2021年高考化学易错题专题训练化学反应速率和化学平衡计算.docx

2021年高考化学易错题专题训练化学反应速率和化学平衡计算

2021年高考化学易错题专题训练化学反应速率和化学平衡计算

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化学反应速率和化学平衡计算
【错题纠正】
例题1、Ⅰ.二甲醚是一种重要的清洁燃料，可以通过CH3OH分子间脱水制得：2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)　ΔH＝－23.5kJ·mol－1。在t1℃，恒容密闭容器中建立上述平衡，体系中各组分浓度随时间变化如图所示。

(1)该条件下反应平衡常数表达式K＝___________________________；在t1 ℃时，反应的平衡常数为________，达到平衡时n(CH3OCH3):n(CH3OH): n(H2O)=_____________________。
(2)相同条件下，若改变起始浓度，某时刻各组分浓度依次为：c(CH3OH)＝0.4 mol·L－1、c(H2O)＝0.6 mol·L－1、c(CH3OCH3)＝2.4mol·L－1，此时正、逆反应速率的大小：v正________v逆(填“>”、“<”或“＝”)，反应向______反应方向进行(填“正”或“逆”)。
Ⅱ.已知可逆反应：M(g)＋N(g)P(g)＋Q(g)　ΔH＞0，请回答下列问题：
(1)在某温度下，反应物的起始浓度分别为c(M)＝1 mol·L－1，c(N)＝2.4 mol·L－1。达到平衡后，M的转化率为60%，此时N的转化率为____________。
(2)若反应温度升高，M的转化率__________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(3)若反应温度不变，反应物的起始浓度分别为c(M)＝4mol·L－1，c(N)＝a mol·L－1；达到平衡后，c(P)＝2 mol·L－1，a＝____________。
【解析】(1)平衡常数表达式K＝；由图像知，反应在t1时达到平衡，平衡时各物质的浓度分别为c(CH3OCH3)＝1 mol·L－1，c(H2O)＝0.8 mol·L－1，c(CH3OH)＝0.4 mol·L－1，则该温度下，反应的平衡常数K＝＝5；达到平衡时n(CH3OCH3):n(CH3OH): n(H2O)=1.0:0.4:0.8=5:2:4；(2)根据Qc＝＝9>K，则反应逆向进行， v(正)<v(逆)。Ⅱ.(1) M的转化率为60%，则M减少了1 mol·L-1×60％=0.6 mol·L-1，由方程式可知N也减少了0.6 mol·L-1，N的转化率为×100%=25%；(2)该反应为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，则M的转化率增大；(3)由(1)可知平衡时M、N、P、Q的浓度分别为0.4 mol·L-1、1.8 mol·L-1、0.6 mol·L-1、0.6 mol·L-1，则该温度下的平衡常数为：K==0.5，当反应物的起始浓度分别为c(M)＝4mol·L－1，c(N)＝a mol·L－1时，根据三段式：

则平衡常数K==0.5，解得a=6。
【答案】Ⅰ.(1)　5　5:2:4 (2) < 逆Ⅱ.(1)25%　(2)增大　(3)6
例题2、亚硝酰氯(NOCl)是有机合成中的重要试剂，可由NO和Cl2反应得到，化学方程式为2NO(g)＋Cl2(g) 2NOCl(g)。
(1)氮氧化物与悬浮在大气中的海盐粒子相互作用时会生成亚硝酰氯，涉及如下反应：
①2NO2(g)＋NaCl(s) NaNO3(s)＋NOCl(g)
②4NO2(g)＋2NaCl(s) 2NaNO3(s)＋2NO(g)＋Cl2(g)
③2NO(g)＋Cl2(g)2NOCl(g)
设反应①②③对应的平衡常数依次为K1、K2、K3，则K1、K2、K3之间的关系为____________。
(2)300 ℃时，2NOCl(g) 2NO(g)＋Cl2(g)。
正反应速率的表达式为v正＝k·cn(NOCl)(k为速率常数，只与温度有关)，测得速率与浓度的关系如表所示：
序号
c(NOCl)/mol·L－1
v/mol·L－1·s－1
①
0.30
3.60×10－9
②
0.60
1.44×10－8
③
0.90
3.24×10－8
n＝________，k＝________。
(3)在1 L恒容密闭容器中充入2 mol NO(g)和1 mol Cl2(g)，在不同温度下测得c(NOCl)与时间t的关系如图A所示：

①反应开始到10 min时NO的平均反应速率v(NO)＝________ mol·L－1·min－1。
②T2时该反应的平衡常数K为________。
③Cl2的平衡转化率为________________。
(4)在密闭容器中充入NO(g)和Cl2(g)，改变外界条件[温度、压强、、与催化剂的接触面积]，NO的转化率变化关系如图B所示。X代表________。
【解析】(1)根据盖斯定律知，①×2－②＝③，从而可推知平衡常数之间的关系。(2)将①②组数据代入表达式计算，＝＝4，解得n＝2。再代入任意一组数据可计算出k值。:(3)①10 min时，c(NOCl)＝1 mol·L－1，则转化的NO的物质的量为1 mol，则v(NO)＝＝0.1 mol·L－1·min－1。②平衡常数K＝＝2。③Cl2的平衡转化率为×100%＝50%。(4)根据图A，T2下反应速率较大，说明T2大于T1，而T2下达到平衡状态时，c(NOCl)较小，说明升高温度，平衡向逆反应方向移动，故正反应是放热反应。观察图B，随着X的增大，NO的转化率增大，说明平衡向正反应方向移动，该可逆反应的正反应是气体分子数减小的反应，且正反应是放热反应，X代表压强或。与催化剂的接触面积大小只影响化学反应速率，不会使平衡移动，即不改变转化率。
【答案】(1)K2·K3＝K(2)2　4.0×10－8 L· mol－1·s－1(3)①0.1　②2　③50%(4)压强或
【知识清单】
1.化学反应速率计算的方法
(1)定义式法：化学反应速率是表示反应进行快慢的物理量，它用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示， v＝，单位有mol/(L·h)、mol/(L·min)、mol/(L·s)等。
(2)比例关系法：对于已知反应mA(g)＋nB(g)===pC(g)＋qD(g)，其化学反应速率可用不同的反应物或生成物来表示，当单位相同时，化学反应速率的数值之比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比，即v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q。
(3)三段式法：列起始量、转化量、最终量，再根据定义式或比例关系计算。例如：

则：v(A)＝ mol·L－1·s－1，v(B)＝mol·L－1·s－1，v(C)＝mol·L－1·s－1，v(D)＝mol·L－1·s－1。
2．化学平衡常数
（1）在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，生成物浓度化学计量数次幂的乘积与其反应物浓度化学计量数次幂的乘积的比值是一个常数，即平衡常数，用符号K表示。对一般可逆反应mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，当在一定温度下达平衡状态时，可以得出：K＝，K值越大，说明平衡体系中生成物所占的比例越大，反应物的转化率越大，K只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关，即在一定温度下，平衡常数保持不变。
（2）化学平衡常数的应用：根据平衡常数可判断可逆反应进行的程度，平衡常数越大，正反应进行的程度越大，反应物的转化率越高，平衡后生成物的浓度越大，反应物的浓度越小；利用化学平衡常数可判断化学平衡移动的方向，对于可逆反应aA(g)＋bB(g) cC(g)＋dD(g)，在一定温度下的任意时刻，反应物与生成物浓度有如下关系：＝Qc，称为浓度商：；利用化学平衡常数判断可逆反应的热效应：。
3．化学平衡的计算
“三段式”法是有效解答化学平衡计算题的“万能钥匙”。解题时，要注意清楚条理地列出起始量、转化量、平衡量，按题目要求进行计算，同时还要注意单位的统一。举例如下：

(1)则A的转化率α(A)＝×100%。
(2)D的物质的量分数＝×100%。
(3)起始与平衡时的压强比：＝。
(4)平衡时混合气体的平均相对分子质量＝。
【变式练习】
1. 温度为T℃，向体积不等的恒容密闭容器中分别加入足量活性炭和1mol NO2，发生反应：2C(s)+2NO2(g)⇌N2(g)+2CO2(g)反应相同时间，测得各容器中NO2的转化率与容器体积的关系如图所示。下列说法正确的是

A．T℃时，该反应的化学平衡常数为
B．图中c点所示条件下，v(正)＞v(逆)
C．向a点平衡体系中充入一定量的NO2，达到平衡时，NO2的转化率比原平衡大
D．容器内的压强：Pa:Pb＜6:7
2. 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。
(1)H2S的平衡转化率α1＝________%，反应平衡常数K＝________。
(2)在620 K重复实验，平衡后水的物质的量分数为0.03，H2S的转化率α2________α1，该反应的ΔH________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)。
【易错通关】
1.O2将HCl转化为Cl2，可提高效益，减少污染。一定条件下测得反应过程中n(Cl2)的数据如下，则2.0～6.0 min内以HCl的物质的量变化表示的反应速率为 (以mol·min－1为单位)。
t/min
0
2.0
4.0
6.0
8.0
n(Cl2)/10－3 mol
0
1.8
3.7
5.4
7.2
2.在容积为1.00 L的容器中，通入一定量的N2O4，发生反应N2O4(g) 2NO2(g)，随温度升高，混合气体的颜色变深。则在0～60 s时段，反应速率v(N2O4)为________mol·L－1·s－1。

3.反应aA＋bBcC在体积为2 L的容器中进行反应。在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ阶段体系中各物质的量随时间变化的曲线如图所示，A的平均反应速率vⅠ(A)、vⅡ(A)、vⅢ(A)从大到小排列次序为_____，第Ⅰ阶段20 min时，C的平均速率vⅠ(C)＝________。

4.光气(COCl2)是一种重要的化工原料，用于农药、医药、聚酯类材料的生产，工业上通过Cl2(g)＋CO(g) COCl2(g)制备。下图为某次模拟实验研究过程中在1 L恒容容器内各物质的浓度随时间变化的曲线。若保持温度不变，在第8 min向体系中加入这三种物质各2 mol，则平衡________移动(填“向正反应方向”“向逆反应方向”或“不”) ，若将初始投料浓度变为c(Cl2)＝0.7 mol/L、c(CO)＝0.5 mol/L、c(COCl2)＝________mol/L，保持反应温度不变，则最终达到化学平衡时，Cl2的体积分数与上述第6 min时Cl2的体积分数相同。

5.在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)，其化学平衡常数K和温度t的关系如表，830 ℃时，向容器中充入1 mol CO、5 mol H2O，反应达到平衡后，其化学平衡常数K________1.0(选填“大于”“小于”或“等于”)，其他条件不变的情况下，扩大容器的体积，平衡________移动(填“向正反应方向”“向逆反应方向”或“不”)。若1200 ℃时，在某时刻平衡体系中CO2、H2、CO、H2O的浓度分别为2 mol·L－1、2 mol·L－1、4 mol·L－1、4 mol·L－1，则此时上述反应的平衡移动方向为________(填“正反应方向”“逆反应方向”或“不移动”)。
t℃
700
800
830
1000
1200
K
0.6
0.9
1.0
1.7
2.6
6．工业上制备合成气的工艺主要是水蒸气重整甲烷：CH4(g)＋H2O(g) CO(g)＋3H2(g)　ΔH>0，在一定条件下，向体积为1 L的密闭容器中充入1 mol CH4(g)和1 mol H2O(g)，测得H2O(g)和H2(g)的浓度随时间变化曲线如图所示，则该反应的化学平衡常数K＝ ，达到平衡时，CH4(g)的转化率为 。

7．Bodensteins研究了下列反应：2HI(g) H2(g)＋I2(g)，在716 K时，气体混合物中碘化氢的物质的量分数x(HI)与反应时间t的关系如下表，根据实验结果，该反应的平衡常数K的计算式为________。
t/min
0
20
40
60
80
120
x(HI)
1
0.91
0.85
0.815
0.795
0.784
x(HI)
0
0.60
0.73
0.773
0.780
0.784
8．乙苯催化脱氢制苯乙烯反应：CH2CH3(g) CH＝CH2(g)＋H2(g)，维持体系总压强p恒定，在温度T时，物质的量为n、体积为V的乙苯蒸气发生催化脱氢反应。已知乙苯的平衡转化率为α，则在该温度下反应的平衡常数K＝___(用α等符号表示)。
9．某温度下，反应2A(g) B(g)＋C(g)的平衡常数为1，在容积为2 L的密闭容器中加入A(g)。20 s时测得各组分的物质的量如下表，则反应前20 s的平均速率为 ，正反应速率 逆反应速率。
物质
A(g)
B(g)
C(g)
物质的量/mol
1.2
0.6
0.6
10.在1.0 L真空密闭容器中充入4.0 mol A(g)和4.0 mol B(g)，在一定温度下进行反应：A(g)＋B(g) C(g)　ΔH，测得不同时刻该容器内物质的物质的量如下表，随着温度的升高，该反应的化学平衡常数减小，则ΔH________(填“>”、“<”或“＝”)0，反应从起始到20 min内C的平均反应速率是________。该温度下，上述反应的化学平衡常数为________。平衡时体系内气体的总压强是反应起始时总压强的________。
时间/min
0
10
20
30
40
n(A)/mol
4.0
2.5
1.5
n2
n3
n(C)/mol
0
1.5
n1
3
3
11．用氮化硅(Si3N4)陶瓷代替金属制造发动机的耐热部件，能大幅度提高发动机的热效率。工业上用化学气相沉积法制备氮化硅，其反应如下：3SiCl4(g)＋2N2(g)＋6H2(g) Si3N4(s)＋12HCl(g)　ΔH<0。在一定温度下进行上述反应，若反应容器的容积为2 L，3 min后达到平衡，测得固体的质量增加了2.80 g，则H2的平均反应速率为________mol/(L·min)；该反应的平衡常数表达式K＝________。若平衡时H2和HCl的物质的量之比为，保持其他条件不变，降低温度后达到新的平衡时，H2和HCl的物质的量之比________(填“>”“＝”或“<”)。
12. 100 ℃时，若将0.100 mol N2O4气体放入1 L密闭容器中，发生反应N2O4(g)2NO2(g)，c(N2O4)随时间的变化如表所示。在0～40s时段，化学反应速率v(NO2)为__________ mol·L－1·s－1；此温度下的化学平衡常数K为__________。若将9.2 g NO2和N2O4气体放入1 L密闭容器中，某时刻测得容器内气体的平均相对分子质量为50，则此时v正(N2O4)__________v逆(N2O4)(填“＞”“＝”或“＜”)。
时间/s
0
20
40
60
80
100

0.100
0.070
0.050
0.040
0.040
0.040

参考答案
【变式练习】
1. (1)p1<p2<p3　升高温度、降低压强　Ka＝Kb<Kc(2)66.7%　
【解析】(1)正反应是气体体积增大的反应，增大压强，CO的含量降低，根据图像可知，在温度相等时p1对应的CO含量最高，则p1、p2、p3的大小关系是p1<p2<p3。升高温度CO的含量升高，说明正反应是吸热反应，所以欲提高C与CO2反应中CO2的平衡转化率，应采取的措施为升高温度、降低压强。平衡常数只与温度有关系，升高温度平衡右移，平衡常数增大，则图中a、b、c三点对应的平衡常数大小关系是Ka＝Kb<Kc。
(2)900 ℃、1.013 MPa时CO的含量是80%，则
　　　　　　　C(s)＋CO(g) 2CO(g)
起始量(mol)　　　　　1　　 　 0
转化量(mol) x 2x
平衡量(mol) 1－x 2x
因此＝0.8，解得x＝，
则CO2的转化率为66.7%，反应的平衡常数K＝＝。
2. (1)2.5　2.8×10－3　(2)>　>　(3)B
【解析】(1)设平衡时H2S转化的物质的量为x mol
H2S(g)＋CO2(g) COS(g)＋H2O(g)
起始/mol　　 　0.40　　0.10　　　　0　　　　0
转化/mol x x x x
平衡/mol 0.40－x 0.10－x x x
由题意得：＝0.02
解得：x＝0.01
H2S的平衡转化率α1＝×100%＝2.5%，
K＝＝≈2.8×10－3；
(2)温度升高，水的平衡物质的量分数增大，平衡右移，则H2S的转化率增大，故α2>α1。温度升高，平衡向吸热反应方向移动，故ΔH>0。
(3)A项，充入H2S，H2S的转化率反而减小；B项，充入CO2，增大了一种反应物的浓度，能够提高另一种反应物的转化率，故H2S的转化率增大；C项，充入COS，平衡左移，H2S的转化率减小；D项，充入N2，对平衡无影响，不改变H2S的转化率。

1. v(HCl)＝＝1.8×10－3 mol·min－1
【解析】设2.0～6.0 min内，HCl转化的物质的量为n
2HCl(g)＋O2(g) H2O(g)＋Cl2(g)
2 1
n　　　　　　(5.4－1.8)×10－3 mol
解得n＝7.2×10－3 mol，则v(HCl)＝＝1.8×10－3 mol·min－1
2. 0.0010 mol·L－1·s－1
【解析】由题图可知，0～60 s时段，N2O4的物质的量浓度变化为0.060 mol·L－1，v(N2O4)＝＝0.0010 mol·L－1·s－1。
3. vⅠ(A)>vⅡ(A)>vⅢ(A)　0.05 mol·L－1·min－1
【解析】由图给数据计算可得：vⅠ(A)＝＝0.025 mol·L－1·min－1，vⅡ(A)＝＝0.0127 mol·L－1·min－1，vⅢ(A)＝＝0.006 mol·L－1·min－1，故vⅠ(A)>vⅡ(A)>vⅢ(A)。有物的量之比等于化学计量数之比可得v1(C)＝2v1(A)＝0.05 mol·L－1·min－1。
4. 向正反应方向 0.5
【解析】由图可知8 min时反应处于平衡状态，c(Cl2)＝0.3 mol/L、c(CO)＝0.1 mol/L、c(COCl2)＝0.9 mol/L，则原平衡常数K＝＝＝30，向容器中各加入2 mol三种物质时，Qc＝＝0.6<K，则平衡正向移动。最终达到化学平衡时，Cl2的体积分数与上述第6 min时Cl2的体积分数相同，即与开始平衡为等效平衡，完全转化到左边满足Cl2浓度为1.2 mol/L、CO浓度为1.0 mol/L，则0.7 mol/L＋c(COCl2)＝1.2 mol/L，c(CO)＝0.5 mol/L＋c(COCl2)＝1.0 mol/L，故c(COCl2)＝0.5 mol/L。
5. 等于 不 逆反应方向
【解析】只要温度不变，K数值就不变，故830 ℃条件下，K的数值是1.0，扩大容器体积的瞬间，反应物和生成物的浓度都减小相同的倍数，据Qc＝＝K可知，浓度同时改变相同倍数时，则平衡不移动。设容器体积为V，此时浓度商Qc＝＝4>K＝2.6，故反应向逆反应方向进行。
6. 0.1875 25%
【解析】由图可知，10 min时反应到达平衡，平衡时水蒸气、氢气的浓度均为0.75 mol·L－1，则：

平衡常数K＝＝＝0.1875，平衡时甲烷转化率＝×100%＝25%。
7.
【解析】由表中数据可知，无论是从正反应方向开始，还是从逆反应方向开始，最终x(HI)均为0.784，说明此时已达到了平衡状态。设HI的初始浓度为1 mol·L－1，则：
　　　　　　　 2HI(g) H2(g)＋I2(g)
初始浓度/mol·L－1 1 0 0
转化浓度/mol·L－1 0.216 0.108 0.108
平衡浓度/mol·L－1 0.784 0.108 0.108
K＝＝
8. Kp＝或
【解析】从浓度角度求Kc：根据阿伏加德罗定律的推论，总压强p相同时，＝，乙苯的转化率为α，由此可得：＝，V反应后＝(1＋α)V，根据方程式及平衡常数的定义：Kc＝＝＝。
从压强角度求Kp：容器中氢气的物质的量为αn，苯乙烯的物质的量为αn，乙苯的物质的量为(1－α)n，气体的总物质的量为(1＋α)n，所以氢气的分压为，苯乙烯的分压为，乙苯的分压为，因此Kp＝＝。
9. 0.03 mol·L－1·s－1 大于
【解析】由题意知前20 s的平均速率为v(A)＝1.2 mol/(2 L·20 s)＝0.03 mol·L－1·s－1，20 s时，Q＝c(B)·c(C)/c2(A)＝＝0.25<K，可逆反应向正方向进行，正反应速率大于逆反应速率。
10. <　0.125 mol·L－1·min－1 3　0.625
【解析】温度升高，化学平衡常数减小，说明化学平衡逆向移动，则正反应为放热反应，故ΔH<0。由20 min内Δn(A)＝2.5 mol，根据化学方程式计算，Δn(C)＝2.5 mol，则v(C)＝＝0.125 mol·L－1·min－1。(2)根据图中数据知在30 min时反应处于平衡状态，n(C)＝3 mol，根据三段式计算，平衡时n(A)＝n(B)＝1 mol，故平衡时c(C)＝3 mol/L，c(A)＝c(B)＝1 mol/L，则该温度下平衡常数K＝＝＝3。等温度、等体积条件下，压强之比等于物质的量之比，则平衡时体系内的总压强与反应起始时总压强之比为＝＝0.625。
11. (1)0.02　 <
【解析】反应达到平衡后，Δn(Si3N4)＝＝0.02 mol，故v(H2)＝＝＝0.02 mol/(L·min)。温度降低，平衡正向移动，n(H2)减小，n(HCl)增大，故达到新平衡时<。
12. 0.002 5　0.36　＜
【解析】在0～40 s时段，v(NO2)＝2v(N2O4)＝2×＝0.002 5 mol·L－1·s－1。由表中数据可知，60 s时反应达到平衡，平衡时，c(N2O4)＝0.040 mol·L－1，c(NO2)＝2×(0.100－0.040) mol·L－1＝0.12 mol·L－1，K＝＝＝0.36。某时刻，n(混合气体)＝＝0.184 mol，设n(NO2)＝x mol，n(N2O4)＝y mol，则x＋y＝0.184,46x＋92y＝9.2，将两式联立得：x＝0.168，y＝0.016，则c(NO2)＝0.168 mol·L－1，c(N2O4)＝0.016 mol·L－1，Q＝＝＝1.764＞K＝0.36，反应逆向进行，v正(N2O4)＜v逆(N2O4)。