福州备战高考化学专题训练化学反应的速率与限度的推断题综合题分类.docx
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福州备战高考化学专题训练化学反应的速率与限度的推断题综合题分类
福州备战高考化学专题训练---化学反应的速率与限度的推断题综合题分类
一、化学反应的速率与限度练习题(含详细答案解析)
1.化学反应速率与限度与生产、生活密切相关
(1)A学生为了探究锌与盐酸反应过程中的速率变化,他在200mL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,实验记录如下(累计值):
时间(min)
1
2
3
4
5
氢气体积(mL)(标准状况)
100
240
688
810
860
①反应速率最大的时间段是____________(填0~1、1~2、2~3、3~4、4~5)min,原因是____________。
②在2~3min时间段以盐酸的浓度变化来表示的反应速率为____________。
(设溶液体积不变)
(2)B学生也做同样的实验,但由于反应太快,测不准氢气体积,故想办法降低反应速率,请你帮他选择在盐酸中加入下列____________以减慢反应速率。
(填写代号)
A.冰块B.HNO3溶液C.CuSO4溶液
(3)C同学为了探究Fe3+和Cu2+对H2O2分解的催化效果,设计了如图所示的实验。
可通过观察___________________________现象,定性比较得出结论。
有同学提出将FeCl3改为Fe2(SO4)3更为合理,其理由是__________________________,
【答案】2~3因该反应放热,随着反应,溶液温度升高,故反应速率加快0.2mol·L-1·min-1A反应产生气泡的快慢控制阴离子相同,排除阴离子的干扰
【解析】
【分析】
(1)单位时间内生成氢气的体积越大反应速率越快;锌与盐酸反应放热;
②2~3min生成氢气的体积是448mL(标准状况),物质的量是
,消耗盐酸的物质的量0.4mol;
(2)根据影响反应速率的因素分析;
(3)双氧水分解有气泡产生;根据控制变量法,探究Fe3+和Cu2+对H2O2分解,控制阴离子相同;
【详解】
(1)根据表格数据,2min~3min收集的氢气最多,反应速率最大的时间段是2~3min;锌与盐酸反应放热,随着反应,溶液温度升高,故反应速率加快;
②2~3min生成氢气的体积是448mL(标准状况),物质的量是
,消耗盐酸的物质的量0.04mol,
=0.2mol·L-1·min-1;
(2)A.加入冰块,温度降低,反应速率减慢,故选A;
B.加入HNO3溶液,硝酸与锌反应不能生成氢气,故不选B;
C.加入CuSO4溶液,锌置换出铜,构成原电池,反应速率加快,故不选C;
(3)双氧水分解有气泡产生,可通过观察反应产生气泡的快慢,定性比较催化效果;根据控制变量法,探究Fe3+和Cu2+对H2O2分解,控制阴离子相同,排除阴离子的干扰,所以FeCl3改为Fe2(SO4)3更为合理。
【点睛】
本题主要考查化学反应速率的影响因素,明确影响反应速率的因素是解题关键,注意控制变量法在探究影响化学反应速率因素实验中的应用,理解原电池原理对化学反应速率的影响。
2.某温度下在2L密闭容器中,3种气态物质A、B、C的物质的量随时间变化曲线如图。
(1)该反应的化学方程式是________________________
(2)若A、B、C均为气体,10min后反应达到平衡,
①此时体系的压强是开始时的________倍。
②在该条件达到平衡时反应物的转化率为________%(计算结果保留1位小数)
(3)关于该反应的说法正确的是_________。
a.到达10min时停止反应
b.在到达10min之前C气体的消耗速率大于它的生成速率
c.在10min时B气体的正反应速率等于逆反应速率
【答案】2C
A+3B
或1.29或1.366.7%b、c
【解析】
【分析】
(1)由图可知,C是反应物,物质的量分别减少2mol,A、B生成物,物质的量增加1mol、3mol,物质的量变化比等于系数比;
(2)①体系的压强比等于物质的量比;
②转化率=变化量÷初始量×100%;
(3)根据化学平衡的定义判断;
【详解】
(1)由图可知,C是反应物,物质的量减少2mol,A、B生成物,物质的量分别增加1mol、3mol,物质的量变化比等于系数比,所以该反应的化学方程式为:
2C
A+3B;
(2)①体系的压强比等于物质的量比,反应前气体总物质的量是7mol、反应后气体总物质的量是9mol,所以此时体系的压强是开始时的
倍;
②转化率=变化量÷初始量×100%=2÷3×100%=66.7%;
(3)a.根据图象,到达10min时反应达到平衡状态,正逆反应速率相等但不为0,反应没有停止,故a错误;
b.在到达10min之前,C的物质的量减少,所以C气体的消耗速率大于它的生成速率,故b正确;
c.在10min时反应达到平衡状态,所以B气体的正反应速率等于逆反应速率,故c正确;
选bc。
【点睛】
本题考查化学反应中物质的量随时间的变化曲线、以及平衡状态的判断,注意根据化学平衡的定义判断平衡状态,明确化学反应的物质的量变化比等于化学方程式的系数比。
3.“一碳化学”是指以含一个碳原子的化合物(如CO2、CO、CH4、CH3OH等)为初始反应物,合成一系列重要的化工原料和燃料的化学。
(1)以CO2和NH3为原料合成尿素是利用CO2的成功范例。
在尿素合成塔中的主要反应可表示如下:
反应I:
2NH3(g)+CO2(g)
NH2COONH4(s)∆H1
反应II:
NH2COONH4(s)
CO(NH2)2(s)+H2O(g)∆H2=+72.49kJ/mol
总反应:
2NH3(g)+CO2(g)
CO(NH2)2(s)+H2O(g)∆H3=-86.98kJ/mol
请回答下列问题:
①反应I的∆H1=__kJ/mol。
②反应II一般在__(填“高温或“低温")条件下有利于该反应的进行。
③一定温度下,在体积固定的密闭容器中按计量比投料进行反应I,下列能说明反应达到了平衡状态的是__(填字母序号)。
A.混合气体的平均相对分子质量不再变化
B.容器内气体总压强不再变化
C.2v正(NH3)=v逆(CO2)
D.容器内混合气体的密度不再变化
(2)将CO2和H2按物质的量之比为1:
3充入一定体积的密闭容器中,发生反应:
CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)∆H。
测得CH3OH的物质的量在不同温度下随时间的变化关系如图所示。
①根据图示判断∆H__0(填“>”或“<”)。
②一定温度下,在容积均为2L的两个密闭容器中,按如下方式加入反应物,10min后达到平衡。
容器
甲
乙
反应物投入量
1molCO2、3molH2
amolCO2、bmolH2
cmolCH3OH(g)、cmolH2O(g)(a、b、c均不为零)
若甲容器平衡后气体的压强为开始时的0.8倍,则反应10min内甲容器中以CH3OH(g)表示的化学反应速率为__,此温度下的化学平衡常数为__(保留两位小数);要使平衡后乙容器与甲容器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,则乙容器中c的取值范围为__。
(3)氢气可将CO2还原为甲烷,反应为CO2(g)+4H2(g)
CH4(g)+2H2O(g)。
ShyamKattel等结合实验与计算机模拟结果,研究了在Pt/SiO2催化剂表面上CO2与H2的反应历程,前三步历程如图所示其中吸附在Pt/SiO2催化剂表面用“·”标注,Ts表示过渡态。
物质吸附在催化剂表面,形成过渡态的过程会__(填“放出热量”或“吸收热量”);反应历程中最小能垒(活化能)步骤的化学方程式为__。
【答案】-159.47高温BD<0.02mol·L-1·min-10.180.4 OH+ H==H2O(g) 【解析】 【分析】 (1)①根据盖斯定律计算反应I的∆H1; ②根据复合判据 分析。 ③根据平衡标志分析; (2)①由图象可知,T2温度下反应速率快,所以T2>T1;升高温度,平衡时甲醇的物质的量减小; ②利用三段式计算反应速率和平衡常数;利用极值法判断c的取值范围; (3)根据图象可知,吸附态的能量小于过渡态;活化能最小的过程是 CO、 OH、 H+3H2(g)生成 CO+3H2(g)+H2O。 【详解】 (1)①反应I: 2NH3(g)+CO2(g) NH2COONH4(s)∆H1 反应II: NH2COONH4(s) CO(NH2)2(s)+H2O(g)∆H2=+72.49kJ/mol 根据盖斯定律I+II得总反应: 2NH3(g)+CO2(g) CO(NH2)2(s)+H2O(g)∆H3=-86.98kJ/mol,所以∆H1=-86.98kJ/mol-72.49kJ/mol=-159.47kJ/mol; ②NH2COONH4(s) CO(NH2)2(s)+H2O(g)∆H>0,气体物质的量增大∆S>0,根据复合判据 ,一般在高温条件下有利于该反应的进行; ③A.在体积固定的密闭容器中按计量比投料进行反应,容器中气体物质始终是NH3(g)、CO2且物质的量比等于2: 1,所以混合气体的平均相对分子质量是定值,平均相对分子质量不再变化,不一定平衡,故不选A; B.体积固定,正反应气体物质的量减小,所以压强是变量,容器内气体总压强不再变化,一定达到平衡状态,故选B; C.反应达到平衡状态时,正逆反应的速率比等于系数比,v正(NH3)=2v逆(CO2)时达到平衡状态,2v正(NH3)=v逆(CO2)时反应没有达到平衡状态,故不选C; D.体积固定,气体质量减小,密度是变量,若容器内混合气体的密度不再变化,一定达到平衡状态,故选D; 答案选BD; (2)①由图象可知,T2温度下反应速率快,所以T2>T1;升高温度,平衡时甲醇的物质的量减小,即升高温度平衡逆向移动,∆H<0; ②设达到平衡是,CO2转化了xmol/L,根据三等式,有: 甲容器平衡后气体的压强为开始时的0.8倍,则 ,x=0.2;反应10min内甲容器中以CH3OH(g)表示的化学反应速率为 0.02mol·L-1·min-1,此温度下的化学平衡常数为 0.18; 平衡后乙容器与甲容器中相同组分的体积分数相等,说明甲乙的平衡是等效的。 该反应CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)反应前后体积发生变化,在恒温恒容的条件下,两容器发生反应达到等效平衡,则“一边倒”后,加入的物质完全相同。 若CO2和H2完全反应,则生成甲醇最大的量为1mol,达到平衡时,甲醇的物质的量为0.2mol/L×2=0.4mol,则乙容器中c的取值范围为0.4 (3)根据图象可知,吸附态的能量小于过渡态,所以物质吸附在催化剂表面,形成过渡态的过程会吸收热量;活化能最小的过程是 CO、 OH、 H+3H2(g)生成 CO+3H2(g)+H2O,反应方程式是 OH+ H==H2O(g)。 【点睛】 本题考查平衡标志判断、平衡图象分析、化学平衡的计算,把握平衡三段式法计算为解答的关键,明确等效平衡原理利用,侧重分析与计算能力的考查。 4.制造一次性医用口罩的原料之一丙烯是三大合成材料的基本原料,丙烷脱氢作为一条增产丙烯的非化石燃料路线具有极其重要的现实意义。 丙烷脱氢技术主要分为直接脱氢和氧化脱氢两种。 (1)根据下表提供的数据,计算丙烷直接脱氢制丙烯的反应C3H8(g) C3H6(g)+H2(g)的∆H=___。 共价键 C-C C=C C-H H-H 键能/(kJ∙mol-1) 348 615 413 436 (2)下图为丙烷直接脱氢制丙烯反应中丙烷和丙烯的平衡体积分数与温度、压强的关系(图中压强分别为1×104Pa和1×105Pa) ①在恒容密闭容器中,下列情况能说明该反应达到平衡状态的是__(填字母)。 A.∆H保持不变 B.混合气体的密度保持不变 C.混合气体的平均摩尔质量保持不变 D.单位时间内生成1molH-H键,同时生成1molC=C键 ②欲使丙烯的平衡产率提高,下列措施可行的是____(填字母) A.增大压强B.升高温度C.保持容积不变充入氩气 工业生产中为提高丙烯的产率,还常在恒压时向原料气中掺入水蒸气,其目的是_____。 ③1×104Pa时,图中表示丙烷和丙烯体积分数的曲线分别是___、____(填标号) ④1×104Pa、500℃时,该反应的平衡常数Kp=____Pa(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数,计算结果保留两位有效数字) (3)利用CO2的弱氧化性,科学家开发了丙烷氧化脱氢制丙烯的新工艺,该工艺可采用铬的氧化物作催化剂,已知C3H8+CO2(g) C3H6(g)+CO(g)+H2O(l),该工艺可以有效消除催化剂表面的积炭,维持催化剂的活性,其原因是____,相对于丙烷直接裂解脱氢制丙烯的缺点是_____。 【答案】+123kJ∙mol-1CB该反应是气体分子数增多的反应,恒压条件下充入水蒸气容器体积增大,平衡右移ⅳⅰ3.3×103C与CO2反应生成CO,脱离催化剂表面生成有毒气体CO(或其他合理说法) 【解析】 【分析】 (1)比较丙烷与丙烯的结构,可确定断裂2个C-H键和1个C-C键,形成1个C=C键和1个H-H键,利用表中键能可计算C3H8(g) C3H6(g)+H2(g)的∆H。 (2)①A.对于一个化学反应,方程式确定后,∆H确定,与反应进行的程度无关; B.混合气体的质量和体积都不变,密度始终不变; C.混合气体的质量不变,物质的量增大,平均摩尔质量不断减小; D.反应发生后,总是存在单位时间内生成1molH-H键,同时生成1molC=C键。 ②A.增大压强,平衡逆向移动; B.升高温度,平衡正向移动; C.保持容积不变充入氩气,平衡不受影响。 工业生产中为提高丙烯的产率,还常在恒压时向原料气中掺入水蒸气,可增大混合气的体积,减小与反应有关气体的浓度。 ③1×104Pa与1×105Pa进行对比,从平衡移动的方向确定图中表示丙烷和丙烯体积分数的曲线。 ④1×104Pa、500℃时,丙烷、丙烯、氢气的体积分数都为33.3%,由此可计算该反应的平衡常数Kp。 (3)CO2具有氧化性,能与催化剂表面的积炭发生反应生成一氧化碳气体,由此可确定原因及缺点。 【详解】 (1)比较丙烷与丙烯的结构,可确定断裂2个C-H键和1个C-C键,形成1个C=C键和1个H-H键,利用表中键能可计算C3H8(g) C3H6(g)+H2(g)的∆H=(2×413+348)kJ∙mol-1-(615+436)kJ∙mol-1=+123kJ∙mol-1。 答案为: +123kJ∙mol-1; (2)①A.对于一个化学反应,方程式确定后,∆H确定,与反应进行的程度无关,A不合题意; B.混合气体的质量和体积都不变,密度始终不变,所以密度不变时不一定达平衡状态,B不合题意; C.混合气体的质量不变,物质的量增大,平均摩尔质量不断减小,当平均摩尔质量不变时,反应达平衡状态,C符合题意; D.反应发生后,总是存在单位时间内生成1molH-H键,同时生成1molC=C键,反应不一定达平衡状态,D不合题意; 故选C。 答案为: C; ②A.增大压强,平衡逆向移动,丙烯的平衡产率减小,A不合题意; B.升高温度,平衡正向移动,丙烯的平衡产率增大,B符合题意; C.保持容积不变充入氩气,平衡不受影响,C不合题意; 故选B。 答案为: B; 工业生产中为提高丙烯的产率,还常在恒压时向原料气中掺入水蒸气,可增大混合气的体积,减小与反应有关气体的浓度,其目的是该反应为气体分子数增多的反应,恒压条件下充入水蒸气容器体积增大,平衡右移。 答案为: 该反应是气体分子数增多的反应,恒压条件下充入水蒸气容器体积增大,平衡右移; ③升高温度,平衡正向移动,丙烷的体积分数减小,丙烯的体积分数增大,则ⅰ、ⅲ为丙烷的曲线,ⅱ、ⅳ为丙烯的曲线,1×104Pa与1×105Pa相比,压强减小,平衡正向移动,从而得出表示丙烷体积分数的曲线为ⅳ,表示丙烯体积分数的曲线为ⅰ。 答案为: ⅳ;ⅰ; ④1×104Pa、500℃时,丙烷、丙烯、氢气的体积分数都为33.3%,由此可计算该反应的平衡常数Kp= =3.3×103。 答案: 3.3×103; (3)CO2具有氧化性,能与催化剂表面的积炭发生反应生成一氧化碳气体,其原因是C与CO2反应生成CO,脱离催化剂表面;相对于丙烷直接裂解脱氢制丙烯的缺点是生成有毒气体CO(或其他合理说法)。 答案为: C与CO2反应生成CO,脱离催化剂表面;生成有毒气体CO(或其他合理说法)。 【点睛】 利用键能计算反应热时,比较反应物与生成物的结构式,确定键的断裂与形成是解题的关键。 丙烷的结构式为 ,丙烯的结构式为 ,H2的结构式为H-H,由此可确定断键与成键的种类及数目。 5.Ⅰ. (1)用锌片,铜片连接后浸入稀硫酸溶液中,构成了原电池,工作一段时间,锌片的质量减少了3.25g,铜表面析出了氢气________L(标准状况下),导线中通过________mol电子。 (2)将agNa投入到bgD2O(足量)中,反应后所得溶液的密度为dg/cm3,则该溶液物质的量浓度是_______; Ⅱ.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末时,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,则: (1)用C表示10s内正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________。 【答案】1.120.1 mol/L0.04mol•L-1•s-11.5mol•L-10.4mol•L-1 【解析】 【分析】 【详解】 Ⅰ. (1)用锌片、铜片连接后浸入稀硫酸溶液中,构成了原电池,锌为负极,电极反应为: Zn-2e-=Zn2+,铜为正极,电极反应为2H++2e-=H2↑,锌片的质量减少了3.25克,则物质的量为 =0.05mol,转移的电子的物质的量为n(e-)=2n(Zn)=2n(H2)=2×0.05mol=0.1mol,则V(H2)=0.05mol×22.4L/mol=1.12L,故答案为: 1.12;0.1; (2)将agNa投入到bgD2O(足量)中,发生2Na+2D2O=2NaOD+D2↑,agNa的物质的量为 = mol,生成的氢氧化钠为 mol,D2的物质的量为 mol,质量为 mol×4g/mol= g,反应后溶液的质量为ag+bg- g=(a+b- )g,溶液的体积为 = cm3,则该溶液物质的量浓度c= = = mol/L,故答案为: mol/L; Ⅱ. (1)v(C)= =0.04mol•L-1•s-1,故答案为: 0.04mol•L-1•s-1; (2)3A(g)+B(g)⇌2C(g)+2D(g)。 反应进行到10s末时,测得A的物质的量为1.8mol,C的物质的量为0.8mol,则反应的A为1.2mol,反应前A的物质的量浓度是 =1.5mol•L-1,故答案为: 1.5mol•L-1; (3)3A(g)+B(g)⇌2C(g)+2D(g)。 反应进行到10s末时,测得C的物质的量为0.8mol,则生成的D为0.8mol,10s末,生成物D的浓度为 =0.4mol•L-1,故答案为: 0.4mol•L-1 。 【点睛】 本题的难点为I. (2),要注意生成的氢气的质量的计算,同时注意c= 中V的单位是“L”。 6.一定温度时,在4L密闭容器中,某反应中的气体M和气体N的物质的量随时间变化的曲线如图所示: (1)t1时刻N的转化率为____________。 (2)0~t3时间内用M表示的化学反应速率为____________mol/(L·min)。 (3)平衡时容器内气体的压强与起始时容器内压强的比值为____________。 (4)该反应的化学方程式为____________;比较t2时刻,正逆反应速率大小: v正____v逆(填“>”、“=”或“<”)。 (5)其他条件不变时,采取下列措施,反应速率的变化情况如何? 保持恒温、恒容: ①充入少量氦气: ____________(填“增大”、“减小”或“不变”,下同); ②充入一定量的气体N: ____________。 (6)下列能表示上述反应达到化学平衡状态的是____________。 (填编号) A.v逆(M)=2v正(N)B.M与N的物质的量之比保持不变 C.混合气体密度保持不变D.容器中压强保持不变 【答案】25%3/4t37: 102N M>不变增大BD 【解析】 【分析】 【详解】 (1)t1时刻消耗N是8mol-6mol=2mol,N的转化率= ×100%=25%; (2)0~t3时间内M增加了5mol-2mol=3mol,则用M表示的化学反应速率v(M)= = 3/4t3mol/(L·min); (3)初始投放量n(N)=8mol,n(M)=2mol,t3反应达到平衡,n(N)=2mol,n(M)=5mol,混合气体的物质的量与容器内的压强呈正比,可得P(平衡): P(初始)=7: 10; (4)初始投放量n(N)=8mol,n(M)=2mol,t3反应达到平衡,n(N)=2mol,n(M)=5mol,根据单位时间的物质的变化量呈系数比,得化学反应式为2N(g) M(g),t2时刻向正反应方向进行,正逆反应速率大小v正>v逆; (5)其他条件不变时,保持恒温、恒容: ①充入少量氦气,反应物浓度不变,速率不变; ②充入一定量的气体N,反应物浓度增大,速率增大; (6)A.v逆(M)=2v正(N)正逆反应速率不相等,没有达到平衡状态,A不选; B.M与N的物质的量之比是个变量,当M与N的物质的量之比保持不变,反应达到平衡,可作平衡依据,B选; C.反应前后容器体积和质量均是不变的,混合气体密度是个定值,任意时刻都相同,不能用来判定平衡,C不选; D.该反应从正向开始,压强会减小,容器中压强保持不变说明达到平衡,D选; 故能表示上述反应达到化学平衡状态的是BD。 【点睛】 平衡的判断,特别需要注意是否为变量,若为变量保持不变,可作平衡依据,若为定量,不能做依据,尤其混合气体的密度,相对分子质量,压强等。 7.已知: N2O4(g) 2NO2(g)ΔH=+52.70kJ·mol-1 (1)在恒温、恒容的密闭容器中,进行上述反应时,下列描述中,能说明该反应已达到平衡的是___。 A.v正(N2O4)=2v逆(NO2) B.容器中气体的平均相对分子质量不随时间而变化 C.容器中气体的密度不随时间而变化 D.容器中气体的分子总数不随时间而变化 (2)t℃恒温下,在固定容积为2L的密闭容器中充入0.054molN2O4,30秒后达到平衡,测得容器中含n(NO2)=0.06mol,则t℃时反应N2O4(g) 2NO2(g)的平衡常数K=___。 若向容器内继续通入少量N2O4,则平衡___移动(填“向正反应方向”、“向逆反应方向”或“不”),再次达到平衡后NO2的体积分数_
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