杭州高考化学化学反应的速率与限度的推断题综合题试题.docx
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杭州高考化学化学反应的速率与限度的推断题综合题试题
杭州高考化学化学反应的速率与限度的推断题综合题试题
一、化学反应的速率与限度练习题(含详细答案解析)
1.一定温度下,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。
2.化学反应速率和限度与生产、生活密切相关。
(1)某同学为了探究锌与硫酸反应过程中的速率变化,在400mL稀硫酸中加入足量的锌粉,标况下用排水集气法收集反应放出的氢气,实验记录如下(累计值):
①哪一时间段反应速率最大_______min(填“0~1”、“1~2”、“2~3”、“3~4”、“4~5”),原因是________。
②求3~4分钟时间段以盐酸的浓度变化来表示的该反应速率________设溶液体积不变)。
(2)该同学在用稀硫酸与锌制取氢气的实验中,发现加入少量硫酸铜溶液可加快氢气的生成速率。
请回答下列问题:
①硫酸铜溶液可以加快氢气生成速率的原因是_______。
②实验室中现有Na2SO4、MgSO4、Ag2SO4、K2SO4等4种溶液,可与实验中CuSO4溶液起相似作用的是_______。
③要减慢上述实验中气体产生速率,可采取的合力措施有_______、_______(答两种)。
(3)某温度下在4L密闭容器中,X、Y、Z三种气态物质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该反应达到平衡状态的标志是_______(填字母)
A.Y的体积分数在混合气体中保持不变B.X、Y的反应速率比为3:
1
C.容器内气体压强保持不变D.容器内气体的总质量保持不变E.生成1molY的同时消耗2molZ
③2min内Y的转化率为_______。
【答案】2~3因该反应是放热反应,此时温度高且盐酸浓度较大,所以反应速率较快.0.025mol·L-1·min-1CuSO4与Zn反应生成的Cu附着在Zn表面形成铜锌原电池加快了化学反应速率;Ag2SO4适当增加硫酸的浓度增加锌粒的表面积;升高温度等(答两种即可)3X(g)+Y(g)⇌2Z(g)AC10%
【解析】
【分析】
(1)①相同时间内收集的气体体积越多,该反应速率越快;温度越高化学反应速率越快;
②先计算生成氢气物质的量,再根据关系式计算消耗n(HCl),利用v=
计算盐酸反应速率;
(2)Zn和硫酸的反应中加入少量的CuSO4溶液,能置换出一定量Cu,在溶液中形成Cu/Zn原电池,原电池反应比化学反应速率快;
②所给四种溶液中只Zn只能置换出Ag;
③从影响反应速率的因素分析;
(3)①根据图知,随着反应进行,X、Y的物质的量减少而Z的物质的量增加,则X和Y是反应物而Z是生成物,反应达到平衡时,△n(X)=(1.0-0.4)mol=0.6mol、△n(Y)=(1.0-0.8)mol=0.2mol、△n(Z)=(0.5-0.1)mol=0.4mol,同一可逆反应中同一段时间内参加反应的各物质的物质的量变化量之比等于其计算之比,据此确定化学方程式;
②可逆反应达到平衡状态时,正逆反应速率相等,反应体系中各物质的物质的量、物质的量浓度、百分含量以及由此引起的一系列物理量不变;
③Y的转化率=
×100%;
【详解】
(1)①相同通条件下,反应速率越大,相同时间内收集的气体越多;由表中数据可知,反应速率最大的时间段是2∼3min,原因是:
该反应是放热反应,温度越高,反应速率越大;
②3∼4分钟时间段,收集的氢气体积=(576−464)mL=112mL,n(H2)=
=0.005mol,根据氢气和HCl关系式得消耗的n(HCl)=2n(H2)=2×0.005mol=0.01mol,则v(HCl)=
=0.025mol/(L⋅min);
(2)Zn和硫酸的反应中加入少量的CuSO4溶液,能置换出一定量Cu,在溶液中形成Cu/Zn原电池,而加快化学反应速率;
②所给四种溶液中只Zn只能置换出Ag,即Ag2SO4与CuSO4溶液具有相似的作用;
③为加快Zn和硫酸的反应速率可从升温、适当增大硫酸的浓度、增大锌的比表面积等角度考虑,可采取的合力措施有:
增加锌的表面积;升高温度或适当增大硫酸的浓度等;
(3)①根据图知,随着反应进行,X、Y的物质的量减少而Z的物质的量增加,则X和Y是反应物而Z是生成物,反应达到平衡时,△n(X)=(1.0−0.4)mol=0.6mol、△n(Y)=(1.0−0.8)mol=0.2mol、△n(Z)=(0.5−0.1)mol=0.4mol,同一可逆反应中同一段时间内参加反应的各物质的物质的量变化量之比等于其计算之比,X、Y、Z的计量数之比=0.6mol:
0.2mol:
0.4mol=3:
1:
2,则该反应方程式为3X(g)+Y(g)⇌2Z(g);
②A.Y的体积分数在混合气体中保持不变,说明各物质的量不变,反应达到平衡状态,故A正确;
B.X、Y的反应速率比为3:
1时,如果反应速率都是指同一方向的反应速率,则该反应不一定达到平衡状态,故B错误;
C.反应前后气体压强减小,当容器内气体压强保持不变时,各物质的物质的量不变,反应达到平衡状态,故C正确;
D.容器内气体的总质量一直保持不变,故D错误;
E.生成1molY的同时消耗2molZ,所描述的为同向反应过程,不能判断反应达到平衡状态,故E错误;
答案选AC;
③Y的转化率=
×100%=
×100%=10%。
3.光气(COCl2)常作有机合成、农药、药物、燃料及其他化工制品的中间体。
(1)COCl2结构与甲醛相似,写出COCl2电子式_____;解释COCl2的沸点比甲醛高的原因是_____。
(2)密闭容器中吸热反应COCl2(g)
Cl2(g)+CO(g)达到平衡后,改变一个条件,各物质的浓度变化如图所示(10~14min时有一物质浓度变化未标出)。
①说明该反应已达到平衡状态的是_____。
a.C(COCl2)=C(Cl2)
b.ʋ正(COCl2)=ʋ逆(CO)
c.容器内温度保持不变
d.容器内气体密度保持不变
②4~10min平均反应速率v(COCl2)为_____;10min时改变的反应条件是_____。
③0~4min、8~10min和16~18min三个平衡常数依次为K1、K2、K3,比较其大小____;说明理由____。
【答案】
均为分子晶体,COCl2式量较大,范德华力较强,沸点较高bc0.0025mol/(L·min)分离出COK1 【解析】 【分析】 (1)甲醛的结构式是 ;COCl2的相对分子质量大于甲醛; (2)①根据平衡标志分析; ②根据 计算4~10min平均反应速率v(COCl2);由图象可知10min时CO的浓度突然减小,后逐渐增大,10min时Cl2的浓度逐渐增大; ③根据图象可知,4min时改变的条件是升高温度、14min时,各物质浓度均减小,改变的条件是减小压强。 【详解】 (1)甲醛的结构式是 ,COCl2结构与甲醛相似,COCl2电子式是 ;甲醛、COCl2均为分子晶体,COCl2式量较大,范德华力较强,沸点较高; (2)①a.c(COCl2)=c(Cl2)时,浓度不一定不再改变,反应不一定平衡,故不选a; b.反应达到平衡状态时,正逆反应速率比等于系数比,ʋ正(COCl2)=ʋ逆(CO),一定平衡,故选b; c.正反应吸热,密闭容器内温度是变量,容器内温度保持不变,反应一定平衡,故选c; d.气体质量不变、容器体积不变,根据 ,密度是恒量,容器内气体密度保持不变,不一定平衡,故不选d; 选bc; ②根据图象,4~10min内COCl2浓度变化是0.055mol/L-0.04mol/L=0.015mol/L, 0.0025mol/(L·min);由图象可知10min时CO的浓度突然减小,后逐渐增大,10min时Cl2的浓度逐渐增大,可知10min时改变的条件是分离出CO,平衡正向移动,氯气浓度增大; ③根据图象可知,4min时改变的条件是升高温度,正反应吸热,升高温度平衡正向移动,平衡常数增大,所以K1 4.反应A(g) B(g)+C(g)在容积为1.0L的密闭容器中进行,A的初始浓度为0.050mol/L。 温度T1和T2下A的浓度与时间关系如图所示。 回答下列问题: (1)上述反应是______________(填”吸热反应”或”放热反应”),温度T1_____T2,(填“大于”、“小于”或“等于”,下同)平衡常数K(T1)_______K(T2)。 (2)若温度T2时,5min后反应达到平衡,A的转化率为70%,则: ①平衡时体系总的物质的量为___________。 ②反应在0~5min区间的平均反应速率v(A)=____________。 (3)在温度T1时,若增大体系压强,A的转化率_________(填“增大”、“减小”或“不变”,下同),平衡常数________。 【答案】吸热反应小于小于0.085mol0.007mol/(L∙min)减小不变 【解析】 【分析】 由图象中的信息可知,T2到达平衡所用的时间较少,故T1<T2;温度升高后,反应物A的浓度减小,说明平衡向正反应方向移动,故该反应为吸热反应。 【详解】 (1)由上述分析可知,该反应是吸热反应,温度T1小于T2,温度升高,该化学平衡向正反应方向移动,故平衡常数K(T1)小于K(T2)。 (2)A的初始浓度为0.050mol/L,则A的起始量为0.05mol。 若温度T2时,5min后反应达到平衡,A的转化率为70%,则A的变化量为0.035mol,B和C的变化量同为0.035mol。 ①平衡时体系总的物质的量为0.05mol-0.035mol+0.035mol⨯2=0.085mol。 ②容积为1.0L,则反应在0~5min区间的平均反应速率v(A)= 0.007mol/(L∙min)。 (3)A(g) B(g)+C(g),该反应正反应方向是气体分子数增大的方向。 在温度T1时,若增大体系压强,平衡向逆反应方向移动,A的转化率减小,由于平衡常数只与温度有关,故平衡常数不变。 【点睛】 要注意化学平衡的移动不一定能改变平衡常数,因为化学平衡常数只与温度有关,对于一个指定的可逆反应,其平衡常数只随温度的变化而变化。 5.某反应在体积为5L的恒容密闭的绝热容器中进行,各物质的量随时间的变化情况如图所示 已知A、B、C均为气体 。 (1)该反应的化学方程式为_______________。 (2)反应开始至2分钟时,B的平均反应速率为_______________。 (3)能说明该反应已达到平衡状态的是_______________。 A.v(A)=2v(B) B.容器内气体密度不变 C.v逆(A)=v正(C) D.各组分的物质的量相等 E.混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态 (4)由图求得平衡时A的转化率为_______________。 (5)下表是该小组研究影响过氧化氢H2O2分解速率的因素时采集的一组数据: 用 制取 所需的时间 秒 30%H2O2 15%H2O2 10%H2O2 5%H2O2 无催化剂、不加热 几乎不反应 几乎不反应 几乎不反应 几乎不反应 无催化剂、加热 360s 480s 540s 720s MnO2催化剂、加热 10s 25s 60s 120s ①该研究小组在设计方案时。 考虑了浓度、_______________、_______________等因素对过氧化氢分解速率的影响。 ②从上述影响过氧化氢分解速率的因素中任选一个,说明该因素对分解速率有何影响? _______________。 (6)将质量相同但聚集状态不同的 分别加入到5mL5%的双氧水中,并用带火星的木条测试。 测定结果如下: 催化剂 操作情况 观察结果 反应完成所需的时间 粉末状 混合不振荡 剧烈反应,带火星的木条复燃 3.5分钟 块状 反应较慢,火星红亮但木条未复燃 30分钟 ①写出 发生分解的化学反应方程式_______________。 ②实验结果说明催化剂作用的大小与_______________有关。 【答案】2A(g)+B(g)⇌2C(g)0.1mol/(L∙min)CE40%温度催化剂增大反应物浓度越大,可以加快反应速率;升高温度,可以加快化学反应速率;使用合适的催化剂,可以加快化学反应速率;(答其中一条即可)2H2O2 2H2O+O2↑固体的接触面积 【解析】 【分析】 通过各物质的物质的量变化与计量系数呈正比,可得反应式为2A(g)+B(g)⇌2C(g),同时通过变化量可以就算化学反应速率以及反应物的转化率;平衡状态的判定: A.v(A)=2v(B),没有体现正逆方向,不能判定是否达到平衡,错误;B.容器内气体密度不变,该体系从开始反应到平衡,密度是定值没有变化,不能判定是否达到平衡状态,错误;C.v逆(A)=v正(C),不同物质正逆反应速率呈计量系数比,可以判定达到平衡,正确;D.各组分的物质的量相等,不能作判定,错误,可以改成各物质的量保持不变,可判定平衡;E.混合气体的平均相对分子质量在数值上等于摩尔质量M,由于前后气体粒子数目可变,则混合气体的相对分子质量和M是变量可以作平衡的判定依据,正确;根据表格,探究双氧水的浓度、反应的温度、催化剂对过氧化氢H2O2分解速率的影响,在探究不同的因素时才用控制变量法来探究可得结果。 【详解】 (1)由图像可得,A、B逐渐减小是反应物,C逐渐增多是产物,当反应到达2min,Δn(A)=2mol,Δn(B)=1mol,Δn(C)=2mol,各物质的物质的量变化与计量系数呈正比,故反应式为2A(g)+B(g)⇌2C(g); (2)反应开始至2分钟时,B的平均反应速率v(B)= = =0.1mol/(L∙min); (3)由分析可得,答案选CE; (4)由图求得平衡时A的转化率α= ×100%= =40%; (5)①根据表中的数据,没有催化剂不加热,不同浓度的双氧水几乎不反应,在无催化剂但是加热的情况下,双氧水发生分解,且双氧水浓度越大分解速率越快,说明反应物浓度和温度对分解速率有影响。 对比无催化剂加热状态,有催化剂加热的情况下,分解速率也明显加快,故答案为温度和催化剂;②分析表中的数据,增大反应物浓度越大,可以加快反应速率;升高温度,可以加快化学反应速率;使用合适的催化剂,可以加快化学反应速率; (6)①双氧水在二氧化锰的作用下发生反应: 2H2O2 2H2O+O2↑;②其他条件不变,粉末状的二氧化锰比块状二氧化锰反应所需时间段,说明固体的接触面积对反应速率有影响。 【点睛】 平衡状态的判定的核心在于物理量是否是个变量,若为变量当保持不变可以作判定平衡的依据,若为定值,则不能作为依据。 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.合成气(CO+H2)广泛用于合成有机物,工业上常采用天然气与水蒸气反应等方法来制取合成气。 (1)在150℃时2L的密闭容器中,将2molCH4和2molH2O(g)混合,经过15min达到平衡,此时CH4的转化率为60%。 回答下列问题: ①从反应开始至平衡,用氢气的变化量来表示该反应速率v(H2)=__。 ②在该温度下,计算该反应的平衡常数K=__。 ③下列选项中能表示该反应已达到平衡状态的是__。 A.v(H2)逆=3v(CO)正 B.密闭容器中混合气体的密度不变 C.密闭容器中总压强不变 D.C(CH4)=C(CO) (2)合成气制甲醚的反应方程式为2CO(g)+4H2(g) CH3OCH3(g)+H2O(g)△H=bkJ/mol。 有研究者在催化剂(Cu—Zn—Al—O和A12O3)、压强为5.OMPa的条件下,由H2和CO直接制备甲醚,结果如图所示。 ①290℃前,CO转化率和甲醚产率的变化趋势不一致的原因是__; ②b__0,(填“>”或“<”或“=”)理由是__。 (3)合成气中的氢气也用于合成氨气: N2+3H2 2NH3。 保持温度和体积不变,在甲、乙、丙三个容器中建立平衡的相关信息如下表。 则下列说法正确的是__; A.n1=n2=3.2B.φ甲=φ丙>φ乙C.ν乙>ν丙>ν甲D.P乙>P甲=P丙 容器 体积 起始物质 平衡时NH3的物质的量 平衡时N2的 体积分数 反应开始时的速率 平衡时容器内压强 甲 1L 1molN2+3molH2 1.6mol φ甲 ν甲 P甲 乙 1L 2molN2+6molH2 n1mol φ乙 ν乙 P乙 丙 2L 2
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