2022届高考化学二轮教学案-命题区间九角度一　化学反应速率的影响因素及计算

1．(2021·河北，13)室温下，某溶液初始时仅溶有M和N且浓度相等，同时发生以下两个反应：①M＋N=X＋Y；②M＋N=X＋Z，反应①的速率可表示为v1＝k1c2(M)，反应②的速率可表示为v2＝k2c2(M)(k1、k2为速率常数)。反应体系中组分M、Z的浓度随时间变化情况如图，下列说法错误的是()A．0～30min时间段内，Y的平均反应速率为6.67×10－8mol·L－1·min－1B．反应开始后，体系中Y和Z的浓度之比保持不变C．如果反应能进行到底，反应结束时62.5%的M转化为ZD．反应①的活化能比反应②的活化能大答案A解析由图中数据可知，30min时，M、Z的浓度分别为0.300mol·L－1和0.125mol·L－1，则M的变化量为0.5mol·L－1－0.300mol·L－1＝0.200mol·L－1，其中转化为Y的变化量为0.200mol·L－1－0.125mol·L－1＝0.075mol·L－1。因此，0～30min时间段内，Y的平均反应速率为eq\f(0.075mol·L－1,30min)＝0.0025mol·L－1·min－1，A说法不正确；由题中信息可知，反应①和反应②的速率之比为eq\f(k1,k2)，Y和Z分别为反应①和反应②的产物，且两者与M的化学计量数相同(化学计量数均为1)，因此反应开始后，体系中Y和Z的浓度之比等于eq\f(k1,k2)，由于k1、k2为速率常数，故该比值保持不变，B说法正确；结合A、B的分析可知，此反应开始后，在相同的时间内体系中Y和Z的浓度之比等于eq\f(k1,k2)＝eq\f(0.075mol·L－1,0.125mol·L－1)＝eq\f(3,5)，因此，如果反应能进行到底，反应结束时有eq\f(5,8)的M转化为Z，即62.5%的M转化为Z，C说法正确；由以上分析可知，在相同的时间内生成Z较多、生成Y较少，因此，反应①的化学反应速率较小，在同一体系中，活化能较小的化学反应速率较快，故反应①的活化能比反应②的活化能大，D说法正确。2．[2021·河北，16(4)②Ⅱ]在电解质水溶液中，三种不同催化剂(a、b、c)上CO2电还原为CO的反应进程中(H＋被还原为H2的反应可同时发生)，相对能量变化如图。由此判断，CO2电还原为CO从易到难的顺序为________________(用a、b、c字母排序)。答案c、b、a解析c催化剂条件下，CO2电还原的活化能小于H＋电还原的活化能，更容易发生CO2的电还原；而催化剂a和b条件下，CO2电还原的活化能均大于H＋电还原的活化能，相对来说，更易发生H＋的电还原，其中a催化剂条件下，H＋电还原的活化能比CO2电还原的活化能小的更多，发生H＋电还原的可能性更大，因此反应从易到难的顺序为c、b、a。3．[2021·湖南，16(3)]某兴趣小组对反应2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)进行了实验探究。在一定温度和催化剂的条件下，将0.1molNH3通入3L的密闭容器中进行反应(此时容器内总压为200kPa)，各物质的分压随时间的变化曲线如图所示。①若保持容器体积不变，t1时反应达到平衡，用H2的浓度变化表示0～t1时间内的反应速率v(H2)＝________mol·L－1·min－1(用含t1的代数式表示)；②t2时将容器体积迅速缩小至原来的一半并保持不变，图中能正确表示压缩后N2分压变化趋势的曲线是______(用图中a、b、c、d表示)，理由是_________________________________；③在该温度下，反应的标准平衡常数Kθ＝________。(已知：分压＝总压×该组分物质的量分数，对于反应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为各组分的平衡分压)。答案①eq\f(0.02,t1)②b开始体积减半，N2分压变为原来的2倍，随后由于加压平衡逆向移动，N2分压比原来的2倍要小③0.48解析①设t1时达到平衡，转化的NH3的物质的量为2xmol，列出三段式：2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)起始/mol0.100转化/mol2xx3x平衡/mol0.1－2xx3x根据同温同体积下，混合气体的物质的量之比等于压强之比，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时将容器体积压缩到原来的一半，开始N2分压变为原来的2倍，随后由于加压平衡逆向移动，N2分压比原来的2倍要小，故b曲线符合。③由图可知，平衡时，NH3、N2、H2的分压分别为120kPa、40kPa、120kPa，反应的标准平衡常数Kθ＝eq\f(0.4×1.23,1.22)＝0.48。4．[2018·全国卷Ⅱ，27(2)改编]反应中催化剂活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：反应积碳反应CH4(g)=C(s)＋2H2(g)消碳反应CO2(g)＋C(s)=2CO(g)ΔH/(kJ·mol－1)＋75＋172活化能/(kJ·mol－1)催化剂X3391催化剂Y4372在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下，某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如下图所示。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________(填字母)。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积增加的倍数大答案AD解析由表格可知积碳反应、消碳反应都是吸热反应，温度升高，平衡右移，K积、K消均增加，反应速率均增大，由图像可知，随着温度的升高，催化剂表面的积碳量先增大后减小，所以v消增加的倍数要比v积增加的倍数大。5．[2020·全国卷Ⅲ，28]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)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)＝1∶3，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ΔH________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)1∶4变大(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)选择合适的催化剂等解析(1)CO2催化加氢生成乙烯和水的化学方程式为2CO2(g)＋6H2(g)eq\o(,\s\up7(催化剂))C2H4(g)＋4H2O(g)，产物的物质的量之比n(C2H4)∶n(H2O)＝1∶4，该反应是气体体积减小的反应，增大压强平衡右移，则n(C2H4)变大。(2)由平衡图像知，390K时四种组分的物质的量分数之比满足1∶3的是曲线c和曲线a，物质的量分数之比满足1∶4的是曲线d和曲线b，结合反应化学方程式2CO2(g)＋6H2(g)eq\o(,\s\up7(催化剂))C2H4(g)＋4H2O(g)和原始投料n(CO2)∶n(H2)＝1∶3可得，曲线c表示CO2，曲线a表示H2，曲线d表示C2H4，曲线b表示H2O；由图像的变化趋势可知，升高温度，曲线a、c增大，曲线b、d减小，说明平衡左移，所以正反应放热，ΔH＜0。(3)起始投料比n(CO2)∶n(H2)＝1∶3，平衡时总压为0.1MPa，结合反应方程式可知p(CO2)∶p(H2)＝1∶3，p(C2H4)∶p(H2O)＝1∶4，由图像可知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。根据反应的化学方程式：2CO2(g)＋6H2(g)eq\o(,\s\up7(催化剂))C2H4(g)＋4H2O(g)平衡时压强/MPaeq\f(0.1,3)×0.390.1×0.39eq\f(0.1,4)×0.390.1×0.39该温度下的平衡常数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)在一定温度和压强下，为了提高反应速率和乙烯的选择性，减少副反应的发生，应当选择合适的催化剂等。化学反应速率影响因素和计算T1、T2、T3①、T4、T5(4)化学平衡影响因素及相关计算T3②③、T5(1)(2)(3)化学反应速率与化学平衡是每年高考的必考内容。化学反应速率重点考查影响因素，常结合化学平衡的应用进行综合考查，有时在选择题和填空题中单独考查，应注意理论联系实际，灵活分析。高考对化学平衡的考查，往往结合图表信息对化学平衡的影响因素和平衡转化率及平衡常数特别是Kp的计算进行综合考查，平时应加强针对性训练，注重规律和方法技能的总结，提高解题能力。角度一化学反应速率的影响因素及计算1．化学反应速率的计算(1)依据化学反应速率的定义式“v(X)＝eq\f(|Δc|,Δt)＝eq\f(|Δn|,V·Δt)”进行计算。(2)根据不同物质的化学反应速率与化学计量数的关系进行计算：对于反应“mA(g)＋nB(g)=pC(g)＋qD(g)”，有v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q。2．化学反应速率常数(1)假设基元反应(能够一步完成的反应)为aA(g)＋bB(g)=cC(g)＋dD(g)，其速率可表示为v＝k·ca(A)·cb(B)，式中的k称为反应速率常数或速率常数，它表示单位浓度下的化学反应速率，与浓度无关，但受温度、催化剂、固体表面性质等因素的影响，通常反应速率常数越大，反应进行得越快。不同反应有不同的速率常数。(2)正、逆反应的速率常数与平衡常数的关系对于基元反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)，v正＝k正·ca(A)·cb(B)，v逆＝k逆·cc(C)·cd(D)，平衡常数K＝eq\f(ccC·cdD,caA·cbB)＝eq\f(k正·v逆,k逆·v正)，反应达到平衡时v正＝v逆，故K＝eq\f(k正,k逆)。3．反应历程中的活化能及与速率的关系(1)多步反应的活化能：一个化学反应由多个基元反应完成，每一个基元反应都经历一个过渡态，及达到该过渡态所需要的活化能(如图E1、E2)。(2)活化能和速率的关系：基元反应的活化能越大，反应物到达过渡态就越不容易，该基元反应速率就越慢。一个化学反应的速率取决于速率最慢的基元反应。4．影响化学反应速率的外因相同的化学反应，在不同条件下，化学反应速率不同，主要原因是外因——浓度、压强、温度、催化剂、光照、接触面积等因素不同所致。(1)浓度(c)：增大(减小)反应物浓度→单位体积内活化分子数目增加(减少)，活化分子百分数不变→有效碰撞频率提高(降低)→化学反应速率加快(减慢)。(2)压强(p)：对于气相反应来说，增大(减小)压强→相当于减小(增大)容器容积→相当于增大(减小)反应物的浓度→化学反应速率加快(减慢)。注意：“惰性气体”对反应速率的影响。a．恒温恒容：充入“惰性气体”eq\o(→,\s\up7(引起))总压增大→参与反应的物质浓度不变(活化分子浓度不变)→反应速率不变。b．恒温恒压：充入“惰性气体”eq\o(→,\s\up7(引起))体积增大eq\o(→,\s\up7(引起))参与反应的物质浓度减小(活化分子浓度减小)eq\o(→,\s\up7(引起))反应速率减慢。(3)温度(T)：升高(降低)温度→活化分子百分数增大(减小)→有效碰撞频率提高(降低)→化学反应速率加快(减慢)。(4)催化剂①添加催化剂→降低反应的活化能→活化分子百分数增大→有效碰撞频率提高→化学反应速率加快。②添加催化剂→降低反应的活化能→降低反应所需的温度→减少能耗。1．已知：CaCO3＋2HCl=CaCl2＋CO2↑＋H2OΔH＜0。下列说法不正确的是()A．其他条件不变，适当增大盐酸的浓度将加快化学反应速率B．其他条件不变，适当增加CaCO3的用量将加快化学反应速率C．反应过程中，化学反应速率将先增大后减小D．一定条件下反应速率改变，ΔH不变答案B解析盐酸浓度增大，H＋浓度增大，反应速率加快，A项正确；由于CaCO3是固体，若只增大其用量，而不增大其与盐酸的接触面积，化学反应速率将不变，B项错误；由于反应放热，反应过程中温度升高，反应速率会变快，但随着盐酸浓度的减小，反应速率会逐渐变慢，C项正确；反应焓变与反应物和生成物的状态和化学计量数有关，与反应快慢无关，D项正确。2．(2021·青岛高三模拟)如图(Ea表示活化能)是CH4与Cl2生成CH3Cl的部分反应过程中各物质能量变化关系图，下列说法正确的是()A．Cl·可由Cl2在高温条件下生成，是CH4与Cl2反应的催化剂B．升高温度，Ea1、Ea2均减小，反应速率加快C．增大Cl2的浓度，可提高反应速率，但不影响ΔH的大小D．第一步反应的速率大于第二步反应答案C解析Cl·由Cl2在光照条件下生成，是CH4与Cl2反应的“中间体”，而不是反应的催化剂，A错误；Ea1、Ea2分别为第一步反应、第二步反应所需活化能，升高温度，反应所需活化能不变，即Ea1、Ea2不变，B错误；Cl2是该反应的反应物，增大反应物的浓度，反应速率增大，而反应的ΔH和反应的途径无关，只与反应的始态和终态有关，即增大氯气的浓度不影响ΔH的大小，C正确；第一步反应所需活化能Ea1大于第二步反应所需活化能Ea2，第一步反应单位体积内活化分子百分数低于第二步反应，故第二步反应速率更大，D错误。3．Boderlscens研究反应：H2(g)＋I2(g)2HI(g)ΔH＜0，温度为T时，在两个体积均为1L的密闭容器中进行实验，测得气体混合物中碘化氢的物质的量分数w(HI)与反应时间t的关系如下表：容器编号起始物质t/min020406080100Ⅰ0.5molI2、0.5molH2w(HI)/%05068768080ⅡxmolHIw(HI)/%1009184818080研究发现上述反应中v正＝ka·w(H2)·w(I2)，v逆＝kb·w2(HI)，其中ka、kb为常数。下列说法正确的是()A．温度为T时，该反应的eq\f(ka,kb)＝80B．容器Ⅰ中前20min的平均速率v(HI)＝0.0125mol·L－1·min－1C．若起始时，向容器Ⅰ中加入物质的量均为0.1mol的H2、I2、HI，反应逆向进行D．若两容器中，ka(Ⅰ)＝ka(Ⅱ)，且kb(Ⅰ)＝kb(Ⅱ)，则x的值一定为1答案D解析温度为T，v正＝v逆时，该反应的eq\f(ka,kb)＝eq\f(w2HI,wH2·wI2)＝eq\f(0.82,0.1×0.1)＝64，A项错误；容器Ⅰ中第20min时，w(HI)＝50%，则物质的量为0.5mol，故平均速率v(HI)＝eq\f(\f(0.5mol,1L),20min)＝0.025mol·L－1·min－1，B项错误；若起始时，向容器Ⅰ中加入物质的量均为0.1mol的H2、I2、HI，Q＝eq\f(0.12,0.1×0.1)＝1＜64，正反应速率大于逆反应速率，反应正向进行，C项错误；若两容器中，ka(Ⅰ)＝ka(Ⅱ)，且kb(Ⅰ)＝kb(Ⅱ)，则为恒温恒容条件下的等效平衡，则x的值一定为1，D项正确。4．(2020·淄博模拟)Burns和Dainton研究发现Cl2与CO合成COCl2的反应机理如下：①Cl2(g)2Cl·(g)快；②CO(g)＋Cl·(g)COCl·(g)快；③COCl·(g)＋Cl2(g)COCl2(g)＋Cl·(g)慢其中反应②存在v正＝k正·c(CO)·c(Cl·)、v逆＝k逆·c(COCl·)，下列说法正确的是()A．反应①的活化能大于反应③的活化能B．反应②的平衡常数K＝eq\f(k正,k逆)C．要提高合成COCl2的速率，关键是提高反应②的速率D．选择合适的催化剂加快该反应的速率，并提高COCl2的平衡产率答案B解析①是快反应，③是慢反应，则反应①的活化能小于反应③的活化能，A错误；反应②达到平衡时v正＝v逆，则有k正·c(CO)·c(Cl·)＝k逆·c(COCl·)，反应②的平衡常数为K＝eq\f(cCOCl·,cCO·cCl·)＝eq\f(k正,k逆)，B正确；整个过程中反应速率由慢反应决定，反应③是慢反应，故提高合成COCl2的速率