届高三化学二轮复习化学反应速率与化学平衡高考真题训练有答案和详细解析.docx
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届高三化学二轮复习化学反应速率与化学平衡高考真题训练有答案和详细解析
2021届高三化学二轮复习——化学反应速率与化学平衡高考真题训练（有答案和详细解析）
1．（2020·浙江7月选考，18）5mL0.1mol·L－1KI溶液与1mL0.1mol·L－1FeCl3溶液发生反应：
2Fe3＋（aq）＋2I－（aq）
2Fe2＋（aq）＋I2（aq），达到平衡。
下列说法不正确的是（ ）
A．加入苯，振荡，平衡正向移动
B．经苯2次萃取分离后，在水溶液中加入KSCN，溶液呈血红色，表明该化学反应存在限度
C．加入FeSO4固体，平衡逆向移动
D．该反应的平衡常数K＝
答案 D
解析 加入苯，振荡，苯萃取了I2，水溶液中的c（I2）减小，平衡正向移动，A正确；反应开始时n（KI）＞n（FeCl3），反应中KI过量；经苯两次萃取分离后，水溶液中c（I2）很小，加入KSCN，溶液呈血红色，说明水溶液中仍含有Fe3＋，证明该反应是可逆反应，存在一定限度，B正确；加入FeSO4固体，c（Fe2＋）增大，平衡逆向移动，C正确；该反应在溶液中进行，平衡常数K＝
，D错误。
2．（2020·浙江7月选考，20）一定条件下：
2NO2（g）
N2O4（g） ΔH＜0。
在测定NO2的相对分子质量时，下列条件中，测定结果误差最小的是（ ）
A．温度0℃、压强50kPa
B．温度130℃、压强300kPa
C．温度25℃、压强100kPa
D．温度130℃、压强50kPa
答案 D
解析 测定NO2的相对分子质量时，要使平衡逆向移动，且逆向移动的程度越大，测定结果的误差越小。
该反应的正反应是气体分子数减少的放热反应，因此温度越高、压强越小时，平衡逆向移动的程度越大，故选D。
3．（2020·浙江1月选考，21）一定温度下，在2L的恒容密闭容器中发生反应A（g）＋2B（g）
3C（g）。
反应过程中的部分数据如下表所示：
n/mol
t/min
n（A）
n（B）
n（C）
0
2.0
2.4
0
5
0.9
10
1.6
15
1.6
下列说法正确的是（ ）
A．0～5min用A表示的平均反应速率为0.09mol·L－1·min－1
B．该反应在10min后才达到平衡
C．平衡状态时，c（C）＝0.6mol·L－1
D．物质B的平衡转化率为20%
答案 C
4．[2020·浙江7月选考，29
（1）②
（2）]研究CO2氧化C2H6制C2H4对资源综合利用有重要意义。
相关的主要化学反应有：
Ⅰ.C2H6（g）
C2H4（g）＋H2（g） ΔH1＝136kJ·mol－1
Ⅱ.C2H6（g）＋CO2（g）
C2H4（g）＋H2O（g）＋CO（g） ΔH2＝177kJ·mol－1
Ⅲ.C2H6（g）＋2CO2（g）
4CO（g）＋3H2（g） ΔH3
Ⅳ.CO2（g）＋H2（g）
CO（g）＋H2O（g） ΔH4＝41kJ·mol－1
已知：
298K时，相关物质的相对能量（如图1）。
可根据相关物质的相对能量计算反应或变化的ΔH（ΔH随温度变化可忽略）。
例如：
H2O（g）===H2O（l） ΔH＝－286kJ·mol－1－（－242kJ·mol－1）＝－44kJ·mol－1。
请回答：
（1）②下列描述正确的是________。
A．升高温度反应Ⅰ的平衡常数增大
B．加压有利于反应Ⅰ、Ⅱ的平衡正向移动
C．反应Ⅲ有助于乙烷脱氢，有利于乙烯生成
D．恒温恒压下通水蒸气，反应Ⅳ的平衡逆向移动
（2）①CO2和C2H6按物质的量1∶1投料，在923K和保持总压恒定的条件下，研究催化剂X对“CO2氧化C2H6制C2H4”的影响，所得实验数据如下表：
催化剂
转化率C2H6/%
转化率CO2/%
产率C2H4/%
催化剂X
19.0
37.6
3.3
结合具体反应分析，在催化剂X作用下，CO2氧化C2H6的主要产物是________，判断依据是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②采用选择性膜技术（可选择性地让某气体通过而离开体系）可提高C2H4的选择性（生成C2H4的物质的量与消耗C2H6的物质的量之比）。
在773K，乙烷平衡转化率为9.1%，保持温度和其他实验条件不变，采用选择性膜技术，乙烷转化率可提高到11.0%。
结合具体反应说明乙烷转化率增大的原因是_________________________________________________________。
答案
（1）②AD
（2）①CO C2H4的产率低，说明催化剂X有利于提高反应Ⅲ的速率
②选择性膜吸附C2H4，促进反应Ⅱ平衡正向移动
解析
（1）②A对，反应Ⅰ为吸热反应，升温平衡正向移动，K增大；B错，加压，反应Ⅰ和反应Ⅱ平衡均会逆向移动；C错，反应Ⅲ有利于乙烷脱氢，生成氢气，当氢气浓度增大时，会使反应Ⅰ平衡逆向移动，不利于乙烯生成；D对，恒温恒压下通水蒸气使反应Ⅳ的平衡逆向移动。
（2）①根据表中数据：
CO2的转化率大于C2H6的转化率，且C2H4的产率较低，说明反应Ⅰ进行的慢，反应Ⅲ进行的快，即催化剂X提高了反应Ⅲ的速率，所以主要产物是CO。
②由于其他条件不变，提高产率或提高转化率的原因只能是降低产物的浓度，所以可能是选择性膜吸附了乙烯，造成体系中乙烯浓度减小而使反应Ⅱ平衡正向移动。
5．（2020·浙江1月选考，29）研究NOx之间的转化具有重要意义。
（1）已知：
N2O4（g）
2NO2（g） ΔH＞0
将一定量N2O4气体充入恒容的密闭容器中，控制反应温度为T1。
①下列可以作为反应达到平衡的判据是________（填字母）。
A．气体的压强不变
B．v正（N2O4）＝2v逆（NO2）
C．K不变
D．容器内气体的密度不变
E．容器内颜色不变
②t1时刻反应达到平衡，混合气体平衡总压强为p，N2O4气体的平衡转化率为75%，则反应N2O4（g）
2NO2（g）的平衡常数Kp＝________（对于气相反应，用某组分B的平衡压强p（B）代替物质的量浓度c（B）也可表示平衡常数，记作Kp，如p（B）＝p·x（B），p为平衡总压强，x（B）为平衡系统中B的物质的量分数）。
③反应温度T1时，c（N2O4）随t（时间）变化曲线如图1，画出0～t2时段，c（NO2）随t变化曲线。
保持其他条件不变，改变反应温度为T2（T2＞T1），再次画出0～t2时段，c（NO2）随t变化趋势的曲线。
图1
（2）NO氧化反应：
2NO（g）＋O2（g）
2NO2（g）分两步进行，其反应过程能量变化示意图如图2。
Ⅰ 2NO（g）
N2O2（g） ΔH1
Ⅱ N2O2（g）＋O2（g）―→2NO2（g） ΔH2
①决定NO氧化反应速率的步骤是________（填“Ⅰ”或“Ⅱ”）。
②在恒容的密闭容器中充入一定量的NO和O2，保持其他条件不变，控制反应温度分别为T3和T4（T4＞T3），测得c（NO）随t（时间）的变化曲线如图3。
转化相同量的NO，在温度________（填“T3”或“T4”）下消耗的时间较长，试结合反应过程能量图（图2）分析其原因________________________________________________。
图2 图3
答案
（1）①AE ②
p
③
（2）①Ⅱ ②T4 ΔH1＜0，温度升高，反应Ⅰ平衡逆向移动，c（N2O2）减小；浓度降低的影响大于温度对反应Ⅱ速率的影响
（二）2020·全国卷真题
1．[2020·新高考全国卷Ⅰ（山东），14改编]1,3丁二烯与HBr发生加成反应分两步：
第一步H＋进攻1,3丁二烯生成碳正离子（
）；第二步Br－进攻碳正离子完成1,2加成或1,4加成。
反应进程中的能量变化如下图所示。
已知在0℃和40℃时，1,2加成产物与1,4加成产物的比例分别为70∶30和15∶85。
下列说法正确的是（ ）
A．1,4-加成产物比1,2-加成产物稳定
B．与0℃相比，40℃时1,3-丁二烯的转化率增大
C．从0℃升至40℃，1,2-加成正反应速率增大，1,4-加成正反应速率减小
D．从0℃升至40℃，1,2-加成正反应速率的增大程度大于其逆反应速率的增大程度
答案 A
解析 A项，由图可知1,4-加成产物的能量比1,2-加成产物的能量低，前者更稳定，正确；B项，由图可知，第一步为吸热反应，第二步为放热反应，升高温度第二步平衡逆向移动，1,3-丁二烯的转化率减小，错误；C项，升高温度，反应速率均增大，错误；D项，1,2-加成反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，所以从0℃升至40℃，1,2-加成正反应速率的增大程度小于其逆反应速率的增大程度，错误。
2．[2020·全国卷Ⅰ，28
（2）（3）（4）]硫酸是一种重要的基本化工产品，接触法制硫酸生产中的关键工序是SO2的催化氧化：
SO2（g）＋
O2（g）
SO3（g） ΔH＝－98kJ·mol－1。
回答下列问题：
（2）当SO2（g）、O2（g）和N2（g）起始的物质的量分数分别为7.5%、10.5%和82%时，在0.5MPa、2.5MPa和5.0MPa压强下，SO2平衡转化率α随温度的变化如图（b）所示。
反应在5.0MPa、550℃时的α＝________，判断的依据是_________________________________________。
影响α的因素有__________________________。
（3）将组成（物质的量分数）为2m%SO2（g）、m%O2（g）和q%N2（g）的气体通入反应器，在温度t、压强p条件下进行反应。
平衡时，若SO2转化率为α，则SO3压强为__________________，平衡常数Kp＝________________（以分压表示，分压＝总压×物质的量分数）。
（4）研究表明，SO2催化氧化的反应速率方程为：
v＝k（
－1）0.8（1－nα′）。
式中：
k为反应速率常数，随温度t升高而增大；α为SO2平衡转化率，α′为某时刻SO2转化率，n为常数。
在α′＝0.90时，将一系列温度下的k、α值代入上述速率方程，得到v～t曲线，如图（c）所示。
曲线上v最大值所对应温度称为该α′下反应的最适宜温度tm。
ttm后，v逐渐下降。
原因是___________________________________________________________。
答案
（2）0.975 该反应气体分子数减少，增大压强，α提高。
5.0MPa＞2.5MPa＝p2，所以p1＝5.0MPa 反应物（N2和O2）的起始浓度（组成）、温度、压强 （3）
（4）升高温度，k增大使v逐渐提高，但α降低使v逐渐下降。
当t＜tm，k增大对v的提高大于α引起的降低；当t＞tm，k增大对v的提高小于α引起的降低
解析
（2）反应2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g）的正反应是气体总分子数减少的放热反应，其他条件相同时，增大压强，平衡正向移动，SO2平衡转化率增大，则图中p1＝5.0MPa，p3＝0.5MPa。
由图可知，反应在5.0MPa、550℃时SO2的平衡转化率α＝0.975。
温度、压强和反应物的起始浓度（组成）都会影响SO2的平衡转化率α，温度一定时，压强越大，α越大；压强一定时，温度越高，α越小。
（3）假设原气体的物质的量为100mol，则SO2、O2和N2的物质的量分别为2mmol，mmol和qmol,2m＋m＋q＝100，利用“三段式法”计算：
SO2（g） ＋
O2（g）
SO3（g）
起始量/mol2mm0
转化量/mol2mαmα2mα
平衡量/mol2m×（1－α）m×（1－α）2mα
平衡时混合气体的总物质的量为2m×（1－α）mol＋m×（1－α）mol＋2mαmol＋qmol＝（3m－mα＋q）mol，SO3的物质的量分数为
×100%＝
×100%，则平衡时SO3的压强为
p。
平衡时，SO2、O2的压强分别为
p、
p，则平衡常数Kp＝
＝
。
（4）在α′＝0.90时，SO2催化氧化的反应速率为v＝k（
－1）0.8·（1－0.90n）。
升高温度，k增大使v逐渐提高，但α降低使v逐渐下降。
t＜tm时，k增大对v的提高大于α引起的降低；t＞tm后，k增大对v的提高小于α引起的降低。
3．[2020·全国卷Ⅱ，28
（1）
（2）]天然气的主要成分为CH4，一般还含有C2H6等烃类，是重要的燃料和化工原料。
（1）乙烷在一定条件可发生如下反应：
C2H6（g）===C2H4（g）＋H2（g） ΔH1，相关物质的燃烧热数据如下表所示：
物质
C2H6（g）
C2H4（g）
H2（g）
燃烧热ΔH/（kJ·mol－1）
－1560
－1411
－286
①ΔH1＝________kJ·mol－1。
②提高该反应平衡转化率的方法有________________、________________。
③容器中通入等物质的量的乙烷和氢气，在等压下（p）发生上述反应，乙烷的平衡转化率为α。
反应的平衡常数Kp＝________（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数）。
（2）高温下，甲烷生成乙烷的反应如下：
2CH4
C2H6＋H2。
反应在初期阶段的速率方程为：
r＝k×
，其中k为反应速率常数。
①设反应开始时的反应速率为r1，甲烷的转化率为α时的反应速率为r2，则r2＝________r1。
②对于处于初期阶段的该反应，下列说法正确的是________。
A．增加甲烷浓度，r增大
B．增加H2浓度，r增大
C．乙烷的生成速率逐渐增大
D．降低反应温度，k减小
答案
（1）①137 ②升高温度 减小压强（增大体积） ③
×p
（2）①（1－α） ②AD
解析
（1）①先写出三种气体的燃烧热的热化学方程式，然后根据盖斯定律，ΔH1＝－1560kJ·mol－1－（－1411kJ·mol－1）－（－286kJ·mol－1）＝137kJ·mol－1。
②C2H6（g）===C2H4（g）＋H2（g） ΔH1＝137kJ·mol－1是一个气体分子数增大的吸热反应，要提高反应物的转化率，可以采取升高温度、减小压强（增大体积）等措施。
③设容器中通入的乙烷和氢气均为1mol，则：
C2H6（g）===C2H4（g）＋H2（g） n（总）
初始量/mol 1 0 1
转化量/mol α α α
平衡量/mol 1－α α1＋α2＋α
Kp＝
＝
×p。
（2）①甲烷的转化率为α时，
＝（1－α）
，则
＝
＝1－α，即r2＝（1－α）r1。
②A对，由速率方程知，甲烷的浓度越大，反应越快；B错，H2的浓度大小不影响反应速率；C错，反应过程中
逐渐减小，故C2H6的生成速率逐渐减小；D对，降低反应温度，反应速率减小，故k减小。
4．（2020·全国卷Ⅲ，28）二氧化碳催化加氢合成乙烯是综合利用CO2的热点研究领域。
回答下列问题：
（1）CO2催化加氢生成乙烯和水的反应中，产物的物质的量之比n（C2H4）∶n（H2O）＝________。
当反应达到平衡时，若增大压强，则n（C2H4）________（填“变大”“变小”或“不变”）。
（2）理论计算表明，原料初始组成n（CO2）∶n（H2）＝1∶3，在体系压强为0.1MPa，反应达到平衡时，四种组分的物质的量分数x随温度T的变化如图所示。
图中，表示C2H4、CO2变化的曲线分别是________、________。
CO2催化加氢合成C2H4反应的ΔH________0（填“大于”或“小于”）。
（3）根据图中点A（440K,0.39），计算该温度时反应的平衡常数Kp＝________（MPa）－3（列出计算式。
以分压表示，分压＝总压×物质的量分数）。
（4）二氧化碳催化加氢合成乙烯反应往往伴随副反应，生成C3H6、C3H8、C4H8等低碳烃。
一定温度和压强条件下，为了提高反应速率和乙烯选择性，应当_____________________。
答案
（1）1∶4 变大
（2）d c 小于
（3）
×
（4）选择合适催化剂等
解析
（1）CO2催化加氢生成乙烯和水的化学方程式为2CO2（g）＋6H2（g）
C2H4（g）＋4H2O（g），产物的物质的量之比n（C2H4）∶n（H2O）＝1∶4，该反应是气体体积减小的反应，增大压强平衡右移，则n（C2H4）变大。
（2）由平衡图像知，390K时四种组分的物质的量分数之比满足1∶3的是c曲线和a曲线，物质的量分数之比满足1∶4的是d曲线和b曲线，结合反应方程式2CO2（g）＋6H2（g）
C2H4（g）＋4H2O（g）和原始投料n（CO2）∶n（H2）＝1∶3可得，曲线c表示CO2，曲线a表示H2，曲线d表示C2H4，曲线b表示H2O；由图像的变化趋势可知，升高温度，曲线a、c增大，曲线b、d减小，说明平衡左移，所以正反应放热，ΔH＜0。
（3）起始投料比n（CO2）∶n（H2）＝1∶3，平衡时总压为0.1MPa，结合反应方程式可知p（CO2）∶p（H2）＝1∶3，p（C2H4）∶p（H2O）＝1∶4，由图像可知p（H2）＝p（H2O）＝0.1×0.39，所以p（CO2）＝
×0.39，p（C2H4）＝
×0.39。
根据反应的化学方程式
2CO2（g）＋ 6H2（g）
C2H4（g）＋4H2O（g）
平衡时压强：
×0.39 0.1×0.39
×0.39 0.1×0.39
该温度下的平衡常数Kp＝
＝
（MPa）－3＝
×
（MPa）－3。
（4）在一定温度和压强下，为了提高反应速率和乙烯的选择性，减少副反应的发生，应当选择合适催化剂等。
5．[2020·新高考全国卷Ⅰ（山东），18]探究CH3OH合成反应化学平衡的影响因素，有利于提高CH3OH的产率。
以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下：
Ⅰ.CO2（g）＋3H2（g）
CH3OH（g）＋H2O（g）
ΔH1＝－49.5kJ·mol－1
Ⅱ.CO（g）＋2H2（g）
CH3OH（g）
ΔH2＝－90.4kJ·mol－1
Ⅲ.CO2（g）＋H2（g）
CO（g）＋H2O（g） ΔH3
回答下列问题：
（1）ΔH3＝________kJ·mol－1。
（2）一定条件下，向体积为VL的恒容密闭容器中通入1molCO2和3molH2发生上述反应，达到平衡时，容器中CH3OH（g）为amol，CO为bmol，此时H2O（g）的浓度为_____mol·L－1（用含a、b、V的代数式表示，下同），反应Ⅲ的平衡常数为__________。
（3）不同压强下，按照n（CO2）∶n（H2）＝1∶3投料，实验测定CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率随温度的变化关系如下图所示。
已知：
CO2的平衡转化率＝
×100%
CH3OH的平衡产率＝
×100%
其中纵坐标表示CO2平衡转化率的是图__________（填“甲”或“乙”）；压强p1、p2、p3由大到小的顺序为__________；图乙中T1温度时，三条曲线几乎交于一点的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（4）为同时提高CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率，应选择的反应条件为________（填标号）。
A．低温、高压B．高温、低压
C．低温、低压D．高温、高压
答案
（1）40.9
（2）
（3）乙 p1＞p2＞p3 T1时以反应Ⅲ为主，反应Ⅲ前后气体分子数相等，压强改变对平衡没有影响
（4）A
解析
（1）由盖斯定律可知，Ⅲ式＝Ⅰ式－Ⅱ式，即ΔH3＝－49.5kJ·mol－1－（－90.4kJ·mol－1）＝40.9kJ·mol－1。
（2）由题给反应的化学方程式可知，对于反应Ⅰ，每生成1mol甲醇的同时生成1mol水；对于反应Ⅲ，每生成1mol一氧化碳的同时生成1mol水；对于反应Ⅱ，每消耗1mol一氧化碳的同时生成1mol甲醇；由此可知，生成的水的物质的量等于生成的甲醇和一氧化碳的物质的量之和，即生成水的物质的量为（a＋b）mol，即水的浓度为
mol·L－1。
由C原子个数守恒可知，平衡时混合气体中CO2的物质的量为（1－a－b）mol，由H原子个数守恒可知，平衡时混合气体中H2的物质的量为[3－2a－（a＋b）]mol，因此平衡常数K＝
。
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