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高中化学鲁科版 (2019)选择性必修1第3节 化学反应的速率第3课时当堂达标检测题
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第3课时 化学反应速率和化学平衡图像
基础过关练
题组一 化学反应速率图像
1.(2021河北安平中学高二上第一次月考)对于反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH<0,根据下图,下列说法错误的是 ( )
A.t2时使用了催化剂
B.t3时采取减小反应体系压强的措施
C.t5时采取升温的措施
D.反应在t6时刻,SO3体积分数最大
2.下列各图表示温度或压强对反应2X(s)+2Y(g) 2Z(g)+W(g) ΔH>0的正、逆反应速率的影响,曲线交点表示建立平衡时的温度或压强,其中正确的是 ( )
3.(2021河南豫南九校高二上第一次联考)我国自主知识产权的首套煤基乙醇工业化项目的生产过程:先用煤制得乙酸甲酯,再将乙酸甲酯转化为乙醇。乙酸甲酯转化为乙醇涉及反应原理:CH3COOCH3(g)+2H2(g) C2H5OH(g)+CH3OH(g) ΔH<0。如图表示合成反应在某段时间t0~t6中反应速率与反应过程的曲线图,t1、t3、t4时刻分别改变某一外界条件。下列说法不正确的是 ( )
A.t1时改变的条件是升高温度
B.t3时改变的条件是加入高效催化剂
C.t4时改变的条件是增大反应容器容积,使体系压强减小
D.在到达化学平衡的时间段中,C2H5OH的体积分数最小的一段时间是t2~t3
4.一定条件下,A(g)+B(g) C(g) ΔH<0,达到平衡后根据下列图像判断:
(1)升高温度,达到新平衡的是 (填“A”“B”“C”“D”或“E”,下同),新平衡中C的体积分数
(填“增大”“减小”或“不变”,下同)。
(2)增大容器体积减小压强,达到新平衡的是 ,
A的转化率 。
(3)减少C的量,达到新平衡的是 。
(4)增加A的量,达到新平衡的是 ,此时B的转化率 ,A的转化率 。
(5)使用催化剂,达到新平衡的是 ,C的质量分数 。深度解析
题组二 化学平衡图像
5.(2021安徽六安一中高二上开学)反应2NO2(g) N2O4(g) ΔH=-57 kJ·mol-1,在温度为T1、T2时,平衡体系中NO2的体积分数随压强变化如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.由状态B到状态A,可以用加热的方法
B.由状态B到状态A,可以用加压的方法
C.A、C两点气体的颜色:A深,C浅
D.A、C两点气体的平均相对分子质量:A>C
6.(2020四川广元高二上期中)某恒容密闭容器中充入一定量SO2和O2进行反应:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH<0,图甲表示反应速率(v)与温度(T)的关系,图乙表示T1时,平衡体系中SO2的体积分数[φ(SO2)]与压强(p)的关系。
下列说法正确的是 (深度解析)
A.图甲中,曲线1表示正反应速率与温度的关系
B.图乙中,a、b两点的反应速率:v(a)>v(b)
C.图甲中,d点时反应达到平衡状态
D.图乙中,c点反应速率:v(逆)
A.当x表示压强时,y表示NO2的平衡转化率
B.当x表示温度时,y表示O2的物质的量
C.当x表示反应时间时,y表示混合气体的密度
D.当x表示NO2的物质的量时,y表示O2的物质的量
8.在某一恒温体积可变的密闭容器中发生反应:A(g)+B(g) 2C(g) ΔH<0。t1时刻达到平衡后,在t2时刻改变某一条件,其反应过程如下图所示。下列说法正确的是 ( )
A.O~t2时,v正>v逆
B.Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时,A的体积分数:Ⅰ>Ⅱ
C.t2时刻改变的条件是向密闭容器中加C
D.Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时,平衡常数:Ⅰ<Ⅱ
9.(2021河北邢台高二上月考)煤化工中常需研究不同条件下平衡移动方向与反应转化率等问题。已如煤化工中常见反应CO(g)+H2O(g) H2(g)+CO2(g) ΔH<0,下列图像正确的是 ( )
10.(2020广东深圳实验中学高二上期末,)温度为T时在2 L密闭容器中使X(g)与Y(g)发生反应生成Z(g)。反应过程中X、Y、Z的物质的量随时间变化如图1所示;若保持其他条件不变,温度分别为T1和T2时,Y的体积分数与时间的关系如图2所示。则下列说法不正确的是 ( )
图1
图2
图3
A.容器中发生的反应可表示为3X(g)+Y(g) 2Z(g)
B.反应进行的前3 min内,用X表示的反应速率v(X)=0.1 mol·L-1·min-1
C.保持其他条件不变,升高温度,化学平衡常数减小
D.若改变反应条件,使反应过程如图3所示,则改变的条件是加催化剂
11.(2020山东德州第一中学高二上模块教学质量检测)在容积不变的密闭容器中存在反应:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH<0,某学习小组研究了其他条件不变时,改变某一条件对上述反应的影响,下列分析正确的是 ( )
A.图Ⅰ表示的是t1时刻增大O2的浓度对反应速率的影响
B.图Ⅱ表示的是t1时刻加入催化剂后对反应速率的影响
C.图Ⅲ表示的是压强对化学平衡的影响,且乙的压强较高
D.图Ⅳ表示的是温度、压强对平衡的影响,且甲的温度比乙的高
能力提升练
题组一 化学反应速率和化学平衡图像综合分析
1.(2021安徽皖北名校高二上第一次联考,)反应:aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g) ΔH,学习小组针对反应特点与对应的图像展开了讨论,其中不正确的是( )
A.图①中,若p1>p2,则a+b>c+d
B.图②中,若T2>T1,则ΔH<0且a+b=c+d
C.图③中,t1时刻改变的条件一定是使用了催化剂
D.图④中,若ΔH<0,则纵坐标不可能表示反应物的转化率
2.()向某密闭容器中加入0.3 mol A、0.1 mol C和一定量的B三种气体。一定条件下发生反应,各物质浓度随时间变化如甲图所示[0~t1阶段的c(B)变化未画出]。乙图为某些时刻改变反应条件,平衡体系中正、逆反应速率随时间变化的情况,四个阶段都各改变某一反应条件(浓度、温度、压强、催化剂)且互不相同,t3~t4阶段为使用催化剂。
甲
乙
下列说法中不正确的是 ( )
A.若t1=15 s,则用C的浓度变化表示0~t1时间段的平均反应速率为0.004 mol·L-1·s-1
B.t4时刻改变的条件一定为减小压强
C.该容器的容积为2 L,B的起始物质的量为0.02 mol
D.该化学反应方程式为3A(g) B(g)+2C(g)
3.(2020辽宁沈阳高三月考,)下列图示与对应的叙述相符的是 ( )
A.由图甲表示的反应速率随温度变化的关系可知该反应的ΔH>0
B.图乙表示反应NH2COONH4(s) 2NH3(g)+CO2(g)达到平衡后,增大压强,反应速率和时间的关系,达到新平衡后,氨气浓度不变,压强也不变
C.图丙向容器中充入1 mol N2、3 mol H2,充分反应后放出热量92.2 kJ
D.图丁可表示在不同压强p1、p2(p1>p2)下,反应CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH<0达到平衡后,甲醇百分含量随温度变化的情况
4.(2021黑龙江大庆实验中学高二上月考,)若只改变某一条件,化学反应aA(g)+B(g) cC(g)的平衡变化图像如图(图中p表示压强,T表示温度,α表示平衡转化率,v表示反应速率,t表示反应时间),据此分析下列说法正确的是 ( )
A.由图①,可以判断该反应为吸热反应
B.在图①中,若p1>p2,则此反应:a+1
D.在图②中,图像对应各点的正反应速率最大的是d
5.(2021黑龙江哈尔滨三中高三上第二次验收考试,)碳热还原制备氮化铝的总反应化学方程式为Al2O3(s)+3C(s)+N2(g) 2AlN(s)+3CO(g)。在温度、容积恒定的反应体系中,CO浓度随时间的变化关系如图曲线甲所示。下列说法不正确的是 ( )
A.在不同时刻都存在关系:3v(N2)=v(CO)
B.c点切线的斜率表示该化学反应在t0时刻的瞬时速率
C.从a、b两点坐标可求得从a到b时间间隔内该化学反应的平均速率
D.维持温度、容积不变,若减少N2的物质的量进行反应,曲线甲将转变为曲线乙
题组二 化学平衡中的数形结合的考查
6.(2020北京第四中学高三上期中,)丁烯(C4H8)是制备线性低密度聚乙烯的原料之一,可由丁烷(C4H10)催化脱氢制备:C4H10(g) C4H8(g)+H2(g) ΔH=+123 kJ·mol-1。该过程中生成的副产物有C、C2H6、C2H4、C4H6等。进料比[n(氢气)n(丁烷)]和温度对丁烯产率的影响如图1、图2所示。已知原料气中氢气的作用是活化固体催化剂。
图1
图2
下列分析正确的是 ( )
A.随温度升高丁烯裂解生成的副产物增多,会影响丁烯的产率
B.丁烷催化脱氢是吸热反应,丁烯的产率随温度升高而不断增大
C.氢气的作用是活化固体催化剂,改变氢气的量不会影响丁烯的产率
D.一定温度下,控制进料比[n(氢气)n(丁烷)]越小,越有利于提高丁烯的产率
7.(2020福建莆田四中高二上期中,)乙烯气相直接水合反应制备乙醇:C2H4(g)+H2O(g) C2H5OH(g)。乙烯的平衡转化率随温度、压强的变化关系如图[起始时,n(H2O)=n(C2H4)=1 mol,容器容积为1 L]。下列分析不正确的是 (深度解析)
A.乙烯气相直接水合反应的ΔH<0
B.图中压强的大小关系:p1>p2>p3
C.图中a点对应的平衡常数K=516 L/mol
D.达到平衡状态a、b所需要的时间:a>b
8.(双选)(2021河南豫南九校高二上第一次联考,)工业上可用CO2生产甲醇,反应为CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)。将6 mol CO2和8 mol H2充入2 L的密闭容器中,测得H2的物质的量随时间变化如图实线所示,图中虚线表示仅改变某一反应条件时,H2物质的量随时间的变化。下列说法正确的是 ( )
A.若曲线Ⅰ对应的条件改变是升高温度,则该反应的ΔH>0
B.曲线Ⅱ对应的条件改变是降低压强
C.反应开始至a点时v(H2)=1 mol·L-1·min-1
D.保持温度不变,若将平衡后的容器体积缩小至1 L,重新达平衡时,则2 mol·L-1
A.t2时刻改变的条件是使用催化剂
B.t3时刻v(逆)可能小于t2时刻v(逆)
C.t3时刻改变的条件一定是增大反应物的浓度
D.t1~t2、t2~t3段反应的平衡常数均为0.25
答案全解全析
基础过关练
1.D
2.C
3.D
5.A
6.C
7.A
8.C
9.B
10.C
11.B
1.D 使用催化剂,正、逆反应速率都加快且相等,故A正确;若t3时减小反应体系压强,正、逆反应速率都减小,且平衡逆向移动,故B正确;若t5时升高温度,正、逆反应速率都加快,且平衡逆向移动,故C正确;t5时平衡逆向移动,达到平衡时SO3的体积分数减小,则反应在t6时刻,SO3体积分数不是最大,故D错误。
2.C 无论是升高温度还是增大压强,v正、v逆均增大,B项中v逆减小,D项中v正和v逆均减小,故B、D项错误;该反应的正反应是气体分子数增大的吸热反应,升高温度,平衡向正反应方向移动,则v正>v逆,A项错误;增大压强,平衡向逆反应方向移动,则v逆>v正,C项正确。
3.D 升高温度,正、逆反应速率均增大,且平衡逆向移动,因此t1时改变的条件是升高温度,故A正确;加入催化剂,正、逆反应速率同等程度增大,平衡不移动,因此t3时改变的条件是加入高效催化剂,故B正确;当温度一定时,增大反应容器容积,压强减小,平衡逆向移动,正、逆反应速率都减小,故C正确;由图可知,在到达化学平衡的时间段中,C2H5OH的体积分数最小的一段时间是t5~t6,故D不正确。
4.答案 (1)B 减小 (2)C 减小 (3)E (4)A 增大 减小 (5)D 不变
解析 (1)升高温度,正、逆反应速率都增大,平衡向吸热反应方向移动,即向逆反应方向移动,图像B符合,C的体积分数减小。(2)增大容器体积,压强减小,正、逆反应速率都减小,平衡向逆反应方向移动,图像C符合,A的转化率减小。(3)减少C的量即减小生成物的浓度,反应物的浓度不变,平衡向正反应方向移动,图像E符合。(4)增加A的量即增大反应物的浓度,平衡向正反应方向移动,图像A符合,B的转化率增大,A的转化率减小。(5)使用催化剂,正、逆反应速率都增大,对化学平衡无影响,图像D符合,C的质量分数不变。
方法总结
当可逆反应达到平衡状态后,若某一时刻外界条件发生改变,都可能使速率—时间图像的曲线出现不连续的情况,即出现“断点”。根据“断点”前后的反应速率大小,对外界条件的变化情况作出判断。
5.A 该反应的正反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,二氧化氮的体积分数增大,由状态B到状态A,可以用加热的方法,故A正确;增大压强,平衡正向移动,NO2的体积分数减小,故B错误;C点的压强大于A点,增大压强,气体浓度增大,颜色加深,故C错误;C点的压强大于A点,增大压强,平衡正向移动,混合气体的物质的量减小,平均相对分子质量增大,故D错误。
6.C 反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH<0,正反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,逆反应速率大于正反应速率,则曲线1表示逆反应速率与温度的关系,A项错误;a、b两点所处温度相同,b点的压强大于a点的压强,压强越大,反应速率越快,a、b两点对应的反应速率:v(a)v(正),D项错误。
解题指导
对于等温线和等压线的图像题,一般采用“定一议二”的方法解答。
7.A 增大压强,平衡逆向移动,NO2的平衡转化率降低,A项正确;该反应的正反应为吸热反应,升高温度,平衡正向移动,O2的物质的量增大,B项错误;该反应在容积不变的容器中进行,气体的总质量不变,所以密度不会随时间的变化而变化,C项错误;在容器中增加NO2的物质的量时,平衡向右移动,O2的物质的量也增加,D项错误。
8.C O~t1,反应正向进行,v正>v逆,t1~t2,反应达到平衡状态,v正=v逆,故A错误;t2时刻改变条件后达到新平衡时,逆反应速率不变,说明和原平衡等效,因此Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时,A的体积分数:Ⅰ=Ⅱ,故B错误;向密闭容器中加C,逆反应速率瞬间增大,再次建立的平衡与原平衡相同,符合图像,故C正确;该反应是在恒温下进行,化学平衡常数只与温度有关,温度不变,化学平衡常数不变,所以Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时,平衡常数:Ⅰ=Ⅱ,故D错误。
9.B 该反应的正反应为放热反应,升高温度平衡逆向移动,氢气的体积分数减小,与图像不符,故A错误;该反应的正反应为放热反应,升高温度平衡逆向移动,则逆反应速率大于正反应速率,与图像一致,故B正确;升高温度平衡逆向移动,CO的体积分数增大,而增大压强平衡不移动,CO的体积分数不变,均与图像不符,故C错误;该反应的正反应为放热反应,降低温度平衡正向移动,平衡常数增大,与图像不符,故D错误。
10.C 从题图1可以看出,X、Y为反应物,Z为生成物,0~3 min三者物质的量的变化量分别为0.6 mol、0.2 mol、0.4 mol,且反应在3 min前达平衡,则化学方程式为3X(g)+Y(g) 2Z(g),A正确;反应进行的前3 min内,用X表示的反应速率v(X)=0.6mol2 L3min=0.1 mol·L-1·min-1,B正确;T2时先达平衡,则T2>T1,保持其他条件不变,升高温度,Y的体积分数减小,说明平衡正向移动,化学平衡常数增大,C错误;若改变反应条件,使反应过程如题图3所示,则达平衡的时间缩短,但平衡时各物质的物质的量未改变,所以改变的条件是加催化剂,D正确。
11.B 图Ⅰ中,在t1时刻正、逆反应速率均增大,且平衡正向移动,若增大O2的浓度,在t1时刻只有正反应速率增大而逆反应速率不变,与图像不符,A项错误;在t1时刻加入催化剂,正、逆反应速率均增大,且增大程度相同,与图像相符,B项正确;图Ⅲ中,乙达到平衡状态用时较短,且SO2的平衡转化率较低,若图Ⅲ表示的是压强对平衡的影响,增大压强,平衡正向移动,乙的压强大于甲,则乙对应的SO2的平衡转化率应大于甲,与图像不符,C项错误;增大压强,二氧化硫的平衡转化率增大,压强相等时,升高温度,平衡逆向移动,二氧化硫的平衡转化率降低,则乙的温度应比甲的高,D项错误。
能力提升练
1.C
2.C
3.B
4.D
5.D
6.A
7.B
8.CD
9.B
1.C 由图①可知,增大压强,A的体积分数减小,平衡正向移动,说明正反应是气体体积减小的反应,所以a+b>c+d,故A正确;温度越高,A的平衡转化率越低,说明该反应为放热反应,ΔH<0,压强增大,A的平衡转化率不变,说明压强对平衡无影响,所以a+b=c+d,故B正确;图③中,t1时刻改变条件,正、逆反应速率同时增大并且平衡不移动,则改变的条件可能是加入了催化剂,也可能是增大了压强,且该反应为气体体积不变的反应,故C错误;由图④可知,T1>T2,升高温度,若ΔH<0,平衡逆向移动,反应物的转化率减小,与图像不符,所以纵坐标不可能表示的是反应物的转化率,故D正确。
2.C 若t1=15 s,生成物C在0~t1时间段的平均反应速率v=ΔcΔt=0.11-0.0515 mol·L-1·s-1=0.004 mol·L-1·s-1,A项正确;t4时刻改变条件,正、逆反应速率都减小且平衡不移动,已知t3~t4阶段为使用催化剂,则该反应为反应前后气体分子数不变的反应,在t4时刻改变的条件一定为减小压强,B项正确;根据甲图可知,反应达到平衡时,A的浓度变化量Δc(A)=0.15 mol·L-1-0.06 mol·L-1=0.09 mol·L-1,C的浓度变化量Δc(C)=0.11 mol·L-1-0.05 mol·L-1=0.06 mol·L-1,则反应方程式中A与C的化学计量数之比为0.09 mol·L-1∶0.06 mol·L-1=3∶2,由B项分析可知该反应为反应前后气体分子数不变的反应,则该反应方程式为3A(g) B(g)+2C(g),所以反应达到平衡状态时,B的浓度变化量为12Δc(C)=12×0.06 mol·L-1=0.03 mol·L-1,容器的容积为2 L,则B的起始物质的量为(0.05 mol·L-1-0.03 mol·L-1)×2 L=0.04 mol,C项错误,D项正确。
3.B 由图甲可知,温度升高,平衡逆向移动,所以该反应的ΔH<0,A项错误;反应NH2COONH4(s) 2NH3(g)+CO2(g)达到平衡后,增大压强的瞬间,逆反应速率突然增大,之后逆反应速率逐渐减小,达到新平衡后,氨气浓度不变,压强也不变,B项正确;向容器中充入1 mol N2、3 mol H2,由于该反应为可逆反应,所以充分反应后放出的热量小于92.2 kJ,C项错误;该反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,甲醇的百分含量减小,增大压强,平衡正向移动,甲醇的百分含量增大,所以p1
5.D 根据化学反应速率之比等于化学计量数之比可知,3v(N2)=v(CO),故A正确;c点处切线的斜率表示一氧化碳在t0时刻的瞬时速率,故B正确;根据a、b两点坐标可求得从a到b时间间隔内该化学反应的平均速率,故C正确;维持温度、容积不变,若减少N2的物质的量进行反应,反应逆向进行,达到的新的平衡状态与原来的平衡状态不同,曲线甲不会转变为曲线乙,故D错误。
6.A 由题图2可知,随温度升高丁烯裂解生成的副产物增多,会影响丁烯的产率,A项正确;由题图2可知,温度高于580 ℃时丁烯的产率逐渐降低,B项错误;改变氢气的量,平衡发生移动,影响丁烯的产率,C项错误;由题图1可知,一定温度下,控制n(氢气)n(丁烷)在1.5左右,丁烯的产率较高,进料比小于1.5时,丁烯的产率降低,D项错误。
7.B 温度升高,乙烯的平衡转化率降低,平衡逆向移动,则正反应为放热反应,ΔH<0,A项正确;增大压强,平衡正向移动,乙烯的平衡转化率增大,由题图可知压强:p1
始(mol/L) 1 1 0
转(mol/L) 0.2 0.2 0.2
平(mol/L) 0.8 0.8 0.2
平衡常数K=c平(C2H5OH)c平(C2H4)·c平(H2O)=0.2mol/L0.8mol/L×0.8mol/L=516 L/mol,C项正确;升高温度,增大压强,反应速率均加快,b点温度和压强均大于a点,因此反应速率:b>a,达到平衡所需要时间:a>b,D项正确。
考法解读
有关化学平衡计算的三点注意事项
(1)注意反应物和生成物的浓度关系
反应物:c(平)=c(始)-c(变);
生成物:c(平)=c(始)+c(变)。
(2)利用 ρ=m总V和M=m总n总计算时要注意m总应为气体的总质量,V应为反应容器的容积,n总应为气体的总物质的量。
(3)起始浓度、平衡浓度不一定呈现化学计量数比,但物质之间是按化学计量数反应和生成的,故各物质的浓度变化量之比一定等于化学计量数之比。
8.CD 若曲线Ⅰ对应的条件改变是升高温度,平衡向吸热反应方向移动,升高温度后氢气的物质的量增大,平衡逆向移动,所以正反应是放热反应,ΔH<0,故A错误;减小压强,化学反应速率降低,反应达到平衡的时间延长,平衡向气体体积增大的方向移动,即逆向移动,氢气的物质的量增大,故B错误;v(H2)=ΔnVΔt=8-621 mol·L-1·min-1=1 mol·L-1·min-1,故C正确;容器体积为2 L,达到平衡时,c(CH3OH)=13Δc(H2)=13×8-22 mol·L-1=1 mol·L-1,体积缩小为原来的一半,若平衡不发生移动,平衡时c(CH3OH)=2 mol·L-1,由于压强增大,平衡向正反应方向移动,故c(CH3OH)>2 mol·L-1,可逆反应的反应物不能完全转化,即平衡时H2的物质的量不为零,则c(CH3OH)<13×8mol1 L=83 mol·L-1,即2 mol·L-1
A(g) + B(g) 2C(g)+D(s)
起始浓度(mol·L-1) 0.50 0.50 0
转化浓度(mol·L-1) 0.25 0.25 0.50
平衡浓度(mol·L-1) 0.25 0.25 0.50
所以平衡常数K=(0.50mol·L-1)20.25mol·L-1×0.25 mol·L-1=4,D项错误。
第3课时 化学反应速率和化学平衡图像
基础过关练
题组一 化学反应速率图像
1.(2021河北安平中学高二上第一次月考)对于反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH<0,根据下图,下列说法错误的是 ( )
A.t2时使用了催化剂
B.t3时采取减小反应体系压强的措施
C.t5时采取升温的措施
D.反应在t6时刻,SO3体积分数最大
2.下列各图表示温度或压强对反应2X(s)+2Y(g) 2Z(g)+W(g) ΔH>0的正、逆反应速率的影响,曲线交点表示建立平衡时的温度或压强,其中正确的是 ( )
3.(2021河南豫南九校高二上第一次联考)我国自主知识产权的首套煤基乙醇工业化项目的生产过程:先用煤制得乙酸甲酯,再将乙酸甲酯转化为乙醇。乙酸甲酯转化为乙醇涉及反应原理:CH3COOCH3(g)+2H2(g) C2H5OH(g)+CH3OH(g) ΔH<0。如图表示合成反应在某段时间t0~t6中反应速率与反应过程的曲线图,t1、t3、t4时刻分别改变某一外界条件。下列说法不正确的是 ( )
A.t1时改变的条件是升高温度
B.t3时改变的条件是加入高效催化剂
C.t4时改变的条件是增大反应容器容积,使体系压强减小
D.在到达化学平衡的时间段中,C2H5OH的体积分数最小的一段时间是t2~t3
4.一定条件下,A(g)+B(g) C(g) ΔH<0,达到平衡后根据下列图像判断:
(1)升高温度,达到新平衡的是 (填“A”“B”“C”“D”或“E”,下同),新平衡中C的体积分数
(填“增大”“减小”或“不变”,下同)。
(2)增大容器体积减小压强,达到新平衡的是 ,
A的转化率 。
(3)减少C的量,达到新平衡的是 。
(4)增加A的量,达到新平衡的是 ,此时B的转化率 ,A的转化率 。
(5)使用催化剂,达到新平衡的是 ,C的质量分数 。深度解析
题组二 化学平衡图像
5.(2021安徽六安一中高二上开学)反应2NO2(g) N2O4(g) ΔH=-57 kJ·mol-1,在温度为T1、T2时,平衡体系中NO2的体积分数随压强变化如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.由状态B到状态A,可以用加热的方法
B.由状态B到状态A,可以用加压的方法
C.A、C两点气体的颜色:A深,C浅
D.A、C两点气体的平均相对分子质量:A>C
6.(2020四川广元高二上期中)某恒容密闭容器中充入一定量SO2和O2进行反应:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH<0,图甲表示反应速率(v)与温度(T)的关系,图乙表示T1时,平衡体系中SO2的体积分数[φ(SO2)]与压强(p)的关系。
下列说法正确的是 (深度解析)
A.图甲中,曲线1表示正反应速率与温度的关系
B.图乙中,a、b两点的反应速率:v(a)>v(b)
C.图甲中,d点时反应达到平衡状态
D.图乙中,c点反应速率:v(逆)
A.当x表示压强时,y表示NO2的平衡转化率
B.当x表示温度时,y表示O2的物质的量
C.当x表示反应时间时,y表示混合气体的密度
D.当x表示NO2的物质的量时,y表示O2的物质的量
8.在某一恒温体积可变的密闭容器中发生反应:A(g)+B(g) 2C(g) ΔH<0。t1时刻达到平衡后,在t2时刻改变某一条件,其反应过程如下图所示。下列说法正确的是 ( )
A.O~t2时,v正>v逆
B.Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时,A的体积分数:Ⅰ>Ⅱ
C.t2时刻改变的条件是向密闭容器中加C
D.Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时,平衡常数:Ⅰ<Ⅱ
9.(2021河北邢台高二上月考)煤化工中常需研究不同条件下平衡移动方向与反应转化率等问题。已如煤化工中常见反应CO(g)+H2O(g) H2(g)+CO2(g) ΔH<0,下列图像正确的是 ( )
10.(2020广东深圳实验中学高二上期末,)温度为T时在2 L密闭容器中使X(g)与Y(g)发生反应生成Z(g)。反应过程中X、Y、Z的物质的量随时间变化如图1所示;若保持其他条件不变,温度分别为T1和T2时,Y的体积分数与时间的关系如图2所示。则下列说法不正确的是 ( )
图1
图2
图3
A.容器中发生的反应可表示为3X(g)+Y(g) 2Z(g)
B.反应进行的前3 min内,用X表示的反应速率v(X)=0.1 mol·L-1·min-1
C.保持其他条件不变,升高温度,化学平衡常数减小
D.若改变反应条件,使反应过程如图3所示,则改变的条件是加催化剂
11.(2020山东德州第一中学高二上模块教学质量检测)在容积不变的密闭容器中存在反应:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH<0,某学习小组研究了其他条件不变时,改变某一条件对上述反应的影响,下列分析正确的是 ( )
A.图Ⅰ表示的是t1时刻增大O2的浓度对反应速率的影响
B.图Ⅱ表示的是t1时刻加入催化剂后对反应速率的影响
C.图Ⅲ表示的是压强对化学平衡的影响,且乙的压强较高
D.图Ⅳ表示的是温度、压强对平衡的影响,且甲的温度比乙的高
能力提升练
题组一 化学反应速率和化学平衡图像综合分析
1.(2021安徽皖北名校高二上第一次联考,)反应:aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g) ΔH,学习小组针对反应特点与对应的图像展开了讨论,其中不正确的是( )
A.图①中,若p1>p2,则a+b>c+d
B.图②中,若T2>T1,则ΔH<0且a+b=c+d
C.图③中,t1时刻改变的条件一定是使用了催化剂
D.图④中,若ΔH<0,则纵坐标不可能表示反应物的转化率
2.()向某密闭容器中加入0.3 mol A、0.1 mol C和一定量的B三种气体。一定条件下发生反应,各物质浓度随时间变化如甲图所示[0~t1阶段的c(B)变化未画出]。乙图为某些时刻改变反应条件,平衡体系中正、逆反应速率随时间变化的情况,四个阶段都各改变某一反应条件(浓度、温度、压强、催化剂)且互不相同,t3~t4阶段为使用催化剂。
甲
乙
下列说法中不正确的是 ( )
A.若t1=15 s,则用C的浓度变化表示0~t1时间段的平均反应速率为0.004 mol·L-1·s-1
B.t4时刻改变的条件一定为减小压强
C.该容器的容积为2 L,B的起始物质的量为0.02 mol
D.该化学反应方程式为3A(g) B(g)+2C(g)
3.(2020辽宁沈阳高三月考,)下列图示与对应的叙述相符的是 ( )
A.由图甲表示的反应速率随温度变化的关系可知该反应的ΔH>0
B.图乙表示反应NH2COONH4(s) 2NH3(g)+CO2(g)达到平衡后,增大压强,反应速率和时间的关系,达到新平衡后,氨气浓度不变,压强也不变
C.图丙向容器中充入1 mol N2、3 mol H2,充分反应后放出热量92.2 kJ
D.图丁可表示在不同压强p1、p2(p1>p2)下,反应CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH<0达到平衡后,甲醇百分含量随温度变化的情况
4.(2021黑龙江大庆实验中学高二上月考,)若只改变某一条件,化学反应aA(g)+B(g) cC(g)的平衡变化图像如图(图中p表示压强,T表示温度,α表示平衡转化率,v表示反应速率,t表示反应时间),据此分析下列说法正确的是 ( )
A.由图①,可以判断该反应为吸热反应
B.在图①中,若p1>p2,则此反应:a+1
D.在图②中,图像对应各点的正反应速率最大的是d
5.(2021黑龙江哈尔滨三中高三上第二次验收考试,)碳热还原制备氮化铝的总反应化学方程式为Al2O3(s)+3C(s)+N2(g) 2AlN(s)+3CO(g)。在温度、容积恒定的反应体系中,CO浓度随时间的变化关系如图曲线甲所示。下列说法不正确的是 ( )
A.在不同时刻都存在关系:3v(N2)=v(CO)
B.c点切线的斜率表示该化学反应在t0时刻的瞬时速率
C.从a、b两点坐标可求得从a到b时间间隔内该化学反应的平均速率
D.维持温度、容积不变,若减少N2的物质的量进行反应,曲线甲将转变为曲线乙
题组二 化学平衡中的数形结合的考查
6.(2020北京第四中学高三上期中,)丁烯(C4H8)是制备线性低密度聚乙烯的原料之一,可由丁烷(C4H10)催化脱氢制备:C4H10(g) C4H8(g)+H2(g) ΔH=+123 kJ·mol-1。该过程中生成的副产物有C、C2H6、C2H4、C4H6等。进料比[n(氢气)n(丁烷)]和温度对丁烯产率的影响如图1、图2所示。已知原料气中氢气的作用是活化固体催化剂。
图1
图2
下列分析正确的是 ( )
A.随温度升高丁烯裂解生成的副产物增多,会影响丁烯的产率
B.丁烷催化脱氢是吸热反应,丁烯的产率随温度升高而不断增大
C.氢气的作用是活化固体催化剂,改变氢气的量不会影响丁烯的产率
D.一定温度下,控制进料比[n(氢气)n(丁烷)]越小,越有利于提高丁烯的产率
7.(2020福建莆田四中高二上期中,)乙烯气相直接水合反应制备乙醇:C2H4(g)+H2O(g) C2H5OH(g)。乙烯的平衡转化率随温度、压强的变化关系如图[起始时,n(H2O)=n(C2H4)=1 mol,容器容积为1 L]。下列分析不正确的是 (深度解析)
A.乙烯气相直接水合反应的ΔH<0
B.图中压强的大小关系:p1>p2>p3
C.图中a点对应的平衡常数K=516 L/mol
D.达到平衡状态a、b所需要的时间:a>b
8.(双选)(2021河南豫南九校高二上第一次联考,)工业上可用CO2生产甲醇,反应为CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)。将6 mol CO2和8 mol H2充入2 L的密闭容器中,测得H2的物质的量随时间变化如图实线所示,图中虚线表示仅改变某一反应条件时,H2物质的量随时间的变化。下列说法正确的是 ( )
A.若曲线Ⅰ对应的条件改变是升高温度,则该反应的ΔH>0
B.曲线Ⅱ对应的条件改变是降低压强
C.反应开始至a点时v(H2)=1 mol·L-1·min-1
D.保持温度不变,若将平衡后的容器体积缩小至1 L,重新达平衡时,则2 mol·L-1
A.t2时刻改变的条件是使用催化剂
B.t3时刻v(逆)可能小于t2时刻v(逆)
C.t3时刻改变的条件一定是增大反应物的浓度
D.t1~t2、t2~t3段反应的平衡常数均为0.25
答案全解全析
基础过关练
1.D
2.C
3.D
5.A
6.C
7.A
8.C
9.B
10.C
11.B
1.D 使用催化剂,正、逆反应速率都加快且相等,故A正确;若t3时减小反应体系压强,正、逆反应速率都减小,且平衡逆向移动,故B正确;若t5时升高温度,正、逆反应速率都加快,且平衡逆向移动,故C正确;t5时平衡逆向移动,达到平衡时SO3的体积分数减小,则反应在t6时刻,SO3体积分数不是最大,故D错误。
2.C 无论是升高温度还是增大压强,v正、v逆均增大,B项中v逆减小,D项中v正和v逆均减小,故B、D项错误;该反应的正反应是气体分子数增大的吸热反应,升高温度,平衡向正反应方向移动,则v正>v逆,A项错误;增大压强,平衡向逆反应方向移动,则v逆>v正,C项正确。
3.D 升高温度,正、逆反应速率均增大,且平衡逆向移动,因此t1时改变的条件是升高温度,故A正确;加入催化剂,正、逆反应速率同等程度增大,平衡不移动,因此t3时改变的条件是加入高效催化剂,故B正确;当温度一定时,增大反应容器容积,压强减小,平衡逆向移动,正、逆反应速率都减小,故C正确;由图可知,在到达化学平衡的时间段中,C2H5OH的体积分数最小的一段时间是t5~t6,故D不正确。
4.答案 (1)B 减小 (2)C 减小 (3)E (4)A 增大 减小 (5)D 不变
解析 (1)升高温度,正、逆反应速率都增大,平衡向吸热反应方向移动,即向逆反应方向移动,图像B符合,C的体积分数减小。(2)增大容器体积,压强减小,正、逆反应速率都减小,平衡向逆反应方向移动,图像C符合,A的转化率减小。(3)减少C的量即减小生成物的浓度,反应物的浓度不变,平衡向正反应方向移动,图像E符合。(4)增加A的量即增大反应物的浓度,平衡向正反应方向移动,图像A符合,B的转化率增大,A的转化率减小。(5)使用催化剂,正、逆反应速率都增大,对化学平衡无影响,图像D符合,C的质量分数不变。
方法总结
当可逆反应达到平衡状态后,若某一时刻外界条件发生改变,都可能使速率—时间图像的曲线出现不连续的情况,即出现“断点”。根据“断点”前后的反应速率大小,对外界条件的变化情况作出判断。
5.A 该反应的正反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,二氧化氮的体积分数增大,由状态B到状态A,可以用加热的方法,故A正确;增大压强,平衡正向移动,NO2的体积分数减小,故B错误;C点的压强大于A点,增大压强,气体浓度增大,颜色加深,故C错误;C点的压强大于A点,增大压强,平衡正向移动,混合气体的物质的量减小,平均相对分子质量增大,故D错误。
6.C 反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH<0,正反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,逆反应速率大于正反应速率,则曲线1表示逆反应速率与温度的关系,A项错误;a、b两点所处温度相同,b点的压强大于a点的压强,压强越大,反应速率越快,a、b两点对应的反应速率:v(a)
解题指导
对于等温线和等压线的图像题,一般采用“定一议二”的方法解答。
7.A 增大压强,平衡逆向移动,NO2的平衡转化率降低,A项正确;该反应的正反应为吸热反应,升高温度,平衡正向移动,O2的物质的量增大,B项错误;该反应在容积不变的容器中进行,气体的总质量不变,所以密度不会随时间的变化而变化,C项错误;在容器中增加NO2的物质的量时,平衡向右移动,O2的物质的量也增加,D项错误。
8.C O~t1,反应正向进行,v正>v逆,t1~t2,反应达到平衡状态,v正=v逆,故A错误;t2时刻改变条件后达到新平衡时,逆反应速率不变,说明和原平衡等效,因此Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时,A的体积分数:Ⅰ=Ⅱ,故B错误;向密闭容器中加C,逆反应速率瞬间增大,再次建立的平衡与原平衡相同,符合图像,故C正确;该反应是在恒温下进行,化学平衡常数只与温度有关,温度不变,化学平衡常数不变,所以Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时,平衡常数:Ⅰ=Ⅱ,故D错误。
9.B 该反应的正反应为放热反应,升高温度平衡逆向移动,氢气的体积分数减小,与图像不符,故A错误;该反应的正反应为放热反应,升高温度平衡逆向移动,则逆反应速率大于正反应速率,与图像一致,故B正确;升高温度平衡逆向移动,CO的体积分数增大,而增大压强平衡不移动,CO的体积分数不变,均与图像不符,故C错误;该反应的正反应为放热反应,降低温度平衡正向移动,平衡常数增大,与图像不符,故D错误。
10.C 从题图1可以看出,X、Y为反应物,Z为生成物,0~3 min三者物质的量的变化量分别为0.6 mol、0.2 mol、0.4 mol,且反应在3 min前达平衡,则化学方程式为3X(g)+Y(g) 2Z(g),A正确;反应进行的前3 min内,用X表示的反应速率v(X)=0.6mol2 L3min=0.1 mol·L-1·min-1,B正确;T2时先达平衡,则T2>T1,保持其他条件不变,升高温度,Y的体积分数减小,说明平衡正向移动,化学平衡常数增大,C错误;若改变反应条件,使反应过程如题图3所示,则达平衡的时间缩短,但平衡时各物质的物质的量未改变,所以改变的条件是加催化剂,D正确。
11.B 图Ⅰ中,在t1时刻正、逆反应速率均增大,且平衡正向移动,若增大O2的浓度,在t1时刻只有正反应速率增大而逆反应速率不变,与图像不符,A项错误;在t1时刻加入催化剂,正、逆反应速率均增大,且增大程度相同,与图像相符,B项正确;图Ⅲ中,乙达到平衡状态用时较短,且SO2的平衡转化率较低,若图Ⅲ表示的是压强对平衡的影响,增大压强,平衡正向移动,乙的压强大于甲,则乙对应的SO2的平衡转化率应大于甲,与图像不符,C项错误;增大压强,二氧化硫的平衡转化率增大,压强相等时,升高温度,平衡逆向移动,二氧化硫的平衡转化率降低,则乙的温度应比甲的高,D项错误。
能力提升练
1.C
2.C
3.B
4.D
5.D
6.A
7.B
8.CD
9.B
1.C 由图①可知,增大压强,A的体积分数减小,平衡正向移动,说明正反应是气体体积减小的反应,所以a+b>c+d,故A正确;温度越高,A的平衡转化率越低,说明该反应为放热反应,ΔH<0,压强增大,A的平衡转化率不变,说明压强对平衡无影响,所以a+b=c+d,故B正确;图③中,t1时刻改变条件,正、逆反应速率同时增大并且平衡不移动,则改变的条件可能是加入了催化剂,也可能是增大了压强,且该反应为气体体积不变的反应,故C错误;由图④可知,T1>T2,升高温度,若ΔH<0,平衡逆向移动,反应物的转化率减小,与图像不符,所以纵坐标不可能表示的是反应物的转化率,故D正确。
2.C 若t1=15 s,生成物C在0~t1时间段的平均反应速率v=ΔcΔt=0.11-0.0515 mol·L-1·s-1=0.004 mol·L-1·s-1,A项正确;t4时刻改变条件,正、逆反应速率都减小且平衡不移动,已知t3~t4阶段为使用催化剂,则该反应为反应前后气体分子数不变的反应,在t4时刻改变的条件一定为减小压强,B项正确;根据甲图可知,反应达到平衡时,A的浓度变化量Δc(A)=0.15 mol·L-1-0.06 mol·L-1=0.09 mol·L-1,C的浓度变化量Δc(C)=0.11 mol·L-1-0.05 mol·L-1=0.06 mol·L-1,则反应方程式中A与C的化学计量数之比为0.09 mol·L-1∶0.06 mol·L-1=3∶2,由B项分析可知该反应为反应前后气体分子数不变的反应,则该反应方程式为3A(g) B(g)+2C(g),所以反应达到平衡状态时,B的浓度变化量为12Δc(C)=12×0.06 mol·L-1=0.03 mol·L-1,容器的容积为2 L,则B的起始物质的量为(0.05 mol·L-1-0.03 mol·L-1)×2 L=0.04 mol,C项错误,D项正确。
3.B 由图甲可知,温度升高,平衡逆向移动,所以该反应的ΔH<0,A项错误;反应NH2COONH4(s) 2NH3(g)+CO2(g)达到平衡后,增大压强的瞬间,逆反应速率突然增大,之后逆反应速率逐渐减小,达到新平衡后,氨气浓度不变,压强也不变,B项正确;向容器中充入1 mol N2、3 mol H2,由于该反应为可逆反应,所以充分反应后放出的热量小于92.2 kJ,C项错误;该反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,甲醇的百分含量减小,增大压强,平衡正向移动,甲醇的百分含量增大,所以p1
5.D 根据化学反应速率之比等于化学计量数之比可知,3v(N2)=v(CO),故A正确;c点处切线的斜率表示一氧化碳在t0时刻的瞬时速率,故B正确;根据a、b两点坐标可求得从a到b时间间隔内该化学反应的平均速率,故C正确;维持温度、容积不变,若减少N2的物质的量进行反应,反应逆向进行,达到的新的平衡状态与原来的平衡状态不同,曲线甲不会转变为曲线乙,故D错误。
6.A 由题图2可知,随温度升高丁烯裂解生成的副产物增多,会影响丁烯的产率,A项正确;由题图2可知,温度高于580 ℃时丁烯的产率逐渐降低,B项错误;改变氢气的量,平衡发生移动,影响丁烯的产率,C项错误;由题图1可知,一定温度下,控制n(氢气)n(丁烷)在1.5左右,丁烯的产率较高,进料比小于1.5时,丁烯的产率降低,D项错误。
7.B 温度升高,乙烯的平衡转化率降低,平衡逆向移动,则正反应为放热反应,ΔH<0,A项正确;增大压强,平衡正向移动,乙烯的平衡转化率增大,由题图可知压强:p1
始(mol/L) 1 1 0
转(mol/L) 0.2 0.2 0.2
平(mol/L) 0.8 0.8 0.2
平衡常数K=c平(C2H5OH)c平(C2H4)·c平(H2O)=0.2mol/L0.8mol/L×0.8mol/L=516 L/mol,C项正确;升高温度,增大压强,反应速率均加快,b点温度和压强均大于a点,因此反应速率:b>a,达到平衡所需要时间:a>b,D项正确。
考法解读
有关化学平衡计算的三点注意事项
(1)注意反应物和生成物的浓度关系
反应物:c(平)=c(始)-c(变);
生成物:c(平)=c(始)+c(变)。
(2)利用 ρ=m总V和M=m总n总计算时要注意m总应为气体的总质量,V应为反应容器的容积,n总应为气体的总物质的量。
(3)起始浓度、平衡浓度不一定呈现化学计量数比,但物质之间是按化学计量数反应和生成的,故各物质的浓度变化量之比一定等于化学计量数之比。
8.CD 若曲线Ⅰ对应的条件改变是升高温度,平衡向吸热反应方向移动,升高温度后氢气的物质的量增大,平衡逆向移动,所以正反应是放热反应,ΔH<0,故A错误;减小压强,化学反应速率降低,反应达到平衡的时间延长,平衡向气体体积增大的方向移动,即逆向移动,氢气的物质的量增大,故B错误;v(H2)=ΔnVΔt=8-621 mol·L-1·min-1=1 mol·L-1·min-1,故C正确;容器体积为2 L,达到平衡时,c(CH3OH)=13Δc(H2)=13×8-22 mol·L-1=1 mol·L-1,体积缩小为原来的一半,若平衡不发生移动,平衡时c(CH3OH)=2 mol·L-1,由于压强增大,平衡向正反应方向移动,故c(CH3OH)>2 mol·L-1,可逆反应的反应物不能完全转化,即平衡时H2的物质的量不为零,则c(CH3OH)<13×8mol1 L=83 mol·L-1,即2 mol·L-1
A(g) + B(g) 2C(g)+D(s)
起始浓度(mol·L-1) 0.50 0.50 0
转化浓度(mol·L-1) 0.25 0.25 0.50
平衡浓度(mol·L-1) 0.25 0.25 0.50
所以平衡常数K=(0.50mol·L-1)20.25mol·L-1×0.25 mol·L-1=4,D项错误。
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