高考化学压轴题专题化学反应的速率与限度的经典推断题综合题附详细答案.docx
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高考化学压轴题专题化学反应的速率与限度的经典推断题综合题附详细答案
高考化学压轴题专题化学反应的速率与限度的经典推断题综合题附详细答案
一、化学反应的速率与限度练习题（含详细答案解析）
1．超音速飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层。
科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2，化学方程式：
2NO+2CO
2CO2+N2，为了测定在某种催化剂作用下的反应速率，在某温度下用气体传感器测得不同时间的NO和CO浓度如表：
时间/s
0
1
2
3
4
5
c（NO）
/mol·L-1
1.00×10-3
4.50×10-4
2.50×10-4
1.50×10-4
1.00×10-4
1.00×10-4
c（CO）
/mol·L-1
3.60×10-3
3.05×10-3
2.85×10-3
2.75×10-3
2.70×10-3
2.70×10-3
请回答下列问题（均不考虑温度变化对催化剂催化效率的影响）：
（1）若1molNO和1molCO的总能量比1molCO2和0.5molN2的总能量大，则上述反应的
___0（填写“>”、“<”、“=”）。
（2）前2s内的平均反应速率v（N2）=_____________。
（3）计算4s时NO的转化率为____________。
（4）下列措施能提高NO和CO转变成CO2和N2的反应速率的是______（填序号）。
A．选用更有效的催化剂B．升高反应体系的温度
C．降低反应体系的温度D．缩小容器的体积
（5）由上表数据可知，该反应在第______s达到化学平衡状态。
假如上述反应在密闭恒容容器中进行，判断该反应是否达到平衡的依据为________（填序号）。
A．压强不随时间改变B．气体的密度不随时间改变
C．c（NO）不随时间改变D．单位时间里消耗NO和CO的物质的量相等
（6）研究表明：
在使用等质量催化剂时，增大催化剂比表面积可提高化学反应速率。
为了分别验证温度、催化剂比表面积对化学反应速率的影响规律，某同学设计了三组实验，部分实验条件已经填在下面实验设计表中。
实验编号
T/℃
NO初始浓度/mol·L-1
CO初始浓度/mol·L-1
催化剂的比表面积/m2·g-1
Ⅰ
280
1.20×10-3
82
Ⅱ
5.80×10-3
124
Ⅲ
350
124
①请在上表格中填入剩余的实验条件数据_____、_____、______、______、______。
②请在给出的坐标图中，画出上表中的Ⅰ、Ⅱ两个实验条件下混合气体中NO浓度随时间变化的趋势曲线图，并标明各条曲线的实验编号________。
【答案】<1.875
10-4mol·L-1·s-190%ABD4AC5.80
10-32801.20
10-31.20
10-35.80
10-3
【解析】
【分析】
反应热的正负可根据反应物和生成物的总能量的大小比较；能提高反应速率的因素主要有增大浓度、使用催化剂、升高温度、增大表面积、构成原电池等，压强能否改变反应速率要看是否改变了浓度；反应是否达到平衡可以从速率（正逆反应速率是否相等）、量（是否保持不变）、压强、气体平均密度，气体平均摩尔质量、颜色等方面判断；验证多个因素对化学反应速率的影响规律，要控制变量做对比实验，每组对比实验只能有一个变量。
【详解】
（1）反应物比生成物的总能量大，说明是放热反应，
<0；
（2）V（N2）=0.5V（NO）=
=1.875
10-4mol·L-1·s-1。
（3）NO的转化率等于反应掉的NO除以原有总的NO，可列式
=90%。
（4）催化剂可以加快反应速率，A正确；温度越高，反应速率越快，B正确，C错误；缩小容器体积，会增大各组分的浓度，浓度越高，反应速率越快，D正确。
故答案选ABD；
（5）由表中数据可知，第4s后，反应物的浓度不再变化，达到平衡；
A．恒温恒压下，压强不变意味着气体的总物质的量不变，而该反应两边的气体计量数之和不同，气体的总物质的量不变说明达到平衡，A正确；
B．气体的密度等于气体的质量除以体积，因为所有组分都是气体，气体的质量不变，因为恒容容器，所以气体不变，所以气体的密度永远不变，与平衡没有关系，B错误；
C.c（NO）不变，意味着达到平衡，C正确；
D．因为NO和CO的化学计量数之比为1:
1，且都是反应物，所以单位时间里消耗NO和CO的物质的量一定相等，不能说明达到平衡，D错误；
故答案：
4；AC；
（6）①验证多个因素对化学反应速率的影响规律，要控制变量做对比实验。
I和II因为催化剂的比表面积不同，所以其他条件应该是一样的，研究的是催化剂比表面积对化学反应速率的影响规律；II和III因为温度不一样，所以其他条件应该是一样的，研究的是温度对化学反应速率的影响规律；
故答案是：
5.80
10-3，280，1.20
10-3，1.20
10-3，5.80
10-3；
②I和II的区别是催化剂的比表面积，催化剂加快反应速率，所以II更快的达到平衡，但催化剂不影响平衡，所以I和II平衡时NO的浓度一样，c（NO）变化曲线如图：
。
【点睛】
验证多个因素对某物质或某性质的影响规律，要控制变量做对比实验，每组对比实验只能有一个变量。
2．研究和深度开发CO、CO2的应用对构建生态文明社会具有重要的意义。
（1）CO可用于炼铁，已知：
Fe2O3（s）+3C（s）＝2Fe（s）+3CO（g）ΔH1＝+489.0kJ·mol－1
C（s）+CO2（g）＝2CO（g）ΔH2＝+172.5kJ·mol－1。
则CO还原Fe2O3（s）的热化学方程式为_________________________________________________。
（2）分离高炉煤气得到的CO与空气可设计成燃料电池（以KOH溶液为电解液）。
写出该电池的负极反应式：
__________________________________________________。
（3）①CO2和H2充入一定体积的密闭容器中，在两种温度下发生反应：
CO2（g）+3H2（g）
CH3OH（g）+H2O（g），测得CH3OH的物质的量随时间的变化如图。
①曲线I、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为KⅠ___________________KⅡ（填“＞”或“＝”或“＜”）。
②一定温度下，在容积相同且固定的两个密闭容器中，按如下方式加入反应物，一段时间后达到平衡。
容器
甲
乙
反应物投入量
1molCO2、3molH2
amolCO2、bmolH2、
cmolCH3OH（g）、cmolH2O（g）
若甲中平衡后气体的压强为开始的0.8倍，要使平衡后乙与甲中相同组分的体积分数相等，且起始时维持化学反应向逆反应方向进行，则c的取值范围为______________________。
③一定温度下，此反应在恒压容器中进行，能判断该反应达到化学平衡状态的依据是______________。
a．容器中压强不变b．H2的体积分数不变c．c（H2）＝3c（CH3OH）
d．容器中密度不变e．2个C＝O断裂的同时有3个H－H断裂
（4）将燃煤废气中的CO2转化为二甲醚的反应原理为：
2CO2（g）+6H2（g）
CH3OCH3（g）+3H2O（g）。
已知一定条件下，该反应中CO2的平衡转化率随温度、投料比[n（H2）/n（CO2）]的变化曲线如图，若温度不变，提高投料比n（H2）/n（CO2），则K将__________；该反应△H_________0（填“＞”、“＜”或“=”）。
【答案】Fe2O3（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO2（g）△H=-28.5KJ/molCO-2e-+4OH-=CO32-+2H2O＞0.4＜c≤1bd不变＜
【解析】
【分析】
（1）已知：
①Fe2O3（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H1=+489.0kJ/mol， ②C（石墨）+CO2（g）=2CO（g）△H2=+172.5kJ/mol，根据盖斯定律有①-②×3可得；
（2）根据原电池负极失去电子发生氧化反应结合电解质环境可得；
（3）①Ⅱ比Ⅰ的甲醇的物质的量少，根据K=
判断；
②根据平衡三段式求出甲中平衡时各气体的物质的量，然后根据平衡后乙与甲中相同组分的体积分数相等，且起始时维持反应逆向进行来判断范围；
③根据化学平衡状态的特征分析；
（4）由图可知，投料比
一定，温度升高，CO2的平衡转化率减小，根据温度对化学平衡的影响分析可得。
【详解】
（1）已知：
①Fe2O3（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H1=+489.0kJ/mol， ②C（石墨）+CO2（g）=2CO（g）△H2=+172.5kJ/mol，根据盖斯定律有①-②×3，得到热化学方程式：
Fe2O3（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO2（g）△H=-28.5kJ/mol；
（2）CO与空气可设计成燃料电池（以KOH溶液为电解液），负极电极反应为：
CO-2e-+4OH-=CO32-+2H2O；
（3）①Ⅱ比Ⅰ的甲醇的物质的量少，则一氧化碳和氢气的物质的量越多，根据K=
可知，平衡常数越小，故KⅠ＞KⅡ；
②
甲中平衡后气体的压强为开始时的0.8倍，即（4-2x）÷4=0.8，解得x=0.4mol；依题意：
甲、乙为等同平衡，且起始时维持反应逆向进行，所以全部由生成物投料，c的物质的量为1mol，c的物质的量不能低于平衡时的物质的量0.4mol，所以c的物质的量为：
0.4mol＜n（c）≤1mol；
③a．反应在恒压容器中进行，容器中压强始终不变，故a错误；
b．反应开始，减少，H2的体积分数不变时，反应平衡，故b正确；
c．c（H2）与c（CH3OH）的关系与反应进行的程度有关，与起始加入的量也有关，所以不能根据它们的关系判断反应是否处于平衡状态，故c错误；
d．根据ρ=
，气体的质量不变，反应开始，体积减小，容器中密度不变时达到平衡，故d正确；
e．C=O断裂描述的正反应速率，H-H断裂也是描述的正反应速率，故e错误；
故答案为：
bd；
（4）由图可知，投料比
一定，温度升高，CO2的平衡转化率减小，说明温度升高不利于正反应，即正反应为放热反应△H＜0；K只与温度有关，温度不变，提高投料比
，K不变。
【点睛】
注意反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，必须是同一物质的正逆反应速率相等；反应达到平衡状态时，平衡时各种物质的物质的量、浓度等不再发生变化，此类试题中容易发生错误的情况往往有：
平衡时浓度不变，不是表示浓度之间有特定的大小关系；正逆反应速率相等，不表示是数值大小相等；对于密度、相对分子质量等是否不变，要具体情况具体分析等。
3．将气体A、B置于固定容积为2L的密闭容器中，发生如下反应：
3A（g）+B（g）⇌2C（g）+2D（g），反应进行到10s末，达到平衡，测得A的物质的量为1.8mol，B的物质的量为0.6mol，C的物质的量为0.8mol。
（1）用C表示10s内反应的平均反应速率为_____________。
（2）反应前A的物质的量浓度是_________。
（3）10s末，生成物D的浓度为________。
（4）平衡后，若改变下列条件，生成D的速率如何变化（填“增大”、“减小”或“不变”）：
①降低温度____；②增大A的浓度_____；③恒容下充入氖气________。
（5）下列叙述能说明该反应已达到化学平衡状态的是（填标号）_________。
A．v（B）=2v（C）
B．容器内压强不再发生变化
C．A的体积分数不再发生变化
D．器内气体密度不再发生变化
E.相同时间内消耗nmol的B的同时生成2nmol的D
（6）将固体NH4I置于密闭容器中，在某温度下发生下列反应：
NH4I（s）⇌NH3（g）+HI（g），2HI（g）⇌H2（g）+I2（g）。
当反应达到平衡时，c（H2）＝0.5mol·L−1，c（HI）＝4mol·L−1，则NH3的浓度为_______________。
【答案】0.04mol/（L∙s）1.5mol/L0.4mol/L减小增大不变C5mol·L−1
【解析】
【分析】
【详解】
（1）由题可知，10s内，C的物质的量增加了0.8mol，容器的容积为2L，所以用C表示的反应速率为：
；
（2）由题可知，平衡时A的物质的量为1.8mol，且容器中C的物质的量为0.8mol；又因为发生的反应方程式为：
，所以反应过程中消耗的A为1.2mol，那么初始的A为3mol，浓度即1.5mol/L；
（3）由于初始时，只向容器中加入了A和B，且平衡时生成的C的物质的量为0.8mol，又因为C和D的化学计量系数相同，所以生成的D也是0.8mol，那么浓度即为0.4mol/L；
（4）①降低温度会使反应速率下降，所以生成D的速率减小；
②增大A的浓度会使反应速率增大，生成D的速率增大；
③恒容条件充入惰性气体，与反应有关的各组分浓度不变，反应速率不变，因此生成D的速率也不变；
（5）A．由选项中给出的关系并不能推出正逆反应速率相等的关系，因此无法证明反应处于平衡状态，A项错误；
B．该反应的气体的总量保持不变，由公式
，恒温恒容条件下，容器内的压强恒定与是否平衡无关，B项错误；
C．A的体积分数不变，即浓度不再变化，说明该反应一定处于平衡状态，C项正确；
D．根据公式：
，容器内气体的总质量恒定，总体积也恒定，所以密度为定值，与是否平衡无关，D项错误；
E．消耗B和生成D的过程都是正反应的过程，由选项中的条件并不能证明正逆反应速率相等，所以不一定平衡，E项错误；
答案选C；
（6）由题可知，NH4I分解产生等量的HI和NH3；HI分解又会产生H2和I2；由于此时容器内c（H2）=0.5mol/L，说明HI分解生成H2时消耗的浓度为0.5mol/L×2=1mol/L，又因为容器内c（HI）=4mol/L，所以生成的HI的总浓度为5mol/L，那么容器内NH3的浓度为5mol/L。
【点睛】
通过反应速率描述可逆反应达到平衡状态，若针对于同一物质，则需要有该物质的生成速率与消耗速率相等的关系成立；若针对同一侧的不同物质，则需要一种描述消耗的速率，另一种描述生成的速率，并且二者之比等于相应的化学计量系数比；若针对的是方程式两侧的不同物质，则需要都描述物质的生成速率或消耗速率，并且速率之比等于相应的化学计量系数比。
4．某同学为了探究锌与盐酸反应过程中的速率变化，他在100mL稀盐酸中加入足量的锌粉，用排水集气法收集反应放出的氢气（气体体积已折算为标准状况下的体积），实验记录如下（累计值）：
时间/min
1
2
3
4
5
氢气体积/mL
50
120
232
290
310
（1）反应速率最大的时间段是__（填“0～1min”“1～2min”“2～3min”或“4～5min”），原因是__。
（2）反应速率最小的时间段是__（填“0～1min”“1～2min”“2～3min”或“4～5min”），原因是__。
（3）2～3min时间段内，以盐酸的浓度变化表示该反应的速率为__。
（4）如果反应太剧烈，为了减缓反应速率而又不减少产生氢气的量，该同学在盐酸中分别加入等体积的下列液体，你认为可行的是__（填序号）。
A．蒸馏水B．NaCl溶液C．Na2CO3溶液D．CuSO4溶液
【答案】2～3min该反应是放热反应，2～3min时间段内温度较高4～5min4～5min时间段内H+浓度较低0.1mol·L-1·min-1AB
【解析】
【分析】
根据表格数据可得：
“0～1min”产生氢气的量为50mL，“1～2min”产生氢气的量为120mL-50mL=70mL，“2～3min”产生氢气的量为232mL-120mL=112mL，“4～5min”产生的氢气的量为310mL-290mL=20mL，再根据公式
分析解答问题。
【详解】
（1）反应速率最大，则单位时间内产生的氢气最多，“2～3min”产生氢气的量为232mL-120mL=112mL，又因该反应是放热反应，此时间段内温度较高，故答案为：
2～3min；该反应是放热反应，2～3min时间段内温度较高；
（2）速率最小，即单位内产生的氢气最少，4～5min共产生20mL氢气，主要原因是随着反应的进行，此时间段内H+浓度较低，故答案为：
4～5min；4～5min时间段内H+浓度较低；
（3）根据公式
，“2～3min”产生氢气的量为232mL-120mL=112mL，则
，根据方程式：
Zn+2HCl===ZnCl2+H2↑可知，消耗
的物质的量n（HCl）=2n（H2）=0.01mol，然后再根据
可求得盐酸的反应速率
，故答案为0.1mol·L-1·min-1；
（4）加入蒸馏水和NaCl溶液相当于降低盐酸浓度，反应速率减小，加入Na2CO3溶液，会消耗盐酸，则会减少生成氢气的量，CuSO4溶液会消耗锌，会减少生成氢气的量，且反应放热会增大反应速率，故答案选AB。
5．某温度时，在2L容器中X、Y、Z三种气体物质的物质的量（n）随着时间（t）变化的曲线如图所示。
由图中数据分析：
（1）该反应的化学方程式为_________________。
（2）反应开始至2min，用Z表示的平均反应速率为_____________。
（3）下列叙述能说明上述反应达到平衡状态的是_____________（填序号）。
A．X、Y、Z的物质的量之比为3∶1∶2
B．混合气体的压强不随时间的变化而变化
C．单位时间内每消耗3molX，同时生成2molZ
D．混合气体的总质量不随时间的变化而变化
E．混合气体的总物质的量不随时间的变化而变
【答案】3X+Y≒2Z0.05mol·L-1·min-1BE
【解析】
【分析】
【详解】
（1）从图像可知，X和Y物质的量分别减少0.3mol、0.1mol，做反应物，Z的物质的量增加0.2mol，根据反应中物质的量之比=系数之比，推断出方程式为：
3X+Y
2Z，故答案为：
3X+Y
2Z；
（2）2min时，v（Z）=
，故答案为：
0.05mol·L-1·min-1；
（3）A．物质的量成正比关系不能说明达到平衡状态，故A错误；
B．反应前后气体体积数不同，故压强不变时说明达到平衡状态，B正确；
C．消耗X正反应方向，生成Z也是正反应方向，不能说明达到平衡状态，C错误；
D．化学反应遵循质量守恒定律，故D错误；
E．混合气体的总物质的量不随时间的变化而变化，说明正反应速率=逆反应速率，故达到平衡状态，E正确；
故答案为：
BE。
6．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
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