高考化学化学反应的速率与限度经典压轴题附答案.docx
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高考化学化学反应的速率与限度经典压轴题附答案
高考化学化学反应的速率与限度-经典压轴题附答案
一、化学反应的速率与限度练习题（含详细答案解析）
1．一定温度下，在2L的密闭容器中，X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示：
（1）写出该反应的化学方程式_________________________。
（2）计算反应开始到10s，用X表示的反应速率是___________。
（3）下列叙述中能说明上述反应达到平衡状态的是_________。
a．当X与Y的反应速率之比为1：
1
b．混合气体中X的浓度保持不变
c．X、Y、Z的浓度之比为1：
1：
2
（4）为使该反应的反应速率增大，可采取的措施是_______。
a．适当降低温度b．扩大容器的体积c．充入一定量Z
【答案】X+Y
2Z0.0395mol·L-1·s-1bc
【解析】
【分析】
由图表可知，随反应进行X、Y的物质的量减小，Z的物质的量增大，所以X、Y是反应物，Z是生产物，l0s后X、Y、Z的物质的量为定值，不为0，即10s达到平衡状态，反应是可逆反应，且△n（X）：
△n（Y）：
△n（Z）=（1.20-0.41）mol：
（1.00-0.21）mol：
1.58mol=1：
1：
2，参加反应的物质的物质的量之比等于化学计量数之比，故反应化学方程式为X（g）+Y（g）⇌2Z（g），然后结合v=
及平衡的特征“等、定”及速率之比等于化学计量数之比来解答。
【详解】
（1）由上述分析可知，该反应的化学方程式为X（g）+Y（g）⇌2Z（g）；
（2）反应开始到10s，用X表示的反应速率是
=0.0395mol•（L•s）-1；
（3）a．随着反应的进行，X与Y的反应速率之比始终为1:
1，则不能判断是平衡状态，故a错误；
b．混合气体中X的浓度保持不变，符合平衡特征“定”，为平衡状态，故b正确；
c．X、Y、Z的浓度之比为1:
1:
2，与起始量、转化率有关，不能判断是平衡状态，故c错误；
故答案为b；
（4）a．适当降低温度，反应速率减小，故a错误；
b．扩大容器的体积，浓度减小，反应速率减小，故b错误；
c．充入一定量Z，浓度增大，反应速率加快，故c选；
故答案为c。
【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。
2．化学反应速率和限度与生产、生活密切相关。
（1）某同学为了探究锌与硫酸反应过程中的速率变化，在400mL稀硫酸中加入足量的锌粉，标况下用排水集气法收集反应放出的氢气，实验记录如下（累计值）：
①哪一时间段反应速率最大_______min（填“0～1”、“1～2”、“2～3”、“3～4”、“4～5”），原因是________。
②求3～4分钟时间段以盐酸的浓度变化来表示的该反应速率________设溶液体积不变）。
（2）该同学在用稀硫酸与锌制取氢气的实验中，发现加入少量硫酸铜溶液可加快氢气的生成速率。
请回答下列问题：
①硫酸铜溶液可以加快氢气生成速率的原因是_______。
②实验室中现有Na2SO4、MgSO4、Ag2SO4、K2SO4等4种溶液，可与实验中CuSO4溶液起相似作用的是_______。
③要减慢上述实验中气体产生速率，可采取的合力措施有_______、_______（答两种）。
（3）某温度下在4L密闭容器中，X、Y、Z三种气态物质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该反应达到平衡状态的标志是_______（填字母）
A．Y的体积分数在混合气体中保持不变B．X、Y的反应速率比为3：
1
C．容器内气体压强保持不变D．容器内气体的总质量保持不变E．生成1molY的同时消耗2molZ
③2min内Y的转化率为_______。
【答案】2~3因该反应是放热反应，此时温度高且盐酸浓度较大，所以反应速率较快.0.025mol·L-1·min-1CuSO4与Zn反应生成的Cu附着在Zn表面形成铜锌原电池加快了化学反应速率；Ag2SO4适当增加硫酸的浓度增加锌粒的表面积；升高温度等（答两种即可）3X（g）+Y（g）⇌2Z（g）AC10%
【解析】
【分析】
（1）①相同时间内收集的气体体积越多，该反应速率越快；温度越高化学反应速率越快；
②先计算生成氢气物质的量，再根据关系式计算消耗n（HCl），利用v=
计算盐酸反应速率；
（2）Zn和硫酸的反应中加入少量的CuSO4溶液，能置换出一定量Cu，在溶液中形成Cu/Zn原电池，原电池反应比化学反应速率快；
②所给四种溶液中只Zn只能置换出Ag；
③从影响反应速率的因素分析；
（3）①根据图知，随着反应进行，X、Y的物质的量减少而Z的物质的量增加，则X和Y是反应物而Z是生成物，反应达到平衡时，△n（X）=（1.0-0.4）mol=0.6mol、△n（Y）=（1.0-0.8）mol=0.2mol、△n（Z）=（0.5-0.1）mol=0.4mol，同一可逆反应中同一段时间内参加反应的各物质的物质的量变化量之比等于其计算之比，据此确定化学方程式；
②可逆反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，反应体系中各物质的物质的量、物质的量浓度、百分含量以及由此引起的一系列物理量不变；
③Y的转化率=
×100%；
【详解】
（1）①相同通条件下，反应速率越大，相同时间内收集的气体越多；由表中数据可知，反应速率最大的时间段是2∼3min，原因是：
该反应是放热反应，温度越高，反应速率越大；
②3∼4分钟时间段，收集的氢气体积=（576−464）mL=112mL，n（H2）=
=0.005mol，根据氢气和HCl关系式得消耗的n（HCl）=2n（H2）=2×0.005mol=0.01mol，则v（HCl）=
=0.025mol/（L⋅min）；
（2）Zn和硫酸的反应中加入少量的CuSO4溶液，能置换出一定量Cu，在溶液中形成Cu/Zn原电池，而加快化学反应速率；
②所给四种溶液中只Zn只能置换出Ag，即Ag2SO4与CuSO4溶液具有相似的作用；
③为加快Zn和硫酸的反应速率可从升温、适当增大硫酸的浓度、增大锌的比表面积等角度考虑，可采取的合力措施有：
增加锌的表面积；升高温度或适当增大硫酸的浓度等；
（3）①根据图知,随着反应进行，X、Y的物质的量减少而Z的物质的量增加，则X和Y是反应物而Z是生成物，反应达到平衡时，△n（X）=（1.0−0.4）mol=0.6mol、△n（Y）=（1.0−0.8）mol=0.2mol、△n（Z）=（0.5−0.1）mol=0.4mol，同一可逆反应中同一段时间内参加反应的各物质的物质的量变化量之比等于其计算之比，X、Y、Z的计量数之比=0.6mol:
0.2mol:
0.4mol=3:
1:
2，则该反应方程式为3X（g）+Y（g）⇌2Z（g）；
②A．Y的体积分数在混合气体中保持不变，说明各物质的量不变，反应达到平衡状态，故A正确；
B．X、Y的反应速率比为3:
1时，如果反应速率都是指同一方向的反应速率，则该反应不一定达到平衡状态，故B错误；
C．反应前后气体压强减小，当容器内气体压强保持不变时，各物质的物质的量不变，反应达到平衡状态，故C正确；
D．容器内气体的总质量一直保持不变，故D错误；
E．生成1molY的同时消耗2molZ，所描述的为同向反应过程，不能判断反应达到平衡状态，故E错误；
答案选AC；
③Y的转化率=
×100%=
×100%=10%。
3．新型材料AIN应用前景广泛，对其制备过程的研究成为热点。
（1）将物质的量均为amol的Al2O3与N2充入恒温恒容密闭容器中，控制温度发生反应：
2Al2O3（s）+2N2（g）
4AlN（s）+3O2（g）△H>0。
①下列可作为反应达到平衡的判据是_________（填序号）。
A．固体的质量不再改变
B．2v正（N2）=3v逆（O2）
C．△H不变
D．容器内气体的压强不变
E．N2分子数与O2分子数比为2:
3
②在起始压强为p的反应体系中，平衡时N2的转化率为α，则上述反应的平衡常数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总·x（B），p总为平衡总压强，x（B）为平衡系统中B的物质的量分数）。
③为促进反应的进行，实际生产中需加入焦炭，其原因是____________。
（2）铝粉与N2在一定温度下可直接生成AlN，加入少量NH4Cl固体可促进反应。
将等质量的A1粉与不同量的NH4Cl混合均匀后置于充N2的密闭容器中，电火花引燃，产品中AlN的质量分数[ω（AlN）]随原料中ω（NH4Cl）的变化如图1所示，燃烧过程中温度随时间变化如图2所示。
则：
①固体混合物中，ω（NH4Cl）的最佳选择是__________。
②结合图2解释当ω（NH4Cl）超过一定值后，ω（AlN）明显减少的原因__________。
（3）AIN粉末会缓慢发生水解反应，粒径为100nm的AlN粉末水解时溶液pH的变化如图3所示。
①AlN粉末水解的化学方程式是______________。
②相同条件下，请在图3中画出粒径为40nm的AlN粉末水解的变化曲线____________。
【答案】AD
p消耗O2、提供能量，均能使平衡向右移动3%NH4Cl分解吸热造成温度降低，不利于Al与N2反应AlN+4H2O
Al（OH）3+NH3•H2O
【解析】
【分析】
（1）①根据反应达到平衡后，正逆反应速率，各成分的浓度不变及由此衍生的其它物理量进行分析；
②平衡时N2的转化率为α，由于反应物中只有N2是气体，所以起始压强p即为起始时N2的分压，列三段式求Kp；
③碳在氧气中燃烧放出热量，焦炭既可以消耗氧气，使生成物浓度降低，又可以提供热量，这两方面的作用都可以使平衡右移；
（2）①根据图像分析，当ω（NH4Cl）=3%时，ω（AlN）最大；
②从图2可以看出，反应过程中温度会降低。
ω（NH4Cl）=3%时的温度比ω（NH4Cl）=1%时的温度降低得更多。
这是因为NH4Cl分解吸热，当ω（NH4Cl）超过一定值后，NH4Cl分解吸热造成温度降低不利于Al与N2反应，导致ω（AlN）明显减少；
（3）①AIN粉末会缓慢发生水解反应，生成Al（OH）3和NH3；
②相同条件下，由于粒径为40nm的AlN粉末和水的接触面积更大，所以其水解速率大于粒径为100nm的AlN粉末的水解速率，由于固体不影响平衡，所以最终溶液的pH是相同。
【详解】
（1）①A．消耗2molAl2O3会生成4molAlN，固体质量减少，当固体的质量不再改变时，反应达到了平衡状态；
B．当3v正（N2）=2v逆（O2）时，正逆反应速率相等，反应达到了平衡状态，但2v正（N2）=3v逆（O2）表示的正逆反应速率不相等，不是平衡状态；
C．△H取决于反应物和生成物的总能量的相对大小，和是否平衡无关；
D．在恒温恒容条件下，容器内的压强和气体的物质的量成正比。
该反应是反应前后气体分子数不相等的反应，在平衡建立过程中，气体总物质的量一直在改变，只有达到平衡时，气体总物质的量才不再不变，即容器内压强才不变，所以当容器内气体的压强不变时，反应达到了平衡状态；
E．N2分子数与O2分子数之比和起始投料以及转化率有关，当N2分子数与O2分子数比为2:
3时，反应不一定是平衡状态；
故选AD。
②反应2Al2O3（s）+2N2（g）
4AlN（s）+3O2（g），在起始时加入的是等物质的量的Al2O3与N2，由于反应物中只有N2是气体，所以起始压强p即为起始时N2的分压，列三段式求Kp，已知平衡时N2的转化率为α，则
Kp=
=
p。
③为促进反应的进行，实际生产中需加入焦炭，焦炭和氧气反应，放出热量。
焦炭既可以消耗氧气，使生成物浓度降低，又可以提供热量，这两方面的作用都可以使平衡右移，从而促进反应的进行。
（2）①从图1可以看出，当ω（NH4Cl）=3%时，ω（AlN）最大，所以最佳选择是ω（NH4Cl）=3%。
②从图2可以看出，反应过程中温度会降低。
ω（NH4Cl）=3%时的温度比ω（NH4Cl）=1%时的温度降低得更多。
这是因为NH4Cl分解吸热，当ω（NH4Cl）超过一定值后，NH4Cl分解吸热造成温度降低不利于Al与N2反应，导致ω（AlN）明显减少
（3）①AIN粉末会缓慢发生水解反应，生成Al（OH）3和NH3，AlN粉末水解的化学方程式是AlN+4H2O
Al（OH）3+NH3•H2O。
②相同条件下，由于粒径为40nm的AlN粉末和水的接触面积更大，所以其水解速率大于粒径为100nm的AlN粉末的水解速率，由于固体不影响平衡，所以最终溶液的pH是相同的。
粒径为40nm的AlN粉末水解的变化曲线为
。
4．在2L密闭容器中，800℃时反应2NO（g）＋O2（g）
2NO2（g）体系中，n（NO）随时间的变化如下表：
时间/s
0
1
2
3
4
5
n（NO）/mol
0.020
0.010
0.008
0.007
0.007
0.007
（1）写出该反应的平衡常数表达式：
K＝________，已知：
K（300℃）＞K（350℃），该反应是________反应（填“放热”或“吸热”）。
（2）下图中表示NO2的变化的曲线是___，用O2的浓度变化表示从0～2s内该反应的平均速率v＝__________。
（3）能说明该反应已经达到平衡状态的是（______）。
a．v（NO2）＝2v（O2）b．容器内压强保持不变
c．v逆（NO）＝2v正（O2）d．容器内物质的密度保持不变
（4）能使该反应的反应速率增大，且平衡向正反应方向移动的是（______）。
a．及时分离出NO2气体b．适当升高温度
c．增大O2的浓度d．选择高效的催化剂
【答案】c2（NO2）/c2（NO）c（O2）放热b1.5×10－3mol·L－1·s－1bcc
【解析】
【分析】
【详解】
（1）2NO（g）＋O2（g）
2NO2（g）反应的平衡常数K=c2（NO2）/[c2（NO）·c（O2）],因为升温平衡向吸热反应方向进行,已知：
K（300℃）＞K（350℃），温度越高平衡常数越小，升温平衡逆向进行，则该正反应为放热反应。
故答案为c2（NO2）/c2（NO）c（O2）；放热；
（2）由表中数据可知从3s开始,NO的物质的量为0.007mol,不再变化,3s时反应达平衡,NO2是产物,随反应进行浓度增大。
平衡时NO浓度的变化量△c（NO）=（0.02mol−0.007mol）/2L=0.0065mol/L,所以图中表示NO2变化的曲线是b；2s内用NO表示的平均反应速率v（NO）=△n/V△t=（0.02mol−0.008mol）/（2L
2s）=3.0×10−3mol⋅L−1⋅s−1,速率之比等于化学计量数之比,所以v（O2）=1/2v（NO）=1/2×3.0×10−3mol⋅L−1⋅s−1=1.5×10−3mol⋅L−1⋅s−1。
故答案为b；1.5×10−3mol⋅L−1⋅s−1；
（3）a.未指明正逆速率,若均表示同一方向反应速率,v（NO2）自始至终为v（O2）的2倍，不能说明达到平衡，故a错误；
b.容器体积不变，随反应进行，反应混合气体总的物质的量在减小，容器内压强减小，当容器内压强保持不变，说明反应到达平衡，故b正确；
c.不同物质表示速率,到达平衡时,正逆速率之比等于化学计量数之比,V逆（NO）:
V正（O2）=2:
1,即V逆（NO）=2v正（O2），故c正确；
d.混合气体的总质量不变，容器容积为定值，所以密度自始至终不变，不能说明达到平衡，故d错误。
故答案为bc；
（4）a.及时分离除NO2气体平衡向右移动，但反应速率减小，故a错误；
b.适当升高温度，反应速率增大但平衡向逆反应方向移动，故b错误；
c.增大O2的浓度反应速率增大，且该反应向正反应方向移动，故c正确；
d.选择高效催化剂能增大反应速率，但平衡不移动，故d错误。
故答案为c。
5．反应A（g）
B（g）+C（g）在容积为1.0L的密闭容器中进行，A的初始浓度为0.050mol/L。
温度T1和T2下A的浓度与时间关系如图所示。
回答下列问题：
（1）上述反应是______________（填”吸热反应”或”放热反应”），温度T1_____T2，（填“大于”、“小于”或“等于”，下同）平衡常数K（T1）_______K（T2）。
（2）若温度T2时，5min后反应达到平衡，A的转化率为70%，则：
①平衡时体系总的物质的量为___________。
②反应在0~5min区间的平均反应速率v（A）=____________。
（3）在温度T1时，若增大体系压强，A的转化率_________（填“增大”、“减小”或“不变”，下同），平衡常数________。
【答案】吸热反应小于小于0.085mol0.007mol/（L∙min）减小不变
【解析】
【分析】
由图象中的信息可知，T2到达平衡所用的时间较少，故T1＜T2；温度升高后，反应物A的浓度减小，说明平衡向正反应方向移动，故该反应为吸热反应。
【详解】
（1）由上述分析可知，该反应是吸热反应，温度T1小于T2，温度升高，该化学平衡向正反应方向移动，故平衡常数K（T1）小于K（T2）。
（2）A的初始浓度为0.050mol/L，则A的起始量为0.05mol。
若温度T2时，5min后反应达到平衡，A的转化率为70%，则A的变化量为0.035mol，B和C的变化量同为0.035mol。
①平衡时体系总的物质的量为0.05mol-0.035mol+0.035mol⨯2=0.085mol。
②容积为1.0L，则反应在0~5min区间的平均反应速率v（A）=
0.007mol/（L∙min）。
（3）A（g）
B（g）+C（g），该反应正反应方向是气体分子数增大的方向。
在温度T1时，若增大体系压强，平衡向逆反应方向移动，A的转化率减小，由于平衡常数只与温度有关，故平衡常数不变。
【点睛】
要注意化学平衡的移动不一定能改变平衡常数，因为化学平衡常数只与温度有关，对于一个指定的可逆反应，其平衡常数只随温度的变化而变化。
6．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
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