化学反应速率与化学平衡高考题分析

化学反应速率与化学平衡高考题分析

《化学反应速率及化学平衡》在近三年高考题中的考查情况一、近三年高考考察点及特点：全国Ⅰ卷全国Ⅱ卷全国Ⅲ卷2018年第28题：涉及知识有反应速率的计算、分压的计算（三段式）、平衡的移动方向、平衡常数的计算、有效碰撞、活化能特点：利用物质分压代替浓度进行计算，陌生度增加第27题：涉及知识有提高转化率的方法、平衡常数的计算（三段式）、活化能与催化剂的优劣、图像分析（积碳量－温度，积碳量－时间、压强）、速率方程的计算特点：利用活化能变化分析催化剂的优劣第28题:涉及知识有图像分析（转化率－时间）、转化率计算、平衡常数的计算、提高转化率及反应速率的方法、速率方程的计算特点：利用物质的量分数代替浓度进行计算、先推出速率方程表达式再计算，难度增大2017年第28题：涉及知识有平衡转化率的计算、平衡常数的计算（三段式）、平衡的移动方向及结果、转化率的变化特点：利用物质的量分数进行计算第27题：涉及知识有图像分析（转化率－温度、产率－温度、产率－投料比）、提高转化率的方法、不同条件对产率的影响特点：图像信息量大、对分析图像的能力要求高第28题：涉及知识有图像分析（浓度－时间）、平衡状态的判断、平衡移动的方向与速率的关系、平衡常数的计算特点：计算时需考虑体积改变引起浓度的变化2016年第27题：涉及知识有图像分析（浓度－浓度）、平衡转化率的变化及条件、平衡常数的计算（三段式）特点：常规、量少第27题：涉及知识有提高产率的条件、图像分析（产率－温度、产率－投料比）、平衡移动的方向及原因、投料比计算第27题：涉及知识有平衡移动的方向及条件、活化能、图像分析（分压－温度）、平衡常数表达式 二、各知识点重复考查情况知识点2018年2017年2016年Ⅰ卷Ⅱ卷Ⅲ卷Ⅰ卷Ⅱ卷Ⅲ卷Ⅰ卷Ⅱ卷Ⅲ卷反应速率的计算√影响速率的因素√速率方程表达式及计算√平衡移动的方向√√√√√√√√平衡移动的结果（产率及转化率的变化）√√√√√√√产率及转化率的计算√√平衡常数的表达式及计算√√√√√√√平衡状态的判断√平衡与速率的关系√活化能√√√有效碰撞√三段式的应用√√√√图像分析√√√√√√√三、题型特点：1、题干信息：多以工业生产过程为考查内容，并结合热化学知识（反应热的计算或热化学方程式的书写）、化学方程式的书写等，重点考察化学平衡及化学反应速率的核心知识。2、设问内容：考查知识比较广泛，但可看出重点在于：①平衡移动的方向（8次）：包括引起平衡移动的条件的判断、平衡的移动等。②平衡移动的结果（7次）：对平衡移动的方向重点体现在结果分析上，即引起了转化率或产率的如何改变，与生产实际相结合。③平衡常数（7次）：重点在于平衡常数的计算，间或考察表达式。3、知识运用方面：①图像分析（7次）：且图像内容不统一，考察角度多变。②计算中三段式的应用（4次）：平衡常数或转化率的计算需应用三段式③计算（12次）：考察计算次数多且角度多，如平衡常数的计算、转化率的计算、反应速率的计算、速率方程的计算、投料比的计算、分压的计算等等。 四、三年的题型变化：近三年来，该题型的分值、考察范围、难度、陌生度均有提高。如图像的内容多变，分压的计算角度多变，对学生知识的理解、运用能力的要求均在提高。同时要注意对有效碰撞理论、活化能知识的理解及运用的考察。五、2019年考察方向预测仍然以工业生产过程为考察点，重心仍然为图像分析、平衡移动的方向及结果、平衡常数的计算等方面。但要注意相关知识的运用，如催化剂、活化能、有效碰撞、以分压（或其它量）代替浓度的计算等。六、附：近三年相关内容高考题2018年：全国Ⅰ卷第28题：（15分）采用N2O5为硝化剂是一种新型的绿色硝化技术，在含能材料、医药等工业中得到广泛应用，回答下列问题：（2）F.Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25℃时N2O5(g)分解反应：其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡，体系的总压强p随时间t的变化如下表所示（t=∞时，N2O4(g)完全分解）：t/min0408016026013001700∞p/kPa35.840.342.5.45.949.261.262.363.1②研究表明，N2O5(g)分解的反应速率v=2×10−3×(kPa·min−1)，t=62min时，测得体系中=2.9kPa，则此时的=________kPa，v=_______kPa·min−1。③若提高反应温度至35℃，则N2O5(g)完全分解后体系压强p∞(35℃)____63.1kPa（填“大于”“等于”或“小于”），原因是________。④25℃时N2O4(g)2NO2(g)反应的平衡常数Kp=_______kPa（Kp为以分压表示的平衡常数，计算结果保留1位小数）。（3）对于反应2N2O5(g)→4NO2(g)+O2(g)，R.A.Ogg提出如下反应历程：第一步N2O5NO3+NO2快速平衡第二步NO2+NO3→NO+NO2+O2慢反应第三步NO+NO3→2NO2快反应 其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡。下列表述正确的是_________（填标号)。A．v(第一步的逆反应)>v(第二步反应)B．反应的中间产物只有NO3C．第二步中NO2与NO3的碰撞仅部分有效D．第三步反应活化能较高【答案】（2）①53.1②30.06.0×10－2③大于温度提高，体积不变，总压强提高；NO2二聚为放热反应，温度提高，平衡左移，体系物质的量增加，总压强提高④13.4（3）AC2018年全国Ⅱ卷第27题：（14分）CH4-CO2催化重整不仅可以得到合成气（CO和H2），还对温室气体的减排具有重要意义。回答下列问题：（1）CH4-CO2催化重整反应为：CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)。已知：C(s)+2H2(g)=C(g)ΔH=-75kJ·mol−1C(s)+O2(g)=CO2(g)ΔH=-394kJ·mol−1C(s)+(g)=CO(g)ΔH=-111kJ·mol−1该催化重整反应的ΔH==______kJ·mol−1，有利于提高CH4平衡转化率的条件是____（填标号）。A．高温低压B．低温高压C．高温高压D．低温低压某温度下，在体积为2L的容器中加入2molCH4、1molCO2以及催化剂进行重整反应，达到平衡时CO2的转化率是50%，其平衡常数为_______mol2·L−2。（2）反应中催化剂话性会因积碳反应而降低，同时存在的消碳反应则使积碳量减少。相关数据如下表：积碳反应CH4(g)=C(s)+2H2(g)消碳反应CO2(g)+C(s)=2CO(g)ΔH/(kJ·mol−1)75172活化能/(kJ·mol−1)催化剂X3391催化剂Y4372 ①由上表判断，催化剂X____Y（填“优于”或“劣于”），理由是_________________。在反应进料气组成、压强及反应时同相同的情况下，某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如图所示。升高温度时，下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数（K）和速率（v）的叙述正确的是________填标号）。A．K积、K消均增加B．v积减小，v消增加C．K积减小，K消增加D．v消增加的倍数比v积增加的倍数大②在一定温度下，测得某催化剂上沉积碳的生成速率方v=k·p(CH4)·（k为速率常数）。在p(CH4)一定时，不同p(CO2)下积碳量随时间的变化趋势如图所示，则pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序为________________。【答案】（1）247A（2）①劣于相对于催化剂X，催化剂Y积碳反应的活化能大，积碳反应的速率小；而消碳反应活化能相对小，消碳反应速率大AD②pc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2)2018年全国Ⅲ卷第28题：（15分）三氯氢硅（SiHCl3）是制备硅烷、多晶硅的重要原料。回答下列问题：（3）对于反应2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)，采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂，在323K和343K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。 ①343K时反应的平衡转化率α=_________%。平衡常数K343K=__________（保留2位小数）。②在343K下：要提高SiHCl3转化率，可采取的措施是___________；要缩短反应达到平衡的时间，可采取的措施有____________、___________。③比较a、b处反应速率大小：va________vb（填“大于”“小于”或“等于”）。反应速率v=v正−v逆=−，k正、k逆分别为正、逆向反应速率常数，x为物质的量分数，计算a处=__________（保留1位小数）。【答案】（3）①220.02②及时移去产物改进催化剂提高反应物压强（浓度）③大于1.32017年全国Ⅰ卷第28题：（14分）近期发现，H2S是继NO、CO之后的第三个生命体系气体信号分子，它具有参与调节神经信号传递、舒张血管减轻高血压的功能。回答下列问题：（3）H2S与CO2在高温下发生反应：H2S(g)+CO2(g)COS(g)+H2O(g)。在610K时，将0.10molCO2与0.40molH2S充入2.5L的空钢瓶中，反应平衡后水的物质的量分数为0.02。①H2S的平衡转化率=_______%，反应平衡常数K=________。②在620K重复试验，平衡后水的物质的量分数为0.03，H2S的转化率_____，该反应的H_____0。（填“>”“<”或“=”）③向反应器中再分别充入下列气体，能使H2S转化率增大的是________（填标号）A．H2SB．CO2C．COSD．N2 【答案】（3）①2.52.8×10-37②>>③B2017年全国Ⅱ卷第27题：（14分）丁烯是一种重要的化工原料，可由丁烷催化脱氢制备。回答下列问题：（1）正丁烷（C4H10）脱氢制1-丁烯（C4H8）的热化学方程式如下：①C4H10(g)=C4H8(g)+H2(g)ΔH1已知：②C4H10(g)+O2(g)=C4H8(g)+H2O(g)ΔH2=−119kJ·mol−1③H2(g)+O2(g)=H2O(g)ΔH3=−242kJ·mol−1反应①的ΔH1为________kJ·mol−1。图（a）是反应①平衡转化率与反应温度及压强的关系图，x_________0.1（填“大于”或“小于”）；欲使丁烯的平衡产率提高，应采取的措施是__________（填标号）。A．升高温度B．降低温度C．增大压强D．降低压强（2）丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器（氢气的作用是活化催化剂），出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。图（b）为丁烯产率与进料气中n（氢气）/n（丁烷）的关系。图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势，其降低的原因是___________。（3）图（c）为反应产率和反应温度的关系曲线，副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。丁烯产率在590℃之前随温度升高而增大的原因可能是___________、____________；590℃之后，丁烯产率快速降低的主要原因可能是_____________。【答案】（1）123小于AD（2）氢气是产物之一，随着n(氢气)/n(丁烷)增大，逆反应速率增大（3）升高温度有利于反应向吸热方向进行温度升高反应速率加快 丁烯高温裂解生成短链烃类2017年全国Ⅲ卷第28题：（14分）砷（As）是第四周期ⅤA族元素，可以形成As2S3、As2O5、H3AsO3、H3AsO4等化合物，有着广泛的用途。回答下列问题：（4）298K时，将20mL3xmol·L−1Na3AsO3、20mL3xmol·L−1I2和20mLNaOH溶液混合，发生反应：(aq)+I2(aq)+2OH−(aq)(aq)+2I−(aq)+H2O(l)。溶液中c()与反应时间（t）的关系如图所示。①下列可判断反应达到平衡的是__________（填标号）。a.溶液的pH不再变化b.v(I−)=2v()c.c()/c()不再变化d.c(I−)=ymol·L−1②tm时，v正_____v逆（填“大于”“小于”或“等于”）。③tm时v逆_____tn时v逆（填“大于”“小于”或“等于”），理由是_____________。④若平衡时溶液的pH=14，则该反应的平衡常数K为___________。【答案】(4)①a、c②大于③小于tm时生成物浓度较低④2016年全国Ⅰ卷第27题：10．元素铬(Cr)在溶液中主要以Cr3+(蓝紫色)、Cr(OH)4−(绿色)、Cr2O72−(橙红色)、CrO42−(黄色)等形式存在，Cr(OH)3为难溶于水的灰蓝色固体，回答下列问题：（2）CrO42−和Cr2O72−在溶液中可相互转化。室温下，初始浓度为1.0molL−1的Na2CrO4溶液中c(Cr2O72−)随c(H+)的变化如图所示。 ①用离子方程式表示Na2CrO4溶液中的转化反应____________。②由图可知，溶液酸性增大，CrO42−的平衡转化率__________(填“增大”“减小”或“不变”)。根据A点数据，计算出该转化反应的平衡常数为__________。③升高温度，溶液中CrO42−的平衡转化率减小，则该反应的ΔH______0(填“大于”“小于”或“等于”)。【答案】（2）①2CrO42-+2H＋Cr2O72-+H2O；②增大；1.0×1014；③小于；2016年全国Ⅱ卷第27题：丙烯腈（CH2=CHCN）是一种重要的化工原料，工业上可用“丙烯氨氧化法”生产，主要副产物有丙烯醛（CH2=CHCHO）和乙腈（CH3CN）等，回答下列问题：（1）以丙烯、氨、氧气为原料，在催化剂存在下生成丙烯腈（C3H3N）和副产物丙烯醛（C3H4O）的热化学方程式如下：①C3H6(g)+NH3(g)+3/2O2(g)=C3H3N(g)+3H2O(g)ΔH=-515kJ/mol①C3H6(g)+O2(g)=C3H4O(g)+H2O(g)ΔH=-353kJ/mol两个反应在热力学上趋势均很大，其原因是________；有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是________；提高丙烯腈反应选择性的关键因素是________。（2）图（a）为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线，最高产率对应温度为460℃。低于460℃时，丙烯腈的产率________（填“是”或者“不是”）对应温度下的平衡产率，判断理由是________；高于460℃时，丙烯腈产率降低的可能原因是________（双选，填标号）A．催化剂活性降低B．平衡常数变大C．副反应增多D．反应活化能增大（3）丙烯腈和丙烯醛的产率与n（氨）/n（丙烯）的关系如图（b）所示。由图可知，最佳n（氨）/n（丙烯）约为，理由是_______________。进料氨、空气、丙烯的理论体积约为________。【答案】（1）两个反应均为放热量大的反应降低温度降低压强催化剂（2）不是该反应为放热反应，平衡产率应随温度升高而降低AC（3）1该比例下丙烯腈产率最高，而副产物丙烯醛产率最低1：7.5：1 2016年全国Ⅲ卷第27题：煤燃烧排放的烟气含有SO2和NOx，形成酸雨、污染大气，采用NaClO2溶液作为吸收剂可同时对烟气进行脱硫、脱硝。回答下列问题：（2）在鼓泡反应器中通入含有SO2和NO的烟气，反应温度为323K，NaClO2溶液浓度为5×10−3mol·L−1。反应一段时间后溶液中离子浓度的分析结果如下表。离子SO42−SO32−NO3−NO2−Cl−c/（mol·L−1）8.35×10−46.87×10−61.5×10−41.2×10−53.4×10−3①写出NaClO2溶液脱硝过程中主要反应的离子方程式__________。增加压强，NO的转化率______（填“提高”、“不变”或“降低”）。②随着吸收反应的进行，吸收剂溶液的pH逐渐______（填“增大”“不变”或“减小”）。③由实验结果可知，脱硫反应速率______脱硝反应速率（填“大于”或“小于”）。原因是除了SO2和NO在烟气中的初始浓度不同，还可能是___________。（3）在不同温度下，NaClO2溶液脱硫、脱硝的反应中，SO2和NO的平衡分压pe如图所示。①由图分析可知，反应温度升高，脱硫、脱硝反应的平衡常数均______________（填“增大”、“不变”或“减小”）。②反应ClO2−+2SO32−===2SO42−+Cl−的平衡常数K表达式为___________。（4）如果采用NaClO、Ca（ClO）2替代NaClO2，也能得到较好的烟气脱硫效果。①从化学平衡原理分析，Ca（ClO）2相比NaClO具有的优点是_______。【答案】（2）①4OH-＋3ClO2－＋4NO＝4NO3－＋3Cl－＋2H2O；提高②减小；③大于；NO溶解度较低或脱硝反应活化能较高（3）①减小；②（4）①形成CaSO4沉淀，反应平衡向产物方向移动，SO2转化率提高②△H1＋△H2－△H3