高考化学 考前冲刺大题精做 专题01 化学反应速率与化学平衡原理综合应用.docx
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高考化学考前冲刺大题精做专题01化学反应速率与化学平衡原理综合应用
2013年高考化学考前冲刺大题精做专题01化学反应速率与化学平衡原理综合应用
☞2013年高考会这样考
试题一般考查化学反应速率、化学平衡理论在化工生产中的应用，具体考点有：
（1）化学反应速率、化学平衡的相关计算；
（2）以图像、表格的形式考查影响化学反应速率的因素和化学平衡理论；
（3）外界条件对化学平衡的影响，以及对知识整合能力、分析和解决问题的能力；
（4）考查化学平衡常数，化学常数与温度、反应热的关系；利用物质的平衡浓度与温度判断化学平衡常数的大小，及用浓度商的关系判断是否达到平衡状态。
（5）用化学反应速率、化学平衡理论在化工生产中的应用，同时考虑生产成本和经济效益等。
☞原味还原高考
【高考还原1，（2012·全国新课标卷）】27.（15分）光气（COCl2）在塑料、制革、制药等工业中有许多用途，工业上采用高温下CO与Cl2在活性炭催化下合成。
（1）实验室常用来制备氯气的化学方程式为；
（2）工业上利用天然气（主要成分为CH4）与CO2进行高温重整制备CO，已知CH4、H2、和CO的燃烧热（ΔH）分别为-890.3kJ·mol-1、-285.8kJ.mol-1和-283.0kJ.mol
-
1，则生成1m3（标准状况）CO所需热量为；
（3）实
验室中可用氯仿（CHCl3）与双氧水直接反应制备光气，其反应的化学方程式；
（4）COCl2的分解反应为COCl2（g）=Cl2（g）+CO（g）ΔH=+108kJ·mol-1。
反应体系达到平衡后，各物质的浓度在不同条件下的变化状况如下图所示（第10min到14min的COCl2浓度变化曲线未示出）：
①计算反应在第8min时的平衡常数K=；
②比较第2min反应温度T
（2）与第8min反应温度T（8）的高低：
T
（2）T（8）
（填“<”、“>”或“=”），
③若12min时反应于温度T（8）下重新达到平衡，则此时c（COCl2）=mol·L-1；
④比较产物CO在2-3min、5-6min和12-13min时平均反应速率（平均反应速率分别以v（2-3）、v（5-6）、v（12-13））的大小；
⑤比较反应物COCl2在5-6min和15-16min时平均反应速率的大小：
v（5-6）v（15-16）（填“<”、“>”或“=”），原因是
。
CH4（g）+2O2（g）=2H2O（l）+CO2（g）ΔH1=-890.3KJ/mol①
H2（g）+
O2（g）=H2O（l）ΔH2=-285.8KJ/mol②
CO（g）+
O2（g）=CO2（g）ΔH1=-283.0KJ/mol③
工业用甲烷和二氧化碳反应制取CO的热化学方程式为：
CH4（g）+CO2（g）=2H2（g）+2CO（g）ΔH④
由盖斯定律和方程式①②③知：
④=①-2×②-2×③
ΔH=ΔH1-2ΔH2-2ΔH3=（-890.3）kJ·moL-1-2×（-285.8）kJ·moL-1-2×（-283.0）kJ·moL-1=247.3kJ·moL-1，即生成2molCO，需要吸热247.3KJ，那么要得到1立方米的CO，吸热为（1000/22.4）×247.3/2=5.52×103KJ。
【高考还原2，（2012·北京）】26.（12分）用Cl2生产某些含氯有机物时会产生副产物HC1。
利用反应A，可实现氯的循环利用。
反应A:
4HCl+O2
2Cl2+2H2O
（1）已知:
i反应A中，4
molHCI被氧化，放出115.6kJ的热量。
ii
①H2O的电子式是_______________.
②反应A的热化学方程式是_______________。
③断开1molH—O键与断开1molH—Cl键所需能量相差约为__________kJ，H2O中H—O键比HCl中H—Cl键（填“强”或“弱”）_______________。
（2）对于反应A，下图是4种投料比[n（HCl）：
n（O2），分别为1：
1、2：
1、4：
1、6：
1]下，反应温度对HCl平衡转化率影响的曲线。
①曲线b对应的投料比是______________.
②当曲线b、c、d对应的投料比达到相同的HCl平衡转化率时，对应的反应温度与投料比的关系是_________________.
⑧投料比为2:
1、温度为400℃时，平衡混合气中Cl2的物质的量分数是_______________.
（2）根据反应方程式：
4HCl+O2
2Cl2+2H2O，氧气的投料比越高，则HCl的转化率越高，故此曲线b对应的投料比为4:
1；由于该反应正向放热，故温度越高，HCl的转化率越低，故投料比越小时温度越高；当投料比为2:
1，温度为400℃时，HCl的转化率约为80%，此时为：
4HCl+O2
2Cl2+2H2O
开始2100
变化1.60.40.80.8
平衡0.40.60.80.8
故平衡混合气中氯气的物质的量分数为
×100%=30.8%
【名师剖析】
考查重点剖析：
多变量条件下，图像的认识；化学平衡的计算等。
易错点剖析：
①改变反应物
的量对转化率的影响，如有两种反应物，增加其中的一种，自身的转化率减小，另一物质的转化率提高；②平衡计算的基本格式，三段式的应用。
【高考还原3，】（2012·上海）用氮化硅（Si3N4）陶瓷代替金属制造发动机的耐热部件，能大幅度提高发动机的热效率。
工业上用化学气相沉积法制备氮化硅，其反应如下：
3SiCl4（g）+2N2（g）+6H2（g）
Si3N4（s）+12HCl（g）+Q（Q>0）完成下列填空：
31．在一定温度下进行上述反应，若反应容器的容积为2L，3min后达到平衡，测得固体的
质量增加了2.80g，则H2的平均反应速率___mol／（L·min）；该反应的平衡常数表达式K=_____
32．上述反应达到平衡后，下列说法正确的是_。
a．其他条件不变，压强增大，平衡常数K减小
b．其他条件不变，温度升高，平衡常数K减小
c．其他条件不变，增大Si3N4物质的量平衡向左移动
d．其他条件不变，增大HCl物质的量平衡向左移动
33．一定条件下，在密闭恒容的容
器中，能表示上述反应达到化学平衡状态的是_。
a．3v逆（N2）=v正（H2）b
．v正（HCl）=4v正（SiCl4）
c．混合气体密度保持不变d．c（N2）：
c（H2）：
c（HCl）=1：
3：
6
34．若平衡时H2和HCl的物质的量之比为m/n，保持其它条件不变，降低温度后达到新的平衡时，H2和HCl的物质的量之比___m/n（填“>”、“=”或“<”）。
【答案】
31．0．02；
32．bd
33．ac
34．＜
☞细品经典例题
【经典例题1】
（1）在100℃恒温条件下将0.100mol的N2O4充入体积为1L的真空密闭容器中，发生反应：
N2O4（g）
2NO2（g）ΔH>0。
隔一定时间对该容器内物质进行分析，得到如下数据：
t/s
cmol/L
0
20
40
60
80
100
c（N2O4）
0.100
a
0.5b
0.4b
c（NO2）
0
0.060
b
c1
c2
c3
请回答下列问题：
①中a=,在0～20s内N2O4的平均反应速率为mol·L-1·s-1
②已知100℃时该反应的平衡常数为0.36，则表中b、c1、c2的大小关系为，c3=mol/L，达到平衡时N2O4的转化率为。
（2）室温下，把SiO2细粉放入蒸馏水中，不断搅拌，能形成H4SiO4溶液，反应原理如下：
SiO2（s）+2H2O（l）
H4SiO4（aq）ΔH
①写出该反应的化学平衡常数K的表达式：
。
②实际上，在地球的深处，由于压强很大，固体、液体都会受到影响。
在一定温度下，在10000m以下的地球深处，上述反应的方向是（填“正方向”、“
逆方向”、“不移动”，理由是。
【答案】
【经典例题2】过度排放CO2会造成“温室效应”，为了减少煤燃烧对环境造成的污染，煤的气化是高效、清洁利用煤炭的重要途径。
煤综合利用的一种途径如图所示。
（1）用下图所示装置定量检测过程①产生的CO2（提示：
煤粉燃烧过程中也会产生SO2；不考虑空气中的CO2和水蒸气对检测的影响）。
B中预期的实验现象是__________________________________________________________，
D中的试剂是________。
（2）已知C（s）＋H2O（g）===CO（g）＋H2（g）ΔH1＝＋131.3kJ·mol－1
C（s）＋2H2O（g）===CO2（g）＋2H2（g）ΔH2＝＋90kJ·mol－1
则一氧化碳与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的热化学方程式是_______________________，该反应的化学平衡常数K随温度的升高将________（填“增大”、“减小”或“不变”）。
（3）用下图装置可以完成过程⑤的转化，同时提高能量的利用率，其实现的能量转化形式主要是___；a电极的电极反应式是________。
（4）在压强为0.1MPa条件下，容积为VL的密闭容器中amolCO与2amolH2在催化剂作用下反应生成甲醇：
CO（g）＋2H2
（g）
CH3OH（g），CO的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示，则：
①p1________p2（填“＞”、“＜”或“＝”）。
②在其他条件不变的情况下，向容器中再增加amolCO与2amolH2，达到新平衡时，CO的平衡转化率________（填“增大”、“减小”或“不变”，下同），平衡常数________。
③在p1下，100℃时，CH3OH（g）
CO（g）＋2H2（g）反应的平衡常数为________（用含a、V的代数式表示）。
（5）下图表示CO2与H2反应生成CH3OH和H2O的过程中能量（单位为kJ·mol－1）的变化：
关于该反应的下列说法中，正确的是________（填编号）。
A．ΔH＞0，ΔS＞0
B．ΔH＞0，ΔS＜0
C．ΔH＜0，ΔS＜0
D．ΔH＜0，ΔS＞0
（6）为探究反应原理，现进行如下实验，在体积为1L的密闭容器中，充入1molCO2和3molH2，一定条件下发生反应：
CO2（g）＋3H2（g）CH3OH（g）＋H2O（g），测得CO2（g）和CH3OH（g）的浓度随时间变化的曲线如图所示：
①从反应开始到平衡，CO2的平均反应速率v（CO2）＝________。
②下列措施中能使化学平衡向正反应方向移动的是_____（填编号）。
A．升高温度
B．将CH3OH（g）及时液化移出
C．选择高效催化剂
D．再充入1molCO2和3molH2
（2）利用盖斯定律，将两反应式相减可得一氧化碳与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的热化学方程式为CO（g）＋H2O（
g）===CO2（g）＋H2（g） ΔH＝－41.3kJ·mol－1。
由于该反应的正反应为放热反应，故该反应的化学平衡常数K随温度的升高将减小。
（3）该装置为原电池装置，其实现的能量转化形式是化学能转化为电能；a电极为负极，其电极反应式是CH3OCH3＋3H2O－12e－===2CO2↑＋12H＋。
☞精选名题巧练
【名题巧练1】（2013东北三校一模）27．（16分）
I．在一个容积为2L的密闭容器中加人2molN2和6molH2，发生如下反应：
N2（g）+3H2（g）
2NH3（g）ΔH<0.5min后达到平衡，测得c（NH3）=0.5mol/L。
（1）该条件下此反应的化学平衡常数的表达式K=________，温度升高，则K值________。
（填“变大”、“变小”或“不变”）．
（2）从反应开始到平衡，用H2的浓度变化表示的反应速率为：
________。
（3）若平衡时，移走1molN2和3molH2，在相同温度下再达平衡时c（NH3）_________0.25mol/L。
（填“>”、“<”或“=”）
【名题巧练2】（浙江六校一模）（15分）碳酸二甲酯（DMC）是一种近年来受到广泛关注的环保型绿色化工产品。
在催化剂作用下，可由甲醇和CO2直接合成DMC：
CO2+2CH3OH→CO（OCH3）2+H2O，但甲醇转化率通常不会超过1%是制约该反应走向工业化的主要原因。
某研究小组在其他条件不变的情况下，通过研究温度、反应时间、催化剂用量分别对转化数（TON）的影响来评价催化剂的催化效果。
计算公式为：
TON=转化的甲醇的物质的量/催化剂的物质的量。
（1）已知25℃时，甲醇和DMC的标准燃烧热分别为△H1和△H2，则上述反应在25℃时的焓变△H3=_____。
（2）根据反应温度对TON的影响图（下左图）判断该反应的焓变△H________0（填“>”、“=”或“<”），理由是________________________________。
（3）根据反应时间对TON的影响图（上右图），已知溶液总体积10mL，反应起始时甲醇0.25mol，催化剂0.6×10—5mol，计算该温度下，4～7h内DMC的平均反应速率：
________；计算10h时，甲醇的转化率：
________。
（4）根据该研究小组的实验及催化剂用量对TON的影响图（下右图），判断下列说法正确的是_____。
a．由甲醇和CO2直接合成DMC，可以利用价廉易得的甲醇把影响环境的温室气体CO2转化为资源，在资源循环利用和环境保护方面都具有重要意义
b．在反应体系中添加合适的脱水剂，将提高该反应的TON
c．当催化剂用量低于1.2×10—5mol时，随着催化剂用量的增加，甲醇的平衡转化率显著提高
d．当催化剂用量高于1.2×10—5mol时，随着催化剂用量的增加，DMC的产率反而急剧下降
【答案】（15分）
（1）2△H1—△H2（3分）
（2）<（2分）经过相同的反应时间，温度较低时，反应未达到平衡；温度较高时，反应已达到平衡，随着温度升高，TON减小，即平衡向左移动，说明该反应放热（3分）
（3）1×10-3mol·L-1·h-1（2分）8.4×10-2%（2分）
（4）ab（3分）
【名师解析】
（1）根据反应①CH3OH（l）+1.5O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）ΔH1，②CO（OCH3）2（l）+3O2（g）=3CO2（g）+3H2O（l）ΔH1，根据盖斯定律有目标反应等于①×2-②，
【名题巧练3】（12分）研究硫及其化合物性质有重要意义。
（1）Cu2S在高温条件下发生如下反应：
2Cu2S（s）+3O2（g）=2Cu2O（g）+2SO2（g）ΔH=-773KJ/mol
当该反应有0.2molSO2生成时，反应释放出的热量为__________kJ。
（2）硫酸工业生产中涉及反应：
2SO2（g）+O2（g）
2SO3（g）。
向2
L的容器中充入2molSO2、1molO2，SO2的平衡转化率与温度的关系如下图所示。
T1温度下，反应进行到状态D时，v（正）_____v（逆）（填“＞”“＜”或“=”）
温度为T1时，反应的平衡常数K=_______。
若在T3温度时，达平衡时测得反应放出的热量为Q1。
此时再向容器中加入2molSO2、1molO2并使之重新达到平衡，测得又放出热量Q2。
则下列说法正确的是_______。
（填序号字母）
a．容器的压强增大原来的两倍
b．Q2一定等于Q1
c．新平衡时SO2的转
化率一定大于80%
d．T3时的平衡常数大于T1时的平衡常数
（3）为了验证SO2既具有还原性还具有酸性氧化物的性质，下列试剂中能选取的合适实验试剂依次是___________、____________（填序号字母）。
a．品红溶液b．澄清的石灰
水c．烧碱溶液d．溴水
（4）实验室存放的Na2SO3溶液容易变质，请完成下列检验该Na2SO3溶液是否变质的实验报告：
①步骤一：
用试管取适量的待测溶液；
②步骤二：
向所取溶液中____________________________；
③实验现象及对应结论：
____________________________；
【名题巧练4】23．（12分）甲醇是一种新型的汽车动力燃料，工业上可通过CO和H2化合制备甲醇，该反应的热化学方程式为：
CO（g）+2H2（g）
CH3OH（g）⊿H
已知某些化学键的键能数据如下表：
化学键
C—C
C—H
H—H
C—O
C≡O
H—O
键能/kJ·mol-1
348
413
436
358
1072
463
请回答下列问题：
（1）已知CO中的C与O之间为叁键连接，该反应的⊿H=▲；
（2）某化学研究性学习小组模拟工业合成甲醇的反应，在容积固定为2L的密闭容器内充入1molCO和2molH2，加入合适催化剂（体积可以忽略不计）后在250°C开始反应，并用压力计监测容器内压强的变化如下：
反应时间/min
0
5
10
15
20
25
压强/MPa
12.6
10.8
9.5
8.7
8.4
8.4
则从反应开始到20min时，以CO表示的平均反应速率=▲
，该温度下平衡常数K=▲，若升高温度则K值▲（填“增大”、“减小”或“不变”）；
（3）下列描述中能说明上述反应已达平衡的是▲；
A．容器内气体的平均摩尔质量保持不变
B．2v（H2）正=v（CH3OH）逆
C．容器中气体的压强保持不变
D．单位时间内生成nmolCO的同时生成2nmolH2
（4）甲醇-空气燃料电池（DMFC）是一种高效能、轻污染电动汽车的车载电池，其工作原理示意图如右，该燃料电池的电池反应式为2CH3OH（g）+3O2（g）=2CO2（g）+4H2O（l），则负极的电极反应式为▲。
【答案】
（1）-116KJ/mol
（2）0.0125mol/（L·mol），4，减小
（3）AC
（4）2CH3OH-12e-+2H2O=2CO2+12H+
【名师解析】
（1）CO（g）+2H2（g）
CH3OH（g）
△H=反应物的键能总和-生成物键能总和=E（C≡O）+2E（H—H）-[3E（C—H）+E（C—O）+E（O—H）]
=1072+2×436-（3×413+358+463）=-116KJ/mol
（2）反应前后：
压强比等于物质的量比
设反应后气体的总物质的量为x，又反应前气体总物质的量为3mol，所以
3/x=12.6/8.4x=2mol
设20min始，CO消耗的物质的量为m
CO（g）+2H2（g）
CH3OH（g）
起始（mol）120
转化（mol）m
2mm
平衡（20min）1-m2-2mm
（1-m）+（2-2m）+m=2，解得m=0.5mol
ν（CO）=
=
=0.0125mol/（L·mol）
20min达到平衡时，CO、H2、CH3OH的浓度分别为0.25mol/L、0.5mol/L、0.25mol/
该温度下的平衡常数为K=
=
=4
由于⊿H=-116kJ·mol-1，小于零，反应放热，所以升高温度，平衡向逆方向移动，K减小。
【名师剖析】本题考查的重点是化学反应速率的计算、平衡常数的计算及应用、化学平衡状态的判断，在复习的后期还是以回归课本，抓基础为重点。
【名题巧练5】21．（12分）氨在国民经济中占有重要地位。
③上图中的B点处，NH3的平衡转化率为_______。
【答案】
（1）①N2（g）+3H2（g）=2NH3（g）ΔH=–92.2kJ/mol（
条件不写也得分）
②<③391
（2）①<②c（NH4+）增大，平衡正向移动③32%
【名师解析】
（1）①N2（g）+3H2（g）=2NH3（g）ΔH=–92.2kJ/mol
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