2024年高中化学实验探究题特训：化学反应速率与化学平衡（含答案）

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2024年高中化学实验探究题特训：化学反应速率与化学平衡
1．某实验小组探究Cu与Fe(NO3)3溶液的反应。取3 g 铜粉加入到100 mL 0.6 mol/L Fe(NO3)3溶液（用HNO3调pH=1）中，振荡、静置30分钟，铜粉减少，溶液呈棕绿色，未见有气泡产生。
（1）预测NO3-和Fe3+分别与Cu发生了反应，补充反应Ⅱ的离子方程式。
反应 Ⅰ 3Cu + 2NO + 8H＋= 3Cu2+ + 2NO↑ + 4H2O
反应 Ⅱ 　 　 。
（2）探究反应Ⅰ是否发生
①设计实验：取3 g 铜粉加入到100 mL 　 　溶液中，振荡、静置30分钟。
②若反应 Ⅰ能够发生，预计观察到的现象有　 　。
实际现象不明显，借助传感器证明反应Ⅰ能够发生。
（3）探究反应Ⅱ是否发生
步骤1：取3 g 铜粉加入到100 mL 0.3 mol/L Fe2(SO4)3溶液（用H2SO4调pH=1）中，溶液迅速变为蓝绿色。
步骤2：取步骤1中上层清液，滴加少量KSCN溶液，出现白色浑浊，溶液变红，振荡后红色褪去。
①KSCN溶液的作用是 　 　。
②已知，CuSCN是难溶于水的白色固体。结合平衡移动原理，解释步骤2中“溶液变红，振荡后红色褪去”的原因　 　。
（4）查阅资料可知，反应 Ⅰ和反应Ⅱ 的平衡常数分别为KⅠ=6.3×1062 和KⅡ=5×1014。请从化学反应速率和限度的角度简述对Cu与Fe(NO3)3溶液反应的认识　 　。
2．某化学兴趣小组想要研究氯化铜溶液的相关性质，但实验室无氯化铜样品，大家想出两种制备方案并完成有关性质实验：
【方案一】
用固体CuO(含少量Fe2O3)和盐酸反应：将固体CuO缓慢加入到盛有稀盐酸的烧杯中，边加边搅拌，直至固体完全溶解，得溶液A。
【方案二】
用铜和石墨作电极，电解稀盐酸：将两个电极和直流电源相连，插入到盛有稀盐酸的烧杯中，电解一段时间后，得溶液B。
已知：①氧化性：Fe3+>Cu2+；
②CuCl是一种白色不溶于水的固体；
③在该实验环境下，有关参数如下表：
物质 Fe(OH)3 Cu(OH)2
Ksp 2.8×10 39 2.2×10 20
阳离子完全沉淀时的pH ≥2.8 ≥6.5
回答下列问题：
（1）方案一中，为了制备不含铁元素的CuCl2溶液，有同学提议在溶液A中加入过量的铜，充分反应后过滤，该方法　 　(填“能”或“不能”)达到目的，理由是　 　(结合方程式解释)。也有同学提议用调整溶液pH的方法来除去Fe3+，假设Cu2+起始浓度为2.2mol·L 1，则在不损失铜元素的情况下，调整溶液pH的范围为　 　。
（2）方案二中，Cu电极应该与电源的　 　(填“正”或“负”)极相连，其电解的总反应方程式为　 　。实验过程中，有同学观察到阳极周围有气泡出现，则出现气泡最可能的原因是　 　。
（3）若将方案二中的稀盐酸换作饱和食盐水，发现电解过程中未有蓝绿色溶液出现，但在其中一个电极附近出现了白色固体，则生成该固体的电极反应式为　 　。
（4）取少量方案二中B的稀溶液于试管，在酒精灯上加热，发现溶液由蓝色变为蓝绿色，其原因是　 　(用平衡移动原理解释)。
（5）取纯化的A的稀溶液20mL于烧杯中，加入2gKCl固体，用玻璃棒搅拌，发现溶液由蓝色变为蓝绿色，　 　(填“能”或“不能”)用勒夏特列原理解释该现象。
3．2021年我国制氢量位居世界第一，煤气化制氢途径的原理如下：
Ⅰ．
Ⅱ．
回答下列问题：
（1）
（2）一定温度下，向体积固定的密闭容器中加入足量的和，起始压强为，发生煤气化制氢反应．
①反应Ⅰ的平衡常数表达式　 　．
②平衡时向容器中充入情性气体，平衡　 　移动（填“正向”“逆向”或“不”，下同），加入固体，平衡　 　移动．
③下列能说明反应Ⅰ到达平衡状态的是　 　．
A．混合气体的密度保持不变 B．容器内的压强保持不变
C．的体积保持不变 D．断裂的同时，生成键
（3）常温下，保持压强为不变，向密闭容器中加入足量的和，反应达平衡时，物质的量为的物质的量为；反应Ⅱ的平衡常数　 　（以分压表示，分压=总压×物质的量分数）
（4）时，潮湿的石膏雕像表面会发生反应：，其平衡常数　 　．[已知]
4．弱电解质的电离平衡、盐类的水解平衡均属于化学平衡。根据要求回答问题。
（1）生活中明矾常作净水剂，其净水的原理是　 　(用离子方程式表示)。
（2）常温下，取0.2mol/L HCl溶液与0.2mol/L MOH溶液等体积混合，测得混合后溶液的pH=5，则pH=13的MOH溶液的浓度　 　0.1mol/L(填“＜”、“>”或“=”)。
（3）25℃时，三种酸的电离平衡常数如下：
化学式 CH3COOH H2CO3 HClO
电离平衡常数 Ka =1.8×10-5 3.0×10-8
回答下列问题：
①25℃时，等浓度的三种溶液，酸性最强的是　 　（填化学式），一般情况下，当温度升高时，　 　 (填“增大”、“减小”或“不变”)；
②用蒸馏水稀释的醋酸，下列各式表示的数值随水量的增加而增大的是　 　 (填序号)。
A． B． C． D．
③室温下，某溶液中存在着 CH3COOH(aq)+ (aq)CH3COO-(aq)+H2CO3(aq)，该反应的平衡常数K=　 　。(用Ka、K1或K2表示)
5．某实验小组探究外界条件对化学反应速率的影响，进行了以下实验。
（1）Ⅰ．探究温度、浓度对硫代硫酸钠与稀硫酸反应速率的影响
写出Na2S2O3与H2SO4反应的离子方程式　 　
（2）该小组同学设计了如下表所示系列实验：
实验序号 反应温度/℃ Na2S2O3溶液 H2SO4稀溶液 H2O
V/mL c/(mol/L) V/mL c/(mol/L) V/mL
① 20 10.0 0.10 10.0 0.50 0
② t1 V1 0.10 V2 0.50 V3
③ t2 V4 0.10 V5 0.50 V6
实验①和②探究温度对该反应速率的影响，则实验②中，t1=　 　(填“20℃”或“60℃”)、V2= 　 　mL。
若V5=6.0，实验①和③的实验目的是　 　
（3）Ⅱ．探究催化剂对H2O2分解速率的影响
按下图进行定量实验研究。挤压注射器使FeCl3溶液全部加入试管中，记录数据；用CuCl2溶液代替FeCl3溶液进行平行实验，比较催化剂对反应速率的影响。该实验需测定的实验数据是 　 　
（4）用上图中的装置，探究MnO2催化H2O2分解的最佳条件。此时注射器中应加入的试剂是　 　。挤压注射器使液体全部加入试管中开始至不再有气体产生，记录反应时间。反应物用量和反应时间如下表：
H2O2 时间 MMMMMMMM 0.1g 0.3g 0.8g
10mL1.5% 223s 67s 56s
10mL3.0% 308s 109s 98s
10mL4.5% 395s 149s 116s
分析表中数据，从实验效果和“绿色化学”的角度考虑，H2O2的浓度一定时，加入　 　g的MnO2为较佳选择。
6．2023年5月，中国神舟十六号载人飞船成功发射，三位航天员景海鹏、朱杨柱、桂海潮在天宫空间站开启长达半年的太空生活.
（1）法国化学家Paul Sabatier 提出并命名的“Sabatier反应”实现了甲烷化，科技人员基于该反应设计如图过程完成空间站中与的循环，从而实现的再生.
①写出与具有相同空间结构的一种微粒：　 　.
②在特定温度下，由稳定态单质生成1mol化合物的焓变叫做该物质在此温度下的标准摩尔生成焓.表中为几种物质在298K的标准生成焓.
物质
标准摩尔生成焓 -393.51 -74.85 -241.82 0
则Sabatier反应　 　.
③下列有关Sabatier反应说法正确的是　 　.
A.输送进入Sabatier反应器的是电解水装置的阴极产物
B.采用高压和合适催化剂均有利于提高Sabatier反应的转化率
C.恒温条件下，在刚性容器中发生Sabatier反应，气体密度不变时，说明反应达到平衡
D.应该在Sabatier反应器的前端维持较高温度，后端维持较低温度
④一定条件下，分解形成碳的反应历程如图1所示，其中决定反应速率的是第　 　步反应.
图1 图2
（2）航天员呼吸产生的还可以利用Bosch反应：代替Sabatier反应.在250℃时，向体积为2L恒容密闭容器中通入和发生Bosch反应，测得容器内气压变化如图2所示.
①试解释容器内气压先增大后减小的原因：　 　.
②该温度下Bosch反应的　 　（写出计算过程，为用气体的分压表示的平衡常数，分压=气体的体积分数×体系总压）.
③在图2基础上画出其他条件相同，向体系加入催化剂时其压强随时间的变化曲线　 　.
7．已知碘的四氯化碳溶液能与K2C2O4溶液发生反应：I2+K2C2O4=2KI+2CO2↑，甲、乙两个实验小组欲探究影响化学反应速率的因素，设计实验方案如下：
（1）甲组：通过测定单位时间内生成CO2气体的体积来比较化学反应速率的大小，实验装置如图1所示。
实验Ⅰ．在光亮处将M溶液一次性放入锥形瓶中并不断搅拌，然后关闭活塞。
实验Ⅱ．用黑纸袋包住锥形瓶后再将M溶液一次性放入锥形瓶中并不断搅拌，然后关闭活塞。
两次实验所用M溶液与N溶液相同。
①检查图1装置气密性的方法为　 　。
②盛装M溶液的仪器名称为　 　，a的作用是　 　。
③该实验探究的是　 　对化学反应速率的影响。
④在反应停止前，相同时间内注射器中所得CO2的体积较多的是　 　(填“实验Ⅰ”或“实验Ⅱ”)。
（2）乙组：通过测定溶液褪色所用时间来比较化学反应速率的大小，实验装置如图2所示。
实验时将M溶液和N溶液同时加入三颈烧瓶中，并不断搅拌，M、N的成分以及水浴温度如下表：
序号 M溶液 N溶液 水浴温度
A 含0.01mol碘的四氯化碳溶液20mL 20mL0.4 mol·L－1的K2C2O4溶液 40℃
B 含0.01mol碘的四氯化碳溶液20mL 20mL0.8 mol·L－1K2C2O4溶液 40℃
C 含0.01mol碘的四氯化碳溶液20mL 20mL0.8 mol·L－1的K2C2O4溶液 50℃
①该实验探究的是　 　对化学反应速率的影响。
②该组同学始终没有观察到实验A的溶液褪色，其原因是　 　。
8．草酸是一种易溶于水的二元有机弱酸，常用作还原剂、沉淀剂等，可与酸性溶液发生反应：.
（1）探究外界条件对反应速率的影响.
实验编号 所加试剂及用量/mL 条件 溶液颜色褪至无色所需时间/min
溶液 溶液 稀 水 温度℃
1 12.0 2.0 3.0 3.0 20
2 6.0 2.0 3.0 20
3 2.0 3.0 9.0 30
①完成此实验设计，其中：　 　，　 　.
②对比实验1、2可探究　 　对反应速率的影响.
（2）某兴趣小组用草酸及草酸盐的性质测定硬水中钙离子的浓度.
根据消耗酸性标准溶液的体积即可测定硬水样品中的浓度.
①实验过程提及的下列仪器，在使用之前一定要润洗的是　 　（填字母）.
A.容量瓶 B.烧杯 C.锥形瓶 D.滴定管
②滴定过程中　 　（填“需要”或“不需要”）另加指示剂，如何判断滴定终点　 　.
③本实验滴定管起点和终点的液面位置如图所示，则滴定过程中消耗的标准溶液为　 　.该硬水样品中的浓度为　 　.
④下列不当操作会使测得的硬水样品的浓度偏高的是　 　（填字母）
A.滴定管未用标准溶液润洗 B.草酸钙沉淀洗涤不充分
C.滴定前仰视读数并记录数据 D.盛放草酸溶液的锥形瓶没有干燥
答案解析部分
1．【答案】（1）Cu + 2Fe3+ = Cu2+ + 2Fe2+
（2）1.8 mol/L NaNO3溶液（用HNO3调pH=1）；铜粉逐渐溶解，溶液变为蓝色，有无色气体生成，在液面上方变为红棕色
（3）检验Fe3+；加入SCN 后，Fe3+与SCN-反应，生成Fe（SCN）3溶液显红色。震荡过程中Cu+与SCN 反应生成CuSCN沉淀，使SCN 浓度减小，Fe3++3SCN- Fe（SCN）3逆向移动，溶液红色褪去。
（4）Cu与Fe3+和NO3-（H+）均能发生反应，其中Cu与NO3-（H+）反应限度更大，Cu与Fe3+反应速率更快。
2．【答案】（1）不能；2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+，铁的金属性比铜强，Fe2+不再与Cu反应；2.8≤pH<4(或2.8≤pH≤4)
（2）正；Cu+2HClCuCl2+H2↑；溶液中的氯离子在阳极上放电，生成了氯气
（3）Cu-e +Cl =CuCl
（4）反应[Cu(H2O)4]2++4Cl [CuCl4]2 +4H2O正向吸热，升温，平衡正向移动
（5）能
3．【答案】（1）
（2）；不；不；ABC
（3）2
（4）
4．【答案】（1）Al3++3H2O Al(OH)3(胶体)+3H+
（2）>
（3）CH3COOH；增大；B；
5．【答案】（1）
（2）60℃；10.0；其它条件不变时， 探究H2SO4浓度对该反应速率的影响
（3）一定时间内产生气体的体积(或生成相同体积的气体所需要的时间)
（4）H2O2溶液；0.3
6．【答案】（1）、等答案合理即可；-164.98；AD；4或四
（2）该反应是放热反应，反应开始时容器内温度上升，压强增大，随着反应进行，反应气体分子体减少，压强减小；0.5；
7．【答案】（1）关闭分液漏斗活塞，向外拉注射器活塞，松开后，若活塞能回到原位置，则装置气密性良好；分液漏斗；平衡气压，减少误差；光照；实验Ⅰ
（2）反应温度和反应物浓度；碘单质过量了
8．【答案】（1）9.0；6.0；浓度
（2）D；不需要；当滴入最后一滴高锰酸钾溶液时，溶液由无色变为紫色，半分钟不变为原来颜色；9.60；；AB
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