高考化学专题九 化学反应速率和化学平衡.docx
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高考化学专题九化学反应速率和化学平衡
专题九 化学反应速率和化学平衡
挖命题
【考情探究】
考点
内容解读
5年考情
预测热度
考题示例
难度
关联考点
化学反应速率
1.了解化学反应速率的概念和定量表示方法
2.理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对反应速率的影响,能用相关理论解释其一般规律
2018课标Ⅲ,28,15分
难
盖斯定律
平衡转化率
平衡常数计算
★★★
化学平衡
化学反应
进行的方向
1.了解化学平衡的建立
2.理解外界条件(浓度、温度、压强等)对化学平衡的影响,能用相关理论解释其一般规律
2016课标Ⅲ,27,15分
难
盖斯定律
化学平衡常数
★★★
化学平衡常数
化学平衡的
相关计算
了解化学平衡常数(K)的含义,能利用化学平衡常数进行相关计算
2018课标Ⅰ,28,15分
难
氧化还原反应
化学反应进行的方向
★★★
分析解读 本专题考点是历年的命题热点,主要结合实际生产,以定性、定量相结合的方式综合考查化学反应速率和化学平衡,包括化学反应速率的计算、影响化学平衡的因素及规律、平衡状态的判断、平衡常数和转化率的计算,同时渗透对计算能力、数形结合能力、语言组织能力等的考查。
试题类型分三种:
一、定量计算与定性推断的文字叙述型;二、表格数据型;三、反应速率和化学平衡图像型。
考查题型有填空题和选择题。
【真题典例】
破考点
【考点集训】
考点一 化学反应速率
1.(2017山东临沂一模,6)在Ag+催化作用下,Cr3+被S2氧化为Cr2的机理为:
S2+2Ag+
2S+2Ag2+(慢);2Cr3++6Ag2++7H2O
6Ag++14H++Cr2(快)。
下列有关说法正确的是( )
A.反应速率与Ag+浓度有关
B.Ag2+也是该反应的催化剂
C.Ag+能降低该反应的活化能和焓变
D.v(Cr3+)=v(S2)
答案 A
2.(2019届山东青岛期初调研检测,18节选)对于反应SO2(g)+2CO(g)
S(l)+2CO2(g),将1molSO2和2molCO充入体积为1L的密闭容器中,在533K和566K时SO2的转化率随时间变化如图所示:
①566K时SO2的平衡转化率α= %;平衡常数K566K= (保留2位小数)。
②保持温度不变,要提高SO2转化率,可采取的措施是 。
③比较a、b处反应速率大小:
va vb(填“大于”“小于”或“等于”)。
答案 ①40 0.74 ②增大压强或增大CO浓度 ③大于
3.(2018山东临沂三模,27)氮及其化合物与人类生产、生活密切相关。
(1)氮氧化物是造成光化学烟雾和臭氧层损耗的主要气体。
已知:
CO(g)+NO2(g)
NO(g)+CO2(g) ΔH=-akJ·mol-1(a>0)
2CO(g)+2NO(g)
N2(g)+2CO2(g) ΔH=-bkJ·mol-1(b>0)
若用CO还原NO2至N2,当消耗标准状况下3.36LCO时,放出的热量为 kJ(用含有a和b的代数式表示)。
(2)在373K时,向体积为2L的恒容真空容器中通入0.40molNO2,发生反应:
2NO2(g)
N2O4(g) ΔH=-57.0kJ·mol-1。
测得NO2的体积分数[φ(NO2)]与反应时间(t)的关系如下表:
t/min
0
20
40
60
80
φ(NO2)
1.0
0.75
0.52
0.40
0.40
①0~20min内,v(N2O4)= mol·L-1·min-1。
②上述反应中,v(NO2)=k1·c2(NO2),v(N2O4)=k2·c(N2O4),其中k1、k2为速率常数,则373K时,k1、k2的数学关系式为 。
改变温度至T1时k1=k2,则T1 373K(填“>”“<”或“=”)。
(3)连二次硝酸(H2N2O2)是一种二元弱酸。
25℃时,向100mL0.1mol·L-1H2N2O2溶液中加入VmL0.1mol·L-1NaOH溶液。
(已知25℃时,连二次硝酸的=10-7,=10-12)
①若V=100,则所得溶液中c(H2N2O2) c(N2)(填“>”“<”或“=”),通过计算解释原因:
。
②若V=200,则所得溶液中离子浓度由大到小的顺序为 。
答案
(1)(6a+3b)/80
(2)①2.0×10-3 ②k1=60k2 > (3)①> 反应恰好生成NaHN2O2,Kh(HN2)===10-7>=10-12,水解程度大于电离程度 ②c(Na+)>c(N2)>c(OH-)>c(HN2)>c(H+)
考点二 化学平衡 化学反应进行的方向
1.(2018山东威海模拟,28)碳是自然界中形成化合物种类最多的元素,CO和CO2是碳的最常见氧化物。
(1)研究和解决二氧化碳捕集和转化问题是当前科学研究的前沿领域。
在太阳能的作用下,缺铁氧化物(Fe0.9O)能分解CO2,其过程如图1所示。
过程①的化学方程式是 。
在过程②中每产生0.1molO2,转移电子 mol。
图1
(2)在催化剂作用下,将二氧化碳和氢气混合反应生成甲烷,是目前科学家们正在探索的处理空气中的二氧化碳的方法之一。
①已知:
共价键
H—H
C—H
O—H
键能(kJ·mol-1)
745
436
413
463
则CO2(g)+4H2(g)
CH4(g)+2H2O(g) ΔH= kJ·mol-1。
②向1L固定容积的密闭容器中加入4.0molH2(g)、1.0molCO2(g),控制条件(催化剂:
铑镁合金、高温T1)使之反应,若测得容器内气体的压强随着时间的变化如图2所示。
则4min时容器内气体的密度为 ;温度为T1时,该反应的化学平衡常数为 。
若采用2L固定容积的密闭容器,投料量、催化剂和反应温度均保持不变,则反应重新达到平衡时对应体系内的压强的点是 (填字母)。
图2
(3)工业合成原料气CO会与设备、管道及催化剂表面的金属铁、镍反应,生成羰基化合物。
四羰基镍是热分解法制备高纯镍的原料,也是有机合成中供给一氧化碳的原料,还可作催化剂。
Ni(s)+4CO(g)
Ni(CO)4(g) ΔH<0;Ni(CO)4(g)
Ni(s)+4CO(g)。
如图3所示,在石英真空管的温度为T1的一端,放入少量粗镍和CO(g),一段时间后,在温度为T2的一端可得到纯净的镍。
则温度T1 T2(填“>”“<”或“=”),上述反应体系中循环使用的物质为 (填化学式)。
图3
答案
(1)10Fe0.9O+CO2
3Fe3O4+C 0.4
(2)①-270 ②52g·L-1 6.75 D
(3)< CO
2.(2018山东日照五月校际联考,28)纳米级Fe3O4呈黑色,因其有磁性且粒度小而在磁记录材料、生物功能材料等诸多领域有重要应用,探究其制备和用途意义重大。
(1)还原沉淀法:
①用还原剂Na2SO3将一定量可溶性铁盐溶液中三分之一的Fe3+还原,使Fe2+和Fe3+的物质的量之比为1∶2。
②然后在①所得体系中加入氨水,铁元素完全沉淀形成纳米Fe3O4。
写出②过程的离子方程式:
。
当还原后溶液中c(Fe2+)∶c(Fe3+)=2∶1时,由下表数据可知,产品磁性最大,可能的原因是 。
c(Fe2+)∶c(Fe3+)
沉淀性状
磁性大小
1∶3
红棕色
92.7%
1∶2
棕色
96.5%
2∶1
黑色
100%
(2)电化学法也可制备纳米级Fe3O4,用面积为4cm2的不锈钢小球(不含镍、铬)为工作电极,铂丝作阴极,用Na2SO4溶液作为电解液,电解液的pH维持在10左右,电流50mA。
生成Fe3O4的电极反应为 。
(3)已知:
H2O(l)
H2(g)+O2(g) ΔH=+285.5kJ·mol-1,以太阳能为热源分解Fe3O4,经由热化学铁氧化合物循环分解水制H2的过程如下,完善以下过程Ⅰ的热化学方程式。
过程Ⅰ:
。
过程Ⅱ:
3FeO(s)+H2O(l)
H2(g)+Fe3O4(s) ΔH=+128.9kJ·mol-1。
(4)磁铁矿(Fe3O4)常作冶铁的原料,主要反应为:
Fe3O4(s)+4CO(g)
3Fe(s)+4CO2(g),该反应的ΔH<0,T℃时,在1L恒容密闭容器中,加入Fe3O4、CO各0.5mol,10min后反应达到平衡时,容器中CO2的浓度是0.4mol·L-1。
①T℃时,10min内用Fe3O4表示的平均反应速率为 g·min-1。
②其他条件不变时,该反应在不同温度下,CO2含量随时间的变化φ(CO2)~t曲线如图所示,温度T1、T2、T3由大到小的关系是 ,判断依据是 。
答案
(1)Fe2++2Fe3++8NH3·H2O
Fe3O4↓+8N+4H2O Fe2+容易被氧化为Fe3+
(2)3Fe-8e-+8OH-
Fe3O4+4H2O
(3)2Fe3O4(s)
6FeO(s)+O2(g) ΔH=+313.2kJ·mol-1[或Fe3O4(s)
3FeO(s)+O2(g) ΔH=+156.6kJ·mol-1]
(4)①2.32 ②T3>T2>T1 其他条件相同时,图像斜率:
T3>T2>T1,而温度越高,反应速率越快,所以T3>T2>T1
考点三 化学平衡常数 化学平衡的相关计算
1.(2018山东潍坊一模,28)利用化学反应原理研究碳、硫及其化合物的性质具有重要意义。
(1)工业上用炭还原辉铜矿(主要成分是Cu2S),可制取金属铜。
已知反应的热化学方程式如下:
C(s)+S2(g)
CS2(g) ΔH1=+150kJ·mol-1
Cu2S(s)+H2(g)
2Cu(s)+H2S(g) ΔH2=+59.5kJ·mol-1
2H2S(g)
2H2(g)+S2(g) ΔH3=+170kJ·mol-1
通过计算,可知用炭还原Cu2S制取金属铜和CS2(g)的热化学方程式为 。
(2)为研究反应2H2S(g)
2H2(g)+S2(g)对上述工业过程的影响,兴趣小组进行如下探究:
①向三个体积均为1L的恒容密闭容器中分别加入1molH2S,进行H2S分解实验。
不同温度下测得H2S的转化率与时间的关系如下图所示:
T1温度下,0~5minS2(g)的平均反应速率v(S2)= mol·L-1·min-1,反应平衡常数K= mol·L-1。
温度T1、T2、T3由高到低的顺序是 。
②T4温度时,向1L的恒容密闭容器中加入1.8molH2(g)、1.2molS2(g),达到平衡后测得S2(g)和H2S(g)的浓度相等,则T4 T1(填“<”“=”或“>”)。
(3)T℃时,向某浓度的草酸溶液中逐滴加入一定浓度的NaOH溶液,所得溶液中三种微粒H2C2O4、HC2、C2的物质的量分数(δ)与pH的关系如下图所示:
①草酸的电离常数分别为K1与K2,则= 。
②按投料比n(Na2C2O4)∶n(NaHC2O4)=2∶1配成溶液,下列有关该溶液的叙述正确的是 (填序号)。
A.该溶液的pH为4.2
B.3c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(HC2)+2c(C2)
C.3c(Na+)=5[c(HC2)+c(C2)+c(H2C2O4)]
D.3c(OH-)+c(C2)=3c(H+)+2c(HC2)+5c(H2C2O4)
答案
(1)C(s)+2Cu2S(s)
4Cu(s)+CS2(g) ΔH=+439kJ·mol-1
(2)①0.02 1/160或6.25×10-3 T3>T2>T1 ②>
(3)①103 ②CD
2.(2018山东滨州二模,28)碳的化合物在生产、生活和环境保护中应用广泛。
Ⅰ.碳氧化合物的综合利用
(1)利用CO可有效降低柴油发动机在空气过量条件下的NO排放。
已知反应Ⅰ:
2CO(g)+2NO(g)
N2(g)+2CO2(g) ΔH1=-746kJ·mol-1
反应Ⅱ:
4CO(g)+2NO2(g)
N2(g)+4CO2(g) ΔH2=-1200kJ·mol-1
则反应NO2(g)+CO(g)
CO2(g)+NO(g)的ΔH= kJ·mol-1。
在一定条件下,将NO2与CO以体积比1∶2置于恒容密闭容器中发生反应Ⅱ,下列能说明反应达到平衡状态的是 。
a.体系压强保持不变
b.容器中气体密度保持不变
c.混合气体颜色保持不变
d.NO2与CO的体积比保持不变
(2)工业上利用CO与Cl2在活性炭催化下合成光气(COCl2),反应方程式为CO(g)+Cl2(g)
COCl2(g) ΔH<0。
某研究小组在恒温条件下,向2L恒容容器中加入0.2molCO和0.2molCl2,10min时达到平衡,测得10min内v(COCl2)=7.5×10-3mol·L-1·min-1,则平衡时n(Cl2)= mol,设此时CO的转化率为α1,若其他条件不变,上述反应在恒压条件下进行,平衡时CO的转化率为α2,则α1 α2(填“>”“=”或“<”)。
(3)利用“组合转化技术”可将CO2转化成乙烯,反应方程式为6H2(g)+2CO2(g)
CH2
CH2(g)+4H2O(g)。
实验测得温度对CO2平衡转化率、催化剂催化效率的影响如图所示。
下列说法正确的是 。
a.N点正反应速率一定大于M点正反应速率
b.250℃时,催化剂的催化效率最大
c.M点平衡常数比N点平衡常数大
d.随着温度升高,乙烯的产率增大
Ⅱ.碳氢化合物的综合利用
利用甲烷的裂解可以制得多种化工原料,甲烷裂解时发生的反应有:
2CH4(g)
C2H4(g)+2H2(g),2CH4(g)
C2H2(g)+3H2(g)。
实验测得平衡时气体分压(Pa)与温度(℃)之间的关系如图所示(气体分压=总压×气体的物质的量分数)。
(4)1725℃时,向1L恒容密闭容器中充入0.3molCH4达到平衡,则反应2CH4(g)
C2H4(g)+2H2(g)的平衡常数Kp= (用平衡分压代替平衡浓度),CH4生成C2H2的平衡转化率为 。
答案
(1)-227 ac
(2)0.05 < (3)bc (4)1.0×107Pa 62.5%
炼技法
【方法集训】
方法 化学平衡图像类型与解题策略
1.(2018山东聊城三模,28)煤炭燃烧产生的SO2、CO、NO2等造成了严重的大气污染问题。
(1)CaO能起到固硫、降低SO2排放量的作用。
已知:
①SO2(g)+CaO(s)
CaSO3(s) ΔH=-402kJ·mol-1
②2CaSO3(s)+O2(g)
2CaSO4(s) ΔH=-234kJ·mol-1
③CaCO3(s)
CO2(g)+CaO(s) ΔH=+178kJ·mol-1
则反应2SO2(g)+O2(g)+2CaO(s)
2CaSO4(s) ΔH= kJ·mol-1
向燃煤中加入CaCO3也可起到固硫作用,若固定2molSO2,相应量的煤在相同条件下,燃烧时向环境释放出的热量会减少 kJ。
(2)利用CO和H2在催化剂作用下合成甲醇,是减少污染的一种新举措,反应原理为CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g) ΔH,在体积不同的两个恒容密闭容器中分别充入1molCO和2molH2,测得平衡混合物中CH3OH的体积分数在不同压强下随温度的变化如图甲。
甲
①上述合成甲醇的反应是 (填“吸热”或“放热”)反应,判断的理由是 。
②图甲中A、B、C三点中反应速率最大的是 (填写“A”“B”或“C”)。
③在300℃时,向C点平衡体系中再充入0.25molCO,0.5molH2和0.25molCH3OH,该平衡 (填“向正反应方向”“向逆反应方向”或“不”)移动。
(3)一定温度下,CO的转化率与起始投料比的变化关系如图乙所示,测得D点氢气的转化率为40%,则x= 。
乙
(4)利用原电池原理可将NO2和NH3转化为无污染物质,其装置原理图如图丙所示,则负极反应式为 。
丙
答案
(1)-1038 356
(2)①放热 升高温度,CH3OH的体积分数减小,平衡逆向移动,正反应放热
②C ③向正反应方向
(3)3 (4)2NH3-6e-+6OH-
N2+6H2O
2.(2018山东淄博部分学校二模,27)
(1)在一定条件下:
CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g),在两个均为2L的密闭容器中以不同的氢碳比[n(H2O)/n(CO)]充入H2O(g)和CO,CO的平衡转化率α(CO)与温度的关系如下图所示。
①R点平衡常数K= 。
②氢碳比x 2.0(填“>”“<”或“=”),判断的理由是 。
③下列能提高CO平衡转化率的措施有 。
A.使用高效催化剂
B.通入He气体使体系的压强增大
C.降低反应温度
D.投料比不变,增加反应物的浓度
(2)反应Ⅰ:
4NH3(g)+5O2(g)
4NO(g)+6H2O(g) ΔH<0
反应Ⅱ:
4NH3(g)+3O2(g)
2N2(g)+6H2O(g) ΔH<0
氨催化氧化时会发生上述两个竞争反应Ⅰ和Ⅱ。
为分析该催化剂对反应的选择性,在1L密闭容器中充入
1molNH3和2molO2,反应关系如图,该催化剂在高温时选择反应 (填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。
520℃时,4NH3(g)+3O2(g)
2N2(g)+6H2O(g)的平衡常数K= (只需列出数字计算式)。
(3)以S2为介质,使用间接电化学法可处理燃煤烟气中的NO,装置如图所示:
①阴极区的电极反应式为 。
②NO吸收转化后的主要产物为N,若通电时电路中转移了0.3mole-,则此通电过程中理论上吸收的NO在标准状况下的体积为 mL。
答案
(1)①1/3 ②> 在其他条件一定时,提高氢碳比[n(H2O)/n(CO)]有利于提高CO的转化率 ③C
(2)Ⅰ (3)①2S+4H++2e-
S2+2H2O
②1344
过专题
【五年高考】
A组 山东省卷、课标卷题组
考点一 化学反应速率
1.(2014课标Ⅰ,9,6分)已知分解1molH2O2放出热量98kJ。
在含少量I-的溶液中,H2O2分解的机理为:
H2O2+I-
H2O+IO- 慢
H2O2+IO-
H2O+O2+I- 快
下列有关该反应的说法正确的是( )
A.反应速率与I-浓度有关
B.IO-也是该反应的催化剂
C.反应活化能等于98kJ·mol-1
D.v(H2O2)=v(H2O)=v(O2)
答案 A
2.(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 化学反应进行的方向
3.(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
4.(2016课标Ⅲ,27,15分)煤燃烧排放的烟气含有SO2和NOx,形成酸雨、污染大气,采用NaClO2溶液作为吸收剂可同时对烟气进行脱硫、脱硝。
回答下列问题:
(1)NaClO2的化学名称为 。
(2)在鼓泡反应器中通入含有SO2和NO的烟气,反应温度323K,NaClO2溶液浓度为5×10-3mol·L-1。
反应一段时间后溶液中离子浓度的分析结果如下表。
离子
S
S
N
N
Cl-
c/(mol·L-1)
8.35×10-4
6.87×10-6
1.5×10-4
1.2×10-5
3.4×
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