全国备战高考化学化学反应速率与化学平衡的综合备战高考真题汇总附答案.docx
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全国备战高考化学化学反应速率与化学平衡的综合备战高考真题汇总附答案
2020-2021全国备战高考化学化学反应速率与化学平衡的综合备战高考真题汇总附答案
一、化学反应速率与化学平衡
1.氧化剂H2O2在反应时不产生污染物被称为绿色氧化剂,因而受到人们越来越多的关注。
I.某实验小组以H2O2分解为例,探究浓度、催化剂、溶液酸碱性对反应速率的影响。
在常温下按照如下表所示的方案完成实验。
实验编号
反应物
催化剂
①
10mL2%H2O2溶液
无
②
10mL5%H2O2溶液
无
③
10mL5%H2O2溶液
1mL0.1mol·L-1FeCl3溶液
④
10mL5%H2O2溶液+少量HCl溶液
1mL0.1mol·L-1FeCl3溶液
⑤
10mL5%H2O2溶液+少量NaOH溶液
1mL0.1mol·L-1FeCl3溶液
(1)实验①和②的目的是_________________________________。
同学们进行实验时没有观察到明显现象而无法得出结论。
资料显示,通常条件下H2O2稳定,不易分解。
为了达到实验目的,你对原实验方案的改进方法是_________________________(填一种方法即可)。
(2)实验③④⑤中,测得生成氧气的体积随时间变化的关系如图所示。
分析该图能够得出的实验结论是________________________________。
II.资料显示,某些金属离子或金属氧化物对H2O2的分解起催化作用。
为比较Fe3+和Cu2+对H2O2分解的催化效果,该实验小组的同学设计了如下图所示的实验装置进行实验。
(1)某同学通过测定O2的体积来比较H2O2的分解速率快慢,实验时可以通过测量_______或______来比较。
(2)0.1gMnO2粉末加入50mLH2O2溶液中,在标准状况下放出气体的体积和时间的关系如图所示。
请解释化学反应速率变化的原因:
_____________。
请计算H2O2的初始物质的量浓度为________________(保留两位有效数字)。
为探究MnO2在此实验中对H2O2的分解起催化作用,需补做下列实验(无需写出具体操作):
a._________________;b.___________________。
【答案】探究浓度对反应速率的影响向反应物中加入等量同种催化剂(或将盛有反应物的试管放入同一热水浴中)碱性环境能增大H2O2分解的速率,酸性环境能减小H2O2分解的速率相同时间内产生O2的体积生成相同体积O2所需要的时间随着反应的进行,浓度减小,反应速率减慢0.11mol·L-1MnO2的质量有没有改变MnO2的化学性质有没有改变
【解析】
【详解】
I.
(1)实验①和②中H2O2的浓度不同,其它条件相同,故实验目的是探究浓度对反应速率的影响;实验时没有观察到明显现象是因为反应太慢,那么就要采取措施加快反应,可以向反应物中加入等量同种催化剂或将盛有反应物的试管放入同一热水浴中。
(2)从图可以看出产生O2的最终体积相等,但溶液的酸碱性不同,反应速率不同,在碱性环境能增大H2O2分解的速率,酸性环境能减小H2O2分解的速率。
II.
(1)通过测定O2的体积来比较H2O2的分解速率快慢时可以看相同时间内产生O2的体积,或生成相同体积O2所需要的时间。
(2)从图可以看出,反应开始后,在相同的时间内生成的O2的体积逐渐减小,反应速率变慢,那么造成反应变慢的原因是随着反应的进行,浓度减小,反应速率减慢;反应在进行到4min时O2的体积不再改变,说明反应完全,生成O2的物质的量为:
60×10-3L÷22.4L/mol=2.7×10-3mol,根据反应2H2O2=2H2O+O2↑,生成2.7×10-3molO2,需要消耗H2O2的物质的量为5.4×10-3mol,则H2O2的物质的量浓度为:
5.4×10-3mol÷0.05L=0.11mol·L-1;要探究MnO2是不是起到催化作用,根据催化剂在反应中的特点:
反应前后质量和性质没有发生改变,所以需要补做实验来确定MnO2的质量有没有改变、MnO2的化学性质有没有改变。
2.高锰酸钾具有强氧化性,广泛用于化工、医药、采矿、金属治炼及环境保护领域等。
KMnO4的制备是以二氧化锰(MnO2)为原料,在强碱性介质中被氧化生成墨绿色的锰酸钾(K2MnO4);然后在一定pH下K2MnO4歧化生成紫色KMnO4。
回答下列问题
(1)K2MnO4的制备
实验步骤
现象或解释
①称取2.5gKClO3固体和5.2gKOH固体置于铁坩埚中,加热熔融
不用瓷坩埚的原因是____________。
②分多次加入3gMnO2固体
不一次加入的原因是__________________。
(2)KMnO4的制备
趁热向K2MnO4溶液中加入1mol/LH3PO4溶液,直至K2MnO4全部歧化,判断全部歧化的方法是用玻璃棒蘸取溶液于滤纸上,现象为_________________________。
然后趁热过滤,将滤液倒入蒸发皿中加热到液面出现晶膜,充分冷却后过滤,在80℃烘箱中干燥3h,不选用更高温度的原因是_____________________________。
(3)产品分析
i.不同pH下产品中KMnO4含量
加入H3PO4体积/mL
溶液的pH
产品质量
KMnO4质量
KMnO4质量分数
10.50
12.48
2.35
2.05
87.23
12.50
11.45
2.45
2.18
88.98
14.50
10.89
2.18
1.87
85.78
16.50
10.32
2.28
1.75
76.75
18.50
9.44
2.09
1.48
70.81
从表格中数据分析,在歧化时选择溶液的最佳pH是________________。
ii.利用H2C2O4标准溶液测定KMnO4的纯度。
测定步骤如下:
①溶液配制:
称取1.000g的KMnO4固体样品,放入_____________中溶解,然后冷至室温后全部转移到100mL容量瓶中,加蒸馏水至刻度线。
②滴定:
移取25mLKMnO4溶液于锥形瓶中,加少量硫酸酸化,用0.1400mol/L的H2C2O4标准溶液滴定,发生反应:
2MnO4-+5H2C2O4+6H+=2Mn2++10C02+8H2O,当溶液紫色褪色且半分钟内不变色即为终点,平行滴定3次,H2C2O4溶液的平均用量为23.90mL,则样品纯度为_______________%(保留1位小数)。
【答案】瓷坩埚中的SiO2与KOH反应使MnO2充分反应,提高其转化率或者利用率呈现紫色,而不是墨绿色防止KMnO4受热分解11.45烧杯84.6%
【解析】
【分析】
(1)①瓷坩埚原料含有SiO2,是酸性氧化物,能和碱反应;
②分多次加入3gMnO2固体,可提高原料利用率;
(2)根据“K2MnO4溶液显绿色”可知,如果该歧化反应结束,则反应后的溶液不会显示绿色;KMnO4在加热条件下分解生成K2MnO4;
(3)i.分析表中数据选择产品中KMnO4质量分数最高时对应溶液的pH;
ii.①溶液配制时固体溶解在烧杯中进行;
②滴定时消耗23.90mL0.1400mol/L的H2C2O4标准溶液,则参加反应的H2C2O4的物质的量为0.0239L×0.1400mol/L=3.346×10-3mol,根据反应:
2MnO4-+5H2C2O4+6H+=2Mn2++10CO2+8H2O可知参加反应的KMnO4的物质的量为3.346×10-3mol×
=1.3348×10-3mol,据此计算样品纯度。
【详解】
(1)①瓷坩埚原料含有SiO2,在高温下,瓷坩埚可以和KOH发生反应SiO2+2KOH
K2SiO3+H2O,腐蚀瓷坩埚,故不能使用瓷坩埚,而使用铁坩埚;
②为使MnO2充分反应,提高其转化率,加入MnO2时可分批加入,而不一次性加入;
(2)由于K2MnO4溶液显绿色,所以用玻璃棒蘸取三颈烧瓶内的溶液点在滤纸上,若滤纸上只有紫红色痕迹,无绿色痕迹,表明反应已歧化完全;晶体烘干时应控制温度不超过80℃,以防止KMnO4受热分解;
(3)i.由表中数据可知,歧化时选择溶液的pH为11.45时所得产品的质量最高,产品中KMnO4质量分数的最高,故控制溶液的最佳pH是11.45;
ii.①配制KMnO4溶液时,称取的KMnO4固体样品,应放入烧杯中溶解,然后冷至室温后全部转移到100mL容量瓶中,加蒸馏水至刻度线;
②滴定时消耗23.90mL0.1400mol/L的H2C2O4标准溶液,则参加反应的H2C2O4的物质的量为0.0239L×0.1400mol/L=3.346×10-3mol,根据反应:
2MnO4-+5H2C2O4+6H+=2Mn2++10CO2+8H2O可知参加反应的KMnO4的物质的量为3.346×10-3mol×
=1.3348×10-3mol,则样品纯度=
≈84.6%。
3.某化学小组为了研究外界条件对化学反应速率的影响,进行了如下实验:
【实验原理】2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO
4=K2SO4+2MnSO4+10CO2↑+8H2O
【实验内容及记录】
实验编号
实验温度
试管中所加试剂及其用量/mL
溶液褪至无色所需时间/min
0.6mol/LH2C2O4溶液
H2O
3mol/L稀H2SO4溶液
0.
05mol/LKMnO4溶液
①
25
3.0
V1
2.0
3.0
1.5
②
25
2.0
3.0
2.0
3.0
2.7
③
50
2.0
V2
2.0
3.0
1.0
(1)请完成此实验设计,其中:
V1=,V2=。
(2)实验①、②探究的是对化学反应速率的影响,根据上
表中的实验数据,可以得到的结论是_________________________________________________________。
(3)探究温度对化学反应速率的影响,应选择________________(填实验编号)。
(4)利用实验1中的数据,计算用KMnO4表示的化学反应速率为____________________。
(5)该小组同学根据经验绘制了n(Mn2+)随时间变化的趋势如图1所示,但有同学查阅已有的实验资料发现,该实验过程中n(Mn2+)
随时间变化的实际趋势如图2所示。
该小组同学根据图2所示信息提出了新的假设,并设计以下实验方案继续进行实验探究。
实验编号
实验温度/℃
试管中所加试剂及其用量
再向试管中加入某种固体
溶液褪至无色所需时间/min
0.6mol/LH2C
2O4溶液
H2O
3mol/L稀H2SO4溶液
0.05mol/LKMnO4溶液
④
25
2.0
3.0
2.0
3.0
MnSO4
t
①该小组同学提出的假设是________________________________________________。
②若该小组同学提出的假设成立,应观察到________________________________现象。
【答案】
(1)V1=2.0,V2=3.0(各1分)
(2)浓度(1分),其他条件不变时,增大(减小)反应物浓度,加快(减慢)化学反应速率(2分)。
(3)②③(1分)(4)1.0×10-2mol/(L·min)(2分)(5)①Mn2+对该反应有催化作用(2分);
②加入MnSO4固体后,KMnO4溶液比实验②更快褪色(2分)。
【解析】
试题分析:
(1)实验①、②探究浓度对反应速率的影响,则其他条件应该是相同的,则V1=2.0mL;实验②、③是探究温度对反应速率的影响,则其他条件应该是相同的,则V2=3.0mL;
(2)根据表中数据可知实验①、②探究的是浓度对化学反应速率的影响,根据上
表中的实验数据,可以得到的结论是其他条件不变时,增大(减小)反应物浓度,加快(减慢)化学反应速率;
(3)根据表中数据可知探究温度对化学反应速率的影响,应选择②③。
(4)草酸的物质的量为:
0.6mol/L×0.003L=0.0018mol,高锰酸钾的物质的量为:
0.05mol/L×0.003L=0.00015mol,草酸和高锰酸钾的物质的量之比为:
0.0018mol:
0.00015mol=12:
1,显然草酸过量,高锰酸钾完全反应,混合后溶液中高锰酸钾的浓度为:
=0.015mol/L,这段时间内平均反应速率v(KMnO4)=0.015mol/L÷1.5min=0.01mol/(L•min)。
(5)①由图乙可知,反应开始后速率增大的比较快,说明生成物中的MnSO4(或Mn2+)为该反应的催化剂。
②若该小组同学提出的假设成立,则反应速率加快,即加入MnSO4固体后,KMnO4溶液比实验②更快褪色。
【考点定位】本题主要是考查探究影响化学反应速率的因素
【名师点晴】该题的答题关键是注意利用控制变量法进行分析解答。
由于影响化学反应速率的因素有多种,在探究相关规律时,需要控制其他条件不变,只改变某一个条件,探究这一条件对反应速率的影响。
变量探究实验因为能够考查学生对于图表的观察、分析以及处理实验数据归纳得出合理结论的能力,因而在这几年高考试题中有所考查。
解答此类题时,要认真审题,清楚实验目的,弄清要探究的外界条件有哪些。
然后分析题给图表,确定一个变化的量,弄清在其他几个量不变的情况下,这个变化量对实验结果的影响,进而总结出规律。
然后再确定另一个变量,重新进行相关分析。
但在分析相关数据时,要注意题给数据的有效性。
4.教材中用酸性KMnO4和H2C2O4(草酸)反应研究影响反应速率的因素,某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)试写出酸性KMnO4和H2C2O4的离子反应方程式为:
_____;
(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)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。
(4)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产物Mn2+(或MnSO4)是反应的催化剂;②_____。
(5)若实验①在2min末收集4.48mLCO2(标准状况下),则在2min末,c(MnO4—)=___mol•L-1。
【答案】5H2C2O4+2MnO4-+6H+=10CO2↑+2Mn2++8H2O浓度②①KMnO4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0.0052
【解析】
【分析】
(1)酸性KMnO4溶液和H2C2O4溶液发生氧化还原反应时,MnO4-被还原生成Mn2+,H2C2O4被氧化生成CO2;
(2)对比①②实验可探究浓度对化学反应速率的影响,②中A溶液的浓度比①中大;
(3)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也能够比较化学反应速率;
(4)该反应为放热反应,反应放出的热量使环境温度升高;
(5)先求出反应的(MnO4-)的物质的量,再求出反应后的浓度.
【详解】
(1)酸性KMnO4溶液和H2C2O4溶液发生氧化还原反应时,MnO4-被还原生成Mn2+,H2C2O4被氧化生成CO2,反应的离子反应方程式为5H2C2O4+2MnO4-+6H+=10CO2↑+2Mn2++8H2O,故答案为5H2C2O4+2MnO4-+6H+=10CO2↑+2Mn2++8H2O;
(2)对比①②实验可探究浓度对化学反应速率的影响,②中A溶液的浓度比①中大,化学反应速率快,相同时间内针筒中所得CO2的体积②大于①,故答案为浓度;②;①;
(3)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,故答案为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;
(4)由图2所示发生变化可知,t1~t2时间内速率变快的主要原因除产物Mn2+是反应的催化剂外,还可能是该反应为放热反应,反应放出的热量使反应混合物的温度升高,加快了反应速率,故答案为该反应放热;
(4)由题意可知,2min末收集到标准状况下4.48mLCO2,4.48mLCO2的物质的量为0.0002mol,由方程式可得H2C2O4—5CO2可得反应消耗n(MnO4-)为0.00004mol,则未反应的n(MnO4-)为(30×10-3L×0.01mol•L-1-0.00004mol)=0.00026mol,c(MnO4—)=
=0.0052mol/L,故答案为0.0052。
【点睛】
本题考查了影响化学反应速率的因素,注意掌握影响化学反应速率的因素,明确探究影响化学反应速率因素的方法是解答关键。
5.某小组拟用酸性KMnO4溶液与H2C2O4溶液的反应(此反应为放热反应)来探究“条件对化学反应速率的影响”,并设计了如下的方案记录实验结果(忽略溶液混合体积变化)。
限选试剂和仪器:
0.20mol/LH2C2O4溶液、0.010mol/LKMnO4溶液(酸性)、蒸馏水、试管、量筒、秒表、恒温水浴槽。
物理量
编号
V(0.20mol/LH2C2O4溶液)/mL
V(蒸馏水)/mL
V(0.010mol/L酸性KMnO4溶液)/mL
m(MnSO4)/g
T/℃
乙
①
2.0
0
4.0
0
50
②
2.0
0
4.0
0
25
③
1.5
a
4.0
0
25
④
2.0
0
4.0
0.1
25
回答下列问题:
(1)KMnO4溶液用_______酸化(填名称);写出上述反应的离子方程式:
________________;当有2molKMnO4被还原时,生成的CO2的体积(标况下)为______;电子转移为_____mol;
(2)上述实验①②是探究____________对化学反应速率的影响;上述实验②④是探__________对化学反应速率的影响。
若上述实验②③是探究浓度对化学反应速率的影响,则a为______________;表格中的“乙”填写t/s,其测量的是__________________。
(3)实验①中对“乙”重复测量三次,所得数值分别13.6,13.5,13.4。
忽略混合前后溶液体积的微小变化,这段时间内平均反应速率v(KMnO4)=___________
(4)已知实验①50℃时c(MnO4-)~反应时间t的变化曲线如图。
若保持其他条件不变,请在坐标图中,画出实验②25℃时c(MnO4-)~t的变化曲线示意图_______。
【答案】稀硫酸;2MnO4-+5H2C2O4+6H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O224L10温度催化剂0.5溶液褪色所需时间5.0×10-4mol·L-1·s-1
【解析】
【分析】
(1)因为高锰酸钾具有强氧化性,反应中高锰酸钾为氧化剂,草酸为还原剂;
(2)当探究某一种因素对反应速率的影响时,必须保持其他影响因素一致;
(3)实验①中草酸过量,高锰酸钾完全反应;
(4)25℃时反应速率小于50℃时,所以高锰酸根离子的浓度变化比50℃时小。
【详解】
(1)因为高锰酸钾具有强氧化性,酸性高锰酸钾是用稀硫酸酸化的,H2SO4、KMnO4与H2C2O2发生反应,KMnO4被还原为MnSO4,化合价降低5价,H2C2O2被氧化为CO2,每个C原子的化合价升高1价,1个H2C2O2升高2价,则高锰酸钾与草酸计量数之比为2:
5,根据原子守恒配平可得:
5H2C2O4+2KMnO4+3H2SO4═10CO2↑+2MnSO4+K2SO4+8H2O;由方程式可知当有2molKMnO4被还原时,反应转移10mol电子,生成10molCO2,标况下体积为224L,故答案为:
稀硫酸;5H2C2O4+2KMnO4+3H2SO4═10CO2↑+2MnSO4+K2SO4+8H2O;224;10;
(2)当探究某一种因素对反应速率的影响时,必须保持其他影响因素一致,通过比较实验①②的反应条件可知,实验①②可探究温度对反应速率的影响;其他条件相同,④中加了MnSO4固体,锰离子对该反应起催化作用,则②④探究的是催化剂对反应速率的影响;实验②③中的H2C2O4溶液的加入体积不同,故要探究H2C2O4溶液浓度不同对反应速率的影响,但反应体积溶液的总体积需相同,故应加入蒸馏水来确保溶液的总体积均为6.0mL,则a的值为0.5;要准确描述反应速率的快慢,必须准确测得溶液褪色时间的长短,故要测量的物理量是溶液褪色的时间,故答案为:
温度;催化剂;0.5;溶液褪色所需时间;
(3)实验①中草酸的物质的量为0.20mol/L×0.002L=0.0004mol,高锰酸钾的物质的量为0.010mol/L×0.004L=0.00008mol,草酸和高锰酸钾的物质的量之比为:
0.0004mol:
0.00008mol=5:
1,显然草酸过量,高锰酸钾完全反应,混合后溶液中高锰酸钾的浓度为0.00008mol/0.006L=2/3×0.010mol/L,反应时间为(13.6+13.5+13.4)s/3=13.5s,则v(KMnO4)=(2/3×0.010mol/L)/13.5s≈5.0×10-4mol·L-1·s-1,故答案为:
5.0×10-4mol·L-1·s-1;
(4)25℃时反应速率小于50℃时,所以高锰酸根离子的浓度变化比50℃时小,反应需要的时间大于50℃条件下需要的时间,据此画出25℃时c(MnO4-)~t的变化曲线示意图为:
,故答案为:
。
【点睛】
本题考查了影响反应速率的因素的探究,考查氧化还原滴定原理与应用、探究影响速率的因素、对实验数据的处理等,理解实验原理是解题的关键,应注意的是当探究某一种因素对反应速率的影响时,必须保持其他影响因素一致。
6.为了探究外界条件对过氧化氢分解速率的影响,某化学兴趣小组的同学做了以下实验.
编号
实验操作
实验现象
①
分别在试管A、B中加入5mL5%H2O2溶液,各滴入3滴1mol/LFeCl3溶液.待试管中均有适量气泡出现时,将试管A放入盛有5℃左右冷水的烧杯中浸泡;将试管B放入盛有40℃左右热水的烧杯中浸泡.
试管A中不再产生气泡;试管B中产生的气泡量增多.
②
另取两支试管分别加入5mL5%H2O2溶液和5mL10%H2O2溶液
两支试管中均未明显见到有气泡产生.
请回答下列问题:
(1)过氧化氢分解的化学方程式为______________
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