2023版高中化学人教版选择性必修1 第二章 化学反应速率与化学平衡 综合拔高练

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综合拔高练
五年高考练
考点1　化学反应速率及其影响因素
1.(2021浙江1月选考,19)取50 mL过氧化氢水溶液,在少量I-存在下分解:2H2O2 2H2O+O2↑。在一定温度下,测得O2的放出量,转换成H2O2浓度(c)如下表:
t/min
0
20
40
60
80
c/(mol·L-1)
0.80
0.40
0.20
0.10
0.050
下列说法不正确的是(　　)
A.反应20 min时,测得O2体积为224 mL(标准状况)
B.20~40 min,消耗H2O2的平均速率为0.010 mol·L-1·min-1
C.第30 min时的瞬时速率小于第50 min时的瞬时速率
D.H2O2分解酶或Fe2O3代替I-也可以催化H2O2分解
2.(双选)(2020山东,14)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
考点2　化学平衡及其移动
3.(双选)(2021湖南,11)已知:A(g)+2B(g) 3C(g)　ΔHφ(Ⅰ)
D.平衡常数K:K(Ⅱ)2.5×1060
C.升高温度,既增大反应速率又增大K
D.选用适宜催化剂可达到尾气排放标准
6.(2020北京,10)一定温度下,反应I2(g)+H2(g) 2HI(g)在密闭容器中达到平衡时,测得c(I2)=0.11 mmol·L-1、c(H2)=0.11 mmol·L-1、c(HI)=0.78 mmol·L-1。 相同温度下,按下列4组初始浓度进行实验,反应逆向进行的是(　　)

A
B
C
D
c(I2)/(mmol·L-1)
1.00
0.22
0.44
0.11
c(H2)/(mmol·L-1)
1.00
0.22
0.44
0.44
c(HI)/(mmol·L-1)
1.00
1.56
4.00
1.56

(注:1 mmol·L-1=10-3 mol·L-1)
考点3　化学平衡常数及平衡转化率
7.(双选)(2019江苏单科,15)在恒压、NO和O2的起始浓度一定的条件下,催化反应相同时间,测得不同温度下NO转化为NO2的转化率如图中实线所示(图中虚线表示相同条件下NO的平衡转化率随温度的变化)。下列说法正确的是(　　)

A.反应2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)的ΔH>0
B.图中X点所示条件下,延长反应时间能提高NO转化率
C.图中Y点所示条件下,增加O2的浓度不能提高NO转化率
D.380 ℃下,c起始(O2)=5.0×10-4 mol·L-1,NO平衡转化率为50%,则平衡常数K>2 000
8.(2021全国甲,28改编)二氧化碳催化加氢制甲醇,有利于减少温室气体二氧化碳。合成总反应[CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔHM(c)
D.该反应的平衡常数:K(b)-205.9 kJ/mol
D.在低温条件下,可同时提高CO2的平衡转化率和CH4的平衡产率
迁移创新
7.(2022福建厦门双十中学期中)利用CO2合成二甲醚可以很大程度地帮助实现“碳中和”,其合成过程由两种工艺组成。
工艺1:先在设备一加氢合成甲醇,主要涉及以下反应:
Ⅰ.甲醇的合成:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g);
Ⅱ.逆水汽变换:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g);
再通过设备二合成二甲醚,涉及以下反应:
Ⅲ.甲醇脱水:2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g)。
工艺2:在双功能催化剂作用下,由CO2加氢直接得到二甲醚。
已知:相关物质变化的焓变示意图如下:

回答下列问题:
(1)请写出工艺2中CO2直接加氢合成CH3OCH3(g)(反应Ⅳ)的热化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(2)①工艺1需先在设备一合成甲醇。在不同压强下,按照n(CO2)∶n(H2)=1∶3投料合成甲醇,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图所示。

图甲

图乙
下列说法正确的是　　　　(填字母)。 
A.图甲纵坐标表示CH3OH的平衡产率
B.压强:p1>p2>p3
C.为了同时提高CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率,应选择低温、高压的反应条件
D.一定温度、压强下,寻找活性更高的催化剂,是提高CO2的平衡转化率的主要研究方向
②解释图乙不同压强下纵坐标代表的物理量在550 ℃后趋于相等的原因:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(3)若一定量CO2和H2仅发生反应Ⅰ和Ⅱ,研究表明:在其他条件相同的情况下,用新型催化剂可以显著提高甲醇的选择性。使用该催化剂,按n(CO2)∶n(H2)=1∶3(总量为a mol)投料于恒容密闭容器中进行反应,CO2的平衡转化率和甲醇的选择性(甲醇的选择性:转化的CO2中生成甲醇的物质的量分数)随温度的变化趋势如图所示(忽略温度对催化剂的影响)。

①根据图中数据,温度选择　　　　K(填“473”“513”或“553”),达到平衡时,反应体系内甲醇的产量最高。 
②随着温度的升高,CO2的平衡转化率增加但甲醇的选择性降低,请分析其原因:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

答案全解全析
五年高考练
1. C　A项, 20 min时,消耗H2O2:(0.80 mol·L-1-0.40 mol·L-1)×0.05 L=0.02 mol,由2H2O2 2H2O+O2↑知,生成O20.01 mol×22.4 L·mol-1=0.224 L=224 mL,正确;B项,
20~40 min,v(H2O2)=(0.40-0.20)mol·L-120min=0.010 mol·L-1·min-1,正确;C项,随着H2O2浓度的下降,反应逐渐变慢,故第30 min时的瞬时速率大于第50 min时的瞬时速率,错误;D项,Fe2O3或H2O2分解酶对H2O2的分解均有催化作用,故可代替I-作催化剂,正确。
2.AD　根据题给反应进程中的能量关系,1,3-丁二烯与HBr的加成反应为放热反应,两种温度下,1,4-加成产物比1,2-加成产物的能量低,所以1,4-加成产物更稳定,A项正确;1,3-丁二烯与HBr的加成反应为放热反应,升温,平衡向逆反应方向移动,1,3-丁二烯的转化率降低,且说明正反应速率的增大程度小于其逆反应速率的增大程度,B项错误,D项正确;升温时,1,2-加成正反应速率和1,4-加成正反应速率都增大,C项错误。
3.BC　A项,该反应反应前后气体物质的量不变,随着反应的进行,压强始终不变,因此压强不变不能作为达到平衡状态的标志,错误;B项,t2时刻条件改变瞬间正反应速率不变,后逐渐增大,说明反应向逆反应方向进行,即加入了C,正确;C项,状态Ⅰ的初始投料n(A)∶n(B)=1∶3,向体系中加入C时,相当于投料n(A)∶n(B)=1∶2,状态Ⅰ和状态Ⅱ不是等效平衡,状态Ⅱ达到状态Ⅰ的等效平衡需再加入一定量B,即状态Ⅱ平衡正向移动才能达到状态Ⅰ的等效平衡,因此A的体积分数φ(Ⅱ)>φ(Ⅰ),正确;D项,对于确定的反应,化学平衡常数只与温度有关,状态Ⅰ和状态Ⅱ温度相同,所以平衡常数相同,错误。
4.D　A项,在已知平衡体系中,加入苯,振荡,可以萃取溶液中的碘单质,使溶液中碘单质的浓度减小,平衡正向移动,正确;B项,经苯2次萃取后,在水溶液中加入KSCN溶液,溶液呈血红色说明溶液中含有Fe3+,则说明该反应是可逆反应,存在反应限度,正确;C项,加入FeSO4固体,c(Fe2+)增大,平衡逆向移动,正确;D项,依据化学平衡常数的定义知,该反应的平衡常数K=c2(Fe2+)·c(I2)c2(Fe3+)·c2(I-),错误。
5.D　该反应的化学平衡常数很大,说明反应进行的程度很大,但由于NO和CO的反应速率较小,在排入大气之前不可能完全反应,A项错误;该反应为气体总体积减小的反应,增大压强平衡正向移动,由于化学平衡常数只与温度有关,即K不发生变化,B项错误;正反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,且能加快反应速率,但K值减小,C项错误;选用适宜的催化剂,可加快反应速率,使尾气得到净化,达到尾气排放标准,D项正确。
6.C　对于反应I2(g)+H2(g) 2HI(g),依据化学平衡常数定义知,K=c2(HI)c(I2)·c(H2)=0.7820.11×0.11≈50.28。A项,Q=c2(HI)c(I2)·c(H2)=1.0021.00×1.00=1.0050.28,反应逆向进行;D项,Q=c2(HI)c(I2)·c(H2)=1.5620.11×0.44≈50.28,反应处于平衡状态。
7.BD　从虚线可知,随温度升高NO平衡转化率逐渐降低,说明平衡逆向移动,则NO与O2生成NO2的反应为放热反应,ΔH1c起始(O2)=2 000,D项正确。
8.答案　(1)p(H2O)·p(CH3OH)p3(H2)·p(CO2)
(2)b　总反应ΔHK(400 ℃);随着进料浓度比c(HCl)∶c(O2)逐渐增大,HCl平衡转化率逐渐降低,所以图中三条曲线由上到下分别对应的进料浓度比c(HCl)∶c(O2)为1∶1、4∶1、7∶1,400 ℃、c(HCl)∶c(O2)=1∶1时,HCl的平衡转化率为84%。设HCl初始浓度为c0(O2初始浓度也为c0),则平衡时HCl、O2、Cl2、H2O(g)的浓度分别为(1-0.84)c0、(1-0.21)c0、0.42c0、0.42c0,则K(400 ℃)=(0.42c0)2×(0.42c0)2(1-0.84)4×c04×(1-0.21)c0=(0.42)2×(0.42)2(1-0.84)4×(1-0.21)c0。进料浓度比c(HCl)∶c(O2)过低,导致平衡时气体中混有大量O2,增大分离能耗;进料浓度比c(HCl)∶c(O2)过高,会导致平衡时HCl转化率较低。


三年模拟练
1.C　加入催化剂,不能改变水分解反应的焓变,A项错误;催化剂的使用不能改变水的分解率,B项错误;固体接触面积越大,催化剂的催化效率越高,C项正确;催化剂具有专一性、选择性,不同反应往往选择不同的催化剂,D项错误。
2.D　根据有效碰撞理论可知,反应物分子之间的碰撞不均为有效碰撞,A错误;该历程中的最大能垒(活化能)E正=16.87 kJ·mol-1-(-1.99 kJ·mol-1)=18.86 kJ·mol-1,B错误;催化剂可降低反应的活化能,但不能改变反应热,C错误;由题图可知,反应物具有的能量大于生成物具有的能量,则该反应是放热反应,升高温度,化学平衡向逆反应方向移动,D正确。
3.B　从图中可以看出,使用Sc1/NC吸附氮气的活化能更低,更有利于吸附氮气,A项正确;催化剂只能改变反应速率,不影响化学平衡移动,即生产中将催化剂的尺寸处理成纳米级不能提高氮气的平衡转化率,B项错误;从图中可以看出,使用Sc1/NC单原子催化剂的反应历程中,最大能垒的反应过程可表示为*N2+HNNH,C项正确;由题图可知,合成氨的反应为放热反应,升高温度平衡逆向移动,且温度越高,催化剂吸附N2越困难,即升高温度能加快反应速率,但不一定能提高氨气单位时间内的产率,D项正确。
4.C　该反应为气体分子总数不变的吸热反应,升高温度,平衡向正反应方向移动,且能提高SiHCl3的转化率。根据图像可知曲线L1、L2分别为343 K和323 K时SiHCl3的转化率—时间曲线,即343 K时反应物的平衡转化率为22%,A项错误;a、b两点的反应物的转化率相等,则各物质浓度也相等,但a点温度较高,即a点反应速率要比b点大,B项错误;343 K时SiHCl3的平衡转化率为22%,设起始时SiHCl3的浓度为1 mol/L,则
　　　　　　2SiHCl3(g) SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)
起始(mol/L) 1　 0　 0
转化(mol/L) 0.22　 0.11　 0.11
平衡(mol/L) 0.78　 0.11　 0.11
平衡时v正=v逆,则k正·x(SiHCl3)2=k逆·x(SiH2Cl2)·x(SiCl4),即k正k逆=x(SiH2Cl2)·x(SiCl4)x(SiHCl3)2=0.1120.782,C项正确;同理,由323K时SiHCl3的转化率为21%,设起始时SiHCl3为1 mol/L,根据三段式法可求出平衡时SiHCl3(g)、SiH2Cl2(g)、SiCl4(g)分别为0.79 mol/L、0.105 mol/L和0.105 mol/L,则平衡常数K=0.10520.792≈1.77×10-2,D项错误。
5.C　依据起点的纵坐标及曲线的变化趋势可知,曲线Ⅰ呈现上升趋势,曲线Ⅱ先升后降,因为该反应为放热反应,故升高温度,平衡逆移,TiN的质量减小,所以曲线Ⅰ表示的是压强随温度的变化,曲线Ⅱ表示的是TiN的质量随温度的变化,A错误;温度越高反应速率越快,达到平衡的时间越短,b点为恰好达到平衡的点,a点还未达到平衡,c点可看作在b点基础上升高温度,平衡逆向移动,B错误;由题图可知a、b、c三点对应的体系内固体质量大小关系是m(b)>m(c)>m(a),依据质量守恒,则气体质量大小关系为m(b)K(c),D错误。
素养解读
　　本题以气相沉积法制备TiN的反应为情境,结合图像考查化学平衡状态的判定、化学平衡移动的知识,培养学生变化观念与平衡思想的化学学科核心素养,提高学生在复杂情境中利用所学知识分析问题、解决问题的能力。
6.C　反应Ⅰ、Ⅲ均为放热反应,升高温度,Ⅰ、Ⅲ平衡均逆向移动,CH4物质的量减小,因此曲线A表示平衡时n(CH4)随温度的变化关系;反应Ⅱ为吸热反应,反应Ⅲ为放热反应,升高温度,反应Ⅱ正向移动,反应Ⅲ逆向移动,CO物质的量增大,因此曲线C表示平衡时n(CO)随温度的变化关系;曲线B表示平衡时n(CO2)随温度的变化关系。反应Ⅲ的平衡常数K=c(CO2)×c(CH4)c2(H2)×c2(CO),在a点c(CO)=c(CH4),所以平衡常数K=c(CO2)c2(H2)×c(CO),A正确;由上述分析可知曲线B表示平衡时n(CO2)随温度的变化关系,B正确;根据盖斯定律,由Ⅱ+Ⅲ得:CO(g)+3H2(g) CH4(g)+H2O(g)　ΔH=-205.9 kJ/mol,1 mol气态水的能量比1 mol液态水的能量高,气态水转化为液态水放热,故CO(g)+3H2(g) CH4(g)+H2O(l)的ΔHp2>p3,B正确;反应Ⅰ的正反应是气体体积减小的放热反应,为了同时提高CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率,根据平衡移动原理,可知应选择低温、高压的反应条件,C正确;一定温度、压强下,寻找活性更高的催化剂,可以加快反应速率,但化学平衡不发生移动,因此不能提高CO2的平衡转化率,D错误。②图乙纵坐标表示CO2的平衡转化率,不同压强下CO2的平衡转化率在550 ℃后趋于相等,这是由于反应Ⅱ是吸热反应,550 ℃后以反应Ⅱ为主,反应Ⅱ是反应前后气体体积相等的反应,所以不同压强下CO2的平衡转化率趋于相等。
(3)①按n(CO2)∶n(H2)=1∶3(总量为a mol)投料于恒容密闭容器中进行反应,n(CO2)=11+3×a mol=a4 mol,由碳元素守恒,n(CH3OH)=n(CO2)×CO2的平衡转化率×甲醇的选择性,473 K时,n(CH3OH)=n(CO2)×13.2%×86%≈0.028a mol,513 K时,n(CH3OH)=n(CO2)×15%×78%≈0.029a mol,553 K时,n(CH3OH)=n(CO2)×60%×21%≈0.032a mol,故温度选择553 K,达到平衡时,反应体系内甲醇的产量最高;②反应Ⅰ为放热反应,反应Ⅱ为吸热反应,当温度升高时反应Ⅰ的平衡逆向移动,而反应Ⅱ的平衡正向移动且幅度更大,所以CO2的转化率增加,但甲醇的选择性降低。
素养解读
　　本题以当今热点问题“碳中和”为情境,引发学生对环保问题的关注,引导学生从化学角度思考社会问题的解决办法,激发学生学习化学的兴趣。本题的综合性很强,借助图像多角度考查化学反应速率与化学平衡的问题,培养学生变化观念与平衡思想、科学态度与社会责任的化学学科核心素养。