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/min ‎0‎ ‎40‎ ‎80‎ ‎160‎ ‎260‎ ‎1300‎ ‎1700‎ ‎∞‎ p/kPa ‎35.8‎ ‎40.3‎ ‎42.5.‎ ‎45.9‎ ‎49.2‎ ‎61.2‎ ‎62.3‎ ‎63.1‎ ‎②研究表明，N2O5(g)分解的反应速率v=2×10−3×(kPa·min−1)，t=62 min时，测得体系中 =2.9 kPa，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℃‎)____63.1 kPa（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NO3‎ C．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）①53.1 ②30.0 6.0×10－2 ‎ ‎③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）AC ‎2018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=-75 kJ·mol−1‎ C(s)+O2(g)=CO2(g) ΔH=-394 kJ·mol−1‎ C(s)+(g)=CO(g) ΔH=-111 kJ·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‎2 L的容器中加入2 mol CH4、1 mol CO2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)‎ ‎75‎ ‎172‎ 活化能/‎ ‎(kJ·mol−1)‎ 催化剂X ‎33‎ ‎91‎ 催化剂Y ‎43‎ ‎72‎ ‎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）247 A ‎ ‎（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 AD ‎②pc(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323 K和343 K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。‎ ‎①343 K时反应的平衡转化率α=_________%。平衡常数K343 K=__________（保留2位小数）。‎ ‎②在343 K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）①22 0.02‎ ‎②及时移去产物 改进催化剂 提高反应物压强（浓度）‎ ‎③大于 1.3‎ ‎2017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610 K时，将0.10 mol CO2与0.40 mol H2S充入‎2.5 L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620 K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．H2S B．CO‎2 C．COS D．N2‎ ‎【答案】（3）①2.5 2.8×10-37 ②> > ③B ‎2017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=−119 kJ·mol−1‎ ‎③H2(g)+ O2(g)= H2O(g) ΔH3=−242 kJ·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）298 K时，将20 mL 3x mol·L−1 Na3AsO3、20 mL 3x mol·L−1 I2和20 mL NaOH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−)=y mol·L−1‎ ‎②tm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、c ②大于 ③小于 tm时生成物浓度较低 ④‎ ‎2016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1.0 molL−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/mol ‎①C3H6(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323 K，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）‎ ‎8.35×10−4‎ ‎6.87×10−6‎ ‎1.5×10−4‎ ‎1.2×10−5‎ ‎3.4×10−3‎ ‎①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