2024年高考化学一轮复习热点专项练12化学反应速率与化学平衡综合考查

热点专项练12化学反应速率与化学平衡综合考查

1.（2023广东东莞联考）我国科学家合成高选择性光催化剂，在温和条件卜.利用CO2合成

CH3CHOo

反应l:2CO2（g）+5H2（g）^^CH3CHO（g）+3H2O（g）AHi=-170kJ-moF1

反应2:CO2（g）+4H2（g）^^CH4（g）+2H2O（g）78kJ-mol-1

回答下列问题：

（1）2CH4（g）+H2O（g）"^CH3CHO（g）+3H2（g）△"二。

（2）一定温度下,在容积不变的刚性密闭容器中充入一定量CCh和H2,发生反应lo

①下列情况表明该反应达到平衡状态的是（填字母）。

A.混合气体密度保持不变

B.COMg）消耗速率和H2O（g）生成速率之比为2:3

C.CH3CHO（g）、H2O（g）的浓度之比保持不变

D.混合气体平均摩尔质量保持不变

②达到平衡之后，其他条件不变仅改变下列一个条件,能提高CO2的平衡转化率的是一

（填字母）。

A.增大CO2浓度

B.充入惰性气体

C.降低温度

D.加入高效催化剂

（3）已知反应2cC）2（g）+5H2（g）=CH3CHO（g）+3H2O（g）生成CH3cHO的净反应速率为

y（净尸©正）•c2（CO2）・/（H2）火逆）,c（CH3cHO）・"（H2O）因正）、网逆）分别表示正、逆反应速

率常数，只与温度、催化剂有关，与浓度无关I。该反应的平衡常数K与武正）、k（逆）的关

系为（正）、网逆）的负对数用冰表示，与温度⑺关系如图1所示。其

中代表pM正）与7关系的宜线是（填字母）。

（4）一定温度卜.，在刚性密闭容器中充入1molCCh（g）和犬molHz（g）,仅发生反应1,测得平

衡体系中CH3cHO的体积分数"）与x关系如图2所示。在e、f、g、h四个点

中,CH3cHO产率最大的是（填字母）」点对应体系中H、O原子个数比接

近。

图2

(5)一定温度下，在刚性密闭容器中充入2molCO2和5molH2,发生反应1和反应2,达到

平衡时测得CH4为0.1mol,CO2的平衡转化率为45%.总压强为560kPa。反应1的平衡

常数5(只列计算式，不带单位)。

2.氮氧化物(NO*)的排放对环境造成严重污染。回答下列问题：

⑴工业上可利用C(s)+2NO(g)=FO2(g)+N2(g)反应处理氮氧化物。

己知:N2(g)+O2(g)^^2NO(g)A/7i=+180.5kJ-mol”,碳的燃烧热△〃=393.5kJ-mor\则

1

C(s)+2NO(g)^^CO2(g)+N2(g)A”2=kJmor。

(2)用活性炭还原法处理氮氧化物的有关反应为C(s)+2NO(g)=N2(g)+CCh(g)。向一恒

压密闭容器中加入一定量(足量)的活性炭和NO,在父时刻改变某一条件,其反应过程如

图所示。

0

%

蟠

弱

电

U”’2反应时间1

①则Z2时刻改变的条件为。

②力时刻的可逆)_______(填，y或“廿m时刻的w正)。

⑶在恒容密闭容器中发生反应2NH3(g)+CCh(g)iCO(NH2)2(s)+H2O(g)A/7<0o下列

说法正确的是(填字母)。

A.及时分离出生成的尿素，有利于NH3的转化率增大

B.反应达到平衡后，混合气体的密度不再发生改变

C.反应在任何温度下都能自发进行

D.当尿素的质量不变时，说明反应达到平衡

3.汽车尾气中的CO、NO、是大气污染物。我国科研工作者经过研究，可以用不同方法处

理氮的氧化物，防止空气污染。回答下列问题：

⑴已知:N2(g)+Ch(g)^=2NO(g)AHi=+180kJmor1

1

4NH3(g)+5O2(g)^^4NO(g)+6H2O(l)AH2=-906kJ-moP

请写出NH3将NO转化成无毒物质的热化学方程

式:O

(2)利用比还原NO的反应:2H2(g)+2NO(g)=N2(g)+2H2O(g)的速率方程为

U=£C〃(H2>C"(NO),该反应在不同条件下的反应速率如下：

C(H)C(NO)

温度2反应速率

(mol-L-1)(mol-L1)

Ti0.10.1V

Ti0.3().13v

0.20.281，

则速率方程中,a=介o

(3)活性炭处理汽车尾气中NO的方法:C(s)+2NO(g)-N2(g)+CCh(g)△，<(),在恒压密

闭容器中加入足量的活性炭和一定量的NO气体，以下能说明该反应一定达到平衡状态

的是(填字母)。

A.V(N2)=V(CO2)

B.容器与外界不发生热交换

C.容器内气体的物质的量不变

D.容器内气体密度不变

(4)科研人员进一步研究了在C(s)+2NO(g)iN2(g)+CCh(g)反应中，活性炭搭载钙、镯

氧化物的反应活性对比。在三个反应器中分别加入C、CaO/C、LazCh/C,通入NO使其

浓度达到0.1molL'o不同温度下，测得2小时后NO去除率如图所示：

①据图分析,490℃以下反应活化能最小的是(填或"c”)。

②活性炭搭载CaO条件下,49()℃时的反应速率v(NO)=molL'.h'c若某

温度下此反应的平衡常数为100,则反应达到平衡时NO的去除率为

(保留两位有效数字)。

4.我国在第75届联合国大会上提出要实现2030年前"碳达峰''、2060年前"碳中和''的

目标。因此CCh的捕集、利用与封存成为科学家研究的重要课题。

I.研究表明CCh与CH4在催化剂存在下可发生反应制得合成气:CO"g)+CH4(g)i

2co(g)+2H2(g)AHo

(1)一定压强下，由最稳定单质生成1mol化合物的焙变为该物质的摩尔生成焰。已知

C02(g)、CH"g)、CO(g)的摩尔生成焰分别为-395kJmol”、

-74.9kJmol\-110.4kJ-molL则上述反应的△〃=kJmolL

(2)此反应的活化能E(正)(填“>”“二”或“<")其(逆);有利于反应自发进行的

条件是(填“高温”或‘低温

(3)一定温度下，向一恒容密闭容器中充入CCh和CK发生上述反应，初始时CO2和CH4

的分压分别为14kPa、16kPa,一段时间达到平衡后，测得体系压强是起始时的1.4倍，则

该反应的平衡常数a二(用平衡分压代替立衡浓度计算，分压二总压x物质的

量分数)。

IICCh和合成甲烷也是C02资源化利用的重要方法。对于反应CO2(g)+4H2(g)-

CH4(g)+2H2O(g)A/¥=-165催化剂的选择是CO2甲烷化技术的核心。在两种不

同催化剂条件下反应相同时间，测得CCh转化率和CH4选择性随温度变化的影响如下图

所示。

100

8o

次

、

榔

¥6o

郃4o

0

。2O

。仔'尸：：-7....

200240280320360

温度"C

0o

8o

6o

4o

2O

200240280320360

温度〃C

(4)高于320℃后，以Ni-CeCh为催化剂,CO2转化率略有下降，而以Ni为催化剂,CO2转化

率却仍在上升，其原因是。

(5)对比上述两种催化剂的催化性能，工业上应选择的催化剂是;使用的合适温

度为O

HI.以铅酸蓄电池为电源可将CO2转化为乙烯，其原理如下图所示，电解所用电极材料均

为惰性电极。

co2

质子交换膜

(6)阴极上的电极反应为;每生成

0.5mol乙烯,理论上需消耗铅酸蓄电池中mol硫酸。

参考答案

热点专项练12化学反应速率与

化学平衡综合考查

L答案(1)+186kJ-mol'1

(2)①D@C⑶代管c

k(逆)

(4)h5：2

560x^0^4x(560x靛14尸

(5)11^26^

(560x尖/x(560xU产

0.00.0

解析(1)根据盖斯定律,△，=AHI-2A〃2=-17()kJ-mol'-C-178X2)kJ・mol“=+186kJmol'o

(2)①容积不变的刚性容器中气体总质量保持不变，则混合气体的密度始终保持不变，即混合气体

的密度不变，不能说明反应达到平衡状态,A错误;消耗CCh、生成H?O都是向正反应方向进行，

因此CO?消耗速率和水蒸气生成速率之比为2：3,不能说明反应达到平衡状态,B错

误;CECH0、比0都是生成物，物质的量浓度之比始终是1:3,不能说明反应达到平衡状态,C错

误;该反应为物质的量减少的反应，而气体总质量相等，因此平均摩尔质量为变量，当气体平均摩尔

质量不变时，说明反应达到平衡状态,D正确。

②增大COz浓度，二氧化碳转化率减小,A错误;充入惰性气体，平衡不移动,B错误;该反应正反应

为放热反应，降低温度，平衡右移,C02转化率增大,C正确;催化剂无法改变平衡转化率,D错误。

(3)当反应达到平衡状态时,v(正)=v(逆)，即k(正)七2(82>/(%)=%(逆)YCH3cH0>/出2。),可得

嚼黑然用=黑二K;该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向进行,平衡常数减小，瞥减小，

zi

c(CO2)xc>(H2)〃(逆)〃(赵)

升高温度向正)、&(逆)均增大，但网正)增大的倍数小于M逆)增大的倍数,pk(正)=电攵(正)是减小

的，且其减小程度比P©逆)小,c符合。

(4)根据勒夏特列原理，随着氢气的物质的量增大，平衡向正反应方向移动,CO2转化率增大，即

CH3CHO产率最大的点为h;f点时CH3cH。的体积分数最大，说明是按照化学方程式中反应物

系数之比投料，即f点对应氏的物质的量为2.5moi,H与。原子个数比为(2.5x2)：2=5：2。

(5)CO2的-平衡转化率为45%,即消耗CO3的物质的量为2molx45%=0.9mol,-平衡时CIL为。1

mol,根据碳元素守恒«(CH3CHO)=1X(0.9mol-0.1mol)=0.4mol,结合化学方程式中的系数关系，从

而求出容器中各气体的物质的量分别为n(CO2)=2mol-0.9mo)=1.1mol,n(CH3CHO)=0.4

mol,w(CH4)=0.1mol,n(H2)=5mol-5x0.4mol-4x0.1mol=2.6mol,n(H2O)=3x0.4mol+2x0.1mol=l.4

mol,气体总物质的量为1.1mol+0.4mol+0.1mol+2.6mol+1.4moi=5.6mol,反应1的平衡常数

0414

二p(CH3CHO)xp3(H2。)二560)彘x(560x彘)3

252O

p(CO2)xp(H2)(560X££X(560X14)5

D.O

2.答案(1)-574(2)①向密闭容器中加入NO②<

(3)BD

解析(1)已知：

@N2(g)+O2(g)^±2NO(g)AM=+180.5kJmol1

②C(s)+Ch(g)^=CO2(g)△止-393.5kJ-mo/

②-①可得目标化学方程式，则AH2=AH-AH1=-574kJ-molL

(2)①因为恒压容器中，改变条件的瞬间，逆反应速率减小,但平衡正向移动且达平衡后，逆反应速

率与原平衡相同，所以会时刻改变的条件为向密闭容器中加入NOo

②力时刻,反应达到平衡M正尸v(逆),/2时刻，充入NO,反应物的浓度增大，正反应速率增大，则

v(正)<江(正)，所以4时刻的v(逆)《2时刻的v(正)。

(3)因为尿素呈固杰,所以及时分离出生成的尿素，对NH］的转化率没有影响,A不正确;因为达平

衡前,混合气体的质量减小，但容积不变，所以密度不断减小，当混合气体的密度不再发生改变时，

反应达平衡状态.B正确;△”<0,AS<0,A”-7AS<0时反应自发进行，则低温下反应能自发进行，但高

温下反应不能自发进行,C不正确;当尿素的质量不变时，正、逆反应速率相等，反应达平衡状态,D

正确。

1

3.答案(1)4NH3(g)+6NO(g)^5N2(g)+6H2O(l)A//=-l806kJmor

(2)12(3)BD(4)①a②0.022595%

解析⑴①N2(g)+Ch(g)^~=2NO(g)△”产+180kJmor1

②4NH3(g)+5O2(g)L4NO(g；+6H2O⑴△”2=-906kJmor'

1

根据盖斯定律有②・5x①得4NHKg)+6NO(g)16H2。⑴+5N?(g)AH=AH2-5AHI=-906kJmor-

5x(4-180kJ-mol1)^1806kJmolL

⑵由表中数据可得:①片杈0.rxO.l。,②3I，=〃XO.3"XOE③8呻杈0.2"x0.2”,联立三式可解得

a=1$=2o

(3)v(N2)=v(CO2),未指明是正反应速率还是逆反应速率，不能说明反应一定达到平衡状态.A不符

合题意;化学反应伴随着能量变化，当反应未达平衡时，容器与外界存在热交换，因此当容器与外界

不发生热交换时,说明反应已达平衡,B符合题意;该反应是气体体积不变的反应，无论反应是否平

衡，容器内气体的物质的量均不变，因此容器内气体的物质的量不变，不能说明反应已达平衡,C不

符合题意;同温同压下,气体的密度之比等于摩尔质量之比，当容器内气体密度不变时，则M不变，

又因为M二景则气体质量〃?也不变，说明反应已达平衡,D符合题意。

(4)①活化能越小，反应越容易发生,反应速率越快，相同条件下NO去除率越大，因此490c以下

反应活化能最小的是人

②活性炭搭载CaO条件下,490℃时,2小时后NO的去除率为45%,则NO浓度减小量为0.1

mol-L-'x45%=0.045反应速率v(NO)=

竺粤警L).O225moi.—h"。设达到平衡时NO的去除率为x,则：

C(s)+2NO(g)一N2(g)+CO2(g)

起始量/(molL/)0.100

变化量/(mol.L")O.lx0.05x0.05x

平衡量/(mol・L")0.1-0.lx0.05x0.05x

0.05xx0.05>:

平衡常数为100,则(O.l-O.lx)2二100,解得门95%°

4.答案⑴+249.1(2)>高温(3)259.2(kPa)2

(4)以Ni-CeCh为催化剂测定转化率时,CO2甲烷化反应已达平衡，升高温度平衡逆向移动,CO2转

化率下降;以Ni为催化剂时,CCh甲烷化反应速率较慢，升高温度反应速率增大，反应相同时间时

CO2转化率增加

⑸Ni-CcCh320℃

(6)2CO2+12FT+12e-C2H4+4H2O6

解析(1)根据摩尔生成烙的定义,推出①C(s)+02(g)：_CO2(g)AM=-395kJ-mol-',(2)C(s)4-2H2(g)

—CH4(g)△”2=74.9kJ-mo-,③C(s)+102(g)^~CO(g)A/73=-110.4kLmol",根据目标反应方

程式及盖斯定律可知，③x2-②-①得目标方程式，所以10.4)x2-(-74.9)-(-395)JkJmol"

'=+249.1kJ-molL

(2)根据第(1)问分析可知，该反应为吸热反应，所以活化能£(正)式逆);根据AH-TAS<0可自发进

行，当△”>()、AS>0时,高温专利于反应自发进行。

(3)根据已知信息，设