届高三化学二轮复习知识讲练化学反应速率及化学平衡专题强化.docx

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届高三化学二轮复习知识讲练化学反应速率及化学平衡专题强化

2020届高三化学二轮复习知识讲练

——化学反应速率及化学平衡专题强化

1．（2019·沈阳市东北育才学校高三模拟）下列是碳热还原法制锰合金的三个反应，CO与CO2平衡分压比的自然对数值与温度的关系如图所示（已知Kp是用平衡分压代替浓度计算所得的平衡常数）。

Ⅰ.Mn3C（s）＋4CO2（g）3MnO（s）＋5CO（g）　Kp（Ⅰ）

Ⅱ.Mn（s）＋CO2（g）MnO（s）＋CO（g）　Kp（Ⅱ）

Ⅲ.Mn3C（s）＋CO2（g）3Mn（s）＋2CO（g）　Kp（Ⅲ）

（1）ΔH>0的反应是________（填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”）。

（2）1200K时，在一体积为2L的恒容密闭容器中有17.7gMn3C（s）和0.4molCO2，只发生反应Ⅰ，5min后达到平衡，此时CO的浓度为0.125mol·L－1，则0～5min内v（CO2）＝________。

（3）在一体积可变的密闭容器中加入一定量的Mn（s）并充入一定量的CO2（g），只发生反应Ⅱ，下列能说明反应Ⅱ达到平衡的是________（填字母）。

A．容器的体积不再改变

B．固体的质量不再改变

C．气体的总质量不再改变

答案　

（1）Ⅲ　

（2）0.02mol·L－1·min－1　（3）BC

解析　

（1）由图中信息可知，反应Ⅲ升高温度，ln

增大，平衡正向移动，正反应为吸热反应，ΔH>0，故选Ⅲ。

（2）0～5min内v（CO2）＝

v（CO）＝

×

＝0.02mol·L－1·min－1。

（3）反应Ⅱ.Mn（s）＋CO2（g）MnO（s）＋CO（g）为气体体积不变的放热反应，根据“变量不变达平衡”进行判断。

反应为气体不变的反应，反应过程中容器的体积不是变量，不能作为平衡状态的判断依据，选项A不选；反应是一个固体质量增大的反应，固体的质量为变量，当固体的质量不再改变说明达到平衡状态，选项B选；反应是一个气体质量减小的反应，气体的总质量为变量，当不再改变说明达平衡状态，选项C选。

2．近年来化学家研究开发出用乙烯和乙酸为原料、杂多酸作催化剂合成乙酸乙酯的新工艺，不必生产乙醇或乙醛做中间体，使产品成本降低，具有明显经济优势。

其合成的基本反应如下：

CH2===CH2（g）＋CH3COOH（l）

CH3COOC2H5（l），为提高乙酸乙酯的合成速率和产率，可以采取的措施有____________________________________（任写出一条）。

在n（乙烯）与n（乙酸）物料比为1的条件下，某研究小组在保持不同压强下进行了在相同时间点乙酸乙酯的产率随温度的变化的测定实验，实验结果如图所示。

回答下列问题：

（1）温度在60～80℃范围内，乙烯与乙酸酯化合成反应速率由大到小的顺序是____________[用v（p1）、v（p2）、v（p3）分别表示不同压强下的反应速率]；

（2）a、b、c三点乙烯的转化率从大到小顺序____________________________________。

（3）60～90℃、p1下乙酸乙酯的产率，先升高后降低的原因是____________________，根据测定实验结果分析，较适宜的生产条件是________________（合适的压强和温度）。

答案　增大乙烯气体浓度或增大压强　

（1）v（p1）>v（p2）>v（p3）　

（2）c>b>a　（3）60～80℃反应从正方向开始，未达平衡，温度高反应速率大，乙酸乙酯产率高；80℃时反应已达平衡且正反应放热，故压强不变，升高温度平衡逆向移动，产率下降　p1、80℃

解析　根据CH2===CH2（g）＋CH3COOH（l）

CH3COOC2H5（l），为提高乙酸乙酯的合成速率和产率，改变条件加快反应速率且平衡正向移动，可以增大反应物浓度或增大压强等。

（1）CH2===CH2（g）＋CH3COOH（l）

CH3COOC2H5（l），温度一定时，压强增大，平衡正向移动，反应速率增大，图像分析可知p1＞p2＞p3，则温度在60～80℃范围内，乙烯与乙酸酯化合成反应速率由大到小的顺序是v（p1）＞v（p2）＞v（p3）。

（3）由图像可知，60～80℃反应从正方向开始，未达平衡，温度高反应速率大，乙酸乙酯产率高；p1、80℃时反应已达平衡且正反应放热，故压强不变，升高温度平衡逆向移动，产率下降；图像中乙酸乙酯产率最大的条件是：

p1、80℃。

3．（2019·宝鸡市高考模拟检测）CO2和CO可作为工业合成甲醇（CH3OH）的直接碳源，还可利用CO2根据电化学原理制备塑料，既减少工业生产对乙烯的依赖，又达到减少CO2排放的目的。

（1）利用CO2和H2反应合成甲醇的原理为：

CO2（g）＋3H2（g）CH3OH（g）＋H2O（g）。

上述反应常用CuO和ZnO的混合物作催化剂。

相同的温度和时间段内，催化剂中CuO的质量分数对CO2的转化率和CH3OH的产率影响的实验数据如下表所示：

ω（CuO）/%

10

20

30

40

50

60

70

80

90

CH3OH的产率

25%

30%

35%

45%

50%

65%

55%

53%

50%

CO2的转化率

10%

13%

15%

20%

35%

45%

40%

35%

30%

由表可知，CuO的质量分数为________催化效果最佳。

（2）利用CO和H2在一定条件下可合成甲醇，发生如下反应：

CO（g）＋2H2（g）CH3OH（g），其两种反应过程中能量的变化曲线如图1中a、b所示，下列说法正确的是________（填字母）。

A．上述反应的ΔH＝－91kJ·mol－1

B．a反应正反应的活化能为510kJ·mol－1

C．b过程中第Ⅰ阶段为吸热反应，第Ⅱ阶段为放热反应

D．b过程使用催化剂后降低了反应的活化能和ΔH

E．b过程的反应速率：

第Ⅱ阶段＞第Ⅰ阶段

（3）①在1L的恒容密闭容器中按物质的量之比1∶2充入CO和H2，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情况如图2所示，则压强p2________（填“＞”“＜”或“＝”）p1；平衡由A点移至C点、D点移至B点，分别可采取的具体措施为____________________、__________；在C点时，CO的转化率为________。

②甲和乙两个恒容密闭容器的体积相同，向甲中加入1molCO和2molH2，向乙中加入2molCO和4molH2，测得不同温度下CO的平衡转化率如图3所示，则L、M两点容器内压强：

p（M）________（填“＞”“＜”或“＝”，下同）2p（L）；平衡常数：

K（M）________K（L）。

答案　

（1）60%　

（2）ACE　（3）①＜　保持压强为p2，将温度由250℃升高到300℃　保持温度为300℃，将压强由p3增大到p1　75%　②＞　<

解析　

（1）由表可知，CuO的质量分数为60%催化效果最佳。

（2）由图所示：

ΔH＝419kJ·mol－1－510kJ·mol－1＝－91kJ·mol－1，故A正确；a反应正反应的活化能为419kJ·mol－1，故B错误；第Ⅰ阶段反应之后的产物能量高于起始产物的能量，所以第Ⅰ阶为吸热反应，同时第Ⅰ阶段反应之后的产物能量高于最终产物的能量，所以第Ⅱ阶段为放热反应，故C正确；b过程使用催化剂后降低了反应的活化能，但ΔH不变，故D错误；b过程第Ⅱ阶段的活化能小于第Ⅰ阶段，所以反应速率：

第Ⅱ阶段＞第Ⅰ阶段，故E正确。

（3）①根据勒夏特列原理，压强增大平衡正向移动，由图所示，300℃时，C点的转化率小于B点，故p2＜p1；平衡由A点移至C点是恒压的条件下使平衡逆向移动，措施为保持压强为p2，将温度由250℃升高到300℃；D点移至B点是温度不变平衡正向移动，可采取的具体措施为保持温度为300℃，将压强由p3增大到p1；在C点时，甲醇的体积分数为50%，设甲醇的物质的量为n，则反应的CO的物质的量为n，剩余CO的物质的量为

n，则CO的转化率为

×100%＝75%。

②M和L点，CO的转化率相同，因为体积相同，且乙中气体是甲中气体的2倍，则相同温度时，p（M）＝2p（L），M点的温度高，所以p（M）>2p（L）；平衡常数只和温度有关，该反应为放热反应，温度越高反应进行的限度越小，平衡常数越小，所以K（M）

4．（2019·江西省萍乡市高三下学期第一次模拟）大气中CO2含量的增加会加剧温室效应，为减少其排放，需将工业生产中产生的CO2分离出来进行储存和利用。

（1）CO2与NH3反应可合成尿素[化学式为CO（NH2）2]，反应2NH3（g）＋CO2（g）CO（NH2）2（l）＋H2O（g）在合成塔中进行，图1中Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ三条曲线分别表示温度为T℃时，按不同氨碳比

和水碳比

投料时，二氧化碳平衡转化率的情况。

①曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中水碳比的数值分别为0.6～0.7,1～1.1，1.5～1.6，则生产中应选用的水碳比数值范围是__________________。

②推测生产中氨碳比应控制在________（选填“4.0”或“4.5”）左右比较适宜。

③若曲线Ⅱ中水碳比为1，初始时CO2的浓度为1mol·L－1，则T℃时该反应的平衡常数K＝________（保留有效数字至小数点后两位）。

（2）以TiO2/Cu2Al2O4为催化剂，可以将CO2和CH4直接转化为乙酸，请写出该反应的化学方程式：

______________________________。

在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率的关系如图2所示。

在温度为______时，催化剂的活性最好，效率最高。

请解释图中250～400℃时乙酸生成速率变化的原因：

250～300℃时________；300～400℃时________。

答案　

（1）①0.6～0.7　②4.0　③0.59

（2）CO2＋CH4

CH3COOH　250℃　催化剂效率下降是影响乙酸生成速率的主要原因　温度升高是影响乙酸生成速率的主要原因

解析　

（1）①氨碳比相同时，曲线Ⅰ的CO2的转化率大，因此生产中选用水碳比数值范围是0.6～0.7；②氨碳比在4.5时，需要氨气较多，根据图像分析，CO2的转化率增大不多，提高生产成本，所以氨碳比控制在4.0左右；③曲线Ⅱ中水碳比为1，初始时CO2浓度为1mol·L－1，则c（H2O）＝1mol·L－1，氨碳比为4时，CO2的转化率为63%，c（NH3）＝4mol·L－1，

　　　2NH3（g）＋CO2（g）CO（NH2）2（l）＋H2O（g），

　起始

（mol·L－1）:

411

　变化

（mol·L－1）:

1.260.630.63

　平衡

（mol·L－1）:

2.740.371.63

平衡常数K＝

＝

≈0.59。

（2）CO2和CH4发生反应：

CO2＋CH4

CH3COOH；根据图像，当温度为250℃时，乙酸的生成速率最大，催化剂的催化效率最大；在250～300℃过程中，催化剂是影响速率的主要因素，因此催化效率降低，导致反应速率也降低；而在300～400℃时催化效率低且变化程度小，但反应速率增加较明显，因此该过程中温度是影响速率的主要因素，温度越高，反应速率越大。

5．（2019·厦门市高三下学期第一次质量检查）二醚水蒸气重整制氢过程涉及的主要反应如下：

ⅰ.CH3OCH3（g）＋H2O（g）===2CH3OH（g）

ΔH＝＋23.6kJ·mol－1

ⅱ.CH3OH（g）＋H2O（g）===CO2（g）＋3H2（g）

ΔH＝＋49.5kJ·mol－1

ⅲ.CH3OH（g）===CO（g）＋2H2（g）

ΔH＝＋90.7kJ·mol－1

ⅳ.H2O（g）＋CO（g）===CO2（g）＋H2（g）

ΔH＝－41.2kJ·mol－1

各反应平衡常数与温度变化关系如下表：

温度

平衡常数　　

423K

523K

623K

723K

823K

Kⅰ

1.7×10－2

5.8×10－2

1.3×10－1

2.3×10－1

3.4×10－1

Kⅱ

1.9×103

4.2×104

3.9×105

2.1×106

7.8×106

Kⅲ

2.5

4.7×102

1.8×104

2.8×105

2.2×106

Kⅳ

7.9×102

89

21

7.5

3.6

（1）重整反应CH3OCH3（g）＋3H2O（g）===2CO2（g）＋6H2（g）　ΔH＝xkJ·mol－1，回答下列问题：

①x＝________。

②有利于提高重整反应中CH3OCH3平衡转化率的条件为________（填字母）。

A．高温低压B．低温高压

C．高温高压D．低温低压

③若在恒温刚性容器中进行重整反应，达到平衡时c（CH3OCH3）＝10mol·L－1，c（H2O）＝

0.2mol·L－1，c（H2）＝10mol·L－1，c（CO2）＝40mol·L－1，则反应温度约为________。

④723K时，v＝k·c[（CH3OCH3）]2·[c（CO2）]－1.5为重整反应速率方程。

在相同条件下，c（CO2）分别为a、b、c时，H2产率随时间的变化关系如图1，则a、b、c由小到大的顺序为__________。

（2）CO会造成燃料电池催化剂中毒，重整反应体系中CO体积分数随水醚比与温度的变化关系如图2。

①相同温度下，水醚比为________时，CO体积分数最高。

②实际生产中选择反应温度为250℃的原因为___________________________________；

选择水醚比为3～6的原因为__________。

答案　

（1）①＋122.6　②A　③623K　④c

（2）①1　②相同条件下，温度过高CO体积分数较高，温度过低反应速率较小　相同条件下，水醚比<3，CO体积分数过高，水醚比>6，H2含量过低

解析　

（1）①根据盖斯定律：

反应CH3OCH3（g）＋3H2O（g）===2CO2（g）＋6H2（g）由ⅰ＋ⅱ×2所得，则x＝＋23.6kJ·mol－1＋49.5kJ·mol－1×2＝＋122.6kJ·mol－1。

②重整反应为吸热反应，且反应后气体的体积增大，所以根据勒夏特列原理，高温、低压时，平衡向正方向移动，所以条件为高温低压。

③K＝

＝

＝2×1010，根据图表数据623K时，Kⅰ×K

≈2×1010。

④根据反应的化学方程式可知，当生成物二氧化碳的浓度越大时，氢气的产率越高。

结合图像知，a、b、c由小到大的顺序为c

（2）①如图所示，相同温度下，水醚比为1时CO体积分数最高。

②根据题干信息结合工业生产需要分析得，实际生产中选择反应温度为250℃的原因为相同条件下，温度过高CO体积分数较高，温度过低反应速率较小；选择水醚比为3～6的原因为相同条件下，水醚比<3，CO体积分数过高，水醚比>6，H2含量过低。

6．研究处理NOx、SO2对环境保护有着重要的意义。

回答下列问题：

（1）SO2的排放主要来自于煤的燃烧，工业上常用氨水吸收法处理尾气中的SO2。

已知吸收过程中相关反应的热化学方程式如下：

①SO2（g）＋NH3·H2O（aq）===NH4HSO3（aq）　ΔH1＝akJ·mol－1

②NH3·H2O（aq）＋NH4HSO3（aq）===（NH4）2SO3（aq）＋H2O（l）　ΔH2＝bkJ·mol－1

③2（NH4）2SO3（aq）＋O2（g）===2（NH4）2SO4（aq）　ΔH3＝ckJ·mol－1

则反应2SO2（g）＋4NH3·H2O（aq）＋O2（g）===2（NH4）2SO4（aq）＋2H2O（l）　ΔH＝________。

（2）NOx的排放主要来自于汽车尾气，有人利用反应C（s）＋2NO（g）N2（g）＋CO2（g）　ΔH＝

－34.0kJ·mol－1，用活性炭对NO进行吸附。

在恒压密闭容器中加入足量的活性炭和一定量的NO气体，测得NO的转化率α（NO）随温度的变化如图1所示：

①由图可知，1050K前反应中NO的转化率随温度升高而增大，原因是__________________

__________________________________;在1100K时，CO2的体积分数为________。

②用某物质的平衡分压代替其物质的量浓度也可以表示化学平衡常数（记作Kp）。

在1050K、1.1×106Pa时，该反应的化学平衡常数Kp＝______（已知：

气体分压＝气体总压×体积分数）。

（3）在高效催化剂的作用下，用CH4还原NO2也可消除氮氧化物的污染。

在相同条件下，选用A、B、C三种不同催化剂进行反应，生成N2的物质的量与时间变化关系如图2所示，其中活化能最小的是________（填字母）。

（4）在汽车尾气的净化装置中CO和NO发生反应：

2NO（g）＋2CO（g）N2（g）＋2CO2（g）ΔH＝－746.8kJ·mol－1。

实验测得，v正＝k正·c2（NO）·c2（CO），v逆＝k逆·c（N2）·c2（CO2）（k正、k逆为速率常数，只与温度有关）。

①达到平衡后，仅升高温度，k正增大的倍数____（填“>”“<”或“＝”）k逆增大的倍数。

②若在1L的密闭容器中充入1molCO和1molNO，在一定温度下达到平衡时，CO的转化率为40%，则

＝________（保留2位有效数字）。

答案　

（1）（2a＋2b＋c）kJ·mol－1　

（2）①1050K前反应未达到平衡状态，随着温度升高，反应速率加快，NO转化率增大　20%　②4　（3）A　（4）①<　②0.25

解析　

（1）利用盖斯定律，将①×2＋②×2＋③可得2SO2（g）＋4NH3·H2O（aq）＋O2（g）===2（NH4）2SO4（aq）＋2H2O（l）的ΔH＝（2a＋2b＋c）kJ·mol－1。

（2）①在1050K前反应未达到平衡状态，随着温度升高，反应速率加快，NO转化率增大；达到平衡后，升高温度，平衡左移，NO的转化率降低。

根据反应C（s）＋2NO（g）N2（g）＋CO2（g），假设加入1molNO，在1100K时，NO的转化率为40%，则Δn（NO）＝0.4mol，故n（CO2）＝0.2mol，由于反应前后气体的总物质的量不变，故混合气体中CO2的体积分数为

×100%＝20%。

②根据反应C（s）＋2NO（g）N2（g）＋CO2（g），假设加入1molNO，在1050K时，α（NO）＝80%，平衡时n（NO）＝0.2mol，n（N2）＝0.4mol，n（CO2）＝0.4mol，各物质的平衡分压p分（NO）＝

×1.1×106Pa，p分（N2）＝

×1.1×106Pa，p分（CO2）＝

×1.1×106Pa，故反应的化学平衡常数Kp＝

×1.1×106×

×1.1×106÷（

×1.1×106）2＝4。

（3）A反应速率快，先达到平衡，故活化能最小。

（4）①正反应为放热反应，升高温度平衡左移，则正反应速率增大的倍数小于逆反应速率增大的倍数，故k正增大的倍数小于k逆增大的倍数。

②当反应达到平衡时，v正＝v逆，故

＝

＝K，根据化学方程式可知，平衡时c（NO）＝c（CO）＝0.6mol·L－1，c（N2）＝0.2mol·L－1，c（CO2）＝0.4mol·L－1，故

＝

＝

＝

≈0.25。