高考化学化学反应的速率与限度推断题综合练习题含答案.docx
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高考化学化学反应的速率与限度推断题综合练习题含答案
高考化学化学反应的速率与限度推断题综合练习题含答案
一、化学反应的速率与限度练习题（含详细答案解析）
1．制造一次性医用口罩的原料之一丙烯是三大合成材料的基本原料，丙烷脱氢作为一条增产丙烯的非化石燃料路线具有极其重要的现实意义。
丙烷脱氢技术主要分为直接脱氢和氧化脱氢两种。
（1）根据下表提供的数据，计算丙烷直接脱氢制丙烯的反应C3H8（g）
C3H6（g）+H2（g）的∆H=___。
共价键
C-C
C=C
C-H
H-H
键能/（kJ∙mol-1）
348
615
413
436
（2）下图为丙烷直接脱氢制丙烯反应中丙烷和丙烯的平衡体积分数与温度、压强的关系（图中压强分别为1×104Pa和1×105Pa）
①在恒容密闭容器中，下列情况能说明该反应达到平衡状态的是__（填字母）。
A．∆H保持不变
B．混合气体的密度保持不变
C．混合气体的平均摩尔质量保持不变
D．单位时间内生成1molH-H键，同时生成1molC=C键
②欲使丙烯的平衡产率提高，下列措施可行的是____（填字母）
A．增大压强B．升高温度C．保持容积不变充入氩气
工业生产中为提高丙烯的产率，还常在恒压时向原料气中掺入水蒸气，其目的是_____。
③1×104Pa时，图中表示丙烷和丙烯体积分数的曲线分别是___、____（填标号）
④1×104Pa、500℃时，该反应的平衡常数Kp=____Pa（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数，计算结果保留两位有效数字）
（3）利用CO2的弱氧化性，科学家开发了丙烷氧化脱氢制丙烯的新工艺，该工艺可采用铬的氧化物作催化剂，已知C3H8+CO2（g）
C3H6（g）+CO（g）+H2O（l），该工艺可以有效消除催化剂表面的积炭，维持催化剂的活性，其原因是____，相对于丙烷直接裂解脱氢制丙烯的缺点是_____。
【答案】+123kJ∙mol-1CB该反应是气体分子数增多的反应，恒压条件下充入水蒸气容器体积增大，平衡右移ⅳⅰ3.3×103C与CO2反应生成CO，脱离催化剂表面生成有毒气体CO（或其他合理说法）
【解析】
【分析】
（1）比较丙烷与丙烯的结构，可确定断裂2个C-H键和1个C-C键，形成1个C=C键和1个H-H键，利用表中键能可计算C3H8（g）
C3H6（g）+H2（g）的∆H。
（2）①A．对于一个化学反应，方程式确定后，∆H确定，与反应进行的程度无关；
B．混合气体的质量和体积都不变，密度始终不变；
C．混合气体的质量不变，物质的量增大，平均摩尔质量不断减小；
D．反应发生后，总是存在单位时间内生成1molH-H键，同时生成1molC=C键。
②A．增大压强，平衡逆向移动；
B．升高温度，平衡正向移动；
C．保持容积不变充入氩气，平衡不受影响。
工业生产中为提高丙烯的产率，还常在恒压时向原料气中掺入水蒸气，可增大混合气的体积，减小与反应有关气体的浓度。
③1×104Pa与1×105Pa进行对比，从平衡移动的方向确定图中表示丙烷和丙烯体积分数的曲线。
④1×104Pa、500℃时，丙烷、丙烯、氢气的体积分数都为33.3%，由此可计算该反应的平衡常数Kp。
（3）CO2具有氧化性，能与催化剂表面的积炭发生反应生成一氧化碳气体，由此可确定原因及缺点。
【详解】
（1）比较丙烷与丙烯的结构，可确定断裂2个C-H键和1个C-C键，形成1个C=C键和1个H-H键，利用表中键能可计算C3H8（g）
C3H6（g）+H2（g）的∆H=（2×413+348）kJ∙mol-1-（615+436）kJ∙mol-1=+123kJ∙mol-1。
答案为：
+123kJ∙mol-1；
（2）①A．对于一个化学反应，方程式确定后，∆H确定，与反应进行的程度无关，A不合题意；
B．混合气体的质量和体积都不变，密度始终不变，所以密度不变时不一定达平衡状态，B不合题意；
C．混合气体的质量不变，物质的量增大，平均摩尔质量不断减小，当平均摩尔质量不变时，反应达平衡状态，C符合题意；
D．反应发生后，总是存在单位时间内生成1molH-H键，同时生成1molC=C键，反应不一定达平衡状态，D不合题意；
故选C。
答案为：
C；
②A．增大压强，平衡逆向移动，丙烯的平衡产率减小，A不合题意；
B．升高温度，平衡正向移动，丙烯的平衡产率增大，B符合题意；
C．保持容积不变充入氩气，平衡不受影响，C不合题意；
故选B。
答案为：
B；
工业生产中为提高丙烯的产率，还常在恒压时向原料气中掺入水蒸气，可增大混合气的体积，减小与反应有关气体的浓度，其目的是该反应为气体分子数增多的反应，恒压条件下充入水蒸气容器体积增大，平衡右移。
答案为：
该反应是气体分子数增多的反应，恒压条件下充入水蒸气容器体积增大，平衡右移；
③升高温度，平衡正向移动，丙烷的体积分数减小，丙烯的体积分数增大，则ⅰ、ⅲ为丙烷的曲线，ⅱ、ⅳ为丙烯的曲线，1×104Pa与1×105Pa相比，压强减小，平衡正向移动，从而得出表示丙烷体积分数的曲线为ⅳ，表示丙烯体积分数的曲线为ⅰ。
答案为：
ⅳ；ⅰ；
④1×104Pa、500℃时，丙烷、丙烯、氢气的体积分数都为33.3%，由此可计算该反应的平衡常数Kp=
=3.3×103。
答案：
3.3×103；
（3）CO2具有氧化性，能与催化剂表面的积炭发生反应生成一氧化碳气体，其原因是C与CO2反应生成CO，脱离催化剂表面；相对于丙烷直接裂解脱氢制丙烯的缺点是生成有毒气体CO（或其他合理说法）。
答案为：
C与CO2反应生成CO，脱离催化剂表面；生成有毒气体CO（或其他合理说法）。
【点睛】
利用键能计算反应热时，比较反应物与生成物的结构式，确定键的断裂与形成是解题的关键。
丙烷的结构式为
，丙烯的结构式为
，H2的结构式为H-H，由此可确定断键与成键的种类及数目。
2．CH4超干重整CO2技术可得到富含CO的化工原料。
回答下列问题：
（1）CH4超干重整CO2的催化转化如图所示：
①关于上述过程Ⅱ的说法不正确的是________（填序号）。
a．实现了含碳物质与含氢物质的分离
b．可表示为CO2＋H2＝H2O（g）＋CO
c．CO未参与反应
d．Fe3O4、CaO为催化剂，降低了反应的ΔH
②其他条件不变，在不同催化剂（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）作用下，反应CH4（g）＋CO2（g）＝2CO（g）＋2H2（g）进行相同时间后，CH4的转化率随反应温度的变化如图所示。
a点所代表的状态_________（填“是”或“不是”）平衡状态；b点CH4的转化率高于c点，原因是_________________________________________。
（2）在一刚性密闭容器中，加入Ni/α－Al2O3催化剂并加热至1123K，使CH4和CO2发生反应CH4（g）＋CO2（g）＝2CO（g）＋2H2（g），初始时CH4和CO2的分压分别为20kPa、25kPa，研究表明CO的生成速率υ（CO）＝1.3×10-2·p（CH4）·p（CO2）mol·g-1·s-1，某时刻测得p（CO）＝20kPa，则p（CO2）＝________kPa，υ（CO）＝________mol·g-1·s-1。
【答案】cd不是b和c都未达平衡，b点温度高，反应速率快，相同时间内转化率高151.95
【解析】
【分析】
（1）①a．过程Ⅱ中，CO、CO2都转化为CO，H2转化为H2O；实现了含碳物质与含氢物质的分离；
b．从起始反应物和产物分析可得，CO2与H2反应生成H2O（g）和CO；
c．从反应过程看，CO先转化为CaCO3，后CaCO3再转化为CO；
d．Fe3O4、CaO起初参加反应，后来又生成，所以为催化剂，催化剂不改变反应物和生成物的总能量。
②催化剂不能改变反应物的平衡转化率，但可改变平衡前的转化率，通过不同催化剂作用下的转化率比较，可判断a、b、c三点的CH4的转化率都小于同温度下的最高转化率，由此可确定反应仍正向进行。
（2）利用阿伏加德罗定律的推论，气体的压强之比等于物质的量之比，所以利用某时刻某物质的压强，可计算出该时刻另一物质的压强，由此可计算出反应速率。
【详解】
（1）①a．过程Ⅱ中，CO、CO2都转化为CO，H2转化为H2O；实现了含碳物质与含氢物质的分离，a正确；
b．从起始反应物和产物分析可得，CO2与H2反应生成H2O（g）和CO，b正确；
c．从反应过程看，CO先转化为CaCO3，后CaCO3再转化为CO，c不正确；
d．Fe3O4、CaO起初参加反应，后来又生成，所以为催化剂，催化剂不改变反应物和生成物的总能量，所以不能降低反应的ΔH，d不正确；
故选cd。
答案为：
cd；
②相同温度下，尽管所使用的催化剂不同，但达平衡时CH4的转化率应相同，从图中可以看出，a点CH4的转化率比同温度下的催化剂Ⅰ作用下的转化率低，则表明a点所代表的状态不是平衡状态；从图中可以看出，虽然b点CH4的转化率高，但仍低于同温度下的最高转化率，说明反应仍未达到平衡，b点CH4的转化率高于c点，只能是反应速率快所致，故原因是b和c都未达平衡，b点温度高，反应速率快，相同时间内转化率高。
答案为：
不是；b和c都未达平衡，b点温度高，反应速率快，相同时间内转化率高；
（2）利用题给数据，我们可建立如下三段式：
从而得出p（CO2）＝15kPa，υ（CO）＝1.3×10-2·p（CH4）·p（CO2）mol·g-1·s-1=1.3×10-2×10×15mol·g-1·s-1=1.95mol·g-1·s-1。
答案为：
15；1.95。
【点睛】
对于一个可逆反应，尽管不同催化剂影响反应速率，使平衡前相同时刻的转化率有所不同，但温度相同时，平衡转化率相同。
3．合成气（CO+H2）广泛用于合成有机物，工业上常采用天然气与水蒸气反应等方法来制取合成气。
（1）在150℃时2L的密闭容器中，将2molCH4和2molH2O（g）混合，经过15min达到平衡，此时CH4的转化率为60%。
回答下列问题：
①从反应开始至平衡，用氢气的变化量来表示该反应速率v（H2）=__。
②在该温度下，计算该反应的平衡常数K=__。
③下列选项中能表示该反应已达到平衡状态的是__。
A．v（H2）逆=3v（CO）正
B．密闭容器中混合气体的密度不变
C．密闭容器中总压强不变
D．C（CH4）=C（CO）
（2）合成气制甲醚的反应方程式为2CO（g）+4H2（g）
CH3OCH3（g）+H2O（g）△H=bkJ/mol。
有研究者在催化剂（Cu—Zn—Al—O和A12O3）、压强为5.OMPa的条件下，由H2和CO直接制备甲醚，结果如图所示。
①290℃前，CO转化率和甲醚产率的变化趋势不一致的原因是__；
②b__0，（填“＞”或“＜”或“=”）理由是__。
（3）合成气中的氢气也用于合成氨气：
N2+3H2
2NH3。
保持温度和体积不变，在甲、乙、丙三个容器中建立平衡的相关信息如下表。
则下列说法正确的是__；
A．n1=n2=3.2B．φ甲=φ丙＞φ乙C．ν乙＞ν丙＞ν甲D．P乙＞P甲=P丙
容器
体积
起始物质
平衡时NH3的物质的量
平衡时N2的
体积分数
反应开始时的速率
平衡时容器内压强
甲
1L
1molN2+3molH2
1.6mol
φ甲
ν甲
P甲
乙
1L
2molN2+6molH2
n1mol
φ乙
ν乙
P乙
丙
2L
2molN2+6molH2
n2mol
φ丙
ν丙
P丙
【答案】0.12mol·L-1·min-121.87AC有副反应发生＜平衡后，升高温度，产率降低BD
【解析】
【分析】
【详解】
（1）
①v（H2）=
=0.12mol·L-1·min-1；
②K＝
=
=21.87mol2•L-2；
③A．v逆（H2）＝3v正（CO），根据反应速率之比等于化学计量数之比有v正（H2）＝3v正（CO），故v逆（H2）＝v正（H2），反应已达到平衡状态，选项A选；
B．参与反应的物质均为气体，气体的总质量不变，反应在恒容条件下进行，故密度始终保持不变，密闭容器中混合气体的密度不变，不能说明反应已达到平衡状态，选项B不选；
C．同温同压下，气体的压强与气体的物质的量成正比，该反应正反应为气体体积增大的反应，密闭容器中总压强不变，则总物质的量不变，说明反应已达到平衡状态，选项C选；
D．反应开始时加入2molCH4和2molH2O（g），反应过程中两者的物质的量始终保持相等，c（CH4）=c（CO）不能说明反应已达到平衡状态，选项D不选。
答案选AC；
（4）①290℃前，CO转化率随温度升高而降低，根据反应2CO（g）+4H2（g）
CH3OCH3（g）+H2O（g）可知甲醚是生成物，产率应该降低，但反而增大，证明还有另外的反应生成甲醚，即CO的转化率和甲醚产率的变化趋势不一致的原因是有副反应发生；
②根据图中信息可知，平衡后，升高温度，产率降低，平衡向逆反应方向移动，逆反应为吸热反应，则正反应为放热反应，△H=b＜0。
（3）根据表中数据知，甲丙中各反应物的浓度相等，所以相当于等效平衡，平衡时N2的体积分数相等；乙中各反应物浓度是甲的2倍，且压强大于甲，增大压强，平衡向气体体积缩小的方向移动，所以平衡时乙中N2的体积分数小于甲；
A．甲丙中各反应物的浓度相等，n2=3.2，乙压强大于甲乙，平衡正向移动，n1＞3.2，选项A错误；
B．甲丙为等效平衡，平衡时N2的体积分数相等φ甲=φ丙，乙压强大，平衡正向移动，平衡时乙中N2的体积分数小于甲，故φ甲=φ丙＞φ乙，选项B正确；
C．甲丙中各反应物的浓度相等，为等效平衡，反应速率相等，ν丙=ν甲，乙中各反应物浓度平衡时接近甲丙的二倍，反应速率较大，ν乙＞ν丙=ν甲，选项C错误；
D．体积相同的容器中，甲丙等效，单位体积气体总物质的量浓度相同，压强相等P甲=P丙，乙中平衡时单位体积气体总物质的量接近甲丙的二倍，P乙＞P甲=P丙，选项D正确。
答案选BD。
【点睛】
本题考查了化学平衡影响因素分析判断，平衡计算分析，主要是恒温恒压、恒温恒容容器中平衡的建立和影响因素的理解应用。
等效平衡原理的理解和应用是解答的难点和易错点。
4．为解决“温室效应”日趋严重的问题,科学家们不断探索CO2的捕获与资源化处理方案,利用CH4捕获CO2并转化为CO和H2混合燃料的研究成果已经“浮出水面”。
已知:
①CH4（g）十H2O（g）==CO（g）+3H2（g）△H1=+206.4kJ/mol
②CO（g）+H2O（g）==CO2（g）+H2（g）△H2=-41.2kJ/mol
T1°C时，在2L恒容密闭容器中加入2molCH4和1molCO2，并测得该研究成果实验数据如下：
请回答下列问题:
时间/s
0
10
20
30
40
50
60
CO2/mol
1
0.7
0.6
0.54
0.5
0.5
0.5
H2/mol
0
0.6
0.8
0.92
1
1
1
（1）该研究成果的热化学方程式③CH4（g）+CO2（g）==2CO（g）+2H2（g）△H=_____
（2）30s时CH4的转化率为_______，20~40s,v（H2）=_______.
（3）T2°C时,该反应的化学平衡常数为1.5,则T2___T1（填“>”“=”或“<”。
）
（4）T1°C时反应③达到平衡的标志为______________。
A．容器内气体密度不变B．体系压强恒定
C．CO和H2的体积分数相等且保持不变D．2v（CO）逆=v（CH4）正
（5）上述反应③达到平衡后,其他条件不变,在70s时再加入2molCH4和1molCO2,此刻平衡的移动方向为________（填“不移动”“正向”或“逆向"）,重新达到平衡后，CO2的总转化率比原平衡____________（填“大”“小”或“相等”）。
【答案】+247.6KJ/mol23%0.005mol/（L·s）＞BC正向小
【解析】
【分析】
已知：
①CH4（g）十H2O（g）=CO（g）+3H2（g）△H1=+206.4kJ/mol
②CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g）△H2=-41.2kJ/mol
（1）利用盖斯定律，将①-②，可得出热化学方程式③CH4（g）+CO2（g）=2CO（g）+2H2（g）△H。
（2）利用三段式，建立各物质的起始量、变化量与平衡量的关系，可得出30s时CH4的转化率，20~40s的v（H2）。
（3）利用三段式，可求出T1时的化学平衡常数，与T2时进行比较，得出T2与T1的关系。
（4）A．气体的质量不变，容器的体积不变，则容器内气体密度始终不变；
B．容器的体积不变，气体的分子数随反应进行而发生变化；
C．平衡时，CO和H2的体积分数保持不变；
D．2v（CO）逆=v（CH4）正，方向相反，但数值之比不等于化学计量数之比。
（5）利用浓度商与平衡常数进行比较，可确定平衡移动的方向；利用等效平衡原理，可确定CO2的总转化率与原平衡时的关系。
【详解】
已知：
①CH4（g）十H2O（g）=CO（g）+3H2（g）△H1=+206.4kJ/mol
②CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g）△H2=-41.2kJ/mol
（1）利用盖斯定律，将①-②，可得出热化学方程式③CH4（g）+CO2（g）=2CO（g）+2H2（g）△H=+247.6kJ/mol，故答案为：
+247.6kJ/mol；
（2）利用表中数据，建立如下三段式：
30s时，CH4的转化率为
=23%，20~40s的v（H2）=
=0.005mol/（L∙s），故答案为：
23%；0.005mol/（L∙s）；
（3）利用平衡时的数据，可求出T1时的化学平衡常数为
<1.5，则由T1到T2，平衡正向移动，从而得出T2>T1，故答案为：
>；
（4）A．反应前后气体的总质量不变，容器的体积不变，则容器内气体密度始终不变，则密度不变时，不一定达平衡状态，A不合题意；
B．气体的分子数随反应进行而发生改变，则压强随反应进行而改变，压强不变时达平衡状态，B符合题意；
C．平衡时，CO和H2的体积分数保持不变，反应达平衡状态，C符合题意；
D．2v（CO）逆=v（CH4）正，速率方向相反，但数值之比不等于化学计量数之比，反应未达平衡，D不合题意；
故答案为：
BC；
（5）平衡时加入2molCH4和1molCO2，浓度商为Q=
，所以平衡正向移动；加入2molCH4和1molCO2，相当于原平衡体系加压，平衡逆向移动，CO2的总转化率比原平衡小，故答案为：
正向；小。
【点睛】
计算平衡常数时，我们需使用平衡浓度的数据，解题时，因为我们求30s时的CH4转化率，所以易受此组数据的干扰，而使用此时的数据计算平衡常数，从而得出错误的结果。
5．硫酸是重要的化工原料，生产过程中SO2催化氧化生成SO3的化学反应为：
2SO2（g）+O2（g）
2SO3（g）。
（1）实验测得SO2反应生成SO3的转化率与温度、压强有关，请根据下表信息，结合工业生产实际，选择最合适的生产条件是__。
SO2压强
转化率
温度
1个大气压
5个大气压
10个大气压
15个大气压
400℃
0.9961
0.9972
0.9984
0.9988
500℃
0.9675
0.9767
0.9852
0.9894
600℃
0.8520
0.8897
0.9276
0.9468
（2）反应2SO2（g）+O2（g）
2SO3（g）达到平衡后，改变下列条件，能使SO2（g）平衡浓度比原来减小的是__（填字母）。
A．保持温度和容器体积不变，充入1molO2（g）
B．保持温度和容器体积不变，充入2molSO3（g）
C．降低温度
D．在其他条件不变时，减小容器的容积
（3）某温度下，SO2的平衡转化率（α）与体系总压强（P）的关系如图所示。
2.0molSO2和1.0molO2置于10L密闭容器中，反应达平衡后，体系总压强为0.10MPa。
平衡状态由A变到B时，平衡常数K（A）__K（B）（填“>”、“<”或“=”），B点的化学平衡常数是__。
（4）在一个固定容积为5L的密闭容器中充入0.20molSO2和0.10molO2，t1时刻达到平衡，测得容器中含SO30.18mol。
①tl时刻达到平衡后，改变一个条件使化学反应速率发生如图所示的变化，则改变的条件是__。
A．体积不变，向容器中通入少量O2
B．体积不变，向容器中通入少量SO2
C．缩小容器体积
D．升高温度
E．体积不变，向容器中通入少量氮气
②若继续通入0.20molSO2和0.10molO2，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，_mol【答案】1个大气压和400℃A、C=800C正向0.360.4
【解析】
【分析】
（1）从表中可以看出，压强越大，SO2的转化率越大，但变化不大；温度越高，转化率越小。
综合以上分析，应选择低温低压。
（2）A．保持温度和容器体积不变，充入1molO2（g），平衡正向移动，SO2（g）平衡浓度减小；
B．保持温度和容器体积不变，充入2molSO3（g），平衡逆向移动，SO2（g）平衡浓度增大；
C．降低温度，平衡正向移动，SO2（g）平衡浓度减小；
D．在其他条件不变时，减小容器的容积，相当于加压，平衡正向移动，SO2（g）平衡浓度增大。
（3）温度一定时，平衡常数不变，由此得出A、B两点平衡常数K（A）与K（B）的关系，因为给定压强为0.10MPa，是A点的压强，所以应用A点的转化率计算化学平衡常数。
（4）在一个固定容积为5L的密闭容器中充入0.20molSO2和0.10molO2，t1时刻达到平衡，测得容器中含SO30.18mol。
①A．体积不变，向容器中通入少量O2，v正增大，v逆不变；
B．体积不变，向容器中通入少量SO2，v正增大，v逆不变；
C．缩小容器体积，相当于加压，平衡正向移动，v正增大，v逆增大，但v正增大更多；
D．升高温度，平衡逆向移动，v正增大，v逆增大，但v逆增大更多；
E．体积不变，向容器中通入少量氮气，平衡不发生移动，v正不变，v逆不变。
②若继续通入0.20molSO2和0.10molO2，相当于加压，平衡正向移动，再次达到平衡后，n（SO3）应比原平衡时浓度的二倍要大，但比反应物完全转化要小。
【详解】
（1）从表中可以看出，压强越大，SO2的转化率越大，但变化不大；温度越高，转化率越小。
综合以上分析，应选择低温低压，故应选择1个大气压和400℃。
答案为：
1个大气压和400℃；
（2）A．保持温度和容器体积不变，充入1molO2（g），平衡正向移动，SO2（g）平衡浓度减小，A符合题意；
B．保持温度和容器体积不变，充入2molSO3（g），平衡逆向移动，SO2（g）平衡浓度增大，B不合题意；
C．降低温度，平衡正向移动，SO2（g）平衡浓度减小，C符合题意；
D．在其他条件不变时，减小容器的容积，相当于加压，虽然平衡正向移动，但SO2
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