1、化学反应的速率与限度(40分钟70分)一、选择题(本题包括9小题,每小题5分,共45分)1.(2019武汉高一检测)由于化学反应限度的大小对于生产和生活实际有着直接影响,因此科学家一直想知道怎样才能描述一个化学反应的限度。下列关于化学反应限度的说法中正确的是()A.一个可逆反应达到的平衡状态就是这个反应在该条件下所能达到的限度B.当一个可逆反应达到平衡状态时,正向反应速率和逆向反应速率相等且等于零C.平衡状态时,各物质的浓度保持相等D.化学反应的限度不可以通过改变条件而改变【解析】选A。平衡状态就是一个可逆反应在该条件下所能达到的最大限度,A正确;反应达到平衡时v(正)=v(逆)0,各物质浓度
2、保持不变但不一定相等,且当外界条件发生改变时,这种状态可能会发生改变,B、C、D错误。【补偿训练】化学反应限度的调控在工业生产和环保技术等方面得到了广泛的应用,如果设法提高化学反应的限度,下面说法中错误的是()A.能够节约原料和能源B.能够提高产品的产量C.能够提高经济效益D.能够提高化学反应速率【解析】选D。提高化学反应的限度,可使更多的反应物转化为生成物,提高产品的产量,提高原料的利用率,但不一定提高化学反应速率。2.(2020洛阳高一检测)把0.6 mol X气体和0.4 mol Y气体混合于容积为2 L的容器中,使其发生如下反应:3X(g)+Y(g)nZ(g)+2W(g)。5 min末
3、生成0.2 mol W,若测得以Z浓度变化表示的平均反应速率为0.01 molL-1min-1,则n的值为()A.4 B.3 C.2 D.1【解析】选D。因为v(Z)=0.01 molL-1min-1,则5 min末时生成Z的物质的量n(Z)=5 min0.01 molL-1min-12 L=0.1 mol,n(Z)n(W)=0.1 mol0.2 mol=n2,故n=1。【补偿训练】在一密闭容器中进行反应2SO2+O22SO3,已知反应过程中某一时刻SO2、O2、SO3的浓度分别为2 molL-1、1 molL-1、2 molL-1。当反应达到平衡时,容器内各物质的浓度可能为()A.SO2为4
4、 molL-1、O2为2 molL-1B.SO3为4 molL-1C.SO2为2.5 molL-1D.SO2、SO3为1.5 molL-1【解析】选C。由于此反应为可逆反应,故SO2、SO3的浓度不能为4 molL-1,故SO2、SO3的浓度大于2 molL-1小于4 molL-1,故A、B项错误,C项正确;若SO3为1.5 molL-1,则生成SO2 浓度为0.5 molL-1,SO2浓度为2.5 molL-1,若SO2浓度为1.5 molL-1,SO3浓度为2.5 molL-1,故D项错误。3.工业上合成氨反应为N2(g)+3H2(g)2NH3(g),在实际生产中为提高合成氨的反应速率,下
5、列说法正确的是()A.温度越高,反应速率越快,因此采取的温度越高越好B.压强越高,反应速率越快,因此采取的压强越高越好C.催化剂能加快反应速率,因此可选用适当的催化剂D.可向容器中加入一定量的水蒸气,使氨气溶解以提高反应速率【解析】选C。温度高反应速率快,但温度过高会消耗更多的燃料,因此实际生产中的温度不是越高越好,故A错误;压强大反应速率快,但压强过高会增加设备的成本,因此实际生产中的压强不是越高越好,故B错误;可选用适当的催化剂提高反应速率,故C正确;加入水蒸气会降低反应体系的温度、且氨气溶于水并不能提高反应速率,故D错误。4.(2019九江高一检测)研究物质的变化时可使用具有放射性的18
6、O作为“示踪原子”。对于可逆反应2SO2+O22SO3,在混合气体中充入一定量的18O2,足够长的时间后,18O原子()A.只存在于O2中B.只存在于O2和SO3中C.只存在于O2和SO2中D.存在于SO2、O2和SO3中【解析】选D。当充入一定量18O2后,18O2可以与SO2反应生成含18O的SO3,随着逆反应的进行,18O原子会存在于SO2、O2和SO3中。5.(2020平顶山高一检测)下列说法中正确的是()A.0.1 molL-1的盐酸和0.1 molL-1的硫酸与2 molL-1的NaOH溶液反应速率相同B.大理石块和大理石粉与0.1 molL-1的盐酸反应的速率相同C.等量的Mg粉
7、、Al粉和0.1 molL-1的盐酸反应速率相同D.0.1 molL-1的盐酸和0.1 molL-1的硝酸与相同形状和大小的大理石反应的速率相同【解析】选D。A选项是酸碱中和,硫酸的H+浓度是盐酸的2倍,所以速率不同;B选项中大理石块与盐酸接触面积小,反应慢;C选项中Mg比Al活泼,反应速率快。6.(2019南开高一检测)CaCO3与稀盐酸反应(放热反应)生成CO2的量与反应时间的关系如下图所示。下列结论不正确的是()A.反应开始4 min内温度对反应速率的影响比浓度大B.一段时间后,反应速率减小的原因是c(H+)减小C.反应在24 min内平均反应速率最大D.反应在24 min内生成CO2的
8、平均反应速率为v(CO2)=0.06 molL-1s-1【解析】选D。随着反应的进行c(H+)减小,而前4 min内反应速率变大,根据反应是放热反应,可推出前4 min内温度对反应速率的影响比浓度大,A、B项正确;在24 min内n(CO2)的变化量最大(或曲线的斜率最大),可判断出平均反应速率最大,C项正确;由题意及图可知,该题不知道容器体积,故不能计算出反应速率。7.向四个体积相同的密闭容器中分别充入一定量的SO2和O2,开始反应后,按反应速率由大到小排列顺序正确的是()甲:500 ,10 mol SO2和5 mol O2的反应乙:500 ,用V2O5作催化剂,10 mol SO2和5 m
9、ol O2的反应丙:450 ,8 mol SO2和5 mol O2的反应丁:500 ,8 mol SO2和5 mol O2的反应A.甲、乙、丙、丁B.乙、甲、丁、丙C.乙、甲、丙、丁 D.丁、丙、乙、甲【解析】选B。本题比较的是三种因素(催化剂、温度和浓度)影响化学反应速率的情况,甲、乙相比,不同的是乙中使用了催化剂,所以反应速率乙甲。甲、丁相比,丁中SO2的浓度小于甲中的浓度,所以反应速率甲丁。丙、丁相比,丙中的温度较低,故反应速率关系为丁丙。故反应速率由大到小的顺序为乙、甲、丁、丙。【方法规律】化学反应速率影响因素注意点(1)主要因素(内因)。不同的化学反应,具有不同的反应速率,因此,参加
10、反应的物质的性质是决定化学反应速率的主要因素。(2)外界因素(外因)。温度:当其他条件不变时,升高温度,可以增大化学反应速率;降低温度,可以减小化学反应速率。催化剂:当其他条件不变时,使用适当的催化剂通常能极大地加快化学反应速率。浓度:当其他条件不变时,增大反应物的浓度,可以增大化学反应速率;减小反应物的浓度,可以减小化学反应速率。压强:对于有气体参加的反应,当其他条件不变时,增大气体的压强,可以增大化学反应速率;减小气体的压强,可以减小化学反应速率。固体表面积:固体颗粒越小,其单位质量的表面积越大,与其他反应物的接触面积越大,化学反应速率越大。反应物状态:一般来说,配成溶液或反应物是气体,都
11、能增大反应物之间的接触面积,有利于增大反应速率。形成原电池,可以增大氧化还原反应的反应速率。8.某同学利用锌粒与盐酸反应制备氢气,对于100 mL 1 molL-1的盐酸与锌粒的反应,采取下列措施能使反应速率加快的是()升高温度改用100 mL 3 molL-1的盐酸改用300 mL 1 molL-1的盐酸用等量锌粉代替锌粒滴入少量CuSO4溶液改用98%的浓硫酸A.B.C.D.【解析】选A。升高温度时反应速率加快;改用100 mL 3 molL-1盐酸时浓度变大,化学反应速率加快;改用300 mL 1 molL-1盐酸时虽然溶液的体积增大但是溶液的浓度没变,故反应速率几乎不变;用等量锌粉代替
12、锌粒加大了反应物的接触面积使反应速率加快;滴入少量CuSO4溶液,锌与硫酸铜反应生成铜单质,锌、铜与盐酸构成了原电池使反应速率加快;浓硫酸的氧化性强,与金属反应不能生成氢气。【易错提醒】(1)只有氧化还原反应才有可能利用构成原电池加快反应速率。(2)增大反应物的浓度不一定加快反应速率,如铁与稀硫酸的反应,用浓硫酸代替稀硫酸,由于钝化反应停止。(3)影响反应速率因素应注意:温度升高对任何反应速率均增大。改变纯固体的量,不影响反应速率。对于无气体的反应,改变压强不影响反应速率。催化剂除了大大提高反应速率外,催化剂还有选择性(专一性)。9.(2019宝鸡高一检测)对于密闭容器中的反应:N2+3H22
13、NH3,在673 K、30 MPa下,n(NH3)和n(H2)随时间变化的关系如图所示。下列叙述正确的是()A.NH3在a点的正反应速率比b点的正反应速率更小B.c点反应达到平衡C.d点(t1时刻)和e点(t2时刻)处n(N2)不一样D.e点处c(NH3)不再变化【解析】选D。随着反应的进行,反应物的浓度减小,正反应速率逐渐减小,则a点的正反应速率比b点大,A错误;c点反应物和生成物的物质的量相等,没有达到平衡状态,B错误;d点和e点都处于平衡状态,n(N2)不变,d点和e点n(N2)相等,C错误;e点处于平衡状态,e点处c(NH3)不再变化,D正确。二、非选择题(本题包括2小题,共25分)1
14、0.(12分)(2019四平高一检测)在2 L密闭容器内,800 时反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)体系中,n(NO)随时间的变化如表:时间(s)012n(NO)(mol)0.0200.0100.008时间(s)345n(NO)(mol)0.0070.0070.007(1)800 ,反应达到平衡时,NO的物质的量浓度是_。(2)如图中表示NO2变化的曲线是_。(3)能说明该反应已达到平衡状态的是_(选填字母序号)。a.v(NO2)=2v(O2)b.容器内压强保持不变c.v逆(NO)=2v正(O2)d.容器内密度保持不变(4)能使该反应的反应速率增大的是_(选填字母序号)。a.及时分离
15、出NO2气体b.适当升高温度c.增大容器的容积d.选择高效催化剂【解析】(1)平衡时各物质的物质的量浓度不再发生变化,则800 反应达到平衡时,NO的物质的量浓度是0.007 mol2 L=0.003 5 molL-1。(2)由化学方程式:2NO(g)+O2(g)2NO2(g)可知,平衡时c(NO)c(O2)c(NO2)=212,由表中数据可知,平衡时c(NO)=0.006 5 molL-1,曲线b平衡时的浓度为0.006 5 molL-1,故曲线b表示NO2的浓度变化。(3)a选项,未指明正逆反应速率,若都为同一方向速率,始终都存在v(NO2)=2v(O2)关系,故不能说明达到平衡状态,若为
16、不同方向的速率,速率之比等于化学计量数之比,说明达到平衡状态,所以错误;b选项,随反应进行气体的物质的量减小,压强减小,容器内压强保持不变,说明达到平衡状态,所以正确;c选项,不同物质表示的正逆反应速率之比等于化学计量数之比,反应达到平衡状态,故v逆(NO)=2v正(O2),说明达到平衡状态,所以正确;d选项,反应混合气体的质量不变,容器的体积不变,故容器内物质的密度保持不变。不能说明达到平衡状态,所以错误。(4)a选项,及时分离出NO2气体,反应速率降低,所以错误;b选项,适当升高温度,反应速率增大,所以正确;c选项,增大容器容积,浓度减小,反应速率减小,所以错误;d选项,选择高效的催化剂,
17、可以增大反应速率,所以正确。答案:(1)0.003 5 molL-1(2)b(3)bc (4) bd【补偿训练】(2019郑州高一检测)氢气是合成氨的重要原料,合成氨反应的化学方程式如下:N2(g)+3H2(g)2NH3(g),该反应为放热反应且每生成2 mol NH3,放出92.4 kJ的热量。(1)当合成氨反应达到平衡后,改变某一外界条件(不改变N2、H2和NH3的量),反应速率与时间的关系如图所示。图中表示反应处于化学平衡状态的时间段(t1时刻后)为_。(2)下列能证明反应已达化学平衡的标志为_。A.恒容时压强不变B.体系的温度不变C.N2、H2、NH3的分子数之比为132D.v正(N2
18、)=v逆(NH3)【解析】(1)v(正)=v(逆)时,表明反应处于化学平衡状态,故t2t3、t4t5段符合。(2)因该反应是气体分子数减少且正反应为放热的反应,故压强、温度不变能证明反应达到化学平衡,A、B项正确;N2、H2、NH3的浓度不再变化,与分子数之比无关,C项错误;v正(N2)=v逆(NH3)时,正逆反应速率才相等,D项错误。答案:(1)t2t3、t4t5(2)A、B11.(13分)(2019宜春高一检测)一定温度下,某容积为2 L的密闭容器内,某一反应中M、N的物质的量随反应时间变化的曲线如图所示:(1)该反应的化学方程式是_。(2)在图上所示的三个时刻中,_(填“t1”“t2”或
19、“t3”)时刻处于平衡状态,此时v(正)_v(逆)(填“”“”或“=”);0t2时间段内v(N)=_。(3)已知M、N均为气体,若反应容器的容积不变,则“压强不再变”_(填“能”或“不能”)作为该反应已达到平衡状态的判断依据。(4)已知M、N均为气体,则下列措施能增大反应速率的是_(选填字母)。A.升高温度B.降低压强C.减小N的浓度D.将反应容器体积缩小【解析】(1)由图知,N不断减少,M不断增加,N是反应物,M是生成物,当反应进行到t3时,各种物质都存在,物质的量不变,反应达到平衡状态。在相同的时间内,N减少6 mol,M增加3 mol,二者的物质的量的比是6 mol3 mol=21,故反
20、应的化学方程式是2NM。(2)t3时刻处于平衡状态,此时v(正)=v(逆)。0t2时间段内,v(N)=(8-4) mol2 Lt2=molL-1min-1。(3)已知M、N均为气体,若反应容器的容积不变,由于该反应是反应前后气体体积改变的反应,则“压强不再改变”能作为该反应已达到平衡状态的判断依据。(4)A项,升高温度,化学反应速率加快;B项,降低压强,物质的浓度减小,反应速率减慢;C项,减小N的浓度,反应速率减慢;D项,将反应容器体积缩小,物质的浓度增大,反应速率加快。答案:(1)2NM(2)t3=molL-1min-1(3)能(4)A、D(20分钟30分)1.(8分)(2019本溪高一检测
21、)对于反应4A+2B3C,下列说法中正确的是()A.某温度时,化学反应速率无论用A、B、C中任何物质表示,其数值都相同B.其他条件不变时,降低温度,化学反应速率减小C.其他条件不变时,增大压强,化学反应速率一定加快D.若增大或减小A的物质的量,化学反应速率一定会发生明显的变化【解析】选B。对于该反应,用不同的反应物或生成物表示的反应速率,其数值不相同,A错误;如果反应物、生成物都不是气体,则增大压强对化学反应速率无影响,C错误;若A是固体或液体,增大或减小A的物质的量,对化学反应速率没有明显影响,D错误。【补偿训练】为研究硫酸铜的量对锌与稀硫酸反应生成氢气速率的影响,该同学设计了如下一系列实验
22、。表中所给的混合溶液分别加入6个盛有过量Zn粒的反应瓶中,收集产生的气体,记录获得相同体积的气体所需的时间。下列说法正确的是()实验混合溶液ABCDEF4 molL-1 H2SO4溶液/mL30V1V2V3V4V5饱和CuSO4溶液/mL00.52.55V620H2O/mLV7V8V9V10100A.V1=30,V6=10B.反应一段时间后,实验A、E中的金属呈暗红色C.加入MgSO4与Ag2SO4可以起与硫酸铜相同的加速作用D.硫酸铜的量越多,产生氢气的速率肯定越快【解析】选A。反应的总体积应该相同。A组中硫酸溶液的体积为30 mL,那么其他组硫酸也都为30 mL,因此V1=30,而硫酸铜溶
23、液和水的总量应相同,F组中硫酸铜溶液体积为20 mL,水的体积为0 mL,那么总量为20 mL,因此V6=10,故A正确;A中Zn反应较慢,看到金属呈灰黑色,而E中置换出大量的Cu,看到金属呈红色,故B错误;硫酸镁与锌不反应,不能形成原电池,故C错误;如果硫酸铜过多,生成的铜附着在锌表面,会阻碍锌与硫酸的反应,反而会降低反应速率,故D错误。2.(8分)(2019廊坊高一检测)一定温度下在一容积不变的密闭容器中发生可逆反应2X(g)Y(g)+Z(s),以下不能说明该反应达到化学平衡状态的是()A.混合气体的密度不再变化B.反应容器中Y的质量分数不变C.X的分解速率与Y的消耗速率相等D.单位时间内
24、生成1 mol Y的同时生成2 mol X【解析】选C。因Z为固体,若未达到平衡,混合气体的密度会发生变化,A项可作平衡标志;C项中X的分解速率与Y的消耗速率之比等于21时才达到平衡状态。【补偿训练】可以充分说明可逆反应P(g)+Q(g)R(g)+S(g)在恒温条件下达到平衡状态的事实是()A.反应器内的压强不随时间的变化而变化B.反应器内P、Q、R、S四种气体共存C.生成P的速率与生成S的速率相等D.生成1 mol P必有1 mol Q生成【解析】选C。对于该反应,反应前后气体的物质的量不变,无论是否达平衡,压强一直保持不变,而且生成1 mol P必有1 mol Q生成,并保持P、Q、R、S
25、四种气体共存。3.(14分)某温度时,在一个2 L的密闭容器中,A、B、C三种气体物质的浓度随时间的变化曲线如图所示。根据图中数据,回答下列问题:(1)该反应的化学方程式为_。(2)从开始至2 min,B的平均反应速率为_;平衡时,C的浓度为_,A的转化率为_。(3)反应达平衡时体系的压强是开始时的_倍。(4)下列叙述能说明该反应已达到化学平衡状态的是_(填字母标号)。A.A、B、C的物质的量之比为313B.相同时间内消耗3 mol A,同时生成3 mol C C.相同时间内消耗3n mol A,同时消耗n mol的BD.混合气体的总质量不随时间的变化而变化E.B的体积分数不再发生变化(5)在
26、某一时刻采取下列措施能使该反应速率减小的是_(填字母标号)。A.加催化剂B.降低温度 C.体积不变,充入AD.体积不变,从容器中分离出A【解析】(1)根据图示可知反应物为A,生成物为B和C;各物质浓度的变化量分别为c(A)=2.4 molL-1-1.2 molL-1=1.2 molL-1,c(C)=1.2 molL-1,c(B)=0.4 molL-1,2 L的密闭容器中,在2 min时间内,三者化学计量数之比为1.2 molL-11.2 molL-10.4 molL-1=331,所以该反应的化学方程式为3A3C+B。(2)c(B)=0.4 molL-1,从开始至2 min,B的平均反应速率为=
27、0.2 molL-1min-1;平衡时,C的浓度为1.2 molL-1;A的转化率为100 %=50 %。(3)压强之比等于气体的物质的量之比,反应前气体的总量为2.4 mol2=4.8 mol,反应后,气体总量为(1.2 mol2+1.2 mol2+0.4 mol2)=5.6 mol,反应达平衡时体系的压强是开始时的=倍。(4)A、B、C的物质的量之比为313 的状态,正逆反应速率不一定相等,仅仅是反应的一种特殊情况,不能判定反应已达到化学平衡状态,A错误;相同时间内消耗3 mol A,同时生成3 mol C,反应速率同向,不能判定反应已达到化学平衡状态,B错误;相同时间内消耗3n mol A,消耗n mol B,同时也生成了n mol B,说明B的正逆反应速率相等ss,达到平衡状态, C正确;A、B、C均为气态,反应前后气体的总质量不变,恒为定值,不能判定反应已达到化学平衡状态,D错误;B的体积分数不再发生变化,说明B的量不再变化,达到平衡状态, E正确。(5)加催化剂,加快反应速率,A错误;降低温度,反应速率减慢,B正确;体积不变,充入A,反应物浓度增大,反应速率加快,C 错误;体积不变,从容器中分离出A,浓度减小,反应速率减慢,D正确。答案:(1)3A3C+B(2)0.2 molL-1min-11.2 molL-150%(3)(4)CE(5)BD
