1、2020 年高考真题剖析与省市名校模拟好题同步训练：化学反应速率与化学平衡 真题再现 （2020 年高考新课标卷）二氧化碳催化加氢合成乙烯是综合利用 CO2的热点研究领域。回答下列问题： (1)CO2催化加氢生成乙烯和水的反应中，产物的物质的量之比 n(C2H4)n(H2O)=_。当反应达到 平衡时，若增大压强，则 n(C2H4)_(填“变大”“变小”或“不变”)。 (2)理论计算表明，原料初始组成 n(CO2)n(H2)=13，在体系压强为 0.1MPa，反应达到平衡时，四种组分 的物质的量分数 x随温度 T 的变化如图所示。 图中， 表示 C2H4、 CO2变化的曲线分别是_、 _。 CO
2、2催化加氢合成 C2H4反应的 H_0(填“大 于”或“小于”)。 (3)根据图中点 A(440K，0.39)，计算该温度时反应的平衡常数 Kp=_(MPa)3(列出计算式。以分压表 示，分压=总压 物质的量分数)。 (4)二氧化碳催化加氢合成乙烯反应往往伴随副反应，生成 C3H6、C3H8、C4H8等低碳烃。一定温度和压强条 件下，为了提高反应速率和乙烯选择性，应当_。 【答案】(1)14 变大 (2)d c 小于 (3) 3 91 40.039 或 4 3 62 0.39 0.39 1 4 0.39 0.1 0.39() 3 等 (4)选择合适催化剂等 【试题解析】根据质量守恒定律配平化学
3、方程式，可以确定产物的物质的量之比。根据可逆反应的特点分 析增大压强对化学平衡的影响。根据物质的量之比等于化学计量数之比，从图中找到关键数据确定代表各 组分的曲线，并计算出平衡常数。根据催化剂对化反应速率的影响和对主反应的选择性，工业上通常要选 择合适的催化剂以提高化学反应速率、减少副反应的发生。 (1)CO2催化加氢生成乙烯和水，该反应的化学方程式可表示为 2CO2+6H2 CH2 = CH2+4H2O，因此，该反 应中产物的物质的量之比 n(C2H4)：n(H2O)=1：4。由于该反应是气体分子数减少的反应，当反应达到平衡 状态时，若增大压强，则化学平衡向正反应方向移动，n(C2H4)变大
4、。 (2) 由题中信息可知，两反应物的初始投料之比等于化学计量数之比；由图中曲线的起点坐标可知，c和 a 所表示的物质的物质的量分数之比为 1:3、d 和 b表示的物质的物质的量分数之比为 1:4，则结合化学计量数 之比可以判断，表示乙烯变化的曲线是 d，表示二氧化碳变化曲线的是 c。由图中曲线的变化趋势可知，升 高温度，乙烯的物质的量分数减小，则化学平衡向逆反应方向移动，则该反应为放热反应，H小于 0。 (3) 原料初始组成 n(CO2)n(H2)=13，在体系压强为 0.1Mpa 建立平衡。由 A 点坐标可知，该温度下，氢 气和水的物质的量分数均为 0.39，则乙烯的物质的量分数为水的四分
5、之一，即 0.39 4 ，二氧化碳的物质的量 分数为氢气的三分之一，即 0.39 3 ，因此，该温度下反应的平衡常数 4 23 6 0.39 0.39 1 4 0.1 0.39 0.39 3 p K (MPa)-3= 3 91 40.039 (MPa)-3。 (4)工业上通常通过选择合适的催化剂，以加快化学反应速率，同时还可以提高目标产品的选择性，减少副 反应的发生。因此，一定温度和压强下，为了提高反应速率和乙烯的选择性，应当选择合适的催化剂。 【点睛】 本题确定图中曲线所代表的化学物质是难点，其关键在于明确物质的量的分数之比等于各组分的物质的量 之比，也等于化学计量数之比（在初始投料之比等于
6、化学计量数之比的前提下，否则不成立） 。 【命题意图】本题主要考查了化学平衡状态的建立及其途径、影响化学化学平衡的因素、有关化学平衡的 计算等等。考查学生对化学平衡转化率相关原理的理解和掌握程度，也考查了学生对图表信息的获取、分 析和加工能力。该题意在引导学生重视化学平衡等基本原理的理解和应用，关注信息获取、加工和处理能 力的提高。 【命题方向】化学反应速率与化学平衡是每年高考的必考内容。化学反应速率是化学平衡移动的基础变量。 化学反应速率的计算和外界条件对化学反应速率的影响，常结合化学平衡的应用进行综合考查，有时在选 择题和填空题中单独考查，应注意理论联系实际，灵活分析。高考对化学平衡状态的
7、考查，往往通过化学 平衡的特征及化学平衡常数的计算和理解进行。化学平衡常数是新出现的高考热点，必须理解透彻。另外 还要重点关注化学平衡的现象和实质。高考围绕勒夏特列原理的理解，通过实验、判断、图像、计算等形 成对化学平衡移动进行综合考查，是化学反应速率和化学(平衡)状态的综合应用体现，平时加强针对性强 化训练，注重规律和方法技能的总结，提高解题能力。 【得分要点】对于一般的化学反应：aAbBcCdD，达到平衡时反应物 A 的转化率为 (A) AA A 的初始浓度 的平衡浓度 的初始浓度 100 0 0 (A)(A) (A) cc c 100 c0(A)为起始时 A 的浓度，c(A)为平衡时 A
8、 的浓度 反应物平衡转化率的变化判断反应物平衡转化率的变化判断 判断反应物转化率的变化时，不要把平衡正向移动与反应物转化率提高等同起来，要视具体情况而定。 常见有以下几种情形： 反应类型 条件的改变 反应物转化率的变化 有多种反应物的可逆反应 mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g) 恒容时只增加反 应物 A 的用量 反应物 A 的转化率减小，反应物 B 的转化率增大 同等倍数地增大 （或减小）反应 物 A、B 的量 恒温恒压条 件下 反应物转化率不变 恒温恒容条 件下 m+np+q 反应物 A 和 B 的转化率均增 大 m+nn+p 反应物 A 的转 化率增大 mn+p 反应物 A 的转
9、 化率减小 m=n+p 反应物 A 和 B 的转化率不变 省市名校模拟好题 1 （湖南省长郡中学 2020 届高三第三次适应性考试）减弱温室效应的方法之一是将 CO2回收利用，科 学家研究利用回收的 CO2制取甲醛，反应的热化学方程式为 CO2(g)+2H2(g)CH2O(g)+H2O(g) H。请回答 下列问题： （1）己知： CH2O(g)+O2(g)=CO2(g)+H2O(g) H1=-480kJ/mol 相关化学键的键能数据如表所示： 化学键 O=O H-H O-H 键能/kJmol-1 498 436 464 则 CO2(g)+2H2(g)CH2O(g)+H2O(g) H=_。 （2
10、）一定条件下，将 n(CO2):n(H2)=1:2的混合气体充入恒温恒容的密闭容器中，发生反应 CO2(g)+2H2(g)CH2O(g)+H2O(g)。 下列说明反应已经达到平衡状态的是_(填选项字母)。 a.容器内气体密度保持不变 b.H2O的体积分数保持不变 c.该反应的平衡常数保持不变 d.混合气体的平均相对分子质量不变 下列措施既能提高 H2的转化率又能加快反应速率的是_（填选项字母） 。 a.升高温度 b.使用高效催化剂 c.缩小容器体积 d.扩大容器体积 （3）实验室在 2L密闭容器中进行模拟上述合成 CH2O的实验。T1时，将体积比为 1：4的 CO2和 H2 混合气体充入容器中
11、，每隔一定时间测得容器内气体压强如表所示： 时间/min 0 10 20 30 40 50 60 压强/kPa 1.08 0.96 0.88 0.82 0.80 0.80 0.80 已知：vp(B)= p(B) t 则反应开始 10 min 内，用 H2的压强变化表示该反应的平均反应速率为 _kPamin-1。 T1时， 反应的平衡常数 Kp的代数式为 Kp=_kPa-1(K p为用各气体分压表示的平衡常数， 分压= 总压 物质的量分数)。 （4）T2时，向体积为 2L的恒容密闭容器中充入一定量的 H2和 CO2的混合气体，容器内气体压强为 1.2 kPa，反应达到平衡时，CH2O的分压与起始
12、的 2 2 n H n CO 关系如图所示： 当 2 2 n H n CO =2时， 反应达到平衡后， 若再向容器中加入 CO2(g)和 H2O(g)， 使二者分压均增大0.05 kPa， 则达到新平衡时，H2的转化率将_(填“增大”“减小”或“不变”)。 当 2 2 n H n CO =2.5 时，达到平衡状态后，CH2O的分压可能是图象中的点_(填“D”“E”或“F”)，原因 为_。 【答案】 （1）-6 KJ mol-1 （2）bd c （3）0.024 2 0.28 0.28 0.08 0.16 （4）增大 F 当反应物按化学计量数之比投料，达到平衡时生成物的百分含量最大，当 2 2
13、m H =2.5 m CO 时，达到平衡状态后，CH2O的体积分数应小于 C点，故可能是图像中的 F点 【解析】 【分析】 （1）分析反应物和生成物存在的化学键形式，再根据H=反应物总键能-生成物总键能 可求出反应 O2(g)+2H2(g)2 H2O(g)的H，进而再根据盖斯定律可求出最终的结果； （2）判断反应是否达到平衡的关键在于变量和不变量的判定，据此分析所给选项是否为变量即可选出 答案；而既能提高 H2的转化率又能加快反应速率需综合考虑化学反应速率的影响因素和平衡移动的影响因 素； （3）根据图中数据，再结合三段式，便可求出速率和平衡常数； （4）根据压强对平衡移动的影响和勒夏特列原理
14、分析可知 H2的转化率将增大；再结合图像分析，当 反应物按化学计量数之比投料， 达到平衡时生成物的百分含量最大， 当 2 2 m H =2.5 m CO 时， 达到平衡状态后， CH2O的体积分数应小于 C点，故可能是图像中的 F点； 【详解】 （1） 根据H=反应物总键能-生成物总键能，反应 O2(g)+2H2(g)2H2O(g)的H2=（498+2 436） -（4 464）=-486kJ/mol，而由盖斯定律，反应 CH2O(g)+O2(g)=CO2(g)+H2O(g) H1=-480kJ/mol 与反应 O2(g)+2H2(g)2H2O(g)相减即可得到目标反应，故H=H2-H1=-6
15、kJ/mol，答案为：-6kJ/mol； （2）a在恒温恒容的密闭容器中，体积始终不发生改变，根据 m = V 可知，容器内气体密度为不 变量，故 a 不可以； bH2O 的体积分数保持不变，各物质的浓度保持不变，反应达到平衡状态，故 b 可以； c温度不变，反应平衡常数始终不变，为不变量，c不可以； d根据化学计量数反应前后不等， m M= n 可知，气体的平均摩尔质量也为变量，可以作为达到平衡的标 志，d 可以； 故选 bd； a升高温度反应速率增大，但因为H 0，升高温度，平衡逆向移动，H2转化率降低，不满足题意； b使用高效催化剂不改变转化率，b 不满足题意； c缩小容器体积相当于增大
16、压强，反应速率加快，平衡向体积减小的方向进行，即正向移动，H2的转 化率增大，满足题意； d扩大容器体积，浓度减小，反应速率降低，不满足题意； 故选 c； （3） T1时， 起始总压强为1.08kPa， 由CO2和H2的体积比为1:4可得， CO2和H2的分压为 1 1.08 5 =0.216 和 4 1.08 5 =0.864，容器体积不变，根据 PV=nRT，分压与物质的量成正比，则有： 2222 0.216 0.864 0 0 x 2x x x 0.216-x 0.864-2x x x 2COgHgCH O gH O g 起 转 末 10min 时，(0.216-x)+(0.864-2x
17、)+x+x=0.96，则 x=0.12，用 H2的压强变化表示该反应的平均反应速率为 0.12 2 =0.024 10 kPamin-1；平衡时，(0.216-x)+(0.864-2x)+x+x=0.80，则 x=0.28，反应的平衡常数 Kp的代数 式为 p 2 0.28 0.28 k = 0.08 0.16 ，故答案为：0.024； 2 0.28 0.28 0.08 0.16 ； （4）当 2 2 n H n CO =2 时，反应达到平衡后，若再向容器中加入 CO2(g)和 H2O(g)，使二者分压均增大 0.05 kPa，平衡正向移动，则 H2的转化率增大，结合图像分析，当反应物按化学计
18、量数之比投料，达到平 衡时生成物的百分含量最大，当 2 2 m H =2.5 m CO 时，达到平衡状态后，CH2O 的体积分数应小于 C 点，故可 能是图像中的 F点；故答案为：增大；F；当反应物按化学计量数之比投料，达到平衡时生成物的百分含量 最大，当 2 2 m H =2.5 m CO 时，达到平衡状态后，CH2O的体积分数应小于 C点，故可能是图像中的 F点。 2 （福建省厦门市 2020 届高三毕业班 3 月线上质量检查）合成氨技术的创立开辟了人工固氮的重要途 径。回答下列问题： （1） 德国化学家 F.Haber从 1902年开始研究 N2和 H2直接合成 NH3。 在 1.01
19、105Pa、 250时， 将 1 molN2 和 1 molH2加入 aL刚性容器中充分反应，测得 NH3体积分数为 0.04；其他条件不变，温度升高至 450， 测得 NH3体积分数为 0.025，则可判断合成氨反应为 _填“吸热”或“放热”）反应。 （2）在 1.01 105Pa、250时，将 2 moIN2和 2 molH2加入 aL密闭容器中充分反应，H2平衡转化率可 能为 _（填标号） 。 A.=4% B.11.5% （3）我国科学家结合实验与计算机模拟结果，研究了在铁掺杂 W18049 纳米反应器催化剂表面上实现 常温低电位合成氨，获得较高的氨产量和法拉第效率。反应历程如图所示，其
20、中吸附在催化剂表面的物种 用*标注。 需要吸收能量最大的能垒（活化能）E=_ev，该步骤的化学方程式为_，若通入 H2体积分数过大， 可能造成 _。 （4）T时，在恒温恒容的密闭条件下发生反应： 223 N (g)3H (g)2NH (g)反应过程中各物质浓 度的变化曲线如图所示： 表示 N2浓度变化的曲线是 _（填“A”、“B”或“C） 。与（1）中的实验条件（1.01 105Pa、450） 相比，改变的条件可能是_。 在 025min 内 H2的平均反应速率为_。在该条件下反应的平衡常数为_mol-2L2（保留两位有 效数字） 。 【答案】 （1）放热 （2）D （3）1.54 NH3*+
21、NH3=2NH3 占据催化剂活性位点过多 （4）B 加压强或降温 0.006mol L-1 min-1 0.73 【解析】 【分析】 （1）升高温度，NH3体积分数降低； （2）在 1.01 105Pa、250时，将 2 moIN2和 2 molH2加入 aL密闭容器中充分反应，与在 1.01 105Pa、 250时，将 1 moIN2和 1 molH2加入 aL密闭容器中充分反应比，相当于加压； （3）吸收能量最大的能垒，即相对能量的差最大；根据图示写方程式； （4）根据反应方程式，N2、H2、NH3的变化量比为 1:3:2；图氢气的转化率为 25%， （1）中氢气的转化 率是 11.5%，
22、根据转化率的变化分析； A 表示氢气的浓度变化，根据= c t 计算 H2的平均反应速率；根据 2 3 3 22 NH NH c K cc 计算平衡 常数； 【详解】 （1）升高温度，NH3体积分数降低，说明升高温度平衡逆向移动，正反应放热； （2）在 1.01 105Pa、250时，将 1 molN2和 1 molH2加入 aL刚性容器中充分反应，测得 NH3体积分 数为 0.04； 223 N (g)+3H (g)2NH 110 32 11 32 xxx xxx 初始 转化 平衡 2 0.04 22 x x ，x=0.0384，H2平衡转化率 0.0384 3 100%=11.5% 1 ，
23、在 1.01 105Pa、250时， 将 2 moIN2和 2 molH2，相当于加压，平衡正向移动，氢气转化率增大，H2平衡转化率11.5%，故选 D； （3）根据图示，吸收能量最大的能垒，即相对能量的差最大是-1.02-(-2.56)=1.54；根据图示，该步的 方程式是 NH3*+NH3=2NH3；若通入 H2体积分数过大，氢分子占据催化剂活性位点过多； （4）根据反应方程式，N2、H2、NH3的变化量比为 1:3:2，所以表示 N2浓度变化的曲线是 B； （1） 中氢气转化率 11.5%，1:3时氢气转化率更低，图中氢气转化率 25%，故只能考虑压强、温度的影响，可以 采用加压或降温的
24、方法； A 表示氢气的浓度变化， 2 0.15mol/L H= 25min 0.006mol L-1 min-1； 2 2 3 33 22 NH0.1 =0.73 NH0.15 0.45 c K cc mol-2L2。 3 （广东省深圳市 2020 年普通高中高三年级线上统一测试）CO2的回收与利用是科学家研究的热点课 题，可利用 CH4与 CO2制备“合成气”（CO、H2） ，还可制备甲醇、二甲醚、低碳烯烃等燃料产品。 I制合成气 科学家提出制备“合成气”反应历程分两步： 反应：CH4（g）C（ads）+2H2 （g） （慢反应） 反应：C（ads）+ CO2（g）2CO（g） （快反应）
25、上述反应中 C（ads）为吸附性活性炭，反应历程的能量变化如图： （1） CH4与 CO2制备“合成气”的热化学方程式为_。 能量变化图中： E5+E1_E4+E2（填 “”、“”或“”） 。 II脱水制醚 利用“合成气”合成甲醇后，甲醇脱水制得二甲醚的反应为： 2CH3OH（g）CH3OCH3（g） + H2O（g） H，其速率方程式为：v正= k正 c2（CH3OH） ，v逆=k逆 c （CH3OCH3） c（H2O） ，k 正、k逆为速率常数且只与温度有关。经查阅资料，上述反应平衡状态下存在计算 式：lnKc = 2.205+ 2708.6137 T （Kc 为化学平衡常数；T 为热力学
26、温度，单位为 K） 。 （2）反应达到平衡后，仅升高温度，k正增大的倍数_ k逆增大的倍数（填“”、“”或“”） 。 （3）某温度下（该反应平衡常数 Kc为 200） ，在密闭容器中加入一定量 CH3OH，反应到某时刻测得各 组分的物质的量如下： 物质 CH3OH CH3OCH3 H2O 物质的量/mol 0.4 0.4 0.4 此时正、逆反应速率的大小：v正 _v逆 （填“”、 “”或“”） 。 （4）500K下，在密闭容器中加入一定量甲醇 CH3OH，反应到达平衡状态时，体系中 CH3OCH3（g） 的物质的量分数为_（填标号） 。 A 1 3 B 1 3 C 1 3 D 无法确定 【答案
27、】 （1）CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)H=+(E3-E1)kJmol-1 （2） （4）C 【解析】I （1）由图像可知，CH4与 CO2制备“合成气”的热化学方程式为： CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)H=+(E3-E1)kJmol-1；反应为慢反应，反应为快反应，因此可知反应 的活化能大于反应的活化能，即 E4-E1E5-E2，故 E5+E1E4+E2； II （2）温度升高，lnKC减小，KC减小，说明升高温度，平衡逆向移动，故升高温度，k正增大的倍数 小于 k逆增大的倍数； （3）该时刻浓度熵 233 C 22 3 H OCH OCH0.4
28、0.4 1 CH OH0.4 cc Q c v逆； （4） 500K下， lnKc = 2.205+ 2708.6137 500 =3.21， KC=e3.21=24.78， 假设某一时刻 c(CH3OH)= c(CH3OCH3)= c(H2O)=amol/L，此时 H3OCH3(g)的物质的量分数为 1 3 ，则浓度熵 233 C 22 3 H OCH OCHaa 1 CH OHa cc Q c 0 B (2)CH4和 CO2按 1:1投料发生反应 I时转化率相等，CO2还发生反应 II，所以平衡转化率大于 CH4 0.39 1200K以上时以反应 I为主，二者转化率趋于相等（或 1200K
29、以上时反应 I的正向进行程度远大 于反应 II） （或 1200K以上时反应 I的平衡常数远大于反应 II） (3)反应 III放热，给反应体系提供能量，使热负荷降低 增大 减小 【解析】(1)已知部分化学键的键能，通过反应物的总键能减去生成物的总键能可以计算 Hl，从焓变和熵变综合判断反应自发反应的原因，从平衡移动角度来判断反应条件； (2)工业上将 CH4与 CO2按物质的量 1:1 投料,发生反应、II，则 923K时 CO2的平衡转化率大于 CH4的原因从二者实际参加的反应来讨论； 从图、及题干中提供的数据结合反应、II，用三段式按定义计算 923K时反应 II的化学平衡常数 K； 1
30、200K以上 CO2和 CH4的平衡转化率趋于相等的原因还是从实际参加的反应来讨论； (3)工业上 CH4和 CO2反应时通常会掺入 O2，则发生反应 III: CH4+2O2CO2+2H2O； 按热负荷的定义单位时间内维持反应发生所需供给的热量以及 O2的进气量与反应 III放出的热量关 系，据此解题； 发生反应 III: CH4+2O2CO2+2H2O，分析甲烷、二氧化碳的物质的量及消耗量，分析 CH4的平衡转化率 和 CO2的平衡转化率受到的影响； 【详解】(1)已知部分化学键的键能，焓变等于反应物的总键能减去生成物的总键能，则 Hl=4 413kJ/mol+2 803kJ/mol-2
31、1076kJ/mol-2 436kJ/mol=+234kJ/mol ； 答案为：+234； 反应 I：CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) H1=+234kJ/mol，S0，因此S0 是反应自发反应的原因， 该反应是吸热、气体分子总数增大的反应，因此，选择高温低压的条件； 答案为：S0； B； (2)923K时反应中 CH4和 CO2的平衡转化率是一样的，但是，二氧化碳还参加反应 II，因此其平衡转化 率大于 CH4； 答案为：CH4和 CO2按 1:1投料发生反应 I时转化率相等，CO2还发生反应 II，所以平衡转化率大于 CH4； CH4和 CO2按 1:1 投料，设投料时
32、的物质的量浓度为 1mol/L，由图知 CH4和 CO 2的转化率为 60%、70%， 则发生反应 I时 422 CH (g)+CO (g)=2H (g)+2CO(g) 1100 0.60.61.21.2 0.40.41.21.2 起始浓度(mol/L) 转化浓度(mol/L) 平衡浓度(mol/L) 发生反应 II: 222 2 22 H (g)+CO (g)=H O(g)+CO(g) 1.20.401.2 0.10.10.10.1 1.10.30.11.3 cH O(g) cCO(g)0.1 1.3 0.39 cH (g) cCO (g)1.1 0.3 K 起始浓度(mol/L) 转化浓度
33、(mol/L) 平衡浓度(mol/L) ; 答案为：0.39； 反应 I中 CO2和 CH4的平衡转化率相等，1200K以上 CO2和 CH4的平衡转化率趋于相等则意味着该条件 对反应 I更有利，以反应 I为主； 答案为：1200K以上时以反应 I为主，二者转化率趋于相等（或 1200K以上时反应 I的正向进行程度远大于 反应 II） （或 1200K以上时反应 I的平衡常数远大于反应 II） ； (3)工业上 CH4和 CO2反应时通常会掺入 O2，则发生反应 III: CH4+2O2CO2+2H2O， 反应 III是放热反应，给反应体系提供能量，通入氧气越多反应中放出的热量越多，则热负荷值越小； 答案为：反应 III放热，给反应体系提供能量，使热负荷降低； 发生反应 III: CH4+2O2CO2+2H2O，促进甲烷消耗，则 CH4的平衡转化率增大； 答案为：增大； 发生反应 III: CH4+2O2CO2+2H2O不利于反应 I，减少了二氧化碳的消耗量，又使二氧化碳浓度增大，因 此二氧化碳的平衡转化率下降； 答案为：减小。
