高考化学化学反应速率与化学平衡-经典压轴题及答案解析
一、化学反应速率与化学平衡
1．生产中可用双氧水氧化法处理电镀含氰废水，某化学兴趣小组模拟该法探究有关四环素对破氰反应速率的影响(注：破氰反应是指氧化剂将CN－氧化的反应) 相关资料
①氰化物主要以CN－和[Fe(CN)6]3-两种形式存在
②Cu2+可作为双氧水氧化法破氰处理过程中的催化剂，Cu2+在偏碱性条件下对双氧水分解影响较弱，可以忽略不计。
③[Fe(CN)6]3-较CN－难被双氧水氧化，且pH值越大，越稳定，越难被氧化。 实验过程
（1）请完成以下实验设计表(表中不要留空格) 实验 序号 1 实验目的 为以下实验操作参考 废水的初始pH对破氰反应速率的影响 ___ 初始pH 废水样品体积/mL 60 CuSO4溶液的体积/mL 10 双氧水溶液的体积/mL 10 蒸馏水的体积/mL 20 7 2 3 12 7 60 60 10 ___ 10 ___ 20 10 实验测得含氰废水中的总氰浓度(以CN-表示)随时间变化关系如图所示。
（2）实验①中20～60min时间段反应速率：υ(CN-)=___mol?L-1?min-1。
（3）实验①和实验②结果表明，含氰废水的初始pH增大，破氰反应速率减小，其原因可能是__(填一点即可)，在偏碱性条件下，含氰废水中的CN-最终被双氧水氧化为HCO3-，同时放出NH3，试写出该反应的离子方程式___。
（4）该兴趣小组同学要探究Cu2+是否对双氧水氧化法破氰反应起催化作用，请你帮助他设计实验并验证上述结论，完成表2中内容。(己知：废水中的CN-浓度可用离子色谱仪测定)___
实验步骤(不要写出具体操作过程) 预期实验现象和结论
【答案】双氧水的浓度对破氰反应速率的影响 10 20 0.0175 初始pH增大，催化剂Cu2+会形成Cu(OH)2沉淀，影响了Cu2+的催化作用(或初始pH增大，[Fe(CN)6]3-较中性和酸性条件下更稳定，难以氧化) CN-+H2O2+H2O═NH3↑+HCO3- 实验方案(不要求写出具体操作过程) 分别取等体积、等浓度的含氰废水于甲、乙两支试管中，再分别加入等体积、等浓度的双氧水溶液，只向甲试管中加入少量的无水硫酸铜粉末，用离子色谱仪测定相同反应时间内两支试管中的CN-浓度 【解析】 【分析】
(1)影响该反应的因素有溶液的pH以及双氧水的浓度，根据实验2实验目的确定实验3的实验目的，根据实验1的数据确定CuSO4溶液的体积和双氧水的体积； (2)根据υ=
预期实验现象和结论 相同时间内，若甲试管中的CN-浓度小于乙试管中的CN-浓度，则Cu2+对双氧水破氰反应起催化作用；若两试管中的CN-浓度相同，则Cu2+对双氧水破氰反应不起催化作用 ?c计算求解； ?t(3)根据pH越大，[Fe(CN)6]3-越稳定，越难被氧化，破氰反应速率减小，且pH较大时，溶液的碱性较强，铜离子可能形成氢氧化铜沉淀；根据氧化还原反应的规律书写离子方程式；
(4)要探究Cu2+是否对双氧水氧化法破氰反应起催化作用，分别取温度相同、体积、浓度相同的含氰废水的试样两等份，滴加相同的过氧化氢，一份中加入少量的无水硫酸铜粉末，另一份不加，用离子色谱仪测定废水中的CN一浓度来做对比实验。 【详解】
(1)影响该反应的因素有溶液的pH以及双氧水的浓度，实验2的目的为废水的初始pH对破氰反应速率的影响，则实验3的目的为双氧水的浓度对破氰反应速率的影响，其它量应不变，CuSO4溶液的体积为10mL，而且总体积不变，蒸馏水的体积为10mL，所以双氧水的体积为20mL，故答案为：双氧水的浓度对破氰反应速率的影响；10；20； (2)根据υ=
?c1.4?0.7=mol/(L?min)=0.0175mol?L-1?min-1，故答案为：0.0175； ?t60?20(3)pH越大，[Fe(CN)6]3-越稳定，越难被氧化，且铜离子可能生成氢氧化铜沉淀，所以破氰反应速率减小；因为氰废水中的CN-最终被双氧水氧化为HCO3-，其中的碳由+2价变成+4价，1mol转移2mol的电子，而过氧化氢1mol也转移2mol的电子，所以CN-和H2O2的物质的量之比为1∶1，所以反应的离子方程式为：CN-+H2O2+H2O═NH3↑+HCO3-，故答案
为：初始pH增大，催化剂Cu2+会形成Cu(OH)2沉淀，影响了Cu2+的催化作用(或初始pH增大，[Fe(CN)6]3-较中性和酸性条件下更稳定，难以氧化)；CN-+H2O2+H2O═NH3↑+HCO3-； (4)要探究Cu2+是否对双氧水氧化法破氰反应起催化作用，可以分别取温度相同、体积、浓度相同的含氰废水的试样两等份，滴加等体积、等浓度的过氧化氢溶液，一份中加入少量的无水硫酸铜粉末，另一份不加，用离子色谱仪测定废水中的CN浓度，如果在相同时间内，甲试管中的CN-浓度小于乙试管中的CN-浓度，则Cu2+对双氧水破氰反应起催化作用，反之则不起催化作用，故答案为： 实验方案(不要求写出具体操作过程) 分别取等体积、等浓度的含氰废水于甲、乙两支试管中，再分别加入等体积、等浓度的双氧水溶液，只向甲试管中加入少量的无水硫酸铜粉末，用离子色谱仪测定相同反应时间内两支试管中的CN-浓度 预期实验现象和结论 相同时间内，若甲试管中的CN-浓度小于乙试管中的CN-浓度，则Cu2+对双氧水破氰反应起催化作用；若两试管中的CN-浓度相同，则Cu2+对双氧水破氰反应不起催化作用 -
2．N2＋3H2
2NH3合成氨工业对化学工业和国防工业具有重要意义。工业合成氨生产
示意图如图所示。
①X的化学式为___；
②图中条件选定的主要原因是（选填字母序号）___； A．温度、压强对化学平衡影响 B．铁触媒在该温度时活性大
C．工业生产受动力、材料、设备等条件的限制
③改变反应条件，会使平衡发生移动。如图表示随条件改变，氨气的百分含量的变化趋
势。当横坐标为压强时，变化趋势正确的是（选填字母代号）___，当横坐标为温度时，变化趋势正确的是（选填字母序号）___。
【答案】NH3 BC C a 【解析】 【分析】
根据题中工业合成氨生产示意图可知，本题考查合成氨原理及影响合成氨的因素，运用化学平衡移动原理分析。 【详解】
①由合成氨生产示意图可知，原料氮气和氢气经过氨的合成、氨的分离，在冷却设备和分离器中得到最终产物，所以X为氨气，化学式为NH3。 故答案为：NH3；
②A.合成氨是放热反应，升温会使平衡向逆反应方向移动，不利于合成氨，因此选择500℃的温度比较合适；增大压强，能加快反应速率，也能使反应正向移动，但是过高的压强会提高反应成本，因此选择20MPa~50MPa的压强，A项错误； B．实际生产中采用400℃~500℃的高温，催化剂铁触媒活最高，B项正确；
C．工业生产以利益最大化为目的，所以工业生产受受动力、材料、设备等条件的限制，C项正确； 故答案为：BC；
③合成氨工业的原理是：N2＋3H2
2NH3，H<0，因△H<0，从化学平衡的角度看，
正反应为放热反应，温度越低，越有利于合成氨，增加温度，平衡向逆反应方向移动，氨气的百分含量减少；正反应为体积缩小的反应，所以压强越大，越有利于合成氨，增大压强时平衡向右进行，氨气的百分含量增大，结合图象可以知道c符合要求．又因为合成氨反应是一个放热反应，可以得出随着温度的升高，平衡向氨气减少的方向移动，结合图象可以知道a符合要求； 故答案为：C ； a 。
3．某研究性学习小组利用H2C2O4溶液和酸性KMnO4溶液之间的反应来探究“外界条件改变对化学反应速率的影响”，实验如下：(不考虑溶液混合所引起的体积缩小) 实实验温参加反应的物质 KMnO4溶液(含硫酸) H2C2O4溶液 H2O 溶液颜色褪至无色验 度/K 序号 A B C 293 T1 313 V/mL 2 2 2 c/mol·L－1 0.02 0.02 0.02 V/mL 4 3 V2 c/mol·L－1 0.1 0.1 0.1 V/mL 0 V1 1 时所需时间/s 6 8 t1
(1)通过实验A、B，可探究出浓度的改变对反应速率的影响，其中V1＝_________，T1＝_______；通过实验___________可探究出温度变化对化学反应速率的影响。 (2)C组实验中溶液褪色时间t1______(填“＞”或“＜”)8s,C组实验的反应速率v(KMnO4) = _________________。(用含有t1的式子表示)
(3)该小组的一位同学通过查阅资料发现，上述实验过程中n(Mn2＋)随时间变化的趋势如图所示，并以此分析造成n(Mn2+)突变的可能的原因是：______________。
L－1·s－1 生成的Mn2＋对反应有催化作用，使得反【答案】1 293 B、C ＜ 0.02/3t1 mol·
＋
应速率加快，单位时间内产生的n(Mn2)突增
【解析】 【分析】
(1)实验A、B，从表中数据可知改变的条件是同温下浓度对反应速率的影响，根据H2C2O4溶液浓度不同对反应速率的影响进行解答；
(2)实验B、C应为同浓度的前提下比较温度对反应速率的影响；先根据醋酸和高锰酸钾的物质的量判断过量，然后根据不足量及反应速率表达式计算出反应速率； (3)实验过程中n(Mn2+)随时间变化的趋势如图所示，由图可知反应速率突然增大。 【详解】
(1)实验A、B，从表中数据可知改变的条件是H2C2O4浓度，故通过实验A、B，可探究出浓度的改变对反应速率的影响；溶液的总体积相同，高锰酸钾和草酸的浓度相同，用量也相同，根据实验1可知溶液总体积为6mL，所以V1=1.0mL；其他条件相同，探究浓度对化学反应速率的影响，故温度T1=293；其他条件相同，探究温度对化学反应速率的影响，则B、C符合；
(2)实验B、C应为同浓度的前提下比较温度对反应速率的影响，实验3温度较大，则反应速率较大，t1＜8s，C组实验的反应速率v(KMnO4)=
0.02mol/L?t1s10.02-1-13= mol?L?s；
3t1(3)实验过程中n(Mn2+)随时间变化的趋势如图所示，由图可知反应速率突然增大，可说明生
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