十年(23-22)高考化学真题分项汇编专题43 化学反应速率与平衡综合问题（2份打包，原卷版+教师版）

这是一份十年(23-22)高考化学真题分项汇编专题43 化学反应速率与平衡综合问题（2份打包，原卷版+教师版），文件包含十年23-22高考化学真题分项汇编专题43化学反应速率与平衡综合问题原卷版doc、十年23-22高考化学真题分项汇编专题43化学反应速率与平衡综合问题教师版doc等2份试卷配套教学资源，其中试卷共74页， 欢迎下载使用。
专题43 化学反应速率与平衡综合问题


1．【2022年全国甲卷】金属钛(Ti)在航空航天、医疗器械等工业领域有着重要用途，目前生产钛的方法之一是将金红石转化为，再进一步还原得到钛。回答下列问题：
（1）转化为有直接氯化法和碳氯化法。在时反应的热化学方程式及其平衡常数如下：
(ⅰ)直接氯化：
(ⅱ)碳氯化：
①反应的为_______，_______Pa。
②碳氯化的反应趋势远大于直接氯化，其原因是_______。
③对于碳氯化反应：增大压强，平衡_______移动(填“向左”“向右”或“不”)；温度升高，平衡转化率_______(填“变大”“变小”或“不变”)。
（2）在，将、C．以物质的量比1∶2.2∶2进行反应。体系中气体平衡组成比例(物质的量分数)随温度变化的理论计算结果如图所示。

①反应的平衡常数_______。
②图中显示，在平衡时几乎完全转化为，但实际生产中反应温度却远高于此温度，其原因是_______。
（3）碳氯化是一个“气—固—固”反应，有利于“固—固”接触的措施是_______。
【答案】（1）     -223     1.2×1014     碳氯化反应气体分子数增加，∆H小于0，是熵增、放热过程，熵判据与焓判据均是自发过程，而直接氯化的体系气体分子数不变、且是吸热过程     向左     变小
（2）     7.2×105     为了提高反应速率，在相同时间内得到更多的TiCl4产品，提高效益
（3）将两固体粉碎后混合，同时鼓入Cl2，使固体粉末“沸腾”
【解析】
（1）①根据盖斯定律，将“反应ⅱ-反应ⅰ”得到反应2C(s)+O2(g)=2CO(g)，则∆H=-51kJ/mol-172kJ/mol=-223kJ/mol；则Kp===1.2×1014Pa；
②碳氯化的反应趋势远大于直接氯化，因为碳氯化反应气体分子数增加，∆H小于0，是熵增、放热过程，熵判据与焓判据均是自发过程，而直接氯化的体系气体分子数不变、且是吸热过程；
③对应碳氯化反应，气体分子数增大，依据勒夏特列原理，增大压强，平衡往气体分子数减少的方向移动，即平衡向左移动；该反应是放热反应，温度升高，平衡往吸热方向移动，即向左移动，则平衡转化率变小。
（2）①从图中可知，1400℃，体系中气体平衡组成比例CO2是0.05，TiCl4是0.35，CO是0.6，反应C(s)+CO2(g)=2CO(g)的平衡常数Kp(1400℃)==Pa=7.2×105Pa；
②实际生产中需要综合考虑反应的速率、产率等，以达到最佳效益，实际反应温度远高于200℃，就是为了提高反应速率，在相同时间内得到更多的TiCl4产品。
（3）固体颗粒越小，比表面积越大，反应接触面积越大。有利于TiO2 – C“固-固”接触，可将两者粉碎后混合，同时鼓入Cl2，使固体粉末“沸腾”，增大接触面积。
2．【2022年全国乙卷】油气开采、石油化工、煤化工等行业废气普遍含有的硫化氢，需要回收处理并加以利用。回答下列问题：
（1）已知下列反应的热化学方程式：
①       
②       
③       
计算热分解反应④的________。
（2）较普遍采用的处理方法是克劳斯工艺。即利用反应①和②生成单质硫。另一种方法是：利用反应④高温热分解。相比克劳斯工艺，高温热分解方法的优点是________，缺点是________。
（3）在、反应条件下，将的混合气进行热分解反应。平衡时混合气中与的分压相等，平衡转化率为________，平衡常数________。
（4）在、反应条件下，对于分别为、、、、的混合气，热分解反应过程中转化率随时间的变化如下图所示。

①越小，平衡转化率________，理由是________。
②对应图中曲线________，计算其在之间，分压的平均变化率为________。
【答案】（1）170
（2）     副产物氢气可作燃料     耗能高
（3）     50%     4.76
（4）     越高     n(H2S):n(Ar)越小，H2S的分压越小，平衡向正反应方向进行，H2S平衡转化率越高     d     24.9
【解析】
（1）已知：
①2H2S(g)+3O2(g)＝2SO2(g)+2H2O(g)   ΔH1＝－1036kJ/mol
②4H2S(g)+2SO2(g)＝3S2(g)+4H2O(g)   ΔH2＝94kJ/mol
③2H2(g)+O2(g)＝2H2O(g)   ΔH3＝－484kJ/mol
根据盖斯定律(①+②)×－③即得到2H2S(g)＝S2(g)+2H2(g)的ΔH4＝（－1036+94）kJ/mol×+484kJ/mol＝170 kJ/mol；
（2）根据盖斯定律(①+②)×可得2H2S(g)+O2(g)＝S2(g)+2H2O(g) ΔH＝(－1036+94)kJ/mol×=－314kJ/mol，因此，克劳斯工艺的总反应是放热反应；根据硫化氢分解的化学方程式可知，高温热分解方法在生成单质硫的同时还有氢气生成。因此，高温热分解方法的优点是：可以获得氢气作燃料；但由于高温分解H2S会消耗大量能量，所以其缺点是耗能高；
（3）假设在该条件下，硫化氢和氩的起始投料的物质的量分别为1mol和4mol，根据三段式可知：

平衡时H2S和H2的分压相等，则二者的物质的量相等，即1－x＝x，解得x＝0.5，所以H2S的平衡转化率为，所以平衡常数Kp＝＝≈4.76kPa；
（4）①由于正反应是体积增大的可逆反应，n(H2S):n(Ar)越小，H2S的分压越小，相当于降低压强，平衡向正反应方向移动，因此H2S平衡转化率越高；
②n(H2S):n(Ar)越小，H2S平衡转化率越高，所以n(H2S):n(Ar)＝1:9对应的曲线是d；根据图像可知n(H2S):n(Ar)＝1:9反应进行到0.1s时H2S转化率为0.24。假设在该条件下，硫化氢和氩的起始投料的物质的量分别为1mol和9mol，则根据三段式可知

此时H2S的压强为≈7.51kPa，H2S的起始压强为10kPa，所以H2S分压的平均变化率为＝24.9kPa·s－1。
3．【2022年山东卷】利用丁内酯(BL)制备1，丁二醇(BD)，反应过程中伴有生成四氢呋喃(THF)和丁醇(BuOH)的副反应，涉及反应如下：

已知：①反应Ⅰ为快速平衡，可认为不受慢反应Ⅱ、Ⅲ的影响；②因反应Ⅰ在高压氛围下进行，故压强近似等于总压。回答下列问题：
（1）以或BD为初始原料，在、的高压氛围下，分别在恒压容器中进行反应。达平衡时，以BL为原料，体系向环境放热；以BD为原料，体系从环境吸热。忽略副反应热效应，反应Ⅰ焓变_______。
（2）初始条件同上。表示某物种i的物质的量与除外其它各物种总物质的量之比，和随时间t变化关系如图甲所示。实验测得，则图中表示变化的曲线是_______；反应Ⅰ平衡常数_______(保留两位有效数字)。以BL为原料时，时刻_______，BD产率=_______(保留两位有效数字)。

（3）为达平衡时与的比值。、、三种条件下，以为初始原料，在相同体积的刚性容器中发生反应，随时间t变化关系如图乙所示。因反应在高压氛围下进行，可忽略压强对反应速率的影响。曲线A．B．c中，最大的是_______(填代号)；与曲线b相比，曲线c达到所需时间更长，原因是_______。
【答案】（1）-200(X+Y)
（2）     a或c     8.3×10-8     0.08     39%
（3）     c     由于b和c代表的温度相同，而压强对反应速率的影响可忽略，压强增大反应Ⅱ、Ⅲ均是逆向移动，增大，故=1.0所需时间更长
【解析】
（1）依题意，结合已知信息，可推定在同温同压下，以同物质的量的BL或BD为初始原料，达到平衡时的状态相同，两个平衡完全等效。则以5.0×10-3mol的BL为原料，达到平衡时放出XkJ热量与同物质的量的BD为原料达到平衡时吸收YkJ热量的能量二者能量差值为(X+Y)kJ，则1mol时二者能量差值为200(X+Y)kJ，反应I为放热反应，因此焓变=-200(X+Y)kJ·mol-1。
（2）实验测定X0)。完成下列填空：
（1）在一定温度下进行上述反应，若反应容器的容积为2 L，3 min后达到平衡，测得固体的质量增加了2.80 g，则H2的平均反应速率___ mol/(L·min)；该反应的平衡常数表达式K=_____
（2）上述反应达到平衡后，下列说法正确的是_____。
a．其他条件不变，压强增大，平衡常数K减小
b．其他条件不变，温度升高，平衡常数K减小
c．其他条件不变，增大Si3N4物质的量平衡向左移动
d．其他条件不变，增大HCl物质的量平衡向左移动
（3）一定条件下，在密闭恒容的容器中，能表示上述反应达到化学平衡状态的是__。
a．3v逆(N2)=v正(H2) b．v正(HCl)=4v正(SiCl4)
c．混合气体密度保持不变 d．c(N2)：c(H2)：c(HCl)=1：3：6
（4）若平衡时H2和HCl的物质的量之比为，保持其它条件不变，降低温度后达到新的平衡时，H2和HCl的物质的量之比___（填“>”、“=”或“，此反应为放热反应，降低温度，平衡向正反应方向移动
（6）
【解析】
（1）由图可知第Ⅰ阶段，平衡时△c(A)=2mol/L-1mol/L=1mol/L，△c(B)=6mol/L-3mol/L=3mol/L，△c(C)=2mol/L，浓度变化量之比等于化学计量数之比，故a:b:c=1mol/L:3mol/L:2mol/L=1:3:2；
（2）vⅠ(A)=1/2=0.05mol/(L·min)，vⅡ(A)=(1-0.62)/15=0.0253mol/(L·min)，vⅢ(A)=(0.62-0.5)/10=0.012mol/（L·min），故A的平均反应速率vⅠ(A)＞vⅡ(A)＞vⅢ(A)。
（3） aI(B)=3mol/L/6mol/L×100%=50% ；aII(B)=（3-1.86）mol/L /3 mol/L×100%=38%；aIII(B)=（1.86-1.5）mol/L/1.86 mol/L =19%；所以B的平衡转化率aI(B)、aII(B)、aIII(B) 中最小的是aIII(B)，其值是19%；
（4）由浓度曲线变化可知，由第一次平衡到第二次平衡，AB 的浓度减小，C的浓度增大，平衡正向移动；由于C的浓度由2.0mol/L变为0，所以采取的措施是分离出产物C；
（5）第II阶段的到第III阶段时，AB的浓度均减小，C的浓度增大，平衡正向移动，由于I、II、III阶段容器容积不变，且反应的∆H T3。
（6）由a:b:c=1mol/L:3mol/L:2mol/L=1:3:2可知，该反应A（g）+3B（g）2C（g）；达到第三次平衡后，将容器的体积扩大一倍，相当于减压过程，各物质浓度先减小原来各自的一半，然后平衡向左移动，A、B的浓度再增大一些，而C的浓度再减小一些，具体变化过程如图：
。
20．（2014·浙江高考真题）煤炭燃烧过程中会释放出大量的SO2，严重破坏生态环境。采用一定的脱硫技术可以把硫元素以CaSO4的形式固定，从而降低SO2的排放。但是煤炭燃烧过程中产生的CO又会与CaSO4发生化学反应，降低脱硫效率。相关反应的热化学方程式如下：
CaSO4(s)+CO(g) CaO(s) + SO2(g) + CO2(g) ΔH1=218.4kJ·mol-1(反应Ⅰ)
CaSO4(s)+4CO(g) CaS(s) + 4CO2(g) ΔH2= -175.6kJ·mol－1(反应Ⅱ)
请回答下列问题：
（1）反应Ⅰ能自发进行的条件是 。
（2）对于气体参与的反应，表示平衡常数Kp时用气体组分(B)的平衡压强p(B)代替该气体物质的量浓度c(B)，则反应Ⅱ的Kp= (用表达式表示)。
（3）假设某温度下，反应Ⅰ的速率(v1)大于反应Ⅱ的速率(v2)，则下列反应过程能量变化示意图正确的是 。

（4）通过监测反应体系中气体浓度的变化判断反应Ⅰ和Ⅱ是否同时发生，理由是 。
（5）图1为实验测得不同温度下反应体系中CO初始体积百分数与平衡时固体产物中CaS质量百分数的关系曲线。则降低该反应体系中SO2生成量的措施有 。
A．向该反应体系中投入石灰石
B．在合适的温度区间内控制较低的反应温度
C．提高CO的初始体积百分数
D．提高反应体系的温度
（6）恒温恒容条件下，假设反应Ⅰ和Ⅱ同时发生，且v1＞v2，请在图2中画出反应体系中c(SO2)随时间t变化的总趋势图。

【答案】（1）高温
（2）
（3）C．
（4） 反应I中生成有SO2，监测SO2与CO2的浓度增加量的比不为1:1，可确定发生两个反应。
（5）A、B、C
（6）
【解析】
（1）由△G=△H-T△S＜0时自发，△H＞0，则T要大，故选择高温。
（3）反应Ⅰ吸热，产物的能量高于反应物，反应Ⅱ放热，产物的能量低于反应物；反应Ⅰ的速率(v1)大于反应Ⅱ的速率(v2)，反应I的活化能低。
（4） 反应I中生成有SO2，监测SO2与CO2的浓度增加量的比即可确定是否发生两个反应。
（5）向该反应体系中投入石灰石，产生CO2，使反应I逆向进行，可降低该反应体系中SO2生成量，A正确；在合适的温度区间内控制较低的反应温度，图中可以看出最低温度的CaS的含量最高，故B正确、D错误；C．图中可以看出，提高CO的初始体积百分数，可以提高CaS的含量，故正确。
（6） 反应Ⅰ的速率(v1)大于反应Ⅱ的速率(v2)，故SO2增加的快，反应达到平衡快；随着反应II的进行，CO2的浓度不断增大，使反应I平衡逆向移动。
21．（2012·浙江高考真题）[15分]甲烷自热重整是先进的制氢方法，包含甲烷氧化和蒸汽重整。向反应系统同时通入甲烷、氧气和水蒸气，发生的主要化学反应有：
反应过程
化学方程式
焓变△H(kJ/mol)
活化能Ea(kJ/mol)
甲烷氧化
CH4(g)＋2O2(g)CO2(g)＋2H2O(g)
－802.6
125.6
CH4(g)＋O2(g)CO2(g)＋2H2(g)
－322.0
172.5
蒸汽重整
CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)
206.2
240.1
CH4(g)＋2H2O(g)CO2(g)＋4H2(g)
165.0
243.9

回答下列问题：
（1）反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)的△H= kJ/mol。
（2）在初始阶段,甲烷蒸汽重整的反应速率 甲烷氧化的反应速率（填大于、小于或等于）。
（3）对于气相反应，用某组分(B)的平衡压强(PB)代替物质的量浓度(cB)也可以平衡常数（记作KP），则反应CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)的KP＝ ；
随着温度的升高，该平衡常数 （填“增大”、“减小”或“不变”）。
（4）从能量阶段分析，甲烷自热重整方法的先进之处在于 。
（5）在某一给定进料比的情况下，温度、压强对H2和CO物质的量分数的影响如下图：

①若要达到H2物质的量分数>65%、CO的物质的量分数