醇产率最大，达到平衡状态，P点后甲醇的产率降低，其原因是合成甲醇的反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，甲醇产率降低。②P点有分子筛膜，T点无分子筛膜，而分子筛膜能选择性分离出H2O，使平衡正向移动，提高甲醇的产率。③由图可知，当有分子筛膜，温度为210 ℃时，甲醇产率最大，故该分子筛膜的最佳反应温度为210 ℃。3．[2020·山东，18(3)]探究CH3OH合成反应化学平衡的影响因素，有利于提高CH3OH的产率。以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下：Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1＝－49.5 kJ·mol－1Ⅱ.CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH2＝－90.4 kJ·mol－1Ⅲ.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH3不同压强下，按照n(CO2)∶n(H2)＝1∶3投料，实验测定CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率随温度的变化关系如下图所示。已知：CO2的平衡转化率＝×100%CH3OH的平衡产率＝×100%其中纵坐标表示CO2平衡转化率的是图________(填“甲”或“乙”)；压强p1、p2、p3由大到小的顺序为__________；图乙中T1温度时，三条曲线几乎交于一点的原因是__________________________________________________________________________________________。答案　乙　p1＞p2＞p3　T1时以反应Ⅲ为主，反应Ⅲ前后气体分子数相等，压强改变对平衡没有影响解析　由反应Ⅰ、Ⅱ可知，随着温度的升高，甲醇的平衡产率逐渐降低，因此图甲的纵坐标表示的是甲醇的平衡产率，图乙的纵坐标表示的是CO2的平衡转化率。同温度下，随着压强的增大，甲醇的平衡产率应增大，因此压强由大到小的顺序为p1＞p2＞p3。图乙中，当升温到T1时，CO2的平衡转化率与压强的大小无关，说明以反应Ⅲ为主，因为反应Ⅲ前后气体分子数相等。(1)对于化学反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，M点前，表示从反应物开始，v正>v逆；M点为刚达到平衡点(如图)；M点后为平衡受温度的影响情况，即升温，A的百分含量增加或C的百分含量减少，平衡左移，故ΔH＜0。(2)对于化学反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，L线上所有的点都是平衡点(如图)。L线的左上方(如E点)，A的百分含量大于此压强时平衡体系的A的百分含量，所以，E点：v正>v逆；则L线的右下方(如F点)：v正＜v逆。题组二　曲线变化趋势的分析4.把在空气中久置的铝片5.0 g投入盛有500 mL 0.5 mol·L－1盐酸的烧杯中，该铝片与盐酸反应生成氢气的速率v与反应时间t可用如图的坐标曲线来表示。回答下列问题：(1)O→a段不生成氢气的原因是_______________________________________________________________________________________________________________________________。(2)b→c段生成氢气的速率增加较快的主要原因可能是____________________________________________________________________________________________________________。(3)t＞c时生成氢气的速率降低的主要原因是_______________________________________。答案　(1)铝的表面有一层致密的Al2O3薄膜，能与H＋反应得到盐和水，无氢气放出(2)反应放热，溶液温度升高，反应速率加快(3)随着反应的进行，溶液中氢离子的浓度逐渐降低5.乙烯气相水合反应的热化学方程式为C2H4(g)＋H2O(g)C2H5OH(g)　ΔH＝－45.5 kJ·mol－1，如图是乙烯气相水合法制乙醇中乙烯的平衡转化率与温度、压强的关系[其中n(H2O)∶n(C2H4)＝1∶1]。图中压强(p1、p2、p3、p4)的大小顺序为________，理由是__________________________________________________________________________________________________。答案　p4>p3>p2>p1　该反应正向是气体分子数减小的反应，相同温度下，压强升高乙烯转化率升高6．汽车使用乙醇汽油并不能减少NOx的排放，某研究小组在实验室以耐高温试剂Ag-ZSW-5催化，测得NO转化为N2的转化率随温度变化情况如图所示。(1)在＝1条件下，最佳温度应控制在______左右。(2)若不使用CO，温度超过775 K，发现NO的分解率降低，其可能的原因为______________________________________________________________________________。(3)用平衡移动原理解释为什么加入CO后NO转化为N2的转化率增大：_______________________________________________________________________________________________。答案　(1)870 K(860～880 K范围内都可以)(2)该反应放热，升高温度，反应向逆反应方向进行(3)加入的CO会与NO的分解产物O2发生反应，促进NO分解平衡向生成N2的方向移动，导致NO的转化率增大7．下图是在一定时间内，使用不同催化剂Mn和Cr在不同温度下对应的脱氮率，由图可知工业使用的最佳催化剂为________，相应温度为________；使用Mn作催化剂时，脱氮率在b～a段呈现如图变化的可能原因是______________________________________________________________________________________________________________________________。答案　Mn　200 ℃　b～a段，开始温度较低，催化剂活性较低，脱氮反应速率较慢，反应还没达到化学平衡，随着温度升高反应速率变大，一定时间参与反应的氮氧化物变多，导致脱氮率逐渐增大8．汽车尾气是雾霾形成的原因之一，研究氮氧化物的处理方法可有效减少雾霾的形成，可采用氧化还原法脱硝：4NO(g)＋4NH3(g)＋O2(g)4N2(g)＋6H2O(g)　ΔH<0。根据下图判断提高脱硝效率的最佳条件是_____________________________________________；氨氮物质的量之比一定时，在400 ℃时，脱硝效率最大，其可能的原因是______________________。答案　氨氮物质的量之比为1，温度为400 ℃　在400 ℃时，催化剂的活性最好，催化效率最高，同时400 ℃温度较高，反应速率快9．H2还原NO的化学方程式为2NO(g)＋2H2(g)===N2(g)＋2H2O(g)　ΔH<0。(1)研究表明上述反应历程分两步：Ⅰ.2NO(g)＋H2(g)N2(g)＋H2O2(l)(慢反应)Ⅱ.H2O2(l)＋H2(g)2H2O(g)(快反应)该总反应的速率由反应________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)决定，反应Ⅰ的活化能比反应Ⅱ的活化能________(填“高”或“低”)。(2)该反应常伴有副产物N2O和NH3。以Pt作催化剂，用H2还原某废气中的NO(其他气体不反应)，270 ℃时H2的体积分数对H2-NO反应的影响如图所示。随着H2体积分数的增大，N2的体积分数呈下降趋势，原因是______________________________________________。(3)在一定温度下，副产物N2O分解反应的化学方程式为2N2O(g)===2N2(g)＋O2(g)，测得在恒容容器中N2O分解的部分实验数据如下表。反应时间/min020406080100c(N2O)/(mol·L－1)0.100.080.060.040.020.00 0～20 min，反应速率v(N2O)为________ mol·L－1·min－1；若N2O的起始浓度为0.2 mol·L－1，则反应至40 min时N2O的转化率α＝________。答案　(1)Ⅰ　高　(2)随着H2体积分数的增加，NO反应完后，在Pt催化下，N2和H2反应生成NH3，所以N2的体积分数呈下降趋势　(3)0.001　20%解析　(1)化学反应速率取决于反应慢的一步，由题意可知反应Ⅰ为慢反应，则总反应速率取决于反应Ⅰ；反应的活化能越大，反应速率越慢，反应Ⅰ的反应速率比反应Ⅱ的反应速率慢，则反应Ⅰ的活化能比反应Ⅱ的活化能高。(2)由图可知，当一氧化氮完全反应后，氮气的体积分数随氢气体积分数的增大而减小，说明在铂催化下，氮气和氢气反应生成氨气，导致氮气的体积分数随氢气体积分数的增大而减小。(3)由题给数据可知，0～20 min，反应速率为v(N2O)＝＝0.001 mol·L－1·min－1。由题给数据可知，反应速率v(N2O)与反应物N2O的浓度无关，反应速率恒定为0.001 mol·L－1·min－1，则反应至40 min时N2O的转化率α＝×100%＝20%。10．一种新型煤气化燃烧集成制氢发生的主要反应如下：Ⅰ.C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)　ΔH1Ⅱ.CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH2Ⅲ.CaO(s)＋CO2(g)CaCO3(s)　ΔH3Ⅳ.C(s)＋2H2O(g)＋CaO(s)CaCO3(s)＋2H2(g)　ΔH4＝－64.9 kJ·mol－1副反应：Ⅴ.C(s)＋2H2(g)CH4(g)　ΔH5＝－74.8 kJ·mol－1Ⅵ.CO(g)＋3H2(g)CH4(g)＋H2O(g)　ΔH6＝－206.1 kJ·mol－1回答下列问题：(1)已知反应Ⅰ、Ⅱ的平衡常数K1、K2随温度的变化如图1、图2所示。①由反应Ⅴ和反应Ⅵ可知，ΔH1＝________；反应Ⅰ的ΔS________(填“>”或“<”)0。②温度小于800 ℃时，K1＝0，原因是_____________________________________________。③为提高反应Ⅱ中CO的转化率，可采取的措施是________________________(写一条)。④T ℃时，向密闭容器中充入1 mol CO(g)和3 mol H2O(g)，只发生反应Ⅱ，此时该反应的平衡常数K2＝1，CO的平衡转化率为________。(2)从环境保护角度分析，该制氢工艺中设计反应Ⅲ的优点是_________________________。(3)起始时在气化炉中加入1 mol C、2 mol H2O及1 mol CaO，在2.5 MPa下，气体的组成与温度的关系如图3所示。①200～725 ℃时，CH4的量不断减少的原因是__________________________________________________________________________________________________________________。②725～900 ℃时，H2的物质的量分数快速减小，其原因是__________________________。③制氢生产中控制温度为750 ℃左右，不采用850 ℃以上温度的原因是_______________。答案　(1)①＋131.3 kJ·mol－1　＞　②未达到自发进行反应的温度　③增大(或适当降低温度等合理答案)　④75%　(2)减少温室气体(CO2)的排放(3)①反应Ⅴ和反应Ⅵ均为放热反应，温度升高，平衡逆向移动　②CaCO3开始分解，生成的CO2与H2反应　③气体中CO和CO2的含量高，不利于提纯(或其他合理答案)解析　(1)①由盖斯定律知，反应Ⅴ－反应Ⅵ＝反应Ⅰ，ΔH1＝－74.8 kJ·mol－1－(－206.1 kJ·mol－1)＝＋131.3 kJ·mol－1；反应Ⅰ的气体分子数增多，ΔS>0。③由图2可知，反应Ⅱ的K2随温度升高而减小，该反应为放热反应，故为提高反应Ⅱ中CO的转化率可采取降低温度、增大等方法。④设容器体积为V L，CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)起始/mol　　1　　　　3　　　　0　　　0转化/mol　　x　　　　x　　　　x　　　x平衡/mol　　1－x　　3－x　　　x　　　xx2＝(1－x)(3－x)，解得x＝0.75。故CO的平衡转化率为×100%＝75%。(2)该制氢工艺中设计反应Ⅲ的优点是吸收二氧化碳，减少温室气体的排放。