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版高考化学一轮总复习模拟创新题专题8化学反应速率和化学平衡
专题八 化学反应速率和化学平衡
根据高考命题大数据软件分析,重点关注第3、5、8、10及创新导向题。
模拟精选题
1.(2016·黑龙江双鸭山一中期中)对于反应COCl2(g)
CO(g)+Cl2(g)。
改变下列条件:
①升温②恒容下通入惰性气体③增加COCl2浓度④减压⑤加催化剂⑥恒压下通入惰性气体,能加快反应速率的是( )
A.①②⑤B.①③⑤
C.②④⑥D.③⑤⑥
答案 B
2.(2016·山东济南外国语期中)在密闭容器中,一定条件下进行如下反应:
NO(g)+CO(g)
1/2N2(g)+CO2(g) ΔH=-373.2kJ·mol-1,达到平衡后,为提高该反应的速率和NO的转化率,正确措施是( )
A.加催化剂同时增大压强
B.加催化剂同时升高温度
C.升高温度同时充入N2
D.降低温度同时增大压强
答案 A
3.(2016·辽宁师大附中期中)在密闭容器中的一定量混合气体发生反应:
xA(g)+yB(g)
zC(g),达到平衡时,测得A的浓度为0.5mol/L,在温度不变的条件下,将容器的体积扩大到两倍,使再达到平衡,测得A的浓度为0.3mol/L,下列有关判断正确的是( )
A.x+y<zB.平衡向正反应方向移动
C.C的体积分数下降D.B的浓度增大
答案 C
4.(2016·河北邢台期末,15)只改变一个影响化学平衡的因素,平衡常数K与化学平衡移动的关系叙述不正确的是( )
A.K值不变,平衡可能移动
B.平衡向右移动时,K值不一定移动
C.K值有变化,平衡一定移动
D.相同条件下,同一个反应的方程式的化学计量数增大2倍,K值也增大两倍
解析 因改变压强或浓度引起化学平衡移动时,K值不变,A项和B项均正确;K值只与温度有关,K值发生了变化,说明体系的温度改变,则平衡一定移动,C项正确;相同条件下,同一个反应的方程式的化学计量数增大2倍,K值应该变为[K(原)]2,D项错误。
答案 D
5.(2016·豫南九校联考,14)温度为T时,向VL的密闭容器中充入一定量的A和B,发生反应:
A(g)+B(g)
C(s)+xD(g) ΔH>0,容器中A、B、D的物质的量浓度随时间的变化如图所示,下列说法不正确的是( )
A.反应在前10min的平均反应速率v(B)=0.15mol/(L·min)
B.该反应的平衡常数表达式K=
C.若平衡时保持温度不变,压缩容器体积平衡向逆反应方向移动
D.反应至15min时,改变的反应条件是降低温度
解析 A(g)+B(g)
C(s)+xD(g) ΔH>0
c(起始)/mol·L-13.52.500
c(转化)/mol·L-11.51.51.53
c(平衡)/mol·L-1211.53
反应在前10min,v(B)=1.5mol·L-1/10min=0.15mol/(L·min),A项正确;生成物C是固体,不能写入平衡常数表达式,根据平衡常数概念可知,B项正确;达到平衡时Δc(A)∶Δc(D)=1.5mol·L-1∶3mol·L-1=1∶2,则x=2,该反应是气体分子数不变的反应,若保持温度不变,压缩容器体积即增大压强,平衡不移动,C项错误;由图像知,反应至15min时三种气体的浓度不变,平衡向逆反应方向移动,只能是改变了温度,逆反应是放热反应,因此是降低温度,D项正确。
答案 C
6.(2016·河南焦作一模,2)在某2L恒容密闭容器中充入2molX(g)和1molY(g)发生反应:
2X(g)+Y(g)===3Z(g) ΔH,反应过程中持续升高温度,测得混合体系中X的体积分数与温度的关系如图所示。
下列推断正确的是( )
A.M点时,Y的转化率最大
B.升高温度,平衡常数减小
C.平衡后充入Z达到新平衡时Z的体积分数增大
D.W、M两点Y的正反应速率相等
解析 温度在a℃之前,升高温度,X的含量减小,温度在a℃之后,升高温度,X的含量增大,曲线上最低点为平衡点,最低点之前未达平衡,反应向正反应进行,最低点之后,各点为平衡点,升高温度X的含量增大,平衡向逆反应方向移动,故正反应为放热反应。
A项,曲线上最低点Q为平衡点,升高温度平衡向逆反应移动,Y的转化率减小,所以Q点时,Y的转化率最大,错误;B项,已知该反应为放热反应,升高温度,平衡逆移,平衡常数减小,正确;C项,反应前后气体的物质的量不变,平衡时充入Z,达到平衡时与原平衡是等效平衡,所以达到新平衡时Z的体积分数不变,错误;D项,W点对应的温度低于M点对应的温度,温度越高,反应速率越大,所以W点Y的正反应速率小于M点Y的正反应速率,错误。
答案 B
7.(2015·沈阳四校月考)下列说法正确的是( )
A.催化剂不影响反应活化能,但能增大单位体积内活化分子百分数,从而增大反应速率
B.化学反应速率为0.8mol/(L·s)是指1s时某物质的浓度为0.8mol/L
C.根据化学反应速率的大小可以判断化学反应进行的快慢
D.对于化学反应来说,反应速率越大,反应现象越明显
解析 A项,催化剂可以降低反应所需的活化能,增大活化分子的百分数,从而增大反应速率,错误;B项,0.8mol/(L·s)是指1s内该物质的浓度变化量为0.8mol/L,错误;D项,反应速率与反应现象之间无必然联系,如酸碱中和反应的速率很快,但却观察不到什么现象,错误。
答案 C
8.(2015·辽宁五市部分学校联考)已知甲为恒压容器、乙为恒容容器。
相同条件下充入等物质的量的NO2气体,且起始时体积相同。
发生反应:
2NO2(g)
N2O4(g) ΔH<0。
一段时间后相继达到平衡状态。
下列说法中正确的是( )
A.平衡时NO2体积分数:
甲<乙
B.达到平衡所需时间,甲与乙相等
C.该反应的平衡常数表达式K=c(N2O4)/c(NO2)
D.若两容器内气体的压强保持不变,均说明反应已达到平衡状态
答案 A
9.(2014·安徽合肥一模,10)下列四图中,曲线变化情况与所给反应(a、b、c、d均大于0)相对应的是( )
解析 A选项,温度高斜率大,SO3的含量低,错误;B选项,压强增大,平衡正向移动,正反应速率增大的比逆反应速率快,错误;C选项,作一条垂线,可知压强相同时,温度越高N2O4的物质的量分数越小,符合升高温度平衡右移;温度相同时,压强越大,N2O4的物质的量分数越大,符合增大压强平衡左移,正确;D选项,恒压时投入CO2,反应速率、转化率均相同;恒容投入3molCO2时,压强大,反应速率快,但平衡左移,转化率降低,错误。
答案 C
10.(2016·江西九校协作体联考,27)甲醇作为基本的有机化工产品和环保动力燃料具有广阔的应用前景,CO2加氢合成甲醇是合理利用CO2的有效途径。
由CO2制备甲醇过程可能涉及反应如下:
反应Ⅰ:
CO2(g)+H2(g)
CO(g)+H2O(g) ΔH1=+41.19kJ·mol-1
反应Ⅱ:
CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g) ΔH2
反应Ⅲ:
CO2(g)+3H2(g)
CH3OH(g)+H2O(g) ΔH3=-49.58kJ·mol-1
回答下列问题:
(1)反应Ⅲ的ΔS (填“<”、“=”或“>”)0;反应Ⅱ的ΔH2= 。
(2)在恒压密闭容器中,充入一定量的H2和CO2(假定仅发生反应Ⅲ),实验测得反应物在不同温度下,反应体系中CO2的平衡转化率与压强的关系曲线如图1所示。
①反应过程中,不能判断反应Ⅲ已达到平衡状态的标志是 。
A.断裂3molH—H键,同时断裂2molH—O键
B.CH3OH的浓度不再改变
C.容器中气体的平均摩尔质量不变
D.容器中气体的压强不变
②比较T1与T2的大小关系:
T1 T2(填“<”、“=”或“>”),理由是:
___________________________________________________
_______________________________________________________________。
③在T1和p6的条件下,往密闭容器中充入3molH2和1molCO2,该反应在第5min时达到平衡,此时容器的体积为1.8L;则该反应在此温度下的平衡常数为 。
a.若此条件下反应至3min时刻,改变条件并于A点处达到平衡,CH3OH的浓度随反应时间的变化趋势如图2所示(3~4min的浓度变化未表示出来);则改变的条件为________________________________________。
b.若温度不变,压强恒定在p8的条件下重新达到平衡时,容器的体积变为 L。
解析
(1)根据方程式可判断反应Ⅲ的ΔS<0;反应Ⅰ:
CO2(g)+H2(g)
CO(g)+H2O(g) ΔH1=+41.19kJ·mol-1,反应Ⅱ:
CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g) ΔH2,反应Ⅲ:
CO2(g)+3H2(g)
CH3OH(g)+H2O(g) ΔH3=-49.58kJ·mol-1,根据盖斯定律,反应Ⅱ可以是Ⅲ-Ⅰ得到,所以反应Ⅱ的焓变ΔH2=-90.77kJ·mol-1;
(2)①A.由于甲醇和水中均含有O—H键,因此断裂3molH—H键,同时断裂2molH—O键不能说明反应达到平衡状态,A符合题意;B.CH3OH的浓度不再改变说明反应达到平衡状态,B不符合题意;C.正反应是体积减小的,又因为质量不变,所以容器中气体的平均摩尔质量不变说明反应达到平衡状态,C不符合题意;D.由于是恒压,所以容器中气体的压强不变不能说明反应达到平衡状态,D符合题意,答案选AD。
②由于正反应是放热反应,因此在压强相等时温度升高二氧化碳的转化率降低,所以根据图像可知T1<T2。
③根据图像可知在T1和p6的条件下二氧化碳的转化率是40%,往密闭容器中充入3molH2和1molCO2,该反应在第5min时达到平衡,此时容器的体积为1.8L,则此时反应的二氧化碳是0.4mol,所以
所以平衡时二氧化碳、氢气、甲醇和水蒸气的浓度分别是(mol/L)1/3、1、2/9、2/9,
因此该温度下,反应的平衡常数K==。
a.若此条件下反应至3min时刻,改变条件并于A点处达到平衡,CH3OH的浓度随反应时间的趋势如图2所示,此时需要的时间是6min>5min,这说明反应速率降低,因此改变的条件为降低压强。
b.若温度不变,压强恒定在p8的条件下重新达到平衡时二氧化碳的转化率为60%,则
所以=
解得V=0.533L。
答案
(1)< -90.77kJ·mol-1
(2)①AD ②< 反应Ⅲ为放热反应,温度降低,反应正向移动,所以T1<T2 ③4/27或0.148 a.降低压强 b.8/15或0.533
11.(2016·山东淄博期末,15)工业合成氨反应为:
N2(g)+3H2(g)
2NH3(g),对其研究如下:
(1)已知H—H键能为436kJ·mol-1,N—H键能为391kJ·mol-1,
键的键能是945.6kJ·mol-1,则上述反应的ΔH= 。
(2)上述反应的平衡常数K的表达式为______________________________
________________________________________。
若反应方程式改写为:
N2(g)+H2(g)
NH3(g),在该温度下的平衡常数K1= (用K表示)。
(3)在773K时,分别将2molN2和6molH2充入一个固定容积为1L的密闭容器中,随着反应的进行,气体混合物中n(H2)、n(NH3)与反应时间t的关系如下表:
t/min
0
5
10
15
20
25
30
n(H2)/mol
6.00
4.50
3.60
3.30
3.03
3.00
3.00
n(NH3)/mol
0
1.00
1.60
1.80
1.98
2.00
2.00
①该温度下,若向同容积的另一容器中投入的N2、H2、NH3的浓度分别为3mol·L-1、3mol·L-1、3mol·L-1,则此时v正 v逆(填“大于”、“小于”或“等于”)。
②由上述表中的实验数据计算得到“浓度—时间”的关系可用下图中的曲线表示,表示c(N2)—t的曲线是 。
在此温度下,若起始充入4molN2和12molH2,则反应刚达到平衡时,表示c(H2)—t的曲线上相应的点为___________________________________________________。
解析
(1)根据ΔH=E(反应物的总键能)-E(生成物的总键能),知ΔH=945.6kJ·mol-1+436kJ·mol-1×3-391kJ·mol-1×6=-92.4kJ·mol-1。
(2)该反应的平衡常数K=,K1==[]=K。
(3)①该温度下,25min时反应处于平衡状态,平衡时c(N2)=1mol·L-1、c(H2)=3mol·L-1、c(NH3)=2mol·L-1,则K==。
在该温度下,若向同容积的另一容器中投入的N2、H2和NH3的浓度均为3mol·L-1,则Qc=== ②起始充入4molN2和12molH2,相当于将分别充入2molN2和6molH2的两个容器“压缩”为一个容器,假设平衡不移动,则平衡时c(H2)=6mol·L-1,而“压缩”后压强增大,反应速率加快,平衡正向移动,故平衡时3mol·L-1 答案 (1)-92.4kJ·mol-1 (2)K= K或 (3)①大于 ②乙 B 创新导向题 考向一 化学反应速率 角度1 化学反应速率的理解及计算 角度2 化学反应速率的大小比较 角度3 影响化学反应速率的因素 角度4 化学反应速率图像 角度5 用控制变量法研究影响化学反应速率的因素 1.一定条件下,向某密闭容器中加入一定量的N2和H2发生可逆反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-92.2kJ·mol-1,测得0~10s内,c(H2)减小了0.75mol·L-1,下列说法正确的是( ) A.10~15s内c(NH3)增加量等于0.25mol·L-1 B.10s内氨气的平均反应速率为0.025mol·L-1·s-1 C.达平衡后,分离出少量NH3,v(正)增大 D.该反应的逆反应的活化能不小于92.2kJ·mol-1 解析 10~15s内与0~10s内的反应速率不同,故A项错误,0~10s,c(H2)减小了0.75mol·L-1,根据反应的化学方程式可知,氨气浓度增加了0.5mol·L-1,10s内氨气的反应速率是0.5mol·L-1÷10s=0.05mol·L-1·s-1,选项B不正确;降低生成物浓度,反应速率降低,选项C不正确;由于正反应的ΔH=-92.2kJ·mol-1,所以逆反应的活化能不小于92.2kJ·mol-1,选项D正确。 答案 D 2.某实验小组以H2O2分解为例,研究浓度、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)催化剂能加快化学反应速率的原因是_________________________ ________________________________________________________________________________________________________________。 (2)常温下5%H2O2溶液的pH约为6,H2O2的电离方程式为_______________________________________________________________。 (3)实验①和②的目的是_______________________________________。 实验时由于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是 。 (4)实验③、④、⑤中,测得生成氧气的体积随时间变化的关系如下图。 分析上图能够得出的实验结论是____________________________________ ________________________________________________________________。 答案 (1)降低了活化能 (2)H2O2 H++HO (3)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) (4)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 考向二 化学平衡 角度1 化学平衡状态的判定 角度2 化学平衡移动 角度3 化学平衡常数及其计算 角度4 速率平衡综合图像 3.在一恒容的密闭容器中充入0.1mol·L-1CO2、0.1mol·L-1CH4,在一定条件下发生反应: CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g),测得CH4平衡时转化率与温度、压强关系如图,下列有关说法不正确的是( ) A.上述反应的ΔH<0 B.压强: p4>p3>p2>p1 C.在p4、1100℃时该反应的平衡常数为1.64 D.压强为p4时,在y点: v正>v逆 解析 p1、p2、p3、p4是四条等压线,由图像可知,压强一定时,温度越高,甲烷的平衡转化率越高,故正反应为吸热反应,ΔH>0,A项错误;该反应为气体分子数增加的反应,压强越高,甲烷的平衡转化率越小,故压强p4>p3>p2>p1,B项正确;压强为p4,温度为1100℃时,甲烷的平衡转化率为80.00%,故平衡时各物质的浓度分别为c(CH4)=0.02mol·L-1,c(CO2)=0.02mol·L-1,c(CO)=0.16mol·L-1,c(H2)=0.16mol·L-1,即平衡常数K==1.64,C项正确;压强为p4时,y点未达到平衡,此时v正>v逆,D项正确。 答案 A 4.无色气体N2O4是一种强氧化剂,为重要的火箭推进剂之一。 N2O4与NO2转换的热化学方程式为: N2O4(g) 2NO2(g) ΔH=+24.4kJ/mol (1)将一定量N2O4投入固定容积的真空容器中,下述现象能说明反应达到平衡的是 。 a.v正(N2O4)=2v逆(NO2) b.体系颜色不变 c.气体平均相对分子质量不变 d.气体密度不变 达到平衡后,保持体积不变升高温度,再次到达平衡时,则混合气体颜色 (填“变深”、“变浅”或“不变”),判断理由________________。 (2)平衡常数K可用反应体系中气体物质分压表示,即K表达式中用平衡分压代替平衡浓度,分压=总压×物质的量分数(例如: p(NO2)=p总×x(NO2))。 写上述反应平衡常数Kp表达式 (用p总、各气体物质的量分数x表示);影响Kp的因素 。 (3)上述反应中,正反应速率v正=k正·p(N2O4),逆反应速率v逆=k逆·p2(NO2),其中k正、k逆为速率常数,则Kp为 (以k正、k逆表示)。 若将一定量N2O4投入真空容器中恒温恒压分解(温度298K、压强100kPa),已知该条件下,k正=4.8×104s-1,当N2O4分解10%时,v正= kPa·s-1。 (4)真空密闭容器中放入一定量N2O4,维持总压强p0恒定,在温度为T时,平衡时N2O4分解百分率为α。 保持温度不变,向密闭容器中充入等量N2O4,维持总压强在2p0条件下分解,则N2O4的平衡分解率的表达式为______________________________________________________________ ______________________________________________________________。 解析 (1)=,不是化学计量数之比,a错误;颜色不变,说明c(NO2)不变,b正确; =,均是气体,m(气)不变,平均相对分子质量不变,说明n(气)不变,到达平衡,c正确;气体的质量不变,容器体积不变,密度始终不变,d错误。 该反应是吸热反应,升高温度,平衡向正反应方向移动,c(NO2)增大,颜色加深。 (2)K=,将c(NO2)、c(N2O4)换成p(NO2)、p(N2O4),影响平衡常数的因素只有温度。 (3)Kp==,达到平衡时v(正)=v(逆),Kp=。 设N2O4为1mol,分解减少0.1mol,剩余0.9mol,生成NO2为0.2mol,v正=k正·p(N2O4)=4.8×104s-1··100kPa=3.9×106kPa·s-1。 (4)原平衡时设起始加入1molN2O4,反应减少αmol,剩余N2O4为(1-α)mol,生成NO2为2αmol,Kp==,再充入等量N2O4,即2molN2O4,设转化率为x,同理有Kp====,解得x= 。 答案 (1)bc变深正反应是吸热反应,其他条件不变,温度升高平衡正向移动,c(NO2)增加,颜色加深 (2)p总·x2(NO2)/x(N2O4)(其他合理答案亦可)温度 (3)k正/k逆3.9×106 (4)[α2/(2-α2)]1/2
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