2025年高考化学一轮复习特训——速率平衡综合计算

速率平衡综合计算特训 【说明】我们对此部分知识进行过初步的训练，但很多同学经历 过各种考试后依然会觉得无从下手。原因很简单：一是此部分知识为高中化学中最难最压轴的部分之一；二是题目训练量远远达不到到质变的标准。本节就是结合 新增知识点对速率平衡问题进行大剂量的综合训练。 1．（2022 湖南节选）2021 年我国制氢量位居世界第一，煤的气化是一种重要的制氢途径。回答下列问题： 在一定温度下，向体积固定的密闭容器中加入足量的 C(s)和 1 mol H2O(g)，起始压强 为 0.2 MPa 时，发生下列反应生成水煤气： Ⅰ．C(s)+H2O(g) ⇌CO(g)+H2(g) ΔH1＝+131.4 kJ•mol﹣1 Ⅱ．CO(g)+H2O(g) ⇌CO2(g)+H2(g) ΔH2＝-41.1 kJ•mol﹣1 （1） 下列说法正确的是 ； A. 平衡时向容器中充入惰性气体，反应Ⅰ的平衡逆向移动 B. 混合气体的密度保持不变时，说明反应体系已达到平衡 C. 平衡时 H2 的体积分数可能大于 D. 将炭块粉碎，可加快反应速率 （2） 反应平衡时，H2O(g)的转化率为 50%，CO 的物质的量为 0.1 mol。此时，整个体系 （填“吸收”或“放出”）热量 kJ，反应Ⅰ的平衡常数 Kp＝ （以分压表示，分压＝总压×物质的量分数）。 2．（2023 华师一附模拟节选）聚丙烯简称 PP，是一种应用非常广泛的有机合成高分子材料，其单体丙烯可以通过丙烷催化剂脱氢制备。 已知：C3H8(g)⇌C3H6(g)+H2(g) ΔH Kp(853 K)=0.199 kPa Kp(893 K)=0.450 kPa （3） 已知速率常数 k 与温度 T 的关系可表示为：。其中 Ea 为反应活化能，R=8.3×10-3 kJ•mol﹣1•K﹣1，A 为常数。 ①丙烷脱氢速率常数 lgk 与的图像如图所示，则可通过斜率计算 。 ②800 K 时，其他条件不变，使用某催化剂使丙烷脱氢反应的总活化能降低了 15.272 kJ•mol﹣1，则反应速率变为原来的 倍。 ( ， )③若催化剂能降低相同的活化能，当温度越 （填“高”或“低”）时 越大。 3．等物质的量的 I2 和 H2 置于预先抽真空的 1 L 密闭容器中，起始总压为 400 kPa，保持温度为 T K 时达平衡，总压为 440 kPa。体系中存在如下反应： ① I2(g) ⇌2I(g) Kp1=200 kPa ② I2(g)+H2(g) ⇌2HI(g) Kp2 平衡体系中 I(g)、H2(g)分压分别为 kPa、 kPa， T K 下的 Kp2= 。 4（. 2022 安徽模拟节选）CO2 在固体催化表面加氢合成甲烷过程中发生以下两个反应： 主反应：CO2(g)+4H2(g) ⇌CH4(g)+2H2O(g) ΔH1 K1 副反应：CO2(g)+H2(g) ⇌CO(g)+H2O(g) ΔH2 K2 ①已知 2H2(g)+O2(g)⟶2H2O(g) ΔH3 K3 CH4(g)+2O2(g)⟶CO2(g)+2H2O(g) ΔH4 K4 K1＝ （可以用 K2、K3、K4 表示） ②用物质的量分数表示的平衡常数记为 Kx，已知一定温度下，向起始压强为 p 的 2 L 恒容密闭容器中充入 2 mol CO2 和 8 mol H2，10 min 时主、副反应都达到平衡状态， 测得 c(H2O)＝25 mol•L﹣1，总压变为原来的，则 0～10 min 内，v(CH4)＝ mol•L•min﹣1，平衡时 CH4 选择性＝ （已知 CH4 的选择性＝ ×100%），主反应的 Kx＝ （列出计算式即可，不必化简）。 5．（2023 重庆节选）银及其化合物在催化与电化学等领域中具有重要应用。 ( T /K 401 443 463 p c /kPa 10 51 100 )（2）一定条件下，银催化剂表面上存在反应：Ag2O(s) ⇌2Ag(s)+ O2(g)，该反应平衡压强 pc 与温度 T 的关系如下： ①463 K 时的平衡常数 Kp＝ (kPa)。 ②起始状态Ⅰ中有 Ag2O、Ag 和 O2，经下列过程达到各平衡状态： 已知状态Ⅰ和Ⅲ的固体质量相等，下列叙述正确的是 （填字母）。 A．从Ⅰ到Ⅱ的过程ΔS＞0 B．pc(Ⅱ)＞pc(Ⅲ) C．平衡常数：K(Ⅱ)＞K(Ⅳ) D．若体积 V(Ⅲ)＝2V(Ⅰ)，则 Q(Ⅰ)＝K(Ⅲ) E．逆反应的速率：v(Ⅰ)＞v(Ⅱ)＝v(Ⅲ)＞v(Ⅳ) ③某温度下，向恒容容器中加入 Ag2O，分解过程中反应速率 v(O2)与压强 p 的关系为 v(O2)＝k(1﹣)，k 为速率常数（定温下为常数）。当固体质量减少 4%时，逆反应速率最大。若转化率为 14.5%，则 v(O2)＝ （用 k 表示）。 6．（2023 泉州一模节选）科学家研究发现 CH3I 热裂解时主要发生如下反应：反应 i：2CH3I(g) ⇌2HI(g)+C2H4(g) ΔH1＝+80.2 kJ•mol﹣1 反应 ii：3C2H4(g) ⇌2C3H6(g) ΔH2＝-108 kJ•mol﹣1反应 iii：2C2H4(g) ⇌C4H8(g) ΔH3＝-84 kJ•mol﹣1反应 iv：2HI(g) ⇌H2(g)+I2(g) ΔH4＝+11 kJ•mol﹣1回答下列问题： （1） 反应 3CH3I(g) ⇌C3H6(g)+3HI(g) ΔH＝ kJ•mol﹣1 （2） 在刚性密闭容器中投料 1 mol CH3I(g)，若只发生反应 i、ii、iii，平衡总压强为 p MPa，温度对平衡体系中乙烯、丙烯和丁烯物质的量分数的影响如下图所示。 ①随温度升高，C3H6 物质的量分数先增大后减小的原因是 。 ②CH3I(g)转化率α(A) α(B)（填“＞”“＜”或“＝”）；715 K 时，反应 i 平衡常数 Kp= MPa（列计算式）。 7．（2023 广东模拟改编）CO2 的有效利用可减缓能源问题。回答下列问题： （1） 由合成气（组成为 H2、CO 和少量 CO2）直接制备甲醇，其中的主要过程包括以下三个反应： i．CO2(g)+H2(g) ⇌CO(g)+H2O(g) ΔH1＝+41.1 kJ•mol﹣1 ii．CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g) ΔH2＝-90.1 kJ•mol﹣1 iii．CO2(g)+3H2(g) ⇌CH3OH(g)+H2O(g) ΔH3＝-49.0 kJ•mol﹣1 经理论计算表明反应 i 能够自发的温度为 T0，而实际生产温度远高于 T0，可能的原因 是 。 （2） t℃、100 kPa 条件下，将 1 mol CO2 和 3 mol H2 投入含 6 mol Ar 的恒压密闭容器中发生反应，反应 10 min 达到平衡，测得容器中 CO、CH3OH 分别为 0.2 mol、0.5 mol。 ①CO2 的平衡转化率为 ，0～10 min 内 H2O 分压的平均变化速率 = kPa•min﹣1，反应 i 的平衡常数 Kx= [对于反应 aM(g)+bN(g) ⇌cZ(g)+dQ(g)，Kx=，x 为物质的量分数]。 ②研究表明，反应 i 的速率方程为 v=k[x(CO2)•x(H2)-x(CO)x(H2O)•Kp]，x 表示气体的物质的量分数，Kp 为压强平衡常数，k 为反应的速率常数且随着温度升高而增大。在气体物质的量分数和催化剂一定的情况下，反应速率随温度的变化如图 1 所示。反应 iii 的速率方程为 v 正=k 正•x(CO2)•x3(H2)，v 逆=k 逆•x(CH3OH)•x(H2O)，图 2 为反应 ii 的速率常数对数 lgk 与温度倒数 之间的关系。图 1 中根据速率方程分析 T＞T0 时，v 逐渐增 大的原因是 。图 2 中直线 （填“A”或“B”）表示 lgk 正与 的关系。 8．（2023 河南模拟节选）CS2 为无色液体，是一种常见的溶剂，在化工生产中有重要作用，如制造人造丝、杀虫剂、促进剂等。 利用工业废气 H2S 生产 CS2 的反应为 CH4(g)+2H2S(g) ⇌CS2(g)+4H2(g)。向某密闭容器充入 1 mol CH4、2 mol H2S，维持体系压强为 p0 kPa，反应达到平衡时，四种组分的物质的量分数随温度 T 的变化如图。 ①图中表示 CH4 的曲线是 （填“a”“b”“c”或“d”）。 ②780℃时，该反应的 Kp= （列出表达式即可，用平衡分压代替平衡浓度，分压=总压×物质的量分数）。 ③维持 m 点温度不变，向容器中再通入 CH4、H2S、CS2、H2 各 1 mol，此时速率关系为 v 正 v 逆（填“＞”“＜”或“＝”）。 9．（2023 德州模拟节选）若按 =1 的投料比将 NO(g)与 CO(g)充入体积可变的恒压密闭容器中，在一定条件下发生反应 2NO(g)+2CO(g)⇌N2(g)+2CO2(g) ΔH＝ ( 正 正 )-557 kJ•mol﹣1，用 NO 表示的正反应速率为 v (NO)=k •c2(NO)•c2(CO)，用 N2(g)表示的逆反应速率为 v 逆(N2)=k 逆•c(N2)•c2(CO2)（k 正、k 逆表示速率常数且只与温度有关）， NO(g)的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。 ①压强 p1、p2、p3 由大到小的顺序是 ，X、Y、Z 三点的压强平衡常数 Kp 由小到大的顺序是 。 ②T1℃、压强为 p3 时，向 V L 容器中充入 2.0 mol NO(g)和 2.0 mol CO(g)发生上述反应，5 min 后反应达到平衡（X 点），该温度下的浓度平衡常数 Kc= （不 写单位，下同）， = ，M 点的 = 。 10．以 CO2、H2 为原料合成 CH3OH 的反应是研究热点之一，该反应体系涉及的反应如下： I．CO2(g)+3H2(g) ⇌CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-49 kJ•mol-1 II．CO2(g)+H2(g) ⇌CO(g)+H2O(g) ΔH2= +41.2 kJ•mol-1 （1） 在恒压密闭容器中，按照 n(CO2)∶n(H2)=1∶3 投料进行反应，反应Ⅰ、Ⅱ以物质的分压表示的平衡常数 Kp 随温度 T 的变化关系如图 1 所示（体系总压为 10 kPa）。 ①反应Ⅱ对应图 1 中 （填“m”或“n”）；A 点对应温度下体系达到平衡时 CO2 的转化率为 80%，反应 I 的 Kp= kPa-2（保留两位有效数字）。 ②通过调整温度可调控平衡时的值。B 点对应温度下，平衡时=400，则 p(H2)= kPa。 （2） 在密闭容器中，保持投料比不变，将 CO2 和 H2 按一定流速通过反应器，一段时间后，测得 CO2 转化率(α)和甲醇选择性[x(CH3OH)=×100%]随温度(T)变化关系如图 2 所示。若 233～250℃时催化剂的活性 受温度影响不大，则 236℃后图中曲线下降的原因是 ；若气体流速过大，CO2 的转化率会降低，原因是 。 （3） 向恒温恒压的两个密闭容器甲（T℃、p1）、乙（T℃、p2）中，分别充入物质的量均为 a mol 的 CO2 和 H2，若只发生反应 II，其正反应速率 v 正=k 正 p(CO2)p(H2)，p为气体分压。若甲、乙容器平衡时正反应速率之比 v 甲∶v 乙=16∶25，则甲、乙容器的体积之比为 。 11．（2023 重庆育才中学模拟节选）二氧化碳转化甲醇技术是当前的研究热点，假设该过程仅发生如下 3 个反应： 反应Ⅰ：CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g) K1 ΔH1反应Ⅱ：2CH3OH(g) ⇌CH3OCH3(g)+H2O(g) K2 ΔH2反应Ⅲ：2CO2(g)+6H2(g) ⇌CH3OCH3(g)+3H2O(g) K3 ΔH3 （1） 上述反应的平衡常数 K 与温度 T 的关系都符合：ln K=A+（A、B 都为常数，且都大于零），则丨ΔH2 丨 丨ΔH3 丨（填“＞”“＜”或“=）。 （2） 在体积为 1 L 的刚性容器中，仅发生反应Ⅰ，投料比=3，反应一段时间后， 在无分子筛膜时甲醇的平衡产率和有分子筛膜（能选择性分离出 H2O）时甲醇的产率随温度的变化如图所示。 ①下列说法能作为反应Ⅰ达到平衡状态的判据是 （填字母）。 A．气体密度不再变化 B．CO2 的体积分数不再变化 C．气体平均相对分子质量不再变化 D．CO2、H2 的物质的量之比为 1∶3 ②有分子筛时，P 点之前甲醇的产率随温度升高而升高的原因是 。 ③210℃下，反应达到平衡时，该容器中未通过膜的 H2O 分子占反应生成的 H2O 分子的百分比为 （用 a 表示）。 12．（2023 全国模拟改编）某化学兴趣小组同学查阅资料得知，常温下，对于任一电 池反应 aA+bB=cC+dD，其电动势 E=- 0.059 lg (C)·(D)，n 为 电池反应中转移的电子 (A)·(B) 数。该小组同学设计 Zn-Cu 原电池装置（如图 1 所示），来探究离子浓度的改变对电极电势的影响，测得初始时 Zn(s)+Cu2+(1 mol•L-1)=Zn2+(1 mol•L-1)+Cu(s) E=1.1 V（该反应中 n=2），随着放电的进行，观察电池电动势的变化趋势并绘制了电池电动势 E ( 2+ )与 lg (Zn2+)的变化关系，如图 2 所示。电压表读数为零， （“能”或“不能”） (Cu ) 说明该原电池中 Cu2+被消耗完全。该小组同学推测图 2 中直线与横轴的交点坐标大约为 。 【参考答案】 1、（1）BD （2）吸收；31.2；0.02 MPa 2、①Ea ②10 ③低 3、80；72；28.4 2 1×(2.5)2 4、① 3 4 ②0.05；66.7%； 8 8 0.5×(3.5)4 8 8 5、①10 ②CDE ③ 3k 4 6、（1）+66.3（或 66.3） （2）①反应 i 为吸热反应，温度升高，反应 i 平衡向正向移动，乙烯浓度增大，使得反应 ii 平衡正向移动；反应 ii 为放热反应，温度升高，反应 ii 平衡向逆向移动；低于 800 K，乙烯浓度对反应 ii 的影响占主导，高于 800 K，温度对反应 ii 的影响占主导。因此，丙烯的物质的量分数先增大后减小 ( 0.64p 2 ×0.04p 0.16p 2 )② < ； 或 0.64p 7、（1） 反应 i 的活化能大 （2） ①70%；0.7 14 39 ② T>T0时，升高温度，k 增大对速率的影响大于 Kp 增大对速率的影响；B 8、① d ② 0.8p0 3.4 0.8p0 3.4 4 0.2p0 ( × )3.4 ( × )1.6p0 3.4 2 ③ > V 2 8192 9、①p1>p2>p3；Z<Y<X ② 9； 9 ； 171 （或 47.9） 10、（1）① n；0.10 ② 20 （2）反应Ⅰ放热，反应Ⅱ吸热，升温使反应Ⅰ平衡逆向移动程度大于反应Ⅱ平衡正向移动程度，因而使 CO2 转化率和甲醇选择性下降；气体流速过大，使得气体在容器中未能充分反应，还未达到化学平衡就被排出，导致 CO2 的转化率降低 （3）5∶4 11、（1）＜ （2）① BC ②分子筛分离出水分子的影响大于温度对反应逆向移动的影响 a−25 ③ a ×100% 12、不能；（37，0） 学科网（北京）股份有限公司 $$