备战高考化学化学反应的速率与限度大题培优含详细答案.docx
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备战高考化学化学反应的速率与限度大题培优含详细答案
备战高考化学化学反应的速率与限度（大题培优）含详细答案
一、化学反应的速率与限度练习题（含详细答案解析）
1．某实验小组为确定过氧化氢分解的最佳催化条件，用如图实验装置进行实验，反应物用量和反应停止的时间数据如下：
分析表中数据回答下列问题：
MnO2
时间
H2O2
0.1g
0.3g
0.8g
10mL1.5%
223s
67s
56s
10mL3.0%
308s
109s
98s
10mL4.5%
395s
149s
116s
（1）相同浓度的过氧化氢的分解速率随着二氧化锰用量的增加而________。
（2）从实验效果和“绿色化学”的角度考虑，双氧水的浓度相同时，加入________g的二氧化锰为较佳选择。
（3）该小组的某同学分析上述数据后认为：
“当用相同质量的二氧化锰时，双氧水的浓度越小，所需要的时间就越少，亦即其反应速率越快”的结论，你认为是否正确________，理由是__________________________________。
（4）为加快过氧化氢的分解速率，除了使用MnO2作催化剂和改变过氧化氢的质量分数之外，还可以采取的加快反应速率的措施有_____。
（回答任意两个合理的措施）
【答案】加快0.3不正确H2O2的浓度扩大二倍（从1.5%→3.0%），但反应所需时间比其二倍小的多升高温度；粉碎二氧化锰，增大其表面积。
【解析】
【分析】
由题可知，该实验研究浓度和催化剂对反应速率的影响，通过表中数据可分析得出浓度和催化剂对反应速率的影响规律，因为该实验不是直接测出反应速率，而是测出反应停止的时间，要考虑反应物增多对反应时间的影响。
【详解】
（1）由表格中的数据可知：
相同浓度的H2O2，加入的MnO2越多，反应所用的时间越短，即分解速率越快。
（2）用0.1g催化剂的反应速率明显小于用0.3g和0.8g催化剂的反应速率；用0.8g催化剂和用0.3g催化剂的反应速率及反应时间相差不多，但用0.3g催化剂节约药品。
（3）从表中数据可知，相同体积3.0%的双氧水中的溶质含量是1.5%的双氧水中溶质含量的二倍，但反应的时间却比其反应时间的二倍小得多，由反应速率计算公式可得出，此实验条件下双氧水的浓度越大分解速率越快，由此得出上述结论不正确；
（4）加快反应速率的措施常见的有：
增加反应物浓度、适当升高温度、增加反应物表面积（接触面积）、使用催化剂等。
2．一定温度下，在2L的密闭容器中，X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示：
（1）写出该反应的化学方程式_________________________。
（2）计算反应开始到10s，用X表示的反应速率是___________。
（3）下列叙述中能说明上述反应达到平衡状态的是_________。
a．当X与Y的反应速率之比为1：
1
b．混合气体中X的浓度保持不变
c．X、Y、Z的浓度之比为1：
1：
2
（4）为使该反应的反应速率增大，可采取的措施是_______。
a．适当降低温度b．扩大容器的体积c．充入一定量Z
【答案】X+Y
2Z0.0395mol·L-1·s-1bc
【解析】
【分析】
由图表可知，随反应进行X、Y的物质的量减小，Z的物质的量增大，所以X、Y是反应物，Z是生产物，l0s后X、Y、Z的物质的量为定值，不为0，即10s达到平衡状态，反应是可逆反应，且△n（X）：
△n（Y）：
△n（Z）=（1.20-0.41）mol：
（1.00-0.21）mol：
1.58mol=1：
1：
2，参加反应的物质的物质的量之比等于化学计量数之比，故反应化学方程式为X（g）+Y（g）⇌2Z（g），然后结合v=
及平衡的特征“等、定”及速率之比等于化学计量数之比来解答。
【详解】
（1）由上述分析可知，该反应的化学方程式为X（g）+Y（g）⇌2Z（g）；
（2）反应开始到10s，用X表示的反应速率是
=0.0395mol•（L•s）-1；
（3）a．随着反应的进行，X与Y的反应速率之比始终为1:
1，则不能判断是平衡状态，故a错误；
b．混合气体中X的浓度保持不变，符合平衡特征“定”，为平衡状态，故b正确；
c．X、Y、Z的浓度之比为1:
1:
2，与起始量、转化率有关，不能判断是平衡状态，故c错误；
故答案为b；
（4）a．适当降低温度，反应速率减小，故a错误；
b．扩大容器的体积，浓度减小，反应速率减小，故b错误；
c．充入一定量Z，浓度增大，反应速率加快，故c选；
故答案为c。
【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。
3．二氧化氮在火箭燃料中可用作氧化剂，在亚硝基法生严流酸甲可用作催化剂，但直接将二氧化氮排放会造成环境污染。
已知反应CH4（g）+2NO2（g）
N2（g）+CO2（g）+2H2O（g），起始时向体积为V的恒容密闭容器中通人2molCH4和3molNO2，测得CH4.、N2、H2O的物质的量浓度与时间的关系如图所示。
（1）容器体积V=_______L。
（2）图中表示H2O的物质的量浓度与时间关系的是曲线___________.（填“甲”“乙"或"丙"）。
（3）0~5min内，用N2表示的化学反应速率为____________________mol·L-1·min-1。
（4）a、b、c三点中达到平衡的点是______。
达到平衡时，NO2的转化率是___________（物质平衡转化=转化的物质的量/起始的物质的量×100%）。
（5）a点时，c（CO2）=__________mol·L-1（保留两位小数），n（CH4）:
n（NO2）=_________________。
【答案】2甲0.1c80%或0.80.334:
5
【解析】
【分析】
依据图像，根据反应物、生成物反应前后物质的量变化之比等于物质的量之比确定甲、乙、丙三条曲线分别代表CH4.、N2、H2O中的哪种物质；依据单位时间内浓度的变化，计算出0~5min内，用N2表示的化学反应速率；达到平衡时的判断依据。
【详解】
（1）起始时向体积为V的恒容密闭容器中通人2molCH4和3molNO2，测得CH4.、N2、H2O的物质的量浓度与时间的关系如图所示，CH4是反应物，即起始时的物质的量浓度为1.0mol·L-1，依据c=
，得V=
=
=2L；
（2）由
（1）可知，丙代表CH4，从开始到平衡时，甲代表的物质的物质的量浓度增加量：
1.2mol·L-1，乙代表的物质的物质的量浓度增加量：
0.6mol·L-1，故从开始到平衡时，甲代表的物质的物质的量浓度增加量：
1.2mol·L-1×2L=2.4mol；故从开始到平衡时，乙代表的物质的物质的量浓度增加量：
0.6mol·L-1×2L=1.2mol，根据反应物、生成物反应前后物质的量变化之比等于物质的量之比，故甲代表H2O的物质的量浓度与时间关系，乙代表N2的物质的量浓度与时间关系；
（3）乙代表N2的物质的量浓度与时间关系，0~5min内，N2的物质的量浓度变化量为：
0.5mol·L-1-0=0.5mol·L-1，v（N2）=
=0.1mol·L-1·min-1；
（4）当达到平衡时反应物、生成物的浓度不再随着时间的变化而变化，故a、b、c三点中达到平衡的点是c；达到平衡时，c（N2）=0.6mol·L-1，即从开始平衡，N2的物质的量增加了：
0.6mol·L-1×2L=1.2mol，CH4（g）+2NO2（g）
N2（g）+CO2（g）+2H2O（g），依据方程式中反应物、生成物的物质的量的变化量之比等于化学计量数之比，即从开始到平衡，NO2的物质的量变化量为：
1.2mol×2=2.4mol，故达到平衡时，NO2的转化率是
=80%；
（5）设a点时的浓度为xmol·L-1，CH4（g）+2NO2（g）
N2（g）+CO2（g）+2H2O（g），依据方程式中反应物、生成物的物质的量的变化量之比等于化学计量数之比，（1.0-x）：
x=1:
2，x=0.67，
=0.67mol·L-1×2L=1.34mol，
=1:
2:
1:
1:
2，a点时，
=0.67mol，c（CO2）=
=0.33mol·L-1；
=0.67mol，
=1.34mol，故a点时，n（CH4）:
n（NO2）=（2mol-0.67mol）：
（3mol-1.34mol）=4:
5。
4．在2L密闭容器中，800℃时反应2NO（g）＋O2（g）
2NO2（g）体系中，n（NO）随时间的变化如下表：
时间/s
0
1
2
3
4
5
n（NO）/mol
0.020
0.010
0.008
0.007
0.007
0.007
（1）写出该反应的平衡常数表达式：
K＝________，已知：
K（300℃）＞K（350℃），该反应是________反应（填“放热”或“吸热”）。
（2）下图中表示NO2的变化的曲线是___，用O2的浓度变化表示从0～2s内该反应的平均速率v＝__________。
（3）能说明该反应已经达到平衡状态的是（______）。
a．v（NO2）＝2v（O2）b．容器内压强保持不变
c．v逆（NO）＝2v正（O2）d．容器内物质的密度保持不变
（4）能使该反应的反应速率增大，且平衡向正反应方向移动的是（______）。
a．及时分离出NO2气体b．适当升高温度
c．增大O2的浓度d．选择高效的催化剂
【答案】c2（NO2）/c2（NO）c（O2）放热b1.5×10－3mol·L－1·s－1bcc
【解析】
【分析】
【详解】
（1）2NO（g）＋O2（g）
2NO2（g）反应的平衡常数K=c2（NO2）/[c2（NO）·c（O2）],因为升温平衡向吸热反应方向进行,已知：
K（300℃）＞K（350℃），温度越高平衡常数越小，升温平衡逆向进行，则该正反应为放热反应。
故答案为c2（NO2）/c2（NO）c（O2）；放热；
（2）由表中数据可知从3s开始,NO的物质的量为0.007mol,不再变化,3s时反应达平衡,NO2是产物,随反应进行浓度增大。
平衡时NO浓度的变化量△c（NO）=（0.02mol−0.007mol）/2L=0.0065mol/L,所以图中表示NO2变化的曲线是b；2s内用NO表示的平均反应速率v（NO）=△n/V△t=（0.02mol−0.008mol）/（2L
2s）=3.0×10−3mol⋅L−1⋅s−1,速率之比等于化学计量数之比,所以v（O2）=1/2v（NO）=1/2×3.0×10−3mol⋅L−1⋅s−1=1.5×10−3mol⋅L−1⋅s−1。
故答案为b；1.5×10−3mol⋅L−1⋅s−1；
（3）a.未指明正逆速率,若均表示同一方向反应速率,v（NO2）自始至终为v（O2）的2倍，不能说明达到平衡，故a错误；
b.容器体积不变，随反应进行，反应混合气体总的物质的量在减小，容器内压强减小，当容器内压强保持不变，说明反应到达平衡，故b正确；
c.不同物质表示速率,到达平衡时,正逆速率之比等于化学计量数之比,V逆（NO）:
V正（O2）=2:
1,即V逆（NO）=2v正（O2），故c正确；
d.混合气体的总质量不变，容器容积为定值，所以密度自始至终不变，不能说明达到平衡，故d错误。
故答案为bc；
（4）a.及时分离除NO2气体平衡向右移动，但反应速率减小，故a错误；
b.适当升高温度，反应速率增大但平衡向逆反应方向移动，故b错误；
c.增大O2的浓度反应速率增大，且该反应向正反应方向移动，故c正确；
d.选择高效催化剂能增大反应速率，但平衡不移动，故d错误。
故答案为c。
5．现代工业的发展导致CO2的大量排放，对环境造成的影响日益严重，通过各国科技工作者的努力，已经开发出许多将CO2回收利用的技术，其中催化转化法最具应用价值。
回答下列问题：
（1）在催化转化法回收利用CO2的过程中，可能涉及以下化学反应：
①CO2（g）+2H2O
（1）
CH3OH
（1）+
O2（g）△H=+727kJ·mol-1△G=+703kJ·mol-1
②CO2（g）+2H2O
（1）
CH4（g）+2O2（g）△H=+890kJ·mol-1△G=+818kJ·mol-1
③CO2（g）+3H2（g）
CH3OH
（1）+H2O
（1）△H=-131kJ·mol-1△G=-9.35kJ·mol-1
④CO2（g）+4H2（g）
CH4（g）+2H2O
（1）△H=-253kJ·mol-1△G=-130kJ·mol-1
从化学平衡的角度来看，上述化学反应中反应进行程度最小的是____，反应进行程度最大的是_____。
（2）反应CO2（g）+4H2（g）=CH4（g）+2H2O（g）称为Sabatier反应，可用于载人航空航天工业。
我国化学工作者对该反应的催化剂及催化效率进行了深入的研究。
①在载人航天器中利用Sabatier反应实现回收CO2再生O2，其反应过程如图所示，这种方法再生O2的最大缺点是需要不断补充_________（填化学式）。
②在1.5MPa，气体流速为20mL·min-l时研究温度对催化剂催化性能的影响，得到CO2的转化率（%）如下：
分析上表数据可知：
_____（填化学式）的催化性能更好。
③调整气体流速，研究其对某一催化剂催化效率的影响，得到CO2的转化率（%）如下：
分析上表数据可知：
相同温度时，随着气体流速增加，CO2的转化率____（填“增大”或“减小”），其可能的原因是_________________________________。
④在上述实验条件中，Sabatier反应最可能达到化学平衡状态的温度是____，已知初始反应气体中V（H2）:
V（CO2）=4:
l，估算该温度下的平衡常数为___________（列出计算表达式）。
（3）通过改变催化剂可以改变CO2与H2反应催化转化的产物，如利用Co／C作为催化剂，反应后可以得到含有少量甲酸的甲醇。
为了研究催化剂的稳定性，将Co/C催化剂循环使用，相同条件下，随着循环使用次数的增加，甲醇的产量如图所示，试推测甲醇产量变化的原因_________________________________。
（已知Co的性质与Fe相似）
【答案】②④H2Co4N/Al2O3减小气流流速加快，导致反应物与催化剂接触时间不够360℃
反应产生的甲酸腐蚀催化剂，使催化剂活性降低
【解析】
【分析】
（1）在温度、压强一定的条件下，反应总是向△G＜0的方向进行，由此判断。
（2）①分析反应过程图，CO2、O2、H2O属于循环过程中始终在循环过程中的，而H2属于循环过程中加入的，由此可知正确答案；
②分析表中数据，在相同温度下，对比不同催化剂时CO2的转化率可选择出催化性能更好的催化剂；
③分析表中数据，在温度不变的情况下，气流速度增大，CO2的转化率逐渐降低，据此分析原因；
④分析表中数据，大部分数据显示，在气流速度不变的情况下，CO2的转化率随着温度的增大而逐渐增大，但增大的幅度在逐渐减小，故在上述实验条件中，Sabatier反应最可能达到化学平衡状态的温度是360℃，根据此时CO2的转化率，计算该温度下的平衡常数；
（3）由图可知，随着Co/C催化剂循环次数的增多，甲醇的产量逐渐降低，说明该催化剂在循环过程中受到一定程度的影响，结合产物的性质进行分析；
【详解】
（1）分析四个反应，根据在温度、压强一定的条件下，反应总是向△G＜0的方向进行，反应的△G越小反应进行程度越大，反之反应进行的程度就越小，故上述化学反应中反应进行程度最小的是②，反应进行程度最大的是④。
答案为：
②；④；
（2）①分析循环图，只有H2需不断补充，答案为：
H2；
②对比表中的数据，在相同温度下，催化剂为Co4N/Al2O3时，CO2的转化率更大，答案为：
Co4N/Al2O3；
③分析表中数据，温度不变时，随着气体流速的逐渐增大，CO2的转化率逐渐减小，可能是气体流速过快，来不及和催化剂充分接触，导致CO2的转化率减小。
答案为：
减小；气流流速加快，导致反应物与催化剂接触时间不够；
④分析表中数据，大部分数据表明，在320℃至360℃时，气体流速不变的情况下，CO2的转化率的增大幅度在逐渐减小，由此可知Sabatier反应最可能达到化学平衡状态的温度是360℃，结合题中所给信息，选择气体流速为10mL·min-1时CO2的转化率进行计算。
已知初始反应气体中V（H2）:
V（CO2）=4:
l，根据在密闭容器里，全部由气体参与的反应中，压强、温度不变时，气体的体积比等于物质的量之比，可知V（H2）:
V（CO2）=n（H2）:
n（CO2）=4:
l，设初始气体中H2的物质的量为4mol，CO2的物质的量为1mol，则有：
在密闭容器中，全部由气体参与的反应中，平衡时气体的物质的量之比=气体物质的量浓度之比，可知该温度下，该反应的平衡常数K=
。
答案为：
360℃；
；
（3）根据题中催化剂循环次数和甲醇产量的关系：
催化剂的循环次数越多，甲醇的产量逐渐降低，说明催化剂一定程度受到了其他物质的影响，结合题给信息：
用Co／C作为催化剂，反应后可以得到含有少量甲酸的甲醇。
又已知Co的性质与Fe相似，说明甲酸可与催化剂中的Co进行反应，故催化剂的活性降低，进而影响甲醇的产量，答案为：
反应产生的甲酸腐蚀催化剂，使催化剂活性降低。
6．某温度下，在一个2L的密闭容器中，X、Y、Z三种物质的物质的量随时间的变化曲线如图所示。
根据图中数据，填写下列空白：
（1）从开始至2min，X的平均反应速率为__。
（2）该反应的化学方程式为___。
（3）1min时，v（正）__v（逆），2min时，v（正）__v（逆）。
（填“>”或“<”或“=”）。
（4）上述反应在甲、乙两个相同容器内同时进行，分别测得甲中v（X）=9mol·L-1·min-1，乙中v（Y）=0.5mol·L-1·s-1，则___中反应更快。
（5）若X、Y、Z均为气体，在2min时，向容器中通入氩气（容器体积不变），X的化学反应速率将___，若加入适合的催化剂，Y的化学反应速率将___。
（填“变大”或“不变”或“变小”）。
（6）若X、Y、Z均为气体（容器体积不变），下列能说明反应已达平衡的是___。
a.X、Y、Z三种气体的浓度相等
b.气体混合物物质的量不再改变
c.反应已经停止
d.反应速率v（X）︰v（Y）=3︰1
e.（单位时间内消耗X的物质的量）：
（单位时间内消耗Z的物质的量）=3︰2
f.混合气体的密度不随时间变化
【答案】0.075mol•L-1•min-13X+Y
2Z＞=乙不变变大be
【解析】
【分析】
由图可知，从反应开始到达到平衡，X、Y的物质的量减少，应为反应物，Z的物质的量增加，应为生成物，从反应开始到第2分钟反应到达平衡状态，X、Y消耗的物质的量分别为0.3mol、0.1mol，Z的生成的物质的量为0.2mol，物质的量的变化量之比为3:
1:
2，物质的量变化之比等于化学计量数之比，则化学方程式为3X+Y
2Z，结合v=
及平衡的特征“等、定”及衍生的物理量来解答。
【详解】
（1）从开始至2min，X的平均反应速率为
=0.075mol/（L•min）；
（2）从反应开始到第2分钟反应到达平衡状态，X、Y消耗的物质的量分别为0.3mol、0.1mol，Z的生成的物质的量为0.2mol，物质的量的变化量之比为3:
1:
2，物质的量变化之比等于化学计量数之比，则化学方程式为3X+Y
2Z；
（3）1min时，反应正向进行，则正逆反应速率的大小关系为：
v（正）＞v（逆），2min时，反应达到平衡状态，此时v（正）=v（逆）；
（4）甲中v（X）=9mol·L-1·min-1，当乙中v（Y）=0.5mol·L-1·s-1时v（X）=3v（Y）=1.5mol·L-1·s-1=90mol·L-1·min-1，则乙中反应更快；
（5）若X、Y、Z均为气体，在2min时，向容器中通入氩气（容器体积不变），容器内压强增大，但X、Y、Z的浓度均不变，则X的化学反应速率将不变；若加入适合的催化剂，Y的化学反应速率将变大；
（4）a．X、Y、Z三种气体的浓度相等，与起始量、转化率有关，不能判定平衡，故a错误；
b．气体混合物物质的量不再改变，符合平衡特征“定”，为平衡状态，故b正确；
c．平衡状态是动态平衡，速率不等于0，则反应已经停止不能判断是平衡状态，故c错误；
d．反应速率v（X）:
v（Y）=3:
1，不能说明正反应速率等于逆反应速率，不能判定平衡，故d错误；
e．（单位时间内消耗X的物质的量）：
（单位时间内消耗Z的物质的量）=3:
2，说明X的正、逆反应速率相等，为平衡状态，故e正确；
f．混合气体的质量始终不变，容器体积也不变，密度始终不变，则混合气体的密度不随时间变化，无法判断是平衡状态，故f错误；
故答案为be。
【点睛】
化学平衡的标志有直接标志和间接标志两大类。
一、直接标志：
正反应速率=逆反应速率，注意反应速率的方向必须有正向和逆向。
同时要注意物质之间的比例关系，必须符合方程式中的化学计量数的比值。
二、间接标志：
①各物质的浓度不变；②各物质的百分含量不变；③对于气体体积前后改变的反应，压强不变是平衡的标志；④对于气体体积前后不改变的反应，压强不能做标志；⑤对于恒温恒压条件下的反应，气体体积前后改变的反应密度不变是平衡标志；⑥对于恒温恒容下的反应，有非气体物质的反应，密度不变是平衡标志。
7．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
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