届高考化学化学反应速率常数及应用三轮冲刺要点突破专攻试题.docx

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届高考化学化学反应速率常数及应用三轮冲刺要点突破专攻试题

2021届高考化学化学反应速率常数及应用三轮冲刺要点突破

专攻试题

——化学反应速率常数及应用

【专题训练】

1．（2019·潍坊期末）汽车尾气（用N2O表示）是空气污染源之一。

回答下列问题：

（1）用CO还原N2O的能量变化如图甲所示，该反应的热化学方程式为N2O（g）＋CO（g）

N2（g）＋CO2（g）　ΔH＝－362.8kJ·mol－1。

在相同温度和压强下，1molN2O和1molCO经过相同反应时间测得如下实验数据：

实验

温度/℃

催化剂

N2O转化率/%

实验1

400

催化剂1

9.5

400

催化剂2

10.6

实验2

500

催化剂1

12.3

500

催化剂2

13.5

试分析在相同温度时，催化剂2催化下N2O的转化率更高的原因是________________________________________________________________________。

（2）在容积均为1L的密闭容器A（起始500℃，恒温）、B（起始500℃，绝热）两个容器中分别加入0.1molN2O、0.4molCO和相同催化剂。

实验测得A、B容器中N2O的转化率随时间的变化关系如图乙所示。

①B容器中N2O的转化率随时间的变化关系是图乙中的________曲线。

②要缩短b曲线对应容器达到平衡的时间，但不改变N2O的平衡转化率，在催化剂一定的情况下可采取的措施是________________（答出1点即可）。

③500℃该反应的化学平衡常数K＝________（用分数表示）。

④实验测定该反应的反应速率v正＝k正·c（N2O）·c（CO），v逆＝k逆·c（N2）·c（CO2），k正、k逆分别是正、逆反应速率常数，c为物质的量浓度。

计算M处的

＝________（保留两位小数）。

解析：

（1）图甲中催化剂2作用下反应活化能降低的程度比催化剂1更多。

因催化剂不影响反应达到平衡时反应物的转化率，由表中数据可知，相同温度时，催化剂2催化下N2O的转化率比使用催化剂1时高，说明反应未达平衡，因在催化剂2催化下，反应的活化能更低，反应速率快，故经过相同反应时间，N2O的转化率更高。

（2）①反应N2O（g）＋CO（g）

N2（g）＋CO2（g）的ΔH<0，容器B（绝热）的起始温度为500℃，反应正向进行放出热量，体系的温度升高，反应速率加快，达到平衡的时间缩短，故表示B容器中N2O的转化率随时间的变化关系的是a曲线。

②该反应的正反应是气体总分子数不变的放热反应，缩短b曲线对应容器达到平衡的时间，但不改变N2O的平衡转化率，可采取的措施是缩小容器容积（增大压强）。

③图乙中b曲线对应A容器中N2O的转化率，达到平衡时N2O转化率为25%，则有：

N2O（g）＋CO（g）

N2（g）＋CO2（g）

起始浓度/（mol·L－1）0.1　0.4　　　0　　　0

转化浓度/（mol·L－1）0.0250.0250.0250.025

平衡浓度/（mol·L－1）0.0750.3750.0250.025

则500℃时该反应的化学平衡常数K＝

＝

＝

。

④由③分析可知，500℃恒温容器中达到平衡时，N2O（g）、CO（g）、N2（g）和CO2（g）的平衡浓度（mol·L－1）分别为0.075、0.375、0.025、0.025，则有v正＝k正·c（N2O）·c（CO）＝k正×0.075×0.375，v逆＝k逆·c（N2）·c（CO2）＝k逆×0.025×0.025；达到平衡时v正＝v逆，则有k正×0.075×0.375＝k逆×0.025×0.025，据此可得

＝

；M点对应的N2O的转化率为20%，此时N2O（g）、CO（g）、N2（g）和CO2（g）的浓度（mol·L－1）分别为0.08、0.38、0.02、0.02，则有

＝

≈1.69。

答案：

（1）数据表明反应未达到平衡，在催化剂2催化下，反应的活化能更低，反应速率快，经过相同反应时间，N2O的转化率更高

（2）①a　②缩小容器容积　③

　④1.69

2．许多含氮物质是农作物生长的营养物质。

（1）一定温度下，向某密闭容器中充入1molNO2，发生反应：

2NO2（g）

N2O4（g）。

测得反应体系中气体体积分数与压强之间的关系如图所示：

①a、b、c三点逆反应速率由大到小的顺序为________。

平衡时若保持压强、温度不变，再向体系中加入一定量的Ne，则平衡________移动（填“正向”“逆向”或“不”）。

②a点时NO2的转化率为________，用平衡分压代替平衡浓度可求出平衡常数Kp，则该温度下Kp＝________Pa－1（用含p0的代数式表示）。

（2）已知在一定温度下的可逆反应N2O4（g）2NO2（g）　ΔH>0中，v正＝k正c（N2O4），v逆＝k逆c2（NO2）（k正、k逆只是温度的函数）。

若该温度下的平衡常数K＝10，则k正＝________k逆。

升高温度，k正增大的倍数________（填“大于”“小于”或“等于”）k逆增大的倍数。

解析：

（1）①由图知，a点到c点的过程中，N2O4的体积分数不断增大，故逆反应速率不断增大；一定温度下，保持压强不变，加入稀有气体，相当于降低压强，故平衡逆向移动；②a点时，设消耗了xmolNO2，则生成0.5xmolN2O4，剩余（1－x）molNO2，由图可得1－x＝0.5x，x＝

mol，此时NO2的转化率为66.7%，平衡时p（N2O4）＝0.96p0，p（NO2）＝0.04p0，由此可求出Kp＝

。

（2）当反应达到平衡时，v正＝v逆，即k正·c（N2O4）＝k逆·c2（NO2），k正＝

＝k逆·K＝10k逆；该反应是吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，k正增大的倍数大于k逆增大的倍数。

答案：

（1）①c>b>a　逆向　②66.7%　

（2）10　大于

3．（2018·全国卷Ⅲ）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x

－k逆x

x

，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）。

解析：

（1）SiHCl3遇潮气时发烟生成（HSiO）2O等，结合原子守恒推知SiHCl3与水蒸气反应除生成（HSiO）2O外，还生成HCl，化学方程式为2SiHCl3＋3H2O===（HSiO）2O＋6HCl。

（2）将题给两个热化学方程式依次编号为①、②，根据盖斯定律，由①×3＋②可得：

4SiHCl3（g）===SiH4（g）＋3SiCl4（g），则有ΔH＝3ΔH1＋ΔH2＝3×48kJ·mol－1＋（－30kJ·mol－1）＝114kJ·mol－1。

（3）温度越高，反应速率越快，达到平衡的时间越短，曲线a达到平衡的时间短，则曲线a代表343K时SiHCl3的转化率变化，曲线b代表323K时SiHCl3的转化率变化。

①由题图可知，343K时反应的平衡转化率α＝22%。

设起始时SiHCl3（g）的浓度为1mol·L－1，则有

2SiHCl3（g）===SiH2Cl2（g）＋SiCl4（g）

起始浓度/（mol·L－1）100

转化浓度/（mol·L－1）0.220.110.11

平衡浓度/（mol·L－1）0.780.110.11

则343K时该反应的平衡常数

K343K＝

＝

≈0.02。

②在343K时，要提高SiHCl3转化率，可采取的措施是及时移去产物，使平衡向右移动；要缩短反应达到平衡的时间，需加快化学反应速率，可采取的措施有提高反应物压强或浓度、改进催化剂等。

③温度越高，反应速率越快，a点温度为343K，b点温度为323K，故反应速率：

va＞vb。

反应速率v＝v正－v逆＝k正x

－k逆x

x

，则有v正＝k正x

，v逆＝k逆x

x

，343K下反应达到平衡状态时v正＝v逆，即k正x

＝k逆x

x

，此时SiHCl3的平衡转化率α＝22%，经计算可得SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4的物质的量分数分别为0.78、0.11、0.11，则有k正×0.782＝k逆×0.112，

＝

≈0.02。

a处SiHCl3的平衡转化率α＝20%，此时SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4的物质的量分数分别为0.8、0.1、0.1，则有

＝

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

4．（2019·绵阳二诊）研究CO、CO2的回收利用既可变废为宝，又可减少碳的排放。

回答下列问题：

（1）二甲醚（CH3OCH3）被誉为“21世纪的清洁燃料”，由CO和H2制备二甲醚的反应原理如下：

CO（g）＋2H2（g）

CH3OH（g）　ΔH＝－90.1kJ·mol－1

2CH3OH（g）

CH3OCH3（g）＋H2O（g）ΔH＝－24.5kJ·mol－1

已知：

CO（g）＋H2O（g）

CO2（g）＋H2（g）　ΔH＝－41.0kJ·mol－1，则2CO2（g）＋6H2（g）

CH3OCH3（g）＋3H2O（g）的ΔH＝________，有利于提高该反应中CO2平衡转化率的条件是_______（填标号）。

A．高温低压B．高温高压

C．低温低压D．低温高压

（2）T1K时，将1mol二甲醚引入一个抽空的150L恒容容器中，发生分解反应：

CH3OCH3（g）

CH4（g）＋H2（g）＋CO（g）。

在不同时间测定容器内的总压，所得数据如表：

t/min

0

6.5

13.0

26.5

52.6

∞

p总/kPa

50.0

55.0

65.0

83.2

103.8

125.0

①由表中数据计算：

0～6.5min内的平均反应速率v（CH3OCH3）＝________，反应达平衡时，二甲醚的分解率为________，该温度下平衡常数K＝________。

②若升高温度，CH3OCH3的浓度增大，则该反应为________（填“放热”或“吸热”）反应，要缩短达到平衡的时间，可采取的措施有_____________、______________。

（3）在T2K、1.0×104kPa下，等物质的量的CO与CH4混合气体发生反应：

CO（g）＋CH4（g）

CH3CHO（g）。

反应速率v＝v正－v逆＝k正·p（CO）·p（CH4）－k逆·p（CH3CHO），k正、k逆分别为正、逆反应速率常数，p为气体的分压（气体分压p＝气体总压p总×体积分数）。

用气体分压表示的平衡常数Kp＝4.5×10－5（kPa）－1，则CO的转化率为20%时

＝________。

解析：

（1）已知反应：

①CO（g）＋2H2（g）

CH3OH（g）　ΔH＝－90.1kJ·mol－1，②2CH3OH（g）

CH3OCH3（g）＋H2O（g）　ΔH＝－24.5kJ·mol－1，③CO（g）＋H2O（g）

CO2（g）＋H2（g）　ΔH＝－41.0kJ·mol－1，根据盖斯定律，由①×2＋②－③×2得：

2CO2（g）＋6H2（g）

CH3OCH3（g）＋3H2O（g）　ΔH＝－122.7kJ·mol－1。

此反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，CO2的平衡转化率降低，A、B项错误；该反应是气体分子数减小的反应，则压强减小平衡逆向移动，CO2的平衡转化率降低，C项错误；降低温度和增大压强平衡都正向移动，CO2的平衡转化率增大，D项正确。

（2）①根据CH3OCH3（g）

CH4（g）＋H2（g）＋CO（g），设0～6.5min内反应的CH3OCH3为xmol，恒温恒容下，压强之比等于物质的量之比，则

＝

，解得x＝0.05，v（CH3OCH3）＝

≈5.13×10－5mol·L－1·min－1；设达平衡时反应的CH3OCH3为ymol，则

＝

，解得y＝0.75，则二甲醚的分解率为

×100%＝75%；K＝

＝7.5×10－5。

②升高温度，CH3OCH3的浓度增大，说明平衡逆向移动，则该反应为放热反应，要缩短达到平衡的时间，可采取的措施有使用高效催化剂、增大反应物浓度等。

（3）反应达平衡时，v正＝v逆，即k正·p（CO）·p（CH4）＝k逆·p（CH3CHO），则k正/k逆＝p（CH3CHO）/[p（CO）·p（CH4）]＝Kp＝4.5×10－5（kPa）－1，设开始时加入的CO和CH4均为amol，CO的转化率为20%时，CO和CH4的体积分数均为a×（1－20%）/[a×（1－20%）＋a×（1－20%）＋a×20%]＝4/9，CH3CHO的体积分数为a×20%/[a×（1－20%）＋a×（1－20%）＋a×20%]＝1/9，v正/v逆＝k正·p（CO）·p（CH4）/[k逆·p（CH3CHO）]＝[4.5×10－5×（4/9）×104×（4/9）×104]/[（1/9）×104]＝4/5。

答案：

（1）－122.7kJ·mol－1　D

（2）①5.13×10－5mol·L－1·min－1　75%　7.5×10－5　②放热　改进催化剂　增大反应物浓度（或其他合理答案）

（3）

5．（2019·唐山统考）甲醇是重要的化工原料，利用煤化工中产生的CO、CO2和H2可制取甲醇等有机物，发生的反应有：

①CO（g）＋2H2（g）

CH3OH（g）ΔH1＝－99kJ·mol－1

②CO2（g）＋3H2（g）

CH3OH（g）＋H2O（g）　ΔH2

相关物质的化学键键能数据如下：

化学键

C===O（CO2）

H—H

C—O

H—O

C—H

E/（kJ·mol－1）

803

436

343

465

413

（1）ΔH2＝________。

（2）关于反应①下列说法正确的是________。

A．该反应在任何温度下都能自发进行

B．升高温度，正反应速率增大，逆反应速率减小

C．使用催化剂，不能提高CO的转化率

D．温度不变，增大压强，该反应的化学平衡常数不变

（3）在某温度下，将1.0molCO与2.0molH2充入2L的空钢瓶中，发生反应①，在第5min时达到化学平衡状态，此时甲醇的物质的量分数为0.1。

在第10min、20min时分别改变反应条件，甲醇的浓度在不同条件下的变化状况如图所示：

①从反应开始到5min时，生成甲醇的平均速率为_______。

②H2的平衡转化率α＝________%，化学平衡常数K＝________。

③1min时，v正________（填“大于”“小于”或“等于”）v逆。

④1min时v正________（填“大于”“小于”或“等于”）4min时v逆。

⑤比较甲醇在7～8min、12～13min和25～27min时平均反应速率[平均反应速率分别以v（7～8）、v（12～13）、v（25～27）表示]的大小________。

⑥若将钢瓶换成同容积的绝热容器，重复上述实验，平衡时甲醇的物质的量分数________（填“大于”“小于”或“等于”）0.1。

解析：

（1）ΔH2＝[（803×2＋436×3）－（413×3＋343＋465＋465×2）]kJ·mol－1＝（2914－2977）kJ·mol－1＝－63kJ·mol－1。

（2）反应①是一个熵减的放热反应，在低温时满足ΔH－TΔS<0，即低温时该反应自发进行，A项错误；升高温度，正、逆反应速率都增大，B项错误；使用催化剂只能缩短达到平衡的时间，不能提高CO的转化率，C项正确；增大压强，平衡正向移动，但温度不变，平衡常数不变，D项正确。

（3）①设第5min达平衡时生成甲醇的物质的量为xmol，则平衡时CO为（1.0－x）mol，氢气为（2.0－2x）mol，x/[（1.0－x）＋（2.0－2x）＋x]＝0.1，解得x＝0.25，v（CH3OH）＝0.25mol/（2L×5min）＝0.025mol·L－1·min－1。

②H2的平衡转化率为

×100%＝25%，化学平衡常数K＝（0.25/2）/[（0.75/2）×（1.5/2）2]＝16/27≈0.59。

③1min时，反应正向进行，正反应速率大于逆反应速率。

④反应达平衡前的任一时刻的正反应速率大于逆反应速率，又1min时反应物浓度大，反应速率快，故1min时v正大于4min时v逆。

⑤由图可知，7～8min和25～27min时反应均处于平衡状态，则平均反应速率为0，12～13min时，平均反应速率大于0，所以v（12～13）>v（7～8）＝v（25～27）。

⑥若将钢瓶换成同容积的绝热容器，重复上述实验，则反应放出的热量不能散发，会使体系温度升高，温度升高，平衡逆向移动，甲醇的体积分数减小。

答案：

（1）－63kJ·mol－1　

（2）CD

（3）①0.025mol·L－1·min－1　②25　

或0.59　

③大于　④大于　⑤v（12～13）>v（7～8）＝v（25～27）

⑥小于

【专题反思】

1．速率常数含义

速率常数（k）是指在给定温度下，反应物浓度皆为1mol·L－1时的反应速率。

在相同的浓度条件下，可用速率常数大小来比较化学反应的反应速率。

化学反应速率与反应物浓度（或浓度的次方）成正比，而速率常数是其比例常数，在恒温条件下，速率常数不随反应物浓度的变化而改变。

因此，可以应用速率方程求出该温度下任意浓度时的反应速率。

2．速率方程

一定温度下，化学反应速率与反应物浓度以其计量数为指数的幂的乘积成正比。

对于反应：

aA（g）＋bB（g）

gG（g）＋hH（g）

则v正＝k正ca（A）·cb（B）（其中k正为正反应的速率常数），v逆＝k逆·cg（G）·ch（H）（其中k逆为逆反应的速率常数）。

如反应2NO2（g）

2NO（g）＋O2（g），

v正＝k正·c2（NO2），v逆＝k逆·c2（NO）·c（O2）。

3．速率常数与化学平衡常数之间的关系

一定温度下，可逆反应：

aA（g）＋bB（g）

gG（g）＋hH（g），达到平衡状态时，v正＝k正·ca（A）·cb（B），v逆＝k逆·cg（G）·ch（H），

因平衡时v正＝v逆，

则k正·ca（A）·cb（B）＝k逆·cg（G）·ch（H），

＝

＝K