【化学】化学 化学反应的速率与限度的专项 培优 易错 难题练习题含答案
一、化学反应的速率与限度练习题（含详细答案解析）
1．某实验小组为确定过氧化氢分解的最佳催化条件，用如图实验装置进行实验，反应物用量和反应停止的时间数据如下：
分析表中数据回答下列问题： MnO2 时间 H2O2 0.1g 0.3g 0.8g 10mL1.5% 10mL3.0% 10mL4.5% 223s 308s 395s 67s 109s 149s 56s 98s 116s （1）相同浓度的过氧化氢的分解速率随着二氧化锰用量的增加而________。
（2）从实验效果和“绿色化学”的角度考虑，双氧水的浓度相同时，加入________g的二氧化锰为较佳选择。
（3）该小组的某同学分析上述数据后认为：“当用相同质量的二氧化锰时，双氧水的浓度越小，所需要的时间就越少，亦即其反应速率越快”的结论，你认为是否正确________，理由是__________________________________。
（4）为加快过氧化氢的分解速率，除了使用MnO2作催化剂和改变过氧化氢的质量分数之外，还可以采取的加快反应速率的措施有_____。（回答任意两个合理的措施） 【答案】加快 0.3 不正确 H2O2的浓度扩大二倍(从1.5%→3.0%)，但反应所需时间比其二倍小的多 升高温度；粉碎二氧化锰，增大其表面积。 【解析】 【分析】
由题可知，该实验研究浓度和催化剂对反应速率的影响，通过表中数据可分析得出浓度和催化剂对反应速率的影响规律，因为该实验不是直接测出反应速率，而是测出反应停止的时间，要考虑反应物增多对反应时间的影响。 【详解】
(1)由表格中的数据可知：相同浓度的H2O2，加入的MnO2越多，反应所用的时间越短，即分解速率越快。
(2)用0.1 g催化剂的反应速率明显小于用0.3 g和0.8 g催化剂的反应速率；用0.8 g催化剂
和用0.3 g催化剂的反应速率及反应时间相差不多，但用0.3 g催化剂节约药品。 (3)从表中数据可知，相同体积3.0%的双氧水中的溶质含量是1.5%的双氧水中溶质含量的二倍，但反应的时间却比其反应时间的二倍小得多，由反应速率计算公式可得出，此实验条件下双氧水的浓度越大分解速率越快，由此得出上述结论不正确；
(4)加快反应速率的措施常见的有：增加反应物浓度、适当升高温度、增加反应物表面积（接触面积）、使用催化剂等。
2．现代工业的发展导致CO2的大量排放，对环境造成的影响日益严重，通过各国科技工作者的努力，已经开发出许多将CO2回收利用的技术，其中催化转化法最具应用价值。回答下列问题：
（1）在催化转化法回收利用CO2的过程中，可能涉及以下化学反应：
垐?①CO2(g)+2H2O(1)噲?CH3OH(1)+
3O2(g) △H=+727kJ·mol-1 △G=+703kJ·mol-1 2垐?②CO2(g)+2H2O(1)噲?CH4(g)+2O2(g) △H=+890kJ·mol-1 △G=+818kJ·mol-1 垐?mol-1 △G=-9.35kJ·mol-1 ③CO2(g)+3H2(g)噲?CH3OH(1)+H2O(1) △H=-131kJ·垐?④CO2(g)+4H2(g)噲?CH4(g)+2H2O(1) △H=-253kJ·mol-1 △G=-130kJ·mol-1
从化学平衡的角度来看，上述化学反应中反应进行程度最小的是____，反应进行程度最大的是_____。
（2）反应CO2(g)+4H2(g)=CH4(g) +2H2O(g)称为Sabatier反应，可用于载人航空航天工业。我国化学工作者对该反应的催化剂及催化效率进行了深入的研究。
①在载人航天器中利用Sabatier反应实现回收CO2再生O2，其反应过程如图所示，这种方法再生O2的最大缺点是需要不断补充_________（填化学式）。
②在1.5 MPa，气体流速为20 mL·min-l时研究温度对催化剂催化性能的影响，得到CO2的转化率(%)如下：
分析上表数据可知：_____（填化学式）的催化性能更好。
③调整气体流速，研究其对某一催化剂催化效率的影响，得到CO2的转化率(%)如下：
分析上表数据可知：相同温度时，随着气体流速增加，CO2的转化率____（填“增大”或“减小”），其可能的原因是_________________________________。
④在上述实验条件中，Sabatier反应最可能达到化学平衡状态的温度是____，已知初始反应气体中V(H2):V(CO2) =4:l，估算该温度下的平衡常数为 ___________（列出计算表达式）。
（3）通过改变催化剂可以改变CO2与H2反应催化转化的产物，如利用Co／C作为催化剂，反应后可以得到含有少量甲酸的甲醇。为了研究催化剂的稳定性，将Co/C催化剂循环使用，相同条件下，随着循环使用次数的增加，甲醇的产量如图所示，试推测甲醇产量变化的原因_________________________________。（已知Co的性质与Fe相似）
【答案】② ④ H2 Co4N/Al2O3 减小 气流流速加快，导致反应物与催化剂接触时间不
?0.98?2??0.98 360 反应产生的甲酸腐蚀催化剂，使催化剂活性降低 够℃4?0.02?4??0.02【解析】 【分析】
（1）在温度、压强一定的条件下，反应总是向△G＜0的方向进行，由此判断。 （2）①分析反应过程图，CO2、O2、H2O属于循环过程中始终在循环过程中的，而H2属于循环过程中加入的，由此可知正确答案；
②分析表中数据，在相同温度下，对比不同催化剂时CO2的转化率可选择出催化性能更好的催化剂；
③分析表中数据，在温度不变的情况下，气流速度增大，CO2的转化率逐渐降低，据此分析原因；
④分析表中数据，大部分数据显示，在气流速度不变的情况下，CO2的转化率随着温度的增大而逐渐增大，但增大的幅度在逐渐减小，故在上述实验条件中，Sabatier反应最可能达到化学平衡状态的温度是360℃，根据此时CO2的转化率，计算该温度下的平衡常数； （3）由图可知，随着Co/C催化剂循环次数的增多，甲醇的产量逐渐降低，说明该催化剂
2在循环过程中受到一定程度的影响，结合产物的性质进行分析； 【详解】
（1）分析四个反应，根据在温度、压强一定的条件下，反应总是向△G＜0的方向进行，反应的△G越小反应进行程度越大，反之反应进行的程度就越小，故上述化学反应中反应进行程度最小的是②，反应进行程度最大的是④。答案为：②；④； （2）①分析循环图，只有H2需不断补充，答案为：H2；
②对比表中的数据，在相同温度下，催化剂为Co4N/Al2O3时，CO2的转化率更大，答案为：Co4N/Al2O3；
③分析表中数据，温度不变时，随着气体流速的逐渐增大，CO2的转化率逐渐减小，可能是气体流速过快，来不及和催化剂充分接触，导致CO2的转化率减小。答案为：减小；气流流速加快，导致反应物与催化剂接触时间不够；
④分析表中数据，大部分数据表明，在320℃至360℃时，气体流速不变的情况下，CO2的转化率的增大幅度在逐渐减小，由此可知Sabatier反应最可能达到化学平衡状态的温度是360℃，结合题中所给信息，选择气体流速为10mL·min-1时CO2的转化率进行计算。 已知初始反应气体中V(H2):V(CO2) =4:l，根据在密闭容器里，全部由气体参与的反应中，压强、温度不变时，气体的体积比等于物质的量之比，可知V(H2):V(CO2) = n(H2):n(CO2)=4:l，设初始气体中H2的物质的量为4mol，CO2的物质的量为1mol，则有：
CO2?g??起始物质的量(mol)转化物质的量(mol)平衡物质的量(mol)10.980.024H2?g?44?0.984??1-0.98??CH4?g??2H2O?g?00.980.980
2?0.982?0.982在密闭容器中，全部由气体参与的反应中，平衡时气体的物质的量之比=气体物质的量浓度
c?CH4??c2?H2O?0.98??2?0.98??之比，可知该温度下，该反应的平衡常数K=4。
c?CO2??c4?H2?0.02??4?0.02??0.98?2??0.98答案为：360℃；； 4?0.02?4??0.02（3）根据题中催化剂循环次数和甲醇产量的关系：催化剂的循环次数越多，甲醇的产量逐渐降低，说明催化剂一定程度受到了其他物质的影响，结合题给信息：用Co／C作为催化剂，反应后可以得到含有少量甲酸的甲醇。又已知Co的性质与Fe相似，说明甲酸可与催化剂中的Co进行反应，故催化剂的活性降低，进而影响甲醇的产量，答案为：反应产生的甲酸腐蚀催化剂，使催化剂活性降低。
2
3．Ⅰ.碳是形成化合物种类最多的元素，其单质及化合物是人类生产生活中的主要能源物质。回答下列问题：
(1)有机物M经过太阳光光照可转化成N，转化过程如下：
ΔH＝＋88.6 kJ/mol，则M、N相比，较稳定的是______。
(2)将Cl2和H2O(g)通过灼热的炭层，生成HCl和CO2，当有1 mol Cl2参与反应时释放出145 kJ热量，写出该反应的热化学方程式为___________。
Ⅱ．无色气体N2O4是一种强氧化剂，为重要的火箭推进剂之一。N2O4与NO2转换的热化
垐?学方程式为N2O4(g) 噲?2NO2(g) ΔH＝＋24.4 kJ/mol。
(3)将一定量N2O4投入固定容积的真空容器中，下述现象能说明反应达到平衡的是_________。
A．v正(N2O4)＝2v逆(NO2) B．体系颜色不变 C．气体平均相对分子质量不变 D．气体密度不变
达到平衡后，升高温度，再次到达新平衡时，混合气体颜色_____（填 “变深”、“变浅”或“不变”）。
Ⅲ．(4)常温下，设pH＝5的H2SO4溶液中由水电离出的H浓度为c1；pH＝5的Al2(SO4)3溶液中由水电离出的H＋浓度为c2，则
＋
c1=________。 c2(5)常温下，pH＝13的Ba(OH)2溶液a L与pH＝3的H2SO4溶液b L混合。若所得混合溶液呈中性，则a∶b＝________。
(6)已知常温下HCN的电离平衡常数K＝5.0×10－10。将0.2 mol/L HCN溶液和0.1 mol/L的NaOH溶液等体积混合后，溶液中c(H＋)、c(OH－)、c(CN－)、c(Na＋)大小顺序为________________。
【答案】M 2Cl2(g)＋2H2O(g)＋C(s)=4HCl(g)＋CO2(g) ΔH＝－290 kJ/mol BC 变深 1:100 c(Na＋)> c(CN－) > c(OH－) >c(H＋) 【解析】 【分析】
Ⅰ．(1)M转化为N是吸热反应，能量低的物质更稳定；
(2)有1mol Cl2参与反应时释放出145kJ热量，2mol氯气反应放热290kJ，结合物质聚集状态和对应反应焓变书写热化学方程式；
Ⅱ．(3)可逆反应到达平衡时，同种物质的正逆速率相等且保持不变，各组分的浓度、含量保持不变，由此衍生的其它一些量不变，判断平衡的物理量应随反应进行发生变化，该物理量由变化到不再变化说明到达平衡；正反应是吸热反应，其他条件不变，温度升高平衡正向移动，NO2的浓度增大；
Ⅲ．(4)酸抑制水电离，含有弱根离子的盐促进水电离；
(5)混合溶液呈中性，则酸碱恰好完全中和，即酸中c(H+)等于碱中c(OH﹣)；
1
1000010?14﹣5
(6)CN的水解平衡常数Kh＝2×10＝＞Ka，说明相同浓度的NaCN和HCN，?105.0?10﹣
NaCN水解程度大于HCN电离程度。 【详解】
Ⅰ．(1)有机物M经过太阳光光照可转化成N，△H＝+88.6kJ?mol﹣1，为吸热反应，可知M
【化学】化学 化学反应的速率与限度的专项 培优 易错 难题练习题含答案
