高考化学精准培优专练十三 化学反应速率与化学平衡图象题的破解策略（含解析）

这是一份高考化学精准培优专练十三 化学反应速率与化学平衡图象题的破解策略（含解析），共10页。试卷主要包含了速率—温度图像，含量—时间—温度图像，物质的量—时间图像，其他图像等内容，欢迎下载使用。
1．速率—温度（或压强）图像
典例1．合成氨反应为：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。图1表示在一定的温度下此反应过程中的能量的变化。图2表示在2 L的密闭容器中反应时N2的物质的量随时间的变化曲线。图3表示在其他条件不变的情况下，改变起始物氢气的物质的量对此反应平衡的影响。
下列说法正确的是( )
A．该反应为自发反应，由图1可得加入适当的催化剂，E和ΔH都减小
B．图2中0～10 min内该反应的平均速率v(H2)＝0.045 ml·L－1·min－1，从11 min起其他条件不变，压缩容器的体积为1 L，则n(N2)的变化曲线为d
C．图3中a、b、c三点所处的平衡状态中，反应物N2的转化率最高的是b点
D．图3中T1和T2表示温度，对应温度下的平衡常数为K1、K2，则：T1>T2，K1>K2
【答案】B
【解析】加入催化剂，活化能E减小，但反应热ΔH不变，A错；图2中0～10 min时，v(H2)＝3v(N2)＝3×eq \f(0.6 ml－0.3 ml,2 L×10 min)＝0.045 ml·L－1·min－1，压缩体积，压强增大，平衡正向移动，n(N2)逐渐减小，即为d曲线，B正确；图3中c点起始时加入的H2最多，N2的转化率最高，C错；因合成氨正反应是放热反应，升高温度，平衡左移，图3中当n(H2)相同时，T1温度下达到平衡时NH3%高于T2温度下达到平衡时NH3%，所以T1K2，D错。
2．含量—时间—温度（压强）图像
典例2．已知可逆反应：4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g) ΔH＝－1025kJ·ml−1。若反应物起始物质的量相同，下列关于该反应的示意图不正确的是( )
【答案】D
【解析】升高温度，平衡向逆反应方向移动，平衡时一氧化氮的含量小，且达到平衡时需要的时间短，故A正确，D错误；增大压强，平衡向逆反应方向移动，平衡时一氧化氮的含量小，且达到平衡时需要的时间短，故B项正确；有无催化剂只影响到达平衡状态的时间，不影响平衡移动，故C项正确。
3．物质的量（或浓度）—时间图像
典例3．已知反应X(g)＋Y(g)nZ(g) ΔH＞0，将X和Y以一定比例混合通入密闭容器中进行反应，各物质的浓度随时间的变化如图所示。下列说法不正确的是( )
A．反应方程式中n＝1
B．10min时，曲线发生变化的原因是升高温度
C．10min时，曲线发生变化的原因是增大压强
D．0～5min内，用X表示的反应速率为v(X)＝0.08 ml·L－1·min－1
【答案】B
【解析】根据图像可知，反应进行到5 min时，X、Y和Z的浓度不再发生变化，反应达到平衡状态。此时X的浓度减少了2.0 ml/L－1.6 ml/L＝0.4 ml/L；Z的浓度增加了0.4 ml/L，所以根据浓度的变化量之比等于化学计量数之比可知，n＝1，A正确；10 min时，X、Y、Z的浓度均增大，但平衡向正反应方向移动。该可逆反应的正反应是吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，但反应物的浓度降低，因此改变的条件一定不是温度，B不正确；由于该可逆反应的正反应是气体分子总数减小的反应，因此根据图像可知，10 min时，
曲线发生变化的原因是增大压强，C正确；0～5min内，用X表示的反应速率为v(X)＝eq \f(0.4 ml·L－1,5 min)＝0.08ml·L－1·min－1，D正确。
4．其他图像
典例4．近年来，我国北京等地出现严重雾霾天气，据研究，雾霾的形成与汽车排放的CO、NO2等有毒气体有关。对汽车加装尾气净化装置，可使有毒气体相互反应转化为无毒气体，反应的化学方程式为4CO(g)＋2NO2(g)4CO2(g)＋N2(g) ΔH＝−1200kJ·ml−1。对于该反应，温度不同(T2>T1)、其他条件相同时，下列图像正确的是（ ）
【答案】B
【解析】升温正、逆反应速率同时加快，达到平衡时间缩短，平衡向逆反应方向移动，CO的体积分数增大，NO2的转化率降低，化学平衡常数减小；压强增大，CO的体积分数降低，对比图像可知，只有选项B符合。
二．对点增分集训
1．用CO合成甲醇(CH3OH)的化学方程式为CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔHT2>T3
B．正反应速率：v(a)>v(c)，v(b)>v(d)
C．平衡常数：K(a)>K(c)，K(b)=K(d)
D．平均摩尔质量：M M(a)< M(c)，M(b)>M(d)
【答案】C
【解析】A. 化学方程式为CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔHv(d)，故B错误；C. 由图可知，a、c两点压强相同，平衡时a点CO转化率更高，该反应为放热反应，所以温度T1＜T3，降低温度平衡向正反应方向移动，则K(a)＞K(c)，平衡常数只与温度有关，b、d两点温度相同，平衡常数相同，则K(b)=K(d)，故C正确；D. CO转化率的越大，n总越小，由M=m/n可知，a点n总小，则M(a)＞M(c)，M(b)＞M(d)，故D错误。综上所述，本题正确答案为C。
2．根据如图有关图象，说法正确的是（ ）
A．由图Ⅰ知，反应在T1、T3处达到平衡，且该反应的ΔH＜0
B．由图Ⅱ知，反应在t6时刻，NH3体积分数最大
C．由图Ⅱ知，t3时采取降低反应体系温度的措施
D．图Ⅲ表示在10L容器、850℃时的反应，由图知，到4min时，反应放出51.6kJ的热量
【答案】D
【解析】A. 根据图I，T2℃下反应物体积分数达到最小，生成物的体积分数达到最大，T2℃反应达到平衡，T1℃没有达到平衡，T2℃以后，X的体积分数增大，Z的体积分数减小，随着温度的升高，平衡向逆反应方向进行，正反应方向为放热反应，即ΔH＜0，故A错误；
B. t2时刻正逆反应速率相等，平衡不移动，根据图像Ⅱ，t3后，反应向逆反应方向进行，NH3的量减少，即t1～t3时刻，NH3体积分数最大，故B错误；C. 根据图像Ⅱ，t3时，正逆反应速率都降低，改变的因素是降低温度，或减小压强，根据图像Ⅱ，t3时，反应向逆反应方向移动，如果降低温度，该反应为放热反应，降低温度，平衡向正反应方向移动，即v正＞v逆，不符合图像，t3时刻采取的是减小压强，故C错误；D. 根据图Ⅲ，0到4min变化的物质的量为0.12ml·L-1×10L=1.2ml，即放出的热量为1.2ml×43kJ·ml-1=51.6kJ，故D正确。
3．某温度时，在体积为2 L的密闭容器中，气态物质A、B、E、F的物质的量n随时间t的变化情况如图所示，在一定条件下反应达到平衡状态，反应进程中正反应速率随时间的变化情况如图所示，在t2、t4时刻分别只改变一个条件(温度、压强或某反应物的量)。下列说法错误的是（ ）
A．此温度下，该反应的化学方程式为2A(g)+E(g)2B(g)+F(g)
B．若平衡状态①和②对应的温度相同，则①和②对应的平衡常数K一定相同
C．t2时刻改变的条件是增大压强
D．t4时刻改变的条件是降低温度
【答案】C
【解析】由图甲分析可知，各物质发生变化的物质的量等于化学方程式的化学计量数之比，此温度下该反应的化学方程式为2A(g)+E(g)⇌2B(g)+F(g)，故A正确；平衡常数K只与温度有关，平衡状态①和②的温度相同，故K相等，故B正确；该反应前后气体的体积不变，若改变压强，平衡不会发生移动，故t2时刻不可能是增大压强，故C错误；根据方程式知，前后气体体积不变，故不可能是压强的变化，t4时刻速率减小，且变化的点不连续，因此是降低温度的结果，故D正确；故选C。
4．在一定条件下A2和B2可发生反应：A2(g)+3B2(g)2AB3(g)。图1表示在一定温度下此反应过程中的能量变化，图2表示在固定容积为2L的密闭容器中反应时A2
的物质的量随时间变化的关系，图3表示在其他条件不变的情况下，改变反应物B2的起始
物质的量对此反应平衡的影响。下列说法错误的是（ ）
A．该反应在低于某一温度时能自发进行
B．10min内该反应的平均速率v(B2)=0.045ml/(L·min)
C．11min时，其他条件不变，压缩容器容积至1L，n(A2)的变化趋势如图2中曲线d所示
D．图3中T1F，升高温度，化学反应速率加快，所以V(N)>V(F)，因此E、F、N三点的速率大小关系为：V(N)>V(F)>V(E)；③a.催化剂不能使平衡发生移动，因此选择高效催化剂对甲烷的平衡转化率无影响，a错误；b.增大nCH4nO2投料比，相对于O2的浓度不变，增大甲烷的浓度，平衡正向移动，但平衡移动的趋势是微弱的，总的来说甲烷的
转化率降低，b错误；c.及时分离产物，即降低生成物的浓度，平衡正向移动，甲烷的转化
率提高，c正确；故合理选项是c；
④可逆反应 2CH4(g)+O2(g)2CH3OH(g)
n(开始)ml 2 1 0
n(变化)ml 1 0.5 1
n(开始)ml 1 0.5 1
n(总)=1ml+0.5ml+1ml=2.5ml，平衡分压：Kp(CH4)=1ml2.5ml×2.5MPa=1Mpa；Kp(O2)=×2.5MPa=0.5Mpa；Kp(CH3OH)=1ml2.5ml×2.5MPa=1Mpa，所以该反应用平衡分压表示的化学平衡常数Kp=1Mpa21Mpa2×0.5Mpa=2MPa-l；(2)①根据图象可知：在T2以前，反应未达到平衡，温度升高，化学反应速率加快，更多的反应物变为生成物甲醇，且在此温度下催化剂活性增强，因此甲醇的产率提高；②该反应的正反应为放热反应，升高温度，化学平衡向吸热的逆反应方向移动，因此甲醇的产率降低。
7．碳及其化合物与人类生产、生活密切相关。请回答下列问题：
CO可用于合成甲醇，反应方程式为CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)。
①CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图1所示，该反应的ΔH________(填“＞”或“＜”)0。
图2表示CO的平衡转化率与起始投料比[eq \f(n(H2),n(CO))]、温度的变化关系，测得B(x1，60)点氢气的转化率为40%，则x1＝__________。
②一定条件下，将2ml CO和2ml H2置于容积为2L固定的密闭容器中发生上述反应，反应达到平衡时CO与H2体积之比为2∶1，则平衡常数K＝________。
【答案】①＜；3
②4.5
【解析】①由于温度越高CO的平衡转化率越低，则可推出温度升高平衡向逆反应方向
移动，则正反应放热，即ΔH＜0。令CO起始物质的量为1ml，H2的起始物质的量为x1 ml，当CO变化0.6ml时，H2变化1.2ml，则有eq \f(1.2,x1)×100%＝40%，解得x1＝3。②列出三段式，先根据两种气体体积比为2∶1，可列式求出平衡浓度c(CH3OH)＝eq \f(1,3)ml·L−1，c(CO)＝eq \f(2,3)ml·L−1，c(H2)＝eq \f(1,3)ml·L−1，然后列式计算K＝eq \f(c(CH3OH),c(CO)·c2(H2))＝4.5。