备战高考化学 化学反应的速率与限度 培优 易错 难题练习含答案含答案.docx
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备战高考化学化学反应的速率与限度培优易错难题练习含答案含答案
备战高考化学化学反应的速率与限度培优易错难题练习(含答案)含答案
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.用酸性KMnO4和H2C2O4(草酸)反应研究影响反应速率的因素。
一实验小组欲通过测定单位时间内生成CO2的速率,探究某种影响化学反应速率的因素,设计实验方案如下(KMnO4溶液已酸化):
实验序号
A溶液
B溶液
①
20mL0.1mol·L-1H2C2O4溶液
30mL0.01mol·L-1KMnO4溶液
②
20mL0.2mol·L-1H2C2O4溶液
30mL0.01mol·L-1KMnO4溶液
(1)该反应的离子方程式___________________________。
(已知H2C2O4是二元弱酸)
(2)该实验探究的是_____________因素对化学反应速率的影响。
相同时间内针筒中所得CO2的体积大小关系是_________________<_____________(填实验序号)。
(3)若实验①在2min末收集了2.24mLCO2(标准状况下),则在2min末,c(MnO4-)=__________mol/L(假设混合液体积为50mL)
(4)除通过测定一定时间内CO2的体积来比较反应速率,本实验还可通过测定_____________来比较化学反应速率。
(一条即可)
(5)小组同学发现反应速率总是如图,其中t1~t2时间内速率变快的主要原因可能是:
①__________________________;②__________________________。
【答案】2MnO4-+5H2C2O4+6H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O浓度①②0.0056KMnO4溶液完全褪色所需时间或产生相同体积气体所需的时间该反应放热产物Mn2+是反应的催化剂
【解析】
【详解】
(1)高锰酸钾溶液具有强氧化性,把草酸氧化成CO2,根据化合价升降法进行配平,其离子反应方程式为:
2MnO4-+5H2C2O4+6H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O;
(2)对比表格数据可知,草酸的浓度不一样,因此是探究浓度对化学反应速率的影响,浓度越大,反应速率越快,则①<②;
(3)根据反应方程式并结合CO2的体积,求出消耗的n(KMnO4)=2×10-5mol,剩余n(KMnO4)=(30×10-3×0.01-2×10-5)mol=2.8×10-4mol,c(KMnO4)=2.8×10-4mol÷50×10-3L=0.0056mol·L-1;
(4)除通过测定一定时间内CO2的体积来比较反应速率,还可以通过测定KMnO4溶液完全褪色所需时间或产生相同体积气体所需的时间来比较化学反应速率;
(5)t1~t2时间内速率变快的主要原因可能是:
①此反应是放热反应,温度升高,虽然反应物的浓度降低,但温度起决定作用;②可能产生的Mn2+是反应的催化剂,加快反应速率。
3.在一定体积的密闭容器中,进行如下反应:
CO2(g)+H2(g)
CO(g)+H2O(g),其化学平衡常数K和温度t的关系如下表所示:
t℃
700
800
830
1000
1200
K
0.6
0.9
1.0
1.7
2.6
回答下列问题:
(1)该反应化学平衡常数的表达式:
K=___;
(2)该反应为___(填“吸热”或“放热”)反应;
(3)下列说法中能说明该反应达平衡状态的是___;
A.容器中压强不变
B.混合气体中c(CO)不变
C.混合气体的密度不变
D.c(CO)=c(CO2)
E.化学平衡常数K不变
F.单位时间内生成CO的分子数与生成H2O的分子数相等
(4)某温度下,各物质的平衡浓度符合下式:
c(CO2)×c(H2)=c(CO)×c(H2O),试判此时的温度为___。
【答案】
吸热BE830℃
【解析】
【分析】
(1)化学平衡常数等于生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值;
(2)随温度升高,平衡常数增大,说明升高温度平衡正向移动;
(3)根据平衡标志判断;
(4)某温度下,c(CO2)×c(H2)=c(CO)×c(H2O),即K=
=1;
【详解】
(1)根据平衡常数的定义,该反应化学平衡常数的表达式K=
(2)随温度升高,平衡常数增大,说明升高温度平衡正向移动,所以正反应为吸热反应;
(3)A.CO2(g)+H2(g)
CO(g)+H2O(g)反应前后气体系数和相等,容器中压强是恒量,压强不变,不一定平衡,故不选A;
B.根据化学平衡定义,浓度不变一定平衡,所以混合气体中c(CO)不变一定达到平衡状态,故选B;
C.反应前后气体质量不变、容器体积不变,根据
,混合气体的密度是恒量,混合气体的密度不变,反应不一定平衡,故不选C;
D.反应达到平衡时,浓度不再改变,c(CO)=c(CO2)不能判断浓度是否改变,所以反应不一定平衡,故不选D;
E.正反应吸热,温度是变量,平衡常数只与温度有关,化学平衡常数K不变,说明温度不变,反应一定达到平衡状态,故选E;
F.单位时间内生成CO的分子数与生成H2O的分子数相等,不能判断正逆反应速率是否相等,反应不一定平衡,故不选F;
(4)某温度下,c(CO2)×c(H2)=c(CO)×c(H2O),即K=
=1,根据表格数据,此时的温度为830℃。
4.Ⅰ.某实验小组对H2O2的分解做了如下探究。
下表是该实验小组研究影响H2O2分解速率的因素时记录的一组数据,将质量相同但状态不同的MnO2分别加入盛有15mL5%的H2O2溶液的大试管中,并用带火星的木条测试,结果如下:
MnO2
触摸试管情况
观察结果
反应完成所需的时间
粉末状
很烫
剧烈反应,带火星的木条复燃
3.5min
块状
微热
反应较慢,火星红亮但木条未复燃
30min
(1)写出上述实验中发生反应的化学方程式:
_______________________________。
(2)实验结果表明,催化剂的催化效果与________有关。
(3)某同学在10mLH2O2溶液中加入一定量的二氧化锰,放出气体的体积(标准状况)与反应时间的关系如图所示,则A、B、C三点所表示的即时反应速率最慢的是______。
Ⅱ.某反应在体积为5L的恒容密闭容器中进行,在0~3分钟内各物质的量的变化情况如下图所示(A,B,C均为气体,且A气体有颜色)。
(4)该反应的的化学方程式为________________。
(5)反应开始至2分钟时,B的平均反应速率为____。
(6)下列措施能使该反应加快的是__(仅改变一个条件)。
a.降低温度b.缩小容积c.使用效率更高更合适的催化剂
(7)能说明该反应已达到平衡状态的是___________(填序号)。
①单位时间内生成nmolB的同时生成2nmolC
②单位时间内生成nmolB的同时生成2nmolA
③容器内压强不再随时间而发生变化的状态
④用C、A、B的物质的量浓度变化表示的反应速率的比为2:
2:
1的状态
⑤混合气体的颜色不再改变的状态
⑥混合气体的密度不再改变的状态
⑦v逆(A)=v正(C)
(8)由图求得平衡时A的转化率为__________。
【答案】2H2O2
2H2O+O2↑催化剂的颗粒大小C2A+B
2C0.1mol·(L·min)-1bc①③⑤⑦40%
【解析】
【分析】
【详解】
Ⅰ.
(1)在催化剂二氧化锰的作用下双氧水分解生成氧气和水,发生反应的化学方程式为2H2O2
2H2O+O2↑。
(2)根据表中数据可知粉末状的二氧化锰催化效果好,即实验结果表明,催化剂的催化效果与催化剂的颗粒大小有关。
(3)曲线斜率越大,反应速率越快,则A、B、C三点所表示的即时反应速率最慢的是C点。
Ⅱ.(4)根据图像可知2min时各物质的物质的量不再发生变化,此时A和B分别减少2mol、1mol,C增加2mol,因此该反应的的化学方程式为2A+B
2C。
(5)反应开始至2分钟时,B的平均反应速率为
=0.1mol·(L·min)-1。
(6)a.降低温度,反应速率减小,a错误;b.缩小容积,压强增大,反应速率加快,b正确;c.使用效率更高更合适的催化剂,反应速率加快,c正确;答案选bc;
(7)①单位时间内生成nmolB的同时生成2nmolC表示正、逆反应速率相等,能说明;②单位时间内生成nmolB的同时生成2nmolA均表示逆反应速率,不能说明;③正反应体积减小,容器内压强不再随时间而发生变化的状态能说明;④用C、A、B的物质的量浓度变化表示的反应速率的比为2:
2:
1的状态不能说明;⑤混合气体的颜色不再改变的状态,说明A的浓度不再发生变化,能说明;⑥密度是混合气的质量和容器容积的比值,在反应过程中质量和容积始终是不变的,因此混合气体的密度不再改变的状态不能说明;⑦v逆(A)=v正(C)表示正逆反应速率相等,能说明;答案选①③⑤⑦;
(8)由图求得平衡时A的转化率为2/5×100%=40%。
【点睛】
平衡状态的判断是解答的易错点,注意可逆反应达到平衡状态有两个核心的判断依据:
①正反应速率和逆反应速率相等。
②反应混合物中各组成成分的百分含量保持不变。
只要抓住这两个特征就可确定反应是否达到平衡状态,对于随反应的发生而发生变化的物理量如果不变了,即说明可逆反应达到了平衡状态。
判断化学反应是否达到平衡状态,关键是看给定的条件能否推出参与反应的任一物质的物质的量不再发生变化。
5.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。
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.中国政府承诺,到2020年,单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%~50%。
CO2可转化成有机物实现碳循环。
在体积为1L的密闭容器中,充入1molCO2和3molH2,一定条件下反应:
CO2(g)+3H2(g)
CH3OH(g)+H2O(g),测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示。
(1)从3min到9min,v(CO2)=__mol·L-1·min-1(计算结果保留2位有效数字)。
(2)能说明上述反应达到平衡状态的是__(填编号)。
A.反应中CO2与CH3OH的物质的量浓度之比为1∶1(即图中交叉点)
B.混合气体的压强不随时间的变化而变化
C.单位时间内生成1molH2,同时生成1molCH3OH
D.混合气体的平均相对分子质量不随时间的变化而变化
(3)平衡时CO2的转化率为__%。
(4)平衡混合气体中CO2(g)和H2(g)的质量之比是__。
(5)第3分钟时v正(CH3OH)__第9分钟时v逆(CH3OH)(填“>”、“<”“=”或“无法比较”)。
【答案】0.042BD7522:
3>
【解析】
【分析】
(1)3min到9min,根据CO2浓度变化计算CO2化学反应速率v(CO2);
(2)化学反应达到平衡状态时正逆反应速率相等,各物质的浓度不变,由此衍生的物理量不变;
(3)由图象可知平衡时CO2的为0.25mol/L,可知消耗0.75mol/L,以此计算转化率;
(4)结合各物质的平衡浓度,利用三段式法计算;
(5)第9分钟时达到平衡,υ逆(CH3OH)=υ正(CH3OH),随着反应的进行,正反应速率逐渐减小。
【详解】
(1)3min到9min,CO2浓度变化为0.5mol/L−0.25mol/L=0.25mol/L,CO2反应速率为:
,故答案为:
0.042;
(2)A.反应中CO2与CH3OH的物质的量浓度之比为1:
1(即图中交叉点),浓度相等而不是不变,故A错误;
B.混合气体的物质的量为变量,则压强为变量,随着反应的进行,混合气体的压强不随时间的变化而变化,此时反应达到平衡,故B正确;
C.单位时间内生成3molH2,同时生成1molCH3OH,则正逆反应速率相等,故C错误;
D. 混合气体的质量不变,混合气体的物质的量随着反应的进行是变量,则平均相对分子质量不随时间的变化而变化此时反应达到平衡,故D正确;
故答案为:
BD;
(3)由图象可知平衡时CO2的为0.25mol/L,可知消耗0.75mol/L,则转化率为
,故答案为:
75;
(4)
则平衡时混合气体中CO2(g)和H2(g)的质量之比是
,故答案为:
22:
3;
(5)第9分钟时达到平衡,υ逆(CH3OH)=υ正(CH3OH),随着反应的进行,正反应速率逐渐减小,则第3分钟时υ正(CH3OH)大于第9分钟时υ逆(CH3OH)。
故答案为:
>。
【点睛】
平衡问题计算时一般采用三段法进行计算。
反应达到平衡时,υ逆=υ正。
8.硫酸是重要的化工原料,生产过程中SO2催化氧化生成SO3的化学反应为:
2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g)。
(1)实验测得SO2反应生成SO3的转化率与温度、压强有关,请根据下表信息,结合工业生产实际,选择最合适的生产条件是__。
SO2压强
转化率
温度
1个大气压
5个大气压
10个大气压
15个大气压
400℃
0.9961
0.9972
0.9984
0.9988
500℃
0.9675
0.9767
0.9852
0.9894
600℃
0.8520
0.8897
0.9276
0.9468
(2)反应2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g)达到平衡后,改变下列条件,能使SO2(g)平衡浓度比原来减小的是__(填字母)。
A.保持温度和容器体积不变,充入1molO2(g)
B.保持温度和容器体积不变,充入2molSO3(g)
C.降低温度
D.在其他条件不变时,减小容器的容积
(3)某温度下,SO2的平衡转化率(α)与体系总压强(P)的关系如图所示。
2.0molSO2和1.0molO2置于10L密闭容器中,反应达平衡后,体系总压强为0.10MPa。
平衡状态由A变到B时,平衡常数K(A)__K(B)(填“>”、“<”或“=”),B点的化学平衡常数是__。
(4)在一个固定容积为5L的密闭容器中充入0.20molSO2和0.10molO2,t1时刻达到平衡,测得容器中含SO30.18mol。
①tl时刻达到平衡后,改变一个条件使化学反应速率发生如图所示的变化,则改变的条件是__。
A.体积不变,向容器中通入少量O2
B.体积不变,向容器中通入少量SO2
C.缩小容器体积
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