2022屆高考化學(xué)二輪教學(xué)案-命題區(qū)間九角度一　化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素及計算

1．(2021·河北，13)室溫下，某溶液初始時僅溶有M和N且濃度相等，同時發(fā)生以下兩個反應(yīng)：①M＋N=X＋Y；②M＋N=X＋Z，反應(yīng)①的速率可表示為v1＝k1c2(M)，反應(yīng)②的速率可表示為v2＝k2c2(M)(k1、k2為速率常數(shù))。反應(yīng)體系中組分M、Z的濃度隨時間變化情況如圖，下列說法錯誤的是()A．0～30min時間段內(nèi)，Y的平均反應(yīng)速率為6.67×10－8mol·L－1·min－1B．反應(yīng)開始后，體系中Y和Z的濃度之比保持不變C．如果反應(yīng)能進(jìn)行到底，反應(yīng)結(jié)束時62.5%的M轉(zhuǎn)化為ZD．反應(yīng)①的活化能比反應(yīng)②的活化能大答案A解析由圖中數(shù)據(jù)可知，30min時，M、Z的濃度分別為0.300mol·L－1和0.125mol·L－1，則M的變化量為0.5mol·L－1－0.300mol·L－1＝0.200mol·L－1，其中轉(zhuǎn)化為Y的變化量為0.200mol·L－1－0.125mol·L－1＝0.075mol·L－1。因此，0～30min時間段內(nèi)，Y的平均反應(yīng)速率為eq\f(0.075mol·L－1,30min)＝0.0025mol·L－1·min－1，A說法不正確；由題中信息可知，反應(yīng)①和反應(yīng)②的速率之比為eq\f(k1,k2)，Y和Z分別為反應(yīng)①和反應(yīng)②的產(chǎn)物，且兩者與M的化學(xué)計量數(shù)相同(化學(xué)計量數(shù)均為1)，因此反應(yīng)開始后，體系中Y和Z的濃度之比等于eq\f(k1,k2)，由于k1、k2為速率常數(shù)，故該比值保持不變，B說法正確；結(jié)合A、B的分析可知，此反應(yīng)開始后，在相同的時間內(nèi)體系中Y和Z的濃度之比等于eq\f(k1,k2)＝eq\f(0.075mol·L－1,0.125mol·L－1)＝eq\f(3,5)，因此，如果反應(yīng)能進(jìn)行到底，反應(yīng)結(jié)束時有eq\f(5,8)的M轉(zhuǎn)化為Z，即62.5%的M轉(zhuǎn)化為Z，C說法正確；由以上分析可知，在相同的時間內(nèi)生成Z較多、生成Y較少，因此，反應(yīng)①的化學(xué)反應(yīng)速率較小，在同一體系中，活化能較小的化學(xué)反應(yīng)速率較快，故反應(yīng)①的活化能比反應(yīng)②的活化能大，D說法正確。2．[2021·河北，16(4)②Ⅱ]在電解質(zhì)水溶液中，三種不同催化劑(a、b、c)上CO2電還原為CO的反應(yīng)進(jìn)程中(H＋被還原為H2的反應(yīng)可同時發(fā)生)，相對能量變化如圖。由此判斷，CO2電還原為CO從易到難的順序為________________(用a、b、c字母排序)。答案c、b、a解析c催化劑條件下，CO2電還原的活化能小于H＋電還原的活化能，更容易發(fā)生CO2的電還原；而催化劑a和b條件下，CO2電還原的活化能均大于H＋電還原的活化能，相對來說，更易發(fā)生H＋的電還原，其中a催化劑條件下，H＋電還原的活化能比CO2電還原的活化能小的更多，發(fā)生H＋電還原的可能性更大，因此反應(yīng)從易到難的順序為c、b、a。3．[2021·湖南，16(3)]某興趣小組對反應(yīng)2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)進(jìn)行了實驗探究。在一定溫度和催化劑的條件下，將0.1molNH3通入3L的密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)(此時容器內(nèi)總壓為200kPa)，各物質(zhì)的分壓隨時間的變化曲線如圖所示。①若保持容器體積不變，t1時反應(yīng)達(dá)到平衡，用H2的濃度變化表示0～t1時間內(nèi)的反應(yīng)速率v(H2)＝________mol·L－1·min－1(用含t1的代數(shù)式表示)；②t2時將容器體積迅速縮小至原來的一半并保持不變，圖中能正確表示壓縮后N2分壓變化趨勢的曲線是______(用圖中a、b、c、d表示)，理由是_________________________________；③在該溫度下，反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)Kθ＝________。(已知：分壓＝總壓×該組分物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，對于反應(yīng)dD(g)＋eE(g)gG(g)＋hH(g)Kθ＝eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(pG,pθ)))g·\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(pH,pθ)))h,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(pD,pθ)))d·\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(pE,pθ)))e)，其中pθ＝100kPa，pG、pH、pD、pE為各組分的平衡分壓)。答案①eq\f(0.02,t1)②b開始體積減半，N2分壓變?yōu)樵瓉淼?倍，隨后由于加壓平衡逆向移動，N2分壓比原來的2倍要?、?.48解析①設(shè)t1時達(dá)到平衡，轉(zhuǎn)化的NH3的物質(zhì)的量為2xmol，列出三段式：2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)起始/mol0.100轉(zhuǎn)化/mol2xx3x平衡/mol0.1－2xx3x根據(jù)同溫同體積下，混合氣體的物質(zhì)的量之比等于壓強(qiáng)之比，eq\f(0.1,0.1＋2x)＝eq\f(200,120＋120＋40)，解得x＝0.02，v(H2)＝eq\f(0.02×3mol,3L×t1min)＝eq\f(0.02,t1)mol·L－1·min－1。②t2時將容器體積壓縮到原來的一半，開始N2分壓變?yōu)樵瓉淼?倍，隨后由于加壓平衡逆向移動，N2分壓比原來的2倍要小，故b曲線符合。③由圖可知，平衡時，NH3、N2、H2的分壓分別為120kPa、40kPa、120kPa，反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)Kθ＝eq\f(0.4×1.23,1.22)＝0.48。4．[2018·全國卷Ⅱ，27(2)改編]反應(yīng)中催化劑活性會因積碳反應(yīng)而降低，同時存在的消碳反應(yīng)則使積碳量減少。相關(guān)數(shù)據(jù)如下表：反應(yīng)積碳反應(yīng)CH4(g)=C(s)＋2H2(g)消碳反應(yīng)CO2(g)＋C(s)=2CO(g)ΔH/(kJ·mol－1)＋75＋172活化能/(kJ·mol－1)催化劑X3391催化劑Y4372在反應(yīng)進(jìn)料氣組成、壓強(qiáng)及反應(yīng)時間相同的情況下，某催化劑表面的積碳量隨溫度的變化關(guān)系如下圖所示。升高溫度時，下列關(guān)于積碳反應(yīng)、消碳反應(yīng)的平衡常數(shù)(K)和速率(v)的敘述正確的是________(填字母)。A．K積、K消均增加 B．v積減小、v消增加C．K積減小、K消增加 D．v消增加的倍數(shù)比v積增加的倍數(shù)大答案AD解析由表格可知積碳反應(yīng)、消碳反應(yīng)都是吸熱反應(yīng)，溫度升高，平衡右移，K積、K消均增加，反應(yīng)速率均增大，由圖像可知，隨著溫度的升高，催化劑表面的積碳量先增大后減小，所以v消增加的倍數(shù)要比v積增加的倍數(shù)大。5．[2020·全國卷Ⅲ，28]二氧化碳催化加氫合成乙烯是綜合利用CO2的熱點研究領(lǐng)域?；卮鹣铝袉栴}：(1)CO2催化加氫生成乙烯和水的反應(yīng)中，產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比n(C2H4)∶n(H2O)＝________。當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時，若增大壓強(qiáng)，則n(C2H4)________(填“變大”“變小”或“不變”)。(2)理論計算表明，原料初始組成n(CO2)∶n(H2)＝1∶3，在體系壓強(qiáng)為0.1MPa，反應(yīng)達(dá)到平衡時，四種組分的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)x隨溫度T的變化如圖所示。圖中，表示C2H4、CO2變化的曲線分別是____、____。CO2催化加氫合成C2H4反應(yīng)的ΔH________0(填“大于”或“小于”)。(3)根據(jù)圖中點A(440K,0.39)，計算該溫度時反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp＝________(MPa)－3(列出計算式。以分壓表示，分壓＝總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。(4)二氧化碳催化加氫合成乙烯反應(yīng)往往伴隨副反應(yīng)，生成C3H6、C3H8、C4H8等低碳烴。一定溫度和壓強(qiáng)條件下，為了提高反應(yīng)速率和乙烯選擇性，應(yīng)當(dāng)_________________________。答案(1)1∶4變大(2)dc小于(3)eq\f(9,4)×eq\f(1,0.0393)eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(或\f(0.394×\f(0.39,4),0.396×\f(0.39,3)2)×\f(1,0.13)等))(4)選擇合適的催化劑等解析(1)CO2催化加氫生成乙烯和水的化學(xué)方程式為2CO2(g)＋6H2(g)eq\o(,\s\up7(催化劑))C2H4(g)＋4H2O(g)，產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比n(C2H4)∶n(H2O)＝1∶4，該反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡右移，則n(C2H4)變大。(2)由平衡圖像知，390K時四種組分的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)之比滿足1∶3的是曲線c和曲線a，物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)之比滿足1∶4的是曲線d和曲線b，結(jié)合反應(yīng)化學(xué)方程式2CO2(g)＋6H2(g)eq\o(,\s\up7(催化劑))C2H4(g)＋4H2O(g)和原始投料n(CO2)∶n(H2)＝1∶3可得，曲線c表示CO2，曲線a表示H2，曲線d表示C2H4，曲線b表示H2O；由圖像的變化趨勢可知，升高溫度，曲線a、c增大，曲線b、d減小，說明平衡左移，所以正反應(yīng)放熱，ΔH＜0。(3)起始投料比n(CO2)∶n(H2)＝1∶3，平衡時總壓為0.1MPa，結(jié)合反應(yīng)方程式可知p(CO2)∶p(H2)＝1∶3，p(C2H4)∶p(H2O)＝1∶4，由圖像可知p(H2)＝p(H2O)＝0.1×0.39MPa，所以p(CO2)＝eq\f(0.1,3)×0.39MPa，p(C2H4)＝eq\f(0.1,4)×0.39MPa。根據(jù)反應(yīng)的化學(xué)方程式：2CO2(g)＋6H2(g)eq\o(,\s\up7(催化劑))C2H4(g)＋4H2O(g)平衡時壓強(qiáng)/MPaeq\f(0.1,3)×0.390.1×0.39eq\f(0.1,4)×0.390.1×0.39該溫度下的平衡常數(shù)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)在一定溫度和壓強(qiáng)下，為了提高反應(yīng)速率和乙烯的選擇性，減少副反應(yīng)的發(fā)生，應(yīng)當(dāng)選擇合適的催化劑等?；瘜W(xué)反應(yīng)速率影響因素和計算T1、T2、T3①、T4、T5(4)化學(xué)平衡影響因素及相關(guān)計算T3②③、T5(1)(2)(3)化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡是每年高考的必考內(nèi)容?；瘜W(xué)反應(yīng)速率重點考查影響因素，常結(jié)合化學(xué)平衡的應(yīng)用進(jìn)行綜合考查，有時在選擇題和填空題中單獨考查，應(yīng)注意理論聯(lián)系實際，靈活分析。高考對化學(xué)平衡的考查，往往結(jié)合圖表信息對化學(xué)平衡的影響因素和平衡轉(zhuǎn)化率及平衡常數(shù)特別是Kp的計算進(jìn)行綜合考查，平時應(yīng)加強(qiáng)針對性訓(xùn)練，注重規(guī)律和方法技能的總結(jié)，提高解題能力。角度一化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素及計算1．化學(xué)反應(yīng)速率的計算(1)依據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率的定義式“v(X)＝eq\f(|Δc|,Δt)＝eq\f(|Δn|,V·Δt)”進(jìn)行計算。(2)根據(jù)不同物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)計量數(shù)的關(guān)系進(jìn)行計算：對于反應(yīng)“mA(g)＋nB(g)=pC(g)＋qD(g)”，有v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q。2．化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)(1)假設(shè)基元反應(yīng)(能夠一步完成的反應(yīng))為aA(g)＋bB(g)=cC(g)＋dD(g)，其速率可表示為v＝k·ca(A)·cb(B)，式中的k稱為反應(yīng)速率常數(shù)或速率常數(shù)，它表示單位濃度下的化學(xué)反應(yīng)速率，與濃度無關(guān)，但受溫度、催化劑、固體表面性質(zhì)等因素的影響，通常反應(yīng)速率常數(shù)越大，反應(yīng)進(jìn)行得越快。不同反應(yīng)有不同的速率常數(shù)。(2)正、逆反應(yīng)的速率常數(shù)與平衡常數(shù)的關(guān)系對于基元反應(yīng)aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)，v正＝k正·ca(A)·cb(B)，v逆＝k逆·cc(C)·cd(D)，平衡常數(shù)K＝eq\f(ccC·cdD,caA·cbB)＝eq\f(k正·v逆,k逆·v正)，反應(yīng)達(dá)到平衡時v正＝v逆，故K＝eq\f(k正,k逆)。3．反應(yīng)歷程中的活化能及與速率的關(guān)系(1)多步反應(yīng)的活化能：一個化學(xué)反應(yīng)由多個基元反應(yīng)完成，每一個基元反應(yīng)都經(jīng)歷一個過渡態(tài)，及達(dá)到該過渡態(tài)所需要的活化能(如圖E1、E2)。(2)活化能和速率的關(guān)系：基元反應(yīng)的活化能越大，反應(yīng)物到達(dá)過渡態(tài)就越不容易，該基元反應(yīng)速率就越慢。一個化學(xué)反應(yīng)的速率取決于速率最慢的基元反應(yīng)。4．影響化學(xué)反應(yīng)速率的外因相同的化學(xué)反應(yīng)，在不同條件下，化學(xué)反應(yīng)速率不同，主要原因是外因——濃度、壓強(qiáng)、溫度、催化劑、光照、接觸面積等因素不同所致。(1)濃度(c)：增大(減小)反應(yīng)物濃度→單位體積內(nèi)活化分子數(shù)目增加(減少)，活化分子百分?jǐn)?shù)不變→有效碰撞頻率提高(降低)→化學(xué)反應(yīng)速率加快(減慢)。(2)壓強(qiáng)(p)：對于氣相反應(yīng)來說，增大(減小)壓強(qiáng)→相當(dāng)于減小(增大)容器容積→相當(dāng)于增大(減小)反應(yīng)物的濃度→化學(xué)反應(yīng)速率加快(減慢)。注意：“惰性氣體”對反應(yīng)速率的影響。a．恒溫恒容：充入“惰性氣體”eq\o(→,\s\up7(引起))總壓增大→參與反應(yīng)的物質(zhì)濃度不變(活化分子濃度不變)→反應(yīng)速率不變。b．恒溫恒壓：充入“惰性氣體”eq\o(→,\s\up7(引起))體積增大eq\o(→,\s\up7(引起))參與反應(yīng)的物質(zhì)濃度減小(活化分子濃度減小)eq\o(→,\s\up7(引起))反應(yīng)速率減慢。(3)溫度(T)：升高(降低)溫度→活化分子百分?jǐn)?shù)增大(減小)→有效碰撞頻率提高(降低)→化學(xué)反應(yīng)速率加快(減慢)。(4)催化劑①添加催化劑→降低反應(yīng)的活化能→活化分子百分?jǐn)?shù)增大→有效碰撞頻率提高→化學(xué)反應(yīng)速率加快。②添加催化劑→降低反應(yīng)的活化能→降低反應(yīng)所需的溫度→減少能耗。1．已知：CaCO3＋2HCl=CaCl2＋CO2↑＋H2OΔH＜0。下列說法不正確的是()A．其他條件不變，適當(dāng)增大鹽酸的濃度將加快化學(xué)反應(yīng)速率B．其他條件不變，適當(dāng)增加CaCO3的用量將加快化學(xué)反應(yīng)速率C．反應(yīng)過程中，化學(xué)反應(yīng)速率將先增大后減小D．一定條件下反應(yīng)速率改變，ΔH不變答案B解析鹽酸濃度增大，H＋濃度增大，反應(yīng)速率加快，A項正確；由于CaCO3是固體，若只增大其用量，而不增大其與鹽酸的接觸面積，化學(xué)反應(yīng)速率將不變，B項錯誤；由于反應(yīng)放熱，反應(yīng)過程中溫度升高，反應(yīng)速率會變快，但隨著鹽酸濃度的減小，反應(yīng)速率會逐漸變慢，C項正確；反應(yīng)焓變與反應(yīng)物和生成物的狀態(tài)和化學(xué)計量數(shù)有關(guān)，與反應(yīng)快慢無關(guān)，D項正確。2．(2021·青島高三模擬)如圖(Ea表示活化能)是CH4與Cl2生成CH3Cl的部分反應(yīng)過程中各物質(zhì)能量變化關(guān)系圖，下列說法正確的是()A．Cl·可由Cl2在高溫條件下生成，是CH4與Cl2反應(yīng)的催化劑B．升高溫度，Ea1、Ea2均減小，反應(yīng)速率加快C．增大Cl2的濃度，可提高反應(yīng)速率，但不影響ΔH的大小D．第一步反應(yīng)的速率大于第二步反應(yīng)答案C解析Cl·由Cl2在光照條件下生成，是CH4與Cl2反應(yīng)的“中間體”，而不是反應(yīng)的催化劑，A錯誤；Ea1、Ea2分別為第一步反應(yīng)、第二步反應(yīng)所需活化能，升高溫度，反應(yīng)所需活化能不變，即Ea1、Ea2不變，B錯誤；Cl2是該反應(yīng)的反應(yīng)物，增大反應(yīng)物的濃度，反應(yīng)速率增大，而反應(yīng)的ΔH和反應(yīng)的途徑無關(guān)，只與反應(yīng)的始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，即增大氯氣的濃度不影響ΔH的大小，C正確；第一步反應(yīng)所需活化能Ea1大于第二步反應(yīng)所需活化能Ea2，第一步反應(yīng)單位體積內(nèi)活化分子百分?jǐn)?shù)低于第二步反應(yīng)，故第二步反應(yīng)速率更大，D錯誤。3．Boderlscens研究反應(yīng)：H2(g)＋I(xiàn)2(g)2HI(g)ΔH＜0，溫度為T時，在兩個體積均為1L的密閉容器中進(jìn)行實驗，測得氣體混合物中碘化氫的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)w(HI)與反應(yīng)時間t的關(guān)系如下表：容器編號起始物質(zhì)t/min020406080100Ⅰ0.5molI2、0.5molH2w(HI)/%05068768080ⅡxmolHIw(HI)/%1009184818080研究發(fā)現(xiàn)上述反應(yīng)中v正＝ka·w(H2)·w(I2)，v逆＝kb·w2(HI)，其中ka、kb為常數(shù)。下列說法正確的是()A．溫度為T時，該反應(yīng)的eq\f(ka,kb)＝80B．容器Ⅰ中前20min的平均速率v(HI)＝0.0125mol·L－1·min－1C．若起始時，向容器Ⅰ中加入物質(zhì)的量均為0.1mol的H2、I2、HI，反應(yīng)逆向進(jìn)行D．若兩容器中，ka(Ⅰ)＝ka(Ⅱ)，且kb(Ⅰ)＝kb(Ⅱ)，則x的值一定為1答案D解析溫度為T，v正＝v逆時，該反應(yīng)的eq\f(ka,kb)＝eq\f(w2HI,wH2·wI2)＝eq\f(0.82,0.1×0.1)＝64，A項錯誤；容器Ⅰ中第20min時，w(HI)＝50%，則物質(zhì)的量為0.5mol，故平均速率v(HI)＝eq\f(\f(0.5mol,1L),20min)＝0.025mol·L－1·min－1，B項錯誤；若起始時，向容器Ⅰ中加入物質(zhì)的量均為0.1mol的H2、I2、HI，Q＝eq\f(0.12,0.1×0.1)＝1＜64，正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率，反應(yīng)正向進(jìn)行，C項錯誤；若兩容器中，ka(Ⅰ)＝ka(Ⅱ)，且kb(Ⅰ)＝kb(Ⅱ)，則為恒溫恒容條件下的等效平衡，則x的值一定為1，D項正確。4．(2020·淄博模擬)Burns和Dainton研究發(fā)現(xiàn)Cl2與CO合成COCl2的反應(yīng)機(jī)理如下：①Cl2(g)2Cl·(g)快；②CO(g)＋Cl·(g)COCl·(g)快；③COCl·(g)＋Cl2(g)COCl2(g)＋Cl·(g)慢其中反應(yīng)②存在v正＝k正·c(CO)·c(Cl·)、v逆＝k逆·c(COCl·)，下列說法正確的是()A．反應(yīng)①的活化能大于反應(yīng)③的活化能B．反應(yīng)②的平衡常數(shù)K＝eq\f(k正,k逆)C．要提高合成COCl2的速率，關(guān)鍵是提高反應(yīng)②的速率D．選擇合適的催化劑加快該反應(yīng)的速率，并提高COCl2的平衡產(chǎn)率答案B解析①是快反應(yīng)，③是慢反應(yīng)，則反應(yīng)①的活化能小于反應(yīng)③的活化能，A錯誤；反應(yīng)②達(dá)到平衡時v正＝v逆，則有k正·c(CO)·c(Cl·)＝k逆·c(COCl·)，反應(yīng)②的平衡常數(shù)為K＝eq\f(cCOCl·,cCO·cCl·)＝eq\f(k正,k逆)，B正確；整個過程中反應(yīng)速率由慢反應(yīng)決定，反應(yīng)③是慢反應(yīng)，故提高合成COCl2的速率