黄金押题07 化学反应速率与平衡高考化学黄金押题解析版.docx
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黄金押题07化学反应速率与平衡高考化学黄金押题解析版
黄金押题07化学反应速率与平衡
【高考考纲】
1.了解化学反应速率的概念和定量表示方法。
能正确计算化学反应的转化率（α）。
2.了解反应活化能的概念，了解催化剂的重要作用。
3.了解化学反应的可逆性及化学平衡的建立。
4.掌握化学平衡的特征。
了解化学平衡常数（K）的含义，能利用化学平衡常数进行相关计算。
5.理解外界条件（浓度、温度、压强、催化剂等）对反应速率和化学平衡的影响，能用相关理论解释其一般规律。
6.了解化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。
【真题感悟】
例1．（2018·高考北京卷）
（1）I－可以作为水溶液中SO2歧化反应（3SO2＋2H2O===2H2SO4＋S↓）的催化剂，可能的催化过程如下。
将ii补充完整。
i．SO2＋4I－＋4H＋===S↓＋2I2＋2H2O
ii.I2＋2H2O＋________===________＋________＋2I－
（2）探究i、ii反应速率与SO2歧化反应速率的关系，实验如下：
分别将18mLSO2饱和溶液加入2mL下列试剂中，密闭放置观察现象。
（已知：
I2易溶解在KI溶液中）
序号
A
B
C
D
试剂组成
0.4mol·L－1KI
amol·L－1KI
0．2mol·L－1H2SO4
0.2mol·L－1H2SO4
0.2mol·L－1KI
0．0002molI2
实验现象
溶液变黄，一段时间后出现浑浊
溶液变黄，出现浑浊较A快
无明显现象
溶液由棕褐色很快褪色，变成黄色，出现浑浊较A快
①B是A的对比实验，则a＝________。
②比较A、B、C，可得出的结论是______________________________。
③实验表明，SO2的歧化反应速率D＞A。
结合i、ii反应速率解释原因：
________________________________________________________________________。
解析：
（1）由题意知二氧化硫的歧化反应可由i与ii相加所得，所以由总反应的离子方程式3SO2＋2H2O===4H＋＋2SO＋S↓减去i式得：
2I2＋4H2O＋2SO2===2SO＋8H＋＋4I－，化简得到：
I2＋2H2O＋SO2===SO＋4H＋＋2I－。
（2）①由于B是A的对比实验，所以两组实验中KI的浓度必须相同，即a＝0.4。
②A说明I－能催化二氧化硫发生歧化反应。
C中无明显现象，说明H＋单独存在时不具有催化作用，不能使二氧化硫歧化反应速率加快。
B中溶液变黄，出现浑浊较A快，结合C可知，增强溶液的酸性，可增强I－的催化效果。
③由于I－催化二氧化硫的歧化反应是i与ii两个过程分步进行，所以两个反应中任何一个反应的速率都会影响总反应的速率。
D中直接加入I2，故反应ii可立即发生，而由反应ii产生的H＋可使反应i速率加快，所以D的反应速率比A快。
答案：
（1）SO2 SO 4H＋
（2）①0.4
②I－是SO2歧化反应的催化剂，H＋单独存在时不具有催化作用，但H＋可以加快歧化反应速率
③反应ii比i快；D中由反应ii产生的H＋使反应i加快
【名师点睛】
1．熟练运用公式计算化学反应速率
（1）公式法：
v（B）＝＝。
①浓度变化只适用于气体和溶液中的溶质，不适用于固体和纯液体。
②化学反应速率是某段时间内的平均反应速率，而不是瞬时速率，且计算时取正值。
③对于可逆反应，通常计算的是正、逆反应抵消后的总反应速率，当达到平衡时，总反应速率为零。
（注：
总反应速率也可理解为净速率）
（2）比值法：
同一化学反应，各物质的反应速率之比等于方程式中的化学计量数之比。
对于反应：
mA（g）＋nB（g）===pC（g）＋qD（g）来说，则有＝＝＝。
2．正确理解影响化学反应速率的因素
（1）“惰性气体”对反应速率的影响
①恒容：
充入“惰性气体”总压增大―→参与反应的物质浓度不变（活化分子浓度不变）―→反应速率不变。
②恒压：
充入“惰性气体”体积增大―→参与反应的物质浓度减小（活化分子浓度减小）―→反应速率减小。
（2）纯液体、固体对化学反应速率的影响
在化学反应中，纯液体和固态物质的浓度为常数，故不能用固态物质的浓度变化来表示反应速率，但是固态反应物颗粒的大小是影响反应速率的条件之一，如煤粉由于表面积大，燃烧就比煤块快得多。
（3）外界条件对可逆反应的正、逆反应速率的影响方向是一致的，但影响程度不一定相同。
①当增大反应物浓度时，v正增大，v逆瞬间不变，随后也增大。
②增大压强，v正和v逆都增大，气体分子数减小方向的反应速率变化程度大。
③对于反应前后气体分子数不变的反应，改变压强可以同等程度地改变正、逆反应速率。
④升高温度，v正和v逆都增大，但吸热反应方向的反应速率增大的程度大。
⑤使用催化剂，能同等程度地改变正、逆反应速率。
【变式探究】（2017·高考江苏卷）H2O2分解速率受多种因素影响。
实验测得70℃时不同条件下H2O2浓度随时间的变化如图所示。
下列说法正确的是（ ）
A．图甲表明，其他条件相同时，H2O2浓度越小，其分解速率越快
B．图乙表明，其他条件相同时，溶液pH越小，H2O2分解速率越快
C．图丙表明，少量Mn2＋存在时，溶液碱性越强，H2O2分解速率越快
D．图丙和图丁表明，碱性溶液中，Mn2＋对H2O2分解速率的影响大
解析：
选D。
由图甲可知，起始时H2O2的浓度越小，曲线下降越平缓，说明反应速率越慢，A项错误；OH－的浓度越大，pH越大，即0.1mol·L－1NaOH对应的pH最大，曲线下降最快，即H2O2分解最快，B项错误；由图丙可知，相同时间内，0.1mol·L－1NaOH条件下H2O2分解最快，0mol·L－1NaOH条件下H2O2分解最慢，而1.0mol·L－1NaOH条件下H2O2的分解速率处于中间，C项错误；由图丁可知，Mn2＋越多，H2O2的分解速率越快，说明Mn2＋对H2O2分解速率的影响较大，D项正确。
例2、（2018·高考天津卷）室温下，向圆底烧瓶中加入1molC2H5OH和含1molHBr的氢溴酸，溶液中发生反应：
C2H5OH＋HBr
C2H5Br＋H2O，充分反应后达到平衡。
已知常压下，C2H5Br和C2H5OH的沸点分别为38.4℃和78.5℃。
下列有关叙述错误的是（ ）
A．加入NaOH，可增大乙醇的物质的量
B．增大HBr浓度，有利于生成C2H5Br
C．若反应物均增大至2mol，则两种反应物平衡转化率之比不变
D．若起始温度提高至60℃，可缩短反应达到平衡的时间
解析：
选D。
加入NaOH，c（HBr）减小，平衡向逆反应方向移动，乙醇的物质的量增大，A项正确；增大HBr浓度，平衡向正反应方向移动，有利于生成C2H5Br，B项正确；若反应物按照化学计量数之比加入溶液中，则各物质的平衡转化率相等，故反应物均增大至2mol，两种反应物平衡转化率之比不变，C项正确；若起始温度提高至60℃，生成物C2H5Br为气态，能够从反应体系中逸出，导致反应不断向正反应方向进行，因此不能缩短反应达到平衡的时间，D项错误。
【名师点睛】
1．化学平衡状态的判断
（1）两方法——逆向相等、变量不变
①“逆向相等”：
反应速率必须一个是正反应的速率，一个是逆反应的速率，且经过换算后同一种物质的减少速率和生成速率相等；
②“变量不变”：
如果一个量是随反应进行而改变的，当不变时为平衡状态；一个随反应进行保持不变的量，不能作为是否达到平衡状态的判断依据。
（2）“三关注”
①关注反应条件，是恒温恒容，恒温恒压还是绝热容器；
②关注反应特点，是等体积反应，还是非等体积反应；
③关注特殊情况，是否有固体参加或生成，或固体的分解反应。
2．化学平衡移动的判断方法
（1）依据勒夏特列原理判断
通过比较平衡破坏瞬时的正、逆反应速率的相对大小来判断平衡移动的方向。
①若外界条件改变，引起v正＞v逆，则化学平衡向正反应方向（或向右）移动；
②若外界条件改变，引起v正＜v逆，则化学平衡向逆反应方向（或向左）移动；
③若外界条件改变，虽能引起v正和v逆变化，但变化后新的v正′和v逆′仍保持相等，则化学平衡没有发生移动。
（2）依据浓度商（Q）规则判断
通过比较浓度商（Q）与平衡常数（K）的大小来判断平衡移动的方向。
①若Q＞K，平衡逆向移动；
②若Q＝K，平衡不移动；
③若Q＜K，平衡正向移动。
3．不能用勒夏特列原理解释的问题
（1）若外界条件改变后，无论平衡向正反应方向移动还是向逆反应方向移动都无法减弱外界条件的变化，则平衡不移动。
如对于H2（g）＋Br2（g）2HBr（g），由于反应前后气体的分子总数不变，外界压强增大或减小时，平衡无论正向移动还是逆向移动都不能减弱压强的改变。
所以对于该反应，压强改变，平衡不发生移动。
（2）催化剂能同等程度地改变正、逆反应速率，所以催化剂不会影响化学平衡。
【变式探究】（2017·高考海南卷改编）已知反应CO（g）＋H2O（g）CO2（g）＋H2（g） ΔH＜0。
在一定温度和压强下于密闭容器中，反应达到平衡。
下列叙述正确的是（ ）
A．升高温度，K增大
B．减小压强，n（CO2）增加
C．更换高效催化剂，α（CO）增大
D．充入一定量的氮气，n（H2）不变
解析：
选D。
A项，此反应的正反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，化学平衡常数只受温度的影响，即升高温度，K减小，错误；B项，反应前后气体化学计量数之和相等，因此减小压强，平衡不移动，即n（CO2）不变，错误；C项，催化剂对化学平衡移动无影响，因此CO的转化率不变，错误；D项，恒压下，充入N2，容器的体积增大，组分浓度降低，但化学反应前后气体化学计量数之和不变，因此化学平衡不移动，n（H2）不变，正确。
例3、（2018·高考全国卷Ⅲ）三氯氢硅（SiHCl3）是制备硅烷、多晶硅的重要原料。
对于反应2SiHCl3（g）===SiH2Cl2（g）＋SiCl4（g） ΔH＝＋48kJ·mol－1，采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂，在323K和343K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。
（1）343K时反应的平衡转化率α＝________%。
平衡常数K343K＝________（保留两位小数）。
（2）在343K下：
要提高SiHCl3转化率，可采取的措施是__________________；要缩短反应达到平衡的时间，可采取的措施有______________、________________。
（3）比较a、b处反应速率大小：
va________vb（填“大于”“小于”或“等于”）。
反应速率v＝v正－v逆＝k正x2SiHCl3－k逆xSiH2Cl2xSiCl4，k正、k逆分别为正、逆向反应速率常数，x为物质的量分数，计算a处的＝________（保留1位小数）。
解析：
（1）温度越高，反应越先达到平衡，根据图示，左侧曲线对应的温度为343K，343K时反应的平衡转化率为22%。
设开始时加入SiHCl3的浓度为amol·L－1，根据化学方程式和SiHCl3的平衡转化率知，达平衡时，SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4的浓度分别为0.78amol·L－1、0.11amol·L－1、0.11amol·L－1，化学平衡常数K＝＝0.02。
（2）根据化学平衡移动原理并结合该反应特点，及时分离出生成物可提高反应物的转化率。
缩短反应达到平衡的时间，实质就是提高反应速率，可采用加压的方式或选择更为高效的催化剂。
（3）温度越高，反应速率越大，a点所在曲线对应的温度高于b点所在曲线对应的温度，所以a点反应速率大于b点反应速率。
a点所在曲线达到平衡时，v正＝v逆，即k正x2SiHCl3＝k逆xSiH2Cl2xSiCl4，从题图上可知a点所在曲线平衡时SiHCl3的转化率为22%，设投入SiHCl3ymol，则根据三段式法得
2SiHCl3（g）===SiH2Cl2（g）＋SiCl4（g）
开始/moly00
转化/mol0.22y0.11y0.11y
平衡/mol0.78y0.11y0.11y
代入k正x2SiHCl3＝k逆xSiH2Cl2xSiCl4得，k正0.782＝k逆0.112，＝ ①
在a处SiHCl3的转化率为20%，根据三段式法得
2SiHCl3（g）===SiH2Cl2（g）＋SiCl4（g）
开始/moly00
转化/mol0.2y0.1y0.1y
a处/mol0.8y0.1y0.1y
则＝＝×，将①代入计算得出＝1.3。
答案：
（1）22 0.02
（2）及时移去产物 改进催化剂 提高反应物压强（浓度）
（3）大于 1.3
【名师点睛】
1．化学平衡常数
（1）意义：
化学平衡常数K表示反应进行的程度，K越大，反应进行的程度越大。
K＞105时，可以认为该反应已经进行完全。
K的大小只与温度有关。
（2）化学平衡常数表达式：
对于可逆化学反应mA（g）＋nB（g）
pC（g）＋qD（g）在一定温度下达到化学平衡时，K＝。
另可用压强平衡常数表示：
Kp＝[p（C）为平衡时气体C的分压]。
（3）依据化学方程式计算平衡常数
①同一可逆反应中，K正×K逆＝1；
②同一反应方程式中的化学计量数等倍扩大或缩小n倍，则新平衡常数K′与原平衡常数K间的关系是K′＝Kn或K′＝。
③几个可逆反应方程式相加，得总反应方程式，则总反应的平衡常数等于分步反应平衡常数之积。
2．转化率、产率及分压的计算
（1）反应物转化率＝×100%
（2）产物的产率＝×100%
（3）分压＝总压×物质的量分数
3．常用的气体定律
（1）同温同体积：
＝
（2）同温同压强：
＝＝＝（反应前后气体质量不变时适用）
【变式探究】已知反应①CO（g）＋CuO（s）
CO2（g）＋Cu（s）和反应②H2（g）＋CuO（s）
Cu（s）＋H2O（g）在相同的某温度下的平衡常数分别为K1和K2，该温度下反应③CO（g）＋H2O（g）
CO2（g）＋H2（g）的平衡常数为K。
则下列说法正确的是（ ）
A．反应①的平衡常数K1＝
B．反应③的平衡常数K＝
C．对于反应③，恒容时，温度升高，H2浓度减小，则该反应的焓变为正值
D．对于反应③，恒温恒容下，增大压强，H2浓度一定减小
解析：
选B。
在书写平衡常数表达式时，纯固体不能表示在平衡常数表达式中，A错误；由于反应③＝反应①－反应②，因此平衡常数K＝，B正确；反应③中，温度升高，H2浓度减小，则平衡左移，即逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，因此ΔH<0，C错误；对于反应③，在恒温恒容下，增大压强，如充入惰性气体，则平衡不移动，H2的浓度不变，D错误。
例4、（2018·高考全国卷Ⅱ）CH4 CO2催化重整不仅可以得到合成气（CO和H2），还对温室气体的减排具有重要意义。
回答下列问题：
（1）CH4 CO2催化重整反应为CH4（g）＋CO2（g）===2CO（g）＋2H2（g） ΔH＝＋247kJ·mol－1
有利于提高CH4平衡转化率的条件是________（填标号）。
A．高温低压 B．低温高压
C．高温高压D．低温低压
某温度下，在体积为2L的容器中加入2molCH4、1molCO2以及催化剂进行重整反应，达到平衡时CO2的转化率是50%，其平衡常数为________。
（2）反应中催化剂活性会因积碳反应而降低，同时存在的消碳反应则使积碳量减少。
相关数据如下表：
积碳反应
CH4（g）===C（s）＋2H2（g）
消碳反应
CO2（g）＋C（s）===2CO（g）
ΔH/（kJ·mol－1）
75
172
活化能/
（kJ·mol－1）
催化剂X
33
91
催化剂Y
43
72
①由上表判断，催化剂X________Y（填“优于”或“劣于”），理由是___________。
在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下，某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如图1所示。
升高温度时，下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数（K）和速率（v）的叙述正确的是________（填标号）。
A．K积、K消均增加
B．v积减小、v消增加
C．K积减小、K消增加
D．v消增加的倍数比v积增加的倍数大
图1
②在一定温度下，测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为v＝k·p（CH4）·[p（CO2）]－0.5（k为速率常数）。
在p（CH4）一定时，不同p（CO2）下积碳量随时间的变化趋势如图2所示，则pa（CO2）、pb（CO2）、pc（CO2）从大到小的顺序为________。
图2
解析：
（1）由于该反应为吸热且气体体积增大的反应，要提高CH4的平衡转化率，需在高温低压下进行。
根据平衡时消耗的CO2为1mol×50%＝0.5mol，则消耗的CH4为0.5mol，生成的CO和H2均为1mol，根据三段式法可知平衡时CH4、CO2、CO和H2的平衡浓度分别为0.75mol·L－1、0.25mol·L－1、0.5mol·L－1、0.5mol·L－1，则平衡常数K＝＝。
（2）①从表格中数据可看出相对于催化剂X，用催化剂Y催化时积碳反应的活化能大，则积碳反应的反应速率小，而消碳反应活化能相对小，则消碳反应的反应速率大，再根据题干信息“反应中催化剂活性会因积碳反应而降低”可知催化剂X劣于催化剂Y。
结合图示可知500～600℃随温度升高积碳量增加，而600～700℃随温度升高积碳量减少，故随温度升高，K积和K消均增加，且消碳反应速率增加的倍数比积碳反应的大，故A、D正确。
②由该图像可知在反应时间和p（CH4）相同时，图像中速率关系va>vb>vc，结合沉积碳的生成速率方程v＝k·p（CH4）·[p（CO2）]－0.5，在p（CH4）相同时，随着p（CO2）增大，反应速率逐渐减慢，即可判断：
pc（CO2）>pb（CO2）>pa（CO2）。
答案：
（1）A
（2）①劣于 相对于催化剂X，催化剂Y积碳反应的活化能大，积碳反应的速率小；而消碳反应活化能相对小，消碳反应速率大 AD
②pc（CO2）、pb（CO2）、pa（CO2）
【名师点睛】
1．速率－时间图像
反应mA（g）＋nB（g）
pC（g）＋qD（g），m＋n>p＋q，且ΔH>0
（1）t1时增大反应物的浓度，正反应速率瞬间增大，然后逐渐减小，而逆反应速率逐渐增大；
（2）t2时升高温度，正反应和逆反应速率均增大，吸热反应的反应速率增大得快；
（3）t3时减小压强，容器容积增大，浓度变小，正反应速率和逆反应速率均减小，气体体积减小的反应的反应速率减小得多；
（4）t4时使用催化剂，正反应速率和逆反应速率均瞬间增大但仍相等。
2.转化率（或含量）－时间图像
反应mA（g）＋nB（g）
pC（g）＋qD（g），m＋n>p＋q，且ΔH>0
（1）图甲表示压强对反应物转化率的影响，对于气体反应物化学计量数之和大于气体生成物化学计量数之和的反应，压强越大，反应物的转化率越大；
（2）图乙表示温度对反应物转化率的影响，对于吸热反应，温度越高，反应物的转化率越大；
（3）图丙表示催化剂对反应物转化率的影响，催化剂只能改变化学反应速率，不能改变反应物的转化率。
3．恒压（温）线
反应mA（g）＋nB（g）
pC（g）＋qD（g），m＋n>p＋q，且ΔH>0
分析时可沿横轴作一条平行于纵轴的虚线，即为等压线或等温线，然后分析另一条件变化对该反应的影响。
4．特殊类型图像
（1）对于化学反应mA（g）＋nB（g）
pC（g）＋qD（g），M点前，表示从反应物开始，v正＞v逆；M点为刚达到平衡点（如下图）；M点后为平衡受温度的影响情况，即升温，A的百分含量增加或C的百分含量减少，平衡左移，故正反应ΔH＜0。
（2）
对于化学反应mA（g）＋nB（g）
pC（g）＋qD（g），L线上所有的点都是平衡点（如图）。
L线的左上方（E点），A的百分含量大于此压强时平衡体系的A的百分含量，所以E点v正＞v逆；则L线的右下方（F点），v正＜v逆。
【变式探究】在10L恒容密闭容器中充入X（g）和Y（g），发生反应X（g）＋Y（g）
M（g）＋N（g），所得实验数据如下表：
实验编号
温度/℃
起始时物质的量/mol
平衡时物质的量/mol
n（X）
n（Y）
n（M）
①
700
0.40
0.10
0.090
②
800
0.10
0.40
0.080
③
800
0.20
0.30
a
④
900
0.10
0.15
b
下列说法正确的是（ ）
A．实验①中，若5min时测得n（M）＝0.050mol，则0～5min时间内，用N表示的平均反应速率v（N）＝1.0×10－2mol·L－1·min－1
B．实验②中，该反应的平衡常数K＝2.0
C．实验③中，达到平衡时，X的转化率为60%
D．实验④中，达到平衡时，b>0.060
解析：
选C。
A项，根据方程式可知在5min内反应生成的n（N）等于生成的n（M），则v（N）＝＝1.0×10－3mol·L－1·min－1，该项错误；B项，根据表格中数据可知平衡时c（X）＝0.002mol·L－1、c（Y）＝0.032mol·L－1、c（N）＝c（M）＝0.008mol·L－1，则平衡常数K＝＝＝1.0，该项错误；C项，因该反应在800℃时平衡常数为1.0，设反应中转化的X的物质的量为xmol，则有（0.20－x）×（0.30－x）＝x·x，故x＝0.12，X的转化率为×100%＝60%，该项正确；假设在900℃时，该反应的平衡常数也为1.0，根据实验④中的数据可知b＝0.060，由①中数据可知在700℃时平衡常数约为2.6，结合800℃时平衡常数为1.0可知，温度越高，该反应的平衡常数越小，平衡逆向移动，故b<0.060，该项错误。
【黄金押题】
1．中国首条“生态马路”在上海复兴路隧道建成，它运用了“光触媒”技术，在路面涂上一种光催化剂涂料，可将汽车尾气中45%的NO和CO转化成N2和CO2。
下列对此反应的叙述中正确的是（ ）
A．使用光催化剂不改变反应速率
B．使用光催化剂能增大NO的转化率
C．升高温度能加快反应速率
D．改变压强对反应速率无影响
解析：
选C。
使用催化剂可以加快反应速率，但不能改变反应物的平衡转化率，故A、B两项错误；该反应有气体参与，改变压强可影响化学反应速率，故D项错误。
2．反应A（g）＋3B（g）
2C（g）＋2D（g）在四种不同情况下的反应速率如下，其中表示反应速率最快的是（ ）
A．v（A）＝0.15mol·L－1·min－1
B．v（B）＝0.01mol·L－1·s－1
C．v（C）＝0.40mol·L－1·min－1
D．v（D）＝0.45mol·L－1·min－1
解析：
选D。
如果都用物质B表示反应速率，则根据反应速率之比等于化学计量数之比可知选项A～D分别是（mol·L－1·min－1）0.45、0.6、0.6、0.675，即选项D中反应速率最快。
3．在一定温度下，氧化铁可以与一氧化碳发生下列反应：
Fe2O3（s）＋3CO（g）
2Fe（s）＋3CO2（g），下列选项不能说明该反应已达到平衡状态
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