高考化学化学反应速率与化学平衡综合经典题含答案解析.docx
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高考化学化学反应速率与化学平衡综合经典题含答案解析
2020-2021高考化学化学反应速率与化学平衡综合经典题含答案解析
一、化学反应速率与化学平衡
1．根据当地资源等情况，硫酸工业常用黄铁矿（主要成分为FeS2）作为原料。
完成下列填空：
（1）将0.050molSO2（g）和0.030molO2（g）充入一个2L的密闭容器中，在一定条件下发生反应：
2SO2（g）+O2（g）⇌2SO3（g）+Q。
经2分钟反应达到平衡，测得n（SO3）=0.040mol，则O2的平均反应速率为______
（2）在容积不变时，下列措施中有利于提高SO2平衡转化率的有______（选填编号）
a.移出氧气b.降低温度
c.减小压强d.再充入0.050molSO2（g）和0.030molO2（g）
（3）在起始温度T1（673K）时SO2的转化率随反应时间（t）的变化如图，请在图中画出其他条件不变情况下，起始温度为T2（723K）时SO2的转化率随反应时间变化的示意图___
（4）黄铁矿在一定条件下煅烧的产物为SO2和Fe3O4
①将黄铁矿的煅烧产物Fe3O4溶于H2SO4后，加入铁粉，可制备FeSO4。
酸溶过程中需维持溶液有足够的酸性，其原因是______
②FeS2能将溶液中的Fe3+还原为Fe2+，本身被氧化为SO42﹣。
写出有关的离子方程式______。
有2mol氧化产物生成时转移的电子数为______
【答案】0.005mol/（L•min）bd
抑制Fe3+与Fe2+的水解，并防止Fe2+被氧化成Fe3+FeS2+14Fe3++8H2O=15Fe2++2SO42﹣+16H+14NA
【解析】
【分析】
（1）根据v＝
求出氧气的速率，然后根据速率之比等于对应物质的化学计量数之比计算；
（2）反应放热，为提高SO2平衡转化率，应使平衡向正反应方向移动，可降低温度，体积不变，不能从压强的角度考虑，催化剂不影响平衡移动，移出氧气，平衡向逆反应方向移动，不利于提高SO2平衡转化率，由此分析解答；
（3）反应是放热反应，温度升高，平衡逆向进行，二氧化硫的转化率减小，但达到平衡所需要的时间缩短，据此画出曲线；
（4）①Fe3＋与Fe2＋易水解，Fe2＋易被氧化成Fe3＋；
②根据氧化还原反应中的反应物和生成物几何电子守恒来配平化学方程式，结合方程计算转移电子数。
【详解】
（1）v（SO3）＝
＝
＝0.01mol/（L•min），所以v（O2）＝
v（SO3）＝0.005mol/（L•min），故答案为：
0.005mol/（L•min）；
（2）a．移出氧气，平衡逆向移动，二氧化硫的转化率减少，故不选；
b．降低温度，平衡正向移动，二氧化硫的转化率增大，故选；
c．减小压强，平衡逆向移动，二氧化硫的转化率减少，故不选；
d．再充入0.050molSO2（g）和0.030molO2（g），相当于增大压强，平衡正向移动，二氧化硫的转化率增大，故选；
故答案为：
bd；
（3）反应：
2SO2（g）+O2（g）⇌2SO3（g）△H＜0，SO2的转化率在起始温度T1＝673K下随反应时间（t）的变化如图，其他条件不变，仅改变起始温度为T2＝723K，温度升高，平衡逆向进行，二氧化硫的转化率减小，但反应速率增大，达到平衡需要的时间短，在图中画出温度T2下SO2的转化率随反应时间变化的预期结果示意图如图所示
；故答案为：
；
（4）①Fe2O3（或Fe3O4等）溶于H2SO4后，生成的Fe3＋与Fe2＋易水解，Fe2＋易被氧化成Fe3＋，所以要加入Fe粉和酸，抑制Fe3＋与Fe2＋的水解，并防止Fe2＋被氧化成Fe3＋，故答案为：
抑制Fe3＋与Fe2＋的水解，并防止Fe2＋被氧化成Fe3＋；
②−2价的硫离子具有还原性，FeS2可以将溶液中的Fe3＋还原为Fe2＋，而本身被氧化为硫酸根离子，有关的离子方程式为：
FeS2+14Fe3++8H2O=15Fe2++2SO42﹣+16H+，氧化产物是硫酸根离子，有2mol硫酸根生成时转移的电子数为14NA，故答案为：
FeS2+14Fe3++8H2O=15Fe2++2SO42﹣+16H+；14NA。
【点睛】
注意（3）温度升高，平衡逆向进行，二氧化硫的转化率减小，但反应速率增大，达到平衡需要的时间短，此为解题的关键。
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．SO2是常见的大气污染物，燃煤是产生SO2的主要原因。
工业上有多种方法可以减少SO2的排放。
（1）往煤中添加一些石灰石，可使燃煤过程中产生的SO2转化成硫酸钙。
该反应的总化学方程式是___________________________________。
（2）可用多种溶液做燃煤烟气中SO2的吸收液。
①分别用等物质的量浓度的Na2SO3溶液和NaOH溶液做吸收液，当生成等物质的量NaHSO3时，两种吸收液体积比V（Na2SO3）:
V（NaOH）=_________________。
②NaOH溶液吸收了足量的SO2后会失效，可将这种失效的溶液与一定量的石灰水溶液充分反应后过滤，使NaOH溶液再生，再生过程的离子方程式是_________________。
（3）甲同学认为BaCl2溶液可以做SO2的吸收液。
为此甲同学设计如下实验（夹持装置和加热装置略，气密性已检验）。
反应开始后，A中Na2SO3固体表面有气泡产生同时有白雾生成；B中有白色沉淀。
甲同学认为B中白色沉淀是SO2与BaCl2溶液反应生成的BaSO3，所以BaCl2溶液可做SO2吸收液。
乙同学认为B中的白色沉淀是BaSO4，产生BaSO4的原因是：
①A中产生的白雾是浓硫酸的酸雾，进入B中与BaCI2溶液反应生成BaSO4沉淀。
②________________________________________________。
为证明SO2与BaCl2溶液不能得到BaSO3沉淀，乙同学对甲同学的实验装置做了如下改动并实验（夹持装置和加热装置略，气密性已检验）：
反应开始后，A中Na2SO3固体表面有气泡产生同时有白雾生成；B、C试管中除了有气泡外，未见其它现象；D中红色褪去。
③试管B中试剂是__________________溶液；滴加浓硫酸之前的操作是____________________。
④通过甲、乙两位同学的实验，得出的结论是______________________________。
【答案】2CaCO3+2SO2+O2
2CaSO4+2CO21:
2Ca2++OH-+HSO3-＝CaSO3↓+H2OA中产生的SO2与装置内空气中的O2进入B中与BaCl2溶液反应生成BaSO4沉淀饱和NaHSO3打开弹簧夹，通入N2，一段时间后关闭弹簧夹SO2与BaCl2溶液不能得到BaSO3沉淀，不能用BaCl2溶液做吸收SO2的吸收液
【解析】
【分析】
浓硫酸和亚硫酸钠固体反应可以生成二氧化硫，由于反应放热，浓硫酸有可能挥发，进入B中，和BaCl2溶液反应生成BaSO4白色沉淀，不能确定B中产生的白色沉淀是硫酸和BaCl2反应产生的BaSO4还是二氧化硫和BaCl2反应生成的BaSO3，所以要先除去可能存在的硫酸，需要通过饱和亚硫酸氢钠溶液，既不吸收二氧化硫，又可以除去硫酸，然后再通入BaCl2溶液中，若产生白色沉淀，则证明BaCl2溶液可以吸收二氧化硫，若不产生白色沉淀，则证明BaCl2溶液不可以吸收二氧化硫，实验结果是除去了硫酸后BaCl2溶液中没有产生沉淀，所以得出结论：
SO2与BaCl2溶液不能得到BaSO3沉淀，不能用BaCl2溶液做吸收SO2的吸收液。
【详解】
（1）在高温下石灰石与SO2以及氧气反应生成硫酸钙和CO2，反应的化学方程式为2CaCO3+2SO2+O2
2CaSO4+2CO2。
（2）①当生成等物质的量NaHSO3时，根据钠离子守恒可知需要亚硫酸钠和氢氧化钠的物质的量之比是1：
2。
由于二者的浓度相等，则需要的溶液体积之比是1：
2。
②要把亚硫酸氢钠转化为氢氧化钠，需要加入氢氧化钙，反应的离子方程式为Ca2++OH-+HSO3-＝CaSO3↓+H2O。
（3）②由于空气中含有氧气，因此另外一种可能是A中产生的SO2与装置内空气中的O2进入B中与BaCl2溶液反应生成BaSO4沉淀。
③为排除浓硫酸酸雾的影响，B中应该盛放饱和亚硫酸氢钠溶液。
为防止空气中氧气的影响，滴加浓硫酸之前的操作是打开弹簧夹，通入N2，一段时间后关闭弹簧夹。
④A中Na2SO3固体表面有气泡产生同时有白雾生成；B、C试管中除了有气泡外，未见其它现象；D中红色褪去，说明有SO2产生，所以结论是SO2与BaCl2溶液不能得到BaSO3沉淀，不能用BaCl2溶液做吸收SO2的吸收液。
【点晴】
解答综合性实验设计与评价题的基本流程
原理→反应物质→仪器装置→现象→结论→作用意义→联想。
具体分析为：
（1）实验是根据什么性质和原理设计的？
实验的目的是什么？
（2）所用各物质名称、状态、代替物（根据实验目的和相关的化学反应原理，进行全面的分析比较和推理，并合理选择）。
（3）有关装置：
性能、使用方法、适用范围、注意问题、是否有替代装置可用、仪器规格等。
（4）有关操作：
技能、操作顺序、注意事项或操作错误的后果。
（5）实验现象：
自下而上，自左而右全面观察。
（6）实验结论：
直接结论或导出结论。
4．某研究小组为探究弱酸性条件下铁发生电化学腐蚀类型的影响因素，将混合均匀的新制铁粉和碳粉置于锥形瓶底部，塞上瓶塞（如图1）。
从胶头滴管中滴入几滴醋酸溶液，同时测量容器中的压强变化。
（1）请完成以下实验设计表（表中不要留空格）：
编号
实验目的
碳粉/g
铁粉/g
醋酸/%
①
为以下实验作参照
0.5
2.0
90.0
②
醋酸浓度的影响
0.5
__
36.0
③
__
0.2
2.0
90.0
（2）编号①实验测得容器中压强随时间变化如图2。
t2时，容器中压强明显小于起始压强，其原因是铁发生了_____________腐蚀，请在图3中用箭头标出发生该腐蚀时电子流动方向；此时，碳粉表面发生了__（“氧化”或“还原”）反应，其电极反应式是___________________________________。
（3）该小组对图2中0～t1时压强变大的原因提出了如下假设，请你完成假设二：
假设一：
发生析氢腐蚀产生了气体；
假设二：
______________________________；
……
（4）为验证假设一，某同学设计了检验收集的气体中是否含有H2的方案。
请你再设计一个实验方案验证假设一，写出实验步骤和结论。
实验步骤和结论（不要求写具体操作过程）：
__________
【答案】2.0碳粉含量的影响吸氧还原反应2H2O+O2+4e-=4OH-（或4H++O2+4e-=2H2O）反应放热，温度升高，体积膨胀实验步骤和结论（不要求写具体操作过程）
①药品用量和操作同编号①实验（多孔橡皮塞增加进、出导管）
②通入氩气排净瓶内空气；
③滴入醋酸溶液，同时测量瓶内压强变化（也可测温度变化，检验Fe2+等）。
如果瓶内压强增大，假设一成立。
否则假设一不成立。
（本题属于开放性试题，合理答案均给分）
【解析】
【详解】
（1）探究影响化学反应速率，每次只能改变一个变量，故有②中铁的量不变，为2.0g；
③中改变了碳粉的质量，故为探究碳粉的量对速率的影响。
（2）t2时，容器中压强明显小于起始压强，说明锥形瓶中气体体积减小，说明发生了吸氧腐蚀，碳为正极，铁为负极，碳电极氧气得到电子发生还原反应，电极反应式为：
O2+2H2O+4e-=4OH-，故答案为：
还原；O2+2H2O+4e-=4OH-；
（3）图2中0-t1时压强变大的原因可能为：
铁发生了析氢腐蚀、铁与醋酸的反应为放热反应，温度升高时锥形瓶中压强增大，所以假设二为：
反应放热使锥形瓶内温度升高，故答案为：
反应放热使锥形瓶内温度升高；
（4）基于假设一，可知，产生氢气，发送那些变化，从变化入手考虑
实验步骤和结论（不要求写具体操作过程）
①药品用量和操作同编号①实验（多孔橡皮塞增加进、出导管）
②通入氩气排净瓶内空气；
③滴入醋酸溶液，同时测量瓶内压强变化（也可测温度变化，检验Fe2+等）。
如果瓶内压强增大，假设一成立。
否则假设一不成立。
（本题属于开放性试题，合理答案均给分）。
5．生产中可用双氧水氧化法处理电镀含氰废水，某化学兴趣小组模拟该法探究有关四环素对破氰反应速率的影响（注：
破氰反应是指氧化剂将CN－氧化的反应）
相关资料
①氰化物主要以CN－和[Fe（CN）6]3-两种形式存在
②Cu2+可作为双氧水氧化法破氰处理过程中的催化剂，Cu2+在偏碱性条件下对双氧水分解影响较弱，可以忽略不计。
③[Fe（CN）6]3-较CN－难被双氧水氧化，且pH值越大，越稳定，越难被氧化。
实验过程
（1）请完成以下实验设计表（表中不要留空格）
实验
序号
实验目的
初始pH
废水样品体积/mL
CuSO4溶液的体积/mL
双氧水溶液的体积/mL
蒸馏水的体积/mL
1
为以下实验操作参考
7
60
10
10
20
2
废水的初始pH对破氰反应速率的影响
12
60
10
10
20
3
___
7
60
___
___
10
实验测得含氰废水中的总氰浓度（以CN-表示）随时间变化关系如图所示。
（2）实验①中20～60min时间段反应速率：
υ（CN-）=___mol•L-1•min-1。
（3）实验①和实验②结果表明，含氰废水的初始pH增大，破氰反应速率减小，其原因可能是__（填一点即可），在偏碱性条件下，含氰废水中的CN-最终被双氧水氧化为HCO3-，同时放出NH3，试写出该反应的离子方程式___。
（4）该兴趣小组同学要探究Cu2+是否对双氧水氧化法破氰反应起催化作用，请你帮助他设计实验并验证上述结论，完成表2中内容。
（己知：
废水中的CN-浓度可用离子色谱仪测定）___
实验步骤（不要写出具体操作过程）
预期实验现象和结论
【答案】双氧水的浓度对破氰反应速率的影响10200.0175初始pH增大，催化剂Cu2+会形成Cu（OH）2沉淀，影响了Cu2+的催化作用（或初始pH增大，[Fe（CN）6]3-较中性和酸性条件下更稳定，难以氧化）CN-+H2O2+H2O═NH3↑+HCO3-
实验方案（不要求写出具体操作过程）
预期实验现象和结论
分别取等体积、等浓度的含氰废水于甲、乙两支试管中，再分别加入等体积、等浓度的双氧水溶液，只向甲试管中加入少量的无水硫酸铜粉末，用离子色谱仪测定相同反应时间内两支试管中的CN-浓度
相同时间内，若甲试管中的CN-浓度小于乙试管中的CN-浓度，则Cu2+对双氧水破氰反应起催化作用；若两试管中的CN-浓度相同，则Cu2+对双氧水破氰反应不起催化作用
【解析】
【分析】
（1）影响该反应的因素有溶液的pH以及双氧水的浓度，根据实验2实验目的确定实验3的实验目的，根据实验1的数据确定CuSO4溶液的体积和双氧水的体积；
（2）根据υ=
计算求解；
（3）根据pH越大，[Fe（CN）6]3-越稳定，越难被氧化，破氰反应速率减小，且pH较大时，溶液的碱性较强，铜离子可能形成氢氧化铜沉淀；根据氧化还原反应的规律书写离子方程式；
（4）要探究Cu2+是否对双氧水氧化法破氰反应起催化作用，分别取温度相同、体积、浓度相同的含氰废水的试样两等份，滴加相同的过氧化氢，一份中加入少量的无水硫酸铜粉末，另一份不加，用离子色谱仪测定废水中的CN一浓度来做对比实验。
【详解】
（1）影响该反应的因素有溶液的pH以及双氧水的浓度，实验2的目的为废水的初始pH对破氰反应速率的影响，则实验3的目的为双氧水的浓度对破氰反应速率的影响，其它量应不变，CuSO4溶液的体积为10mL，而且总体积不变，蒸馏水的体积为10mL，所以双氧水的体积为20mL，故答案为：
双氧水的浓度对破氰反应速率的影响；10；20；
（2）根据υ=
=
mol/（L•min）=0.0175mol•L-1•min-1，故答案为：
0.0175；
（3）pH越大，[Fe（CN）6]3-越稳定，越难被氧化，且铜离子可能生成氢氧化铜沉淀，所以破氰反应速率减小；因为氰废水中的CN-最终被双氧水氧化为HCO3-，其中的碳由+2价变成+4价，1mol转移2mol的电子，而过氧化氢1mol也转移2mol的电子，所以CN-和H2O2的物质的量之比为1∶1，所以反应的离子方程式为：
CN-+H2O2+H2O═NH3↑+HCO3-，故答案为：
初始pH增大，催化剂Cu2+会形成Cu（OH）2沉淀，影响了Cu2+的催化作用（或初始pH增大，[Fe（CN）6]3-较中性和酸性条件下更稳定，难以氧化）；CN-+H2O2+H2O═NH3↑+HCO3-；
（4）要探究Cu2+是否对双氧水氧化法破氰反应起催化作用，可以分别取温度相同、体积、浓度相同的含氰废水的试样两等份，滴加等体积、等浓度的过氧化氢溶液，一份中加入少量的无水硫酸铜粉末，另一份不加，用离子色谱仪测定废水中的CN-浓度，如果在相同时间内，甲试管中的CN-浓度小于乙试管中的CN-浓度，则Cu2+对双氧水破氰反应起催化作用，反之则不起催化作用，故答案为：
实验方案（不要求写出具体操作过程）
预期实验现象和结论
分别取等体积、等浓度的含氰废水于甲、乙两支试管中，再分别加入等体积、等浓度的双氧水溶液，只向甲试管中加入少量的无水硫酸铜粉末，用离子色谱仪测定相同反应时间内两支试管中的CN-浓度
相同时间内，若甲试管中的CN-浓度小于乙试管中的CN-浓度，则Cu2+对双氧水破氰反应起催化作用；若两试管中的CN-浓度相同，则Cu2+对双氧水破氰反应不起催化作用
6．甲、乙两个实验小组利用KMnO4酸性溶液与H2C2O4溶液反应研究影响反应速率的因素。
设计实验方案如下（实验中所用KMnO4溶液均已加入H2SO4）：
甲组：
通过测定单位时间内生成CO2气体体积的大小来比较化学反应速率的大小。
某同学进行实验，其中A、B的成分见表：
序号
A溶液
B溶液
①
2mL0.2mol/LH2C2O4溶液
4mL0.01mol/LKMnO4溶液
②
2mL0.1mol/LH2C2O4溶液
4mL0.01mol/LKMnO4溶液
③
2mL0.2mol/LH2C2O4溶液
4mL0.01mol/LKMnO4溶液和少量MnSO4
（1）该反应的离子方程式为____；
乙组：
通过测定KMnO4溶液褪色所需时间的多少来比较化学反应速率。
为了探究KMnO4与H2C2O4浓度对反应速率的影响，某同学在室温下完成以下实验
实验编号
1
2
3
4
水/mL
10
5
0
X
0.5mol/LH2C2O4/mL
5
10
10
5
0.2mol/LKMnO4/mL
5
5
10
10
时间/s
40
20
10
___
（2）X=___，4号实验中始终没有观察到溶液褪色，你认为可能的原因是____。
（3）在实验中发现高锰酸钾酸性溶液和草酸溶液反应时，开始一段时间反应速率较慢，溶液褪色不明显；但不久突然褪色，反应速率明显加快。
某同学认为是放热导致溶液温度升高所致，重做3号实验，测定过程中溶液不同时间的温度，结果如表：
时间/S
0
5
10
15
20
25
30
温度/℃
25
26
26
26
26.5
27
27
结合实验目的与表中数据，你得出的结论是____。
（4）从影响化学反应速率的因素看，你的猜想还可能是____的影响。
若用实验证明你的猜想，除了酸性高锰酸钾溶液和草酸溶液外，还需要选择的试剂最合理的是___。
a.硫酸钾b.水c.氯化锰d.硫酸锰
【答案
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