化学 化学反应的速率与限度的专项 培优练习题及答案解析.docx

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化学化学反应的速率与限度的专项培优练习题及答案解析

化学化学反应的速率与限度的专项培优练习题及答案解析

一、化学反应的速率与限度练习题（含详细答案解析）

1．某温度下在2L密闭容器中，3种气态物质A、B、C的物质的量随时间变化曲线如图。

（1）该反应的化学方程式是________________________

（2）若A、B、C均为气体，10min后反应达到平衡，

①此时体系的压强是开始时的________倍。

②在该条件达到平衡时反应物的转化率为________%（计算结果保留1位小数）

（3）关于该反应的说法正确的是_________。

a.到达10min时停止反应

b.在到达10min之前C气体的消耗速率大于它的生成速率

c.在10min时B气体的正反应速率等于逆反应速率

【答案】2C

A+3B

或1.29或1.366.7%b、c

【解析】

【分析】

（1）由图可知，C是反应物，物质的量分别减少2mol，A、B生成物，物质的量增加1mol、3mol，物质的量变化比等于系数比；

（2）①体系的压强比等于物质的量比；

②转化率=变化量÷初始量×100%；

（3）根据化学平衡的定义判断；

【详解】

（1）由图可知，C是反应物，物质的量减少2mol，A、B生成物，物质的量分别增加1mol、3mol，物质的量变化比等于系数比，所以该反应的化学方程式为：

2C

A+3B；

（2）①体系的压强比等于物质的量比，反应前气体总物质的量是7mol、反应后气体总物质的量是9mol，所以此时体系的压强是开始时的

倍；

②转化率=变化量÷初始量×100%=2÷3×100%=66.7%；

（3）a.根据图象，到达10min时反应达到平衡状态，正逆反应速率相等但不为0，反应没有停止，故a错误；

b.在到达10min之前，C的物质的量减少，所以C气体的消耗速率大于它的生成速率，故b正确；

c.在10min时反应达到平衡状态，所以B气体的正反应速率等于逆反应速率，故c正确；

选bc。

【点睛】

本题考查化学反应中物质的量随时间的变化曲线、以及平衡状态的判断，注意根据化学平衡的定义判断平衡状态，明确化学反应的物质的量变化比等于化学方程式的系数比。

2．研究和深度开发CO、CO2的应用对构建生态文明社会具有重要的意义。

（1）CO可用于炼铁，已知：

Fe2O3（s）+3C（s）＝2Fe（s）+3CO（g）ΔH1＝+489.0kJ·mol－1

C（s）+CO2（g）＝2CO（g）ΔH2＝+172.5kJ·mol－1。

则CO还原Fe2O3（s）的热化学方程式为_________________________________________________。

（2）分离高炉煤气得到的CO与空气可设计成燃料电池（以KOH溶液为电解液）。

写出该电池的负极反应式：

__________________________________________________。

（3）①CO2和H2充入一定体积的密闭容器中，在两种温度下发生反应：

CO2（g）+3H2（g）

CH3OH（g）+H2O（g），测得CH3OH的物质的量随时间的变化如图。

①曲线I、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为KⅠ___________________KⅡ（填“＞”或“＝”或“＜”）。

②一定温度下，在容积相同且固定的两个密闭容器中，按如下方式加入反应物，一段时间后达到平衡。

容器

甲

乙

反应物投入量

1molCO2、3molH2

amolCO2、bmolH2、

cmolCH3OH（g）、cmolH2O（g）

若甲中平衡后气体的压强为开始的0.8倍，要使平衡后乙与甲中相同组分的体积分数相等，且起始时维持化学反应向逆反应方向进行，则c的取值范围为______________________。

③一定温度下，此反应在恒压容器中进行，能判断该反应达到化学平衡状态的依据是______________。

a．容器中压强不变b．H2的体积分数不变c．c（H2）＝3c（CH3OH）

d．容器中密度不变e．2个C＝O断裂的同时有3个H－H断裂

（4）将燃煤废气中的CO2转化为二甲醚的反应原理为：

2CO2（g）+6H2（g）

CH3OCH3（g）+3H2O（g）。

已知一定条件下，该反应中CO2的平衡转化率随温度、投料比[n（H2）/n（CO2）]的变化曲线如图，若温度不变，提高投料比n（H2）/n（CO2），则K将__________；该反应△H_________0（填“＞”、“＜”或“=”）。

【答案】Fe2O3（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO2（g）△H=-28.5KJ/molCO-2e-+4OH-=CO32-+2H2O＞0.4＜c≤1bd不变＜

【解析】

【分析】

（1）已知：

①Fe2O3（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H1=+489.0kJ/mol， ②C（石墨）+CO2（g）=2CO（g）△H2=+172.5kJ/mol，根据盖斯定律有①-②×3可得；

（2）根据原电池负极失去电子发生氧化反应结合电解质环境可得；

（3）①Ⅱ比Ⅰ的甲醇的物质的量少，根据K=

判断；

②根据平衡三段式求出甲中平衡时各气体的物质的量，然后根据平衡后乙与甲中相同组分的体积分数相等，且起始时维持反应逆向进行来判断范围；

③根据化学平衡状态的特征分析；

（4）由图可知，投料比

一定，温度升高，CO2的平衡转化率减小，根据温度对化学平衡的影响分析可得。

【详解】

（1）已知：

①Fe2O3（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H1=+489.0kJ/mol， ②C（石墨）+CO2（g）=2CO（g）△H2=+172.5kJ/mol，根据盖斯定律有①-②×3，得到热化学方程式：

Fe2O3（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO2（g）△H=-28.5kJ/mol；

（2）CO与空气可设计成燃料电池（以KOH溶液为电解液），负极电极反应为：

CO-2e-+4OH-=CO32-+2H2O；

（3）①Ⅱ比Ⅰ的甲醇的物质的量少，则一氧化碳和氢气的物质的量越多，根据K=

可知，平衡常数越小，故KⅠ＞KⅡ；

②

甲中平衡后气体的压强为开始时的0.8倍，即（4-2x）÷4=0.8，解得x=0.4mol；依题意：

甲、乙为等同平衡，且起始时维持反应逆向进行，所以全部由生成物投料，c的物质的量为1mol，c的物质的量不能低于平衡时的物质的量0.4mol，所以c的物质的量为：

0.4mol＜n（c）≤1mol；

③a．反应在恒压容器中进行，容器中压强始终不变，故a错误；

b．反应开始，减少，H2的体积分数不变时，反应平衡，故b正确；

c．c（H2）与c（CH3OH）的关系与反应进行的程度有关，与起始加入的量也有关，所以不能根据它们的关系判断反应是否处于平衡状态，故c错误；

d．根据ρ=

，气体的质量不变，反应开始，体积减小，容器中密度不变时达到平衡，故d正确；

e．C=O断裂描述的正反应速率，H-H断裂也是描述的正反应速率，故e错误；

故答案为：

bd；

（4）由图可知，投料比

一定，温度升高，CO2的平衡转化率减小，说明温度升高不利于正反应，即正反应为放热反应△H＜0；K只与温度有关，温度不变，提高投料比

，K不变。

【点睛】

注意反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，必须是同一物质的正逆反应速率相等；反应达到平衡状态时，平衡时各种物质的物质的量、浓度等不再发生变化，此类试题中容易发生错误的情况往往有：

平衡时浓度不变，不是表示浓度之间有特定的大小关系；正逆反应速率相等，不表示是数值大小相等；对于密度、相对分子质量等是否不变，要具体情况具体分析等。

3．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/（L∙min）；

（3）由分析可得，答案选CE；

（4）由图求得平衡时A的转化率α=

×100％=

=40％；

（5）①根据表中的数据，没有催化剂不加热，不同浓度的双氧水几乎不反应，在无催化剂但是加热的情况下，双氧水发生分解，且双氧水浓度越大分解速率越快，说明反应物浓度和温度对分解速率有影响。

对比无催化剂加热状态，有催化剂加热的情况下，分解速率也明显加快，故答案为温度和催化剂；②分析表中的数据，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；

（6）①双氧水在二氧化锰的作用下发生反应：

2H2O2

2H2O+O2↑；②其他条件不变，粉末状的二氧化锰比块状二氧化锰反应所需时间段，说明固体的接触面积对反应速率有影响。

【点睛】

平衡状态的判定的核心在于物理量是否是个变量，若为变量当保持不变可以作判定平衡的依据，若为定值，则不能作为依据。

4．制造一次性医用口罩的原料之一丙烯是三大合成材料的基本原料，丙烷脱氢作为一条增产丙烯的非化石燃料路线具有极其重要的现实意义。

丙烷脱氢技术主要分为直接脱氢和氧化脱氢两种。

（1）根据下表提供的数据，计算丙烷直接脱氢制丙烯的反应C3H8（g）

C3H6（g）+H2（g）的∆H=___。

共价键

C-C

C=C

C-H

H-H

键能/（kJ∙mol-1）

348

615

413

436

（2）下图为丙烷直接脱氢制丙烯反应中丙烷和丙烯的平衡体积分数与温度、压强的关系（图中压强分别为1×104Pa和1×105Pa）

①在恒容密闭容器中，下列情况能说明该反应达到平衡状态的是__（填字母）。

A．∆H保持不变

B．混合气体的密度保持不变

C．混合气体的平均摩尔质量保持不变

D．单位时间内生成1molH-H键，同时生成1molC=C键

②欲使丙烯的平衡产率提高，下列措施可行的是____（填字母）

A．增大压强B．升高温度C．保持容积不变充入氩气

工业生产中为提高丙烯的产率，还常在恒压时向原料气中掺入水蒸气，其目的是_____。

③1×104Pa时，图中表示丙烷和丙烯体积分数的曲线分别是___、____（填标号）

④1×104Pa、500℃时，该反应的平衡常数Kp=____Pa（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数，计算结果保留两位有效数字）

（3）利用CO2的弱氧化性，科学家开发了丙烷氧化脱氢制丙烯的新工艺，该工艺可采用铬的氧化物作催化剂，已知C3H8+CO2（g）

C3H6（g）+CO（g）+H2O（l），该工艺可以有效消除催化剂表面的积炭，维持催化剂的活性，其原因是____，相对于丙烷直接裂解脱氢制丙烯的缺点是_____。

【答案】+123kJ∙mol-1CB该反应是气体分子数增多的反应，恒压条件下充入水蒸气容器体积增大，平衡右移ⅳⅰ3.3×103C与CO2反应生成CO，脱离催化剂表面生成有毒气体CO（或其他合理说法）

【解析】

【分析】

（1）比较丙烷与丙烯的结构，可确定断裂2个C-H键和1个C-C键，形成1个C=C键和1个H-H键，利用表中键能可计算C3H8（g）

C3H6（g）+H2（g）的∆H。

（2）①A．对于一个化学反应，方程式确定后，∆H确定，与反应进行的程度无关；

B．混合气体的质量和体积都不变，密度始终不变；

C．混合气体的质量不变，物质的量增大，平均摩尔质量不断减小；

D．反应发生后，总是存在单位时间内生成1molH-H键，同时生成1molC=C键。

②A．增大压强，平衡逆向移动；

B．升高温度，平衡正向移动；

C．保持容积不变充入氩气，平衡不受影响。

工业生产中为提高丙烯的产率，还常在恒压时向原料气中掺入水蒸气，可增大混合气的体积，减小与反应有关气体的浓度。

③1×104Pa与1×105Pa进行对比，从平衡移动的方向确定图中表示丙烷和丙烯体积分数的曲线。

④1×104Pa、500℃时，丙烷、丙烯、氢气的体积分数都为33.3%，由此可计算该反应的平衡常数Kp。

（3）CO2具有氧化性，能与催化剂表面的积炭发生反应生成一氧化碳气体，由此可确定原因及缺点。

【详解】

（1）比较丙烷与丙烯的结构，可确定断裂2个C-H键和1个C-C键，形成1个C=C键和1个H-H键，利用表中键能可计算C3H8（g）

C3H6（g）+H2（g）的∆H=（2×413+348）kJ∙mol-1-（615+436）kJ∙mol-1=+123kJ∙mol-1。

答案为：

+123kJ∙mol-1；

（2）①A．对于一个化学反应，方程式确定后，∆H确定，与反应进行的程度无关，A不合题意；

B．混合气体的质量和体积都不变，密度始终不变，所以密度不变时不一定达平衡状态，B不合题意；

C．混合气体的质量不变，物质的量增大，平均摩尔质量不断减小，当平均摩尔质量不变时，反应达平衡状态，C符合题意；

D．反应发生后，总是存在单位时间内生成1molH-H键，同时生成1molC=C键，反应不一定达平衡状态，D不合题意；

故选C。

答案为：

C；

②A．增大压强，平衡逆向移动，丙烯的平衡产率减小，A不合题意；

B．升高温度，平衡正向移动，丙烯的平衡产率增大，B符合题意；

C．保持容积不变充入氩气，平衡不受影响，C不合题意；

故选B。

答案为：

B；

工业生产中为提高丙烯的产率，还常在恒压时向原料气中掺入水蒸气，可增大混合气的体积，减小与反应有关气体的浓度，其目的是该反应为气体分子数增多的反应，恒压条件下充入水蒸气容器体积增大，平衡右移。

答案为：

该反应是气体分子数增多的反应，恒压条件下充入水蒸气容器体积增大，平衡右移；

③升高温度，平衡正向移动，丙烷的体积分数减小，丙烯的体积分数增大，则ⅰ、ⅲ为丙烷的曲线，ⅱ、ⅳ为丙烯的曲线，1×104Pa与1×105Pa相比，压强减小，平衡正向移动，从而得出表示丙烷体积分数的曲线为ⅳ，表示丙烯体积分数的曲线为ⅰ。

答案为：

ⅳ；ⅰ；

④1×104Pa、500℃时，丙烷、丙烯、氢气的体积分数都为33.3%，由此可计算该反应的平衡常数Kp=

=3.3×103。

答案：

3.3×103；

（3）CO2具有氧化性，能与催化剂表面的积炭发生反应生成一氧化碳气体，其原因是C与CO2反应生成CO，脱离催化剂表面；相对于丙烷直接裂解脱氢制丙烯的缺点是生成有毒气体CO（或其他合理说法）。

答案为：

C与CO2反应生成CO，脱离催化剂表面；生成有毒气体CO（或其他合理说法）。

【点睛】

利用键能计算反应热时，比较反应物与生成物的结构式，确定键的断裂与形成是解题的关键。

丙烷的结构式为

，丙烯的结构式为

，H2的结构式为H-H，由此可确定断键与成键的种类及数目。

5．Ⅰ.碳是形成化合物种类最多的元素，其单质及化合物是人类生产生活中的主要能源物质。

回答下列问题：

（1）有机物M经过太阳光光照可转化成N，转化过程如下：

ΔH＝＋88.6kJ/mol，则M、N相比，较稳定的是______。

（2）将Cl2和H2O（g）通过灼热的炭层，生成HCl和CO2，当有1molCl2参与反应时释放出145kJ热量，写出该反应的热化学方程式为___________。

Ⅱ．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。

（3）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，升高温度，再次到达新平衡时，混合气体颜色_____（填“变深”、“变浅”或“不变”）。

Ⅲ．（4）常温下，设pH＝5的H2SO4溶液中由水电离出的H＋浓度为c1；pH＝5的Al2（SO4）3溶液中由水电离出的H＋浓度为c2，则

=________。

（5）常温下，pH＝13的Ba（OH）2溶液aL与pH＝3的H2SO4溶液bL混合。

若所得混合溶液呈中性，则a∶b＝________。

（6）已知常温下HCN的电离平衡常数K＝5.0×10－10。

将0.2mol/LHCN溶液和0.1mol/L的NaOH溶液等体积混合后，溶液中c（H＋）、c（OH－）、c（CN－）、c（Na＋）大小顺序为________________。

【答案】M2Cl2（g）＋2H2O（g）＋C（s）=4HCl（g）＋CO2（g）ΔH＝－290kJ/molBC变深

1:

100c（Na＋）>c（CN－）>c（OH－）>c（H＋）

【解析】

【分析】

Ⅰ．

（1）M转化为N是吸热反应，能量低的物质更稳定；

（2）有1molCl2参与反应时释放出145kJ热量，2mol氯气反应放热290kJ，结合物质聚集状态和对应反应焓变书写热化学方程式；

Ⅱ．（3）可逆反应到达平衡时，同种物质的正逆速率相等且保持不变，各组分的浓度、含量保持不变，由此衍生的其它一些量不变，判断平衡的物理量应随反应进行发生变化，该物理量由变化到不再变化说明到达平衡；正反应是吸热反应，其他条件不变，温度升高平衡正向移动，NO2的浓度增大；

Ⅲ．（4）酸抑制水电离，含有弱根离子的盐促进水电离；

（5）混合溶液呈中性，则酸碱恰好完全中和，即酸中c（H+）等于碱中c（OH﹣）；

（6）CN﹣的水解平衡常数Kh＝

＝2×10﹣5＞Ka，说明相同浓度的NaCN和HCN，NaCN水解程度大于HCN电离程度。

【详解】

Ⅰ．

（1）有机物M经过太阳光光照可转化成N，△H＝+88.6kJ•mol﹣1，为吸热反应，可知M的能量低，能量越低越稳定，说明M稳定；

（2）有1molCl2参与反应时释放出145kJ热量，2mol氯气反应放热290kJ，反应的热化学方程式为2Cl2（g）+2H2O（g）+C（s）═4HCl（g）+CO2（g）△H＝﹣290kJ•mol﹣1；

Ⅱ．（3）A．应是2v正（N2O4）＝v逆（NO2）时反应达到平衡状态，故A错误；

B．体系颜色不变，说明二氧化氮浓度不变，反应到达平衡状态，故B正确；

C．混合气体总质量不变，随反应减小混合气体总物质的量增大，平均相对分子质量减小，当气体平均相对分子质量不变时，反应到达平衡状态，故C正确；

D．混合气体的总质量不变，容器的容积不变，气体密度始终不变，故D错误，

故答案为：

BC；

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；

Ⅲ．（4）常温下，设pH＝5的H2SO4的溶液中由水电离出的H+浓度C1＝10﹣9mol/L，pH＝5的Al2（SO4）3溶液中由水电离出的H+浓度C2＝10﹣5mol/L，则

＝

＝10﹣4；

（5）混合溶液呈中性，则酸碱恰好完全中和，即酸中c（H+）等于碱中c（OH﹣），氢氧化钡溶液中c（OH﹣）＝0.1mol/L、硫酸中c（H+）＝0.001mol/L，0.001b＝0.1a，则a:

b＝1:

10；

（6）CN﹣的水解平衡常数Kh＝

＝2×10﹣5＞Ka，说明相同浓度的NaCN和HCN，NaCN水解程度大于HCN电离程度，混合溶液中溶质为等物质的量浓度的NaCN、HCN，水解程度大于弱酸的电离程度导致溶液呈碱性，则c（H+）＜c（OH﹣），根据电荷守恒得c（CN﹣）＜c（Na+），其水解程度较小，所以存在c（OH﹣）＜c（CN﹣），所以离子浓度大小顺序为c（Na+）＞c（CN﹣）＞c（OH﹣）＞c（H+）。

【点睛】

可逆反应达到平衡状态有两个核心的判断依据：

①正反应速率和逆反应速率相等。

②反应混合物中各组成成分的百分含量保持不变。

只要抓住这两个特征就可确定反应是否达到平衡状态，对于随反应的发生而发生变化的物理量如果不变了，即说明可逆反应达到了平衡状态。

判断化学反应是否达到平衡状态，关键是看给定的条件能否推出参与反应的任一物质的物质的量不再发生变化，即变量不再发生变化。