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新教材宁陕2024届高考化学一轮复习学案第8章物质在水溶液中的行为热点强化19化学反应速率和化学平衡简答题鲁科版
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这是一份新教材宁陕2024届高考化学一轮复习学案第8章物质在水溶液中的行为热点强化19化学反应速率和化学平衡简答题鲁科版，共7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。
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____________________________________________________________________________。
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____________℃。
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·ml－1
Ⅱ.CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)
ΔH2＝－90.4 kJ·ml－1
Ⅲ.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＝eq \f(nCO2初始－nCO2平衡,nCO2初始)×100%
CH3OH的平衡产率＝eq \f(nCH3OH平衡,nCO2初始)×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_____________________________________________________________________________。
(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 ml·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________________________________________。
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·ml－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_____________。
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eq \f(nNO,nCO)＝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：__________________。
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________________________________________________。
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)eq \(=====,\s\up7(催化剂))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____________________。
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。
0～20 min，反应速率v(N2O)为______ ml·L－1·min－1；若N2O的起始浓度为0.2 ml·L－1，则反应至40 min时N2O的转化率α＝________。
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) ΔH1
Ⅱ.CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH2
Ⅲ.CaO(s)＋CO2(g)CaCO3(s) ΔH3
Ⅳ.C(s)＋2H2O(g)＋CaO(s)CaCO3(s)＋2H2(g) ΔH4＝－64.9 kJ·ml－1
副反应：
Ⅴ.C(s)＋2H2(g)CH4(g)
ΔH5＝－74.8 kJ·ml－1
Ⅵ.CO(g)＋3H2(g)CH4(g)＋H2O(g)
ΔH6＝－206.1 kJ·ml－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 ml CO(g)和3 ml 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 ml C、2 ml H2O及1 ml 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________________。反应时间/min
0
20
40
60
80
100
c(N2O)/(ml·L－1)
0.10
0.08
0.06
0.04
0.02
0.00
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____________________________________________________________________________。
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____________℃。
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·ml－1
Ⅱ.CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)
ΔH2＝－90.4 kJ·ml－1
Ⅲ.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＝eq \f(nCO2初始－nCO2平衡,nCO2初始)×100%
CH3OH的平衡产率＝eq \f(nCH3OH平衡,nCO2初始)×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_____________________________________________________________________________。
(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 ml·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________________________________________。
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·ml－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_____________。
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eq \f(nNO,nCO)＝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：__________________。
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________________________________________________。
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)eq \(=====,\s\up7(催化剂))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____________________。
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。
0～20 min，反应速率v(N2O)为______ ml·L－1·min－1；若N2O的起始浓度为0.2 ml·L－1，则反应至40 min时N2O的转化率α＝________。
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) ΔH1
Ⅱ.CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH2
Ⅲ.CaO(s)＋CO2(g)CaCO3(s) ΔH3
Ⅳ.C(s)＋2H2O(g)＋CaO(s)CaCO3(s)＋2H2(g) ΔH4＝－64.9 kJ·ml－1
副反应：
Ⅴ.C(s)＋2H2(g)CH4(g)
ΔH5＝－74.8 kJ·ml－1
Ⅵ.CO(g)＋3H2(g)CH4(g)＋H2O(g)
ΔH6＝－206.1 kJ·ml－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 ml CO(g)和3 ml 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 ml C、2 ml H2O及1 ml 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________________。反应时间/min
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