专题48 化学反应速率与平衡综合问题 十年（2015-2024）高考化学真题分类汇编(原卷版)

2013-2024年十年高考真题汇编PAGEPAGE1专题48化学反应速率与平衡综合问题考点十年考情(2015-2024)命题趋势考点1速率平衡综合问题(选择题)2024·浙江6月卷、2024·江苏卷、2023•江苏卷、2022•江苏卷、2021•北京卷、2021•海南选择性考试、2020•浙江1月卷、2020•江苏卷、2020•天津卷、2019•浙江4月卷、2019•浙江4月卷、2018•天津卷、2018•江苏卷化学反应速率和化学平衡的综合问题，延续选择题或非选择题的形式。涉及化学反应速率和化学平衡类综合问题，往往结合图象来呈现，试题利用数形结合，将影响化学反应速率和化学平衡的外界因素(如温度、浓度、压强和催化剂等)融入其中，充分考查学生的分析与推理能力，尤其是近年来把工业生产的投料比、转化率的变化及反应条件的控制等隐含在坐标图象中，让图象的判读更加复杂困难。此类题目信息量较大，能充分考查学生读图、提取信息、解决问题的能力，在新课标选考中受到命题者的青睐。考点2速率平衡综合问题(非选择题)2019•新课标Ⅰ卷、2019•新课标Ⅱ卷、2019•北京卷、2019•江苏卷、2018•新课标Ⅰ卷、2018•新课标Ⅱ卷、2018•天津卷、2018•江苏卷、2017•新课标Ⅱ卷、2017•新课标Ⅲ卷、2017•北京卷考点1速率平衡综合问题(选择题)1．(2024·浙江6月卷，11，3分)二氧化碳氧化乙烷制备乙烯，主要发生如下两个反应：I．C2H6(g)＋CO2(g)C2H4(g)＋CO(g)＋H2O(g)ΔH1II．C2H6(g)＋2CO2(g)4CO(g)＋3H2(g)ΔH2向容积为的密闭容器中投入2molC2H6和3molCO2，不同温度下，测得时(反应均未平衡)的相关数据见下表，下列说法不正确的是()温度()400500600乙烷转化率()2.29.017.8乙烯选择性()92.680.061.8注：乙烯选择性A．反应活化能：B．时，0~5min反应I的平均速率为：v(C2H4)=2.88×10-3mol·L－1·min－1C．其他条件不变，平衡后及时移除H2O(g)，可提高乙烯的产率D．其他条件不变，增大投料比[n(C2H6)/n(CO2)]投料，平衡后可提高乙烷转化率2．(2024·江苏卷，13，3分)二氧化碳加氢制甲醇的过程中的主要反应(忽略其他副反应)为：①CO2(g)＋H2(g)=CO(g)＋H2O(g)ΔH1＝41.2kJ·mol−1②CO(g)＋2H2(g)=CH3OH(g)ΔH2225℃、8×106Pa下，将一定比例CO2、H2混合气匀速通过装有催化剂的绝热反应管。装置及L1、L2、L3…位点处(相邻位点距离相同)的气体温度、CO和CH3OH的体积分数如图所示。下列说法正确的是()A．L4处与L5处反应①的平衡常数K相等B．反应②的焓变ΔH2C．L6处的H2O的体积分数大于L5处D．混合气从起始到通过L1处，CO的生成速率小于CH3OH的生成速率3．(2023•江苏卷，10，3分)金属硫化物(MxSy)催化反应CH4(g)＋2H2S(g)CS2(g)＋4H2(g)，既可以除去天然气中的H2S，又可以获得H2。下列说法正确的是()A．该反应的ΔSB．该反应的平衡常数C．题图所示的反应机理中，步骤Ⅰ可理解为H2S中带部分负电荷的S与催化剂中的M之间发生作用D．该反应中每消耗1molH2S，转移电子的数目约为24．(2022•江苏卷，10)用尿素水解生成的NH3催化还原，是柴油机车辆尾气净化的主要方法。反应为4NH3(g)+O2(g)+4NO(g)4N2(g)+6H2O(g)，下列说法正确的是()A．上述反应ΔSB．上述反应平衡常数C．上述反应中消耗1molNH3，转移电子的数目为D．实际应用中，加入尿素的量越多，柴油机车辆排放的尾气对空气污染程度越小5．(2021•北京卷，10)已知2NO2(g)N2O4(g)△H<0。下列说法正确的是()A．1mol混合气体含有1molN原子B．完全断开2molNO2分子中的共价键所吸收的热量比完全断开1molN2O4分子中的共价键所吸收的热量多C．将气体体积压缩至一半，气体颜色变深是因为平衡发生了移动D．将气体温度升高，气体颜色会变深6．(2021•海南选择性考试，8)制备水煤气的反应C(s)＋H2O(l)CO(g)＋H2(g)△H＞0，下列说法正确的是()A．该反应B．升高温度，反应速率增大C．恒温下，增大总压，H2O(g)的平衡转化率不变D．恒温恒压下，加入催化剂，平衡常数增大7．(2020•浙江1月卷，19)在干燥的HCl气流中加热MgCl2·6H2O，能得到无水MgCl2。下列说法不正确的是()A．MgCl2·nH2O(s)=MgCl2·(n－1)H2O(s)＋H2O(g)ΔH＞0B．MgCl2·2H2O(s)=Mg(OH)2(s)＋2HCl(g)，HCl气流可抑制反应进行C．MgCl2·H2O(s)=Mg(OH)Cl(s)＋HCl(g)，升高温度，反应更易发生D．MgCl2·4H2O(s)=MgCl2·2H2O(s)＋2H2O(g)，HCl气流可抑制反应进行8．(2020•江苏卷，8)反应可用于纯硅的制备。下列有关该反应的说法正确的是()A．该反应、B．该反应的平衡常数C．高温下反应每生成1molSi需消耗D．用E表示键能，该反应9．(2020•天津卷，12)已知[Co(H2O)6]2+呈粉红色，[CoCl4]2-呈蓝色，[ZnCl4]2-为无色。现将CoCl2溶于水，加入浓盐酸后，溶液由粉红色变为蓝色，存在以下平衡：[Co(H2O)6]2++4Cl-[CoCl4]2-+6H2OΔH，用该溶液做实验，溶液的颜色变化如下：以下结论和解释正确的是()A．等物质的量的[Co(H2O)6]2+和[CoCl4]2-中σ键数之比为3：2B．由实验①可推知△H<0C．实验②是由于c(H2O)增大，导致平衡逆向移动D．由实验③可知配离子的稳定性：[ZnCl4]2->[CoCl4]2-10．(2019•浙江4月卷，17)下列说法正确的是()A．H(g)＋I2(g)2HI(g)，其他条件不变，缩小反应容器体积，正逆反应速率不变B．C(s)＋H2O(g)H2(g)＋CO(g)，碳的质量不再改变说明反应已达平衡C．若压强不再随时间变化能说明反应2A(?)＋B(g)⇌2C(?)已达平衡，则A项，C不能同时是气体D．1molN2和3molH2反应达到平衡时H2转化率为10%，放出的热量为Q1；在相同温度和压强下，当2molNH3分解为N2和H2的转化率为10%时，吸收的热量为Q2，Q2不等于Q111．(2019•浙江4月卷，22)高温高压液态水具有接近常温下弱酸的c(H+)或弱碱的c(OH−)，油脂在其中能以较快的反应速率水解。与常温常压水相比，下列说法不正确的是()A．高温高压液态水中，体系温度升高，油脂水解反应速率加快B．高温高压液态水中，油脂与水的互溶能力增强，油脂水解反应速率加快C．高温高压液态水中，c(H+)增大，可催化油脂水解反应，且产生的酸进一步催化水解D．高温高压液态水中的油脂水解，相当于常温下在体系中加入了相同c(H+)的酸或相同c(OH−)的碱的水解12．(2018•天津卷，5)室温下，向圆底烧瓶中加入1molC2H5OH和含1molHBr的氢溴酸，溶液中发生反应；C2H5OH+HBrC2H5Br+H2O，充分反应后达到平衡。已知常压下，C2H5Br和C2H5OH的沸点分别为38.4℃和78.5℃。下列有关叙述错误的是()A．加入NaOH，可增大乙醇的物质的量B．增大HBr浓度，有利于生成C2H5BrC．若反应物增大至2mol，则两种反应物平衡转化率之比不变D．若起始温度提高至60℃，可缩短反应达到平衡的时间13．(2018•江苏卷，15)一定温度下，在三个容积相同的恒容密闭容器中按不同方式投入反应物，发生反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)(正反应放热)，测得反应的相关数据如下：下列说法正确的是()A．v1<v2，c2<2c1B．K1>K3，p2>2p3C．v1<v3，α1(SO2)>α3(SO2)D．c2>2c3，α2(SO3)+α3(SO2)<1考点2速率平衡综合问题(非选择题)1．(2019•新课标Ⅰ卷，28)水煤气变换[CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)]是重要的化工过程，主要用于合成氨、制氢以及合成气加工等工业领域中。回答下列问题：(1)Shibata曾做过下列实验：①使纯H2缓慢地通过处于721℃下的过量氧化钴CoO(s)，氧化钴部分被还原为金属钴(Co)，平衡后气体中H2的物质的量分数为0.0250。②在同一温度下用CO还原CoO(s)，平衡后气体中CO的物质的量分数为0.0192。根据上述实验结果判断，还原CoO(s)为Co(s)的倾向是CO_________H2(填“大于”或“小于”)。(2)721℃时，在密闭容器中将等物质量的CO(g)和H2O(g)混合，采用适当的催化剂进行反应，则平衡时体系中H2的物质的量分数为_________(填标号)。A．＜0.25B．0.25C．0.25~0.50D．0.50E．＞0.50(4)Shoichi研究了467℃、489℃时水煤气变换中CO和H2分压随时间变化关系(如下图所示)，催化剂为氧化铁，实验初始时体系中的PH2O和PCO相等、PCO2和PH2相等。计算曲线a的反应在30~90min内的平均速率(a)=___________kPa·min−1。467℃时PH2和PCO随时间变化关系的曲线分别是___________、___________。489℃时PH2和PCO随时间变化关系的曲线分别是___________、___________。2．(2019•新课标Ⅱ卷，27)环戊二烯()是重要的有机化工原料，广泛用于农药、橡胶、塑料等生产。回答下列问题：(2)某温度下，等物质的量的碘和环戊烯()在刚性容器内发生反应③，起始总压为105Pa，平衡时总压增加了20%，环戊烯的转化率为_________，该反应的平衡常数Kp=_________Pa。达到平衡后，欲增加环戊烯的平衡转化率，可采取的措施有__________(填标号)。A．通入惰性气体B．提高温度C．增加环戊烯浓度D．增加碘浓度(3)环戊二烯容易发生聚合生成二聚体，该反应为可逆反应。不同温度下，溶液中环戊二烯浓度与反应时间的关系如图所示，下列说法正确的是__________(填标号)。A．T1＞T2B．a点的反应速率小于c点的反应速率C．a点的正反应速率大于b点的逆反应速率D．b点时二聚体的浓度为0.45mol·L−13．(2019•北京卷，11节选)氢能源是最具应用前景的能源之一，高纯氢的制备是目前的研究热点。(1)甲烷水蒸气催化重整是制高纯氢的方法之一。①反应器中初始反应的生成物为H2和CO2，其物质的量之比为4∶1，甲烷和水蒸气反应的方程式是______________。③反应物投料比采用n(H2O)∶n(CH4)=4∶1，大于初始反应的化学计量数之比，目的是________________(选填字母序号)。A．促进CH4转化B．促进CO转化为CO2C．减少积炭生成④用CaO可以去除CO2。H2体积分数和CaO消耗率随时间变化关系如下图所示。从t1时开始，H2体积分数显著降低，单位时间CaO消耗率_______(填“升高”“降低”或“不变”)。此时CaO消耗率约为35%，但已失效，结合化学方程式解释原因：____________________________。4．(2019•江苏卷，17节选)CO2的资源化利用能有效减少CO2排放，充分利用碳资源。(3)CO2催化加氢合成二甲醚是一种CO2转化方法，其过程中主要发生下列反应：反应Ⅰ：CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)ΔH=41.2kJ·mol−1反应Ⅱ：2CO2(g)+6H2(g)=CH3OCH3(g)+3H2O(g)ΔH=﹣122.5kJ·mol−1在恒压、CO2和H2的起始量一定的条件下，CO2平衡转化率和平衡时CH3OCH3的选择性随温度的变化如图。其中：CH3OCH3的选择性=×100％①温度高于300℃，CO2平衡转化率随温度升高而上升的原因是________。②220℃时，在催化剂作用下CO2与H2反应一段时间后，测得CH3OCH3的选择性为48%(图中A点)。不改变反应时间和温度，一定能提高CH3OCH3选择性的措施有________。5．(2018•新课标Ⅰ卷，28节选)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，N2O5(g)完全分解)：t/min0408016026013001700∞p/kPa35.840.342.5.45.949.261.262.363.1①已知：2N2O5(g)＝2N2O4(g)+O2(g)ΔH1=−4.4kJ·mol−12NO2(g)＝N2O4(g)ΔH2=−55.3kJ·mol−1则反应N2O5(g)＝2NO2(g)+1/2O2(g)的ΔH=_______kJ·mol−1。②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N2O5NO2+NO3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6．(2018•新课标Ⅱ卷，27节选)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)=CH4(g)ΔH=-75kJ·mol−1C(s)+O2(g)=CO2(g)ΔH=-394kJ·mol−1C(s)+1/2O2(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：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Y4372①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程为v=k·p(CH4)·[p(CO2)]-0.5(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________________。7．(2018•天津卷，8节选)CO2是一种廉价的碳资源，其综合利用具有重要意义。回答下列问题：(2)CO2与CH4经催化重整，制得合成气：CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)①已知上述反应中相关的化学键键能数据如下：化学键C—HC=OH—HCO(CO)键能/kJ·mol−14137454361075分别在VL恒温密闭容器A(恒容)、B(恒压，容积可变)中，加入CH4和CO2各1mol的混合气体。两容器中反应达平衡后放出或吸收的热量较多的是_______(填“A”或“B”)。②按一定体积比加入CH4和CO2，在恒压下发生反应，温度对CO和H2产率的影响如图3所示。此反应优选温度为900℃的原因是________。8．(2018•江苏卷，19节选)NOx(主要指NO和NO2)是大气主要污染物之一。有效去除大气中的NOx是环境保护的重要课题。(4)在有氧条件下，新型催化剂M能催化NH3与NOx反应生成N2。②将一定比例的O2、NH3和NOx的混合气体，匀速通入装有催化剂M的反应器中反应。反应相同时间NOx的去除率随反应温度的变化曲线如题20图−2所示，在50～250℃范围内随着温度的升高，NOx的去除率先迅速上升后上升缓慢的主要原因是____________________________；当反应温度高于380℃时，NOx的去除率迅速下降的原因可能是___________________________。9．(2017•新课标Ⅱ卷，27)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_