专题八化学反应速率和化学平衡A组 专项基础训练一、选择题1．(2022·沈阳四校月考)下列说法正确的是( )A．催化剂不影响反应活化能，但能增大单位体积内活化分子百分数，从而增大反应速率B．化学反应速率为0.8mol/(L·s)是指1s时某物质的浓度为0.8mol/LC．根据化学反应速率的大小可以判断化学反应进行的快慢D．对于化学反应来说，反应速率越大，反应现象越明显解析 A项，催化剂可以降低反应所需的活化能，增大活化分子的百分数，从而增大反应速率，错误；B项，0.8mol/(L·s)是指1s内该物质的浓度变化量为0.8mol/L，错误；D项，反应速率与反应现象之间无必然联系，如酸碱中和反应的速率很快，但却观察不到什么现象，错误。答案 C2．(2022·东北三校联考)向某密闭容器中充入1molX与2molY发生反应：X(g)＋2Y(g)aZ(g) ΔH＜0，达到平衡后，改变某一条件(温度或容器体积)，X的平衡转化率的变化如图所示。下列说法中正确的是( )A．a＝2B．T2＞T1C．A点的反应速率：v正(X)＝v逆(Z)D．用Y表示A、B两点的反应速率：v(A)＞v(B)解析 改变压强，X的平衡转化率不变，说明反应前后气体化学计量数之和相等，所以a＝3，此反应为放热反应，升高温度，X的平衡转化率减小，故T1＞T2，所以v(B)＞v(A)。答案 C3．(2022·张家界调研)在一恒容的密闭容器中充入0.1mol·L－1CO2、0.1mol·L－1CH4，在一定条件下发生反应：CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)，测得CH4平衡时转化率与温度、压强关系如图，下列有关说法不正确的是( )\nA．上述反应的ΔH<0B．压强：p4>p3>p2>p1C．1100℃时该反应的平衡常数为1.64D．压强为p4时，在y点：v正>v逆解析 p1、p2、p3、p4是四条等压线，由图像可知，压强一定时，温度越高，甲烷的平衡转化率越高，故正反应为吸热反应，ΔH>0，A项错误；该反应为气体分子数增加的反应，压强越高，甲烷的平衡转化率越小，故压强p4>p3>p2>p1，B项正确；压强为p4，温度为1100℃时，甲烷的平衡转化率为80.00%，故平衡时各物质的浓度分别为c(CH4)＝0.02mol·L－1，c(CO2)＝0.02mol·L－1，c(CO)＝0.16mol·L－1，c(H2)＝0.16mol·L－1，即平衡常数K＝＝1.64，C项正确；压强为p4时，y点未达到平衡，此时v正>v逆，D项正确。答案 A4．(2022·河南漯河检测)在一定温度下，将H2和N2两种气体按不同比例通入相同的恒容密闭容器中，发生反应：3H2＋N22NH3。起始时H2和N2的物质的量之和相等，平衡后分别测出H2、N2的转化率。能正确表示H2、N2的转化率与起始时的关系图是( )解析 反应物按化学计量数之比投料时，达到平衡时转化率相等，\n增加一种反应物的物质的量，该反应物的转化率减小，其他反应物的转化率增大。答案 A5．(2022·广州六校第二次联考，12)高温下，某反应达平衡，平衡常数K＝。恒容时，温度升高，H2浓度减小。下列说法正确的是( )A．该反应的焓变为正值B．恒温恒容下，增大压强，H2浓度一定减小C．升高温度，逆反应速率减小D．该反应的化学方程式为CO＋H2OCO2＋H2解析 根据平衡常数的表达式可得出该反应的化学方程式为CO2＋H2CO＋H2O；升高温度，正、逆反应速率均增大；温度升高，H2浓度减小，平衡正向移动，说明正反应是吸热的，焓变为正值；在恒温恒容下，增大压强的方法有多种，H2浓度变化不确定。答案 A二、非选择题6．(2022·湖南四校联考)如图所示的装置中发生反应2A2(g)＋B2(g)2C(g) ΔH＝－akJ·mol－1(a>0)，已知P是可自由滑动的活塞。在相同温度时关闭K，向A、B容器中分别充入2molA2和1molB2，两容器分别在500℃时达平衡，A中C的浓度为w1mol·L－1，放出热量bkJ，B中C的浓度为w2mol·L－1，放出热量ckJ。请回答下列问题：(1)此反应的平衡常数表达式为________；若将温度升高到700℃，反应的平衡常数将________(填“增大”、“减小”或“不变”)。(2)比较大小：w1________w2(填“>”、“＝”或“<”)，a、b、c由大到小的关系为________________________________________________________________。(3)若打开K，一段时间后重新达平衡，容器B的体积将________(填“增大”、“减小”或“不变”)。(4)若让A、B体积相等且固定P，在B中改充入4molA2和2molB2，在500℃时达平衡后C的浓度为w3mol·L－1，则w1、w3的关系为__________________________________________________________________。(5)能说明A中已达到平衡状态的是________(填序号，有一个或多个选项符合题意)。\na．v(C)＝2v(B2)b．容器内气体压强保持不变c．容器中气体的平均相对分子质量不随时间而变化d．容器内的气体密度保持不变(6)使该反应的反应速率增大，且平衡向正反应方向移动的是________。a．及时分离出C气体b．适当升高温度c．增大B2的浓度d．选择高效的催化剂解析 (1)根据化学方程式可写出该反应的平衡常数表达式。平衡常数只与温度有关，该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，平衡常数将减小。(2)A容器处于恒容状态，B容器处于恒压状态，该反应为气体分子数减小的反应，达到平衡时，B容器的体积小于A容器的体积，B容器相对于A容器相当于增压，平衡正向移动，w1<w2，c>b，由于该反应为可逆反应，不能进行完全，所以a>c>b。(3)若打开K压强与外界压强相同，相当于对A容器加压，一段时间后重新达平衡，容器B的体积将减小。(4)若让A、B体积相等且固定P，在B中改充入4molA2和2molB2，不考虑平衡移动，则在500℃时达平衡后，C的浓度为2w1mol·L－1，由于压强增大，平衡正向移动，所以w3>2w1。(5)无论平衡与否，反应中均有v(C)＝2v(B2)，a不符合题意；因为该反应是一个反应前后气体分子数不相等的反应，所以容器内气体压强保持不变时说明已达到平衡状态，容器中气体的平均相对分子质量不随时间而变化时已达到平衡状态，b、c符合题意；反应中生成物和反应物均为气态，又容器恒容，任何时候密度均不变，d不符合题意。(6)分离出C气体，反应速率减小，平衡向正反应方向移动；适当升高温度，反应速率增大，平衡向逆反应方向移动；增加B2的浓度，反应速率增大，平衡向正反应方向移动；选择高效的催化剂，反应速率增大，但平衡不移动。答案 (1)K＝ 减小 (2)< a>c>b (3)减小 (4)w3>2w1 (5)bc (6)cB组 专项能力训练一、选择题1．(2022·四川都江堰诊断)Fenton试剂常用于氧化降解有机污染物X。在一定条件下，反应初始时c(X)＝2.0×10－3mol·L－1，反应10min进行测定，得图1和图2。下列说法不正确的是( )\nA．50℃，pH在3～6时，X降解率随pH增大而减小B．pH＝2，温度在40～80℃时，X降解率随温度升高而增大C．无需再进行后续实验，就可以判断最佳反应条件是：pH＝3、温度为80℃D．pH＝2，温度为50℃时，10min内X的平均降解速率v(X)＝1.44×10－4mol·L－1·min－1解析 由图1可知，50℃、pH在3～6时，X降解率随pH增大而减小，故A正确；由图2可知，pH＝2、温度在40～80℃时，X降解率随温度升高而增大，故B正确；因溶液pH、温度都会影响X的降解率，故还需要进行pH＝3时温度对X降解率影响的实验或温度为80℃时pH对X降解率影响的实验，故C错误；D项，由图2可知，pH＝2、50℃时X的转化率为72%，X的浓度变化量Δc(X)＝2.0×10－3mol·L－1×72%＝1.44×10－3mol·L－1，故v(X)＝1.44×10－4mol·L－1·min－1，故D正确。答案 C2．(2022·辽宁五市部分学校联考)已知甲为恒压容器、乙为恒容容器。相同条件下充入等物质的量的NO2气体，且起始时体积相同。发生反应：2NO2(g)N2O4(g) ΔH＜0。一段时间后相继达到平衡状态。下列说法中正确的是( )A．平衡时NO2体积分数：甲＜乙B．达到平衡所需时间，甲与乙相等C．该反应的平衡常数表达式K＝c(N2O4)/c(NO2)D．若两容器内气体的压强保持不变，均说明反应已达到平衡状态解析 A项，甲、乙两体积相同的容器，相同条件下充入等物质的量的NO2气体，反应发生时，气体物质的量减小，乙相当于减小压强，平衡向左移动，平衡时NO2体积分数，\n甲<乙，正确；B项，由A知，乙容器相当于减小压强，化学反应速率减小，达到平衡所需时间，甲<乙，错误；C项，该反应的平衡常数表达式应为K＝c(N2O4)/c2(NO2)，错误；D项，甲为恒压容器，压强不能作为平衡状态的标志，乙容器压强不变，说明反应达到平衡，错误。答案 A3．(2022·安徽合肥一模，10)下列四图中，曲线变化情况与所给反应(a、b、c、d均大于0)相对应的是( )解析 A选项，温度高斜率大，SO3的含量低，错误；B选项，压强增大，平衡正向移动，正反应速率增大的比逆反应速率快，错误；C选项，作一条垂线，可知压强相同时，温度越高N2O4的物质的量分数越小，符合升高温度平衡右移；温度相同时，压强越大，N2O4的物质的量分数越大，符合增大压强平衡左移，正确；D选项，恒压时投入CO2，反应速率、转化率均相同；恒容投入3molCO2时，压强大，反应速率快，但平衡左移，转化率降低，错误。答案 C4．(2022·北京海淀期末，11)t℃时，在体积不变的密闭容器中发生反应：X(g)＋3Y(g)2Z(g)，各组分在不同时刻的浓度如下表：物质XYZ初始浓度/(mol·L－1)0.10.202min末浓度/(mol·L－1)0.08ab\n平衡浓度/(mol·L－1)0.050.050.1下列说法正确的是( )A．平衡时，X的转化率为20%B．t℃时，该反应的平衡常数为40C．增大平衡后的体系压强，v(正)增大，v(逆)减小，平衡向正反应方向移动D．前2min内，用Y的变化量表示的平均反应速率v(Y)＝0.03mol·(L·min)－1解析 依据“三段式法”进行计算 X(g)＋3Y(g)2Z(g)始态(mol·L－1)0.10.20反应的量(mol·L－1)0.050.150.1平衡(mol·L－1)0.050.050.1X的转化率＝×100%，A选项错误；K＝＝1600，B选项错误；增大压强，不论平衡向何方向移动，正逆反应速率均增大，C选项错误；D选项，前2min内，Y的浓度变化量为(0.1－0.08)mol·L－1×3＝0.06mol·L－1，则v(Y)＝0.03mol·(L·min)－1，正确。答案 D5．(2022·哈尔滨模拟)一定条件下，向某密闭容器中加入一定量的N2和H2发生可逆反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.2kJ·mol－1，测得0～10s内，c(H2)减小了0.75mol·L－1，下列说法正确的是( )A．10～15s内c(NH3)增加量等于0.25mol·L－1B．10s内氨气的平均反应速率为0.025mol·L－1·s－1C．达平衡后，分离出少量NH3，v(正)增大D．该反应的逆反应的活化能不小于92.2kJ·mol－1解析 10～15s内与0～10s内的反应速率不同，故A项错误，0～10s，c(H2)减小了0.75mol·L－1，根据反应的方程式可知，氨气浓度增加了0.5mol·L－1，10s内氨气的反应速率是0.5mol·L－1÷10s＝0.05mol·L－1·s－1，选项B不正确；降低生成物浓度，反应速率降低，选项C不正确；由于正反应的ΔH＝－92.2kJ·mol－1，所以逆反应的活化能不小于92.2kJ·mol－1，选项D正确。答案 D\n二、非选择题6．(2022·山东临沂一模)2022年初，雾霾天气多次肆虐我国中东部地区。其中，汽车尾气和燃煤尾气是造成空气污染的原因之一。(1)汽车尾气净化的主要原理为：2NO(g)＋2CO(g)2CO2(g)＋N2(g)。在密闭容器中发生该反应时，c(CO2)随温度(T)、催化剂的表面积(S)和时间(t)的变化曲线，如下图所示。据此判断：①该反应的ΔH________0(填“>”或“<”)。②在T2温度下，0～2s内的平均反应速率v(N2)________。③当固体催化剂的质量一定时，增大其表面积可提高化学反应速率。若催化剂的表面积S1>S2，在上图中画出c(CO2)在T1、S2条件下达到平衡过程中的变化曲线。④若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行，下列示意图正确且能说明反应在进行到t1时刻达到平衡状态的是________(填代号)。(2)直接排放煤燃烧产生的烟气会引起严重的环境问题。①煤燃烧产生的烟气含氮的氧化物，用CH4催化还原NOx可以消除氮氧化物的污染。例如：CH4(g)＋2NO2(g)===N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)ΔH1＝－867kJ/mol2NO2(g)N2O4(g) ΔH2＝－56.9kJ/mol写出CH4(g)催化还原N2O4(g)生成N2(g)和H2O(g)的热化学方程式：__________________________________________________________________\n②将燃煤产生的二氧化碳回收利用，可达到低碳排放的目的。下图是通过人工光合作用，以CO2和H2O为原料制备HCOOH和O2的原理示意图。催化剂b表面发生的电极反应式为_______________________________________。解析 (1)①根据图像，“先拐先平数值大”得T1大于T2。升高温度，二氧化碳的浓度降低，平衡向逆反应方向移动，说明正反应是放热反应，即ΔH<0。②先根据图像计算二氧化碳的反应速率，v(CO2)＝＝0.05mol·(L·s)－1，同一化学反应中同一时间段内，各物质的反应速率之比等于计量数之比，所以v(N2)＝0.025mol·(L·s)－1。③温度越高反应速率越大，催化剂接触面积越大反应速率越大，反应到达平衡的时间越短。④反应达到平衡状态时，各物质的反应速率不再变化，故a错误；该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行，随反应进行温度升高，当温度不变时，化学平衡常数不变，故b正确；二氧化碳和一氧化氮的物质的量相等时，该反应不一定达到平衡状态，故c错误；反应达到平衡状态时，各物质的质量分数不再发生变化，故d正确。(2)①将第一个方程式减第二个方程式得：CH4(g)＋N2O4(g)===N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)ΔH＝－810.1kJ/mol。②催化剂b表面上二氧化碳得电子和氢离子反应生成甲酸，所以发生的电极反应式为：CO2＋2H＋＋2e－===HCOOH。答案 (1)①< ②0.025mol·(L·s)－1③④bd(2)①CH4(g)＋N2O4(g)===N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)ΔH＝－810.1kJ/mol②CO2＋2H＋＋2e－===HCOOH热点一 化学反应速率(2022·课标Ⅰ9，2022·北京理综12，2022·重庆理综7，2022·\n福建理综12，2022四川理综6)【演练1】化学反应速率的计算反应4CO(g)＋2NO2(g)N2(g)＋4CO2(g)开始进行时CO浓度为4mol·L－1，N2浓度为0。2min后测得N2的浓度为0.6mol·L－1，则此段时间内，下列反应速率表示正确的是( )A．v(CO)＝1.2mol·(L·s)－1B．v(NO2)＝0.3mol·(L·min)－1C．v(N2)＝0.6mol·(L·min)－1D．v(CO2)＝1.2mol·(L·min)－1解析 由题意知N2的反应速率为＝0.3mol·(L·min)－1，根据化学反应速率之比等于化学计量数之比，可得D选项正确。要注意的A项中的单位是mol·(L·s)－1，故不正确。答案 D【演练2】影响化学反应速率的因素硫代硫酸钠溶液与稀硫酸反应的化学方程式为Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋SO2↑＋S↓＋H2O，下列各组实验中最先出现浑浊的是( )实验反应温度/℃Na2S2O3溶液稀H2SO4H2OV/mLc/mol·L－1V/mLc/mol·L－1V/mLA2550.1100.15B2550.250.210C3550.1100.15D3550.250.210答案 D【演练3】用控制变量法研究影响化学反应速率的因素某实验小组以H2O2分解为例，研究浓度、催化剂、溶液酸碱性对反应速率的影响。在常温下按照如下方案完成实验。实验编号反应物催化剂①10mL2%H2O2溶液无\n②10mL5%H2O2溶液无③10mL5%H2O2溶液1mL0.1mol·L－1FeCl3溶液④10mL5%H2O2溶液＋少量HCl溶液1mL0.1mol·L－1FeCl3溶液①10mL5%H2O2溶液＋少量NaOH溶液1mL0.1mol·L－1FeCl3溶液(1)催化剂能加快化学反应速率的原因是__________________________________________________________________________________________________。(2)常温下5%H2O2溶液的pH约为6，H2O2的电离方程式为__________________________________________________________________。(3)实验①和②的目的是________________________________________________________________________________________________________________。实验时由于没有观察到明显现象而无法得出结论。资料显示，通常条件下H2O2稳定，不易分解。为了达到实验目的，你对原实验方案的改进是__________。(4)实验③、④、⑤中，测得生成氧气的体积随时间变化的关系如下图。分析上图能够得出的实验结论是________________________________________________________________________________________________________。答案 (1)降低了活化能(2)H2O2H＋＋HO(3)探究浓度对反应速率的影响 向反应物中加入等量同种催化剂(或将盛有反应物的试管放入同一热水浴中)(4)碱性环境能增大H2O2分解的速率，酸性环境能减小H2O2分解的速率热点二 化学平衡(2022·安徽理综10，2022·四川理综7，2022·江苏化学15，2022·安徽理综11，2022·北京理综11，2022·重庆理综7)【演练4】化学平衡状态的判定\n某一容积为5L的密闭容器内，加入0.2molCO和0.2molH2O，在催化制存在的条件下高温加热，发生如下反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)ΔH>0。反应中CO2的浓度随时间的变化情况如图所示。(1)根据图中数据，反应开始至达到平衡时，v(CO)＝________；反应达到平衡时，c(H2)＝________。(2)判断该反应达到平衡的依据是________。①CO2减少的化学反应速率和CO减少的化学反应速率相等②CO、H2O、CO2、H2的浓度都相等③CO、H2O、CO2、H2的浓度都不再发生变化④正、逆反应速率都为零解析 (1)由图可知10min时反应达到平衙，所以v(CO)＝v(CO2)＝0.03mol·L－1/10min＝0.003mol·L－1·min－1，方程式的化学计量数之比等于反应时物质转化的浓度之比，所以反应达平衡时，c(H2)＝c(CO2)＝0.03mol·L－1。(2)反应达到平衡的标志是反应体系组成不变。正、逆反应速率相等且不为零。CO减少的化学反应速率是正反应速率，CO2减少的化学反应速率是逆反应速率。所以选①③。答案 (1)0.003mol·L－1·min－1 0.03mol·L－1(2)①③【演练5】化学平衡移动对于可逆反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH<0，下列研究目的和示意图相符的是( )ABCD目的影响(p2>p1)反应的影响平衡体系增加N2的浓度对反应的影响催化剂对反应的影响示意图解析 (1)根据到达平衡时间长短判断反应速率大小。\n(2)根据转化率大小以及正逆反应速率关系判断平衡移动方向。答案 C【演练6】化学平衡常数(1)反应Fe(s)＋CO2(g)FeO(s)＋CO(g) ΔH1，平衡常数为K1反应Fe(s)＋H2O(g)FeO(s)＋H2(g) ΔH2，平衡常数为K2在不同温度时K1、K2的值如下表：700℃900℃K11.472.15K22.381.67反应CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH，平衡常数K，则ΔH＝________(用ΔH1和ΔH2表示)，K＝________(用K1和K2表示)，且由上述计算可知，反应CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)是________反应(填“吸热”或“放热”)。(2)一定温度下，向某密闭容器中加入足量铁粉并充入一定量的CO2气体，发生反应Fe(s)＋CO2(g)FeO(s)＋CO(g) ΔH>0，CO2的浓度与时间的关系如图所示：①该条件下反应的平衡常数为________；若铁粉足量，CO2的起始浓度为2.0mol·L－1，则平衡时CO2的浓度为____________mol·L－1。②下列措施中能使平衡时增大的是__________(填序号)。A．升高温度 B．增大压强C．再充入一定量的CO2D．再加入一定量铁粉解析 (1)目标反应可由上述两个反应相减得到，ΔH＝ΔH1－ΔH2，K＝，随温度升高，K1增大，K2减小，所以增大，平衡正向移动，正反应为吸热反应。(2)①平衡时c(CO2)＝0.5mol·L－1，c(CO)＝1mol·L－1，K＝2.0。设平衡时c(CO)＝amol·L－1，则平衡时c(CO2)＝(2－a)mol·L－1，则K＝2.0＝，解得a＝，2－a＝。②升高温度，平衡正向移动，A正确；增大压强，平衡不移动，B错误；充入一定量的CO2，最终得到的是等效平衡，C错误；铁粉不影响平衡的移动，D错误。\n答案 (1)ΔH1－ΔH2 吸热(2)①2.0 0.67(或2/3) ②A【演练7】速率平衡综合图像在容积不变的密闭容器中进行反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH<0。下列各图表示当其他条件不变时，改变某一条件对上述反应的影响，其中分析正确的是( )A．图Ⅰ表示温度对化学平衡的影响，且甲的温度较高B．图Ⅱ表示t0时刻使用催化剂对反应速率的影响C．图Ⅲ表示t0时刻增大O2的浓度对反应速率的影响D．图Ⅳ中a、b、c三点中只有b点已经达到化学平衡状态解析 根据“先拐先平条件高”判断乙的温度较高，A错误；t0时刻，v正、v逆同时增大，而且增大倍数相同，故此时使用了催化剂，B正确；t0时刻增大O2的浓度，v正突然增大，v逆在原平衡基础上增大，具有连续性，C错误；图Ⅳ中a、b、c三点都是在不同温度下的平衡点，D错误。答案 B
