备战高考化学化学反应的速率与限度-经典压轴题含答案解析

备战高考化学化学反应的速率与限度-经典压轴题含答案解析

一、化学反应的速率与限度练习题（含详细答案解析）

1．二氧化氮在火箭燃料中可用作氧化剂，在亚硝基法生严流酸甲可用作催化剂，但直接将二氧化氮排放会造成环境污染。已知反应CH4(g) +2NO2(g)N2(g) +CO2(g) + 2H2O(g) ，起始时向体积为V的恒容密闭容器中通人2mol CH4和3mol NO2，测得CH4.、N2、H2O的物质的量浓度与时间的关系如图所示。

(1)容器体积V=_______L。

(2)图中表示H2O的物质的量浓度与时间关系的是曲线___________. (填“甲”“乙"或"丙")。

(3)0 ~5min内，用N2表示的化学反应速率为____________________mol·L-1·min-1。

(4)a、b、c三点中达到平衡的点是______。达到平衡时， NO2的转化率是___________ (物质平衡转化=转化的物质的量/起始的物质的量×100%)。

(5)a点时，c(CO2) =__________mol·L-1(保留两位小数) ，n( CH4):n(NO2)

=_________________。

【答案】2 甲 0.1 c 80% 或0.8 0.33 4:5

【解析】

【分析】

依据图像，根据反应物、生成物反应前后物质的量变化之比等于物质的量之比确定甲、乙、丙三条曲线分别代表CH4.、N2、H2O中的哪种物质；依据单位时间内浓度的变化，计算出0 ~5min内，用N2表示的化学反应速率；达到平衡时的判断依据。

【详解】

（1）起始时向体积为V的恒容密闭容器中通人2 mol CH4和3 mol NO2，测得CH4.、N2、H2O的物质的量浓度与时间的关系如图所示，CH4是反应物，即起始时的物质的量浓度为

1.0mol·L-1，依据c=n

V

，得V=

n

c

=

1

2mol

1mol L-

?

=2L；

（2）由(1)可知，丙代表CH4，从开始到平衡时，甲代表的物质的物质的量浓度增加量：1.2mol·L-1，乙代表的物质的物质的量浓度增加量：0.6mol·L-1，故从开始到平衡时，甲代表的物质的物质的量浓度增加量：1.2mol·L-1×2L=2.4mol；故从开始到平衡时，乙代表的物质的物质的量浓度增加量：0.6mol·L-1×2L=1.2mol，根据反应物、生成物反应前后物质的量变化之比等于物质的量之比，故甲代表H2O的物质的量浓度与时间关系，乙代表N2的物质的量浓度与时间关系；

（3）乙代表N2的物质的量浓度与时间关系，0 ~5 min内，N2的物质的量浓度变化量为：

0.5mol·L -1

- 0=0.5mol·L -1

，v(N 2)=1

0.5mol L 5min

-?=0.1mol·L -1·min -1；

（4）当达到平衡时反应物、生成物的浓度不再随着时间的变化而变化，故a 、b 、c 三点中达到平衡的点是c ；达到平衡时，c(N 2)=0.6mol·L -1，即从开始平衡，N 2的物质的量增加了：0.6mol·L -1×2L=1.2mol ，CH 4(g) +2NO 2(g)

N 2(g) +CO 2(g) + 2H 2O(g) ，依据方程式中反应物、

生成物的物质的量的变化量之比等于化学计量数之比，即从开始到平衡，NO 2的物质的量变化量为：1.2mol×2=2.4mol ，故达到平衡时， NO 2的转化率是2.4mol

100%3mol

? =80%； （5）设a 点时的浓度为xmol·

L -1，CH 4(g) +2NO 2(g)N 2(g) +CO 2(g) + 2H 2O(g) ，依据方程式

中反应物、生成物的物质的量的变化量之比等于化学计量数之比，(1.0-x)：x=1:2，x=0.67，

2n(H O)?=0.67mol·L -1×2L=1.34mol ，

42222n(CH ):n(NO ):n(N ):n(CO ):n(H O)?????=1:2:1:1:2，a 点时，2n(CO )?=0.67mol ，c(CO 2) =

0.67mol

2L

=0.33mol·L -1；4(CH )?=0.67mol ，2n(NO )?=1.34mol ，故a 点时，n( CH 4):n(NO 2)=(2mol-0.67mol)：(3mol-1.34mol)=4:5。

2．某温度时，在2L 的密闭容器中，X 、Y 、Z(均为气体)三种物质的量随时间的变化曲线如图所示：

(1)由图中所给数据进行分析，该反应的化学方程式为__________。

(2)若上述反应中X 、Y 、Z 分别为H 2、N 2、NH 3，某温度下，在容积恒定为2.0L 的密闭容器中充入2.0mol N 2和2.0mol H 2，一段时间后反应达平衡状态，实验数据如表所示： t/s 0 50 150 250 350 n(NH 3)

0.24

0.36

0.40

0.40

0~50s 内的平均反应速率v(N 2)=_________。

(3)已知：键能指在标准状况下，将1mol 气态分子AB(g)解离为气态原子A(g)，B(g)所需的能量，用符号E 表示，单位为kJ/mol 。N N ≡的键能为946kJ/mol ，H-H 的键能为436kJ/mol ，N-H 的键能为391kJ/mol ，则生成1mol NH 3过程中___(填“吸收”或“放出”)的能量为____，反应达到(2)中的平衡状态时，对应的能量变化的数值为____kJ 。 (4)为加快反应速率，可以采取的措施是_______ a.降低温度

b.增大压强

c.恒容时充入He气

d.恒压时充入He气

e.及时分离NH3

【答案】3X+Y?2Z 1.2×10?3mol/(L·s) 放出 46kJ 18.4 b

【解析】

【分析】

（1）根据曲线的变化趋势判断反应物和生成物，根据物质的量变化之比等于化学计量数之比书写方程式；

（2）根据=

c

t

?

?

计算；

（3）形成化学键放出能量，断裂化合价吸收能量；

(4)根据影响反应速率的因素分析；

【详解】

（1）由图象可以看出，反应中X、Y的物质的量减小，Z的物质的量增多，则X、Y为反应物，Z为生成物，且△n(X)：△n(Y)：△n(Z)=0.1mol：0.3mol：0.2mol=1：3：2，则反应的化学方程式为3X+Y?2Z；

（2）0～50s内，NH3物质的量变化为0.24mol，根据方程式可知，N2物质的量变化为

0.12mol，(Z)=

c

t

?

?

=

0.12mol

=

2L50s

?

1.2×10?3mol/(L·s)；

（3）断裂1mol N N

≡吸收946kJ的能量，断裂1mol H-H键吸能量436kJ，形成1mo N-H 键放出能量391kJ，根据方程式3H2+N2?2NH3，生成2mol氨气，断键吸收的能量是946kJ+ 436kJ×3=2254 kJ，成键放出的能量是391kJ×6=2346 kJ，则生成1mol NH3过程中放出的

能量为2346 kJ-2254 kJ

2

=46kJ；反应达到(2)中的平衡状态时生成0.4mol氨气，所以放

出的能量是46kJ×0.4=18.4kJ；

(4) a.降低温度，反应速率减慢，故不选a；

b.增大压强，体积减小浓度增大，反应速率加快，故选b；

c.恒容时充入He气，反应物浓度不变，反应速率不变，故不选c；

d.恒压时充入He气，容器体积增大，反应物浓度减小，反应速率减慢，故不选d；

e.及时分离NH3，浓度减小，反应速率减慢，故不选e。

【点睛】

本题考查化学平衡图象分析，根据键能计算反应热，影响化学反应速率的因素，注意压强对反应速率的影响是通过改变浓度实现的，若改变了压强而浓度不变，则反应速率不变。

3．能源与材料、信息一起被称为现代社会发展的三大支柱。面对能源枯竭的危机，提高能源利用率和开辟新能源是解决这一问题的两个主要方向。

(1)化学反应速率和限度与生产、生活密切相关，这是化学学科关注的方面之一。某学生为了探究锌与盐酸反应过程中的速率变化，在400mL稀盐酸中加入足量的锌粉，用排水法收

集反应放出的氢气，实验记录如下(累计值):

时间/min12345

氢气体积/mL(标况)100240464576620

①哪一段时间内反应速率最大：__________min(填“0～1”“1～2”“2～3”“3～4”或“4～5”)。

②另一学生为控制反应速率防止反应过快难以测量氢气体积。他事先在盐酸中加入等体积的下列溶液以减慢反应速率但不影响生成氢气的量。你认为可行的是____________(填字母序号)。

A．KCl溶液 B．浓盐酸 C．蒸馏水 D．CuSO4溶液

(2)如图为原电池装置示意图：

①将铝片和铜片用导线相连，一组插入浓硝酸中，一组插入烧碱溶液中，分别形成了原电池，在这两个原电池中，作负极的分别是_______(填字母)。

A．铝片、铜片 B．铜片、铝片

C．铝片、铝片 D．铜片、铜片

写出插入浓硝酸溶液中形成的原电池的负极反应式：_______________。

②若A为Cu，B为石墨，电解质为FeCl3溶液，工作时的总反应为

2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2。写出B电极反应式：________；该电池在工作时，A电极的质量将_____(填“增加”“减小”或“不变”)。若该电池反应消耗了0.1mol FeCl3，则转移电子的数目为_______。

【答案】2～3 AC B Cu-2e?=Cu2+ Fe3++e?=Fe2+减小 0.1N A

【解析】

【分析】

(1)①先分析各个时间段生成氢气的体积，然后确定反应速率最大的时间段。

②A．加入KCl溶液，相当于加水稀释；

B．加入浓盐酸，增大c(H+)；

C．加入蒸馏水，稀释盐酸；

D．加入CuSO4溶液，先与Zn反应生成Cu，形成原电池。

(2)①将铝片和铜片用导线相连，一组插入浓硝酸中，铝发生钝化，铜失电子发生反应；一组插入烧碱溶液中，铜不反应，铝与电解质发生反应，由此确定两个原电池中的负极。

由此可写出插入浓硝酸溶液中形成的原电池的负极反应式。

②若A为Cu，B为石墨，电解质为FeCl3溶液，工作时A作负极，B作正极，则B电极，Fe3+得电子生成Fe2+；该电池在工作时，A电极上Cu失电子生成Cu2+进入溶液。若该电池反应消耗了0.1mol FeCl3，则Fe3+转化为Fe2+，可确定转移电子的数目。

(1)①在1min的时间间隔内，生成氢气的体积分别为140mL、224mL、112mL、44mL，从而确定反应速率最大的时间段为2～3min。答案为：2～3；

②A．加入KCl溶液，相当于加水稀释，反应速率减慢但不影响生成氢气的体积，A符合题意；

B．加入浓盐酸，增大c(H+)，反应速率加快且生成氢气的体积增多，B不合题意；

C．加入蒸馏水，稀释盐酸，反应速率减慢但不影响生成氢气的体积，C符合题意；D．加入CuSO4溶液，先与Zn反应生成Cu，形成原电池，反应速率加快但不影响氢气的总量；

故选AC。答案为：AC；

(2)①将铝片和铜片用导线相连，一组插入浓硝酸中，铝发生钝化，铜失电子发生反应；一组插入烧碱溶液中，铜不反应，铝与电解质发生反应，由此确定两个原电池中的负极分别为铜片、铝片，故选B。由此可写出插入浓硝酸溶液中形成的原电池的负极反应式为Cu-

2e?=Cu2+。答案为：B；Cu-2e?=Cu2+；

②若A为Cu，B为石墨，电解质为FeCl3溶液，工作时A作负极，B作正极，则B电极上Fe3+得电子生成Fe2+，电极反应式为Fe3++e?=Fe2+；该电池在工作时，A电极上Cu失电子生成Cu2+进入溶液，A电极的质量将减小。若该电池反应消耗了0.1mol FeCl3，则Fe3+转化为Fe2+，可确定转移电子的数目为0.1N A。答案为：减小；0.1N A。

【点睛】

虽然铝的金属活动性比铜强，但由于在常温下，铝表面形成钝化膜，阻止了铝与浓硝酸的进一步反应，所以铝与浓硝酸的反应不能持续进行，铝作正极，铜作负极。

4．新型材料 AIN 应用前景广泛，对其制备过程的研究成为热点。

(1)将物质的量均为a mol 的 Al2O3与N2充入恒温恒容密闭容器中，控制温度发生反应：

2Al2O3(s)+2N2(g) 4AlN(s) +3O2(g) △H>0。

①下列可作为反应达到平衡的判据是_________(填序号）。

A．固体的质量不再改变

B．2v正(N2)=3v逆(O 2)

C．△H不变

D．容器内气体的压强不变

E．N2分子数与 O2分子数比为 2:3

②在起始压强为p的反应体系中，平衡时 N2的转化率为α，则上述反应的平衡常数

K p__________(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K p，如p(B) =p总·x(B) ，p总为平衡总压强，x(B)为平衡系统中B的物质的量分数）。

③为促进反应的进行，实际生产中需加入焦炭，其原因是____________。

(2)铝粉与 N2在一定温度下可直接生成 AlN，加入少量 NH4Cl 固体可促进反应。将等质量的A1粉与不同量的 NH4Cl混合均匀后置于充 N2的密闭容器中，电火花引燃，产品中 AlN的质量分数[ω(AlN)] 随原料中ω(NH4Cl)的变化如图1所示，燃烧过程中温度随时间变化如图2所

①固体混合物中，ω(NH4Cl)的最佳选择是__________。

②结合图2解释当ω(NH4Cl)超过一定值后，ω(AlN)明显减少的原因__________。

(3)AIN粉末会缓慢发生水解反应，粒径为100 nm 的 AlN 粉末水解时溶液 pH的变化如图3 所示。

①AlN 粉末水解的化学方程式是______________。

②相同条件下，请在图3中画出粒径为40 nm 的AlN粉末水解的变化曲线____________。

【答案】AD

3

2

(1.5α)

(1-α)

p消耗O2、提供能量，均能使平衡向右移动 3 % NH4Cl分解吸热

造成温度降低，不利于Al 与N2反应 AlN + 4H2O Al(OH)3 + NH3?H2O

【解析】

(1) ①根据反应达到平衡后，正逆反应速率，各成分的浓度不变及由此衍生的其它物理量进行分析；

②平衡时N 2的转化率为α，由于反应物中只有N 2是气体，所以起始压强p 即为起始时N 2的分压，列三段式求K p ；

③碳在氧气中燃烧放出热量，焦炭既可以消耗氧气，使生成物浓度降低，又可以提供热量，这两方面的作用都可以使平衡右移；

(2)①根据图像分析，当ω(NH 4Cl)=3%时，ω(AlN)最大；

②从图2可以看出，反应过程中温度会降低。ω(NH 4Cl)=3%时的温度比ω(NH 4Cl)=1%时的温度降低得更多。这是因为NH 4Cl 分解吸热，当ω(NH 4Cl)超过一定值后，NH 4Cl 分解吸热造成温度降低不利于Al 与N 2反应，导致ω(AlN)明显减少； (3)①AIN 粉末会缓慢发生水解反应，生成Al(OH)3和NH 3；

②相同条件下，由于粒径为40nm 的AlN 粉末和水的接触面积更大，所以其水解速率大于粒径为100nm 的AlN 粉末的水解速率，由于固体不影响平衡，所以最终溶液的pH 是相同。 【详解】

(1)①A ．消耗2mol Al 2O 3会生成4molAlN ，固体质量减少，当固体的质量不再改变时，反应达到了平衡状态；

B ．当3v 正(N 2)=2v 逆(O 2)时，正逆反应速率相等，反应达到了平衡状态，但2v 正(N 2)=3v 逆(O 2)表示的正逆反应速率不相等，不是平衡状态；

C ．△H 取决于反应物和生成物的总能量的相对大小，和是否平衡无关；

D ．在恒温恒容条件下，容器内的压强和气体的物质的量成正比。该反应是反应前后气体分子数不相等的反应，在平衡建立过程中，气体总物质的量一直在改变，只有达到平衡时，气体总物质的量才不再不变，即容器内压强才不变，所以当容器内气体的压强不变时，反应达到了平衡状态；

E ．N 2分子数与 O 2 分子数之比和起始投料以及转化率有关，当N 2分子数与O 2分子数比为 2:3时，反应不一定是平衡状态； 故选AD 。

②反应2Al 2O 3(s)+2N 2(g)

4AlN(s) +3O 2(g)，在起始时加入的是等物质的量的Al 2O 3与

N 2，由于反应物中只有N 2是气体，所以起始压强p 即为起始时N 2的分压，列三段式求K p ，已知平衡时N 2的转化率为α，则

()()()()

23222Al O s +2N g 4AlN s +30

1.5-g 1.5O p p p p p p ααα

α

高温

起始变化平衡

K p =32(1.5)()p p p αα-=32

(1.5)(1-)

ααp 。

③为促进反应的进行，实际生产中需加入焦炭，焦炭和氧气反应，放出热量。焦炭既可以消耗氧气，使生成物浓度降低，又可以提供热量，这两方面的作用都可以使平衡右移，从而促进反应的进行。

(2)①从图1可以看出，当ω(NH4Cl)=3%时，ω(AlN)最大，所以最佳选择是ω(NH4Cl)=3%。

②从图2可以看出，反应过程中温度会降低。ω(NH4Cl)=3%时的温度比ω(NH4Cl)=1%时的温度降低得更多。这是因为NH4Cl分解吸热，当ω(NH4Cl)超过一定值后，NH4Cl分解吸热造成温度降低不利于Al 与N2反应，导致ω(AlN)明显减少

(3)①AIN粉末会缓慢发生水解反应，生成Al(OH)3和NH3，AlN 粉末水解的化学方程式是AlN + 4H2O Al(OH)3 + NH3?H2O。

②相同条件下，由于粒径为40nm的AlN粉末和水的接触面积更大，所以其水解速率大于粒径为100nm的AlN粉末的水解速率，由于固体不影响平衡，所以最终溶液的pH是相同

的。粒径为40 nm 的AlN粉末水解的变化曲线为。

5．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

①20 mL 0.1 mol·L－1H2C2O4溶液30 mL 0.01 mol·L－1KMnO4溶液

②20 mL 0.2 mol·L－1H2C2O4溶液30 mL 0.01 mol·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2 min末收集了2.24 mL CO2（标准状况下），则在2 min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①② 0.0056 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。

6．在2 L密闭容器内，800 ℃时反应：2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)体系中，n(NO)随时间的变化如表：

时间(s)012345

n(NO)(mol)0．0200．0100．0080．0070．0070．007

（1）800℃，反应达到平衡时，NO的物质的量浓度是________。

（2）如图中表示NO2的变化的曲线是________。用O2表示从0～2 s内该反应的平均速率v＝________。

（3）能说明该反应已达到平衡状态的是________。

a．v(NO2)＝2v(O2) b．容器内压强保持不变

c．v逆(NO)＝2v正(O2) d．容器内密度保持不变

（4）能使该反应的反应速率增大的是________。

a．及时分离出NO2气体 b．适当升高温度

c．增大O2的浓度 d．选择高效催化剂

【答案】0.0035 mol/L b 1.5×10－3mol/(L·s) b、c b、c、d

【解析】

【分析】

【详解】

（1）800℃，反应达到平衡时，NO的物质的量浓度是c(NO)=n÷V=0.007mol÷2L=0.0035 mol/L；

（2）NO2是生成物，每消耗2molNO，会产生2molNO2；反应过程消耗的NO的物质的量是n(NO)= 0.020mol-0.007mol=0.0130mol，则反应产生的NO2的物质的量的

n(NO2)=0.0130mol，则其浓度是c(NO2)=0.0130mol÷2L=0.0065mol/L，所以在图中表示NO2的变化的曲线是b；从0～2 s内用NO表示的化学反应速率是v(NO)=(0.020-

0.008)mol÷2L÷2s=0.003mol/(L?s)，由于v(NO):v(O2)=2:1，因此用O2表示从0～2 s内该反应

的平均速率v(O2)＝1

2

v(NO)= 1.5×10－3mol/(L·s)；

（3）a．在任何时刻都存在v(NO2)＝2v(O2)，因此不能判断反应处于平衡状态，错误；b．由于该反应是反应前后气体体积不等的反应，所以容器内压强保持不变，则反应处于平衡状态，正确； c．v逆(NO)：v逆(O2) ＝2：1；由于v逆(NO)：v正(O2) ＝2：1 ，所以v逆(O2) = v正(O2)；正确；d．由于反应体系都是气体，因此在任何时候，无论反应是否处于平衡状态，容器内密度都保持不变，故不能作为判断平衡的标准，错误。

（4）a．及时分离出NO2气体，使生成物的浓度减小，则正反应的速率瞬间不变，但后来会随着生成物的浓度的减小，反应物浓度也减小，所以正反应速率减小，错误； b．适当升高温度，会使物质的分子能量增加，反应速率加快，正确； c．增大O2的浓度，会使反应速率大大加快，正确；d．选择高效催化剂，可以使化学反应速率大大加快，正确。

7．偏二甲肼与N2O4是常用的火箭推进剂，二者发生如下化学反应：

(CH3)2NNH2(l)+2N2O4(l)====2CO2(g)+3N2(g)+4H2O(g)(Ⅰ)

(1)反应(Ⅰ)中氧化剂是_____________________________。

(2)火箭残骸中常出现红棕色气体，原因为：N 2O4(g) 2NO2(g)(Ⅱ)当温度升高时，气

体颜色变深，则反应(Ⅱ)为_______(填“吸热”或“放热”)反应。

(3)一定温度下，反应(Ⅱ)的焓变为ΔH。现将1 mol N2O4充入一恒压密闭容器中，下列示意图正确且能说明反应达到平衡状态的是____________。

若在相同温度下，上述反应改在体积为1 L的恒容密闭容器中进行，平衡常数______(填“增大”“不变”或“减小”)，反应3 s后NO2的物质的量为0.6 mol，则0～3 s内的平均反应速率v(N2O4)= ________mol·L-1·s-1。

【答案】N2O4吸热ad不变0.1

【解析】

【分析】

(1)所含元素化合价降低的反应物是氧化剂；

(2) 当温度升高时，气体颜色变深，说明N 2O4(g) 2NO2(g)平衡正向移动；

（3）在一定条件下，当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时（但不为0），反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态，称为化学平衡状态，据此可以判断。平

衡常数只与温度有关；根据

c

v

t

?

=

?

计算速率。

【详解】

(1) (CH3)2NNH2(l)+2N2O4(l)====2CO2(g)+3N2(g)+4H2O(g)，N2O4中氮元素化合价由+4降低为0,所以N2O4是该反应的氧化剂；

(2) 当温度升高时，气体颜色变深，说明N 2O4(g) 2NO2(g)平衡正向移动，所以正反应为吸热反应；

(3) a、密度是混合气的质量和容器容积的比值，在反应过程中质量不变，但容器容积是变化的，因此当密度不再发生变化时可以说明反应达到平衡状态，故选a；

b、对于具体的化学反应，反应热是恒定的，不能说明反应达到平衡状态，故不选b；

c、随反应进行，反应物浓度减小，正反应速率是逐渐减小，故c错误，不选c；

d、当反应物的转化率不再发生变化时，说明正逆反应速率相等，达到平衡状态，故选d；平衡常数只与温度有关，若在相同温度下，上述反应改在体积为1 L的恒容密闭容器中进行，平衡常数不变；反应3s后NO2的物质的量为0.6mol，则根据方程式可知，消耗N2O4的物质的量是0.3mol，其浓度变化量是0.3mol÷1L＝0.3mol/L，则0～3s内的平均反应速率v（N2O4）＝0.3mol/L÷3s＝0.1mol·L-1·s-1。

8．为解决“温室效应”日趋严重的问题,科学家们不断探索CO2的捕获与资源化处理方案,利用CH4捕获CO2并转化为CO和H2混合燃料的研究成果已经“浮出水面”。

已知:①CH4(g)十H2O(g)==CO(g)+3H2(g) △H1=+206.4kJ/mol

②CO(g)+H2O(g)==CO2(g)+H2(g) △H2=-41.2kJ/mol

T1°C时，在2L恒容密闭容器中加入2molCH4和1molCO2，并测得该研究成果实验数据如下：

请回答下列问题:

（1）该研究成果的热化学方程式③CH4(g)+CO2(g)==2CO(g)+2H2(g) △H=_____

（2）30s时CH4的转化率为_______，20~40s,v(H2)=_______.

（3）T2°C时,该反应的化学平衡常数为1.5,则T2___T1(填“>”“=”或“<”。)

（4）T1°C时反应③达到平衡的标志为______________。

A．容器内气体密度不变 B．体系压强恒定

C．CO和H2的体积分数相等且保持不变 D．2v(CO)逆=v(CH4)正

（5）上述反应③达到平衡后,其他条件不变,在70 s时再加入2 molCH4和1molCO2,此刻平衡的移动方向为________(填“不移动”“正向”或“逆向"),重新达到平衡后，CO2的总转化率比原平衡____________(填“大”“小”或“相等”)。

【答案】+247.6KJ/mol 23% 0.005mol/(L·s) ＞ BC 正向小

【解析】

【分析】

已知：①CH4(g)十H2O(g)=CO(g)+3H2(g) △H1=+206.4kJ/mol

②CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) △H2=-41.2kJ/mol

(1)利用盖斯定律，将①-②，可得出热化学方程式③CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g) △H。

(2)利用三段式，建立各物质的起始量、变化量与平衡量的关系，可得出30s时CH4的转化率，20~40s的v(H2)。

(3)利用三段式，可求出T1时的化学平衡常数，与T2时进行比较，得出T2与T1的关系。

(4)A．气体的质量不变，容器的体积不变，则容器内气体密度始终不变；

B．容器的体积不变，气体的分子数随反应进行而发生变化；

C．平衡时，CO和H2的体积分数保持不变；

D．2v(CO)逆=v(CH4)正，方向相反，但数值之比不等于化学计量数之比。

(5)利用浓度商与平衡常数进行比较，可确定平衡移动的方向；利用等效平衡原理，可确定CO2的总转化率与原平衡时的关系。

【详解】

已知：①CH4(g)十H2O(g)=CO(g)+3H2(g) △H1=+206.4kJ/mol

②CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) △H2=-41.2kJ/mol

(1)利用盖斯定律，将①-②，可得出热化学方程式③CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)

△H =+247.6kJ/mol ，故答案为：+247.6kJ/mol ； (2)利用表中数据，建立如下三段式：

422CH (g)CO (g)

2CO(g)2H (g)(mol) 2(m 1000.460.920.920.54

0.92

0.9ol) 0.46s (mol)

1.54

2

++起始转化30末

30s 时，CH 4的转化率为

0.46mol 100%2mol ?=23%，20~40s 的v (H 2)=1mol 0.8mol

2L 20s

-?=

0.005mol/(L?s)，故答案为：

23%；0.005mol/(L?s)；

(3)利用平衡时的数据，可求出T 1时的化学平衡常数为220.50.51

=0.750.253

??<1.5，则由T 1到T 2，

平衡正向移动，从而得出T 2>T 1，故答案为：>；

(4)A ．反应前后气体的总质量不变，容器的体积不变，则容器内气体密度始终不变，则密度不变时，不一定达平衡状态，A 不合题意；

B ．气体的分子数随反应进行而发生改变，则压强随反应进行而改变，压强不变时达平衡状态，B 符合题意；

C ．平衡时，CO 和H 2的体积分数保持不变，反应达平衡状态，C 符合题意；

D ．2v(CO)逆=v(CH 4)正，速率方向相反，但数值之比不等于化学计量数之比，反应未达平衡，D 不合题意； 故答案为：BC ；

(5)平衡时加入2molCH 4和1molCO 2，浓度商为Q=220.50.511

=1.750.75213

?

动；加入2molCH 4和1molCO 2，相当于原平衡体系加压，平衡逆向移动，CO 2的总转化率比原平衡小，故答案为：正向；小。 【点睛】

计算平衡常数时，我们需使用平衡浓度的数据，解题时，因为我们求30s 时的CH 4转化率，所以易受此组数据的干扰，而使用此时的数据计算平衡常数，从而得出错误的结果。

9．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%。CO 2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1molCO 2和3molH 2，一定条件下反应：CO 2(g)+3H 2(g)CH 3OH(g)+H 2O(g)，测得CO 2和CH 3OH(g)的浓度随时间变化如

图所示。

（1）从3min 到9min ，v(CO 2)=__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】0.042 BD 75 22：3 ＞

【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：

0.25mol/L

=0.042mol/(L min)

9min-3min

?，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

0.75mol/L

×100%=75%

1mol/L

，故答案为：75；

(4)

()()()()

2232

CO g+3H g CH OH g+H O g (mol)1300

(mol)0.75 2.250.750.75

(mol)0.250.750.750.75起始

转化

平衡

则平衡时混合气体中CO2(g)和H2(g)的质量之比是

mol44g/mol

=

mol g mol

0.25

22:3

0.752/

?

?

，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。

10．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℃0.99610.99720.99840.9988 500℃0.96750.97670.98520.9894 600℃0.85200.88970.92760.9468 (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。

①t l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

D．升高温度

E．体积不变，向容器中通入少量氮气

②若继续通入0.20molSO2和0.10molO2，则平衡__移动（填“向正反应方向”、“向逆反应方向”或“不”)，再次达到平衡后，_mol

【答案】1个大气压和400℃ A、C = 800 C 正向 0.36 0.4

【解析】

【分析】

(1)从表中可以看出，压强越大，SO2的转化率越大，但变化不大；温度越高，转化率越小。综合以上分析，应选择低温低压。

(2)A．保持温度和容器体积不变，充入1molO2(g)，平衡正向移动，SO2(g)平衡浓度减小；B．保持温度和容器体积不变，充入2molSO3(g)，平衡逆向移动，SO2(g)平衡浓度增大；C．降低温度，平衡正向移动，SO2(g)平衡浓度减小；

D．在其他条件不变时，减小容器的容积，相当于加压，平衡正向移动，SO2(g)平衡浓度增大。

(3)温度一定时，平衡常数不变，由此得出A、B两点平衡常数K(A)与K(B)的关系，因为给定压强为0.10MPa，是A点的压强，所以应用A点的转化率计算化学平衡常数。

(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。

①A．体积不变，向容器中通入少量O2，v正增大，v逆不变；

B．体积不变，向容器中通入少量SO2，v正增大，v逆不变；

C．缩小容器体积，相当于加压，平衡正向移动，v正增大，v逆增大，但v正增大更多；D．升高温度，平衡逆向移动，v正增大，v逆增大，但 v逆增大更多；

E．体积不变，向容器中通入少量氮气，平衡不发生移动，v正不变，v逆不变。

②若继续通入0.20molSO2和0.10molO2，相当于加压，平衡正向移动，再次达到平衡后，n(SO3)应比原平衡时浓度的二倍要大，但比反应物完全转化要小。

【详解】

(1)从表中可以看出，压强越大，SO2的转化率越大，但变化不大；温度越高，转化率越小。综合以上分析，应选择低温低压，故应选择1个大气压和400℃。答案为：1个大气压和400℃；

(2)A ．保持温度和容器体积不变，充入1molO 2(g)，平衡正向移动，SO 2(g)平衡浓度减小，A 符合题意；

B ．保持温度和容器体积不变，充入2molSO 3(g)，平衡逆向移动，SO 2(g)平衡浓度增大，B 不合题意；

C ．降低温度，平衡正向移动，SO 2(g)平衡浓度减小，C 符合题意；

D ．在其他条件不变时，减小容器的容积，相当于加压，虽然平衡正向移动，但SO 2(g)平衡浓度仍比原平衡时大，D 不合题意； 故选AC ；

(3)温度一定时，平衡常数不变，由此得出A 、B 两点平衡常数K (A)=K (B)，因为给定压强为0.10MPa ，是A 点的压强，所以应用A 点的转化率计算化学平衡常数，从而建立以下三段式：

2232SO (g)O (g)

2SO (g)(mol/L)0.20.10

(mol/L)0.160.080.16(mol/L)

0.04

0.02

0.16

?

+催化剂起始量变化量平衡量 K =2

20.160.040.02

?=800。答案为：=；800； (4)①A ．体积不变，向容器中通入少量O 2，v 正增大，v 逆不变，A 不合题意； B ．体积不变，向容器中通入少量SO 2，v 正增大，v 逆不变，B 不合题意；

C ．缩小容器体积，相当于加压，平衡正向移动，v 正增大，v 逆增大，但v 正增大更多，C 符合题意；

D ．升高温度，平衡逆向移动，v 正增大，v 逆增大，但 v 逆增大更多，D 不合题意；

E ．体积不变，向容器中通入少量氮气，平衡不发生移动，v 正不变，v 逆不变，E 不合题意； 故选C ；

②若继续通入0.20molSO 2和0.10molO 2，相当于加压，平衡正向移动，再次达到平衡后，n (SO 3)应比原平衡时浓度的二倍要大，即n (SO 3)>0.36mol ，但比反应物完全转化要小，即n (SO 3)<0.4mol 。答案为：正向；0.36mol ；0.4mol 。 【点睛】

对于SO 2转化为SO 3的反应，虽然加压平衡正向移动，SO 2的转化率增大的很少，但对设备、动力的要求提高很多，从经济上分析不合算，所以应采用常压条件。

11．某温度下，在2L 的密闭容器中，X 、Y 、Z 三种物质随时间变化的曲线如图所示．请回答下列问题

（1）由图中数据分析，该反应的化学方程式为___________________________ （2）反应开始至2min ，Z 的平均反应速率为________

（3）3min 时，Z 的生成速率与Z 的消耗速率相比较，前者________（填“大于”“小于”或“等于”）后者．

（4）上述反应进行过程中，如果降低温度，则其反应速率________（填“增大”“减小”或“不变”）．

（5）下列各项中不可以说明上述反应达到平衡的是________（填字母）． a ．生成1molZ 和同时生成1.5molX b. X 、Y 、Z 的反应速率之比为3:2:1 c ．同一物质的正反应速率等于逆反应速率 d ．X 的浓度保持不变 【答案】3X+Y 2Z -1-10.05mol L min ?? 相等 减小 acd

【解析】 【分析】 【详解】

（1）由图象可知，反应中X 、Y 的物质的量减少，应为反应物，Z 的物质的量增多，应为生成物，当反应进行到2min 时，X 、Y 的物质的量不变且不为0，属于可逆反应，△n (X)=0.3mol ，△n (Y)=0.1mol ，△n (Z)=0.2mol ，则△n (X):△n (Y):△n (Z)=3:1:2，参加反应的物质的物质的量之比等于化学计量数之比，则反应的方程式为：3X+Y

2Z ；

（2）反应开始至2min ，Z 的平均反应速率为-1-1

0.2mol

2L 0.05mol L min 2min

=??；

（3）3min 时达到平衡状态，3min 时Z 的生成速率与消耗速率相等；

（4）温度降低，单位体积内活化分子数会降低，分子运动速率会降低，有效碰撞频率会降低，化学反应速率会减小；

（5）a ．生成1molZ 表示正向反应速率，生成1.5molX 表示逆向反应速率，二者速率之比等于2:3，与对应物质的系数之比相等，可说明反应达到平衡状态，故a 符合题意； b ．未确定该反应速率表示方向，因此无法判断正逆反应速率是否相等，因此不能确定反应是否达到平衡状态，且处于平衡状态时，其X 、Y 、Z 的反应速率之比为3:1:2，故b 不符合题意；

c ．同一物质的正反应速率等于逆反应速率，说明各物质的浓度不再发生变化，可说明反应处于平衡状态，故c 符合题意；

d ．X 的浓度保持不变，则说明正逆反应速率相等，可说明反应达到平衡状态，故d 符合题意；

故答案为：acd 。 【点睛】

判断化学平衡状态的方法：各种“量”不变：①各物质的质量、物质的量或浓度不变；②各物质的百分含量(物质的量分数、质量分数等)不变；③温度、压强(化学反应方程式两边气体体积不相等)或颜色(某组分有颜色)不变；总之，若物理量由变量变成了不变量，则表明该可逆反应达到平衡状态；若物理量为“不变量”，则不能作为平衡标志。

12．已知A(g)＋B(g)C(g)＋D(g)反应的平衡常数和温度的关系如下：

温度/℃70080083010001200

平衡常数 1.7 1.1 1.00.60.4

回答下列问题：

（1）该反应的平衡常数表达式K=___，ΔH___0(填“＜”“＞”或“=”)。

（2）830℃时，向一个5L的密闭容器中充入0.20mol的A和0.80mol的B，如反应初始6s 内A的平均反应速率v(A)=0.003mol?L-1?s-1，则6s时c(A)=___mol?L-1，C的物质的量为

___mol；若反应经一段时间后，达到平衡时A的转化率为___，如果这时向该密闭容器中再充入1mol氩气，平衡时A的转化率为___。

（3）一定温度下，能判断该反应达化学平衡状态的是___。

①单位时间内生成nmolA，同时消耗nmolC

②A的转化率不变

③容器内压强不再变化

④混合气体的密度不再变化

⑤混合气体的平均相对分子质量不再变化

（4）1200℃时，C(g)＋D(g)A(g)＋B(g)的平衡常数的值为___。

【答案】

(C)(D)

(A)(B)

c c

c c

＜ 0.022 0.09 80% 80% ①② 2.5

【解析】

【分析】

（1）根据平衡常数定义，可写出该反应的平衡常数表达式；根据平衡常数与温度关系可判断该反应的热效应；

（2）利用化学反应速率的定义，根据题给方程式和数据可计算6s时A的浓度、C的物质的量以及平衡时A的转化率；可根据是否改变了反应混合物各组分的浓度来判断充入氩气对转化率的影响；

（3）根据化学平衡状态的特征和平衡移动时各量的变化情况来判断可逆反应是否达化学平衡状态；

（4）互为逆反应的两个可逆反应，平衡常数的表达式互为倒数。

【详解】

（1）根据平衡常数定义，该反应的平衡常数表达式为

(C)(D)

=

(A)(B)

c c

K

c c

；根据题给图表，该反

应的平衡常数随温度的升高而减小，说明该反应是放热反应，所以，ΔH＜0。

答案为：

(C)(D)

(A)(B)

c c c c ；＜；

（2）A 的初始浓度为：0.20mol ÷5L=0.04mol/L ，反应初始6s 内A 浓度减小量为：?c (A)=0.003mol ?L -1?s -1×6s=0.018 mol?L -1，故6s 时c (A)=0.04mol/L-0.018 mol?L -1=0.022mol?L -1；生成的C 的物质的量等于消耗的A 的物质的量，所以C 的物质的量n (C)= 0.018mol?L -1

×5L=0.09mol ；

830℃时，K =1.0，设反应达到平衡时反应的A 的物质的量为x ，则有：

2(

)

(C)(D)5L == 1.0(0.20mol-)(0.80mol-)

(A)(B)5L 5L

x c c K x x c c =? x =0.16mol ，

A 的转化率为：0.16mol÷0.2mol×100%=80%；

在恒容密闭容器中充入氩气，没有改变反应混合物各组分的浓度，故不影响平衡，A 的转化率不变，仍为80%。

答案为：0.022；0.09；80%；80%；

（3）①单位时间内生成n molA ，同时消耗n molC ，则各物质的物质的量不变，反应达化学平衡状态，①正确；

②A 的转化率不变，则A 的物质的量不变，反应达化学平衡状态，②正确；

③该反应气体物质的量不变，故恒温时容器内压强不随平衡移动而改变，故不能判断反应是否达化学平衡状态，③不正确；

④ρ=m /V ，混合气体的质量和体积在反应中均不变，所以密度始终不变，故不能判断反应是否达化学平衡状态，④不正确；

⑤混合气体的平均相对分子质量=m /n ，混合气体的质量和物质的量在反应中均不变，所以平均相对分子质量始终不变，故不能判断反应是否达化学平衡状态，⑤不正确； 答案为：①②； （4）反应C(g)＋D(g)A(g)＋B(g)与反应A(g)＋B(g)

C(g)＋D(g) 互为逆反应，同温时平衡常数互为倒数，所以1200℃时，C(g)＋D(g)

A(g)＋B(g)的平衡常数的值为

1÷0.4=2.5。 答案为：2.5 【点睛】

判断可逆反应是否达到平衡的方法：v 正＝v 逆；各物质含量不变；其它表现：看该量是否随平衡移动而改变，变量不变时则说明反应达到平衡状态。

13．氮的化合物在相互转化、工业生产等方面应用广泛，回答下列问题。

(1)N 2O 是一种能刺激神经使人发笑的气体，可发生分解反应2N 2O=2N 2+O 2，碘蒸气能大幅度提高N 2O 的分解速率，反应历程为： 第一步： I 2(g )＝2I (g ) (快反应)

第二步： I (g )+N 2O (g )＝N 2(g )+IO (g ) (慢反应) 第三步： IO (g )+N 2O (g )＝N 2(g )+O 2(g )+I (g ) (快反应)