化学化学 化学反应的速率与限度的专项 培优 易错 难题练习题含答案.docx
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化学化学化学反应的速率与限度的专项培优易错难题练习题含答案
【化学】化学化学反应的速率与限度的专项培优易错难题练习题含答案
一、化学反应的速率与限度练习题（含详细答案解析）
1．某实验小组为确定过氧化氢分解的最佳催化条件，用如图实验装置进行实验，反应物用量和反应停止的时间数据如下：
分析表中数据回答下列问题：
MnO2
时间
H2O2
0.1g
0.3g
0.8g
10mL1.5%
223s
67s
56s
10mL3.0%
308s
109s
98s
10mL4.5%
395s
149s
116s
（1）相同浓度的过氧化氢的分解速率随着二氧化锰用量的增加而________。
（2）从实验效果和“绿色化学”的角度考虑，双氧水的浓度相同时，加入________g的二氧化锰为较佳选择。
（3）该小组的某同学分析上述数据后认为：
“当用相同质量的二氧化锰时，双氧水的浓度越小，所需要的时间就越少，亦即其反应速率越快”的结论，你认为是否正确________，理由是__________________________________。
（4）为加快过氧化氢的分解速率，除了使用MnO2作催化剂和改变过氧化氢的质量分数之外，还可以采取的加快反应速率的措施有_____。
（回答任意两个合理的措施）
【答案】加快0.3不正确H2O2的浓度扩大二倍（从1.5%→3.0%），但反应所需时间比其二倍小的多升高温度；粉碎二氧化锰，增大其表面积。
【解析】
【分析】
由题可知，该实验研究浓度和催化剂对反应速率的影响，通过表中数据可分析得出浓度和催化剂对反应速率的影响规律，因为该实验不是直接测出反应速率，而是测出反应停止的时间，要考虑反应物增多对反应时间的影响。
【详解】
（1）由表格中的数据可知：
相同浓度的H2O2，加入的MnO2越多，反应所用的时间越短，即分解速率越快。
（2）用0.1g催化剂的反应速率明显小于用0.3g和0.8g催化剂的反应速率；用0.8g催化剂和用0.3g催化剂的反应速率及反应时间相差不多，但用0.3g催化剂节约药品。
（3）从表中数据可知，相同体积3.0%的双氧水中的溶质含量是1.5%的双氧水中溶质含量的二倍，但反应的时间却比其反应时间的二倍小得多，由反应速率计算公式可得出，此实验条件下双氧水的浓度越大分解速率越快，由此得出上述结论不正确；
（4）加快反应速率的措施常见的有：
增加反应物浓度、适当升高温度、增加反应物表面积（接触面积）、使用催化剂等。
2．现代工业的发展导致CO2的大量排放，对环境造成的影响日益严重，通过各国科技工作者的努力，已经开发出许多将CO2回收利用的技术，其中催化转化法最具应用价值。
回答下列问题：
（1）在催化转化法回收利用CO2的过程中，可能涉及以下化学反应：
①CO2（g）+2H2O
（1）
CH3OH
（1）+
O2（g）△H=+727kJ·mol-1△G=+703kJ·mol-1
②CO2（g）+2H2O
（1）
CH4（g）+2O2（g）△H=+890kJ·mol-1△G=+818kJ·mol-1
③CO2（g）+3H2（g）
CH3OH
（1）+H2O
（1）△H=-131kJ·mol-1△G=-9.35kJ·mol-1
④CO2（g）+4H2（g）
CH4（g）+2H2O
（1）△H=-253kJ·mol-1△G=-130kJ·mol-1
从化学平衡的角度来看，上述化学反应中反应进行程度最小的是____，反应进行程度最大的是_____。
（2）反应CO2（g）+4H2（g）=CH4（g）+2H2O（g）称为Sabatier反应，可用于载人航空航天工业。
我国化学工作者对该反应的催化剂及催化效率进行了深入的研究。
①在载人航天器中利用Sabatier反应实现回收CO2再生O2，其反应过程如图所示，这种方法再生O2的最大缺点是需要不断补充_________（填化学式）。
②在1.5MPa，气体流速为20mL·min-l时研究温度对催化剂催化性能的影响，得到CO2的转化率（%）如下：
分析上表数据可知：
_____（填化学式）的催化性能更好。
③调整气体流速，研究其对某一催化剂催化效率的影响，得到CO2的转化率（%）如下：
分析上表数据可知：
相同温度时，随着气体流速增加，CO2的转化率____（填“增大”或“减小”），其可能的原因是_________________________________。
④在上述实验条件中，Sabatier反应最可能达到化学平衡状态的温度是____，已知初始反应气体中V（H2）:
V（CO2）=4:
l，估算该温度下的平衡常数为___________（列出计算表达式）。
（3）通过改变催化剂可以改变CO2与H2反应催化转化的产物，如利用Co／C作为催化剂，反应后可以得到含有少量甲酸的甲醇。
为了研究催化剂的稳定性，将Co/C催化剂循环使用，相同条件下，随着循环使用次数的增加，甲醇的产量如图所示，试推测甲醇产量变化的原因_________________________________。
（已知Co的性质与Fe相似）
【答案】②④H2Co4N/Al2O3减小气流流速加快，导致反应物与催化剂接触时间不够360℃
反应产生的甲酸腐蚀催化剂，使催化剂活性降低
【解析】
【分析】
（1）在温度、压强一定的条件下，反应总是向△G＜0的方向进行，由此判断。
（2）①分析反应过程图，CO2、O2、H2O属于循环过程中始终在循环过程中的，而H2属于循环过程中加入的，由此可知正确答案；
②分析表中数据，在相同温度下，对比不同催化剂时CO2的转化率可选择出催化性能更好的催化剂；
③分析表中数据，在温度不变的情况下，气流速度增大，CO2的转化率逐渐降低，据此分析原因；
④分析表中数据，大部分数据显示，在气流速度不变的情况下，CO2的转化率随着温度的增大而逐渐增大，但增大的幅度在逐渐减小，故在上述实验条件中，Sabatier反应最可能达到化学平衡状态的温度是360℃，根据此时CO2的转化率，计算该温度下的平衡常数；
（3）由图可知，随着Co/C催化剂循环次数的增多，甲醇的产量逐渐降低，说明该催化剂在循环过程中受到一定程度的影响，结合产物的性质进行分析；
【详解】
（1）分析四个反应，根据在温度、压强一定的条件下，反应总是向△G＜0的方向进行，反应的△G越小反应进行程度越大，反之反应进行的程度就越小，故上述化学反应中反应进行程度最小的是②，反应进行程度最大的是④。
答案为：
②；④；
（2）①分析循环图，只有H2需不断补充，答案为：
H2；
②对比表中的数据，在相同温度下，催化剂为Co4N/Al2O3时，CO2的转化率更大，答案为：
Co4N/Al2O3；
③分析表中数据，温度不变时，随着气体流速的逐渐增大，CO2的转化率逐渐减小，可能是气体流速过快，来不及和催化剂充分接触，导致CO2的转化率减小。
答案为：
减小；气流流速加快，导致反应物与催化剂接触时间不够；
④分析表中数据，大部分数据表明，在320℃至360℃时，气体流速不变的情况下，CO2的转化率的增大幅度在逐渐减小，由此可知Sabatier反应最可能达到化学平衡状态的温度是360℃，结合题中所给信息，选择气体流速为10mL·min-1时CO2的转化率进行计算。
已知初始反应气体中V（H2）:
V（CO2）=4:
l，根据在密闭容器里，全部由气体参与的反应中，压强、温度不变时，气体的体积比等于物质的量之比，可知V（H2）:
V（CO2）=n（H2）:
n（CO2）=4:
l，设初始气体中H2的物质的量为4mol，CO2的物质的量为1mol，则有：
在密闭容器中，全部由气体参与的反应中，平衡时气体的物质的量之比=气体物质的量浓度之比，可知该温度下，该反应的平衡常数K=
。
答案为：
360℃；
；
（3）根据题中催化剂循环次数和甲醇产量的关系：
催化剂的循环次数越多，甲醇的产量逐渐降低，说明催化剂一定程度受到了其他物质的影响，结合题给信息：
用Co／C作为催化剂，反应后可以得到含有少量甲酸的甲醇。
又已知Co的性质与Fe相似，说明甲酸可与催化剂中的Co进行反应，故催化剂的活性降低，进而影响甲醇的产量，答案为：
反应产生的甲酸腐蚀催化剂，使催化剂活性降低。
3．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。
4．氮及其化合物是科学家们一直在探究的问题，它们在工农业生产和生命活动中起着重要的作用。
回答下列问题。
Ⅰ.已知H—H键的键能为akJ·mol-1，N—H键的键能为bkJ·mol-1，N
N键的键能是ckJ·mol-1，则反应NH3（g）
N2（g）+
H2（g）的ΔH=____kJ·mol-1，若在某温度下其平衡常数为K，则N2（g）+3H2（g）
2NH3（g）的平衡常数K1=____（用K表示）。
Ⅱ.一氯氨、二氯氨和三氯氨（NH2Cl、NHCl2和NCl3）是常用的饮用水二级消毒剂。
（1）用Cl2和NH3反应制备三氯胺的方程式为3Cl2（g）+NH3（g）
NCl3（l）+3HCl（g），向容积均为1L的甲、乙两个恒温（反应温度分别为400℃、T℃）容器中分别加入2molCl2和2molNH3，测得各容器中n（Cl2）随反应时间t的变化情况如下表所示：
t/min
0
40
80
120
160
甲（400℃）n（Cl2）/mol
2.00
1.50
1.10
0.80
0.80
乙（T℃）n（Cl2）/mol
2.00
1.45
1.00
1.00
1.00
①T℃___400℃（填“>”或“<”），该反应的ΔH___0（填“>”或“<”）。
②该反应自发进行的条件是____（填高温、低温、任何温度）。
③对该反应，下列说法正确的是___（填选项字母）。
A．若容器内气体密度不变，则表明反应达到平衡状态
B．若容器内Cl2和NH3物质的量之比为3∶1，则表明反应达到平衡状态
C．反应达平衡后，其他条件不变，加入一定量的NCl3，平衡将向逆反应方向移动
D．反应达到平衡后，其他条件不变，在原容器中按
=1继续充入一定量反应物，达新平衡后Cl2的转化率增大
（2）工业上可利用反应2Cl2（g）+NH3（g）
NHCl2（l）+2HCl（g）制备二氯胺。
①NHCl2在中性、酸性环境中会发生强烈水解，生成具有强杀菌作用的物质，写出该反应的化学方程式____。
②在恒温条件下，将2molCl2和1molNH3充入某密闭容器中发生上述反应，测得平衡时Cl2和HCl的物质的量浓度与平衡总压的关系如图所示。
则A、B、C三点中Cl2转化率最高的是___点（填“A”“B”或“C”）；B点时反应物转化率：
α（Cl2）___α（NH3）（填“>”“=”或“<”），若B点平衡体积为2L，则平衡常数K=____。
【答案】3b-
c-
a
><低温ADNHCl2+2H2O=2HClO+NH3C=4
【解析】
【分析】
Ⅰ.焓变=反应物的总键能-生成物的总键能，据此计算，平衡常数K=
，正逆反应的平衡常数互为倒数；
Ⅱ.
（1）①温度越高，反应速率越快；根据数据，在400℃时，甲容器，平衡后0.8mol，乙容器中1.00mol，达到平衡时间短说明反应速率大，乙中剩余氯气应少，但氯气增多说明温度升高影响平衡逆向进行；
②反应自发进行的判断依据为△H-T△S＜0，结合反应特征分析判断；
③可逆反应到达平衡时，同种物质的正逆速率相等，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；
（2）①根据元素守恒可推测出具有强烈杀菌作用的物质为HClO，据此写出反应；
②体系中HCl的浓度越大则Cl2转化率越大；起始量2molCl2和1molNH3，根据方程式可知Cl2和NH3按照2:
1的比例进行反应，所以转化率始终相同；B点处HCl和Cl2的浓度相同，据此反推各物质的浓度进行平衡常数的计算；
【详解】
Ⅰ.已知：
H-H键能为akJ•mol-1，H-N键能为bkJ•mol-1，N≡N键的键能ckJ•mol-1，对于反应NH3（g）
N2（g）+
H2（g）的△H=反应物的总键能-生成物的总键能=3b-
c-
a，其平衡常数为K=
，则N2（g）+3H2（g）⇌2NH3（g）的平衡常数K1=
，故答案为：
3b-
c-
a；
；
Ⅱ.
（1）①温度越高，反应速率越快，平衡向吸热反应方向移动，其他条件相同时，T℃时的反应速率比400℃时的反应速率快，则T℃＞400℃；根据数据，在400℃时，甲容器，平衡后0.8mol，乙容器中1.00mol，达到平衡时间短说明反应速率大，乙中剩余氯气应少，但氯气增多说明温度升高影响平衡逆向进行，△H＜0，故答案为：
>；<；
②3Cl2（g）+NH3（g）⇌NCl3（l）+3HCl（g），反应的△S＜0，△H＜0，满足△H-T△S＜0，需要低温下，反应能自发进行，故答案为：
低温；
③A．NCl3（l）为液体，反应前后气体质量变化，气体体积不变，若容器内气体密度不变，则表明反应达到平衡状态，故A正确；
B．起始量2molCl2和2molNH3，根据方程式可知反应过程中Cl2和NH3按照3:
1的比例进行反应，所以容器内的Cl2和NH3物质的量之比不可能为3：
1，故B错误；
C．反应达到平衡后，其他条件不变，加入一定量的NCl3（l）为液体不影响此平衡的移动，故C错误；
D．反应达到平衡后，其他条件不变，在原容器中按
=1继续充入一定量反应物，压强增大，平衡正向进行，Cl2的转化率增大，故D正确；
故答案为：
AD。
（2）①根据元素守恒可推测出具有强烈杀菌作用的物质为HClO，所以二氯胺与水反应方程式为：
NHCl2+2H2O=2HClO+2NH3；
②容器为密闭容器，据图可知C点处HCl的浓度最大，体系中HCl的浓度越大则Cl2转化率越大，所以C点Cl2转化率最高；起始量2molCl2和1molNH3，根据方程式可知Cl2和NH3按照2:
1的比例进行反应，所以转化率始终相同；B点处HCl和Cl2的浓度相同，设平衡时c（HCl）=amol/L，初始c（Cl2）=
，c（NH3）=
，则
则有1-a=a，解得a=0.5mol/L，所以平衡时c（HCl）=0.5mol/L，c（Cl2）=0.5mol/L，c（NH3）=0.25mol/L，平衡常数K=
，故答案为：
C；=；4；
5．运用化学反应原理研究碳、氮、硫的单质及其化合物的反应对缓解环境污染、能源危机具有重要意义。
（1）CO还原NO的反应为2CO（g）+2NO（g）
2CO2（g）+N2（g）∆H=-746kJ·mol-1。
写出两条有利于提高NO平衡转化率的措施______________、______________。
（2）用焦炭还原NO的反应为：
2NO（g）+C（s）
N2（g）+CO2（g）
∆H。
恒容恒温条件下，向体积相同的甲、乙、丙三个容器中分别加入足量的焦炭和一定量的NO，测得各容器中NO的物质的量[n（NO）]随反应时间（t）的变化情况如表所示：
t/min
n（NO）/mol
容器
0
40
80
120
160
甲/400℃
2.00
1.5
1.10
0.80
0.80
乙/400℃
1.00
0.80
0.65
0.53
0.45
丙/T℃
2.00
1.45
1.00
1.00
1.00
①∆H______________0（填“＞”或“＜”）；
②乙容器在160min时，v正_________v逆（填“＞”、“＜”或“=”）。
（3）某温度下，向体积为2L的恒容真空容器中通入2.00molNO2，发生反应：
2NO2（g）
N2O4（g）∆H=-57.0kJ·mol-1，已知：
v正（NO2）=k1·c2（NO2），v逆（N2O4）=k2·c（N2O4），其中k1、k2为速率常数。
测得NO2的体积分数[x（NO2）]与反应时间（t）的关系如表：
t/min
0
20
40
60
80
x（NO2）
1.0
0.75
0.52
0.50
0.50
①
的数值为______________；
②已知速率常数k随温度升高而增大，则升高温度后k1增大的倍数___________k2增大的倍数（填“＞”、“＜”或“=”）。
（4）用间接电化学法除去NO的过程，如图所示：
①已知电解池的阴极室中溶液的pH在4~7之间，写出阴极的电极反应式：
______________；
②用离子方程式表示吸收池中除去NO的原理：
______________。
【答案】降低温度增大压强、增大CO与NO的投料比等<>2<2HSO3-+2e-+2H+===S2O42-+2H2O2NO+2S2O42-+2H2O===N2+4HSO3-
【解析】
【分析】
【详解】
（1）提高NO平衡转化率，目的是时平衡向正向移动，可以使平衡向正向移动的方法有降低温度、增大压强、增大CO与NO的投料比等；
（2）2NO（g）+C（s）
N2（g）+CO2（g）这个反应是一个自发的反应，从有序变为无序，故为放热反应∆H<0；根据甲容器可以算出这个反应的平衡常数K=0.5625，乙容器中160min时，的浓度商Q=0.3735，没有达到平衡状态，因此v正>v逆；
（3）①根据反应速率比等于化学计量数比这一结论可以得出
（1），有可以知道该反应的化学平衡常数K=
（2），将化学平衡常数带入式子
（1）可以得到
=2；②因速率常数k随温度升高而增大，该反应还为放热反应，升高温度时平衡向左移动，故k1增大的倍数小于k2增大的倍数；
（4）根据电池结构可以看出，电解中阴极为HSO3-得电子，故电极方程式为2HSO3-+2e-+2H+===S2O42-+2H2O；吸收池中NO得到电子生成N2，化学方程式为2NO+2S2O42-+2H2O===N2+4HSO3-。
6．在2L密闭容器内，800℃时反应：
2NO（g）＋O2（g）
2NO2（g）体系中，
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