1、专题十五化学反应速率和化学平衡备考方向导航考点1化学反应速率1.2020山东,14,4分双选1, 3-丁二烯与HBr发生加成反应分两步:第一步H+进攻1, 3-丁二烯生成碳正离子();第二步Br-进攻碳正离子完成1,2-加成或1,4-加成。反应进程中的能量变化如图所示。已知在0 和40 时,1,2-加成产物与1,4-加成产物的比例分别为7030和1585。下列说法正确的是()A.1,4-加成产物比1,2-加成产物稳定B.与0 相比,40 时1,3-丁二烯的转化率增大C.从0 升至40 ,1,2-加成正反应速率增大,1,4-加成正反应速率减小D.从0 升至40 ,1,2-加成正反应速率的增大程度
2、小于其逆反应速率的增大程度2.2017浙江4月选考,21,2分对水样中溶质M的分解速率影响因素进行研究。在相同温度下,M的物质的量浓度(molL-1)随时间(min)变化的有关实验数据见下表。时间M的物质的量浓度水样0510152025(pH=2)0.400.280.190.130.100.09(pH=4)0.400.310.240.200.180.16(pH=4)0.200.150.120.090.070.05(pH=4,含Cu2+)0.200.090.050.030.010下列说法不正确的是()A.在020 min内, 中M的分解速率为0.015 molL-1min-1B.水样酸性越强,M
3、的分解速率越快C.在025 min内,中M的分解百分率比大D.由于Cu2+存在,中M的分解速率比快3.2018海南,16节选,7分(1)100 时,在不同金属离子存在下,纯过氧化氢24 h的分解率见下表:离子加入量/(mgL-1)分解率/%离子加入量/(mgL-1)分解率/%无2Fe3+1.015Al3+102Cu2+0.186Zn2+1010Cr3+0.196由上表数据可知,能使过氧化氢分解反应活化能降低最多的离子是。贮运过氧化氢时,可选用的容器材质为(填标号)。A.不锈钢B.纯铝C.黄铜D.铸铁(2)过氧化氢的Ka1=2.2410-12,H2O2的酸性H2O(填“大于”“小于”或“等于”)
4、。研究表明,过氧化氢溶液中HO2-的浓度越大,过氧化氢的分解速率越快。常温下,不同浓度的过氧化氢分解率与pH的关系如图所示。一定浓度的过氧化氢,pH增大分解率增大的原因是;相同pH下,过氧化氢浓度越大分解率越低的原因是。考点2化学平衡状态及化学平衡的移动4.2019浙江4月选考,17,2分下列说法正确的是()A.H2(g)+I2(g)2HI(g),其他条件不变,缩小反应容器体积,正逆反应速率不变B.C(s)+H2O(g)H2(g)+CO(g),碳的质量不再改变说明反应已达平衡C.若压强不再随时间变化能说明反应2A(?)+B(g)2C(?)已达平衡,则A、C不能同时是气体D.1 mol N2和3
5、 mol H2反应达到平衡时H2转化率为10%,放出热量Q1;在相同温度和压强下,当2 mol NH3分解为N2和H2的转化率为10%时,吸收热量Q2,Q2不等于Q15.2019江苏,15,4分双选在恒压、NO和O2的起始浓度一定的条件下,催化反应相同时间,测得不同温度下NO转化为NO2的转化率如图中实线所示(图中虚线表示相同条件下NO的平衡转化率随温度的变化)。下列说法正确的是()A.反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的H0B.图中X点所示条件下,延长反应时间能提高NO转化率C.图中Y点所示条件下,增加O2的浓度不能提高NO转化率D.380 下,c起始(O2)=5.010-4 mol
6、L-1,NO平衡转化率为50%,则平衡常数K2 000考点3化学平衡常数与转化率6.2019全国卷,27改编环戊二烯()是重要的有机化工原料,广泛用于农药、橡胶、塑料等生产。回答下列问题:(1)某温度下,等物质的量的碘和环戊烯()在刚性容器内发生反应(g)+I2(g)(g)+2HI(g)H0,起始总压为105 Pa,平衡时总压增加了20%,环戊烯的转化率为,该反应的平衡常数Kp=Pa。达到平衡后,欲增加环戊烯的平衡转化率,可采取的措施有(填标号)。A.通入稀有气体B.提高温度C.增加环戊烯浓度D.增加碘浓度(2)环戊二烯容易发生聚合生成二聚体,该反应为可逆反应。不同温度下,溶液中环戊二烯浓度与
7、反应时间的关系如图所示,下列说法正确的是(填标号)。A.T1T2B.a点的反应速率小于c点的反应速率C.a点的正反应速率大于b点的逆反应速率D.b点时二聚体的浓度为0.45 molL-17.2019全国卷,28,14分水煤气变换CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)是重要的化工过程,主要用于合成氨、制氢以及合成气加工等工业领域中。回答下列问题:(1)Shibata曾做过下列实验:使纯H2缓慢地通过处于721 下的过量氧化钴CoO(s),氧化钴部分被还原为金属钴Co(s),平衡后气体中H2的物质的量分数为0.025 0。在同一温度下用CO还原CoO(s),平衡后气体中CO的物质的量分数
8、为0.019 2。根据上述实验结果判断,还原CoO(s)为Co(s)的倾向是COH2(填“大于”或“小于”)。(2)721 时,在密闭容器中将等物质的量的CO(g)和H2O(g)混合,采用适当的催化剂进行反应,则平衡时体系中H2的物质的量分数为(填标号)。A.0.50(3)我国学者结合实验与计算机模拟结果,研究了在金催化剂表面上水煤气变换的反应历程,如图1所示,其中吸附在金催化剂表面上的物种用*标注。可知水煤气变换的H0(填“大于”“等于”或“小于”)。该历程中最大能垒(活化能)E正=eV,写出该步骤的化学方程式。(4)Shoichi研究了467 、489 时水煤气变换中CO和H2分压随时间变
9、化关系(如图2所示),催化剂为氧化铁,实验初始时体系中的pH2O和pCO相等、pCO2和pH2相等。计算曲线a的反应在3090 min内的平均速率v(a)= kPamin-1。467 时pH2和pCO随时间变化关系的曲线分别是、。489 时pH2和pCO随时间变化关系的曲线分别是、。拓展变式1.2021湖北黄冈质检酸催化乙烯水合制乙醇的反应机理、能量与反应历程的关系如图所示。下列说法正确的是()A.、三步反应均释放能量B.该反应历程中有两个过渡态C.第步反应的原子利用率为100%D.总反应速率由第步的反应速率决定2.SCR脱硝是目前最成熟的烟气脱硝技术,其反应原理为8NH3(g)+6NO2(g
10、) 7N2(g)+12H2O(g)H0。向10 L的密闭容器中加入0.040 mol NH3和0.030 mol NO2以及适量催化剂,在T 时发生反应,用气体传感器测得不同时间的NO2转化率随时间变化的数据如表所示。t/s012345678/%018.033.845.055.664.271.180.080.0(1)03 s内的平均反应速率v(NO2)=;与之相比36 s内的平均反应速率(填“增大”“减小”或“相等”);由此可得出的结论是。(2)T 时该反应的平衡常数(K)的计算式为 。(3)研究表明:在使用等质量催化剂时,增大催化剂的比表面积可提高化学反应速率。为了分别验证温度、催化剂的比表
11、面积对化学反应速率的影响规律,某同学设计了如表所示的三组实验,请完善表格中的数据。实验编号温度/c(NH3)初始/(molL-1)c(NO2)初始/(molL-1)催化剂的比表面积/(m2g-1)3508.010-36.010-31208015080请在给出的坐标图中,画出表中、中NO2浓度随时间变化的趋势曲线,并标明实验编号。3.2017全国卷,28节选,7分298 K时,将20 mL 3x molL-1 Na3AsO3、20 mL 3x molL-1 I2和20 mL NaOH溶液混合,发生反应:AsO33(aq)+I2(aq)+2OH-(aq)AsO43(aq)+2I-(aq)+H2O(
12、l)。溶液中c(AsO43)与反应时间(t)的关系如图所示。(1)下列可判断反应达到平衡的是(填标号)。a.溶液的pH不再变化b.v(I-)=2v(AsO33) c.c(AsO43)/c(AsO33)不再变化 d.c(I-)=y molL-1(2)tm时,v正v逆(填“大于”“小于”或“等于”)。(3)tm时v逆tn时v逆(填“大于”“小于”或“等于”),理由是 。(4)若平衡时溶液的pH=14,则该反应的平衡常数K为。4.一定温度下,密闭容器中进行反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)H0) kJmol-1,1 mol N2和3 mol H2反应达到平衡时H2转化率为10%,放出热量
13、Q1=0.1a kJ,当2 mol NH3分解为N2和H2的转化率为10%时,吸收热量Q2=0.1a kJ,故Q1=Q2,D项错误。5.BDA项,实线表示不同温度下相同时间内NO的转化率,虚线表示相同条件下NO的平衡转化率,由题图知,随着温度升高,NO的平衡转化率减小,即温度升高,反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的平衡逆向移动,说明该反应为放热反应,H0,所以K2 000,正确。6.(1)40%3.56104BD(2)CD【解析】(1)设容器中起始加入I2(g)和环戊烯的物质的量均为1 mol,平衡时转化的环戊烯的物质的量为x mol,由“三段式”法得:(g)+I2(g)(g)+2H
14、I(g)起始量/mol: 1 1 00转化量/mol: x x x 2x平衡量/mol: 1-x 1-x x2x根据平衡时总压强增加了20%,且恒温恒容时,压强之比等于气体物质的量之比,得1+1(1-x)+(1-x)+x+2x=11.2,解得x=0.4,则环戊烯的转化率为40%,平衡时(g)、I2(g)、(g)、HI(g)的分压分别为p总4、p总4、p总6、p总3,则Kp=p总6(p总3)2p总4p总4=827p总,根据p总=1.2105 Pa,可得Kp=8271.2105 Pa3.56104 Pa。由刚性容器(恒容),可知通入稀有气体时各反应物及产物浓度不变,化学平衡不移动,A项不符合题意;
15、该反应为吸热反应,提高温度,平衡正向移动,可提高环戊烯的平衡转化率,B项符合题意;增加环戊烯浓度,能提高I2(g)的平衡转化率,但环戊烯的平衡转化率降低,C项不符合题意;增加I2(g)的浓度,化学平衡右移,能提高环戊烯的平衡转化率,D项符合题意。(2)由相同时间内,环戊二烯浓度减小量越大,反应速率越快可知,T11,由x2(1-x)21,可知x1-x,进而可得x20.25,该反应可逆,所以x1,故x20.5,则0.25x20.5,即氢气的物质的量分数介于0.25与0.5之间,故选C。(3)观察始态物质的相对能量与终态物质的相对能量知,终态物质相对能量低于始态物质相对能量,说明该反应是放热反应,H
16、小于0。过渡态物质相对能量与始态物质相对能量相差越大,活化能越大,由题图1知,最大活化能E正=1.86 eV-(-0.16 eV)=2.02 eV,该步起始物质为COOH*+H*+H2O*,产物为COOH*+2H*+OH*。(4)由题图2可知,3090 min内v(a)=(4.08-3.80)kPa90min30min=0.004 7 kPamin-1。3090 min,曲线a、b、c、d对应的分压变化量分别为0.28 kPa、0.34 kPa、0.34 kPa、0.28 kPa,则曲线b和曲线c为同一温度下的一组反应数据,曲线a和曲线d为同一温度下的一组反应数据,CO(g)+H2O(g)CO
17、2(g)+H2(g)为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,则K(721 )=1.31K(489 )pH2O=pCO,由此可知同一温度下,平衡时分压大的为生成物,分压小的为反应物,即曲线a、b表示pH2,曲线c、d表示pCO。结合题图2可以看出曲线b、c分别代表的pH2和pCO的差值比曲线a、d分别代表的pH2和pCO的差值大,则其平衡常数更大,对应的反应温度更低,由此可知曲线b、c分别为467 时的pH2和pCO,曲线a、d分别为489 时的pH2和pCO。1.D综上分析,A、B项错误,D项正确;由原子守恒和电荷守恒知,第步反应还有H+产生,原子利用率不是100%,C项错误。2.(1)4.510
18、-4 molL-1s-1减小温度一定,随着反应的进行,反应物浓度减小,化学反应速率减小(2)(2.810-3)7(4.810-3)12(8.010-4)8(6.010-4)6(3)实验编号温度/c(NH3)初始/(molL-1)c(NO2)初始/(molL-1)催化剂的比表面积/(m2g-1)3508.010-36.010-38.010-36.010-3【解析】(1)03 s内反应的NO2的物质的量为0.030 mol45.0%=0.013 5 mol,则v(NO2)=0.0135mol10L3s=4.510-4 molL-1s-1。36 s内NO2的转化率为71.1%-45.0%=26.1%
19、,相同时间内,03 s内NO2的转化率较大,故03 s内NO2的平均反应速率大于36 s内NO2的平均反应速率,由此可知,温度相同时,随着反应的不断进行,反应物浓度逐渐减小,反应速率减小。(2)由题表中数据可知,平衡时NO2的转化率为80.0%,根据“三段式”法可求出平衡时NH3、NO2、N2和H2O的浓度分别为8.010-4 molL-1、6.010-4 molL-1、2.810-3 molL-1、4.810-3 molL-1,代入平衡常数的表达式得K=(2.810-3)7(4.810-3)12(8.010-4)8(6.010-4)6。(3)探究温度、催化剂的比表面积对化学反应速率的影响规律
20、时,根据控制单一变量原则,三组实验中NH3、NO2的初始浓度应相同,结合、中温度不同,、中催化剂的比表面积不同,则、中应温度相同。中催化剂的比表面积比中的小,达到平衡的时间比的长;、中催化剂的比表面积相同,的反应温度较低,则达到平衡时用时最长;又由题意知,该反应为放热反应,降低温度会使平衡正向移动,故平衡时中的c(NO2)要比、中的c(NO2)小。3.(1)a、c(2分)(2)大于(1分)(3)小于(1分)tm时生成物浓度较低(1分)(4)4y3(x-y)2 (molL-1)-1(2分)【解析】(1)溶液的pH不再变化,即OH-的浓度不再变化,所以平衡体系中各组分的浓度均不再变化,说明反应达到
21、平衡状态,a项正确;当v正(I-)=2v逆(AsO33)或v逆(I-)=2v正(AsO33)时反应达到平衡状态,选项中的速率未指明是正反应速率还是逆反应速率,b项错误;反应达到平衡之前,c(AsO33)逐渐减小而c(AsO43)逐渐增大,故c(AsO43)/c(AsO33)逐渐增大,当c(AsO43)/c(AsO33)不变时反应达到平衡状态,c项正确;根据离子方程式可知反应体系中恒有c(I-)=2c(AsO43),观察题图可知反应达到平衡时c(AsO43)=y molL-1,此时c(I-)=2y molL-1,d项错误。(2)tm时反应未达到平衡状态,反应向正反应方向进行,所以v正大于v逆。(
22、3)从tm到tn,反应逐渐趋于平衡状态,反应物浓度逐渐减小而生成物浓度逐渐增大,所以正反应速率逐渐减小,逆反应速率逐渐增大,故tm时v逆小于tn时v逆。(4)根据题意,起始时c(AsO33)=c(I2)=x molL-1。根据题图可知平衡时c(AsO43)=y molL-1,则此时c(I-)= 2y molL-1,c(AsO33)=c(I2)=(x-y)molL-1,平衡时溶液的pH=14,则c(OH-)=1 molL-1,故该反应的平衡常数K=c(AsO43)c2(I-)c(AsO33)c(I2)c2(OH-)=4y3(x-y)2 (molL-1)-1。4.D该反应是气体分子数减小的放热反应
23、,由题图知,t2时改变条件后正反应速率瞬间增大,之后逐渐减小,即平衡正向移动,则t2时改变的条件不可能是温度,温度不变,平衡常数不变,故A、C项错误。由题图知,t3和t1时达到的平衡是等效平衡,则t1时平衡混合气的M1等于t3时平衡混合气的M2,t1时平衡混合气中SO3的体积分数等于t3时平衡混合气中SO3的体积分数,B项错误、D项正确。5.(1)D(2)见解析【解析】(1)A项,c点后v正存在减小的过程,则反应在c点未达到平衡状态,错误;B项,a点反应物的浓度大于b点反应物的浓度,错误;C项,反应开始后浓度减小正反应速率减小,由题图知ac段v正增大,则说明该反应为放热反应,即反应物的总能量大
24、于生成物的总能量,ac段温度升高对v正的影响大于浓度减小对v正的影响,错误;D项,由于bc段v正大于ab段v正,故bc段SO2的转化率大于ab段SO2的转化率,正确。(2)如图所示。6.D由题图可知,其他条件不变,温度为T2时反应先达到平衡,则T2T1,又因T2时反应达到平衡时生成的CH3OH的物质的量少,说明升高温度,平衡向逆反应方向移动,故该反应为放热反应,则T1时的平衡常数比T2时的大,A项错误;处于A点的反应体系从T1变到T2,即升高温度,平衡左移,则n(CO2)n(CH3OH)增大,B项错误;T2时,0tB min生成甲醇的反应速率为nB2tB molL-1min-1,C项错误;T1
25、时,若反应达到平衡后CO2的转化率为,则:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)起始量/mol1 3 0 0转化量/mol 3 平衡量/mol1- 3-3 根据恒温恒容条件下气体的压强之比等于其物质的量之比,则平衡时压强与起始压强之比为(1-+3-3+)(1+3)=(2-)2,D项正确。7. 如图反应的正反应是气体分子数减小的反应,压强增大,平衡正向移动,HCl增大;且因正反应为放热反应,故HCl仍随温度T的升高而降低【解析】由题图知温度升高,HCl减小,该反应的正反应为放热反应。正反应为气体分子数减小的反应,相同温度下,增大压强,平衡向气体分子数减小的方向(即正反应方向)移动,HCl增大;且因正反应为放热反应,故HCl仍随温度T的升高而降低,且相同温度下HCl比之前实验的大。8.2H2S2H2+S2【解析】题图中纵轴表示各组分的体积分数,体积分数减小的是反应物H2S,体积分数增大的是生成物。1 100 时,H2S的体积分数为70%,此时生成的两种单质的体积分数分别为20%、10%,若将硫写为“S”,则与氢气的体积分数应该相等;若将硫写为双原子分子“S2”,则氢气的体积分数为“S2”的两倍,故H2S分解反应的化学方程式为2H2S2H2+S2。
