考点25 化学反应速率与平衡图象 真题过关 2023年高考化学一轮复习

考点25  化学反应速率与平衡图象 真题过关

1．【2022•广东选择性考试】恒容密闭容器中，BaSO4(s)＋4H2(g)BaS(s)＋4H2O(g)在不同温度下达平衡时，各组分的物质的量(n)如图所示。下列说法正确的是(    )

A．该反应的ΔH＜0

B．a为n(H2O)随温度的变化曲线

C．向平衡体系中充入惰性气体，平衡不移动

D．向平衡体系中加入BaSO4，H2的平衡转化率增大

【答案】C

【解析】A项，从图示可以看出，平衡时升高温度，氢气的物质的量减少，则平衡正向移动，说明该反应的正反应是吸热反应，即ΔH＞0，故A错误； B项，从图示可以看出，在恒容密闭容器中，随着温度升高氢气的平衡时的物质的量减少，则平衡随着温度升高正向移动，水蒸气的物质的量增加，而a曲线表示的是物质的量不随温度变化而变化，故B错误；C项，容器体积固定，向容器中充入惰性气体，没有改变各物质的浓度，平衡不移动，故C正确；D项，BaSO4是固体，向平衡体系中加入BaSO4，不能改变其浓度，因此平衡不移动，氢气的转化率不变，故D错误；故选C。

2．【2022•湖南选择性考试】向体积均为1L的两恒容容器中分别充入和发生反应：2X (g)+ Y(g)2Z(g) ΔH，其中甲为绝热过程，乙为恒温过程，两反应体系的压强随时间的变化曲线如图所示。下列说法正确的是(    )

A．ΔH＞0 B．气体的总物质的量：na＜nc

C．a点平衡常数：K＞12 D．反应速率：Va正＜Vb正

【答案】B

【解析】A项，甲容器在绝热条件下，随着反应的进行，压强先增大后减小，根据理想气体状态方程PV=nRT可知，刚开始压强增大的原因是因为容器温度升高，则说明上述反应过程放热，即ΔH＜0，故A错误；B项，根据A项分析可知，上述密闭溶液中的反应为放热反应，图中a点和c点的压强相等，因甲容器为绝热过程，乙容器为恒温过程，若两者气体物质的量相等，则甲容器压强大于乙容器压强，则说明甲容器中气体的总物质的量此时相比乙容器在减小即气体总物质的量：na＜nc，故B正确；C项，a点为平衡点，此时容器的总压为p，假设在恒温恒容条件下进行，则气体的压强之比等于气体的物质的量(物质的量浓度)之比，所以可设Y转化的物质的量浓度为xmol∙L−1，则列出三段式如下：

则有，计算得到x=0.75，那么化学平衡常数K=，又甲容器为绝热条件，等效为恒温条件下升温，平衡逆向移动，则平衡常数减小即平衡常数K＜12，故C错误；D项，根据图像可知，甲容器达到平衡的时间短，温度高，所以达到平衡的速率相对乙容器的快，即Va正＞Vb正，故D错误。故选B。

3．【2022•广东选择性考试】在相同条件下研究催化剂I、Ⅱ对反应的影响，各物质浓度c随反应时间t的部分变化曲线如图，则(    )

A．无催化剂时，反应不能进行

B．与催化剂Ⅰ相比，Ⅱ使反应活化能更低

C．a曲线表示使用催化剂Ⅱ时X的浓度随t的变化

D．使用催化剂Ⅰ时，0~2 min内，v(X)=1.0 mol·L－1·min－1

【答案】D

【解析】A项，由图可知，无催化剂时，随反应进行，生成物浓度也在增加，说明反应也在进行，故A错误；B项，由图可知，催化剂I比催化剂II催化效果好，说明催化剂I使反应活化能更低，反应更快，故B错误；C项，由图可知，使用催化剂II时，在0~2min 内Y的浓度变化了2.0mol/L，而a曲线表示的X的浓度变化了2.0mol/L，二者变化量之比不等于化学计量数之比，所以a曲线不表示使用催化剂II时X浓度随时间t的变化，故C错误；D项，使用催化剂I时，在0~2min 内，Y的浓度变化了4.0mol/L，则v (Y) ===2.0 mol·L－1·min－1，v (X) =(Y) =2.0 mol·L－1·min－1=1.0 mol·L－1·min－1，故D正确；故选D。

4．【2022·浙江省1月选考】在恒温恒容条件下，发生反应A(s)+2B(g)3X(g)，c(B)随时间的变化如图中曲线甲所示。下列说法不正确的是(   )

A．从a、c两点坐标可求得从a到c时间间隔内该化学反应的平均速率

B．从b点切线的斜率可求得该化学反应在反应开始时的瞬时速率

C．在不同时刻都存在关系：2v(B)=3v(X)

D．维持温度、容积、反应物起始的量不变，向反应体系中加入催化剂，c(B)随时间变化关系如图中曲线乙所示

【答案】C

【解析】A项，图象中可以得到单位时间内的浓度变化，反应速率是单位时间内物质的浓度变化计算得到，从a、c两点坐标可求得从a到c时间间隔内该化学反应的平均速率，A正确； B项，b点处的切线的斜率是此时刻物质浓度除以此时刻时间，为一氧化碳的瞬时速率，B正确； C项，化学反应速率之比等于化学方程式计量数之比分析，3v(B)=2v(X)，C不正确； D项，维持温度、容积不变，向反应体系中加入催化剂，平衡不移动，反应速率增大，达到新的平衡状态，平衡状态与原来的平衡状态相同，D错误；故选C。

5．【2021•湖南选择性考试】已知：A(g)+2B(g)3C(g)△H＜0，向一恒温恒容的密闭容器中充入1mol A和3mol B发生反应，t1时达到平衡状态Ⅰ，在t2时改变某一条件，t3时重新达到平衡状态Ⅱ，正反应速率随时间的变化如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．容器内压强不变，表明反应达到平衡 

B．t2时改变的条件：向容器中加入C 

C．平衡时A的体积分数φ：φ(Ⅱ)＞φ(Ⅰ) 

D．平衡常数K：K(Ⅱ)＜K(Ⅰ)

【答案】BC

【解析】A项，为气体体积不变的反应，反应前后气体的物质的量不变，则压强始终不变，不能判定平衡状态，故A错误；B项，t2时正反应速率瞬间不变，然后增大，可知改变的条件为向容器中加入C，故B正确；C项，t2时加入C，平衡逆向移动，则平衡时A的体积分数φ：φ(Ⅱ)＞φ(I)，故C正确；D项，平衡常数与温度有关，温度不变，则平衡常数K：K(Ⅱ)＝K(Ⅰ)，故D错误；故选BC。

6．【2021•辽宁选择性考试】某温度下，降冰片烯在钛杂环丁烷催化下聚合，反应物浓度与催化剂浓度及时间关系如图。已知反应物消耗一半所需的时间称为半衰期，下列说法错误的是(    )

A．其他条件相同时，催化剂浓度越大，反应速率越大

B．其他条件相同时，降冰片烯浓度越大，反应速率越大

C．条件①，反应速率为0.012 mol·L－1·min－1

D．条件②，降冰片烯起始浓度为3.0 mol·L－1时，半衰期为62.5 min

【答案】B

【解析】A项，由题干图中曲线①②可知，其他条件相同时，催化剂浓度越大，反应所需要的时间更短，故反应速率越大，A正确；B项，由题干图中曲线①③可知，其他条件相同时，降冰片烯浓度①是③的两倍，所用时间①也是③的两倍，反应速率相等，故说明反应速率与降冰片烯浓度无关，B错误；C项，由题干图中数据可知，条件①，反应速率为=0.012 mol·L－1·min－1，C正确；D项，反应物消耗一半所需的时间称为半衰期，由题干图中数据可知，条件②，降冰片烯起始浓度为3.0 mol·L－1时，半衰期为125min÷2=62.5 min，D正确；故选B。

7．【2020•江苏卷】CH4与CO2重整生成H2和CO的过程中主要发生下列反应

CH4(g)＋CO2(g)=2H2 (g)＋2CO(g)   ΔH=247.1kJ·mol-1

H2(g)＋CO2(g)=H2O (g)＋CO(g)   ΔH=41.2kJ·mol-1

在恒压、反应物起始物质的量比n(CH4)：n(CO2)=1：1条件下，CH4和CO2的平衡转化率随温度变化的曲线如图所示。下列有关说法正确的是(    )

A．升高温度、增大压强均有利于提高CH4的平衡转化率

B．曲线B表示CH4的平衡转化率随温度的变化

C．相同条件下，改用高效催化剂能使曲线A和曲线B相重叠

D．恒压、800K、n(CH4)：n(CO2)=1：1条件下，反应至CH4转化率达到X点的值，改变除温度外的特定条件继续反应，CH4转化率能达到Y点的值

【答案】BD

【解析】A项，甲烷和二氧化碳反应是吸热反应，升高温度，平衡向吸热反应即正向移动，甲烷转化率增大，甲烷和二氧化碳反应是体积增大的反应，增大压强，平衡逆向移动，甲烷转化率减小，故A错误；B项，根据两个反应得到总反应为CH4(g)＋2CO2(g) == H2(g)＋3CO(g) ＋H2O (g)，加入的CH4与CO2物质的量相等，CO2消耗量大于CH4，因此CO2的转化率大于CH4，因此曲线B表示CH4的平衡转化率随温度变化，故B正确；C项，使用高效催化剂，只能提高反应速率，但不能改变平衡转化率，故C错误；D项，800K时甲烷的转化率为X点，可以通过改变二氧化碳的量来提高甲烷的转化率达到Y点的值，故D正确。故选BD。

8．【2021•全国甲卷】二氧化碳催化加氢制甲醇，有利于减少温室气体二氧化碳。回答下列问题：

(1)二氧化碳加氢制甲醇的总反应可表示为：

CO2(g)+3H2＝CH3OH(g)+H2O(g)

该反应一般认为通过如下步骤来实现：

①CO2(g)+H2＝CO(g)+H2O(g) △H1=+41kJ·mol-l

②CO(g)+2H2＝CH3OH(g) △H2=-90kJ·mol-l

总反应的△H =_______ kJ·mol-l；若反应①为慢反应，下列示意图中能体现上述反应能量变化的是_______(填标号)，判断的理由是_______。

A．           B．

C．             D．

 (2)合成总反应在起始物n(H2)/n(CO2)=3时，在不同条件下达到平衡，设体系中甲醇的物质的量分数为x(CH3OH)，在 t=250℃下的 x(CH3OH)～p、在p=5×105Pa 下的 x(CH3OH)～t 如图所示。

①用各物质的平衡分压表示总反应的平衡常数，表达式Kp =_______；

②图中对应等压过程的曲线是_______，判断的理由是_______；

③当x(CH3OH)=0.10时，CO2的平衡转化率____，反应条件可能为___或___。

【答案】(1)-49    A    ΔH1为正值，ΔH2为和ΔH为负值，反应①的活化能大于反应②的   

(2)①   

②b    总反应ΔH<0，升高温度时平衡向逆反应方向移动，甲醇的物质的量分数变小   

③33.3%    5×105Pa，210℃    9×105Pa，250℃   

【解析】(1)二氧化碳加氢制甲醇的总反应可表示为：CO2(g)+3H2＝CH3OH(g)+H2O(g)，该反应一般认为通过如下步骤来实现：①CO2(g)+H2＝CO(g)+H2O(g)              △H1=+41kJ·mol-l，②CO(g)+2H2＝CH3OH(g)              △H2=-90kJ·mol-l，根据盖斯定律可知，①+②可得二氧化碳加氢制甲醇的总反应为：CO2(g)+3H2＝CH3OH(g)+H2O(g)   △H=(+41kJ·mol-l)+(-90kJ·mol-l)=-49kJ·mol-l，；该反应总反应为放热反应，因此生成物总能量低于反应物总能量，反应①为慢反应，因此反应①的活化能高于反应②，同时反应①的反应物总能量低于生成物总能量，反应②的反应物总能量高于生成物总能量，因此示意图中能体现反应能量变化的是A项。(2)①二氧化碳加氢制甲醇的总反应为CO2(g)+3H2＝CH3OH(g)+H2O(g)，因此利用各物质的平衡分压表示总反应的平衡常数，表达式Kp=；②该反应正向为放热反应，升高温度时平衡逆向移动，体系中x(CH3OH)将减小，因此图中对应等压过程的曲线是b；③设起始n(CO2)=1mol，n(H2)=3mol，则：

当平衡时x(CH3OH)=0.10时，=0.1，解得x=1/3mol，平衡时CO2的转化率α==33.3%；由图可知，满足平衡时x(CH3OH)=0.10的条件有：5×105Pa，210℃或9×105Pa，250℃。

9．【2019•新课标Ⅰ卷】水煤气变换[CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)]是重要的化工过程，主要用于合成氨、制氢以及合成气加工等工业领域中。回答下列问题：

(1)Shibata曾做过下列实验：①使纯H2缓慢地通过处于721 ℃下的过量氧化钴CoO(s)，氧化钴部分被还原为金属钴(Co)，平衡后气体中H2的物质的量分数为0.0250。

②在同一温度下用CO还原CoO(s)，平衡后气体中CO的物质的量分数为0.0192。

根据上述实验结果判断，还原CoO(s)为Co(s)的倾向是CO_________H2(填“大于”或“小于”)。

(2)721 ℃时，在密闭容器中将等物质量的CO(g)和H2O(g)混合，采用适当的催化剂进行反应，则平衡时体系中H2的物质的量分数为_________(填标号)。

A．＜0.25        B．0.25         C．0.25~0.50        D．0.50        E．＞0.50

(4)Shoichi研究了467 ℃、489 ℃时水煤气变换中CO和H2分压随时间变化关系(如下图所示)，催化剂为氧化铁，实验初始时体系中的PH2O和PCO相等、PCO2和PH2相等。

计算曲线a的反应在30~90 min内的平均速率(a)=___________kPa·min−1。467 ℃时PH2和PCO随时间变化关系的曲线分别是___________、___________。489 ℃时PH2和PCO随时间变化关系的曲线分别是___________、___________。

【答案】 (1)大于    (2)C   (4)0.0047     b     c     a    d

【解析】(1)H2还原氧化钴的方程式为：H2(g)＋CoO(s)=Co(s)＋H2O(g)；CO还原氧化钴的方程式为：CO(g)＋CoO(s)=Co(s)＋CO2(g)，平衡时H2还原体系中H2的物质的量分数()高于CO还原体系中CO的物质的量分数()，故还原CoO(s)为Co(s)的倾向是CO大于H2；

(2)721 ℃时，在密闭容器中将等物质的量的CO(g)和H2O(g)混合，可设其物质的量为1mol，则

CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)

起始(mol)   1    1             0       0

转化(mol)   x    x             x       x

平衡(mol) 1-x    1-x            x       x

则平衡时体系中H2的物质的量分数=，因该反应为可逆反应，故x<1，可假设二者的还原倾向相等，则x=0.5，由(1)可知CO的还原倾向大于H2，所以CO更易转化为H2，故x>0.5，由此可判断最终平衡时体系中H2的物质的量分数介于0.25~0.50，故答案为C；(4)由图可知，30~90 min内a曲线对应物质的分压变化量Δp=(4.08-3.80)kPa=0.28 kPa，故曲线a的反应在30~90 min内的平均速率(a)==0.0047 kPa·min−1；由(2)中分析得出H2的物质的量分数介于0.25~0.5，CO的物质的量分数介于0~0.25，即H2的分压始终高于CO的分压，据此可将图分成两部分：

由此可知，A项，b表示的是H2的分压，C项，d表示的是CO的分压，该反应为放热反应，故升高温度，平衡逆向移动，CO分压增加，H2分压降低，故467 ℃时PH2和PCO随时间变化关系的曲线分别是B项，c；489 ℃时PH2和PCO随时间变化关系的曲线分别是A项，d。

10．【2019•新课标Ⅱ卷】环戊二烯()是重要的有机化工原料，广泛用于农药、橡胶、塑料等生产。回答下列问题：

(2)某温度下，等物质的量的碘和环戊烯()在刚性容器内发生反应③，起始总压为105Pa，平衡时总压增加了20%，环戊烯的转化率为_________，该反应的平衡常数Kp=_________Pa。达到平衡后，欲增加环戊烯的平衡转化率，可采取的措施有__________(填标号)。

A．通入惰性气体                    B．提高温度

C．增加环戊烯浓度                D．增加碘浓度

(3)环戊二烯容易发生聚合生成二聚体，该反应为可逆反应。不同温度下，溶液中环戊二烯浓度与反应时间的关系如图所示，下列说法正确的是__________(填标号)。

A．T1＞T2

B．a点的反应速率小于c点的反应速率

C．a点的正反应速率大于b点的逆反应速率

D．b点时二聚体的浓度为0.45 mol·L−1

【答案】(2)40％     3.56×104     BD    (3)CD   

【解析】(2)假设反应前碘单质与环戊烯均为nmol，平衡时环戊烯反应了xmol，根据题意可知：

(g)+I2(g)= (g)+2HI(g)  增加的物质的量

 1mol        1mol      1mol      2mol        1mol

xmol                                          2n×20%

得x=0.4nmol，转化率为0.4n/n×100%=40%；

(g)  +   I2(g)    =   (g)+   2HI(g)

P(初)  0.5×105            0.5×105  0                   0

ΔP      0.5×105×40%    0.5×105×40%  0.5×105×40%   1×105×40%

P(平)  0.3×105 0.3×105 0.2×105 0.4×105

Kp==3.56×104；A项，T、V一定，通入惰性气体，由于对反应物和生成物浓度无影响，速率不变，平衡不移动，故A错误；B项，升高温度，平衡向吸热方向移动，环戊烯转化率升高，故B正确；C项，增加环戊烯的浓度平衡正向移动，但环戊烯转化率降低；D项，增加I2的浓度，平衡正向移动，环戊烯转化率升高，故D正确；(3)A项，温度越高，反应速率越快，其浓度下降的也越快。因此T1<T2，故A错误；B项，a点比b点温度低，但是浓度大。此选项讨论的是瞬时反应速率，其表现是曲线上某时刻点，对应的曲线切线的斜率大小。从图中的两条切线不难看出，a处斜率较c要更负一些。也就是a处的反应速率更大，故B错误；C项，a点、b点温度相同，反应一直在正向进行，故v(正)>v(逆)，a点反应物浓度大于b点，故a点正反应速率大于b点，因此v(正a)>v(逆b)，故C正确；D项，．b点时环戊二烯浓度由1.5mol/L减小到0.6mol/L，减少了0.9mol/L，因此生成二聚体0.45mol/L，故D正确；故选CD