第2章 化学反应速率与化学平衡 章末综合提升-【优化探究】2025-2026学年高中化学选择性必修1同步导学案配套课件 人教版（2019）双选

第二章　章末综合提升 优化探究 第二章　化学反应速率与化学平衡 一、化学反应速率 化学 反应 速率 (反应 快慢) 1.(双选)(2023·辽宁卷,改编)一定条件下,酸性KMnO4溶液与H2C2O4发生反应,Mn(Ⅱ)起催化作用,过程中不同价态含Mn粒子的浓度随时间变化如图所示。下列说法正确的是(　　) A.Mn(Ⅲ)能氧化H2C2O4 B.随着反应物浓度的减小,反应速率 逐渐减小 C.该条件下,Mn(Ⅱ)和Mn(Ⅶ)不能大量共存 D.总反应为2Mn+5C2+16H+===2Mn2++10CO2↑+8H2O AC 开始一段时间(大约13 min前)随着时间的推移Mn(Ⅶ)浓度逐渐减小直至为0,Mn(Ⅲ)浓度增大直至达到最大值,结合图像,此时间段主要生成Mn(Ⅲ),同时先生成少量Mn(Ⅳ),后Mn(Ⅳ)被消耗;后来(大约13 min后)随着时间的推移Mn(Ⅲ)浓度减少,Mn(Ⅱ)的浓度增大。由图像可知,随着时间的推移Mn(Ⅲ)的浓度先增大后减小,说明开始反应生成Mn(Ⅲ),后Mn(Ⅲ)被消耗生成Mn(Ⅱ),则Mn(Ⅲ)能氧化H2C2O4,A项正确;随着反应物浓度的减小,到大约13 min时开始生成Mn(Ⅱ),Mn(Ⅱ)对反应起催化作用, 13 min后反应速率会增大,B项错误;由图像可知,Mn(Ⅶ)的浓度为0后才开始生成Mn(Ⅱ),则该条件下Mn(Ⅱ)和Mn(Ⅶ)不能大量共存,C项正确; H2C2O4为弱酸,在离子方程式中应写化学式,总反应为2Mn+5H2C2O4+6H+ === 2Mn2++10CO2↑+8H2O,D项错误。 2.(2022·浙江6月卷)恒温恒容的密闭容器中,在某催化剂表面上发生氨的分解反应:2NH3(g) N2(g)+3H2(g),测得不同起始浓度和催化剂表面积下氨浓度随时间的变化如下表所示,下列说法不正确的是(　　) 编号 时间/min c (NH3)/ ( 10-3 mol·L-1) 表面积/cm2 0 20 40 60 80 ① a 2.40 2.00 1.60 1.20 0.80 ② a 1.20 0.80 0.40 x   ③ 2a 2.40 1.60 0.80 0.40 0.40 A.实验①,0~20 min,v(N2)=1.00×10-5 mol·L-1·min-1 B.实验②,60 min时处于平衡状态,x≠0.40 C.相同条件下,增加氨气的浓度,反应速率增大 D.相同条件下,增加催化剂的表面积,反应速率增大 答案:C 由表格中数据可知,实验①,0~20 min,平均反应速率v(N2)=v(NH3)/2=(2.40-2.00)×10-3 mol·L-1/(20 min×2) =1.00 ×10-5 mol ·L-1·min-1,A项正确;催化剂表面积的大小只影响反应速率,不影响平衡,实验③中氨气初始浓度与实验①中一样,实验③达到平衡时氨气浓度为4.00×10-4 mol·L-1,则实验①达到平衡时氨气浓度也为4.00×10-4 mol·L-1,而恒温恒容条件下,实验②相对于实验①为减小压强,平衡正向移动,因此实验②60 min平衡时x≠0.40,B项正确;对比实验①、②可知,增加氨气的浓度,反应速率不变,C项错误;对比实验①、③可知,催化剂表面积增大,反应速率增大,D项正确。 二、化学平衡 化学平衡 (反应进行程度) 3.(2023·湖南卷)向一恒容密闭容器中加入1 mol CH4和一定量的H2O,发生反应:CH4(g)+H2O(g)⥫⥬CO(g)+3H2(g)。CH4的平衡转化率按不同投料比x随温度的变化曲线如图所示。下列说法错误的是(　　) A.x1<x2 B.反应速率:vb正<vc正 C.点a、b、c对应的平衡常数:Ka<Kb=Kc D.反应温度为T1,当容器内压强不变时, 反应达到平衡状态 B 由图像分析可知,A项正确,B项错误;该反应为吸热反应,温度升高,平衡常数增大,由图像可知,平衡常数Ka<Kb=Kc,C项正确;该反应反应前后气体分子数不相等,恒温恒容时,容器内压强不再发生变化,即达到平衡状态,D项正确。 4.(2023·广东卷)催化剂Ⅰ和Ⅱ均能催化反应R(g) ⥫⥬P(g)。反应历程(如图)中,M为中间产物。其他条件相同时,下列说法不正确的是(　　) A.使用Ⅰ和Ⅱ,反应历程都分4步进行 B.反应达到平衡时,升高温度,R的浓度增大 C.使用Ⅱ时,反应体系更快达到平衡 D.使用Ⅰ时,反应历程中M所能达到的最 高浓度更大 C 由题图可知两种催化剂均出现四个波峰,所以使用Ⅰ和Ⅱ,反应历程都分4步进行,A正确;由题图可知该反应是放热反应,所以达到平衡时,升高温度平衡向左移动,R的浓度增大,B正确;由题图可知使用Ⅰ的最高活化能小于使用Ⅱ的最高活化能,所以使用Ⅰ时反应速率更快,反应体系更快达到平衡,C错误;由题图可知在前两个历程中使用Ⅰ活化能较低,反应速率较快,后两个历程中使用Ⅰ活化能较高,反应速率较慢,所以使用Ⅰ时,反应过程中M所能达到的最高浓度更大,D正确。 5.(2022·全国甲卷)金属钛(Ti)在航空航天、医疗器械等工业领域有着重要用途。目前生产钛的方法之一是将金红石(TiO2)转化为TiCl4,再进一步还原得到钛。回答下列问题: (1)TiO2转化为TiCl4有直接氯化法和碳氯化法。在1 000 ℃时反应的热化学方程式及其平衡常数如下: (ⅰ)直接氯化:TiO2(s)+2Cl2(g)===TiCl4(g)+O2(g)　ΔH1=+172 kJ·mol-1, Kp1=1.0×10-2 (ⅱ)碳氯化:TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)===TiCl4(g)+2CO(g)　ΔH2=-51 kJ· mol-1,Kp2=1.2×1012 Pa ①反应2C(s)+O2(g)===2CO(g)的ΔH为　　　kJ·mol-1,Kp=　　　　Pa。  ②碳氯化的反应趋势远大于直接氯化,其原因是________________。  ③对于碳氯化反应:增大压强,平衡　　　　(填“向左”“向右”或“不”)移 动;温度升高,平衡转化率　　　　(填“变大”“变小”或“不变”)。  -223 1.2×1014 Kp2>Kp1 向左 变小 (1)①根据(ⅰ):TiO2(s)+2Cl2(g)===TiCl4(g)+O2(g)　ΔH1=+172 kJ·mol-1, Kp1=1.0×10-2　(ⅱ):TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)===TiCl4(g)+2CO(g)　ΔH2= -51 kJ·mol-1,Kp2=1.2×1012 Pa,由盖斯定律,反应(ⅱ)-反应(ⅰ)得到反应2C(s)+O2(g)===2CO(g),ΔH=ΔH2-ΔH1=-51 kJ·mol-1-(+172 kJ·mol-1)=-223 kJ ·mol-1;Kp===1.2×1014 Pa;②平衡常数越大,转化率越大,碳氯化的反应趋势远大于直接氯化,其原因是Kp2>Kp1;③根据勒夏特列原理可知,增大压强,平衡向气体体积减小的方向移动,碳氯化反应生成物气体的系数大于反应物气体的系数,故增大压强,平衡向左移动,该反应是放热反应,升高温度,平衡逆向移动,平衡转化率变小。 (2)在1.0×105 Pa,将TiO2、C、Cl2以物质的量比1∶2.2∶2进行反应。体系中气体平衡组成比例(物质的量分数)随温度变化的理论计算结果如图所示。 ①反应C(s)+CO2(g)===2CO(g)的平衡常数Kp(1 400 ℃)=　　　　Pa。  ②图中显示,在200 ℃平衡时TiO2几乎完全转化为TiCl4,但实际生产中反应温度却远高于此温度,其原因是_________________________________ 　 。  7.2×105 提高反应速率,在相同时间内得到更 多的TiCl4产品 (2)①Kp(1 400 ℃)===7.2×105 Pa;②实际生产中需要综合考虑反应的速率、产率等,以达到最佳效益,实际生产中反应温度远高于200 ℃,就是为了提高反应速率,在相同时间内得到更多的TiCl4产品。 (3)TiO2碳氯化是一个“气—固—固”反应,有利于TiO2—C“固—固”接触的措施是________________________。  (3)将固体粉碎有利于增大接触面积。 将固体粉碎 三、化学反应的方向 化学 反应 的方向 6.(双选)(2023·湖北卷)工业制备高纯硅的主要过程为 石英砂 粗硅 SiHCl3 高纯硅 下列说法错误的是(　　) A.制备粗硅的反应方程式为SiO2+2CSi+2CO↑ B.1 mol Si含Si—Si的数目约为4×6.02×1023 C.原料气HCl和H2应充分去除水和氧气 D.生成SiHCl3的反应为熵增过程 BD SiO2和C在高温下发生反应生成Si和CO,因此,制备粗硅的反应方程式为SiO2+2CSi+2CO↑,A正确;在晶体硅中,每个Si与其周围的4个Si形成共价键并形成立体空间网状结构,因此,平均每个Si形成2个共价键,1 mol Si含Si—Si的数目约为2×6.02×1023,B错误;SiHCl3易水解,若氢气中混有氧气,可能会发生爆炸,故原料气HCl和H2应充分去除水和氧气,C正确;Si+3HClSiHCl3+H2,该反应是气体分子数减少的反应,因此,生成SiHCl3的反应为熵减过程,D错误。 四、化学反应的调控 化学反 应的调控 7.(2023·新课标卷,节选)氨是最重要的化学品之一,我国目前氨的生产能力位居世界首位。回答下列问题: (1)研究表明,合成氨反应在Fe催化剂上可能通过图1机理进行(*表示催化剂表面吸附位,表示被吸附于催化剂表面的N2)。判断下述反应机理中,速率控制步骤(即速率最慢步骤)为　　　　　(填步骤前的标号),理由是 ___________________________________________________。  (ⅰ)N2(g)+*⥫⥬ (ⅱ)+*⥫⥬2N* (ⅲ)H2(g)+*⥫⥬ (ⅳ)+*⥫⥬2H* (ⅴ)N*+H*⥫⥬NH*+* …… (…)N⥫⥬NH3(g)+* 答案:(1)(ⅱ)　氮氮三键的键能最大,使其断裂需要的能量最多　 (1)断键吸热,成键放热,氮气分子中含有氮氮三键,断裂氮氮三键所需能量较高,该步反应速率较慢,影响整个反应的反应速率,所以步骤(ⅱ)为该反应的速率控制步骤。 (2)在不同压强下,以两种不同组成进料,反应达到平衡时氨的摩尔分数与温度T的计算结果如图所示。其中一种进料组成为=0.75、=0.25,另一种为=0.675、=0.225、xAr=0.10。 ①图中压强由小到大的顺序为　 , 判断的依据是______________________________________________________________ ____________________________________________;  ②进料组成中含有惰性气体Ar的图是_________________________;  ③图2中,当p2=20 MPa、=0.20时,氮气的转化率α=　　　　　(结果保留两位小数)。该温度时,反应N2(g)+H2(g)⥫⥬NH3(g)的平衡常数Kp= 　　　　　(MPa)-1(化为最简式)。  p1<p2<p3 工业合成氨的反应为气体分子数减少的反应,增大压强其平衡正向移动,温度相同时,压强越大,平衡时氨的摩尔分数越大 图3 33.33% (2)①工业合成氨的反应为气体分子数减少的反应,当温度相同时,压强增大,平衡正向移动,平衡时混合气体中氨的摩尔分数越大,结合题图2或题图3均能得出压强由小到大的顺序为p1<p2<p3;②Ar不参与化学反应,含Ar的进料组成中H2、N2的分压较小,导致平衡时混合气体中氨的摩尔分数减小,结合两图可知,题图3为进料组成中含有Ar的图像;③结合图2中p2=20 MPa、=0.20,以及题图2对应的进料气的组成,设进料气中N2和H2分别为0.25 mol和0.75 mol,设达到平衡时N2的转化量为x mol,结合题意列三段式: 　　　　　 N2(g)+H2(g)⥫⥬NH3(g)　　　 起始量/mol 0.25 0.75 0 变化量/mol x 3x 2x 平衡量/mol 0.25-x 0.75-3x 2x 则根据=0.20得=0.20,解得x=,则N2的转化率α=×100%≈33.33%。平衡时N2、H2和NH3的物质的量分别为 mol、 mol、 mol,物质的量分数分别为、、,此时N2、H2、NH3对应的平衡分压分别为p2、p2、p2,则该温度下,该反应的Kp=,整理并代入数值得Kp=(MPa)-1。 $$