山东专用高考化学一轮复习专题十二化学反应速率和化学平衡_模拟集训含解析

专题十二　化学反应速率和化学平衡

【5年高考】

考点一　化学反应速率

1.(2020山东,14,4分)(双选)1,3-丁二烯与HBr发生加成反应分两步:第一步H+进攻1,3-丁二烯生成碳正离子();第二步Br-进攻碳正离子完成1,2-加成或1,4-加成。反应进程中的能量变化如下图所示。已知在0℃和40℃时,1,2-加成产物与1,4-加成产物的比例分别为70∶30和15∶85。下列说法正确的是              (　　)

A.1,4-加成产物比1,2-加成产物稳定

B.与0℃相比,40℃时1,3-丁二烯的转化率增大

C.从0℃升至40℃,1,2-加成正反应速率增大,1,4-加成正反应速率减小

D.从0℃升至40℃,1,2-加成正反应速率的增大程度小于其逆反应速率的增大程度

答案　AD

2.(2017江苏单科,10,2分)H2O2分解速率受多种因素影响。实验测得70℃时不同条件下H2O2浓度随时间的变化如图所示。下列说法正确的是              (　　)

A.图甲表明,其他条件相同时,H2O2浓度越小,其分解速率越快

B.图乙表明,其他条件相同时,溶液pH越小,H2O2分解速率越快

C.图丙表明,少量Mn2+存在时,溶液碱性越强,H2O2分解速率越快

D.图丙和图丁表明,碱性溶液中,Mn2+对H2O2分解速率的影响大

答案　D

3.(2018课标Ⅲ,28,15分)三氯氢硅(SiHCl3)是制备硅烷、多晶硅的重要原料。回答下列问题:

(1)SiHCl3在常温常压下为易挥发的无色透明液体,遇潮气时发烟生成(HSiO)2O等,写出该反应的化学方程式　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)SiHCl3在催化剂作用下发生反应:

2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)　ΔH1=48kJ·mol-1

3SiH2Cl2(g)SiH4(g)+2SiHCl3(g)　ΔH2=-30kJ·mol-1

则反应4SiHCl3(g)SiH4(g)+3SiCl4(g)的ΔH为　　　　kJ·mol-1。 

(3)对于反应2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+SiCl4(g),采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂,在323K和343K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。

①343K时反应的平衡转化率α=　　　　%。平衡常数K343K=　　　　(保留2位小数)。 

②在343K下:要提高SiHCl3转化率,可采取的措施是　　　　　　　　;要缩短反应达到平衡的时间,可采取的措施有　　　　　　　、　　　　　　　。 

③比较a、b处反应速率大小:va　　　　vb(填“大于”“小于”或“等于”)。反应速率v=v正-v逆=k正-k逆,k正、k逆分别为正、逆向反应速率常数,x为物质的量分数,计算a处的=　　　　(保留1位小数)。 

答案　(1)2SiHCl3+3H2O(HSiO)2O+6HCl

(2)114

(3)①22　0.02

②及时移去产物　改进催化剂　提高反应物压强(浓度)　③大于　1.3

考点二　化学平衡的建立与移动

4.(2019海南单科,3,2分)反应C2H6(g)C2H4(g)+H2(g)　ΔH>0,在一定条件下于密闭容器中达到平衡。下列各项措施中,不能提高乙烷平衡转化率的是              (　　)

A.增大容器容积　　B.升高反应温度

C.分离出部分氢气　　D.等容下通入惰性气体

答案　D

5.(2020浙江7月选考,18,2分)5mL0.1mol·L-1KI溶液与1mL0.1mol·L-1FeCl3溶液发生反应:2Fe3+(aq)+2I-(aq)2Fe2+(aq)+I2(aq),达到平衡。下列说法不正确的是              (　　)

A.加入苯,振荡,平衡正向移动

B.经苯2次萃取分离后,在水溶液中加入KSCN,溶液呈血红色,表明该化学反应存在限度

C.加入FeSO4固体,平衡逆向移动

D.该反应的平衡常数K=

答案　D

6.(2020浙江1月选考,19,2分)在干燥的HCl气流中加热MgCl2·6H2O,能得到无水MgCl2。下列说法不正确的是(　　)

A.MgCl2·nH2O(s)MgCl2·(n-1)H2O(s)+H2O(g)　ΔH>0

B.MgCl2·2H2O(s)Mg(OH)2(s)+2HCl(g),HCl气流可抑制反应进行

C.MgCl2·H2O(s)Mg(OH)Cl(s)+HCl(g),升高温度,反应更易发生

D.MgCl2·4H2O(s)MgCl2·2H2O(s)+2H2O(g),HCl气流可抑制反应进行

答案　D

7.(2019浙江4月选考,17,2分)下列说法正确的是 (　　)

A.H2(g)+I2(g)2HI(g),其他条件不变,缩小反应容器体积,正逆反应速率不变

B.C(s)+H2O(g)H2(g)+CO(g),碳的质量不再改变说明反应已达平衡

C.若压强不再随时间变化能说明反应2A(?)+B(g)2C(?)已达平衡,则A、C不能同时是气体

D.1molN2和3molH2反应达到平衡时H2转化率为10%,放出热量Q1;在相同温度和压强下,当2molNH3分解为N2和H2的转化率为10%时,吸收热量Q2,Q2不等于Q1

答案　B

8.(2020浙江7月选考,29,10分)研究CO2氧化C2H6制C2H4对资源综合利用有重要意义。

相关的主要化学反应有:

Ⅰ　C2H6(g)C2H4(g)+H2(g)　ΔH1=136kJ·mol-1

Ⅱ　C2H6(g)+CO2(g)C2H4(g)+H2O(g)+CO(g)

ΔH2=177kJ·mol-1

Ⅲ　C2H6(g)+2CO2(g)4CO(g)+3H2(g)　ΔH3

Ⅳ　CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)

ΔH4=41kJ·mol-1

已知:298K时,相关物质的相对能量(如下图)。

可根据相关物质的相对能量计算反应或变化的ΔH(ΔH随温度变化可忽略)。

例如:H2O(g)H2O(l)　ΔH=-286kJ·mol-1-(-242kJ·mol-1)=-44kJ·mol-1。

请回答:

(1)①根据相关物质的相对能量计算ΔH3=　　　　kJ·mol-1。 

②下列描述正确的是　　　　。 

A.升高温度反应Ⅰ的平衡常数增大

B.加压有利于反应Ⅰ、Ⅱ的平衡正向移动

C.反应Ⅲ有助于乙烷脱氢,有利于乙烯生成

D.恒温恒压下通水蒸气,反应Ⅳ的平衡逆向移动

③有研究表明,在催化剂存在下,反应Ⅱ分两步进行,过程如下:【C2H6(g)+CO2(g)】→【C2H4(g)+H2(g)+CO2(g)】→【C2H4(g)+CO(g)+H2O(g)】,且第二步速率较慢(反应活化能为210kJ·mol-1)。根据相关物质的相对能量,画出反应Ⅱ分两步进行的“能量-反应过程图”,起点从【C2H6(g)+CO2(g)】的能量-477kJ·mol-1开始(如下图)。

(2)①CO2和C2H6按物质的量1∶1投料,在923K和保持总压恒定的条件下,研究催化剂X对“CO2氧化C2H6制C2H4”的影响,所得实验数据如下表:

结合具体反应分析,在催化剂X作用下,CO2氧化C2H6的主要产物是　　　　,判断依据是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

②采用选择性膜技术(可选择性地让某气体通过而离开体系)可提高C2H4的选择性(生成C2H4的物质的量与消耗C2H6的物质的量之比)。在773K,乙烷平衡转化率为9.1%,保持温度和其他实验条件不变,采用选择性膜技术,乙烷转化率可提高到11.0%。结合具体反应说明乙烷转化率增大的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

答案　(1)①430　②AD

③

(2)①CO　C2H4的产率低,说明催化剂X有利于提高反应Ⅲ速率

②选择性膜吸附C2H4,促进反应Ⅱ平衡正向移动

9.(2019课标Ⅱ,27,15分)环戊二烯()是重要的有机化工原料,广泛用于农药、橡胶、塑料等生产。回答下列问题:

(1)已知:(g)(g)+H2(g)　

ΔH1=100.3kJ·mol-1　①

H2(g)+I2(g)2HI(g)　ΔH2=-11.0kJ·mol-1　②

对于反应:(g)+I2(g)(g)+2HI(g)　③　ΔH3=　　　　kJ·mol-1。 

(2)某温度下,等物质的量的碘和环戊烯()在刚性容器内发生反应③,起始总压为105Pa,平衡时总压增加了20%,环戊烯的转化率为　　　　,该反应的平衡常数Kp=　　　　Pa。达到平衡后,欲增加环戊烯的平衡转化率,可采取的措施有　　　　(填标号)。 

A.通入惰性气体　　B.提高温度

C.增加环戊烯浓度　　D.增加碘浓度

(3)环戊二烯容易发生聚合生成二聚体,该反应为可逆反应。不同温度下,溶液中环戊二烯浓度与反应时间的关系如图所示,下列说法正确的是　　　　(填标号)。 

A.T1>T2

B.a点的反应速率小于c点的反应速率

C.a点的正反应速率大于b点的逆反应速率

D.b点时二聚体的浓度为0.45mol·L-1

(4)环戊二烯可用于制备二茂铁[Fe(C5H5)2,结构简式为],后者广泛应用于航天、化工等领域中。二茂铁的电化学制备原理如下图所示,其中电解液为溶解有溴化钠(电解质)和环戊二烯的DMF溶液(DMF为惰性有机溶剂)。

该电解池的阳极为　　　　,总反应为　　　　　　　　　　　　　　。电解制备需要在无水条件下进行,原因为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

答案　(1)89.3

(2)40%　3.56×104　BD

(3)CD

(4)Fe电极

　水会阻碍中间物Na的生成;水会电解生成OH-,进一步与Fe2+反应生成Fe(OH)2

10.(2017课标Ⅱ,27,14分)丁烯是一种重要的化工原料,可由丁烷催化脱氢制备。回答下列问题:

(1)正丁烷(C4H10)脱氢制1-丁烯(C4H8)的热化学方程式如下:

反应①的ΔH1为　　　　kJ·mol-1。图(a)是反应①平衡转化率与反应温度及压强的关系图,x　　　　0.1(填“大于”或“小于”);欲使丁烯的平衡产率提高,应采取的措施是　　　(填标号)。 

A.升高温度　　B.降低温度

C.增大压强　　D.降低压强

(2)丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器(氢气的作用是活化催化剂),出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。图(b)为丁烯产率与进料气中n(氢气)/n(丁烷)的关系。图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势,其降低的原因是　。 

(3)图(c)为反应产率和反应温度的关系曲线,副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。丁烯产率在590℃之前随温度升高而增大的原因可能是　　　　　　　　　　　　　　　　　　、　　　　　　　　　　　　　;590℃之后,丁烯产率快速降低的主要原因可能是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

答案　(1)123　小于　AD

(2)氢气是产物之一,随着n(氢气)/n(丁烷)增大,逆反应速率增大

(3)升高温度有利于反应向吸热方向进行　温度升高反应速率加快　丁烯高温裂解生成短链烃类

考点三　化学平衡常数及化学平衡的有关计算

11.(2020江苏单科,15,4分)(双选)CH4与CO2重整生成H2和CO的过程中主要发生下列反应

CH4(g)+CO2(g)2H2(g)+2CO(g)　ΔH=247.1kJ·mol-1

H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g)　ΔH=41.2kJ·mol-1

在恒压、反应物起始物质的量比n(CH4)∶n(CO2)=1∶1条件下,CH4和CO2的平衡转化率随温度变化的曲线如下图所示。下列有关说法正确的是              (　　)

A.升高温度、增大压强均有利于提高CH4的平衡转化率

B.曲线B表示CH4的平衡转化率随温度的变化

C.相同条件下,改用高效催化剂能使曲线A和曲线B相重叠

D.恒压、800K、n(CH4)∶n(CO2)=1∶1条件下,反应至CH4转化率达到X点的值,改变除温度外的特定条件继续反应,CH4转化率能达到Y点的值

答案　BD

12.(2018江苏单科,15,4分)(双选)一定温度下,在三个容积相同的恒容密闭容器中按不同方式投入反应物,发生反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)(正反应放热),测得反应的相关数据如下:

下列说法正确的是 (　　)

A.v1<v2,c2<2c1

B.K1>K3,p2>2p3

C.v1<v3,α1(SO2)>α3(SO2)

D.c2>2c3,α2(SO3)+α3(SO2)<1

答案　CD

13.(2020山东,18,12分)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=-49.5kJ·mol-1

Ⅱ.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

ΔH2=-90.4kJ·mol-1

Ⅲ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH3

回答下列问题:

(1)ΔH3=　　　　　kJ·mol-1。 

(2)一定条件下,向体积为VL的恒容密闭容器中通入1molCO2和3molH2发生上述反应,达到平衡时,容器中CH3OH(g)为amol,CO为bmol,此时H2O(g)的浓度为　　　　　mol·L-1(用含a、b、V的代数式表示,下同),反应Ⅲ的平衡常数为　　　　　　　　　。 

(3)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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(4)为同时提高CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率,应选择的反应条件为　　　(填标号)。 

A.低温、高压　　B.高温、低压

C.低温、低压　　D.高温、高压

答案　(1)+40.9

(2)　

(3)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

(4)A

14.(2020天津,16,14分)利用太阳能光解水,制备的H2用于还原CO2合成有机物,可实现资源的再利用。回答下列问题:

Ⅰ.半导体光催化剂浸入水或电解质溶液中,光照时可在其表面得到产物

(1)上图为该催化剂在水中发生光催化反应的原理示意图。光解水能量转化形式为　　　　　　　　。 

(2)若将该催化剂置于Na2SO3溶液中,产物之一为S,另一产物为　　　　。若将该催化剂置于AgNO3溶液中,产物之一为O2,写出生成另一产物的离子反应式　　　　　　　　　　　　　　。 

Ⅱ.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

(3)某温度下,恒容密闭容器中,CO2和H2的起始浓度分别为amol·L-1和3amol·L-1,反应平衡时,CH3OH的产率为b,该温度下反应平衡常数的值为　　　　　　。 

(4)恒压下,CO2和H2的起始物质的量比为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下图所示,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　　　　℃。 

Ⅲ.调节溶液pH可实现工业废气CO2的捕获和释放

(5)C的空间构型为　　　　。已知25℃碳酸电离常数为、,当溶液pH=12时,c(H2CO3)∶c(HC)∶c(C)=1∶　　　　　∶　　　　　。 

答案　(1)光能转化为化学能

(2)H2　Ag++e-Ag

(3)

(4)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

(5)平面(正)三角形　1012·　1024··

15.(2020课标Ⅰ,28,14分)硫酸是一种重要的基本化工产品。接触法制硫酸生产中的关键工序是SO2的催化氧化:SO2(g)+O2(g)SO3(g)　ΔH=-98kJ·mol-1。回答下列问题:

(1)钒催化剂参与反应的能量变化如图(a)所示,V2O5(s)与SO2(g)反应生成VOSO4(s)和V2O4(s)的热化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

图(a)

图(b)

(2)当SO2(g)、O2(g)和N2(g)起始的物质的量分数分别为7.5%、10.5%和82%时,在0.5MPa、2.5MPa和5.0MPa压强下,SO2平衡转化率α随温度的变化如图(b)所示。反应在5.0MPa、550℃时的α=　　　,判断的依据是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。影响α的因素有　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(3)将组成(物质的量分数)为2m%SO2(g)、m%O2(g)和q%N2(g)的气体通入反应器,在温度t、压强p条件下进行反应。平衡时,若SO2转化率为α,则SO3压强为　　　　　　　　,平衡常数Kp=　　　　　　　　　　(以分压表示,分压=总压×物质的量分数)。 

(4)研究表明,SO2催化氧化的反应速率方程为:

v=k(-1)0.8(1-nα')

图(c)

式中:k为反应速率常数,随温度t升高而增大;α为SO2平衡转化率,α'为某时刻SO2转化率,n为常数。在α'=0.90时,将一系列温度下的k、α值代入上述速率方程,得到v~t曲线,如图(c)所示。

曲线上v最大值所对应温度称为该α'下反应的最适宜温度tm。t<tm时,v逐渐提高;t>tm后,v逐渐下降。原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

答案　(1)2V2O5(s)+2SO2(g)2VOSO4(s)+V2O4(s)　ΔH=-351kJ·mol-1

(2)0.975　该反应气体分子数减少,增大压强,α提高。5.0MPa>2.5MPa=p2,所以p1=5.0MPa　温度、压强和反应物的起始浓度(组成)

(3)p　

(4)升高温度,k增大使v逐渐提高,但α降低使v逐渐下降。t<tm时,k增大对v的提高大于α引起的降低;t>tm后,k增大对v的提高小于α引起的降低

16.(2020课标Ⅱ,28,14分)天然气的主要成分为CH4,一般还含有C2H6等烃类,是重要的燃料和化工原料。

(1)乙烷在一定条件可发生如下反应:C2H6(g)C2H4(g)+H2(g)　ΔH1,相关物质的燃烧热数据如下表所示:

①ΔH1=　　　　kJ·mol-1。 

②提高该反应平衡转化率的方法有　　　　　　　、　　　　　　　。 

③容器中通入等物质的量的乙烷和氢气,在等压下(p)发生上述反应,乙烷的平衡转化率为α。反应的平衡常数Kp=　　　　　　　　　(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。 

(2)高温下,甲烷生成乙烷的反应如下:2CH4C2H6+H2。反应在初期阶段的速率方程为:r=k×,其中k为反应速率常数。

①设反应开始时的反应速率为r1,甲烷的转化率为α时的反应速率为r2,则r2=　　　　　r1。 

②对于处于初期阶段的该反应,下列说法正确的是　　　　。 

A.增加甲烷浓度,r增大　　　　B.增加H2浓度,r增大

C.乙烷的生成速率逐渐增大　　　　D.降低反应温度,k减小

(3)CH4和CO2都是比较稳定的分子,科学家利用电化学装置实现两种分子的耦合转化,其原理如下图所示:

①阴极上的反应式为　　　　　　　　　　　。 

②若生成的乙烯和乙烷的体积比为2∶1,则消耗的CH4和CO2体积比为　　　　。 

答案　(1)①137　②升高温度　减小压强(增大体积)

③×p　(2)①(1-α)　②AD

(3)①CO2+2e-CO+O2-　②6∶5

17.(2020课标Ⅲ,28,14分)二氧化碳催化加氢合成乙烯是综合利用CO2的热点研究领域。回答下列问题:

(1)CO2催化加氢生成乙烯和水的反应中,产物的物质的量之比n(C2H4)∶n(H2O)=　　　　。当反应达到平衡时,若增大压强,则n(C2H4)　　　　(填“变大”“变小”或“不变”)。 

(2)理论计算表明,原料初始组成n(CO2)∶n(H2)=1∶3,在体系压强为0.1MPa,反应达到平衡时,四种组分的物质的量分数x随温度T的变化如图所示。

图中,表示C2H4、CO2变化的曲线分别是　　　　、　　　　。CO2催化加氢合成C2H4反应的ΔH　　　　0(填“大于”或“小于”)。 

(3)根据图中点A(440K,0.39),计算该温度时反应的平衡常数Kp=　　　　　　　　　　(MPa)-3(列出计算式。以分压表示,分压=总压×物质的量分数)。 

(4)二氧化碳催化加氢合成乙烯反应往往伴随副反应,生成C3H6、C3H8、C4H8等低碳烃。一定温度和压强条件下,为了提高反应速率和乙烯选择性,应当　　　　　　　。 

答案　(1)1∶4　变大

(2)d　c　小于

(3)×或×等

(4)选择合适催化剂等

18.(2019课标Ⅰ,28,14分)水煤气变换[CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)]是重要的化工过程,主要用于合成氨、制氢以及合成气加工等工业领域中。回答下列问题:

(1)Shibata曾做过下列实验:①使纯H2缓慢地通过处于721℃下的过量氧化钴CoO(s),氧化钴部分被还原为金属钴Co(s),平衡后气体中H2的物质的量分数为0.0250。②在同一温度下用CO还原CoO(s),平衡后气体中CO的物质的量分数为0.0192。

根据上述实验结果判断,还原CoO(s)为Co(s)的倾向是CO　　　　H2(填“大于”或“小于”)。 

(2)721℃时,在密闭容器中将等物质的量的CO(g)和H2O(g)混合,采用适当的催化剂进行反应,则平衡时体系中H2的物质的量分数为　　　　(填标号)。 

A.<0.25　B.0.25　C.0.25~0.50　D.0.50　E.>0.50

(3)我国学者结合实验与计算机模拟结果,研究了在金催化剂表面上水煤气变换的反应历程,如图所示,其中吸附在金催化剂表面上的物种用*标注。

可知水煤气变换的ΔH　　　　0(填“大于”“等于”或“小于”)。该历程中最大能垒(活化能)E正=　　　　eV,写出该步骤的化学方程式　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(4)Shoichi研究了467℃、489℃时水煤气变换中CO和H2分压随时间变化关系(如下图所示),催化剂为氧化铁,实验初始时体系中的和pCO相等、和相等。

计算曲线a的反应在30~90min内的平均速率