高考化学备考 优生百日闯关系列 专题01 化学反应速率与化学平衡原理综合应用（含解析）

在学生就要走出校门的时候，班级工作仍要坚持德育先行，继续重视对学生进行爱国主义教育、集体主义教育、行为规范等的教育，认真落实学校、学工处的各项工作要求专题01 化学反应速率与化学平衡原理综合应用1【2015新课标卷理综化学】甲醇是重要的化工原料，又可称为燃料。利用合成气（主要成分为CO、CO2和H2）在催化剂的作用下合成甲醇，发生的主反应如下： CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) H1 CO2(g)+3H2(g)CH3OH（g）+H2O(g) H2 CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) H3回答下列问题：化学键H-HC-OC OH-OC-HE/（kJ.mol-1）4363431076465413（1）已知反应中的相关的化学键键能数据如下：由此计算H1= kJ.mol-1，已知H2=-58kJ.mol-1，则H3= kJ.mol-1（2）反应的化学平衡常数K的表达式为 ；图1中能正确反映平衡常数K随温度变化关系的曲线为 （填曲线标记字母），其判断理由是 。（3）合成气的组成n(H2)/n(CO+CO2)2.60时，体系中的CO平衡转化率（）与温度和压强的关系如图2所示。（CO）值随温度升高而 （填“增大”或“减小”），其原因是 。图2中的压强由大到小为_，其判断理由是_。【答案】（1）99；41（2）；a；反应为放热反应，平衡常数应随温度升高变小；（3）减小；升高温度时，反应为放热反应，平衡向向左移动，使得体系中CO的量增大；反应为吸热反应，平衡向右移动，又产生CO的量增大；总结果，随温度升高，使CO的转化率降低；P3P2P1；相同温度下，由于反应为气体分子数减小的反应，加压有利于提升CO的转化率；而反应为气体分子数不变的反应，产生CO的量不受压强影响，故增大压强时，有利于CO的转化率升高【考点定位】本题主要是考查反应热计算、盖斯定律应用、平衡常数以及外界条件对平衡状态的影响等【名师点晴】本题从知识上考查了热化学方程式、盖斯定律，平衡图像、外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响，考查了学生对知识理解、综合运用能力。将热化学方程式、盖斯定律，平衡图像、外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响，碳、氮及其化合物的性质等知识同低碳经济、温室气体的吸收等环境问题联系起来，充分体现了学以致用的目的，更突显了化学是一门实用性的学科的特点。2【2015山东理综化学】合金贮氢材料具有优异的吸收氢性能，在配合氢能的开发中起到重要作用。（1）一定温度下，某贮氢合金（M）的贮氢过程如图所示，纵轴为平衡时氢气的压强（p），横轴表示固相中氢原子与金属原子的个数比（H/M）。在OA段，氢溶解于M中形成固溶体MHx，随着氢气压强的增大，H/M逐惭增大；在AB段，MHx与氢气发生氢化反应生成氢化物MHy，氢化反应方程式为：zMHx(s)+H2(g)=ZMHy(s) H()；在B点，氢化反应结束，进一步增大氢气压强，H/M几乎不变。反应（）中z=_（用含x和y的代数式表示）。温度为T1时，2g某合金4min内吸收氢气240mL，吸氢速率v=_mLg-1min。反应的焓变H_0（填“”“”“”或“=”）。当反应（）处于图中a点时，保持温度不变，向恒容体系中通入少量氢气，达到平衡后反应（）可能处于图中的_点（填“b”“c”或“d”），该贮氢合金可通过_或_的方式释放氢气。【答案】（1）2/(yx)；30；c；加热 减压【考点定位】本题以合金贮氢材料为背景，考查了元素守恒的应用、化学反应速率的计算、焓变的判断、化学平衡移动及影响因素、热化学方程式的书写。【名师点睛】本题素材选取新颖，化学反应速率与化学平衡完全围绕图像展开，这就要求考生具有较强的读图能力，能够快速的从图表中得到有用的数据，是解答本题的关键，本题第二小题为创新的题型，定义了一个新的陌生物理量，并且对该物理量进行分析，这就要求考生们对平时所学知识做到深入理解、活学活用，才能顺利的解答，第3小题为热化学方程式的书写，为常规题目，只要考生注意正负号、物质的状态以及数值的计算等，即可得到正确答案。试题一般考查化学反应速率、化学平衡理论在化工生产中的应用，具体考点有：（1）化学反应速率、化学平衡的相关计算；（2）以图像、表格的形式考查影响化学反应速率的因素和化学平衡理论；（3）外界条件对化学平衡的影响，以及对知识整合能力、分析和解决问题的能力；（4）考查化学平衡常数，化学常数与温度、反应热的关系；利用物质的平衡浓度与温度判断化学平衡常数的大小，及用浓度商的关系判断是否达到平衡状态。（5）用化学反应速率、化学平衡理论在化工生产中的应用，同时考虑生产成本和经济效益等。审清题意这类试题一般与图像结合在一起，在分析过程中，从反应开始（正反应是吸热还是放热、体积是增大还是减小），然后相关影响因素、平衡建立等观察图像一看面，看清横、纵坐标分别代表的量的意义；二看线，看准线的变化趋势，看清是连续的还是跳跃的，是渐变还是突变，条件改变变化程度的大小；三看点，弄清曲线上点的含义，特别是起点、交点、拐点、极值点等。当出现三个变量时，先确定一个变量，然后讨论另外两个变量之间的关系。联想规律联想外界条件的变化对反应速率及化学平衡的影响规律，并紧扣可逆反应的特征，将图像与反应方程式相结合，搞清相关关系。做出判断抓住有关概念和有关物质的性质、反应规律及图像的特点，通过对比分析，做出正确的判断。1（1）人们常用催化剂来选择反应进行的方向，左图所示为一定条件下1molCH3OH与O2发生反应时，生成CO、CO2或HCHO的能量变化图反应物O2(g)和生成物H2O(g)略去.写出1moLHCHO与O2发生反应时生成CO和H2O(g)的热化学方程式_；CH3OH与O2在有催化剂作用下反应，产物中HCHO比率大大提高的原因是_；（2）一定温度下，将N2H4与NO2以体积比为1：1置于10L定容容器中发生反应2N2H4(g)+2NO2(g)3N2(g)+4H2O(l)H0，下列能说明反应达到平衡状态的是_；A混合气体密度保持不变 B.2v正(NO2)=3v逆(N2)CN2H4与NO2体积比保持不变 D体系压强保持不变在某温度下，10L密闭容器中发生上述反应，容器内部分物质的物质的量变化如下表：物质的量/mol时间n(N2H4)n(NO2)n(N2)起始2.03.00第2min1.5a0.75第4min1.2b1.2第6min1.0c1.5第7min1.0c1.5前2min内NO2的平均反应速率为_(保留2位有效数字，下同)该温度下反应的平衡常数K=_。关于上述反应，下列叙述不正确的是_。A达到平衡时，移走部分N2，平衡将向右移动，正反应速率加快B缩小容器的体积，平衡向右移动，c(N2H4)将变大C在相同条件下，若使用甲催化剂能使正反应速率加快105倍，使用乙催化剂能使逆反应速率加快108倍，应选用乙催化剂D若保持平衡时的温度和压强不变，再向容器中充入He，则此时v(逆) v(正)请画出该反应中n(NO2)随时间变化曲线，并画出在第7min分别升温、加压、加催化剂的情况下n(NO2)随时间变化示意图如图(在图上注明变化的条件)。【答案】（1）HCHO(g)+1/2O2(g)CO(g)+H2O(g)H=-235KJmol-1催化剂使生成HCHO的活化能降低，同时使生成CO的活化能升高，并且生成HCHO的活化能低于生成CO的活化能。（2）AD i 0.025molL-1min-1 8.4(molL-1)-1 ii Aiii 正反应速率降低，故A错误；B 缩小容器的体积，平衡向右移动，但因体积减小，依据勒夏特列原考点：考查了热化学方程式书写和平衡状态的判断、作图象的问题和化学平衡常数、化学方程式的书写以及电极反应式的书写。2研究发现，含pm2.5的雾霾主要成分有SO2、NOx、CxHy及可吸入颗粒等。（1）雾霾中能形成酸雨的物质是_。（2）为消除NOx对环境的污染，可利用NH3在一定条件下与NO反应生成无污染的气体。已知：4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) H = -905.48 kJmol1N2(g)+O2(g)2NO(g) H = +180.50 kJmol1下列表示NH3(g)与NO(g)在一定条件下反应，生成无污染气体的能量转化关系示意图正确的是：_(填字母) 右图是反应4NH3(g)+6NO(g)5N2(g)+6H2O(g)过程中NH3的体积分数随X变化的示意图，X代表的物理量可能是_，原因是_。（3）右图电解装置可将雾霾中的SO2、NO转化为(NH4)2SO4， 阴极的电极反应式是 。 物质A是_(填化学式)，理由是_。（4）为减少雾霾、降低大气中有害气体含量， 研究机动车尾气中CO、NOx及CxHy的排放量意义重大。机动车尾气污染物的含量与空/燃比 (空气与燃油气的体积比)的变化关系示意图如图所示，请解释： 随空/燃比增大，CO和CxHy的含量减少的原因是 。 当空/燃比达到15后，NOx减少的原因可能是_。【答案】（1）SO2 和 NOX （2）a 温度或压强；因为该反应是放热及体积增大的可逆反应，升高温度或增大压强，平衡均逆向移动，使NH3的体积分数增大 （3）NO + 5e+ 6H+= NH4+ H2OH2SO4，根据反应：5SO2+ 2NO+ 8H2O(NH4)2SO4+ 4H2SO4，产物中除有(NH4)2SO4外还有H2SO4（4）空/燃比增大，燃油气燃烧更充分，故CO、CxHy含量减少 因为反应 N2(g)+O2(g)2NO(g) 是吸热反应，当空/燃比大于15后，由于燃油气含量减少，燃油气燃烧放出的热量相应减少，环境温度降低，使该反应不易进行，故NOx减少考点：考查化学反应与能量变化、电解原理的应用和平衡图像分析。3氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用。（1）下图1是1molNO2和1mol CO反应生成CO2和NO过程中能量变化示意图，请写出NO2和CO反应的热化学方程式_ 。（2）在固定容积的密闭容器中，进行如下化学反应：N2(g)3H2(g)2NH3(g) H=92.4kJmol1 用一定物质的量的N2和H2合成NH3，三个容器的反应温度分别为T1、T2、T3且恒定不变，在其它条件相同的情况下，实验测得反应均进行到t min时NH3的质量分数如右图所示此时甲、乙、丙三个容器中一定达到化学平衡状态的是 ，都达到平衡状态时，NH3的质量分数最高的是_ 。下图2是实验室在三个不同条件的密闭容器中，分别加入浓度均为c(N2)=0.10 mol/L，c(H2) = 0.26 mol/L进行反应时，N2的浓度随时间的变化如下图、曲线所示。I该反应实验平衡时H2的转化率为 。II据图2所示，装置中有一个条件与不同。请指出相对改变的条件 。III计算实验的平衡常数为_。（3）最近美国Simons等科学家发明了使NH3直接用于燃料电池的方法，其装置用铂黑作电极、加入碱性电解质溶液中，一个电极通入空气，另一电极通入NH3其电池反应生成一种单质和一种化合物，写出负极的电极反应式 。（4）铜与一定浓度硝酸反应时方程式可表示为：Cu+HNO3一Cu(NO3)2+NO +NO2 +H2O（方程式未配平）。3.2 g Cu被硝酸完全溶解后，如果得到的NO和NO2物质的量相同，则得到标准状况下NO体积为 _ L。【答案】（1）NO2(g)+CO(g)=CO2(g)+NO(g) H=234KJ/mol；（2）丙、甲；46.15% 或46.2%或6/13；加入催化剂（1分）2.5；（3）2NH36e+6OH=N2+6H2O；（4）0.56。考点：考查热化学反应方程式的书写、影响化学平衡移动的因素、化学平衡的计算、化学平衡常数、电极反应式的书写等知识。4氮的固定是几百年来科学家一直研究的课题。（1）下表列举了不同温度下大气固氮和工业固氮的部分K值。反应大气固氮N2 (g)+O2 (g)2NO(g)工业固氮N2 (g)+3H2 (g)2NH3(g)温度/27200025400450K3.8410-310.151080.5070.152分析数据可知：大气固氮反应属于_（填“吸热”或“放热”）反应。分析数据可知：人类不适合大规模模拟大气固氮的原因_。从平衡视角考虑，工业固氮应该选择常温条件，但实际工业生产却选择500左右的高温，解释其原因_。（2）工业固氮反应中，在其他条件相同时，分别测定N2的平衡转化率在不同压强（1、2）下随温度变化的曲线，下图所示的图示中，正确的是_（填“A”或“B”）；比较1、2的大小关系_。（3）20世纪末，科学家采用高质子导电性的SCY陶瓷（能传递H+）为介质，用吸附在它内外表面上的金属钯多晶薄膜做电极，实现高温常压下的电化学合成氨，提高了反应物的转化率，其实验简图如C所示，阴极的电极反应式是 。（4）近年，又有科学家提出在常温、常压、催化剂等条件下合成氨气的新思路，反应原理为：2N2(g)+6H2O(1)4NH3(g)+3O2(g)，则其反应热H_。已知：N2(g)+3H2(g)2NH3(g) H92.4kJmol12H2(g) +O2(g)2H2O(l) H571.6kJmol1【答案】（1）吸热 K值小，正向进行的程度小（或转化率低），不适合大规模生产；从反应速率角度考虑，高温更好，但从催化剂活性等综合因素考虑选择500左右合适；（2）A ；21；（3）N2+6e-+6H+=2NH3； （4）+1530 kJmol1考点：考查了平衡常数的应用、合成氨反应的条件选择、影响化学平衡的因素、电解原理的应用、盖斯定律的应用等相关知识。5SO2 、CO 、NOx 是对环境影响较大的气体，对它们的合理控制和治理是优化我们生存环境的有效途径。请回答下列问题：（1）已知25、101kPa时：2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g) H1 = - 197 kJmol-1H2O(g) = H2O(l) H2 = - 44 kJmol-12SO2(g) + O2(g) + 2H2O(g) = 2H2SO4(l) H3 = - 545 kJmol-1则SO3(g)与H2O(l)反应的热化学方程式是 ；（2）若反应2H2（g）+ O2 （g） 2H2O（g ）,H-241.8kJmol-1。根据下表数据， 则x_kJmol-1；化学键H-HOOO-H断开1mol化学键所需的能量/kJ436x463（3）甲醇汽油也是一种新能源清洁燃料。工业上可用CO和H2制取甲醇，热化学方程式为：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) H=-90 kJmol-1。某温度下，在两个容积均为1 L的密闭容器中，分别发生该反应：容器甲乙反应物投入量1 mol CO (g)和2 mol H2(g)1 mol CH3OH(g)平衡时c(CH3OH)c1c2平衡时能量变化放出54kJ吸收a kJ则 c1_ c2(填“”或“”或“”)，a=_；（4）氮氧化物都是常见的大气污染物，某温度下氮氧化物与悬浮在大气中的海盐粒子相互作用时，涉及如下反应：i. 2NO(g)Cl2(g）2ClNO(g) H1 0 其平衡常数为K1ii. 2NO2(g)NaCl(s) NaNO3(s)ClNO(g) H2 0 其平衡常数为K2现有反应4NO2(g)2NaCl(s) 2NaNO3(s)2NO(g)Cl2(g)， 则此反应的平衡常数K3 （用K1、K2表示）；为研究不同条件对反应ii的影响，在恒温条件下，向2L恒容密闭容器中加入0. 2mol NO2和足够的NaCl(s)，10min时反应ii达到平衡。测得平衡时NO2的转化率1(NO2) 50%，则10min内(ClNO) ，平衡常数K2 ；若其它条件不变，使反应在恒压条件下进行，平衡时NO2转化率为2(NO2)，则：1(NO2) 2(NO2)（填“”“”或“=”）。工业上利用氨还原法除去氮氧化合物，生成两种对环境友好的物质。请以氮氧化合物的通式NOX写出化学方程式： 。【答案】（1）SO3（g）+ H2O（l）H2S O4（l）H=- 130 kJ/mol （2）738.2 （3） = ； 36 （4）K22/ K1 2.5103molL-1min1 ；10 L/mol ；0（1）一定条件下，向体积为2L