07专题七 化学反应速率与化学平衡docx.docx

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07专题七化学反应速率与化学平衡docx

限时：

40分钟

一、选择题

1．（2019北京石景山区一模，12）资料显示：

自催化作用是指反应产物之一使该反应速率加快的作用。

用稀硫酸酸化的KMnO4进行下列三组实验，一段时间后溶液均褪色（0.01mol·L－1可以记作0.01M）。

实验①

实验②

实验③

1mL0.01M的KMnO4溶液和1mL0.1M的H2C2O4溶液混合

1mL0.01M的KMnO4溶液和1mL0.1M的H2C2O4溶液混合

1mL0.01M的KMnO4溶液和1mL0.1M的H2C2O4溶液混合

褪色

比实验①褪色快

比实验①褪色快

下列说法不正确的是（　　）

A．实验①中发生氧化还原反应，H2C2O4是还原剂，产物MnSO4能起自催化作用

B．实验②褪色比①快，是因为MnSO4的催化作用加快了反应速率

C．实验③褪色比①快，是因为Cl－的催化作用加快了反应速率

D．若用1mL0.2M的H2C2O4做实验①，推测比实验①褪色快

1．C　KMnO4具有强氧化性，H2C2O4具有还原性，二者发生氧化还原反应，H2C2O4被氧化生成CO2，MnO

则被还原生成Mn2＋，溶液褪色；对比实验①和②，其他条件相同，实验②中加入MnSO4，溶液褪色更快，说明MnSO4对反应起催化作用，A、B项正确；实验③中加入稀盐酸，Cl－可被MnO

氧化生成Cl2，从而加快了溶液的褪色速率，Cl－并非作催化剂，C项错误；其他条件不变，用1mL0.2M的H2C2O4做实验①，增大反应物浓度，反应速率加快，推测比实验①褪色快，D项正确。

2．（2019北京大兴区一模，11）HI在一定条件下可发生反应2HI（g）⇄H2（g）＋I2（g）　ΔH，在2L恒容密闭容器中，充入一定量的HI（g），反应物的物质的量（n）随时间（t）变化的数据如下：

根据表中数据，下列说法正确的是（　　）

A．实验1中，反应在0至10min内，v（HI）＝0.02mol·L－1·min－1

B．800℃时，该反应的平衡常数K＝0.25

C．根据实验1和实验2可说明：

反应物浓度越大，反应速率越快

D．ΔH＜0

2．B　容器容积为2L，在0至10min内，HI的物质的量减少0.20mol，则有v（HI）＝

＝0.01mol·L－1·min－1，A项错误；实验1在800℃下进行，达到平衡时n（HI）＝0.50mol，按“三段式法”计算：

　　　　　　　　　2HI（g）⇄H2（g）＋I2（g）

起始浓度/（mol·L－1）0.50　0　0

转化浓度/（mol·L－1）0.250.1250.125

平衡浓度/（mol·L－1）0.250.1250.125

则800℃时，该反应的平衡常数K＝

＝

＝0.25，B项正确；实验1和实验2达到平衡时n（HI）均为0.50mol，反应温度均为800℃，则起始n（HI）相同，a＝1.0，实验2反应速率比实验1快，与反应物浓度无关，可能是加入了催化剂等，C项错误；对比实验1和实验3，温度升高，反应达到平衡时n（HI）减小，则反应正向进行的程度增大，则有ΔH＞0，D项错误。

3．（2019北京西城区一模，11）在不同条件下进行化学反应2A（g）⇄B（g）＋D（g），B、D起始浓度均为0，反应物A的浓度（mol·L－1）随反应时间的变化情况如下表：

下列说法不正确的是（　　）

A．①中B在0～20min平均反应速率为8.25×10－3mol·L－1·min－1

B．②中K＝0.25，可能使用了催化剂

C．③中y＝1.4mol·L－1

D．比较①④可知，该反应为吸热反应

3．C　①中在0～20minΔc（A）＝0.33mol·L－1，则有v（A）＝

＝0.0165mol·L－1·min－1，根据化学反应速率与化学计量数的关系可得v（B）＝

v（A）＝

×0.0165mol·L－1·min－1＝8.25×10－3mol·L－1·min－1，A项正确。

①中平衡时c（A）＝0.50mol·L－1，平衡常数为K＝

＝

＝0.25；②中K＝0.25，与①平衡状态相同，但②达到平衡的时间短，反应速率快，则②可能使用了催化剂，B项正确。

③中温度仍为800℃，平衡常数K＝0.25，则有K＝

＝0.25，解得y＝1.2，C项错误。

①和④起始c（A）相同，④的温度高于①，达到平衡时，④中A的转化率高，说明升高温度，平衡正向移动，则该反应为吸热反应，D项正确。

4．（2019北京朝阳区二模，10）乙烯气相直接水合反应制备乙醇：

C2H4（g）＋H2O（g）⇄C2H5OH（g）。

乙烯的平衡转化率随温度、压强的变化关系如图[起始时，n（H2O）＝n（C2H4）＝1mol，容器容积为1L]。

下列分析不正确的是（　　）

A．乙烯气相直接水合反应的ΔH＜0

B．图中压强的大小关系为p1＞p2＞p3

C．图中a点对应的平衡常数K＝

D．达到平衡状态a、b所需要的时间：

a＞b

4．B　压强不变时，升高温度，乙烯平衡转化率降低，说明平衡逆向移动，正反应为放热反应，则ΔH＜0，A项正确；相同温度下，增大压强，平衡正向移动，乙烯平衡转化率增大，根据题图知，相同温度下不同压强下的转化率：

p1＜p2＜p3，则压强p1＜p2＜p3，B项错误；a点乙烯平衡转化率为20%，则消耗的n（C2H4）＝1mol×20%＝0.2mol，按“三段式法”进行计算：

　　　　　　　C2H4（g）＋H2O（g）⇄C2H5OH（g）

开始/（mol·L－1）　1　1　0

转化/（mol·L－1）　0.2　0.2　0.2

平衡/（mol·L－1）　0.8　0.8　0.2

则化学平衡常数K＝

＝

＝

，C项正确；温度越高，压强越大，化学反应速率越快，反应达到平衡时间越短，温度、压强均存在：

a＜b，则反应速率a＜b，所以达到平衡状态a、b所需要的时间：

a＞b，D项正确。

5．（2019北京顺义区二模，11）研究表明，在催化剂a（或催化剂b）存在下，CO2和H2能同时发生两个平行反应，反应的热化学方程式如下：

①CO2（g）＋3H2（g）⇄CH3OH（g）＋H2O（g）ΔH1＝－53.7kJ·mol－1

②CO2（g）＋H2（g）⇄CO（g）＋H2O（g）ΔH2＝＋41.2kJ·mol－1

某实验小组控制CO2和H2初始投料比为1∶2.2。

在相同压强下，经过相同反应时间测得的实验数据如下：

实验编号

T/K

催化剂

CO2转化率/%

甲醇选择性/%

1

543

催化剂a

12.3

42.3

2

543

催化剂b

10.9

72.7

3

553

催化剂a

15.3

39.1

4

553

催化剂b

12.0

71.6

【备注】甲醇选择性：

转化的CO2中生成甲醇的百分比。

下列说法不正确的是（　　）

A．相同温度下，在该时刻催化剂b对CO2转化成CH3OH有较高的选择性

B．其他条件不变，升高温度反应①中CO2转化为CH3OH平衡转化率增大

C．其他条件不变，增大反应体系压强，反应②中平衡常数不变

D．反应①在无催化剂、有催化剂a和有催化剂b三种情况下能量示意图如下：

5．B　对比实验1和2、实验3和4，相同温度下，使用催化剂b时，对CO2转化成CH3OH有较高的选择性，A项正确；对比实验1和3、实验2和4，使用相同催化剂时，升高温度，CO2转化为CH3OH平衡转化率减小，B项错误；平衡常数K只与温度有关，故其他条件不变，增大反应体系压强，反应②中平衡常数不变，C项正确；反应①使用催化剂能降低反应的活化能，相同温度时，催化剂b对CO2转化成CH3OH的选择性强于催化剂a，说明催化剂b存在时，反应的活化能更低，D项正确。

二、非选择题

6．（2019广东深圳第二次调研，28）利用二甲醚（CH3OCH3）重整制取H2，具有无毒、无刺激性等优点。

回答下列问题：

（1）CH3OCH3和O2发生反应Ⅰ：

CH3OCH3（g）＋

O2（g）===2CO（g）＋3H2（g）　ΔH

已知：

CH3OCH3（g）⇄CO（g）＋H2（g）＋CH4（g）　ΔH1

CH4（g）＋

O2（g）===CO（g）＋2H2O（g）　ΔH2

H2（g）＋

O2（g）===H2O（g）　ΔH3

①则反应Ⅰ的ΔH＝__________________（用含ΔH1、ΔH2、ΔH3的代数式表示）。

②保持温度和压强不变，分别按不同进料比通入CH3OCH3和O2，发生反应Ⅰ。

测得平衡时H2的体积百分含量与进料气中

的关系如图（a）所示。

当

＞0.6时，H2的体积百分含量快速降低，其主要原因是________（填字母）。

A．过量的O2起稀释作用

B．过量的O2与H2发生副反应生成H2O

C.

＞0.6平衡向逆反应方向移动

（2）T℃时，在恒容密闭容器中通入CH3OCH3，发生反应Ⅱ：

CH3OCH3（g）⇄CO（g）＋H2（g）＋CH4（g），测得容器内初始压强为41.6kPa，反应过程中反应速率v（CH3OCH3）、时间t与CH3OCH3分压p（CH3OCH3）的关系如图（b）所示。

①t＝400s时，CH3OCH3的转化率α＝__________（保留2位有效数字）；反应速率满足v（CH3OCH3）＝kpn（CH3OCH3），k＝______________s－1；400s时v（CH3OCH3）＝______________kPa·s－1。

②达到平衡时，测得体系的总压强p总＝121.6kPa，则该反应的平衡常数Kp＝____________kPa2（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数）。

③该温度下，要缩短达到平衡所需的时间，除改进催化剂外，还可采取的措施是____________________，其理由是________________________________________________。

6．

（1）①ΔH1＋ΔH2－2ΔH3　②B

（2）①16%（或0.16）　4.4×10－4（或0.00044）　1.65×10－2（或0.0165）　②4×104（或40000）　③增大反应物的压强　提高反应物的压强，化学反应速率加快（合理即可）

【解析】

（1）①将题给三个热化学方程式依次编号为ⅰ、ⅱ、ⅲ，根据盖斯定律，由ⅰ＋ⅱ－ⅲ×2可得：

CH3OCH3（g）＋

O2（g）===2CO（g）＋3H2（g），则有ΔH＝ΔH1＋ΔH2－2ΔH3。

②反应Ⅰ是CH3OCH3（g）＋

O2（g）⇄2CO（g）＋3H2（g），由信息可知，过量的O2与H2发生副反应生成H2O，使H2的体积百分含量快速降低，A、C选项不能说明H2的体积百分含量快速降低，故选B。

（2）①设起始时CH3OCH3的物质的量为1mol，400s时CH3OCH3的转化率为α，则有

　　　　　　CH3OCH3（g）⇄CO（g）＋H2（g）＋CH4（g）

起始量/mol　1　0　0　0

转化量/mol　α　α　α　α

400s时量/mol1－α　α　　α　α

400s时CH3OCH3气体的物质的量为（1－α）mol。

由题图可知，400s时CH3OCH3气体的压强为35.0kPa。

根据恒温恒容下，气体的压强之比等于其物质的量之比，则有

＝

，解得α＝0.16＝16%。

由题图像可知，当p（CH3OCH3）＝10.0kPa时，v（CH3OCH3）＝4.4×10－3kPa·s－1；根据反应速率方程：

v（CH3OCH3）＝kpn（CH3OCH3），n＝1，则k＝4.4×10－4s－1；由题图像可知，400s时p（CH3OCH3）＝35.0kPa，则v（CH3OCH3）＝

＝1.65×10－2kPa·s－1。

②设起始时CH3OCH3的物质的量为1mol，CH3OCH3的平衡转化率为α1，则有

　　　　　CH3OCH3（g）⇄CO（g）＋H2（g）＋CH4（g）

起始量/mol　1　0　0　0

转化量/mol　α1　α1　α1　α1

平衡量/mol1－α1　α1　α1　α1

平衡时气体总物质的量为（2α1＋1）mol。

达到平衡时，体系的总压强为121.6kPa。

根据恒温恒容下，气体的压强之比等于其物质的量之比，则有

＝

，解得α1＝96.15%。

根据“气体的分压＝总压×物质的量分数”可知，达到平衡时CH3OCH3（g）、CO（g）、H2（g）、CH4（g）分压分别为1.6kPa、40kPa、40kPa、40kPa，故该反应的平衡常数Kp＝

＝4×104kPa2。

③除使用催化剂外，提高反应物的压强，可加快化学反应速率。

7．（2019陕西咸阳一模，28）以氧化铝为原料，通过碳热还原法可合成氮化铝（AlN），通过电解法可制取铝。

电解铝时阳极产生的CO2，可通过二氧化碳甲醇化再利用。

请回答：

（1）已知：

2Al2O3（s）===4Al（g）＋3O2（g）ΔH1＝＋3351kJ·mol－1

2C（s）＋O2（g）===2CO（g）　ΔH2＝－221kJ·mol－1

2Al（g）＋N2（g）===2AlN（s）ΔH3＝－318kJ·mol－1

则碳热还原Al2O3合成氮化铝的总热化学方程式为______________________________。

（2）在常压，Ru/TiO2催化下，CO2和H2混合气体（体积比1∶4，总物质的量amol）进行反应，测得CO2的转化率、CH4和CO的选择性随温度的变化情况分别如图甲和图乙所示（选择性：

转化的CO2中生成CH4或CO的百分比）。

反应Ⅰ：

CO2（g）＋4H2（g）⇄CH4（g）＋2H2O（g）ΔH1

反应Ⅱ：

CO2（g）＋H2（g）⇄CO（g）＋H2O（g）　ΔH2

①下列说法不正确的是________（填字母）。

A．ΔH1小于0

B．温度可影响产物的选择性

C．CO2的平衡转化率随温度升高先增大后减小

D．其他条件不变，将CO2和H2初始体积比改变为1∶3，可提高CO2的平衡转化率

②350℃时，反应Ⅰ在t1时刻达到平衡，平衡时容器的容积为VL，则该温度下反应Ⅰ的平衡常数K＝____________（用含a、V的代数式表示）。

③350℃时，CH4的物质的量随时间的变化曲线如图丙所示。

画出400℃时，0～t1时间段内，CH4的物质的量随时间的变化曲线。

（3）CO2和H2在一定条件下发生反应CO2（g）＋3H2（g）⇄CH3OH（g）＋H2O（g），平衡常数K＝

。

在容积为2L的密闭容器中，充入2molCO2和6molH2，恒温恒容时达到平衡状态。

相同条件下，在另一个2L的密闭容器中充入amolCO2、bmolH2、cmolCH3OH和dmolH2O（g），要使两容器达到相同的平衡状态，且起始时反应逆向进行，则d的取值范围为____________。

（4）研究表明，CO2可以在硫酸溶液中用惰性电极电解生成甲醇，生成甲醇的电极反应式为____________________________。

7．

（1）N2（g）＋3C（s）＋Al2O3（s）===2AlN（s）＋3CO（g）　ΔH＝＋1026kJ·mol－1（合理即可）

（2）①CD　②

　③

（3）1＜d＜2　（4）CO2＋6H＋＋6e－===CH3OH＋H2O

【解析】

（1）将题给三个热化学方程式依次编号为①②③，根据盖斯定律，由①×

＋②×

＋③可得：

N2（g）＋3C（s）＋Al2O3（s）===2AlN（s）＋3CO（g），则该反应的ΔH＝

ΔH1＋

ΔH2＋ΔH3＝（＋3351kJ·mol－1）×

＋（－221kJ·mol－1）×

＋（－318kJ·mol－1）＝＋1026kJ·mol－1。

（2）①由题图可知，350℃时CO2的转化率达到最大值，此时达到平衡状态，此后升高温度，CO2的转化率降低，说明升高温度，平衡逆向移动，则有ΔH1＜0，A正确。

由选择性—温度图像可知，温度高于400℃后，升高温度，CH4的选择性减小，CO的选择性增大，说明温度影响产物的选择性，B正确。

由于ΔH1＜0，升高温度，平衡逆向移动，CO2的转化率降低，C错误。

其他条件不变，将CO2和H2的初始体积比由1∶4变为1∶3，降低了起始混合气体中H2的体积分数，CO2的平衡转化率降低，D错误。

②起始充入0.2amolCO2和0.8amolH2，在350℃时，反应Ⅰ在t1时刻达到平衡，此时α（CO2）＝80%，即反应中消耗0.2amol×80%＝0.16amolCO2，则有：

　　　　　CO2（g）＋4H2（g）⇄CH4（g）＋2H2O

起始量/mol　0.2a　0.8a　　0　0

转化量/mol　0.16a0.64a0.16a0.32a

平衡量/mol　0.04a0.16a0.16a0.32a

则该温度下反应Ⅰ的平衡常数K＝

＝

。

③温度由350℃升高到400℃，化学反应速率加快，达到平衡的时间缩短；升高温度，反应Ⅰ平衡逆向移动，达到平衡时n（CH4）减小，据此画出400℃时n（CH4）随时间的变化曲线。

（3）反应CO2（g）＋3H2（g）⇄CH3OH（g）＋H2O（g）是前后气体总分子数不相等的反应，恒温恒容时，欲使两容器达到相同的平衡状态，则两容器中起始加入对应物质的物质的量分别相等。

将cmolCH3OH、dmolH2O（g）向左完全转化为CO2和H2，则有c＝d，生成dmolCO2和3dmolH2，从而可得：

n（CO2）＝amol＋dmol＝（a＋d）mol＝2mol，n（H2）＝bmol＋3dmol＝（b＋3d）mol＝6mol，由于a＞0，a＋d＝2，则有d＜2。

容积为2L的密闭容器中充入amolCO2、bmolH2、cmolCH3OH、dmolH2O（g），此时Qc＝

，又知b＝3a、c＝d，则有Qc＝

。

欲使起始时反应逆向进行，应满足Qc＞K，则有

＞

，即d＞a2，又知d＝2－a，则2－a＞a2，解得0＜a＜1，故d的取值范围为1＜d＜2。

（4）CO2可以在硫酸溶液中用惰性电极电解生成甲醇，C元素由＋4价降低到－2价，则1molCO2得到6mol电子，考虑溶液呈酸性及质量守恒写出电极反应式：

CO2＋6H＋＋6e－===CH3OH＋H2O。

8．（2019四川南充第三次诊断，28）随着石油资源的日益枯竭，天然气的开发利用越来越受到重视。

CH4/CO2催化重整制备合成气（CO和H2）是温室气体CO2和CH4资源化利用的重要途径之一，并受到了国内外研究人员的高度重视。

回答下列问题：

（1）已知：

①CH4（g）＋H2O（g）⇄CO（g）＋3H2（g）ΔH1＝＋205.9kJ·mol－1

②CO（g）＋H2O（g）⇄CO2（g）＋H2（g）ΔH2＝－41.2kJ·mol－1

CH4/CO2催化重整反应为CH4（g）＋CO2（g）⇄2CO（g）＋2H2（g）　ΔH

该催化重整反应的ΔH＝__________kJ·mol－1。

要缩短该反应达到平衡的时间并提高H2的产率可采取的措施为________________。

（2）向2L刚性密闭容器中充入2molCH4和2molCO2进行催化重整反应，不同温度下平衡体系中CH4和CO的体积分数（φ）随温度变化如下表所示。

已知b>a>c，则T1____（填“>”“<”或“＝”）T2。

T1下该反应的平衡常数K＝________（mol2·L－2）。

（3）实验研究表明，载体对催化剂性能起着极为重要的作用，在压强0.03MPa，温度750℃条件下，载体对镍基催化剂性能的影响相关数据如下表：

由上表判断，应选择载体____________（填化学式），理由是________________________。

（4）现有温度相同的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个恒压密闭容器，均充入2molCH4（g）和2molCO2（g）进行反应，三个容器的反应压强分别为p1、p2、p3，在其他条件相同的情况下，反应均进行到tmin时，CO2的体积分数如图所示，此时Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个容器中一定处于化学平衡状态的是____________。

（5）利用合成气为原料合成甲醇，其反应为CO（g）＋2H2（g）⇄CH3OH（g），在一定温度下查得该反应的相关数据如下表所示：

①该反应速率的通式为v正＝k正cm（CO）·cn（H2）（k正是与温度有关的速率常数）。

由表中数据可确定反应速率的通式中n＝____________（取正整数）。

②若该温度下平衡时组别1的产率为25%，则组别1平衡时的v正＝________________（保留1位小数）。

8．

（1）＋247.1　升高温度　

（2）<　

（3）MgO　在此条件下合成气产率高（其他合理答案均可）

（4）Ⅲ　（5）①1　②0.2mol·L－1·min－1

【解析】

（1）根据盖斯定律，由①－②可得：

CH4（g）＋CO2（g）⇄2CO（g）＋2H2（g），则有ΔH＝ΔH1－ΔH2＝（＋205.9kJ·mol－1）－（－41.2kJ·mol－1）＝＋247.1kJ·mol－1。

要缩短该反应达到平衡的时间并提高H2的产率，应提高反应速率且使平衡正向移动，采取的措施是升高温度。

（2）反应CH4（g）＋CO2（g）⇄2CO（g）＋2H2（g）的ΔH>0，升高温度，平衡正向移动，CO的体积分数（φ）增大，由于b>a>c，则温度：

T1

利用“三段式法”计算：

CH4（g）＋CO2（g）⇄2CO（g）＋2H2（g）

起始浓度/（mol·L－1）　　1　1　　0　0

转化浓度/（mol·L－1）　　x　x　2x　2x

平衡浓度/（mol·L－1）　1－x　1－x　2x　2x

T1下达到平衡时φ（CH4）＝φ（CO）＝a，则有

＝

，解得x＝

，故T1下该反应的平衡常数K＝

＝

＝

。

（3）对比分析表中数据，载体为MgO时，CH4和CO2的转化率高，尾气中CH4和CO2的含量低，故选用MgO作载体。

（4）温度相同时，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个恒压密闭容器，达到平衡状态时，反应正向进行的程度越大，CO2的体积分数越小，从题图中可以看出三个容器中φ（CO2）：

Ⅲ>Ⅰ>Ⅱ，容器Ⅱ中φ（CO2）最小，据此推测容器Ⅲ中反应一定处于平衡状态。

（5）①分别将第1、2组数据代入反应速率通式：

（ⅰ）0.361＝k正×0.24m×0.48n，（ⅱ）0.720＝k正×0.24m×0.96n，由（ⅱ）÷（ⅰ）可得：

n≈1。

将第3组数据代入反应速率通式：

（ⅲ）0.719＝k正×0.48m×0.48n，由（ⅲ）÷（ⅱ）及n≈1可得：

m＝1。

将m＝1、n≈1代入（ⅰ）可得0.361＝k正×0.24×0.48，则有k正≈3.13，故反应速率通式为v正＝3.13c（CO）·c（H2）。

②若该温度下平衡时组别1的产率为25%，则平衡时c（CO）＝0.18mol·L－1，c（H2）＝0.36mol·L－1，故组别1平衡时的v正＝3.13c（