备战高考化学知识点过关培优训练化学反应的速率与限度附详细答案.docx
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备战高考化学知识点过关培优训练化学反应的速率与限度附详细答案
备战高考化学知识点过关培优训练∶化学反应的速率与限度附详细答案
一、化学反应的速率与限度练习题(含详细答案解析)
1.用酸性KMnO4和H2C2O4(草酸)反应研究影响反应速率的因素。
一实验小组欲通过测定单位时间内生成CO2的速率,探究某种影响化学反应速率的因素,设计实验方案如下(KMnO4溶液已酸化):
实验序号
A溶液
B溶液
①
20mL0.1mol·L-1H2C2O4溶液
30mL0.01mol·L-1KMnO4溶液
②
20mL0.2mol·L-1H2C2O4溶液
30mL0.01mol·L-1KMnO4溶液
(1)该反应的离子方程式___________________________。
(已知H2C2O4是二元弱酸)
(2)该实验探究的是_____________因素对化学反应速率的影响。
相同时间内针筒中所得CO2的体积大小关系是_________________<_____________(填实验序号)。
(3)若实验①在2min末收集了2.24mLCO2(标准状况下),则在2min末,c(MnO4-)=__________mol/L(假设混合液体积为50mL)
(4)除通过测定一定时间内CO2的体积来比较反应速率,本实验还可通过测定_____________来比较化学反应速率。
(一条即可)
(5)小组同学发现反应速率总是如图,其中t1~t2时间内速率变快的主要原因可能是:
①__________________________;②__________________________。
【答案】2MnO4-+5H2C2O4+6H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O浓度①②0.0056KMnO4溶液完全褪色所需时间或产生相同体积气体所需的时间该反应放热产物Mn2+是反应的催化剂
【解析】
【详解】
(1)高锰酸钾溶液具有强氧化性,把草酸氧化成CO2,根据化合价升降法进行配平,其离子反应方程式为:
2MnO4-+5H2C2O4+6H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O;
(2)对比表格数据可知,草酸的浓度不一样,因此是探究浓度对化学反应速率的影响,浓度越大,反应速率越快,则①<②;
(3)根据反应方程式并结合CO2的体积,求出消耗的n(KMnO4)=2×10-5mol,剩余n(KMnO4)=(30×10-3×0.01-2×10-5)mol=2.8×10-4mol,c(KMnO4)=2.8×10-4mol÷50×10-3L=0.0056mol·L-1;
(4)除通过测定一定时间内CO2的体积来比较反应速率,还可以通过测定KMnO4溶液完全褪色所需时间或产生相同体积气体所需的时间来比较化学反应速率;
(5)t1~t2时间内速率变快的主要原因可能是:
①此反应是放热反应,温度升高,虽然反应物的浓度降低,但温度起决定作用;②可能产生的Mn2+是反应的催化剂,加快反应速率。
2.在2L密闭容器中,800℃时反应2NO(g)+O2(g)
2NO2(g)体系中,n(NO)随时间的变化如下表:
时间/s
0
1
2
3
4
5
n(NO)/mol
0.020
0.010
0.008
0.007
0.007
0.007
(1)写出该反应的平衡常数表达式:
K=________,已知:
K(300℃)>K(350℃),该反应是________反应(填“放热”或“吸热”)。
(2)下图中表示NO2的变化的曲线是___,用O2的浓度变化表示从0~2s内该反应的平均速率v=__________。
(3)能说明该反应已经达到平衡状态的是(______)。
a.v(NO2)=2v(O2)b.容器内压强保持不变
c.v逆(NO)=2v正(O2)d.容器内物质的密度保持不变
(4)能使该反应的反应速率增大,且平衡向正反应方向移动的是(______)。
a.及时分离出NO2气体b.适当升高温度
c.增大O2的浓度d.选择高效的催化剂
【答案】c2(NO2)/c2(NO)c(O2)放热b1.5×10-3mol·L-1·s-1bcc
【解析】
【分析】
【详解】
(1)2NO(g)+O2(g)
2NO2(g)反应的平衡常数K=c2(NO2)/[c2(NO)·c(O2)],因为升温平衡向吸热反应方向进行,已知:
K(300℃)>K(350℃),温度越高平衡常数越小,升温平衡逆向进行,则该正反应为放热反应。
故答案为c2(NO2)/c2(NO)c(O2);放热;
(2)由表中数据可知从3s开始,NO的物质的量为0.007mol,不再变化,3s时反应达平衡,NO2是产物,随反应进行浓度增大。
平衡时NO浓度的变化量△c(NO)=(0.02mol−0.007mol)/2L=0.0065mol/L,所以图中表示NO2变化的曲线是b;2s内用NO表示的平均反应速率v(NO)=△n/V△t=(0.02mol−0.008mol)/(2L
2s)=3.0×10−3mol⋅L−1⋅s−1,速率之比等于化学计量数之比,所以v(O2)=1/2v(NO)=1/2×3.0×10−3mol⋅L−1⋅s−1=1.5×10−3mol⋅L−1⋅s−1。
故答案为b;1.5×10−3mol⋅L−1⋅s−1;
(3)a.未指明正逆速率,若均表示同一方向反应速率,v(NO2)自始至终为v(O2)的2倍,不能说明达到平衡,故a错误;
b.容器体积不变,随反应进行,反应混合气体总的物质的量在减小,容器内压强减小,当容器内压强保持不变,说明反应到达平衡,故b正确;
c.不同物质表示速率,到达平衡时,正逆速率之比等于化学计量数之比,V逆(NO):
V正(O2)=2:
1,即V逆(NO)=2v正(O2),故c正确;
d.混合气体的总质量不变,容器容积为定值,所以密度自始至终不变,不能说明达到平衡,故d错误。
故答案为bc;
(4)a.及时分离除NO2气体平衡向右移动,但反应速率减小,故a错误;
b.适当升高温度,反应速率增大但平衡向逆反应方向移动,故b错误;
c.增大O2的浓度反应速率增大,且该反应向正反应方向移动,故c正确;
d.选择高效催化剂能增大反应速率,但平衡不移动,故d错误。
故答案为c。
3.现代工业的发展导致CO2的大量排放,对环境造成的影响日益严重,通过各国科技工作者的努力,已经开发出许多将CO2回收利用的技术,其中催化转化法最具应用价值。
回答下列问题:
(1)在催化转化法回收利用CO2的过程中,可能涉及以下化学反应:
①CO2(g)+2H2O
(1)
CH3OH
(1)+
O2(g)△H=+727kJ·mol-1△G=+703kJ·mol-1
②CO2(g)+2H2O
(1)
CH4(g)+2O2(g)△H=+890kJ·mol-1△G=+818kJ·mol-1
③CO2(g)+3H2(g)
CH3OH
(1)+H2O
(1)△H=-131kJ·mol-1△G=-9.35kJ·mol-1
④CO2(g)+4H2(g)
CH4(g)+2H2O
(1)△H=-253kJ·mol-1△G=-130kJ·mol-1
从化学平衡的角度来看,上述化学反应中反应进行程度最小的是____,反应进行程度最大的是_____。
(2)反应CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(g)称为Sabatier反应,可用于载人航空航天工业。
我国化学工作者对该反应的催化剂及催化效率进行了深入的研究。
①在载人航天器中利用Sabatier反应实现回收CO2再生O2,其反应过程如图所示,这种方法再生O2的最大缺点是需要不断补充_________(填化学式)。
②在1.5MPa,气体流速为20mL·min-l时研究温度对催化剂催化性能的影响,得到CO2的转化率(%)如下:
分析上表数据可知:
_____(填化学式)的催化性能更好。
③调整气体流速,研究其对某一催化剂催化效率的影响,得到CO2的转化率(%)如下:
分析上表数据可知:
相同温度时,随着气体流速增加,CO2的转化率____(填“增大”或“减小”),其可能的原因是_________________________________。
④在上述实验条件中,Sabatier反应最可能达到化学平衡状态的温度是____,已知初始反应气体中V(H2):
V(CO2)=4:
l,估算该温度下的平衡常数为___________(列出计算表达式)。
(3)通过改变催化剂可以改变CO2与H2反应催化转化的产物,如利用Co/C作为催化剂,反应后可以得到含有少量甲酸的甲醇。
为了研究催化剂的稳定性,将Co/C催化剂循环使用,相同条件下,随着循环使用次数的增加,甲醇的产量如图所示,试推测甲醇产量变化的原因_________________________________。
(已知Co的性质与Fe相似)
【答案】②④H2Co4N/Al2O3减小气流流速加快,导致反应物与催化剂接触时间不够360℃
反应产生的甲酸腐蚀催化剂,使催化剂活性降低
【解析】
【分析】
(1)在温度、压强一定的条件下,反应总是向△G<0的方向进行,由此判断。
(2)①分析反应过程图,CO2、O2、H2O属于循环过程中始终在循环过程中的,而H2属于循环过程中加入的,由此可知正确答案;
②分析表中数据,在相同温度下,对比不同催化剂时CO2的转化率可选择出催化性能更好的催化剂;
③分析表中数据,在温度不变的情况下,气流速度增大,CO2的转化率逐渐降低,据此分析原因;
④分析表中数据,大部分数据显示,在气流速度不变的情况下,CO2的转化率随着温度的增大而逐渐增大,但增大的幅度在逐渐减小,故在上述实验条件中,Sabatier反应最可能达到化学平衡状态的温度是360℃,根据此时CO2的转化率,计算该温度下的平衡常数;
(3)由图可知,随着Co/C催化剂循环次数的增多,甲醇的产量逐渐降低,说明该催化剂在循环过程中受到一定程度的影响,结合产物的性质进行分析;
【详解】
(1)分析四个反应,根据在温度、压强一定的条件下,反应总是向△G<0的方向进行,反应的△G越小反应进行程度越大,反之反应进行的程度就越小,故上述化学反应中反应进行程度最小的是②,反应进行程度最大的是④。
答案为:
②;④;
(2)①分析循环图,只有H2需不断补充,答案为:
H2;
②对比表中的数据,在相同温度下,催化剂为Co4N/Al2O3时,CO2的转化率更大,答案为:
Co4N/Al2O3;
③分析表中数据,温度不变时,随着气体流速的逐渐增大,CO2的转化率逐渐减小,可能是气体流速过快,来不及和催化剂充分接触,导致CO2的转化率减小。
答案为:
减小;气流流速加快,导致反应物与催化剂接触时间不够;
④分析表中数据,大部分数据表明,在320℃至360℃时,气体流速不变的情况下,CO2的转化率的增大幅度在逐渐减小,由此可知Sabatier反应最可能达到化学平衡状态的温度是360℃,结合题中所给信息,选择气体流速为10mL·min-1时CO2的转化率进行计算。
已知初始反应气体中V(H2):
V(CO2)=4:
l,根据在密闭容器里,全部由气体参与的反应中,压强、温度不变时,气体的体积比等于物质的量之比,可知V(H2):
V(CO2)=n(H2):
n(CO2)=4:
l,设初始气体中H2的物质的量为4mol,CO2的物质的量为1mol,则有:
在密闭容器中,全部由气体参与的反应中,平衡时气体的物质的量之比=气体物质的量浓度之比,可知该温度下,该反应的平衡常数K=
。
答案为:
360℃;
;
(3)根据题中催化剂循环次数和甲醇产量的关系:
催化剂的循环次数越多,甲醇的产量逐渐降低,说明催化剂一定程度受到了其他物质的影响,结合题给信息:
用Co/C作为催化剂,反应后可以得到含有少量甲酸的甲醇。
又已知Co的性质与Fe相似,说明甲酸可与催化剂中的Co进行反应,故催化剂的活性降低,进而影响甲醇的产量,答案为:
反应产生的甲酸腐蚀催化剂,使催化剂活性降低。
4.一定条件下,在2L密闭容器中发生反应:
3A(g)+B(g)⇌2C(g),开始时加入4molA、6molB、2molC,2min末测得C的物质的量是3mol。
(1)用A的浓度变化表示的反应速率是:
________;
(2)在2min末,B的浓度为:
___________;
(3)若改变下列一个条件,推测该反应速率发生的变化(填变大、变小、或不变)①升高温度,化学反应速率_____;②充入1molB,化学反应速率___;③将容器的体积变为3L,化学反应速率_________。
【答案】0.375mol·L-1·min-12.75mol·L-1变大变大变小
【解析】
【分析】
根据题干信息,建立三段式有:
据此分析解答。
【详解】
(1)2min内,用A的浓度变化表示的反应速率为:
,故答案为:
0.375mol·L-1·min-1;
(2)根据上述分析可知。
在2min末,B的物质的量为5.5mol,则B的浓度
,故答案为:
2.75mol·L-1;
(3)①升高温度,体系内活化分子数增多,有效碰撞几率增大,化学反应速率变大,故答案为:
变大;
②冲入1molB,体系内活化分子数增多,有效碰撞几率增大,化学反应速率变大,故答案为:
变大;
③将容器的体积变为3L,浓度减小,单位体积内的活化分子数减小,有效碰撞几率减小,化学反应速率变小,故答案为:
变小。
5.甲醇是重要的有机化工原料,目前世界甲醇年产量超过2.1×107吨,在能源紧张的今天,甲醇的需求也在增大。
甲醇的合成方法是:
(ⅰ)CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)ΔH=-90.1kJ·mol-1
另外:
(ⅱ)2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)ΔH=-566.0kJ·mol-1
(ⅲ)2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)ΔH=-572.0kJ·mol-1
回答下列问题:
(1)甲醇的燃烧热为__kJ·mol-1。
(2)在碱性条件下利用一氯甲烷(CH3Cl)水解也可制备少量的甲醇,该反应的化学方程式为__。
(3)若反应在密闭恒容绝热容器中进行,反应(iv)CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)ΔH=+41.1kJ·mol-1对合成甲醇反应中CO的转化率的影响是(_________)
a.增大b.减小c.无影响d.无法判断
(4)在恒温恒容的密闭容器中发生反应(ⅰ),各物质的浓度如下表:
浓度/mol·L-1
时间/min
c(CO)
c(H2)
c(CH3OH)
0
0.8
1.6
0
2
0.6
x
0.2
4
0.3
0.6
0.5
6
0.3
0.6
0.5
①x=__。
②前2min内H2的平均反应速率为v(H2)=__。
该温度下,反应(ⅰ)的平衡常数K=__。
(保留1位小数)
③反应进行到第2min时,改变了反应条件,改变的这个条件可能是(_________)
a.使用催化剂b.降低温度c.增加H2的浓度
(5)如图是温度、压强与反应(ⅰ)中CO转化率的关系:
由图像可知,温度越低,压强越大,CO转化率越高,但实际生产往往采用300~400℃和10MPa的条件,其原因是__。
【答案】764.9CH3Cl+NaOH→CH3OH+NaCld1.20.2mol·L-1·min-14.6L2·mol-2a温度较低,反应速率慢;压强太大,成本高
【解析】
【分析】
【详解】
(1)利用盖斯定律,热化学方程式(iii)-(i)+
(ii),得新的热化学方程式为:
CH4OH(g)+
O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-764.9kJ·mol-1,故甲醇的燃烧热为764.9kJ·mol-1;
(2)根据提示知CH3Cl中的Cl被羟基取代生成CH3OH,反应方程式为:
CH3Cl+NaOH→CH3OH+NaCl[或CH3Cl+H2O
CH3OH+HCl];
(3)反应(iv)消耗反应(i)的另外一种反应物氢气,而且生成反应(i)的反应物CO,使反应(i)的CO转化率降低;但反应(iv)为吸热反应,使体系温度降低,反应(i)正向移动,使反应(i)中CO的转化率提高,两个原因孰轻孰重不得而知,故无法判断反应(iv)对反应(i)中CO转化率的影响;
(4)①观察表中数据可知,0~2min内,CO浓度降低了0.2mol/L,则H2浓度会降低0.4mol/L,则x=1.6-0.4=1.2;
②
;平衡常数
;
③2min到4min的反应速率大于0到2min,而降低温度,反应速率降低,b项错误;由表格中的数据可知c项错误;故a项使用催化剂正确,故答案为:
a;
(5)温度较低,反应速率慢,不利于甲醇的生成;压强越大,CO的转化率越大,但压强太大对设备要求高,成本高。
6.某温度时,在2L的密闭容器中,X、Y、Z(均为气体)三种物质的量随时间的变化曲线如图所示:
(1)由图中所给数据进行分析,该反应的化学方程式为__________。
(2)若上述反应中X、Y、Z分别为H2、N2、NH3,某温度下,在容积恒定为2.0L的密闭容器中充入2.0molN2和2.0molH2,一段时间后反应达平衡状态,实验数据如表所示:
t/s
0
50
150
250
350
n(NH3)
0
0.36
0.48
0.50
0.50
0~50s内的平均反应速率v(N2)=__________。
(3)已知:
键能指在标准状况下,将1mol气态分子AB(g)解离为气态原子A(g)、B(g)所需的能量,用符号E表示,单位为kJ/mol。
H-H的键能为436kJ/mol,N-H的键能为391kJ/mol,生成1molNH3过程中放出46kJ的热量。
则N≡N的键能为_________kJ/mol。
【答案】3X(g)+Y(g)⇌2Z(g)1.8×10−3mol/(L·s)946
【解析】
【分析】
(1)由图中所给数据看,反应开始前,X、Y的物质的量都为1.0mol,而Z的物质的量为0,所以X、Y为反应物,Z为生成物;当各物质的量不变时,其物质的量都大于0,表明反应为可逆反应;再由物质的量的变化量之比等于化学计量数之比,可确定反应的化学计量数关系,从而写出反应方程式。
(2)从表中数据可得出,反应生成n(NH3)=0.36mol,则参加反应的n(N2)=0.18mol,从而求出0~50s内的平均反应速率v(N2)。
(3)利用∆H=E(N≡N)+3E(H-H)-6E(N-H),可求出E(N≡N)。
【详解】
(1)由图中所给数据可得出,X、Y、Z的变化量分别为0.3mol、0.1mol、0.2mol,从而得出三者的物质的量之比为3:
1:
2,结合上面分析,可得出该反应的化学方程式为3X(g)+Y(g)⇌2Z(g)。
答案为:
3X(g)+Y(g)⇌2Z(g);
(2)从表中数据可得出,反应生成n(NH3)=0.36mol,则参加反应的n(N2)=0.18mol,从而得出0~50s内的平均反应速率v(N2)=
=1.8×10−3mol/(L·s)。
答案为:
1.8×10−3mol/(L·s);
(3)利用∆H=E(N≡N)+3E(H-H)-6E(N-H),可求出E(N≡N)=∆H-3E(H-H)+6E(N-H)=-46×2kJ/mol-3×436kJ/mol+6×391kJ/mol=946kJ/mol。
答案为:
946。
【点睛】
由图中数据确定反应方程式时,对于方程式中的每个关键点,都需认真求证,不能随意表示,否则易产生错误。
如我们在书写方程式时,很容易将反应物与生成物之间用“==”表示。
7.某反应在体积为5L的恒容密闭的绝热容器中进行,各物质的量随时间的变化情况如图所示
已知A、B、C均为气体
。
(1)该反应的化学方程式为_______________。
(2)反应开始至2分钟时,B的平均反应速率为_______________。
(3)能说明该反应已达到平衡状态的是_______________。
A.v(A)=2v(B)
B.容器内气体密度不变
C.v逆(A)=v正(C)
D.各组分的物质的量相等
E.混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态
(4)由图求得平衡时A的转化率为_______________。
(5)下表是该小组研究影响过氧化氢H2O2分解速率的因素时采集的一组数据:
用
制取
所需的时间
秒
30%H2O2
15%H2O2
10%H2O2
5%H2O2
无催化剂、不加热
几乎不反应
几乎不反应
几乎不反应
几乎不反应
无催化剂、加热
360s
480s
540s
720s
MnO2催化剂、加热
10s
25s
60s
120s
①该研究小组在设计方案时。
考虑了浓度、_______________、_______________等因素对过氧化氢分解速率的影响。
②从上述影响过氧化氢分解速率的因素中任选一个,说明该因素对分解速率有何影响?
_______________。
(6)将质量相同但聚集状态不同的
分别加入到5mL5%的双氧水中,并用带火星的木条测试。
测定结果如下:
催化剂
操作情况
观察结果
反应完成所需的时间
粉末状
混合不振荡
剧烈反应,带火星的木条复燃
3.5分钟
块状
反应较慢,火星红亮但木条未复燃
30分钟
①写出
发生分解的化学反应方程式_______________。
②实验结果说明催化剂作用的大小与_______________有关。
【答案】2A(g)+B(g)⇌2C(g)0.1mol/(L∙min)CE40%温度催化剂增大反应物浓度越大,可以加快反应速率;升高温度,可以加快化学反应速率;使用合适的催化剂,可以加快化学反应速率;(答其中一条即可)2H2O2
2H2O+O2↑固体的接触面积
【解析】
【分析】
通过各物质的物质的量变化与计量系数呈正比,可得反应式为2A(g)+B(g)⇌2C(g),同时通过变化量可以就算化学反应速率以及反应物的转化率;平衡状态的判定:
A.v(A)=2v(B),没有体现正逆方向,不能判定是否达到平衡,错误;B.容器内气体密度不变,该体系从开始反应到平衡,密度是定值没有变化,不能判定是否达到平衡状态,错误;C.v逆(A)=v正(C),不同物质正逆反应速率呈计量系数比,可以判定达到平衡,正确;D.各组分的物质的量相等,不能作判定,错误,可以改成各物质的量保持不变,可判定平衡;E.混合气体的平均相对分子质量在数值上等于摩尔质量M,由于前后气体粒子数目可变,则混合气体的相对分子质量和M是变量可以作平衡的判定依据,正确;根据表格,探究双氧水的浓度、反应的温度、催化剂对过氧化氢H2O2分解速率的影响,在探究不同的因素时才用控制变量法来探究可得结果。
【详解】
(1)由图像可得,A、B逐渐减小是反应物,C逐渐增多是产物,当反应到达2min,Δn(A)=2mol,Δn(B)=1mol,Δn(C)=2mol,各物质的物质的量变化与计量系数呈正比,故反应式为2A(g)+B(g)⇌2C(g);
(2)反应开始至2分钟时,B的平均反应速率v(B)=
=
=0.1mol/(
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