北京曲一线图书策划有限公司 2023版《5年高考3年模拟》A版
专题十二 化学反应速率和化学平衡
1.某科研小组研究臭氧氧化—碱吸收法脱除NO工艺,相关反应如下:
①NO(g)+O (g) NO (g)+O (g)
3 2 2
ΔH=-200.9 kJ·mol -1
②2O (g) 3O (g)
3 2
ΔH=-288.8 kJ·mol -1
③2NO(g)+O (g) 2NO (g)
2 2
ΔH=a kJ·mol -1
已知反应①v =k c(NO)·c(O ),
正 正 3
v =k c(NO )·c(O ),
逆 逆 2 2
k 、k 为速率常数,受温度影响。其他条件不变,每次向反应器中充入0.5 mol NO和
正 逆
1.0 mol O ,在不同温度下反应。测得相同时间内,体系中NO的体积分数[φ(NO)]随温度
3
的变化如图所示。下列说法正确的是( )
A. a=113
k
正
B.升高温度,k 、k 增大, 减小
正 逆 k
逆
C.延长反应时间,可使φ(NO)由M点移到N点
D.用碱液吸收、增大反应器的容积均可提高NO的转化率
答案 B A项,根据盖斯定律可知,反应③=2×反应①-反应②,故ΔH =2×(-200.9
3
kJ·mol-1)-(-288.8 kJ·mol-1)=-113 kJ·mol-1,即a=-113,错误。B项,升高温度,正、逆反应速
率均增大,故k 、k 增大,反应达到平衡时,v =v ,即k c(NO)·c(O )=k c(NO )·c(O ),
正 逆 正 逆 正 3 逆 2 2
则k =c(NO )·c(O ) =K;由图像可知,升高温度,NO的体积分数增大,说明平衡逆向
正 2 2
k c(NO)·c(O )
逆 3
k
正
移动,则正反应是放热反应,故升高温度,K减小, 减小,正确。C项,延长反应时间,化学
k
逆
平衡不移动,故延长时间,不可使φ(NO)由M点移到N点,错误。D项,用碱液吸收NO 能
2
使平衡正向移动,NO的转化率增大;增大反应器的容积,体系压强减小,反应②正向移动,
反应③逆向移动都生成O ,均会使反应①平衡逆向移动,降低NO的转化率,错误。
2
2.反应2NO(g)+2H (g) N (g)+2H O(g)中,每生成7 g N 放出166 kJ的热量,该反应
2 2 2 2
的速率表达式为v=k·cm(NO)·cn(H )(k、m、n待测),其反应包含下列两步:
2
①2NO+H N +H O (慢)
2 2 2 2
②H O +H 2H O(快)
2 2 2 2
T°C时测得有关实验数据如下:北京曲一线图书策划有限公司 2023版《5年高考3年模拟》A版
序号 c(NO)/(mol·L) c(H )/(mol·L) 速率/[mol·(L-1·min-1)]
2
Ⅰ 0.006 0 0.001 0 1.8×10-4
Ⅱ 0.006 0 0.002 0 3.6×10-4
Ⅲ 0.001 0 0.006 0 3.0×10-5
Ⅳ 0.002 0 0.006 0 1.2×10-4
下列说法正确的是( )
A.正反应的活化能一定是①<②
B.整个反应速度由第②步反应决定
C.该反应速率表达式:v=500c2(NO)·c(H )
2
D.该反应的热化学方程式为2NO(g)+2H (g) N (g)+2H O(g) ΔH=-664 kJ/mol
2 2 2
答案 D A项, 反应的活化能越大 , 发生反应需要的能量就越高 , 反应就越不容易发生 ,
反应速率就越慢,由于反应①是慢反应,反应②是快反应,则正反应的活化能一定是①>②,
错误。B项,反应速率由慢反应决定,因此整个反应速率由第①步反应决定,错误。C项,根
据反应Ⅰ、Ⅱ可知,当c(NO)不变时,c(H )是原来的2倍,速率也是原来的2倍,说明反应速
2
率v与c(H )呈正比;由反应Ⅲ、Ⅳ可知,当c(H )不变时,c(NO)是原来的2倍,反应速率v
2 2
是原来的4倍,则反应速率v与c(NO)的平方呈正比;再利用反应Ⅰ,将c(NO)、c(H )带入
2
速率公式,可得速率常数k=5 000,所以该反应速率表达式为v=5 000 c2(NO)·c(H ),错误。
2
D项,7 g N 的物质的量是0.25 mol,每生成7 g N ,放出166 kJ的热量,则反应产生1
2 2
166 kJ
mol N ,放出的热量Q= =664 kJ,由此写出该反应的热化学方程式,正确。
2 0.25
3.t ℃时,在两个起始容积都为1 L的恒温密闭容器中发生反应H (g)+I (g) 2HI(g)
2 2
ΔH<0,实验测得v =v(H ) =v(I ) =k c(H ) ·c(I );v =v(HI) =k c2(HI)。k 、k 为
正 2 消耗 2 消耗 正 2 2 逆 消耗 逆 正 逆
速率常数,受温度影响。下列说法正确的是( )
物质的起始浓度/(mol/L) 物质的平衡浓度/(mol/L)
容器
c(H ) c(I ) c(HI) c(I )
2 2 2
Ⅰ(恒容) 0.1 0.1 0 0.07
Ⅱ(恒压) 0 0 0.8
A.平衡时,容器Ⅰ与容器Ⅱ中的总压强之比为1∶2
B.平衡时,容器Ⅱ中c(I )>0.28 mol/L
2
k
正
C.t ℃时,反应H (g)+I (g) 2HI(g)的平衡常数为K=
2 2 k
逆
D.平衡时,向容器I中再通入0.1 mol H 、0.1 mol I 和0.2 mol HI,此时v >v
2 2 正 逆
答案 C A项,H (g)+I (g) 2HI(g),反应前后气体分子总数不变,容器Ⅰ、Ⅱ等温等
2 2
体积,则气体压强之比等于物质的量之比,从投料看,容器Ⅱ的量为容器Ⅰ的4倍,故平衡
时,容器Ⅰ与容器Ⅱ中的总压强之比为1∶4,错误;B项,结合反应特点和投料看,容器Ⅰ、Ⅱ
的平衡为等效平衡,则平衡时容器Ⅰ中c(I ) =0. 07 mol/L,Ⅱ中c(I )=0. 28 mol/L,错误;C
2 2
项,平衡时v =v ,已知v =k c(H ) · c(I ),v =k c2(HI),故平衡时,k c(H ) · c(I )=k
正 逆 正 正 2 2 逆 逆 正 2 2 逆
c2(HI),则t ℃时,反应H (g)+I (g) 2HI(g)的平衡常数K= c2(HI) =k ,正
2 2 正
c(H )·c(I ) k
2 2 逆
确;D项,平衡时,向容器Ⅰ中再通入0.1 mol H 、0.1 mol I 和0.2 mol HI,等效于增大体
2 2
系压强,平衡不移动,此时v =v ,错误。
正 逆北京曲一线图书策划有限公司 2023版《5年高考3年模拟》A版
4.温度为T 时,在三个容积均为1 L的恒容密闭容器中仅发生反应:2NO (g) 2NO(g)
1 2
+O (g)(正反应吸热)。实验测得:v =v(NO ) =k c2(NO ),v =v(NO) =2v(O ) =k
2 正 2 消耗 正 2 逆 消耗 2 消耗 逆
c2(NO)·c(O ),k 、k 为速率常数,受温度影响。下列说法正确的是( )
2 正 逆
容器 物质的起始浓度(mol·L-1) 物质的平衡浓度(mol·L-1)
编号 c(NO ) c(NO) c(O ) c(O )
2 2 2
Ⅰ 0.6 0 0 0.2
Ⅱ 0.3 0.5 0.2
Ⅲ 0 0.5 0.35
A.设K为该反应的化学平衡常数,则有K=k ·k
逆 正
B.达到平衡时,容器Ⅱ与容器Ⅲ中的总压强之比为20∶17
C.容器Ⅱ中起始反应正向进行,达到平衡时,容器Ⅱ中NO 的转化率比容器Ⅰ中的小
2
D.若改变温度为T ,且T >T ,则k ∶k <0.8
2 2 1 逆 正
答案 C A项,平衡时,正、逆反应速率相等,则有k c2(NO )=k c2(NO)·c(O ),所以K=
正 2 逆 2
c2(NO)·c(O )
2
=k
正
/k
逆
,错误;B项,根据反应方程式和容器Ⅰ中O
2
的平衡浓度可知:
c2(NO )
2
平衡时,c(NO)=0.4 mol·L-1,c(NO )=0.2 mol·L-1,则T 温度下,该反应的平衡常数K=
2 1
c2(NO)·c(O
2
) =0.42×0.2=0.8;容器Ⅱ中浓度商Q=0.2×0.52
≈0.56<0.8,反应
c2(NO ) 0.22 0.32
2
正向进行,平衡时气体的总物质的量大于1 mol,而容器Ⅲ中反应逆向进行,平衡时气体的
总物质的量小于0.85 mol,所以达平衡时,容器Ⅱ与容器Ⅲ中的总压强之比大于20∶17,错
误;C项,容器Ⅰ内NO 的转化率为0.4/0.6=2/3,假设容器Ⅱ中NO 的转化率也为2/3,反应
2 2
正向进行,可列出三段式:
2NO(g) 2NO(g)+O(g)
2 2
起/mol 0.3 0.5 0.2
变/mol 0.2 0.2 0.1
平/mol 0.1 0.7 0.3
平衡常数K=0.3×0.72/0.12=14.7>0.8,所以容器Ⅱ中NO 的转化率小于2/3,正确;D项,由于
2
该反应的正反应是吸热反应,温度T >T ,所以T 时平衡常数增大,则K=k ∶k >0.8,错误。
2 1 2 正 逆
5.(双选)已知反应2N O(g) 2N (g)+O (g),速率方程为v=k·cn(N O)。N O在金(Au)表面
2 2 2 2 2
分解的实验数据如表所示:
t/min 0 20 40 60 80 100
c(N O)/(mol·L-1) 0.100 0.080 0.060 a 0.020 0
2
已知:①k为速率常数,只与温度、催化剂有关,与浓度无关;②n=0时,该反应为0级反
应,n=1时,该反应为1级反应,以此类推,n可以为整数,也可以为分数;③浓度消耗一半所
用的时间叫半衰期(t )。
1/2
下列说法正确的是( )
A.表格中a=0.040
B.该反应为2级反应
C.该反应的速率常数k=1.0×10-2 mol·L-1·min-1
D.保持其他条件不变,若起始浓度为0.200 mol·L-1,则半衰期为100 min北京曲一线图书策划有限公司 2023版《5年高考3年模拟》A版
答案 AD A项,分析题中表格数据知,N O的浓度变化与时间成正比,该反应是匀速反
2
应,故a=0.040,正确;B项,v=k·cn(N O)为直线方程,说明n=0,该反应是0级反应,错误;C项,
2
该反应速率等于反应的速率常数,可根据任何一段时间求速率,计算得
v=k·cn(N O)=k=(0.100-0)/100 mol·L-1·min-1=1.0×10-3 mol·L-1·min-1,错误;D项,设起始浓度
2
1 c
为c,v=k,t = c/k= ,半衰期与起始浓度成正比,根据题给表格数据知,起始浓度为0.100
1/2
2 2k
mol·L-1时半衰期为50 min,温度不变,速率常数不变,则起始浓度为0.200 mol·L-1时,半衰
期为100 min,正确。
6.汽车尾气净化装置中CO和NO发生反应为2NO(g)+2CO(g) N (g)+2CO (g)
2 2
ΔH=-746.8 kJ·mol-1。实验测得v =k ·c2(NO)·c2(CO),v =k ·c(N )·c2(CO )(k 、k 为
正 正 逆 逆 2 2 正 逆
速率常数)。下列有关说法中错误的是( )
A.达到平衡后,仅升高温度,k 增大的倍数小于k 增大的倍数
正 逆
c (N )·c2 (CO )
B.该反应的平衡常数K= 平 2 平 2
c2 (NO)·c2 (CO)
平 平
C.升高温度时,k 、k 和K都增大
正 逆
D.在2 L的刚性容器中充入1 mol CO和1 mol NO,在一定温度下达到平衡时总压为
k
正
起始时的0.9倍,则 约为0.49
k
逆
答案 C A项,该反应焓变小于0,为放热反应,升高温度平衡逆向移动,说明k 增大的
正
倍数小于k 增大的倍数,正确;B项,达到平衡时,正、逆反应速率相等,所以k · (NO)·
逆 正 c2
平
k c (N )·c2 (CO )
c2 (CO)=k 逆 ·c 平 (N 2 )· c2 (CO 2 ),则 正= 平 2 平 2 =K,正确;C项,升高温度,平
平 平 k c2 (NO)·c2 (CO)
逆 平 平
衡逆向移动,平衡常数减小,错误;D项,设达平衡时Δc(CO)=x mol·L-1,依据题给信息列三
段式:
2NO(g)+2CO(g) N(g)+2CO(g)
2 2
起始/mol·L-1 0.5 0.5 0 0
转化/mol·L-1 x x 0.5x x
平衡/mol·L-1 0.5-x 0.5-x 0.5x x
0.5-x+0.5-x+0.5x+x=0.9,解得x=0.2,则K= 0.22×0.1 ≈0.49,即 k ≈0.49,正
正
0.5+0.5 0.32×0.32 k
逆
确。
7.(双选)已知反应2NO(g)+Br (g) 2NOBr(g)的速率方程[v=kc2(NO)·c(Br ),k为速率常
2 2
数],该反应机理可分为两步:
(1)NO(g)+Br (g) NOBr (g) 快
2 2
[K=
c(NOBr )
]
c 2
c(NO)·c(Br )
2
(2)NOBr (g)+NO(g) 2NOBr(g) 慢 [速率方程v=k c(NO)·c(NOBr ),k 为速率常数,
2 1 2 1
该反应速率近似认为是总反应的速率]
将2 mol的NO与1 mol的Br 放入1 L的容器中混合反应。下列说法错误的是( )
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A.k=k K
1 c
B.反应消耗一半时的反应速率与反应起始速率的比值是8∶1
C.10 s时反应达平衡,平衡时n(NO)=n(NOBr),则0~10 s时间内,NO的平均速率为0.10
mol·L-1·s-1
D.到达平衡状态后,压强增大平衡移动的方向与温度升高平衡移动的方向相反,则ΔH>0
答案 BD A项,反应2NO(g)+Br (g) 2NOBr(g)可由反应(1)+反应(2)得到,由于反应
2
(2)为慢反应,故反应速率由反应(2)决定,由K=
c(NOBr )
可得
c 2
c(NO)·c(Br )
2
c(NOBr )=K·c(NO)·c(Br ),将其代入v=k c(NO)·c(NOBr ),得出v=k Kc2(NO)·c(Br ),即可
2 c 2 1 2 1 c 2
得出k=k K,正确;B项,根据v=kc2(NO)·c(Br ),可知反应消耗一半时的浓度均为起始时浓
1 c 2
1 1
度的一半,即v'=k[ c(NO) ]2· c(Br ) ,故此时的反应速率与反应起始速率的比值是1∶8,
2 起 2 2 起
错误;C项,利用三段式:
2NO(g)+Br(g) 2NOBr(g)
2
起始/mol 2 1 0
反应/mol 2x x 2x
平衡/mol 2-2x 1-x 2x
据题意,平衡时n(NO)=n(NOBr),即2-2x=2x,x=0.5,则0~10 s时间内,NO的平均速率为
0.10 mol·L-1·s-1,正确;D项,由题意可知,温度升高平衡逆向移动,则正向反应为放热反
应,ΔH<0,错误。
8.一定温度下,将1 mol X和3 mol Y置于2 L的恒容密闭容器中,发生反应:X(g)+3Y(g)
2Z(g),反应过程中部分数据如表所示:
t/min 0 10 20 30 40
p/kPa 32 28.8 27.2 26.88 26.88
下列说法正确的是( )
A.10 min时,用Y表示的平均反应速率为0.03 mol·L-1·min-1
B.X和Y的转化率之比保持不变时,可判断反应达到平衡状态
C.达平衡状态时,c(Z)=0.32 mol·L-1
D.用气体分压代替物质的量浓度计算该反应的平衡常数,数值不变
答案 C 设X转化了x mol,根据反应情况,列出三段式如下:
X(g) + 3Y(g) 2Z(g)
起始/mol 1 3 0
转化/mol x 3x 2x
t min/mol 1-x 3-3x 2x
32 4
A项,10 min时, = ,解得x=0.2,用Y表示的0~10 min内的平均反应速率为
28.8 4-2x
3×0.2mol x
v(Y)= =0.03 mol·L-1·min-1,10 min时为瞬时速率,错误;B项,X的转化率为 ,
2 L×10min 1
3x x
Y的转化率为 = ,转化率之比一直保持不变,不能作为判断反应达到平衡的状态依据,
3 1
32 4 0.32mol×2
错误;C项,达平衡时, = ,解得x=0.32,c(Z)= =0.32 mol·L-1,正
26.88 4-2x 2 L北京曲一线图书策划有限公司 2023版《5年高考3年模拟》A版
确;D项,用气体分压计算的平衡常数与用浓度计算的平衡常数,其数值和单位都不相同,
错误。
9.在10 L恒容密闭容器中充入X(g)和Y(g),发生反应X(g)+Y(g) M(g)+N(g),所得实
验数据如表:
实验 温度 起始时物质的量/mol 平衡时物质的量/mol
编号 /℃ n(X) n(Y) n(M)
① 700 0.40 0.10 0.090
② 800 0.10 0.40 0.080
③ 800 0.20 0.30 a
④ 900 0.10 0.15 b
下列说法正确的是( )
A.实验①中,若5 min时测得n(M)=0.050 mol,则0至5 min时间内,用N表示的平均反
应速率v(N)=1.0×10-2 mol/(L·min)
B.实验②中,该反应的平衡常数K=2.0
C.实验③中,达到平衡时,X的转化率为60%
D.实验④中,达到平衡时,b>0.060
0.050mol
答案 C 0至5 min内,v(M)= 10 L =1.0×10-3 mol/(L·min),v(N)=v(M)=1.0×10-3
5min
mol/(L·min),A项错误;实验②根据“三段式”法得:
X(g) + Y(g) M(g) + N(g)
初始(mol/L) 0.010 0.040 0 0
转化(mol/L) 0.008 0.008 0.008 0.008
平衡(mol/L) 0.002 0.032 0.008 0.008
0.008×0.008
K= =1,B项错误;实验③中,设达平衡时,X转化了x mol/L,根据“三段
0.002×0.032
式”法得:
X(g) +Y(g) M(g)+N(g)
初始(mol/L) 0.020 0.030 0 0
转化(mol/L) x x x x
平衡(mol/L) 0.020-x 0.030-x x x
x2
根据温度不变,K不变,可得 =1,x=0.012,X的转化率=
(0.020-x)(0.030-x)
0.012mol/L
×100%=60%,C项正确;由实验①②中数据可知该反应为放热反应,900 ℃
0.020mol/L
b
( )2
10
时的平衡常数应小于800 ℃时的平衡常数,假设实验④中K=1,则
0.10-b 0.15-b
×
10 10
=1,b=0.060,故900 ℃达到平衡时b<0.060,D项错误。
10.利用液化石油气中的丙烷脱氢可制取丙烯:C H (g) C H (g)+H (g) ΔH。向起始
3 8 3 6 2
体积为2 L的恒压密闭容器中充入1 mol丙烷,在不同温度、压强下测得平衡时反应体
系中丙烷与丙烯的物质的量分数如图所示(已知p 为0.1 MPa)。
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下列说法错误的是( )
A.反应的ΔH>0
B.压强p <0.1 MPa
2
C.556 ℃、压强p 时,该反应的压强平衡常数为1/80
1
D.556 ℃、压强p 时,容器中通入1.2 mol C H 、0.8 mol C H 、0.6 mol H ,此时
1 3 8 3 6 2
v(正)>v(逆)
答案 D A项,由图可知随温度升高丙烯的物质的量分数增大,丙烷的物质的量分数减
小,说明升温平衡正向移动,正反应为吸热反应,ΔH>0,正确;B项,温度一定,压强增大时平
衡逆向移动,丙烯的物质的量分数减小,压强p 下的丙烯物质的量分数大于压强p 下的,
2 1
说明p >p ,即压强p <0.1 MPa,正确;C项,由图知556 ℃、压强p 时,平衡时丙烷的物质
1 2 2 1
的量分数为50%,则p(C H )=0.5p =0.05 MPa,根据反应C H (g) C H (g)+H (g)可知剩
3 8 1 3 8 3 6 2
余50%的气体中,丙烯和氢气各占一半,所以p(C H )=p(H )=0.025 MPa,压强平衡常数
3 6 2
0.025×0.025 1
K = = ,正确;D项,556 ℃、压强p 时,平衡时丙烷的物质的量分数为
p 0.05 80 1
50%,丙烷起始物质的量为1 mol,设达平衡时消耗丙烷的物质的量为x mol,列三段式:
C H (g) C H (g)+H (g)
3 8 3 8 2
起始/mol 1 0 0
转化/mol x x x
平衡/mol 1-x x x
1 1
×
1-x 1 6 6 1
则有 =50%,解得x= ,平衡常数K= = ,相同条件下,起始向2 L密闭容
1-x+x+x 3 1 12
3
0.4×0.3
器中通入1.2 mol C H 、0.8 mol C H 、0.6 mol H ,此时浓度商Q=
3 8 3 6 2 0.6
=0.2>1/12,所以反应逆向进行,v(正)<v(逆),错误。
11.已知反应2N O(g) 2N (g)+O (g),速率方程为v=k·cn(N O)。N O在金(Au)表面分
2 2 2 2 2
解的实验数据如表所示:
t/min 0 20 40 60 80 100
c(NO)/(mol·L-1) 0.100 0.080 0.060 a 0.020 0
2
已知:①k为速率常数,只与温度、催化剂有关,与浓度无关;
②n=0时,该反应为0级反应,n=1时,该反应为1级反应,以此类推,n可以为整数,也可以为
分数;
