专题09 反应速率、化学平衡-2020年高考化学真题与模拟题分类训练(教师版含解析)
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1、专题 09 反应速率、化学平衡 1(2020 年浙江卷)5mL0.1mol L1KI溶液与1mL0.1mol L1FeCl3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= c2(Fe2+) c2(Fe3+)c2 (I ) 【答案】D 【解析】A加入苯振荡,苯将 I2萃取到苯层,水溶液中 c(I2)减小,平衡正向移动,A 正确; B将 5mL
2、0.1mol/LKI 溶液与 1mL0.1mol/LFeCl3溶液混合,参与反应的 Fe3+与 I物质的量之比为 1:1,反应 后 I一定过量,经苯 2 次萃取分离后,在水溶液中加入 KSCN 溶液呈血红色,说明水溶液中仍含有 Fe3+ , 即 Fe3+没有完全消耗,表明该化学反应存在限度,B 正确; C加入 FeSO4固体溶于水电离出 Fe2+,c(Fe2+)增大,平衡逆向移动,C 正确; D该反应的平衡常数 K= 2(Fe2+)(I2) 2(Fe3+)2(I-),D 错误; 答案选 D。 2(2020 年浙江卷)一定条件下:2NO2(g) N2O4(g) H 0。在测定NO2的相对分子质量
3、时,下列条件 中,测定结果误差最小的是( ) A温度0、压强50kPa B温度130、压强300kPa C温度25、压强100kPa D温度130、压强50kPa 【答案】D 【解析】 测定二氧化氮的相对分子质量, 要使测定结果误差最小, 应该使混合气体中 NO2的含量越多越好, 为了实现该目的,应该改变条件使平衡尽可以地逆向移动。该反应是一个反应前后气体分子数减小的放热 反应,可以通过减小压强、升高温度使平衡逆向移动,则选项中,温度高的为 130,压强低的为 50kPa, 结合二者选 D。答案为 D。 3(2020 年江苏卷)CH4与 CO2重整生成 H2和 CO 的过程中主要发生下列反应
4、2020 年高考真题年高考真题 1 422 CH (g)CO (g)2H (g)2CO(g)247.1kJ molH 1 222 H (g)CO (g)H O(g)CO(g)41.2kJ molH 在恒压、反应物起始物质的量比 42 CH:CO1:1nn条件下,CH4和 CO2的平衡转化率随温度变化的 曲线如图所示。下列有关说法正确的是 A升高温度、增大压强均有利于提高 CH4的平衡转化率 B曲线 B 表示 CH4的平衡转化率随温度的变化 C相同条件下,改用高效催化剂能使曲线 A 和曲线 B 相重叠 D恒压、800K、n(CH4):n(CO2)=1:1 条件下,反应至 CH4转化率达到 X 点
5、的值,改变除温度外的特定条 件继续反应,CH4转化率能达到 Y 点的值 【答案】BD 【解析】A甲烷和二氧化碳反应是吸热反应,升高温度,平衡向吸热反应即正向移动,甲烷转化率增大, 甲烷和二氧化碳反应是体积增大的反应,增大压强,平衡逆向移动,甲烷转化率减小,故 A 错误; B根据两个反应得到总反应为 CH4(g)2CO2(g) H2(g)3CO(g) H2O (g),加入的 CH4与 CO2物质 的量相等,CO2消耗量大于 CH4,因此 CO2的转化率大于 CH4,因此曲线 B 表示 CH4的平衡转化率随温度 变化,故 B 正确; C使用高效催化剂,只能提高反应速率,但不能改变平衡转化率,故 C
6、 错误; D800K 时甲烷的转化率为 X 点,可以通过改变二氧化碳的量来提高甲烷的转化率达到 Y 点的值,故 D 正 确。综上所述,答案为 BD。 4(2020 年天津卷)已知 2+ 2 6 Co H O 呈粉红色, 2 4 CoCl 呈蓝色, 2- 4 ZnCl为无色。现将 CoCl2 溶于水,加入浓盐酸后,溶液由粉红色变为蓝色,存在以下平衡: 2+ 2- - 242 6 Co H O+4ClCoCl+6H OH ,用该溶液做实验,溶液的颜色变化如下: 以下结论和解释正确的是 A等物质的量的 2+ 2 6 Co H O 和 2- 4 CoCl中 键数之比为 3:2 B由实验可推知H CoC
7、l 【答案】D 【解析】A1 个Co(H2O)62+中含有 18 个 键,1 个CoCl42中含有 4 个 键,等物质的量的Co(H2O)62+ 和CoCl42所含 键数之比为 18:4=9:2,A 错误; B 实验将蓝色溶液置于冰水浴中, 溶液变为粉红色, 说明降低温度平衡逆向移动, 则逆反应为放热反应, 正反应为吸热反应,H0,B 错误; C实验加水稀释,溶液变为粉红色,加水稀释,溶液的体积增大,Co(H2O)62+、CoCl42、Cl浓度都 减小,Co(H2O)62+、Cl的化学计量数之和大于CoCl42的化学计量数,则瞬时浓度商化学平衡常数,平 衡逆向移动,C 错误; D实验加入少量
8、ZnCl2固体,溶液变为粉红色,说明 Zn2+与 Cl结合成更稳定的ZnCl42,导致溶液中 c(Cl)减小,平衡逆向移动,则由此说明稳定性:ZnCl42CoCl42,D 正确; 答案选 D。 【点睛】本题有两个易错点:A 项中Co(H2O)62+中不仅有 Co2+与 H2O 分子间的配位键,而且每个 H2O 分 子中还有两个 OH 键;C 项中 H2O 为溶剂,视为纯液体,加水稀释,溶液体积增大,相当于利用“对气 体参与的反应,增大体积、减小压强,平衡向气体系数之和增大的方向移动”来理解。 5(2020 年新课标)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
9、)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)=13,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 H_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
10、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)14 变大 (2)d c 小于 (3) 3 91 40.039 或 4 3 62 0.39 0.39 1 4 0.39 0.1 0.39() 3 等 (4)选择合适催化剂等 【解析】 【分析】根据质量守恒定律配平化学方程式,可以确定产物的物质的量之比。根据可逆反应的特点分析增 大压强对化学平衡的影响。根据物质的量之比等于化学计量数之比,从图中找到关键数据确定代表各组分 的曲线,并计算出平衡常数。根
11、据催化剂对化反应速率的影响和对主反应的选择性,工业上通常要选择合 适的催化剂以提高化学反应速率、减少副反应的发生。 【详解】(1)CO2催化加氢生成乙烯和水,该反应的化学方程式可表示为 2CO2+6H2 CH2 = CH2+4H2O,因 此,该反应中产物的物质的量之比 n(C2H4):n(H2O)=1:4。由于该反应是气体分子数减少的反应,当反应 达到平衡状态时,若增大压强,则化学平衡向正反应方向移动,n(C2H4)变大。 (2)由题中信息可知,两反应物的初始投料之比等于化学计量数之比;由图中曲线的起点坐标可知,c 和 a 所表示的物质的物质的量分数之比为 1:3、d 和 b 表示的物质的物质
12、的量分数之比为 1:4,则结合化学计量数 之比可以判断,表示乙烯变化的曲线是 d,表示二氧化碳变化曲线的是 c。由图中曲线的变化趋势可知,升 高温度,乙烯的物质的量分数减小,则化学平衡向逆反应方向移动,则该反应为放热反应,H 小于 0。 (3)原料初始组成 n(CO2)n(H2)=13,在体系压强为 0.1Mpa 建立平衡。由 A 点坐标可知,该温度下,氢气 和水的物质的量分数均为 0.39,则乙烯的物质的量分数为水的四分之一,即 0.39 4 ,二氧化碳的物质的量分 数为氢气的三分之一,即 0.39 3 ,因此,该温度下反应的平衡常数 4 23 6 0.39 0.39 1 4 0.1 0.3
13、9 0.39 3 p K (MPa)3= 3 91 40.039 (MPa)3。 (4)工业上通常通过选择合适的催化剂,以加快化学反应速率,同时还可以提高目标产品的选择性,减少副 反应的发生。因此,一定温度和压强下,为了提高反应速率和乙烯的选择性,应当选择合适的催化剂。 【点睛】本题确定图中曲线所代表的化学物质是难点,其关键在于明确物质的量的分数之比等于各组分的 物质的量之比,也等于化学计量数之比(在初始投料之比等于化学计量数之比的前提下,否则不成立)。 6(2020 年山东新高考)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 CH
14、3OH 涉及的主要反应如下: 2232 CO (g)3H (g)CH OH(g)H O(g) 1 1 49.5kJ molH 23 CO(g)2H (g)CH OH(g) 1 2 90.4kJ molH 222 CO (g)H (g)CO(g)H O(g) 3 H 回答下列问题: (1) 3 =H_kJmol1。 (2)一定条件下,向体积为 VL 的恒容密闭容器中通入 1 mol CO2和 3 mol H2发生上述反应,达到平衡时,容 器中 CH3OH(g)为 mol,CO 为 b mol,此时 H2O(g)的浓度为_molL1(用含 a、b、V 的代数式表 示,下同),反应的平衡常数为_。
15、(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= 22 2 COCO 100% CO nn n 平衡 初始 初始 CH3OH 的平衡产率= 3 2 CH OH 100% CO n n 平衡 初始 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由大到小的顺序为 _;图乙中 T1温度时,三条曲线几乎交于一点的原因是_。 (4)为同时提高 CO2的平衡转化率和 CH3OH 的平衡产率,应选择的反应条件为_(填标号)。 A低温、高压 B高
16、温、低压 C低温、低压 D高温、高压 【答案】(1)+40.9 (2) a+b V b(a+b) (1-a-b)(3-3a-b) (3)乙 p1、p2、p3 T1时以反应为主,反应前后气体分子数相等,压强改变对平衡没有影响 (4)A 【解析】 【分析】根据盖斯定律计算反应热;利用三个反应,进行浓度和化学平衡常数的计算;结合图形根据勒夏 特列原理考虑平衡移动的方向,确定温度和压强变化时,CO2的平衡转化率和 CH3OH 的平衡产率之间的关 系得到相应的答案。 【详解】(1)根据反应 I+II=III,则H3=H1+H2=49.5kJmol1+(90.4 kJmol1)=+40.9 kJmol1;
17、 (2)假设反应 II 中,CO 反应了 xmol,则 II 生成的 CH3OH 为 xmol,I 生成的 CH3OH 为(ax)mol,III 生成 CO 为(b+x)mol,根据反应 I: 2232 a-x 3( CO (g)+3 a H (g)CH -x) OH(g)+H O(g) a-x a-x ,反应 II: 23 x 2x CO(g)+2H (g) C x H OH( g) ,反应 III: 222 CO (g)+H (g)CO(g)+H O(g) b+x b+x b+x b+x ,所以平衡时水的物 质的量为(ax)mol+(b+x)mol =(a+b)mol,浓度为: -1 a+
18、b mola+b mol=L VLV ;平衡时 CO2的物质的量为 1mol(ax)mol(b+x)mol=(1ab)mol,H2的物质的量为 3mol3(ax)mol2x(b+x)mol=(33ab)mol,CO 的 物质的量为 bmol, 水的物质的量为(a+b)mol, 则反应 III 的平衡常数为: ba+b ba+b 1-a-b3-3a-b 1-a-b3-3a-b () VV = () () VV ; (3)反应 I 和 II 为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,则 CH3OH 的平衡产率减少,所以图甲表示 CH3OH 的平衡产率,图乙中,开始升高温度,由于反应 I 和 II 为放热
19、反应,升高温度,平衡逆向移动,CO2的平衡 转化率降低,反应 III 为吸热反应,升高温度反应 III 向正反应方向移动,升高一定温度后以反应 III 为主, CO2的平衡转化率又升高,所以图乙表示 CO2的平衡转化率;压强增大,反应 I 和 II 是气体体积减小的反 应,反应 I 和 II 平衡正向移动,反应 III 气体体积不变化,平衡不移动,故压强增大 CH3OH 的平衡产率增 大,根据图所以压强关系为:p1p2p3;温度升高,反应 I 和 II 平衡逆向移动,反应 III 向正反应方向移动, 所以 T1温度时,三条曲线交与一点的原因为:T1时以反应 III 为主,反应 III 前后分子
20、数相等,压强改变对 平衡没有影响; (4)根据图示可知,温度越低,CO2的平衡转化率越大,CH3OH 的平衡产率越大,压强越大,CO2的平衡转 化率越大,CH3OH 的平衡产率越大,所以选择低温和高压,答案选 A。 【点睛】本题为化学反应原理综合题,考查了盖斯定律、化学平衡常数的计算、勒夏特列原理进行图像的 分析,难点为平衡常数的计算,巧用了三个反应的化学方程式,进行了数据的处理,得到反应 III 的各项数 据,进行计算得到平衡常数。 7(2020 年浙江卷)研究 2 CO氧化 26 C H制 24 C H对资源综合利用有重要意义。相关的主要化学反应有: 26242 C H (g)C H (g
21、)H (g) -1 1 H =136kJ mol 262242 C H (g)CO (g)C H (g)H O(g)CO(g) -1 2 H =177kJ mol 2622 C H (g)2CO (g)4CO(g)3H (g) 3 H 222 CO (g)H (g)CO(g)H O(g) -1 4 H =41kJ mol 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H(H随温度变化可忽略)。例如: 22 H O(g)H O(1) -1-1-1 =-286kJ mol - -242kJ mol=-44kJ molH 。 请回答: (1)根据相关物质
22、的相对能量计算 3 =H_ 1 kJ mol。 下列描述正确的是_ A升高温度反应的平衡常数增大 B加压有利于反应、的平衡正向移动 C反应有助于乙烷脱氢,有利于乙烯生成 D恒温恒压下通水蒸气,反应的平衡逆向移动 有研究表明,在催化剂存在下,反应分两步进行,过程如下: 262 C H (g)CO (g)() 2422 C H (g)H (g)CO (g)() 242 C H (g)CO(g)H O(g)(),且第二步速率较慢(反应活化能为 1 210kJ mol )。根据相关物质的相对能量,画出反应分两步进行的“能量反应过程图”,起点从 262 C H (g)CO (g)()的能量 1 477k
23、J mol,开始(如图 2)。 (2) 2 CO和 26 C H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“ 2 CO氧化 26 C H制 24 C H”的影响,所得实验数据如下表: 催化剂 转化率 26 C H /% 转化率 2 CO / % 产率 24 C H /% 催化剂 X 19.0 37.6 3.3 结合具体反应分析,在催化剂 X 作用下, 2 CO氧化 26 C H的主要产物是_,判断依据是_。 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 24 C H的选择性(生成 24 C H的物质的量 与消耗 26 C H的物质的量之比)。在
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