高考化学化学反应速率与化学平衡经典压轴题含答案解析.docx
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高考化学化学反应速率与化学平衡经典压轴题含答案解析
2020-2021高考化学化学反应速率与化学平衡-经典压轴题含答案解析
一、化学反应速率与化学平衡
1．某校化学课外兴趣小组为了探究影响化学反应速率的因素，做了以下实验。
（1）用三支试管各取5.0mL、0.01mol·L－1的酸性KMnO4溶液，再分别滴入0.1mol·L－1H2C2O4溶液，实验报告如下。
①实验1、3研究的是_________对反应速率的影响。
②表中V＝_________mL。
（2）小组同学在进行
（1）中各组实验时，均发现该反应开始时很慢，一段时间后速率会突然加快。
对此该小组的同学展开讨论：
①甲同学认为KMnO4与H2C2O4的反应放热，温度升高，速率加快。
②乙同学认为随着反应的进行，因_________，故速率加快。
（3）为比较Fe3＋、Cu2＋对H2O2分解的催化效果，该小组的同学又分别设计了如图甲、乙所示的实验。
回答相关问题：
①装置乙中仪器A的名称为_________。
②定性分析：
如图甲可通过观察反应产生气泡的快慢，定性比较得出结论。
有同学提出将CuSO4溶液改为CuCl2溶液更合理，其理由是____________________________________。
③定量分析：
如图乙所示，实验时以收集到40mL气体为准，忽略其他可能影响实验的因素，实验中需要测量的数据是_______________。
【答案】温度4.0产物Mn2+可能对该反应具有催化作用分液漏斗控制阴离子相同，排除阴离子的干扰收集40mL气体所需时间
【解析】
【分析】
（1）①、②作对比实验分析，其他条件相同时，只有一个条件的改变对反应速率的影响；
（2）探究反应过程中反应速率加快的原因，一般我们从反应放热，温度升高，另一个方面从反应产生的某种物质可能起到催化作用；
（3）比较Fe3＋、Cu2＋对H2O2分解的催化效果，阳离子不同，尽量让阴离子相同，减少阴离子不同造成的差别，催化效果可以从相同时间内收集气体体积的多少或者从收集相同体积的气体，所需时间的长短入手。
【详解】
（1）①实验1、3反应物物质的量浓度，但温度不同，所以反应速率不同是由温度不同导致的，故实验1、3研究的是温度对反应速率的影响；
②实验1、2研究的是H2C2O4的浓度对反应速率的影响，此时反应温度相同，KMnO4的浓度相同，故表中V＝4.0mL
（2）随着反应的进行，生成的Mn2+的物质的量浓度逐渐增加，生成的Mn2+可能对反应有催化作用；
（3）①由仪器的构造，可知仪器A为分液漏斗；
②在探究Fe3+和Cu2+对H2O2分解的催化效果，必须保证在其他的条件相同，所以将CuSO4改为CuCl2更为合理，可以避免由于阴离子不同造成的干扰；
③如图乙所示，实验时以收集到40mL气体为准，忽略其他可能影响实验的因素，实验中需要测量的数据是时间，收集相同体积的气体，所需要的时间越少，反应速率越快。
【点睛】
本题通过保持其他外界条件一致而改变一个条件来探究温度、催化剂对反应速率的影响，综合性较强。
2．化学学习小组进行如下实验。
[探究反应速率的影响因素]设计了如下的方案并记录实验结果（忽略溶液混合体积变化）。
限选试剂和仪器：
0.20mol·L-1H2C2O4溶液、0.010mol·L-1KMnO4溶液（酸性）、蒸馏水、试管、量筒、秒表、恒温水浴槽
物理量
V（0.20mol·L-1
H2C2O4溶液）/mL
V（蒸馏水）/mL
V（0.010mol·L-1
KMnO4溶液）/mL
T/℃
乙
①
2.0
0
4.0
50
②
2.0
0
4.0
25
③
1.0
0
4.0
25
（1）上述实验①、②是探究__________对化学反应速率的影响；若上述实验②、③是探究浓度对化学反应速率的影响，则a为_____________；乙是实验需要测量的物理量，则表格中“乙”应填写___________。
[测定H2C2O4·xH2O中x值]已知：
M（H2C2O4）=90g·mol-1
①称取1.260g纯草酸晶体，将其酸制成100.00mL水溶液为待测液；
②取25.00mL待测液放入锥形瓶中，再加入适的稀H2SO4；
③用浓度为0.05000mol·L-1的KMnO4标准溶液进行滴定。
（2）请写出与滴定有关反应的离子方程式_________________________________________。
（3）某学生的滴定方式（夹持部分略去）如下，最合理的是________（选填a、b）。
（4）由图可知消耗KMnO4溶液体积为__________________________________________mL。
（5）滴定过程中眼睛应注视________________________。
（6）通过上述数据，求得x=____。
以标准KMnO4溶液滴定样品溶液的浓度，未用标准KMnO4溶液润洗滴定管，引起实验结果________（偏大、偏小或没有影响）。
【答案】温度1.0溶液褪色时间/s5H2C2O4＋2MnO4－＋6H＋=10CO2↑＋2Mn2＋＋8H2Ob20.00锥形瓶中颜色变色2偏小
【解析】
【分析】
【详解】
（1）探究影响化学反应速率因素，要求其他条件不变，即①②探究温度对化学反应速率的影响；混合溶液的总体积都是6.0mL，因此a=1.0；反应的快慢是通过酸性高锰酸钾溶液的褪色快慢来确定的，因此乙中要测定的物理量是溶液褪色时间，单位为s；
（2）草酸具有还原性，高锰酸钾具有强氧化性，把C转化成CO2，本身被还原成Mn2＋，根据化合价升降法，进行配平，因此离子反应方程式为：
5H2C2O4＋2MnO4－＋6H＋=10CO2↑＋2Mn2＋＋8H2O；
（3）酸式滴定管盛放酸性溶液和氧化性物质，碱式滴定管只能盛放碱性溶液，即b正确；
（4）滴定前刻度为0.90ml，滴定后刻度是20.90ml，消耗高锰酸钾的体积为（20.90－0.90）mL=20.00mL；
（5）滴定过程中，眼睛应注视锥形瓶中溶液颜色变化；
（6）100mL溶液中草酸物质的量为20×10－3×0.05×5×100/（2×25）mol=0.01mol，1.260÷（90＋18x）=0.01，解得x=2；未用待盛液润洗滴定管，稀释标准液，消耗高锰酸钾体积增大，草酸的质量增大，x偏小。
3．连二亚硫酸钠（Na2S2O4）俗称保险粉，是工业上重要的还原性漂白剂，也是重要的食品抗氧化剂。
某学习小组模拟工业流程设计实验制取保险粉。
已知：
Na2S2O4是白色固体，还原性比Na2SO3强，易与酸反应（2S2O42-+4H+＝3SO2↑+S↓+2H2O）。
（一）锌粉法
步骤1：
按如图方式，温度控制在40～45℃，当三颈瓶中溶液pH在3～3.5时，停止通入SO2，反应后得到ZnS2O4溶液。
步骤2：
将得到的ZnS2O4溶液加入NaOH溶液中，过滤，滤渣为Zn（OH）2，向滤液中加入一定量食盐，立即析出Na2S2O4•2H2O晶体。
步骤3：
，经过滤，用乙醇洗涤，用120～140℃的热风干燥得到Na2S2O4。
（二）甲酸钠法
步骤4：
按上图方式，将装置中的Zn粉和水换成HCOONa、Na2CO3溶液和乙醇。
温度控制在70～83℃，持续通入SO2，维持溶液pH在4～6，经5～8小时充分反应后迅速降温45～55℃，立即析出无水Na2S2O4。
步骤5：
经过滤，用乙醇洗涤，干燥得到Na2S2O4。
回答下列问题：
（1）步骤1容器中发生反应的化学方程式是______；容器中多孔球泡的作用是______。
（2）步骤2中“向滤液中加入一定量食盐，立即析出Na2S2O4•2H2O晶体”的原理是（用必要的化学用语和文字说明）______。
（3）两种方法中控制温度的加热方式是______。
（4）根据上述实验过程判断，Na2S2O4在水、乙醇中的溶解性为：
______。
（5）甲酸钠法中生成Na2S2O4的总反应为______。
（6）两种方法相比较，锌粉法产品纯度高，可能的原因是______。
（7）限用以下给出的试剂，设计实验证明甲酸钠法制得的产品中含有Na2SO4。
稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸、AgNO3溶液、BaCl2溶液______。
【答案】H2O+SO2=H2SO3，Zn+2H2SO3
ZnS2O4+2H2O或Zn+2SO2
ZnS2O4增大气体与溶液的接触面积，加快气体的吸收速率溶液中存在：
Na2S2O4（s）
Na2S2O4（aq）
2Na+（aq）+
（aq）[或Na2S2O4（s）
2Na+（aq）+
（aq）]，增大c（Na+），平衡向逆反应方向移动水浴加热Na2S2O4在水中溶解度较大，在酒精中溶解度较小2HCOONa+4SO2+Na2CO3=2Na2S2O4+H2O+3CO2Zn（OH）2难溶于水，易与Na2S2O4分离取少量产品配成稀溶液，加入足量稀盐酸，充分反应后静置，取上层清液，滴加BaCl2溶液，有白色沉淀生成，则可确定产品中含有Na2SO4
【解析】
【分析】
合成保险粉的反应物为Zn、SO2、H2O，根据温度控制在40～45℃，当三颈瓶中溶液pH在3～3.5时，停止通入SO2，反应后得到ZnS2O4溶液，据此分析解答。
【详解】
（1）合成保险粉的反应物有Zn、SO2、H2O，根据温度控制在40～45℃，当三颈瓶中溶液pH在3～3.5时，说明发生了：
H2O+SO2=H2SO3反应，最后反应得到ZnS2O4溶液，说明又发生了：
Zn+2H2SO3
ZnS2O4+2H2O反应，总过程也可以写成：
Zn+2SO2
ZnS2O4，多孔球泡可以增大气体与液体的接触面积，加快气体的吸收速率；
（2）溶液中存在：
Na2S2O4（s）
Na2S2O4（aq）
2Na+（aq）+
（aq）[或Na2S2O4（s）
2Na+（aq）+
（aq）]，增大c（Na+），平衡向逆反应方向移动，所以向滤液中加入一定量食盐，立即析出Na2S2O4•2H2O晶体；
（3）根据温度控制在40～45℃可知需要控制温度的加热方式一般是水浴加热；
（4）根据步骤2中将得到的ZnS2O4溶液加入NaOH溶液中，过滤，滤渣为Zn（OH）2，向滤液中加入食盐，才析出Na2S2O4•2H2O晶体，可知Na2S2O4在水中溶解度较大；根据步骤5析出的晶体用无水乙醇洗涤的目的是使晶体迅速干燥，避免溶解而减少损耗，可知其在酒精中溶解度较小；
（5）由题意可知甲酸钠、二氧化硫、碳酸钠反应生成Na2S2O4，同时生成二氧化碳，反应的方程式为2HCOONa+4SO2+Na2CO3=2Na2S2O4+H2O+3CO2；
（6）锌粉法产品纯度高，可能的原因是Zn（OH）2难溶于水，易与Na2S2O4分离；
（7）设计实验证明甲酸钠法制得的产品中含有Na2SO4，要避免Na2S2O4干扰，所以取少量产品配成稀溶液，加入足量稀盐酸，充分反应后静置，取上层清液，滴加BaCl2溶液，有白色沉淀生成，则可确定产品中含有Na2SO4。
4．氧化剂H2O2在反应时不产生污染物被称为绿色氧化剂，因而受到人们越来越多的关注。
I.某实验小组以H2O2分解为例，探究浓度、催化剂、溶液酸碱性对反应速率的影响。
在常温下按照如下表所示的方案完成实验。
实验编号
反应物
催化剂
①
10mL2%H2O2溶液
无
②
10mL5%H2O2溶液
无
③
10mL5%H2O2溶液
1mL0.1mol·L-1FeCl3溶液
④
10mL5%H2O2溶液+少量HCl溶液
1mL0.1mol·L-1FeCl3溶液
⑤
10mL5%H2O2溶液+少量NaOH溶液
1mL0.1mol·L-1FeCl3溶液
（1）实验①和②的目的是_________________________________。
同学们进行实验时没有观察到明显现象而无法得出结论。
资料显示，通常条件下H2O2稳定，不易分解。
为了达到实验目的，你对原实验方案的改进方法是_________________________（填一种方法即可）。
（2）实验③④⑤中，测得生成氧气的体积随时间变化的关系如图所示。
分析该图能够得出的实验结论是________________________________。
II.资料显示，某些金属离子或金属氧化物对H2O2的分解起催化作用。
为比较Fe3+和Cu2+对H2O2分解的催化效果，该实验小组的同学设计了如下图所示的实验装置进行实验。
（1）某同学通过测定O2的体积来比较H2O2的分解速率快慢，实验时可以通过测量_______或______来比较。
（2）0.1gMnO2粉末加入50mLH2O2溶液中，在标准状况下放出气体的体积和时间的关系如图所示。
请解释化学反应速率变化的原因：
_____________。
请计算H2O2的初始物质的量浓度为________________（保留两位有效数字）。
为探究MnO2在此实验中对H2O2的分解起催化作用，需补做下列实验（无需写出具体操作）：
a._________________；b.___________________。
【答案】探究浓度对反应速率的影响向反应物中加入等量同种催化剂（或将盛有反应物的试管放入同一热水浴中）碱性环境能增大H2O2分解的速率，酸性环境能减小H2O2分解的速率相同时间内产生O2的体积生成相同体积O2所需要的时间随着反应的进行，浓度减小，反应速率减慢0.11mol·L－1MnO2的质量有没有改变MnO2的化学性质有没有改变
【解析】
【详解】
I.
（1）实验①和②中H2O2的浓度不同，其它条件相同，故实验目的是探究浓度对反应速率的影响；实验时没有观察到明显现象是因为反应太慢，那么就要采取措施加快反应，可以向反应物中加入等量同种催化剂或将盛有反应物的试管放入同一热水浴中。
（2）从图可以看出产生O2的最终体积相等，但溶液的酸碱性不同，反应速率不同，在碱性环境能增大H2O2分解的速率，酸性环境能减小H2O2分解的速率。
II.
（1）通过测定O2的体积来比较H2O2的分解速率快慢时可以看相同时间内产生O2的体积，或生成相同体积O2所需要的时间。
（2）从图可以看出，反应开始后，在相同的时间内生成的O2的体积逐渐减小，反应速率变慢，那么造成反应变慢的原因是随着反应的进行，浓度减小，反应速率减慢；反应在进行到4min时O2的体积不再改变，说明反应完全，生成O2的物质的量为：
60×10-3L÷22.4L/mol=2.7×10-3mol，根据反应2H2O2＝2H2O＋O2↑,生成2.7×10-3molO2，需要消耗H2O2的物质的量为5.4×10-3mol，则H2O2的物质的量浓度为：
5.4×10-3mol÷0.05L=0.11mol·L－1；要探究MnO2是不是起到催化作用，根据催化剂在反应中的特点：
反应前后质量和性质没有发生改变，所以需要补做实验来确定MnO2的质量有没有改变、MnO2的化学性质有没有改变。
5．影响化学反应速率的因素很多，某校化学小组用实验的方法进行探究。
实验一：
他们只利用Cu、Fe、Mg和不同浓度的硫酸（0.5mol/L、2mol/L、18.4mol/L）。
设计实验方案来研究影响反应速率的因素。
甲同学研究的实验报告如下表
实验步骤
现象
结论
①分别取等体积的2mol/L的硫酸于试管中②
反应速率Mg＞Fe，Cu不反应
金属的性质越活泼，反应速率越快
（1）甲同学表中实验步骤②为____________________
（2）甲同学的实验目的是：
在相同的温度下，__________________________________。
实验二：
乙同学为了更精确的研究浓度对反应速率的影响，利用下图所示装置进行定量实验。
（3）乙同学在实验中应该测定的数据是______________。
（4）乙同学完成该实验应选用的实验药品是______________________；该实验中不选用某浓度的硫酸，理由是_________________________。
【答案】分别投入大小、形状相同的Cu、Fe、Mg研究金属（或反应物）本身的性质与反应速率的关系一定时间内产生气体的体积（或产生一定体积的气体所需时间）Mg（或Fe）和0.5mol/L硫酸和2mol/L硫酸常温下Mg与18.4mol/L硫酸反应生成SO2，Fe在18.4mol/L硫酸中钝化
【解析】
【分析】
（1）要比较金属和稀硫酸的反应快慢，则应该使金属的形状和大小都是相同的，即分别投入形状、大小相同的Cu、Fe、Mg；
（2）根据步骤和现象，目的是探究金属（反应物）本身的性质与反应速率的关系；
（3）要定量研究，需要测定一定时间内产生气体的体积（或产生一定体积的气体所需要的时间）；
（4）浓硫酸和金属反应不能生成氢气，而铜与稀硫酸又不反应，所以选择的药品是Mg（或Fe）、0.5ol/L硫酸和2mol/L硫酸。
常温下Mg与18.4mol/L硫酸反应生成SO2；Fe在18.4mol/L硫酸中钝化。
【详解】
（1）根据表中的信息得出该同学的实验目的是研究反应物本身的性质对反应速率的关系对反应速率的影响，根据表中数据可知，硫酸的浓度相同，不同金属的规格应相同，故答案为：
分别投入大小、形状相同的Al、Fe、Mg；
（2）根据表中的信息可知该同学的实验目的是研究反应物本身的性质对反应速率的关系对反应速率的影响，故答案为：
研究金属（或反应物）本身的性质与反应速率的关系；
（3）乙同学为了更精确地研究浓度对反应速率的影响，根据速率公式可知应该测定的实验数据是测定一定时间产生气体的体积或测定产生一定体积的气体所需时间，故答案为：
一定时间内产生气体的体积（或产生一定体积的气体所需时间）；
（4）由题意可知实验中应选用的实验药品是金属和酸，因浓硫酸和铁发生钝化现象而影响判断，所以完成该实验应选用的实验药品是Mg（或Fe）和0.5mol/L、2mol/L的硫酸；常温下，浓硫酸能够使Fe钝化，Mg发生氧化还原反应不生成氢气，而生成二氧化硫，不能判断影响化学反应速率的因素，故答案为：
Mg（或Fe）和0.5mol/L、2mol/L的硫酸；常温下Mg与18.4mol/L硫酸反应生成SO2，Fe在18.4mol/L硫酸中钝化。
6．某化学兴趣小组为验证SO2的还原性和Fe3+的氧化性，特邀你参与以下探究活动。
I.理论预测
该兴趣小组实验实施前进行了充分的讨论交流,确定选择SO2和FeCl3溶液的反应来探究，并预测将SO2通入FeCl3溶液中的现象。
小组同学想听听你的分析：
（1）确定选择SO2和FeCl3溶液的反应而不选择SO2和Fe（NO3）3溶液的反应来探究，你认为可能是基于什么原因作出的选择：
_______________________________________。
（2）将SO2通入FeCl3溶液中，你认为可能观察到的现象是：
______________________，你预测的理论依据是（用离子方程式表示）：
___________________________________。
II.实验探究
（1）配制1mol·L-1FeCl3溶液（未用盐酸酸化）
①下面是小组四位同学在配制溶液时的“转移”操作，其中正确的是：
_________。
②检测得知溶液呈酸性，其原因是：
___________________________（用离子方程式表示）。
（2）将SO2通入FeCl3溶液至饱和，观察到溶液由棕黄色变为红棕色，并没有观察到预期的现象。
将反应后的溶液放置12小时后又出现了预期的结果。
查阅资料得知：
[Fe（HSO3）]2+为红棕色，生成[Fe（HSO3）]2+的反应为可逆反应。
请你用化学方程式解释将SO2通入FeCl3溶液至饱和时观察到的现象：
_____________________________________。
（3）为了探究如何缩短红棕色变为预期颜色的时间，小组继续探究：
另取少量FeCl3溶液，再通入SO2，溶液变为红棕色，加浓HCl酸化，几分钟后变为预期颜色。
请你推测小组在实验方案设计中“加浓HCl酸化”的目的是：
_____________________________________________________。
【答案】NO3-可能对验证Fe3+的氧化性有干扰溶液由（棕）黄色变为浅绿色2Fe3++SO2+2H2O=2Fe2++SO42+4H+AFe3++3H2O
Fe（OH）3+3H+FeCl3+SO2+H2O
[Fe（HSO3）]Cl2+HCl增大H+浓度，使“FeCl3+SO2+H2O
[Fe（HSO3）]Cl2+HCl”平衡逆向移动，加快预期反应的速率
【解析】
【分析】
本题考查SO2和FeCl3溶液反应的实验探究，涉及物质性质的分析，物质的量浓度溶液的配制，盐类的水解，外界条件对化学平衡的影响，结合相应知识进行分析；
【详解】
I.
（1）SO2溶于水显酸性，酸性条件下，NO3-也可将SO2氧化，干扰实验，因此，本题答案为：
NO3-可能对验证Fe3+的氧化性有干扰；
（2）由于SO2具有还原性，Fe3+具有氧化性，预测SO2通入FeCl3溶液中SO2将Fe3+还原为Fe2+，可能观察到的现象是：
溶液由棕黄色变为浅绿色。
反应的离子方程式可表示为SO2+2Fe3++2H2O=SO42-+2Fe2++4H+，因此，本题答案为：
溶液由（棕）黄色变为浅绿色；2Fe3++SO2+2H2O=2Fe2++SO42+4H+；
II.
（1）①“转移”时防止溶液外洒，应将玻璃棒的下端伸入容量瓶的刻度线以下，用玻璃棒引流溶液，故选A；
②FeCl3属于强酸弱碱盐，由于Fe3+的水解使溶液呈酸性，Fe3+水解的离子方程式为Fe3++3H2O
Fe（OH）3+3H+，因此，本题答案为：
Fe3++3H2O
Fe（OH）3+3H+；
（2）根据资料，红棕色溶液中含[Fe（HSO3）]2+，该过程中元素的化合价没有变化，反应的化学方程式为SO2+FeCl3+H2O
[Fe（HSO3）]Cl2+2HCl，因此，本题答案为：
FeCl3+SO2+H2O
[Fe（HSO3）]Cl2+HCl；
（3）出现红棕色是发生了反应SO2+FeCl3+H2O
[Fe（HSO3）]Cl2+2HCl，缩短红棕色时间，使上述平衡向逆反应方向移动。
因此，本题答案为：
增大H+浓度，使“FeCl3+SO2+H2O
[Fe（HSO3）]Cl2+HCl”平衡逆向移动，加快预期反应的速率；
7．某酸性工业废水中含有K2Cr2O7。
光照下，草酸（H2C2O4）能将其中的Cr2O
转化为Cr3＋。
某课题组研究发现，少量铁明矾[Al2Fe（SO4）4·24H2O]即可对该反应起催化作用。
为进一步研究有关因素对该反应速率的影响，探究如下：
（1）在25℃下，控制光照强度、废水样品初始浓度和催化剂用量相同，调节不同的初始pH和一定浓度草酸溶液用量，做对比实验，完成以下实验设计表（表中不要留空格）。
实验
编号
初始
pH
废水样品
体积/mL
草
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