2021届高三化学二轮复习-化学反应速率与化学平衡高考真题训练(有答案和详细解析)

2021届高三化学二轮复习——化学反应速率与化学平衡高考真题训练（有答案和详细解析）1．(2020·浙江7月选考，18)5mL0.1mol·L－1KI溶液与1mL0.1mol·L－1FeCl3溶液发生反应：2Fe3＋(aq)＋2I－(aq)2Fe2＋(aq)＋I2(aq)，达到平衡。下列说法不正确的是()A．加入苯，振荡，平衡正向移动B．经苯2次萃取分离后，在水溶液中加入KSCN，溶液呈血红色，表明该化学反应存在限度C．加入FeSO4固体，平衡逆向移动D．该反应的平衡常数K＝eq\f(c2Fe2＋,c2Fe3＋×c2I－)答案D解析加入苯，振荡，苯萃取了I2，水溶液中的c(I2)减小，平衡正向移动，A正确；反应开始时n(KI)＞n(FeCl3)，反应中KI过量；经苯两次萃取分离后，水溶液中c(I2)很小，加入KSCN，溶液呈血红色，说明水溶液中仍含有Fe3＋，证明该反应是可逆反应，存在一定限度，B正确；加入FeSO4固体，c(Fe2＋)增大，平衡逆向移动，C正确；该反应在溶液中进行，平衡常数K＝eq\f(c2Fe2＋·cI2,c2Fe3＋·c2I－)，D错误。2．(2020·浙江7月选考，20)一定条件下：2NO2(g)N2O4(g)ΔH＜0。在测定NO2的相对分子质量时，下列条件中，测定结果误差最小的是()A．温度0℃、压强50kPaB．温度130℃、压强300kPaC．温度25℃、压强100kPaD．温度130℃、压强50kPa答案D解析测定NO2的相对分子质量时，要使平衡逆向移动，且逆向移动的程度越大，测定结果的误差越小。该反应的正反应是气体分子数减少的放热反应，因此温度越高、压强越小时，平衡逆向移动的程度越大，故选D。3．(2020·浙江1月选考，21)一定温度下，在2L的恒容密闭容器中发生反应A(g)＋2B(g)3C(g)。反应过程中的部分数据如下表所示：n/molt/minn(A)n(B)n(C)02.02.4050.9101.6151.6下列说法正确的是()A．0～5min用A表示的平均反应速率为0.09mol·L－1·min－1B．该反应在10min后才达到平衡C．平衡状态时，c(C)＝0.6mol·L－1D．物质B的平衡转化率为20%答案C4．[2020·浙江7月选考，29(1)②(2)]研究CO2氧化C2H6制C2H4对资源综合利用有重要意义。相关的主要化学反应有：Ⅰ.C2H6(g)C2H4(g)＋H2(g)ΔH1＝136kJ·mol－1Ⅱ.C2H6(g)＋CO2(g)C2H4(g)＋H2O(g)＋CO(g)ΔH2＝177kJ·mol－1Ⅲ.C2H6(g)＋2CO2(g)4CO(g)＋3H2(g)ΔH3Ⅳ.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH4＝41kJ·mol－1已知：298K时，相关物质的相对能量(如图1)。可根据相关物质的相对能量计算反应或变化的ΔH(ΔH随温度变化可忽略)。例如：H2O(g)=H2O(l)ΔH＝－286kJ·mol－1－(－242kJ·mol－1)＝－44kJ·mol－1。请回答：(1)②下列描述正确的是________。A．升高温度反应Ⅰ的平衡常数增大B．加压有利于反应Ⅰ、Ⅱ的平衡正向移动C．反应Ⅲ有助于乙烷脱氢，有利于乙烯生成D．恒温恒压下通水蒸气，反应Ⅳ的平衡逆向移动(2)①CO2和C2H6按物质的量1∶1投料，在923K和保持总压恒定的条件下，研究催化剂X对“CO2氧化C2H6制C2H4”的影响，所得实验数据如下表：催化剂转化率C2H6/%转化率CO2/%产率C2H4/%催化剂X19.037.63.3结合具体反应分析，在催化剂X作用下，CO2氧化C2H6的主要产物是________，判断依据是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。②采用选择性膜技术(可选择性地让某气体通过而离开体系)可提高C2H4的选择性(生成C2H4的物质的量与消耗C2H6的物质的量之比)。在773K，乙烷平衡转化率为9.1%，保持温度和其他实验条件不变，采用选择性膜技术，乙烷转化率可提高到11.0%。结合具体反应说明乙烷转化率增大的原因是_________________________________________________________。答案(1)②AD(2)①COC2H4的产率低，说明催化剂X有利于提高反应Ⅲ的速率②选择性膜吸附C2H4，促进反应Ⅱ平衡正向移动解析(1)②A对，反应Ⅰ为吸热反应，升温平衡正向移动，K增大；B错，加压，反应Ⅰ和反应Ⅱ平衡均会逆向移动；C错，反应Ⅲ有利于乙烷脱氢，生成氢气，当氢气浓度增大时，会使反应Ⅰ平衡逆向移动，不利于乙烯生成；D对，恒温恒压下通水蒸气使反应Ⅳ的平衡逆向移动。(2)①根据表中数据：CO2的转化率大于C2H6的转化率，且C2H4的产率较低，说明反应Ⅰ进行的慢，反应Ⅲ进行的快，即催化剂X提高了反应Ⅲ的速率，所以主要产物是CO。②由于其他条件不变，提高产率或提高转化率的原因只能是降低产物的浓度，所以可能是选择性膜吸附了乙烯，造成体系中乙烯浓度减小而使反应Ⅱ平衡正向移动。5．(2020·浙江1月选考，29)研究NOx之间的转化具有重要意义。(1)已知：N2O4(g)2NO2(g)ΔH＞0将一定量N2O4气体充入恒容的密闭容器中，控制反应温度为T1。①下列可以作为反应达到平衡的判据是________(填字母)。A．气体的压强不变B．v正(N2O4)＝2v逆(NO2)C．K不变D．容器内气体的密度不变E．容器内颜色不变②t1时刻反应达到平衡，混合气体平衡总压强为p，N2O4气体的平衡转化率为75%，则反应N2O4(g)2NO2(g)的平衡常数Kp＝________(对于气相反应，用某组分B的平衡压强p(B)代替物质的量浓度c(B)也可表示平衡常数，记作Kp，如p(B)＝p·x(B)，p为平衡总压强，x(B)为平衡系统中B的物质的量分数)。③反应温度T1时，c(N2O4)随t(时间)变化曲线如图1，画出0～t2时段，c(NO2)随t变化曲线。保持其他条件不变，改变反应温度为T2(T2＞T1)，再次画出0～t2时段，c(NO2)随t变化趋势的曲线。图1(2)NO氧化反应：2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)分两步进行，其反应过程能量变化示意图如图2。Ⅰ2NO(g)N2O2(g)ΔH1ⅡN2O2(g)＋O2(g)→2NO2(g)ΔH2①决定NO氧化反应速率的步骤是________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。②在恒容的密闭容器中充入一定量的NO和O2，保持其他条件不变，控制反应温度分别为T3和T4(T4＞T3)，测得c(NO)随t(时间)的变化曲线如图3。转化相同量的NO，在温度________(填“T3”或“T4”)下消耗的时间较长，试结合反应过程能量图(图2)分析其原因________________________________________________。图2图3答案(1)①AE②eq\f(36,7)p③(2)①Ⅱ②T4ΔH1＜0，温度升高，反应Ⅰ平衡逆向移动，c(N2O2)减小；浓度降低的影响大于温度对反应Ⅱ速率的影响(二)2020·全国卷真题进攻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下图所示。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70∶30和15∶85。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大于其逆反应速率的增大程度答案A解析A项，由图可知1,4-加成产物的能量比1,2-加成产物的能量低，前者更稳定，正确；B项，由图可知，第一步为吸热反应，第二步为放热反应，升高温度第二步平衡逆向移动，1,3-丁二烯的转化率减小，错误；C项，升高温度，反应速率均增大，错误；D项，1,2-加成反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，所以从0℃升至40℃，1,2-加成正反应速率的增大程度小于其逆反应速率的增大程度，错误。2．[2020·全国卷Ⅰ，28(2)(3)(4)]硫酸是一种重要的基本化工产品，接触法制硫酸生产中的关键工序是SO2的催化氧化：SO2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)eq\o(→,\s\up7(钒催化剂))SO3(g)ΔH＝－98kJ·mol－1。回答下列问题：(2)当SO2(g)、O2(g)和N2(g)起始的物质的量分数分别为7.5%、10.5%和82%时，在0.5MPa、2.5MPa和5.0MPa压强下，SO2平衡转化率α随温度的变化如图(b)所示。反应在5.0MPa、550℃时的α＝________，判断的依据是_________________________________________。影响α的因素有__________________________。(3)将组成(物质的量分数)为2m%SO2(g)、m%O2(g)和q%N2(g)的气体通入反应器，在温度t、压强p条件下进行反应。平衡时，若SO2转化率为α，则SO3压强为__________________，平衡常数Kp＝________________(以分压表示，分压＝总压×物质的量分数)。(4)研究表明，SO2催化氧化的反应速率方程为：v＝k(eq\f(α,α′)－1)0.8(1－nα′)。式中：k为反应速率常数，随温度t升高而增大；α为SO2平衡转化率，α′为某时刻SO2转化率，n为常数。在α′＝0.90时，将一系列温度下的k、α值代入上述速率方程，得到v～t曲线，如图(c)所示。曲线上v最大值所对应温度称为该α′下反应的最适宜温度tm。t<tm时，v逐渐提高；t>tm后，v逐渐下降。原因是___________________________________________________________。答案(2)0.975该反应气体分子数减少，增大压强，α提高。5.0MPa＞2.5MPa＝p2，所以p1＝5.0MPa反应物(N2和O2)的起始浓度(组成)、温度、压强(3)eq\f(2mαp,100－mα)eq\f(α,1－α1.5\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(mp,100－mα)))0.5)(4)升高温度，k增大使v逐渐提高，但α降低使v逐渐下降。当t＜tm，k增大对v的提高大于α引起的降低；当t＞tm，k增大对v的提高小于α引起的降低解析(2)反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)的正反应是气体总分子数减少的放热反应，其他条件相同时，增大压强，平衡正向移动，SO2平衡转化率增大，则图中p1＝5.0MPa，p3＝0.5MPa。由图可知，反应在5.0MPa、550℃时SO2的平衡转化率α＝0.975。温度、压强和反应物的起始浓度(组成)都会影响SO2的平衡转化率α，温度一定时，压强越大，α越大；压强一定时，温度越高，α越小。(3)假设原气体的物质的量为100mol，则SO2、O2和N2的物质的量分别为2mmol，mmol和qmol,2m＋m＋q＝100，利用“三段式法”计算：SO2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)SO3(g)起始量/mol2mm0转化量/mol2mαmα2mα平衡量/mol2m×(1－α)m×(1－α)2mα平衡时混合气体的总物质的量为2m×(1－α)mol＋m×(1－α)mol＋2mαmol＋qmol＝(3m－mα＋q)mol，SO3的物质的量分数为eq\f(2mαmol,3m－mα＋qmol)×100%＝eq\f(2mα,100－mα)×100%，则平衡时SO3的压强为eq\f(2mα,100－mα)p。平衡时，SO2、O2的压强分别为eq\f(2m1－α,100－mα)p、eq\f(m1－α,100－mα)p，则平衡常数Kp＝eq\f(\f(2mα,100－mα)p,\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(2m1－α,100－mα)p))·\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(m1－α,100－mα)p))0.5)＝eq\f(α,1－α1.5\f(m,100－mα)p0.5)。(4)在α′＝0.90时，SO2催化氧化的反应速率为v＝k(eq\f(α,0.90)－1)0.8·(1－0.90n)。升高温度，k增大使v逐渐提高，但α降低使v逐渐下降。t＜tm时，k增大对v的提高大于α引起的降低；t＞tm后，k增大对v的提高小于α引起的降低。3．[2020·全国卷Ⅱ，28(1)(2)]天然气的主要成分为CH4，一般还含有C2H6等烃类，是重要的燃料和化工原料。(1)乙烷在一定条件可发生如下反应：C2H6(g)=C2H4(g)＋H2(g)ΔH1，相关物质的燃烧热数据如下表所示：物质C2H6(g)C2H4(g)H2(g)燃烧热ΔH/(kJ·mol－1)－1560－1411－286①ΔH1＝________kJ·mol－1。②提高该反应平衡转化率的方法有________________、________________。③容器中通入等物质的量的乙烷和氢气，在等压下(p)发生上述反应，乙烷的平衡转化率为α。反应的平衡常数Kp＝________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。(2)高温下，甲烷生成乙烷的反应如下：2CH4eq\o(→,\s\up7(高温))C2H6＋H2。反应在初期阶段的速率方程为：r＝k×，其中k为反应速率常数。①设反应开始时的反应速率为r1，甲烷的转化率为α时的反应速率为r2，则r2＝________r1。②对于处于初期阶段的该反应，下列说法正确的是________。A．增加甲烷浓度，r增大B．增加H2浓度，r增大C．乙烷的生成速率逐渐增大D．降低反应温度，k减小答案(1)①137②升高温度减小压强(增大体积)③eq\f(α1＋α,2＋α1－α)×p(2)①(1－α)②AD解析(1)①先写出三种气体的燃烧热的热化学方程式，然后根据盖斯定律，ΔH1＝－1560kJ·mol－1－(－1411kJ·mol－1)－(－286kJ·mol－1)＝137kJ·mol－1。②C2H6(g)=C2H4(g)＋H2(g)ΔH1＝137kJ·mol－1是一个气体分子数增大的吸热反应，要提高反应物的转化率，可以采取升高温度、减小压强(增大体积)等措施。③设容器中通入的乙烷和氢气均为1mol，则：C2H6(g)=C2H4(g)＋H2(g)n(总)初始量/mol101转化量/molααα平衡量/mol1－αα1＋α2＋αKp＝eq\f(\f(α,2＋α)×p×\f(1＋α,2＋α)×p,\f(1－α,2＋α)×p)＝eq\f(α1＋α,2＋α1－α)×p。(2)①甲烷的转化率为α时，＝(1－α)，则eq\f(r2,r1)＝＝1－α，即r2＝(1－α)r1。②A对，由速率方程知，甲烷的浓度越大，反应越快；B错，H2的浓度大小不影响反应速率；C错，反应过程中逐渐减小，故C2H6的生成速率逐渐减小；D对，降低反应温度，反应速率减小，故k减小。4．(2020·全国卷Ⅲ，28)二氧化碳催化加氢合成乙烯是综合利用CO2的热点研究领域。回答下列问题：(1)CO2催化加氢生成乙烯和水的反应中，产物的物质的量之比n(C2H4)∶n(H2O)＝________。当反应达到平衡时，若增大压强，则n(C2H4)________(填“变大”“变小”或“不变”)。(2)理论计算表明，原料初始组成n(CO2)∶n(H2)＝1∶3，在体系压强为0.1MPa，反应达到平衡时，四种组分的物质的量分数x随温度T的变化如图所示。图中，表示C2H4、CO2变化的曲线分别是________、________。CO2催化加氢合成C2H4反应的ΔH________0(填“大于”或“小于”)。(3)根据图中点A(440K,0.39)，计算该温度时反应的平衡常数Kp＝________(MPa)－3(列出计算式。以分压表示，分压＝总压×物质的量分数)。(4)二氧化碳催化加氢合成乙烯反应往往伴随副反应，生成C3H6、C3H8、C4H8等低碳烃。一定温度和压强条件下，为了提高反应速率和乙烯选择性，应当_____________________。答案(1)1∶4变大(2)dc小于(3)eq\f(9,4)×eq\f(1,0.0393)(4)选择合适催化剂等解析(1)CO2催化加氢生成乙烯和水的化学方程式为2CO2(g)＋6H2(g)eq\o(,\s\up7(催化剂))C2H4(g)＋4H2O(g)，产物的物质的量之比n(C2H4)∶n(H2O)＝1∶4，该反应是气体体积减小的反应，增大压强平衡右移，则n(C2H4)变大。(2)由平衡图像知，390K时四种组分的物质的量分数之比满足1∶3的是c曲线和a曲线，物质的量分数之比满足1∶4的是d曲线和b曲线，结合反应方程式2CO2(g)＋6H2(g)eq\o(,\s\up7(催化剂))C2H4(g)＋4H2O(g)和原始投料n(CO2)∶n(H2)＝1∶3可得，曲线c表示CO2，曲线a表示H2，曲线d表示C2H4，曲线b表示H2O；由图像的变化趋势可知，升高温度，曲线a、c增大，曲线b、d减小，说明平衡左移，所以正反应放热，ΔH＜0。(3)起始投料比n(CO2)∶n(H2)＝1∶3，平衡时总压为0.1MPa，结合反应方程式可知p(CO2)∶p(H2)＝1∶3，p(C2H4)∶p(H2O)＝1∶4，由图像可知p(H2)＝p(H2O)＝0.1×0.39，所以p(CO2)＝eq\f(0.1,3)×0.39，p(C2H4)＝eq\f(0.1,4)×0.39。根据反应的化学方程式2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)平衡时压强：eq\f(0.1,3)×0.390.1×0.39eq\f(0.1,4)×0.390.1×0.39该温度下的平衡常数Kp＝eq\f(pC2H4·p4H2O,p2CO2·p6H2)＝eq\f(\f(0.1,4)×0.39×0.1×0.394,\f(0.1,3)×0.392×0.1×0.396)(MPa)－3＝eq\f(9,4)×eq\f(1,0.0393)(MPa)－3。(4)在一定温度和压强下，为了提高反应速率和乙烯的选择性，减少副反应的发生，应当选择合适催化剂等。5．[2020·新高考全国卷Ⅰ(山东)，18]探究CH3OH合成反应化学平衡的影响因素，有利于提高CH3OH的产率。以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下：Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH1＝－49.5kJ·mol－1Ⅱ.CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)ΔH2＝－90.4kJ·mol－1Ⅲ.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH3回答下列问题：(1)ΔH3＝________kJ·mol－1。(2)一定条件下，向体积为VL的恒容密闭容器中通入1molCO2和3molH2发生上述反应，达到平衡时，容器中CH3OH(g)为amol，CO为bmol，此时H2O(g)的浓度为_____mol·L－1(用含a、b、V的代数式表示，下同)，反应Ⅲ的平衡常数为__________。(3)不同压强下，按照n(CO2)∶n(H2)＝1∶3投料，实验测定CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率随温度的变化关系如下图所示。已知：CO2的平衡转化率＝eq\f(nCO2初始－nCO2平衡,nCO2初始)×100%CH3OH的平衡产率＝eq\f(nCH3OH平衡,nCO2初始)×100%其中纵坐标表示CO2平衡转化率的是图__________(填“甲”或“乙”)；压强p1、p2、p3由大到小的