高考化学专题九 化学反应速率和化学平衡.docx

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高考化学专题九化学反应速率和化学平衡

专题九　化学反应速率和化学平衡

挖命题

【考情探究】

考点

内容解读

5年考情

预测热度

考题示例

难度

关联考点

化学反应速率

1.了解化学反应速率的概念和定量表示方法

2.理解外界条件（浓度、温度、压强、催化剂等）对反应速率的影响,能用相关理论解释其一般规律

2018课标Ⅲ,28,15分

难

盖斯定律

平衡转化率

平衡常数计算

★★★

化学平衡

化学反应

进行的方向

1.了解化学平衡的建立

2.理解外界条件（浓度、温度、压强等）对化学平衡的影响,能用相关理论解释其一般规律

2016课标Ⅲ,27,15分

难

盖斯定律

化学平衡常数

★★★

化学平衡常数

化学平衡的

相关计算

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

2018课标Ⅰ,28,15分

难

氧化还原反应

化学反应进行的方向

★★★

分析解读　　本专题考点是历年的命题热点,主要结合实际生产,以定性、定量相结合的方式综合考查化学反应速率和化学平衡,包括化学反应速率的计算、影响化学平衡的因素及规律、平衡状态的判断、平衡常数和转化率的计算,同时渗透对计算能力、数形结合能力、语言组织能力等的考查。

试题类型分三种:

一、定量计算与定性推断的文字叙述型;二、表格数据型;三、反应速率和化学平衡图像型。

考查题型有填空题和选择题。

【真题典例】

破考点

【考点集训】

考点一　化学反应速率

1.（2017山东临沂一模,6）在Ag+催化作用下,Cr3+被S2氧化为Cr2的机理为:

S2+2Ag+

2S+2Ag2+（慢）;2Cr3++6Ag2++7H2O

6Ag++14H++Cr2（快）。

下列有关说法正确的是（　　）

A.反应速率与Ag+浓度有关

B.Ag2+也是该反应的催化剂

C.Ag+能降低该反应的活化能和焓变

D.v（Cr3+）=v（S2）

答案　A

2.（2019届山东青岛期初调研检测,18节选）对于反应SO2（g）+2CO（g）

S（l）+2CO2（g）,将1molSO2和2molCO充入体积为1L的密闭容器中,在533K和566K时SO2的转化率随时间变化如图所示:

①566K时SO2的平衡转化率α=　　　　%;平衡常数K566K=　　　　（保留2位小数）。

②保持温度不变,要提高SO2转化率,可采取的措施是　　　　　　　　　　　　。

③比较a、b处反应速率大小:

va　　vb（填“大于”“小于”或“等于”）。

答案　①40　0.74　②增大压强或增大CO浓度　③大于

3.（2018山东临沂三模,27）氮及其化合物与人类生产、生活密切相关。

（1）氮氧化物是造成光化学烟雾和臭氧层损耗的主要气体。

已知:

CO（g）+NO2（g）

NO（g）+CO2（g）　ΔH=-akJ·mol-1（a>0）

2CO（g）+2NO（g）

N2（g）+2CO2（g）　ΔH=-bkJ·mol-1（b>0）

若用CO还原NO2至N2,当消耗标准状况下3.36LCO时,放出的热量为　　　　kJ（用含有a和b的代数式表示）。

（2）在373K时,向体积为2L的恒容真空容器中通入0.40molNO2,发生反应:

2NO2（g）

N2O4（g）　ΔH=-57.0kJ·mol-1。

测得NO2的体积分数[φ（NO2）]与反应时间（t）的关系如下表:

t/min

0

20

40

60

80

φ（NO2）

1.0

0.75

0.52

0.40

0.40

①0~20min内,v（N2O4）=　　　　mol·L-1·min-1。

②上述反应中,v（NO2）=k1·c2（NO2）,v（N2O4）=k2·c（N2O4）,其中k1、k2为速率常数,则373K时,k1、k2的数学关系式为　　　　　。

改变温度至T1时k1=k2,则T1　　　　373K（填“>”“<”或“=”）。

（3）连二次硝酸（H2N2O2）是一种二元弱酸。

25℃时,向100mL0.1mol·L-1H2N2O2溶液中加入VmL0.1mol·L-1NaOH溶液。

（已知25℃时,连二次硝酸的=10-7,=10-12）

①若V=100,则所得溶液中c（H2N2O2）　　　　c（N2）（填“>”“<”或“=”）,通过计算解释原因:

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

②若V=200,则所得溶液中离子浓度由大到小的顺序为　　　　　　　　　　　　　　　　。

答案　

（1）（6a+3b）/80　

（2）①2.0×10-3　②k1=60k2　>　（3）①>　反应恰好生成NaHN2O2,Kh（HN2）===10-7>=10-12,水解程度大于电离程度　②c（Na+）>c（N2）>c（OH-）>c（HN2）>c（H+）

考点二　化学平衡　化学反应进行的方向

1.（2018山东威海模拟,28）碳是自然界中形成化合物种类最多的元素,CO和CO2是碳的最常见氧化物。

（1）研究和解决二氧化碳捕集和转化问题是当前科学研究的前沿领域。

在太阳能的作用下,缺铁氧化物（Fe0.9O）能分解CO2,其过程如图1所示。

过程①的化学方程式是　　　　　　　　　　　　　　。

在过程②中每产生0.1molO2,转移电子　　　　mol。

图1

（2）在催化剂作用下,将二氧化碳和氢气混合反应生成甲烷,是目前科学家们正在探索的处理空气中的二氧化碳的方法之一。

①已知:

共价键

H—H

C—H

O—H

键能（kJ·mol-1）

745

436

413

463

则CO2（g）+4H2（g）

CH4（g）+2H2O（g）　ΔH=　　　kJ·mol-1。

②向1L固定容积的密闭容器中加入4.0molH2（g）、1.0molCO2（g）,控制条件（催化剂:

铑镁合金、高温T1）使之反应,若测得容器内气体的压强随着时间的变化如图2所示。

则4min时容器内气体的密度为　　　　;温度为T1时,该反应的化学平衡常数为　　　　。

若采用2L固定容积的密闭容器,投料量、催化剂和反应温度均保持不变,则反应重新达到平衡时对应体系内的压强的点是　　　　（填字母）。

图2

（3）工业合成原料气CO会与设备、管道及催化剂表面的金属铁、镍反应,生成羰基化合物。

四羰基镍是热分解法制备高纯镍的原料,也是有机合成中供给一氧化碳的原料,还可作催化剂。

Ni（s）+4CO（g）

Ni（CO）4（g）　ΔH<0;Ni（CO）4（g）

Ni（s）+4CO（g）。

如图3所示,在石英真空管的温度为T1的一端,放入少量粗镍和CO（g）,一段时间后,在温度为T2的一端可得到纯净的镍。

则温度T1　　　　T2（填“>”“<”或“=”）,上述反应体系中循环使用的物质为　　　　（填化学式）。

图3

答案　

（1）10Fe0.9O+CO2

3Fe3O4+C　0.4

（2）①-270　②52g·L-1　6.75　D

（3）<　CO

2.（2018山东日照五月校际联考,28）纳米级Fe3O4呈黑色,因其有磁性且粒度小而在磁记录材料、生物功能材料等诸多领域有重要应用,探究其制备和用途意义重大。

（1）还原沉淀法:

①用还原剂Na2SO3将一定量可溶性铁盐溶液中三分之一的Fe3+还原,使Fe2+和Fe3+的物质的量之比为1∶2。

②然后在①所得体系中加入氨水,铁元素完全沉淀形成纳米Fe3O4。

写出②过程的离子方程式:

　　　　　　　　　　　　。

当还原后溶液中c（Fe2+）∶c（Fe3+）=2∶1时,由下表数据可知,产品磁性最大,可能的原因是　　　　　　　　　。

c（Fe2+）∶c（Fe3+）

沉淀性状

磁性大小

1∶3

红棕色

92.7%

1∶2

棕色

96.5%

2∶1

黑色

100%

（2）电化学法也可制备纳米级Fe3O4,用面积为4cm2的不锈钢小球（不含镍、铬）为工作电极,铂丝作阴极,用Na2SO4溶液作为电解液,电解液的pH维持在10左右,电流50mA。

生成Fe3O4的电极反应为　　　　　　　　　　　　　　　。

（3）已知:

H2O（l）

H2（g）+O2（g）　ΔH=+285.5kJ·mol-1,以太阳能为热源分解Fe3O4,经由热化学铁氧化合物循环分解水制H2的过程如下,完善以下过程Ⅰ的热化学方程式。

过程Ⅰ:

　。

过程Ⅱ:

3FeO（s）+H2O（l）

H2（g）+Fe3O4（s）　ΔH=+128.9kJ·mol-1。

（4）磁铁矿（Fe3O4）常作冶铁的原料,主要反应为:

Fe3O4（s）+4CO（g）

3Fe（s）+4CO2（g）,该反应的ΔH<0,T℃时,在1L恒容密闭容器中,加入Fe3O4、CO各0.5mol,10min后反应达到平衡时,容器中CO2的浓度是0.4mol·L-1。

①T℃时,10min内用Fe3O4表示的平均反应速率为　　　　g·min-1。

②其他条件不变时,该反应在不同温度下,CO2含量随时间的变化φ（CO2）~t曲线如图所示,温度T1、T2、T3由大到小的关系是　　　　,判断依据是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

答案　

（1）Fe2++2Fe3++8NH3·H2O

Fe3O4↓+8N+4H2O　Fe2+容易被氧化为Fe3+

（2）3Fe-8e-+8OH-

Fe3O4+4H2O

（3）2Fe3O4（s）

6FeO（s）+O2（g）　ΔH=+313.2kJ·mol-1[或Fe3O4（s）

3FeO（s）+O2（g）　ΔH=+156.6kJ·mol-1]

（4）①2.32　②T3>T2>T1　其他条件相同时,图像斜率:

T3>T2>T1,而温度越高,反应速率越快,所以T3>T2>T1

考点三　化学平衡常数　化学平衡的相关计算

1.（2018山东潍坊一模,28）利用化学反应原理研究碳、硫及其化合物的性质具有重要意义。

（1）工业上用炭还原辉铜矿（主要成分是Cu2S）,可制取金属铜。

已知反应的热化学方程式如下:

C（s）+S2（g）

CS2（g）　ΔH1=+150kJ·mol-1

Cu2S（s）+H2（g）

2Cu（s）+H2S（g）　ΔH2=+59.5kJ·mol-1

2H2S（g）

2H2（g）+S2（g）　ΔH3=+170kJ·mol-1

通过计算,可知用炭还原Cu2S制取金属铜和CS2（g）的热化学方程式为　。

（2）为研究反应2H2S（g）

2H2（g）+S2（g）对上述工业过程的影响,兴趣小组进行如下探究:

①向三个体积均为1L的恒容密闭容器中分别加入1molH2S,进行H2S分解实验。

不同温度下测得H2S的转化率与时间的关系如下图所示:

T1温度下,0~5minS2（g）的平均反应速率v（S2）=　　　mol·L-1·min-1,反应平衡常数K=　　　　mol·L-1。

温度T1、T2、T3由高到低的顺序是　　　　。

②T4温度时,向1L的恒容密闭容器中加入1.8molH2（g）、1.2molS2（g）,达到平衡后测得S2（g）和H2S（g）的浓度相等,则T4　　　　T1（填“<”“=”或“>”）。

（3）T℃时,向某浓度的草酸溶液中逐滴加入一定浓度的NaOH溶液,所得溶液中三种微粒H2C2O4、HC2、C2的物质的量分数（δ）与pH的关系如下图所示:

①草酸的电离常数分别为K1与K2,则=　　　　。

②按投料比n（Na2C2O4）∶n（NaHC2O4）=2∶1配成溶液,下列有关该溶液的叙述正确的是　　　　（填序号）。

A.该溶液的pH为4.2

B.3c（Na+）+c（H+）=c（OH-）+c（HC2）+2c（C2）

C.3c（Na+）=5[c（HC2）+c（C2）+c（H2C2O4）]

D.3c（OH-）+c（C2）=3c（H+）+2c（HC2）+5c（H2C2O4）

答案　

（1）C（s）+2Cu2S（s）

4Cu（s）+CS2（g）　ΔH=+439kJ·mol-1

（2）①0.02　1/160或6.25×10-3　T3>T2>T1　②>

（3）①103　②CD

2.（2018山东滨州二模,28）碳的化合物在生产、生活和环境保护中应用广泛。

Ⅰ.碳氧化合物的综合利用

（1）利用CO可有效降低柴油发动机在空气过量条件下的NO排放。

已知反应Ⅰ:

2CO（g）+2NO（g）

N2（g）+2CO2（g）　ΔH1=-746kJ·mol-1

反应Ⅱ:

4CO（g）+2NO2（g）

N2（g）+4CO2（g）　ΔH2=-1200kJ·mol-1

则反应NO2（g）+CO（g）

CO2（g）+NO（g）的ΔH=　　　　kJ·mol-1。

在一定条件下,将NO2与CO以体积比1∶2置于恒容密闭容器中发生反应Ⅱ,下列能说明反应达到平衡状态的是　　　　。

a.体系压强保持不变

b.容器中气体密度保持不变

c.混合气体颜色保持不变

d.NO2与CO的体积比保持不变

（2）工业上利用CO与Cl2在活性炭催化下合成光气（COCl2）,反应方程式为CO（g）+Cl2（g）

COCl2（g）　ΔH<0。

某研究小组在恒温条件下,向2L恒容容器中加入0.2molCO和0.2molCl2,10min时达到平衡,测得10min内v（COCl2）=7.5×10-3mol·L-1·min-1,则平衡时n（Cl2）=　　　　mol,设此时CO的转化率为α1,若其他条件不变,上述反应在恒压条件下进行,平衡时CO的转化率为α2,则α1　　　　α2（填“>”“=”或“<”）。

（3）利用“组合转化技术”可将CO2转化成乙烯,反应方程式为6H2（g）+2CO2（g）

CH2

CH2（g）+4H2O（g）。

实验测得温度对CO2平衡转化率、催化剂催化效率的影响如图所示。

下列说法正确的是　　　　。

a.N点正反应速率一定大于M点正反应速率

b.250℃时,催化剂的催化效率最大

c.M点平衡常数比N点平衡常数大

d.随着温度升高,乙烯的产率增大

Ⅱ.碳氢化合物的综合利用

利用甲烷的裂解可以制得多种化工原料,甲烷裂解时发生的反应有:

2CH4（g）

C2H4（g）+2H2（g）,2CH4（g）

C2H2（g）+3H2（g）。

实验测得平衡时气体分压（Pa）与温度（℃）之间的关系如图所示（气体分压=总压×气体的物质的量分数）。

（4）1725℃时,向1L恒容密闭容器中充入0.3molCH4达到平衡,则反应2CH4（g）

C2H4（g）+2H2（g）的平衡常数Kp=　　　　（用平衡分压代替平衡浓度）,CH4生成C2H2的平衡转化率为　　　　。

答案　

（1）-227　ac　

（2）0.05　<　（3）bc　（4）1.0×107Pa　62.5%

炼技法

【方法集训】

方法　化学平衡图像类型与解题策略

1.（2018山东聊城三模,28）煤炭燃烧产生的SO2、CO、NO2等造成了严重的大气污染问题。

（1）CaO能起到固硫、降低SO2排放量的作用。

已知:

①SO2（g）+CaO（s）

CaSO3（s）　ΔH=-402kJ·mol-1

②2CaSO3（s）+O2（g）

2CaSO4（s）　ΔH=-234kJ·mol-1

③CaCO3（s）

CO2（g）+CaO（s）　ΔH=+178kJ·mol-1

则反应2SO2（g）+O2（g）+2CaO（s）

2CaSO4（s）　ΔH=　　　　kJ·mol-1 

向燃煤中加入CaCO3也可起到固硫作用,若固定2molSO2,相应量的煤在相同条件下,燃烧时向环境释放出的热量会减少　　　　kJ。

（2）利用CO和H2在催化剂作用下合成甲醇,是减少污染的一种新举措,反应原理为CO（g）+2H2（g）

CH3OH（g）　ΔH,在体积不同的两个恒容密闭容器中分别充入1molCO和2molH2,测得平衡混合物中CH3OH的体积分数在不同压强下随温度的变化如图甲。

甲

①上述合成甲醇的反应是　　　　（填“吸热”或“放热”）反应,判断的理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

②图甲中A、B、C三点中反应速率最大的是　　　　（填写“A”“B”或“C”）。

③在300℃时,向C点平衡体系中再充入0.25molCO,0.5molH2和0.25molCH3OH,该平衡　　　　　　　　（填“向正反应方向”“向逆反应方向”或“不”）移动。

（3）一定温度下,CO的转化率与起始投料比的变化关系如图乙所示,测得D点氢气的转化率为40%,则x=　　　　。

乙

（4）利用原电池原理可将NO2和NH3转化为无污染物质,其装置原理图如图丙所示,则负极反应式为　　　　　　　　　　　。

丙

答案　

（1）-1038　356

（2）①放热　升高温度,CH3OH的体积分数减小,平衡逆向移动,正反应放热

②C　③向正反应方向

（3）3　（4）2NH3-6e-+6OH-

N2+6H2O

2.（2018山东淄博部分学校二模,27）

（1）在一定条件下:

CO（g）+H2O（g）

CO2（g）+H2（g）,在两个均为2L的密闭容器中以不同的氢碳比[n（H2O）/n（CO）]充入H2O（g）和CO,CO的平衡转化率α（CO）与温度的关系如下图所示。

①R点平衡常数K=　　　　　　　　。

②氢碳比x　　　　2.0（填“>”“<”或“=”）,判断的理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　。

③下列能提高CO平衡转化率的措施有　　　　。

A.使用高效催化剂

B.通入He气体使体系的压强增大

C.降低反应温度

D.投料比不变,增加反应物的浓度

（2）反应Ⅰ:

4NH3（g）+5O2（g）

4NO（g）+6H2O（g）　ΔH<0

反应Ⅱ:

4NH3（g）+3O2（g）

2N2（g）+6H2O（g）　ΔH<0

氨催化氧化时会发生上述两个竞争反应Ⅰ和Ⅱ。

为分析该催化剂对反应的选择性,在1L密闭容器中充入

1molNH3和2molO2,反应关系如图,该催化剂在高温时选择反应　　　（填“Ⅰ”或“Ⅱ”）。

520℃时,4NH3（g）+3O2（g）

2N2（g）+6H2O（g）的平衡常数K=　　　　（只需列出数字计算式）。

（3）以S2为介质,使用间接电化学法可处理燃煤烟气中的NO,装置如图所示:

①阴极区的电极反应式为　　　　　　　　　。

②NO吸收转化后的主要产物为N,若通电时电路中转移了0.3mole-,则此通电过程中理论上吸收的NO在标准状况下的体积为　　　　mL。

答案　

（1）①1/3　②>　在其他条件一定时,提高氢碳比[n（H2O）/n（CO）]有利于提高CO的转化率　③C　

（2）Ⅰ　　（3）①2S+4H++2e-

S2+2H2O

②1344

过专题

【五年高考】

A组　山东省卷、课标卷题组

考点一　化学反应速率

1.（2014课标Ⅰ,9,6分）已知分解1molH2O2放出热量98kJ。

在含少量I-的溶液中,H2O2分解的机理为:

H2O2+I-

H2O+IO-　慢

H2O2+IO-

H2O+O2+I-　快

下列有关该反应的说法正确的是（　　）

A.反应速率与I-浓度有关

B.IO-也是该反应的催化剂

C.反应活化能等于98kJ·mol-1

D.v（H2O2）=v（H2O）=v（O2）

答案　A

2.（2018课标Ⅲ,28,15分）三氯氢硅（SiHCl3）是制备硅烷、多晶硅的重要原料。

回答下列问题:

（1）SiHCl3在常温常压下为易挥发的无色透明液体,遇潮气时发烟生成（HSiO）2O等,写出该反应的化学方程式　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

（2）SiHCl3在催化剂作用下发生反应:

2SiHCl3（g）

SiH2Cl2（g）+SiCl4（g）　ΔH1=48kJ·mol-1

3SiH2Cl2（g）

SiH4（g）+2SiHCl3（g）　ΔH2=-30kJ·mol-1

则反应4SiHCl3（g）

SiH4（g）+3SiCl4（g）的ΔH为　　kJ·mol-1。

（3）对于反应2SiHCl3（g）

SiH2Cl2（g）+SiCl4（g）,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。

①343K时反应的平衡转化率α=　　　　%。

平衡常数K343K=　　　　（保留2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-k逆,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）。

答案　

（1）2SiHCl3+3H2O

（HSiO）2O+6HCl

（2）114

（3）①22　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

考点二　化学平衡　化学反应进行的方向

3.（2017课标Ⅱ,27,14分）丁烯是一种重要的化工原料,可由丁烷催化脱氢制备。

回答下列问题:

（1）正丁烷（C4H10）脱氢制1-丁烯（C4H8）的热化学方程式如下:

反应①的ΔH1为　　　　kJ·mol-1。

图（a）是反应①平衡转化率与反应温度及压强的关系图,x　　　　0.1（填“大于”或“小于”）;欲使丁烯的平衡产率提高,应采取的措施是　　　（填标号）。

A.升高温度B.降低温度

C.增大压强D.降低压强

（2）丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器（氢气的作用是活化催化剂）,出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。

图（b）为丁烯产率与进料气中n（氢气）/n（丁烷）的关系。

图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势,其降低的原因是　。

（3）图（c）为反应产率和反应温度的关系曲线,副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。

丁烯产率在590℃之前随温度升高而增大的原因可能是　　　　　　　　　　　　　　　　　　、　　　　　　　　　　　　　;590℃之后,丁烯产率快速降低的主要原因可能是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

答案　

（1）123　小于　AD

（2）氢气是产物之一,随着n（氢气）/n（丁烷）增大,逆反应速率增大

（3）升高温度有利于反应向吸热方向进行　温度升高反应速率加快　丁烯高温裂解生成短链烃类

4.（2016课标Ⅲ,27,15分）煤燃烧排放的烟气含有SO2和NOx,形成酸雨、污染大气,采用NaClO2溶液作为吸收剂可同时对烟气进行脱硫、脱硝。

回答下列问题:

（1）NaClO2的化学名称为　　　　　。

（2）在鼓泡反应器中通入含有SO2和NO的烟气,反应温度323K,NaClO2溶液浓度为5×10-3mol·L-1。

反应一段时间后溶液中离子浓度的分析结果如下表。

离子

S

S

N

N

Cl-

c/（mol·L-1）

8.35×10-4

6.87×10-6

1.5×10-4

1.2×10-5

3.4×