化学化学化学反应的速率与限度的专项培优练习题含答案附答案.docx
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化学化学化学反应的速率与限度的专项培优练习题含答案附答案
【化学】化学化学反应的速率与限度的专项培优练习题（含答案）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．超音速飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层。
科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2，化学方程式：
2NO+2CO
2CO2+N2，为了测定在某种催化剂作用下的反应速率，在某温度下用气体传感器测得不同时间的NO和CO浓度如表：
时间/s
0
1
2
3
4
5
c（NO）
/mol·L-1
1.00×10-3
4.50×10-4
2.50×10-4
1.50×10-4
1.00×10-4
1.00×10-4
c（CO）
/mol·L-1
3.60×10-3
3.05×10-3
2.85×10-3
2.75×10-3
2.70×10-3
2.70×10-3
请回答下列问题（均不考虑温度变化对催化剂催化效率的影响）：
（1）若1molNO和1molCO的总能量比1molCO2和0.5molN2的总能量大，则上述反应的
___0（填写“>”、“<”、“=”）。
（2）前2s内的平均反应速率v（N2）=_____________。
（3）计算4s时NO的转化率为____________。
（4）下列措施能提高NO和CO转变成CO2和N2的反应速率的是______（填序号）。
A．选用更有效的催化剂B．升高反应体系的温度
C．降低反应体系的温度D．缩小容器的体积
（5）由上表数据可知，该反应在第______s达到化学平衡状态。
假如上述反应在密闭恒容容器中进行，判断该反应是否达到平衡的依据为________（填序号）。
A．压强不随时间改变B．气体的密度不随时间改变
C．c（NO）不随时间改变D．单位时间里消耗NO和CO的物质的量相等
（6）研究表明：
在使用等质量催化剂时，增大催化剂比表面积可提高化学反应速率。
为了分别验证温度、催化剂比表面积对化学反应速率的影响规律，某同学设计了三组实验，部分实验条件已经填在下面实验设计表中。
实验编号
T/℃
NO初始浓度/mol·L-1
CO初始浓度/mol·L-1
催化剂的比表面积/m2·g-1
Ⅰ
280
1.20×10-3
82
Ⅱ
5.80×10-3
124
Ⅲ
350
124
①请在上表格中填入剩余的实验条件数据_____、_____、______、______、______。
②请在给出的坐标图中，画出上表中的Ⅰ、Ⅱ两个实验条件下混合气体中NO浓度随时间变化的趋势曲线图，并标明各条曲线的实验编号________。
【答案】<1.875
10-4mol·L-1·s-190%ABD4AC5.80
10-32801.20
10-31.20
10-35.80
10-3
【解析】
【分析】
反应热的正负可根据反应物和生成物的总能量的大小比较；能提高反应速率的因素主要有增大浓度、使用催化剂、升高温度、增大表面积、构成原电池等，压强能否改变反应速率要看是否改变了浓度；反应是否达到平衡可以从速率（正逆反应速率是否相等）、量（是否保持不变）、压强、气体平均密度，气体平均摩尔质量、颜色等方面判断；验证多个因素对化学反应速率的影响规律，要控制变量做对比实验，每组对比实验只能有一个变量。
【详解】
（1）反应物比生成物的总能量大，说明是放热反应，
<0；
（2）V（N2）=0.5V（NO）=
=1.875
10-4mol·L-1·s-1。
（3）NO的转化率等于反应掉的NO除以原有总的NO，可列式
=90%。
（4）催化剂可以加快反应速率，A正确；温度越高，反应速率越快，B正确，C错误；缩小容器体积，会增大各组分的浓度，浓度越高，反应速率越快，D正确。
故答案选ABD；
（5）由表中数据可知，第4s后，反应物的浓度不再变化，达到平衡；
A．恒温恒压下，压强不变意味着气体的总物质的量不变，而该反应两边的气体计量数之和不同，气体的总物质的量不变说明达到平衡，A正确；
B．气体的密度等于气体的质量除以体积，因为所有组分都是气体，气体的质量不变，因为恒容容器，所以气体不变，所以气体的密度永远不变，与平衡没有关系，B错误；
C.c（NO）不变，意味着达到平衡，C正确；
D．因为NO和CO的化学计量数之比为1:
1，且都是反应物，所以单位时间里消耗NO和CO的物质的量一定相等，不能说明达到平衡，D错误；
故答案：
4；AC；
（6）①验证多个因素对化学反应速率的影响规律，要控制变量做对比实验。
I和II因为催化剂的比表面积不同，所以其他条件应该是一样的，研究的是催化剂比表面积对化学反应速率的影响规律；II和III因为温度不一样，所以其他条件应该是一样的，研究的是温度对化学反应速率的影响规律；
故答案是：
5.80
10-3，280，1.20
10-3，1.20
10-3，5.80
10-3；
②I和II的区别是催化剂的比表面积，催化剂加快反应速率，所以II更快的达到平衡，但催化剂不影响平衡，所以I和II平衡时NO的浓度一样，c（NO）变化曲线如图：
。
【点睛】
验证多个因素对某物质或某性质的影响规律，要控制变量做对比实验，每组对比实验只能有一个变量。
2．二氧化氮在火箭燃料中可用作氧化剂，在亚硝基法生严流酸甲可用作催化剂，但直接将二氧化氮排放会造成环境污染。
已知反应CH4（g）+2NO2（g）
N2（g）+CO2（g）+2H2O（g），起始时向体积为V的恒容密闭容器中通人2molCH4和3molNO2，测得CH4.、N2、H2O的物质的量浓度与时间的关系如图所示。
（1）容器体积V=_______L。
（2）图中表示H2O的物质的量浓度与时间关系的是曲线___________.（填“甲”“乙"或"丙"）。
（3）0~5min内，用N2表示的化学反应速率为____________________mol·L-1·min-1。
（4）a、b、c三点中达到平衡的点是______。
达到平衡时，NO2的转化率是___________（物质平衡转化=转化的物质的量/起始的物质的量×100%）。
（5）a点时，c（CO2）=__________mol·L-1（保留两位小数），n（CH4）:
n（NO2）=_________________。
【答案】2甲0.1c80%或0.80.334:
5
【解析】
【分析】
依据图像，根据反应物、生成物反应前后物质的量变化之比等于物质的量之比确定甲、乙、丙三条曲线分别代表CH4.、N2、H2O中的哪种物质；依据单位时间内浓度的变化，计算出0~5min内，用N2表示的化学反应速率；达到平衡时的判断依据。
【详解】
（1）起始时向体积为V的恒容密闭容器中通人2molCH4和3molNO2，测得CH4.、N2、H2O的物质的量浓度与时间的关系如图所示，CH4是反应物，即起始时的物质的量浓度为1.0mol·L-1，依据c=
，得V=
=
=2L；
（2）由
（1）可知，丙代表CH4，从开始到平衡时，甲代表的物质的物质的量浓度增加量：
1.2mol·L-1，乙代表的物质的物质的量浓度增加量：
0.6mol·L-1，故从开始到平衡时，甲代表的物质的物质的量浓度增加量：
1.2mol·L-1×2L=2.4mol；故从开始到平衡时，乙代表的物质的物质的量浓度增加量：
0.6mol·L-1×2L=1.2mol，根据反应物、生成物反应前后物质的量变化之比等于物质的量之比，故甲代表H2O的物质的量浓度与时间关系，乙代表N2的物质的量浓度与时间关系；
（3）乙代表N2的物质的量浓度与时间关系，0~5min内，N2的物质的量浓度变化量为：
0.5mol·L-1-0=0.5mol·L-1，v（N2）=
=0.1mol·L-1·min-1；
（4）当达到平衡时反应物、生成物的浓度不再随着时间的变化而变化，故a、b、c三点中达到平衡的点是c；达到平衡时，c（N2）=0.6mol·L-1，即从开始平衡，N2的物质的量增加了：
0.6mol·L-1×2L=1.2mol，CH4（g）+2NO2（g）
N2（g）+CO2（g）+2H2O（g），依据方程式中反应物、生成物的物质的量的变化量之比等于化学计量数之比，即从开始到平衡，NO2的物质的量变化量为：
1.2mol×2=2.4mol，故达到平衡时，NO2的转化率是
=80%；
（5）设a点时的浓度为xmol·L-1，CH4（g）+2NO2（g）
N2（g）+CO2（g）+2H2O（g），依据方程式中反应物、生成物的物质的量的变化量之比等于化学计量数之比，（1.0-x）：
x=1:
2，x=0.67，
=0.67mol·L-1×2L=1.34mol，
=1:
2:
1:
1:
2，a点时，
=0.67mol，c（CO2）=
=0.33mol·L-1；
=0.67mol，
=1.34mol，故a点时，n（CH4）:
n（NO2）=（2mol-0.67mol）：
（3mol-1.34mol）=4:
5。
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．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。
5．已知：
N2O4（g）
2NO2（g）ΔH=＋52．70kJ·mol-1
（1）在恒温、恒容的密闭容器中，进行上述反应时，下列描述中，能说明该反应已达到平衡的是___。
A．v正（N2O4）=2v逆（NO2）
B．容器中气体的平均相对分子质量不随时间而变化
C．容器中气体的密度不随时间而变化
D．容器中气体的分子总数不随时间而变化
（2）t℃恒温下，在固定容积为2L的密闭容器中充入0．054molN2O4，30秒后达到平衡，测得容器中含n（NO2）=0．06mol，则t℃时反应N2O4（g）
2NO2（g）的平衡常数K=___。
若向容器内继续通入少量N2O4，则平衡___移动（填“向正反应方向”、“向逆反应方向”或“不”），再次达到平衡后NO2的体积分数__原平衡时NO2的体积分数（填“大于”、“小于”或“等于”）。
（3）取五等份NO2，分别加入到温度不同、容积相同的恒容密闭容器中，发生反应：
2NO2（g）
N2O4（g）。
反应相同时间后，分别测定体系中NO2的百分含量（NO2%），并作出其百分含量随反应温度（T）变化的关系图。
下列示意图中，可能与实验结果相符的是___。
【答案】BD0．075mol·L-1向正反应方向小于BD
【解析】
【分析】
（1）根据平衡标志判断；
（2）K=
；增大反应物的浓度平衡正向移动；
（3）该反应是体积减小的、放热的可逆反应，所以反应达到平衡后，升高温度，平衡向逆反应方向移动，NO2的含量增大；
【详解】
（1）A．反应达到平衡状态，正逆反应速率比等于系数比，所以2v正（N2O4）=v逆（NO2）时，反应不平衡，故不选A；
B．反应前后气体物质的量不同，根据
，平均相对分子质量是变量，若容器中气体的平均相对分子质量不随时间而变化，反应一定达到平衡状态，故选B；
C．根据
，反应在恒容的密闭容器中进行，密度是恒量，容器中气体的密度不随时间而变化，反应不一定达到平衡状态，故不选C；
D．反应前后气体物质的量不同，分子数是变量，容器中气体的分子总数不随时间而变化，一定达到平衡状态，故选D。
答案选BD。
（2）
K=
=0．075mol·L-1；增大反应物的浓度平衡正向移动，若向容器内继续通入少量N2O4，则平衡向正反应方向移动；再次达到平衡，相当于加压，N2O4转化率减小，NO2的体积分数小于原平衡时NO2的体积分数；
（3）A．该反应放热，升高温度，平衡向逆反应方向移动，NO2的含量增大，故A错误；
B．若5个容器在反应相同时间下，均已达到平衡，因为该反应是放热反应，温度越高，平衡向逆反应方向移动，NO2的百分含量随温度升高而升高，故B正确；
C．该反应放热，升高温度，平衡向逆反应方向移动，NO2的含量增大，故C错误；
D．若5个容器中有未达到平衡状态的，那么温度越高，反应速率越大，会出现温度高的NO2转化得快，导致NO2的百分含量少的情况，在D图中
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