2024届高三化学二轮复习 选择题突破8：化学反应速率与化学平衡（含解析）

选择题突破8 化学反应速率与化学平衡
【真题回顾】
命题角度1　化学反应速率与化学平衡的描述分析
1.(2022·海南卷)某温度下，反应CH2===CH2(g)＋H2O(g) CH3CH2OH(g)在密闭容器中达到平衡，下列说法正确的是(　　)
A.增大压强，v正>v逆，平衡常数增大
B.加入催化剂，平衡时CH3CH2OH(g)的浓度增大
C.恒容下，充入一定量的H2O(g)，平衡向正反应方向移动
D.恒容下，充入一定量的CH2===CH2(g)，CH2===CH2(g)的平衡转化率增大
2.(2022·浙江6月选考)恒温恒容的密闭容器中，在某催化剂表面上发生氨的分解反应：2NH3(g) N2(g)＋3H2(g)，测得不同起始浓度和催化剂表面积下氨浓度随时间的变化，如下表所示，下列说法不正确的是(　　)
A.实验①，0～20 min，v(N2)＝1.00×10－5 mol·L－1·min－1
B.实验②，60 min时处于平衡状态，x≠0.40
C.相同条件下，增加氨气的浓度，反应速率增大
D.相同条件下，增加催化剂的表面积，反应速率增大
命题角度2　化学反应速率与化学平衡的图像分析
3.(2023·湖南卷)向一恒容密闭容器中加入1 mol CH4和一定量的H2O，发生反应：CH4(g)＋H2O(g) CO(g)＋3H2(g)。CH4的平衡转化率按不同投料比x随温度的变化曲线如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.x1B.反应速率：vb正C.点a、b、c对应的平衡常数：KaD.反应温度为T1，当容器内压强不变时，反应达到平衡状态
4.(2023·山东卷改编)一定条件下，化合物E和TFAA合成H的反应路径如下：
已知反应初始E的浓度为0.10 mol·L－1，TFAA的浓度为0.08 mol·L－1，部分物种的浓度随时间的变化关系如图所示，忽略反应过程中的体积变化。下列说法正确的是(　　)
A.t1时刻，体系中无E存在
B.t2时刻，体系中无F存在
C.E和TFAA反应生成F的活化能很小
D.反应达平衡后，TFAA的浓度为0.08 mol·L－1
命题角度3　反应历程(机理)分析
5.(2023·湖南卷)N2H4是一种强还原性的高能物质，在航天、能源等领域有广泛应用。我国科学家合成的某Ru(Ⅱ)催化剂(用[L－Ru－NH3]＋表示)能高效电催化氧化NH3合成N2H4，其反应机理如图所示。
下列说法错误的是(　　)
A.Ru(Ⅱ)被氧化至Ru(Ⅲ)后，配体NH3失去质子能力增强
B.M中Ru的化合价为＋3
C.该过程有非极性键的形成
D.该过程的总反应式：4NH3－2e－===N2H4＋2NH
6.(2023·浙江1月选考)标准状态下，气态反应物和生成物的相对能量与反应历程示意图如下[已知O2(g)和Cl2(g)的相对能量为0]，下列说法不正确的是(　　)
A.E6－E3＝E5－E2
B.可计算Cl—Cl键能为2(E2－E3) kJ·mol－1
C.相同条件下，O3的平衡转化率：历程Ⅱ＞历程Ⅰ
D.历程Ⅰ、历程Ⅱ中速率最快的一步反应的热化学方程式为：ClO(g)＋O(g)===O2(g)＋Cl(g)　ΔH＝(E5－E4) kJ·mol－1
【考点剖析】
微点1　化学反应速率、化学平衡及影响因素
【典题精练】
1.(2023·天津红桥区一模)二氧化碳催化加氢制甲醇的反应为3H2(g)＋CO2(g) H2O(g)＋CH3OH(g)　ΔH<0。下列说法正确的是(　　)
A.增大压强，平衡正向进行，该反应的平衡常数K增大
B.升高温度可使该反应的正反应速率增大，逆反应速率减小
C.温度越低越有利于该反应的进行，从而提高甲醇的生产效率
D.使用高效催化剂，可降低反应的活化能，增大活化分子百分数
2.(2023·沈阳质检)某温度下，恒容密闭容器内加入等物质的量的H2和I2发生反应H2(g)＋I2(g) 2HI(g)，v正＝k正c(H2)c(I2)，k为速率常数。反应一段时间后达到平衡。下列说法错误的是(　　)
A.若＝8.99，则该反应ΔH<0
B.加入一定量HI，混合气体颜色变深
C.加入一定量氩气，容器内压强增大，反应速率不变
D.加入等物质的量的H2和I2，H2转化率不变
3.(2023·石家庄质检)T ℃时，向体积恒定为2 L的密闭容器中充入Q(s)发生反应：Q(s) M(g)＋N(g)　ΔH>0，K＝0.062 5。实验测得n(Q)随时间(t)的变化关系如下表所示：
t/min 0 20 40 60 80
n(Q)/mol 1.00 0.80 0.65 0.55 0.50
下列叙述错误的是(　　)
A.0～20 min内，用M(g)表示的平均反应速率v(M)＝0.005 mol·L－1·min－1
B.其他条件不变，升高温度，N(g)的生成速率和平衡产率均增大
C.其他条件不变，加入催化剂，80 min时Q(s)的转化率不变
D.若起始时向该容器中加入2.00 mol Q(s)，达到平衡时0.25 mol·L－1【智能提升】
1.化学反应速率计算的两种方法
(1)公式法：v(B)＝＝
(2)比值法
同一化学反应，各物质的反应速率之比等于反应方程式中的化学计量数之比。对于反应：mA(g)＋nB(g)===pC(g)＋qD(g)来说，则有＝＝＝。
2.化学反应速率的影响因素
(1)内因——活化能
相同条件下，不同化学反应的速率不同，主要是内因——活化能大小不同，活化能小的化学反应速率快，活化能大的化学反应速率慢。
(2)外因——浓度、压强、温度、催化剂、光照、接触面积等
①浓度(c)：增大(减小)反应物浓度→单位体积内活化分子数目增加(减少)，活化分子百分数不变→有效碰撞频率提高(降低)→化学反应速率加快(减慢)；
②压强(p)：对于气相反应来说，增大(减小)压强→相当于减小(增大)容器容积→相当于增大(减小)反应物的浓度→化学反应速率加快(减慢)；
③温度(T)：升高(降低)温度→活化分子百分数增大(减小)→有效碰撞频率提高(降低)→化学反应速率加快(减慢)；
④催化剂：使用催化剂→降低反应的活化能→活化分子百分数增大→有效碰撞频率提高→化学反应速率加快。
3.“两方法”、“三关注”判断化学平衡状态
(1)“两方法”——逆向相等、变量不变。
①“逆向相等”：反应速率必须一个是正反应的速率，一个是逆反应的速率，且经过换算后同一种物质的消耗速率和生成速率相等；
②“变量不变”：如果一个量是随反应进行而改变的，当不变时为平衡状态；一个随反应的进行保持不变的量，不能作为是否达到平衡状态的判断依据。
(2)“三关注”
①关注反应条件，是恒温恒容、恒温恒压还是绝热容器；
②关注反应特点，是等体积反应，还是非等体积反应；
③关注特殊情况，是否有固体参加或生成，或固体的分解反应。
4.“三角度”判断化学平衡移动的方向
(1)通过比较平衡破坏瞬间的正、逆反应速率的相对大小来判断平衡移动的方向。
①若外界条件改变，引起v正＞v逆，则化学平衡向正反应方向移动；
②若外界条件改变，引起v正＜v逆，则化学平衡向逆反应方向移动；
③若外界条件改变，虽能引起v正和v逆变化，但变化后新的v′正和v′逆仍保持相等，则化学平衡不发生移动。
(2)通过比较浓度商(Q)与平衡常数(K)的大小来判断平衡移动的方向。
①若Q＞K，平衡逆向移动；
②若Q＝K，平衡不移动；
③若Q＜K，平衡正向移动。
(3)依据勒夏特列原理判断
如果改变影响平衡的一个条件(如浓度、压强或温度等)，平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。
①当增大反应物的浓度时，平衡向正反应方向移动，反之向逆反应方向移动；
②当升高反应温度时，平衡向吸热反应方向移动，反之向放热反应方向移动；
③在有气体参加或生成的可逆反应中，当增大压强时，平衡总是向气体体积缩小的方向移动，反之向气体体积增大的方向移动。
微点2　化学反应速率与化学平衡图像
【典题精练】
4.(2023·广州测试)恒容密闭容器中，在硫(S8)与CH4为原料制备CS2，S8受热分解成气态S2，S2发生反应2S2(g)＋CH4(g) CS2(g)＋2H2S(g)　ΔH。CH4的平衡转化率、S2的体积分数随温度的变化曲线如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.ΔH>0
B.温度升高，S8分解率增大，S2体积分数增大
C.向平衡体系中充入稀有气体，平衡向右移动
D.其他条件相同，S2体积分数越大，CH4的平衡转化率越小
5.(2023·佛山一模)向1 L的恒容密闭容器中加入1 mol X和3 mol Y，发生反应X(g)＋3Y(g) 2Z(g)，X的转化率α随温度t的变化如图所示(不同温度下的转化率均为反应第10 min数据)。下列说法正确的是(　　)
A.a点的反应速率v(Z)＝0.03 mol·L－1·min－1
B.a、b、c点对应的v(Y)逆大小关系为：b>c>a
C.c点时，每消耗3 mol Y的同时，消耗2 mol Z
D.若将容器体积扩大为2倍，则c点对应温度下的α(X)增大
6.(2023·大连双基测试)SCl2可用作有机合成的氯化剂。在体积为2 L的密闭容器中充入1 mol SCl2(g)，发生反应：2SCl2(g) S2Cl2(g)＋Cl2(g)，图中所示曲线分别表示反应在10 min时和平衡时SCl2的转化率(α)与温度(T)的关系。下列说法正确的是(　　)
A.2SCl2(g) S2Cl2(g)＋Cl2(g)的ΔH<0
B.55 ℃，0～10 min，以S2Cl2表示反应的平均速率为0.025 mol·L－1·min－1
C.当容器中混合气体的平均相对分子质量恒定不变时，反应达到平衡状态
D.82 ℃，若起始时在该密闭容器中充入SCl2、S2Cl2和Cl2各5 mol，则此时v(逆)【智能提升】
1.利用图像“断点”判断影响反应速率的外界条件
可逆反应达到平衡后，若某一时刻改变外界条件，速率－时间图像的曲线可能会出现“渐变”或“突变”。根据“断点”前后速率的大小变化，即可对外界条件的变化情况作出判断。
图像 速率变化分析 条件变化判断 平衡移动方向判断
v′正突变， v′逆渐变， 且v′正＞v′逆 增大反应物浓度 平衡正向移动
v′正、v′逆都突然减小，且v′正＞v′逆 ①降低温度(正反应放热)； ②减小压强(正反应气体总体积增大) 平衡正向移动
v′正、v′逆都突然增大，且增大程度相同 ①使用催化剂； ②增大压强(反应前后气体总体积不变) 平衡不移动
2.两种典型的图像
(1)转化率(或百分含量)与温度变化图像
[析图关键]　表示两个外界条件同时变化时，反应物A的转化率变化情况，解决这类图像一般采用“定一议二”的方法，即把自变量(温度、压强)之一设为恒量，讨论另外两个变量的关系。如：图1中，当压强相等(任意一条等压线)时，升高温度，A的转化率增大，说明升高温度平衡向正反应方向移动，即正反应为吸热反应。当温度相等时，在图1中作垂线，与三条等压线交于三点，这三点自下而上为增大压强，A的转化率增大，说明增大压强平衡向正反应方向移动，即正反应为气体体积减小的反应。
(2)转化率(或百分含量)与压强变化图像
[析图关键]　图3中，当温度相等(任意一条等温线)时，增大压强，A的转化率增大，说明增大压强平衡正向移动，即正反应是气体体积减小的反应。当压强相等时，在图3中作垂线，与两条等温线交于两点，这两点自下而上为降低温度，A的转化率增大，说明降低温度平衡正向移动，即正反应为放热反应。
参考答案
真题回顾
1.C　[A.该反应是一个气体分子数减少的反应，增大压强可以加快化学反应速率，正反应速率增大的幅度大于逆反应的，故v正>v逆，平衡向正反应方向移动，但是因为温度不变，故平衡常数不变，A不正确；B.催化剂不影响化学平衡状态，因此，加入催化剂不影响平衡时CH3CH2OH(g)的浓度，B不正确；C.恒容下，充入一定量的H2O(g)，H2O(g)的浓度增大，平衡向正反应方向移动，C正确；D.恒容下，充入一定量的CH2===CH2 (g)，平衡向正反应方向移动，但是CH2===CH2 (g)的平衡转化率减小，D不正确。]
2.C　[实验①中，0～20 min，v(N2)＝v(NH3)＝×(2.40×10－3 mol·L－1－2.00×10－3 mol·L－1)÷20 min＝1.00×10－5 mol·L－1·min－1，A正确；催化剂表面积大小只影响反应速率，不影响平衡，则实验③达平衡时氨气浓度也为4.00×10－4 mol·L－1，而恒温恒容条件下，实验②相对于实验③为减小压强，平衡正向移动，因此实验②60 min时处于平衡状态，x<0.4，即x≠0.4，B正确；实验①、实验②中0～20 min、20～40 min氨气浓度变化量相同，速率相同，实验①是实验②中氨气初始浓度的两倍，相同条件下，增加氨气浓度，反应速率并没有增大，C错误；对比实验①和实验③，氨气浓度相同，实验③中催化剂表面积是实验①中催化剂表面积的2倍，实验③先达到平衡状态，实验③的反应速率大，D正确。]
3.B　[A.一定条件下，增大水的浓度，能提高CH4的转化率，即x值越小，CH4的转化率越大，则x1vc正，故B错误；C.由图像可知，x一定时，温度升高CH4的平衡转化率增大，说明正反应为吸热反应，温度升高平衡正向移动，K增大；温度相同，K不变，则点a、b、c对应的平衡常数：Ka4.C　[一定条件下，化合物E和TFAA合成H的反应路径中，共发生三个反应：①E＋TFAA―→F　②F―→G　③G H＋TFAA t1之后的某时刻，H为0.02 mol·L－1，此时TFAA的浓度仍为0，则表明0.10 mol·L－1 E、起始时的0.08 mol·L－1 TFAA、G分解生成的0.02 mol·L－1 TFAA全部参加反应，生成0.10 mol·L－1 F；在t2时刻，H为0.08 mol·L－1，TFAA为0.06 mol·L－1，G为0.01 mol·L－1，则F为0.01 mol·L－1。A.t1时刻，H的浓度小于0.02 mol·L－1，此时反应③生成TFAA的浓度小于0.02 mol·L－1，参加反应①的E的浓度小于0.1 mol·L－1，所以体系中有E存在，A错误；B.由分析可知，t2时刻，H为0.08 mol·L－1，TFAA为0.06 mol·L－1，G为0.01 mol·L－1，则F为0.01 mol·L－1，所以体系中有F存在，B不正确；C.t1之后的某时刻，H为0.02 mol·L－1，此时TFAA的浓度仍为0，表明此时E和TFAA完全反应生成F，所以E和TFAA生成F的反应速率快，反应的活化能很小，C正确；D.在t2时刻，H为0.08 mol·L－1，TFAA为0.06 mol·L－1，G为0.01 mol·L－1，F为0.01 mol·L－1，只有F、G全部转化为H和TFAA时，TFAA的浓度才能为0.08 mol·L－1，而G H＋TFAA为可逆反应，所以反应达平衡后，TFAA的浓度一定小于0.08 mol·L－1，D不正确。]
5.B　[A.Ru(Ⅱ)被氧化至Ru(Ⅲ)后，[L－Ru－NH3]2＋中的Ru带有更多的正电荷，其与N原子成键后，Ru吸引电子的能力比Ru(Ⅱ)强，这种作用使得配体NH3中的N—H极性变强且更易断裂，因此其失去质子(H＋)的能力增强，A说法正确；B.Ru(Ⅱ)中Ru的化合价为＋2，当其变为Ru(Ⅲ)后，Ru的化合价变为＋3，Ru(Ⅲ)失去1个质子后，N原子有1对孤电子对，Ru的化合价不变；M为[L－Ru－H2]＋，当[L－Ru－NH2]＋变为M时，N原子的孤电子对拆为2个电子并转移给Ru 1个电子，其中Ru的化合价变为＋2，因此，B说法不正确；C.该过程M变为[L－Ru－NH2－NH2－Ru－L]2＋时，有N—N形成，N—N是非极性键，C说法正确；D.从整个过程来看，4个NH3失去了2个电子后生成了1个N2H4和2个NH，Ru(Ⅱ)是催化剂，因此，该过程的总反应式为4NH3－2e－===N2H4＋2NH，D说法正确。]
6.C　[对比两个历程可知，历程Ⅱ中增加了催化剂，降低了反应的活化能，加快了反应速率。A项，催化剂能降低活化能，但是不能改变反应的焓变，因此E6－E3＝E5－E2，A正确；B项，已知Cl2(g)的相对能量为0，对比两个历程可知，Cl(g)的相对能量为(E2－E3) kJ·mol－1，则Cl—Cl键能为2(E2－E3) kJ·mol－1，B正确；C项，催化剂不能改变反应的平衡转化率，因此相同条件下，O3的平衡转化率：历程Ⅱ＝历程Ⅰ，C错误；D项，活化能越低，反应速率越快，由图像可知，历程Ⅱ中第二步反应的活化能最低，所以速率最快的一步反应的热化学方程式为：ClO(g)＋O(g)===O2(g)＋Cl(g)　ΔH＝(E5－E4) kJ·mol－1，D正确；故选C。]
考点剖析
微点1
典题精练
1.D　[A.该反应的正反应是气体分子数减小的反应，因此增大压强，平衡向正向进行，但平衡常数K不变，平衡常数K只与温度有关，A项错误；B.升高温度可使该反应的正、逆反应速率均增大，B项错误；C.反应的正反应是放热反应，在一定范围内，降低温度有利于平衡向正向移动，能提高甲醇的生产效率，温度过低不利于反应的进行，C项错误；D.使用高效催化剂，可降低反应的活化能，增大活化分子百分数，增加反应速率，D项正确。]
2.A　[＝8.99，说明温度升高，k正增大，但不能说明该反应为放热反应，A项错误；加入一定量HI，平衡逆向移动，c(I2)增大，混合气体颜色变深，B项正确；加入一定量氩气，容器内压强增大，但反应体系中各物质浓度不变，反应速率不变，C项正确；加入等物质的量的H2和I2，相当于增大压强，该反应前后气体分子数不变，加压时平衡不移动，故H2转化率不变，D项正确。]
3.D　[0～20 min，Q的物质的量减少0.2 mol，生成M的物质的量为0.2 mol，v(M)＝0.2 mol÷2 L÷20 min＝0.005 mol·L－1·min－1，A项正确；该反应为吸热反应，其他条件不变，升高温度平衡正向移动，N(g)的生成速率和平衡产率均增大，B项正确；80 min时，Q反应0.5 mol，M的物质的量为0.5 mol，N的物质的量为0.5 mol，c(M)＝c(N)＝0.5 mol÷2 L＝0.25 mol·L－1，Qc＝c(M)·c(N)＝0.25×0.25＝0.062 5＝K，说明80 min时反应达到平衡状态，由于催化剂不影响化学平衡，故其他条件不变，加入催化剂，80 min时Q(s)的转化率不变，C项正确；若起始时向该容器中加入2.00 mol Q(s)，设达平衡时c(M)＝c(N)＝x mol·L－1，则K＝c(M)·c(N)＝x2＝0.062 5，解得x＝0.25，故D项错误。]
微点2
典题精练
4.B　[根据图示，升高温度，CH4的平衡转化率减小，说明平衡逆向移动，则正反应为放热反应，ΔH<0，A项错误；S8(s) 4S2(g)为吸热反应，2S2(g)＋CH4(g) CS2(g)＋2H2S(g)为放热反应，升高温度，S8(s) 4S2(g)平衡正向移动，S8分解率增大，2S2(g)＋CH4(g) CS2(g)＋2H2S(g)平衡逆向移动，S2体积分数增大，B项正确；向平衡体系中充入稀有气体，体系中各物质浓度不变，平衡不移动，C项错误；其他条件相同，S2体积分数增大，相当于增大S2浓度，2S2(g)＋CH4(g) CS2(g)＋2H2S(g)平衡正向移动，CH4的平衡转化率增大，D项错误。]
5.C　[A.由题干图像信息可知，a点X的转化率为30%，故a点X的反应速率为：v(X)＝＝0.03 mol·L－1·min－1，根据反应速率之比等于化学计量数之比，故a点的反应速率v(Z)＝2v(X)＝2×0.03 mol·L－1·min－1＝0.06 mol·L－1·min－1，A错误；B.由题干图像信息可知，a、b两点10 min时未达到平衡，而c点10 min时达到平衡，温度越高正、逆反应速率越快，且b、c点浓度差异较小，故a、b、c点对应的v(Y)逆大小关系为：c>b>a，B错误；C.由题干图像信息可知，c点时反应达到化学平衡，故有每消耗3 mol Y的同时消耗2 mol Z即正、逆反应速率相等，C正确；D.由反应方程式可知X(g)＋3Y(g) 2Z(g)正反应是一个气体体积减小的反应，若将容器体积扩大为2倍，即减小容器压强，平衡逆向移动，则c点对应温度下的α(X)减小，D错误。]
6.D　[温度升高，SCl2的平衡转化率增大，说明平衡正向移动，根据化学平衡移动原理，升温平衡向吸热方向移动，知该反应的ΔH>0，A项错误；55 ℃，0～10 min，SCl2(g)的转化率为50%，v(SCl2)＝＝0.025 mol·L－1·min－1，则v(S2Cl2)＝v(SCl2)＝0.012 5 mol·L－1·min－1，B项错误；反应体系中全为气体，气体质量不变，反应前后气体分子数不变，即气体物质的量不变，则混合气体的平均相对分子质量始终不变，C项错误；由图可知，82 ℃，反应达平衡时SCl2的转化率为90%，列三段式：
则该温度下平衡常数K＝＝20.25，若起始时在该密闭容器中充入SCl2、S2Cl2和Cl2各5 mol，则此时的浓度商Q＝＝1