（课标Ⅱ）2020版高考化学一轮复习 专题十三 化学反应速率和化学平衡课件

专题十三化学反应速率和化学平衡高考化学(课标Ⅱ专用)考点一化学反应速率五年高考A组课标Ⅱ卷区题组1.(2012课标,27,15分)光气(COCl2)在塑料、制革、制药等工业中有许多用途,工业上采用高温下CO与Cl2在活性炭催化下合成。(1)实验室中常用来制备氯气的化学方程式为;(2)工业上利用天然气(主要成分为CH4)与CO2进行高温重整制备CO,已知CH4、H2和CO的燃烧热(ΔH)分别为-890.3kJ·mol-1、-285.8kJ·mol-1和-283.0kJ·mol-1,则生成1m3(标准状况)CO所需热量为;(3)实验室中可用氯仿(CHCl3)与双氧水直接反应制备光气,其反应的化学方程式为;(4)COCl2的分解反应为COCl2(g) Cl2(g)+CO(g)ΔH=+108kJ·mol-1。反应体系达到平衡后,各物质的浓度在不同条件下的变化状况如下图所示(第10min到14min的COCl2浓度变化曲线未示出): ①计算反应在第8min时的平衡常数K=;②比较第2min反应温度T(2)与第8min反应温度T(8)的高低:T(2)T(8)(填“”“”或“=”);③若12min时反应于温度T(8)下重新达到平衡,则此时c(COCl2)=mol·L-1;④比较产物CO在2—3min、5—6min和12—13min时平均反应速率[平均反应速率分别以v(2—3)、v(5—6)、v(12—13)表示]的大小;⑤比较反应物COCl2在5—6min和15—16min时平均反应速率的大小:v(5—6)v(15—16)(填“”“”或“=”),原因是。答案(15分)(1)MnO2+4HCl(浓) MnCl2+Cl2↑+2H2O(2)5.52×103kJ(3)CHCl3+H2O2 HCl+H2O+COCl2(4)①0.234mol·L-1②③0.031④v(5—6)v(2—3)=v(12—13)⑤在相同温度时,该反应的反应物浓度越高,反应速率越大解析(1)实验室常用MnO2与浓盐酸反应制备Cl2。(2)依题意有:CH4(g)+2O2(g) CO2(g)+2H2O(l)ΔH=-890.3kJ·mol-1①,CO(g)+ O2(g) CO2(g)ΔH=-283.0kJ·mol-1②,H2(g)+ O2(g) H2O(l)ΔH=-285.8kJ·mol-1③,①式-②式×2-③式×2得:CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g)ΔH=+247.3kJ·mol-1,故生成1m3(标准状况)CO所需的热量为 × kJ=5.52×103kJ。(3)依据题给信息不难写出反应的化学方程式为CHCl3+H2O2 COCl2+H2O+HCl。(4)①K= = =0.234mol·L-1。②观察图像知第4min时改变的条件是升高温度,平衡正向移动,第8min时达到新的平衡,故T(2)T(8)。③由K= 得:c(COCl2)= = =0.031mol·L-1。④根据平均反应速率的定义,因CO在2—3min、12—13min时的浓度变化量Δc=0,故v(2—3)=v(12—13)=0;5—6min时1212100022.4247.3222(CO)(Cl)(COCl)ccc1110.085molL0.11L0.04molLmol22(CO)(Cl)(COCl)ccc2(CO)(Cl)ccK1110.06molL0.12L0.234molLmolCO浓度增加,故v(5—6)v(2—3)=v(12—13)。⑤观察图中5—6min时与15—16min时曲线可知15—16min时COCl2浓度低,反应速率小,即v(5—6)v(15—16)。考点二化学平衡2.(2017课标Ⅱ,27,14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,x0.1(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1212 (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解析本题考查反应热的计算及影响化学平衡的因素。(1)运用盖斯定律,由②-③可得①,故ΔH1=ΔH2-ΔH3=123kJ·mol-1;由图(a)可知,温度一定时,压强由0.1MPa变成xMPa,反应物平衡转化率增大,对反应①而言,减小压强,平衡正向移动,反应物平衡转化率增大,故x小于0.1;反应①的正反应为气体体积增大的吸热反应,升高温度或减小压强可使反应①的平衡正向移动,丁烯的平衡产率提高,故选择A、D。(2)H2是反应①的产物之一,若混合气体中H2比例过大,会抑制反应正向进行,从而使产率降低。(3)590℃之前,升高温度,有利于反应正向进行,同时反应速率加快。反应速率加快,气流通过反应器时反应物的利用率就会提高,丁烯的产率就会增大。590℃之后,反应物高温裂解生成短链烃类化合物,丁烯产率降低。审题方法(3)结合题给信息挖掘图(c)中隐含条件对问题进行解答。3.(2016课标Ⅱ,27,14分)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)+ O2(g) C3H3N(g)+3H2O(g)ΔH=-515kJ·mol-1②C3H6(g)+O2(g) C3H4O(g)+H2O(g)ΔH=-353kJ·mol-1两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,最高产率对应的温度为460℃。低于460℃时,丙烯腈的产率(填“是”或“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32 (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。进料气氨、空气、丙烯的理论体积比约为。答案(14分)(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解析(1)判断反应自发进行的趋势可从熵变和焓变两方面考虑,反应①和②的熵变不大,但焓变均较大,这是导致两个反应在热力学上趋势均很大的主要原因。根据影响平衡移动的因素可知,提高丙烯腈平衡产率(即使反应①的平衡右移)的条件可以是降低温度、降低压强。在影响反应速率的外界因素中,催化剂的影响最大,且不同的反应一般使用的催化剂也不同,因此催化剂是提高丙烯腈反应选择性的关键因素。(2)温度升高,反应①的平衡常数变小,反应的活化能不变,高于460℃时,丙烯腈产率降低的原因可能是催化剂的活性降低、副反应增多,A、C正确。(3)由反应①可知n(NH3)∶n(O2)∶n(C3H6)=1∶1.5∶1,由于O2在空气中所占体积分数约为 ,所以理论上进料气氨、空气、丙烯的体积比V(NH3)∶V(空气)∶V(C3H6)=1∶(1.5×5)∶1=1∶7.5∶1。15关联知识1.在能发生多个反应的反应体系中,选择合适的催化剂,只能对某一特定的反应起到催化作用,这是催化剂的选择性。2.温度过高,催化剂失活,选择性减弱,副反应会增多。解题关键1.生成丙烯腈的反应为放热反应;2.图表信息的分析与应用。4.(2011课标,27,14分)科学家利用太阳能分解水生成的氢气在催化剂作用下与二氧化碳反应生成甲醇,并开发出直接以甲醇为燃料的燃料电池。已知H2(g)、CO(g)和CH3OH(l)的燃烧热ΔH分别为-285.8kJ·mol-1、-283.0kJ·mol-1和-726.5kJ·mol-1。请回答下列问题:(1)用太阳能分解10mol水消耗的能量是kJ;(2)甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为;(3)在容积为2L的密闭容器中,由CO2和H2合成甲醇,在其他条件不变的情况下,考察温度对反应的影响,实验结果如下图所示(注:T1、T2均大于300℃):下列说法正确的是(填序号);①温度为T1时,从反应开始到平衡,生成甲醇的平均速率为v(CH3OH)= mol·L-1·min-1②该反应在T1时的平衡常数比T2时的小③该反应为放热反应④处于A点的反应体系从T1变到T2,达到平衡时 增大(4)在T1温度时,将1molCO2和3molH2充入一密闭恒容容器中,充分反应达到平衡后,若CO2的AAnt23(H)(CH)nnOH转化率为α,则容器内的压强与起始压强之比为;(5)在直接以甲醇为燃料的燃料电池中,电解质溶液为酸性,负极的反应式为、正极的反应式为。理想状态下,该燃料电池消耗1mol甲醇所能产生的最大电能为702.1kJ,则该燃料电池的理论效率为(燃料电池的理论效率是指电池所产生的最大电能与燃料电池反应所能释放的全部能量之比)。答案(14分)(1)2858(2)CH3OH(l)+O2(g) CO(g)+2H2O(l)ΔH=-443.5kJ·mol-1(3)③④(4)1- (5)CH3OH+H2O CO2+6H++6e- O2+6H++6e- 3H2O96.6%2α32解析该题考查了盖斯定律的应用、化学平衡移动原理及平衡常数等知识点。(1)分解10mol水消耗的能量在数值上等于10molH2(g)完全燃烧时所放出的热量:10mol×285.8kJ·mol-1=2858kJ。(2)根据CO(g)、CH3OH(l)燃烧热的热化学方程式,再由盖斯定律可写出甲醇不完全燃烧的热化学方程式。(3)生成甲醇的平均速率是单位时间内甲醇物质的量浓度的变化,①错误;由图像知T2T1,温度升高时平衡向逆反应方向移动,知T2时平衡常数比T1时小,正反应为放热反应,②错误,③正确;升高温度,平衡向逆反应方向移动, 增大,④正确。(4)由CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(l)起始量/mol1300变化量/molα3ααα平衡量/mol1-α3-3ααα可得反应后与反应前压强比为 =1- 。(5)书写电极反应式时要注意:酸性电解质时,负极产物为CO2,正极产物为H2O。23(H)(CH)nnOH13313αααα2α考点三化学平衡常数及与化学平衡有关的计算5.(2019课标Ⅱ,27,15分)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:(1)已知: (g)  (g)+H2(g)ΔH1=100.3kJ·mol-1①H2(g)+I2(g) 2HI(g)ΔH2