專題十五化學反應速率和化學平衡

備考方向導航

考點1化學反應速率

1.［2020山東，14,4分］［雙選］1,3-丁二烯與HBr發生加成反應分兩步:第一步H'進攻1,3-丁二烯生成碳正離子

,巴、

(CH"I?CH:)；第二步Br進攻碳正離子完成1,2-加成或1,4-加成。反應進程中的能量變化如圖所示。已知在0℃

和40℃時，1,2-加成產物與1,4-加成產物的比例分別為70:30和15:85。下列說法正確的是()

能

最

反應進程

A.1,4-加成產物比1,2-加成產物穩定

B.與0℃相比,40℃時1,3-丁二烯的轉化率增大

C.從0℃升至40℃,1,2-加成正反應速率增大，1,4-加成正反應速率減小

D.從00C升至400C,1,2-加成正反應速率的增大程度小于其逆反應速率的增大程度

2.［2017浙江4月選考,21,2分］對水樣中溶質M的分解速率影響因素進行研究。在相同溫度下,M的物質的量濃度

(mol?1?)隨時間(min)變化的有關實驗數據見下表。

時間M的物質的量濃度水樣0510152025

I(pH=2)0.400.280.190.130.100.09

II(pH=4)0.400.310.240.200.180.16

III(pH=4)0.200.150.120.090.070.05

N(pH=4,含C*0.200.090.050.030.010

下列說法不正確的是()

A.在0~20min內，I中M的分解速率為0.015mol?L'?min'

B.水樣酸性越強,M的分解速率越快

C在0~25min內，III中M的分解百分率比H大

D.由于Q?+存在,IV中M的分解速率比I快

3.［2018海南，16節選,7分］(1)100℃時,在不同金屬離子存在下,純過氧化氫24h的分解率見下表：

離子加入量/(mg-L')分解率/%離子加入量/(mg-L1)分解率/%

無2Fe3+1.015

A1"102Cu2<0.186

Zn2T1010Cr3t0.196

由上表數據可知,能使過氧化氫分解反應活化能降低最多的離子是?貯運過氧化氫時,可選用的容器材質為

(填標號)。

A.不銹鋼B.純鋁C.黃銅D.鑄鐵

⑵過氧化氫的瓜=2.24X10*,HQ的酸性七0(填“大于”“小于”或“等于”)。研究表明，過氧化氫溶液

中HO?的濃度越大,過氧化氫的分解速率越快。常溫下,不同濃度的過氧化氫分解率與pH的關系如圖所示。一定濃

度的過氧化氫,pH增大分解率增大的原因是;相同pH下,過氧化氫濃度越大分解率越低的原因

是。

考點2化學平衡狀態及化學平衡的移動

4.［2019浙江4月選考，17,2分］下列說法正確的是()

A.H2(g)+I2(g)—2HI(g),其他條件不變,縮小反應容器體積,正逆反應速率不變

B.C(s)+IL0(g)一壓(g)+C0(g),碳的質量不再改變說明反應已達平衡

C.若壓強不再隨時間變化能說明反應2A(?)+B(g)一2C(?)已達平衡,則A、C不能同時是氣體

D.1mol即和3mol出反應達到平衡時H?轉化率為10%,放出熱量在相同溫度和壓強下，當2molNH3分解為反

和上的轉化率為10%時,吸收熱量Q,Q不等于Q

5.［2019江蘇，15,4分］［雙選］在恒壓、N0和0?的起始濃度一定的條件下,催化反應相同時間,測得不同溫度下N0轉

化為N02的轉化率如圖中實線所示(圖中虛線表示相同條件下N0的平衡轉化率隨溫度的變化)。下列說法正確的是

()

卓

案

軍

邱

O

N

0100200300400500600

溫度/七

A.反應2N0(g)+02(g)——2N02(g)的A

B.圖中X點所示條件下,延長反應時間能提高N0轉化率

C.圖中Y點所示條件下,增加0z的濃度不能提高N0轉化率

D.380℃下，CE始Q)=5.0X10-'mol?L'1,NO平衡轉化率為50%,則平衡常數K>2000

考點3化學平衡常數與轉化率

6.[2019全國卷0,27，廣泛用于農藥、橡膠、塑料等生產。回答下列

問題：

(1)某溫度下,等物質的量的碘和環戊烯(O)在剛性容器內發生反應O(g)+I2(g)—O(g)+2HI(g)△"0,

起始總壓為105Pa,平衡時總壓增加了20%,環戊烯的轉化率為,該反應的平衡常數依Pa。達到平

衡后,欲增加環戊烯的平衡轉化率,可采取的措施有(填標號)o

A.通入稀有氣體B.提高溫度C.增加環戊烯濃度D.增加碘濃度

l

.64

(l

口

l2

二

3l

H

?o.0

?o.8

9,6

r.4

O

自.2

次O

000

0.5115

反應時阿/h

(2)環戊二烯容易發生聚合生成二聚體，該反應為可逆反應。不同溫度下,溶液中環戊二烯濃度與反應時間的關系如

圖所示,下列說法正確的是(填標號)。

A.T\>q

B.a點的反應速率小于c點的反應速率

C.a點的正反應速率大于b點的逆反應速率

D.b點時二聚體的濃度為0.45mol-L1

7.［2019全國卷I,28,14分］水煤氣變換［C0(g)+H20(g)-C02(g)+Hz(g)］是重要的化工過程，主要用于合成氨、制氫

以及合成氣加工等工業領域中。回答下列問題：

(l)Shibata曾做過下列實驗:①使純Hz緩慢地通過處于721c下的過量氧化鉆CoO(s),氧化鉆部分被還原為金屬鉆

Co(s),平衡后氣體中H2的物質的量分數為0.0250?

②在同一溫度下用C0還原CoO(s),平衡后氣體中C0的物質的量分數為0.0192。

根據上述實驗結果判斷，還原CoO(s)為Co(s)的傾向是CO比(填“大于”或“小于”兀

(2)721℃時,在密閉容器中將等物質的量的C0(g)和HQ(g)混合,采用適當的催化劑進行反應,則平衡時體系中1卜的

物質的量分數為(填標號)。

A.<0.25B.0.25C.0.25~0.50D,0.50E.>0.50

(3)我國學者結合實驗與計算機模擬結果,研究了在金催化劑表面上水煤氣變換的反應歷程,如圖1所示,其中吸附在

金催化劑表面上的物種用*標注。

過

過

oE??c

3?=?o

wCt?*

液

-SoX渡0

.*+

悠

+t?s-+

.=<+?X=='+

Fi支Iw

?

O=+，?3

KX+*-=s

+L=0土=

.I80M+

-J(UCw

W+3W<

?<x

n-

圖

可知水煤氣變換的A//0(填“大于”“等于”或“小于”)。該歷程中最大能壘(活化能)￡正=eV,寫出

該步驟的化學方程式。

(4)Shoichi研究了467℃、489c時水煤氣變換中C0和H?分壓隨時間變化關系(如圖2所示)，催化劑為氧化鐵，

實驗初始時體系中的PHW和R。相等、Pc。,和PH?相等。

計算曲線a的反應在30~90min內的平均速率方(a)=kPa?min467℃時「七和外隨時間變化關系的曲

線分別是、。489℃時和A。隨時間變化關系的曲線分別是、o

拓展變式

1.[2021湖北黃岡質檢]酸催化乙烯水合制乙醇的反應機理、能量與反應歷程的關系如圖所示。下列說法正確的是

A.①、②、③三步反應均釋放能量

B.該反應歷程中有兩個過渡態

C.第③步反應的原子利用率為100%

D.總反應速率由第①步的反應速率決定

催化劑

2.SCR脫硝是目前最成熟的煙氣脫硝技術，其反應原理為7N2(g)+12H20(g)A水0。向10L

的密閉容器中加入0.040molNIL和0.030molNO?以及適量催化劑，在7℃時發生反應，用氣體傳感器測得不同時

間的NO?轉化率。隨時間變化的數據如表所示。

t/s012345678

a/%018.033.845.055.664.271.180.080.0

(1)0~3s內的平均反應速率r(N02)=;與之相比3~6s內的平均反應速率(填“增大”“減小”或

“相等”)；由此可得出的結論是。

(2)7℃時該反應的平衡常數(A)的計算式為o

(3)研究表明:在使用等質量催化劑時，增大催化劑的比表面積可提高化學反應速率。

①為了分別驗證溫度、催化劑的比表面積對化學反應速率的影響規律,某同學設計了如表所示的三組實驗,請完善表

格中的數據。

實驗溫度c(Nlh)初始/C(N()2)初始/催化劑的比

編號/℃(mol-L1)(mol?Ll)表面積/(??g*)

I3508.0X1036.OX103120

II80

III15080

②請在給出的坐標圖中，畫出表中II、III中N0?濃度隨時間變化的趨勢曲線,并標明實驗編號。

3.[2017全國卷IH,28節選,7分]298K時,將20mL3xmol-L"1NasAsO?、20mL3xmol-L'L和20mLNaOH溶液

混合,發生反應:AsO|-(aq)+I2(aq)+20H(aq)-AsO7(aq)+2I(aq)+H20(l)。溶液中c(AsO廣)與反應時間(t)的關

系如圖所示。

(1)下列可判斷反應達到平衡的是(填標號)。

a.溶液的pH不再變化b,(r)=2r(AsO齊)c.c(AsO;)/c(AsO『)不再變化d.c(F)=ymol?Ll

⑵6時，"r逆(填“大于”“小于”或“等于”)。

⑶友時?匕時/逆(填"大于”“小于"或“等于")，理由是。

(4)若平衡時溶液的pH=14,則該反應的平衡常數K為。

4.一定溫度下，密閉容器中進行反應:2SO?(g)+()2(g)12soKg)A/AOo測得丫正(SO。隨反應時間(t)的變化如圖所

示，其中在友時改變了某個條件。下列有關說法正確的是

ot

A.力時平衡常數用小于右時平衡常數左

B.n時平衡混合氣的M■大于益時平衡混合氣的直

C.友時改變的條件可能是升溫或縮小容器體積

D.G時平衡混合氣中SO：,的體積分數等于人時平衡混合氣中S0：e的體積分數

5.向絕熱恒容密閉容器中通入SOZ和N(K一定條件下使反應S02(g)+N02(g)-S()3(g)+N0(g)達到平衡,正反應速率隨

時間變化的示意圖的一部分如圖所示。

(1)由圖可得出的正確結論是(填標號)。

A.反應在c點達到平衡狀態

B.反應物濃度:a點小于b點

C.反應物的總能量小于生成物的總能量

D.At,=Dt2時,S02的轉化率:a~b段小于b'c段

(2)請補充完整該反應從開始到平衡這一過程的八算示意圖。

6.［小方圖像］［2020浙江杭州中學模擬］在容積為2L的剛性密閉容器中加入1molCO?和3molH2,發生反應

C()2(g)+3H2(g)-CHQll(g)+H20(g)。在其他條件不變的情況下,溫度對反應的影響如圖所示(注：刀、①均大于300℃)?

下列說法正確的是()

n（甲醇）/mol

A.該反應在Z時的平衡常數比在為時的小

B.處于A點的反應體系從7；變到石,達到平衡時淺臉減小

n(CH3OW)

C.a時,0~急min生成甲醇的反應速率“CH2H)為mol-L'-min'

D.7i時,若反應達到平衡后COz的轉化率為。，則容器內的壓強與起始壓強之比為(2-。)：2

7.［a-7圖像］［2015廣東,31改編］已知反應4HC1(g)+02(g)-2ck(g)+2HQ(g)。實驗測得在一定壓強下,反應的HC1

平衡轉化率隨溫度變化的曲線如圖所示。

250300350400450

771c

在上述實驗中若壓縮體積使壓強增大,畫出相應田?~7曲線的示意圖,并簡要說明理由:

8.向密閉容器中加入0.2molHS反應在不同溫度(9001500°C)下達到平衡時，混合氣體中各組分的體積分數如

圖所示,則在此溫度區間內，HzS分解反應的主要化學方程式為。

答案

專題十五化學反應速率和化學平衡

備考方向導航

1.AD由題圖可知，1,4-加成產物的能量低，1,2-加成產物的能量高,能量越低越穩定,A項正確；由題圖可知1,2-加

成反應與1,4-加成反應都為放熱反應,0℃時1,3-丁二烯的轉化率大于40℃時的轉化率,B項錯誤;溫度升高，1,2-

加成反應和1,4-加成反應的正反應速率均增大,C項錯誤;從0°C升至40℃時，1,3-丁二烯發生的加成反應由以

1,2-加成為主變成以1,4-加成為主,即1,2-加成正反應速率的增大程度小于其逆反應速率的增大程度,D項正確。

2.D0~20min內，水樣I中修=(0.40-0.10)mol,L'4-20min=0.015mol,L1,minA項正確;比較水樣I和H可

知,水樣酸性越強,M的分解速率越快,B項正確;在0、25min內，水樣m中M的分解百分率為75%,而水樣II中M的分

解百分率為60%,C項正確;雖然水樣IV中有Cd存在,但是在相同時間內，水樣1中M的分解速率仍比IV快,D項錯誤。

3.(l)Cr"(l分)B(1分)(2)大于(1分)pH升高,HO2的濃度增加,分解速率加快(2分)過氧化氫濃度越高，其

電離程度越低,分解率越小(2分)

【解析】(1)根據題表中數據可知,加入的濃度最小,MOz分解率最大,故能使過氧化氫分解反應活化能降低最

多的離子為Cr"。結合題表中數據可知，貯運過氧化氫時,可選用的容器材質為純鋁。(2)水的電離常數

77,6

后c(H')?c(0H)/c(HzO)=(1X1OX1X10)4-55.6=1.8X10.水的電離常數小于H202的E,故BO2的酸性大于H20

的酸性。pH增大,平衡體系Mz—H'+HOa中c(H')減小，電離平衡向正反應方向移動，c(n()2)增大,的分解速率加

快,因此分解率增大。相同pH下,過氧化氫濃度越大,其電離程度越小，MHO?)越小,故分解率越低。

4.B對于反應Hz(g)+l2(g)THI(g),反應前后氣體分子數相等,縮小反應容器體積,平衡不移動,正逆反應速率增

大相同的倍數,A項錯誤;碳的質量不變，說明正、逆反應速率相等,反應已達平衡狀態,B項正確;恒溫恒容條件下,若

A、C同時為氣體，當壓強不變時，也能說明反應達到平衡狀態,C項錯誤;設N2(g)+3L(g)TNH3(g)△//=-a(a>0)

kJ?mor',1mol沖和3molHz反應達到平衡時Ha轉化率為10%,放出熱量0=0.lakJ,當2molNIfe分解為Nz和H2

的轉化率為10%時,吸收熱量Q=0.lakJ,故Q=Q,D項錯誤。

5.BDA項,實線表示不同溫度下相同時間內N0的轉化率,虛線表示相同條件下NO的平衡轉化率，由題圖知,隨著溫

度升高,NO的平衡轉化率減小，即溫度升高，反應2N0(g)+0z(g)TN02(g)的平衡逆向移動，說明該反應為放熱反應，

△K0,錯誤;B項,X點對應N0的轉化率低于該溫度下N0的平衡轉化率,所以反應沒有達到平衡狀態,延長反應時間,

可以提高N0的轉化率,正確;C項,Y點時反應已達平衡狀態,增加02的濃度,平衡正向移動,N0的轉化率會提高，錯

誤;D項，設起始時c(N0)=amol?L則：

2N0+022N02

起始濃度/(mol?L')a5.0X10-40

轉化濃度/(mol?L')0.5a0.25a0.5a

平衡濃度/(mol?L’)0.5a5.0X10-4-0.25a0.5a

(os。)？______1______當0.25aR時，K之000,但0.25a刀,所以於2000,正確。

(0.5a)2x(5.0xi04-0.25a)5.0xl04-0.25a，

6.(1)40%3.56X10'BD(2)CD

【解析】(1)設容器中起始加入L(g)和環戊烯的物質的量均為1mol,平衡時轉化的環戊烯的物質的量為xmol,

由“三段式”法得：

C^(g)+I2(g)—(g)+2HI(g)

起始量/mol:1100

轉化量/mol:XXX2x

平衡量柏。1:l-x\~xX2x

根據平衡時總壓強增加了20%,且恒溫恒容時,壓強之比等于氣體物質的量之比,得。如晨"X*解得產。.4,則

平衡時O(g)、L(g)、O(g)sHI(g)的分壓分別為與、華、修、號則給愛耳吟p總,

環戊烯的轉化率為40%,

——X——

44

根據。總=1.2X105Pa,可得用得XL2X1()5Pa~3.56X10,Pa。由剛性容器(恒容)，可知通入稀有氣體時各反應物

及產物濃度不變，化學平衡不移動,A項不符合題意;該反應為吸熱反應,提高溫度，平衡正向移動,可提高環戊烯的平

衡轉化率,B項符合題意;增加環戊烯濃度,能提高I2(g)的平衡轉化率，但環戊烯的平衡轉化率降低,C項不符合題意；

增加1(g)的濃度，化學平衡右移,能提高環戊烯的平衡轉化率,D項符合題意。(2)由相同時間內，環戊二烯濃度減小

量越大,反應速率越快可知，水石,A項錯誤;影響反應速率的因素有溫度和環戊二烯的濃度等,a點時溫度較低，但環

戊二烯濃度較大,c點時溫度較高，但環戊二烯濃度較小，故無法比較a點和c點的反應速率大小,B項錯誤;a點和b

點溫度相同,a點時環戊二烯的濃度大于b點時環戊二烯的濃度,即a點的正反應速率大于b點的正反應速率,因為b

點時反應未達到平衡,b點的正反應速率大于逆反應速率,故a點的正反應速率大于b點的逆反應速率,C項正確;b

點時,環戊二烯的濃度減小0.9mol-L1,結合生成的二聚體濃度為環戊二烯濃度變化量的泉可知二聚體的濃度為

0.45mol?L_1,D項正確。

7.(1)大于(1分)(2)C(2分)⑶小于(1分)2.02(2分)C00H*+H*+H20*~C00H*+2H*+0H*(或任0*—H*+OH*)(2分)

(4)0.0047(2分)b(l分)c(l分)a(l分)d(l分)

【解析】(口由題給信息①可知,^^^^)。3)^：。^/^。9)6)4=喏=、鬻=39,由題給信息②可

C(H2)0.0250

知,C0(g)+Co0(s)To(s)+C02(g)(ii)小=喘=沆詈弋51.08。相同溫度下，平衡常數越大,反應傾向越大，故

jU.U?&

CO還原氧化鉆的傾向大于電。(2)第(1)問和第(2)間的溫度相同,利用蓋斯定律，由(臣)-(。得，0(4+比09)

C02(g)+H2(g)吟=鬻七1.31。設起始時CO(g)、HQ(g)的物質的量都為1mol,容器體積為1L,在721℃下,

A139

反應達平衡時H?的物質的量為xmol?

CO(g)+H2()(g)H2(g)+CO2(g)

起始量：1mol1mol00

轉化量:xmolxmolxmolxmol

平衡量：(lr)mol(1-A)molxmolxmol

22

K/fL31＞1,由六工＞1,可知進而可得?0.25,該反應可逆,所以K1,故30.5,則0.25＜；＜0.5,即氫氣的物

質的量分數介于0.25與0.5之間,故選Co(3)觀察始態物質的相對能量與終態物質的相對能量知,終態物質相對能

量低于始態物質相對能量,說明該反應是放熱反應，△〃小于0。過渡態物質相對能量與始態物質相對能量相差越大,

活化能越大，由題圖1知,最大活化能Es=1.86eV-(-0.16eV)=2.02eV,該步起始物質為C00H*+H*+HQ*,產物為

C00H*+2H*+0H*。(4)由題圖2可知，30、90min內方(a)0047kPa?min:30~90min,曲線a、b、c、d

90min-30min

對應的分壓變化量分別為0.28kPa、0.34kPa、0.34kPa、0.28kPa,則曲線b和曲線c為同一溫度下的一組反應

數據，曲線a和曲線d為同一溫度下的一組反應數據,0)(山+七01)10)2(4+上也)為放熱反應,升高溫度，平衡逆向

移動，則4(721℃)=1.31＜?(489℃)＜《(467℃),實驗初始時體系中的pH2。和R。相等，故反應達到平衡時

Pc。2二PH2＞PHZO=R。，由此可知同一溫度下，平衡時分壓大的為生成物,分壓小的為反應物，即曲線a、b表示pH?,曲線C、

d表示出。結合題圖2可以看出曲線b、c分別代表的PH2和小的差值比曲線a、d分別代表的p也和3的差值大，

則其平衡常數更大，對應的反應溫度更低，由此可知曲線b、c分別為467℃時的p也和R。,曲線a、d分別為489℃

時的P附和①。

科【拓展變式

過簪?過渡態2

能量

過渡態3

活化能最大，

反應速率最小,一

幺產放歌:釋放能量

決定總反應速率

后CiH⑼

;ICH^CHJHS+H*

j第?米源.2出.：皿第,K3步；言應歷程

1.D吸收能量：

綜上分析,A、B項錯誤,D項正確；由原子守恒和電荷守恒知，第③步反應還有H產生，原子利用率不是100%C項錯誤。

2.(1)4.5X10'mol-L'-s'減小溫度一定，隨著反應的進行,反應物濃度減小，化學反應速率減小

(2.8Xl(f3)7x(4.8xl(r3)12

(8.0X10-4)8x(6.0x10-4)6

⑶①

實驗編號溫度/℃c(NH：1)W(mol?L')c(N02)?5ft/(mol?L')催化劑的比表面積/(m??屋)

1

II3508.OX1036.OX103

Ill8.0X10-36.0X10-3

【解析】⑴。~3s內反應的NO,的物質的量為0.03°molX45.0%=0.0135mol,則小&）卷鬻=35X向

1l

mol?L_?s-o3~6s內NO2的轉化率為71.l%-45.0%=26.1%,相同時間內,0~3s內N02的轉化率較大,故0~3s內N02

的平均反應速率大于3飛s內N0?的平均反應速率，由此可知,溫度相同時,隨著反應的不斷進行,反應物濃度逐漸減

小，反應速率減小。（2）由題表中數據可知,平衡時NO?的轉化率為80.0%,根據“三段式”法可求出平衡時NH3、NO?、

Nz和H2的濃度分別為8.0X1。-'mol?L\6.0X10"'mol?L\2.8X103mol?L\4.8X103mol?L代入平衡

常數的表達式得展歌霹濫需。（3）①探究溫度、催化劑的比表面積對化學反應速率的影響規律時,根據控

制單一變量原則，三組實驗中Nlh、NO?的初始濃度應相同，結合I、HI中溫度不同，I、I［中催化劑的比表面積不同，

則I、H中應溫度相同。②H中催化劑的比表面積比I中的小，達到平衡的時間比I的長；II、川中催化劑的比表面

積相同，III的反應溫度較低,則達到平衡時用時最長；又由題意知,該反應為放熱反應,降低溫度會使平衡正向移動，

故平衡時III中的c（NOj要比I、II中的c（N02）小。

3.（Da、c（2分）（2）大于（1分）⑶小于（1分）力"時生成物濃度較低（1分）⑷,（mol?!?）'（2分）

（X少）2

【解析】（1）溶液的pH不再變化,即0H的濃度不再變化,所以平衡體系中各組分的濃度均不再變化,說明反應達到

平衡狀態,a項正確；當。正（D=2小（AsO莽）或「逆（1一）=2巾。501）時反應達到平衡狀態,選項中的速率未指明是正

反應速率還是逆反應速率,b項錯誤;反應達到平衡之前,c（AsO莽）逐漸減小而c（AsO：）逐漸增大,故

c（AsOr）/c（AsO『）逐漸增大，當c（AsO『）/c（AsO打）不變時反應達到平衡狀態,c項正確;根據離子方程式可知反應

體系中恒有c（r）中c（AsO廣），觀察題圖可知反應達到平衡時c（AsOi-）=ymol<L此時c（I）=2ymolt',d項錯誤。

（2）上時反應未達到平衡狀態，反應向正反應方向進行，所以…大于，逆。（3）從心到臉反應逐漸趨于平衡狀態，反應

物濃度逐漸減小而生成物濃度逐漸增大，所以正反應速率逐漸減小，逆反應速率逐漸增大,故益時s小于tn時/逆。

⑷根據題意,起始時c（AsOy）=c（L）=xmol