高中化学能力练5化学反应速率及平衡图像分析含解析鲁科版选择性必修1

化学反应速率及平衡图像分析

(建议用时：40分钟)

1．某温度时，在2 L容器中三种物质的物质的量随时间的变化曲线如图所示。由图中数据分析，该反应的化学方程式和反应开始至2 min末Z的平均反应速率分别为(　　)

A．X＋3Y2Z　0.1 mol·L－1·min－1

B．2X＋Y2Z　0.1 mol·L－1·min－1

C．X＋2YZ　0.05 mol·L－1·min－1

D．3X＋Y2Z　0.05 mol·L－1·min－1

D　[由图像可以看出，反应中X、Y的物质的量减少，应为反应物，Z的物质的量增多，应为反应产物，当反应进行到2 min时，Δn(X)＝0.3 mol，Δn(Y)＝0.1 mol，Δn(Z)＝0.2 mol，则Δn(X)∶Δn(Y)∶Δn(Z)＝3∶1∶2，参加反应的物质的物质的量之比等于化学计量数之比，则该反应的化学方程式为3X＋Y2Z；反应开始至2 min末，Z的平均反应速率v(Z)＝＝0.05 mol·L－1·min－1，故D项正确。]

2．将A g块状碳酸钙与足量盐酸反应，反应物损失的质量随时间的变化曲线如图实线所示，在相同的条件下，将B g粉末状碳酸钙与足量同浓度盐酸反应，则相应的曲线(图中虚线所示)正确的是(已知A>B)(　　)

A　　　　　　B

C　　　　　　D

C　[反应物接触面积越大，则反应速率越大，粉末状碳酸钙与足量同浓度盐酸反应较块状碳酸钙快，即相同时间内虚线对应的损失质量变化大，因为A＞B，导致最终损失的质量：实线＞虚线，由图像可知，C项符合。]

3．制取水煤气的反应为C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)　ΔH>0；在一定条件下达化学平衡后，在时间为t时突然改变条件，反应速率的变化如图所示，在t时所改变的条件是(　　)

A．增大压强　　　　　　 B．升高温度

C．增大水蒸气浓度  D．增大碳的物质的量

B　[从图像来看，在时间t时，突然改变条件，正、逆反应速率均增加，有可能是升高温度，也可能是增大压强，从时间t后来看，v′正大于v′逆，说明平衡向正反应方向移动；只有升高温度才使平衡正向移动，故在时间t时所改变的条件为升高温度。]

4．合成氨反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，在反应过程中，正反应速率的变化如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．t1时增大了压强　　　 B．t2时充入了稀有气体

C．t3时升高了温度  D．t4时降低了温度

A　[A项，t1时正反应速率增大，且大于逆反应速率，应为增大压强，正确；B项，t2时正逆反应速率同等程度增大，为使用了催化剂，错误；C项，t3时正反应速率减小，且逆反应速率大于正反应速率，为减小压强，错误；D项，t4时反应速率瞬间不变，然后减小，应为减小反应产物浓度，错误。]

5．下图曲线a表示放热反应2X(g)Z(g)＋M(g)＋N(s)在密闭容器中X的转化率随时间变化的关系。若要改变起始条件，使反应过程按b曲线进行，不可能采取的措施是(　　)

A．升高温度     B．X的投入量增加

C．加催化剂  D．减小容器体积

A　[因为N为固体，所以该反应为等体反应，所以加催化剂或减小容器体积均能使a曲线变为b曲线；X的投入量增加，相当于缩小体积，所以能使a曲线变为b曲线；升温，平衡左移，X的转化率降低。]

6．反应X(g)＋Y(g)2Z(g)　ΔH<0，在t1时达到平衡，t2时由于体系条件的改变，平衡受到破坏，到t3时再次达到平衡。如图所示为物质的浓度与时间的关系，则t2时刻使化学平衡发生移动的原因是(　　)

A．增大X或Y的浓度     B．升高温度

C．增大压强  D．降低温度

B　[此反应的特点是：反应前后气态物质系数相等。从图中还知t2到t3一段时间内Z的浓度下降了，X、Y的浓度增大了，说明平衡逆向移动。又因为加压此平衡不会移动，升温平衡逆向移动，降温平衡正向移动，增加X或Y的浓度，平衡均会正向移动，故t2时刻改变的条件为升高温度。]

7．已知某可逆反应在密闭容器中进行：A(g)＋2B(g)3C(g)＋D(s)　ΔH<0，如图中曲线b代表一定条件下该反应的进程。若使曲线b变为曲线a，可采取的措施是(　　)

①增大A的浓度　②缩小容器的容积　③增大B的浓度　④升高温度　⑤加入合适的催化剂

A．①     B．②④

C．②⑤  D．②③

C　[观察图中的曲线a、b，主要看两处：①转折点的先后。转折点对应的横坐标代表达到化学平衡状态所需的时间，题图中曲线a比曲线b先转折，说明曲线a表示的化学反应速率比曲线b表示的化学反应速率大，达到化学平衡所需的时间较短。②水平线的高低。图中曲线b和曲线a的水平线相重合，说明A的转化率不变。所以使曲线b变为曲线a，采取的措施只能是使化学反应速率增大，而不能使化学平衡发生移动。因D呈固态，故该反应是化学反应前后气态物质的物质的量不变的反应，所以加入催化剂或增大压强都只能使化学反应速率增大，而不会使化学平衡发生移动。]

8．(双选)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[t0～t1阶段c(B)未画出]。图乙为t2时刻后改变条件平衡体系中反应速率随时间变化的情况，且四个阶段都各改变一种不同的条件。已知，t3～t4阶段为使用催化剂。下列说法正确的是(　　)

甲　　　　　　　乙

A．若t1＝15，反应产物C在t0～t1时间段的反应速率为0.004 mol·L－1·s－1

B．t4～t5阶段改变的条件为降低反应温度

C．B的起始物质的量为0.02 mol

D．t5～t6阶段可能是升高温度

AD　[v(C)＝＝＝0.004 mol·L－1·s－1，A正确；在t4～t5阶段，平衡没有移动，反应速率减小，则是减小了压强，B错误；由B项分析可知，减小压强，平衡不移动，则反应前后物质前的系数相等，反应方程式是3A(g)B(g)＋2C(g)，再由化学式前的系数之比等于Δc之比，求出Δc(B)＝0.03 mol·L－1，则B起始浓度为0.02 mol·L－1，容器体积为2 L，C错误；t5～t6阶段改变的条件应是升高温度，D正确。]

9．在一定温度时，N2与H2反应过程中能量变化的曲线如右图。下列叙述正确的是(　　)

A．该反应的热化学方程式为N2＋3H22NH3　ΔH＝－92 kJ·mol－1

B．b曲线是加入催化剂时的能量变化曲线

C．加入催化剂，该化学反应放热增多

D．加入催化剂可增大正反应速率，降低逆反应速率

B　[加入催化剂可以降低反应所需的活化能，根据图示可求ΔH，热化学方程式应标出反应物和反应产物的状态，A错。使用催化剂会同等程度地加快正、逆反应速率，但不能使平衡发生移动，也就不会影响反应释放的能量，C、D错。]

10．在20 L的密闭容器中按物质的量之比1∶2充入CO和H2，发生：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH。测得CO的转化率随温度的变化及不同压强下CO的变化、p2和195 ℃时n(H2)随时间的变化结果如图表所示。下列说法正确的是(　　)

p2和195 ℃时，n(H2)

A．0～3 min，平均速率v(CH3OH)＝0.8 mol·L－1·min－1

B．p1＜p2，ΔH＞0

C．在p2及195 ℃时，该反应的平衡常数为25(mol·L－1)－2

D．在B点时，v(正)＞v(逆)

C　[A项，0～3 min，Δn(H2)＝4 mol，Δc平(H2)＝＝0.2 mol·L－1，v(H2)＝，则v(CH3OH)＝v(H2)≈0.033 mol·L－1·min－1，错误；B项，由任意一条曲线知，随温度升高，CO转化率减小，故ΔH＜0，由于增大压强时，平衡右移，故p1＜p2，错误；C项，达到平衡时，CO、H2、CH3OH的平衡浓度为0.1 mol·L－1、0.2 mol·L－1、0.1 mol·L－1，K＝＝(mol·L－1)－2＝25(mol·L－1)－2，正确；D项，从B到A点，CO转化率减小，故v(正)＜v(逆)，错误。]

11．反应aA(g)＋bB(g)cC(g)(ΔH<0)在等容条件下进行。改变其他反应条件，在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ阶段体系中各物质浓度随时间变化的曲线如下图所示：

Ⅰ　　　Ⅱ　　　　　Ⅲ

(1)反应的化学方程式中a∶b∶c为________；

(2)A的平均反应速率vⅠ(A)、vⅡ(A)、vⅢ(A)从大到小排列次序为_______________________________；

(3)B的平衡转化率αI(B)、αⅡ(B)、αⅢ(B)中最小的是________，其值是________；

(4)由第一次平衡到第二次平衡，平衡向________移动，采取的措施是_________________________；

(5)比较第Ⅱ阶段反应温度(T2)和第Ⅲ阶段反应温度(T3)的高低：T2________T3(填“<”“>”或“＝”)，判断的理由是______________。

[解析]　(1)Ⅰ阶段，20 min内，Δc(A)＝2.0 mol·L－1－1.00 mol·L－1＝1.00 mol·L－1，Δc(B)＝6.0 mol·L－1－3.00 mol·L－1＝3.00 mol·L－1，Δc(C)＝2.00 mol·L－1，则a∶b∶c＝Δc(A)∶Δc(B)∶Δc(C)＝1∶3∶2。

(2)vⅠ(A)＝＝0.05 mol·L－1·min－1，

vⅡ(A)＝＝0.025 mol·L－1·min－1，

vⅢ(A)＝＝0.012 mol·L－1·min－1。

则vⅠ(A)＞vⅡ(A)＞vⅢ(A)。

(3)αⅠ(B)＝×100%＝50%，

αⅡ(B)＝×100%＝38%，

αⅢ(B)＝×100%＝19%。

故αⅢ(B)最小。

(4)由图示可知，由第一次平衡到第二次平衡，A、B的浓度减小，说明平衡正向移动。由物质C的浓度变化可知，导致平衡正向移动的措施是从反应体系中移出了产物C。

(5)由图示可知，Ⅱ→Ⅲ平衡正向移动，由于正反应是放热反应，故Ⅱ→Ⅲ是降温过程，即T2>T3。

[答案]　(1)1∶3∶2

(2)vⅠ(A)>vⅡ(A)>vⅢ(A)

(3)αⅢ(B)　19%

(4)右　从平衡混合物中分离出了C

(5)>　因为该反应为放热反应，降温才能正向移动

12．Ⅰ.一定条件下，在容积为5 L的密闭容器中，A、B、C三种气体的物质的量n随时间t的变化如图甲所示。

已知达到平衡后，降低温度，A的体积分数减小。

甲

(1)该反应的化学方程式为__________________________。

(2)该反应的反应速率v随时间t的关系如图乙所示。

乙

①根据图乙判断，在t3时刻改变的外界条件是_________________。

②a、b、c对应的平衡状态中，C的体积分数最大的是状态________。

③各阶段的平衡常数如下表所示：

K1、K2、K3之间的大小关系为________________(用“>”“<”或“＝”连接)。

Ⅱ.在密闭容器中充入一定量的H2S，发生反应：2H2S(g)2H2(g)＋S2(g)　ΔH，如图丙所示为H2S气体分解生成H2(g)和S2(g)的平衡转化率与温度、压强的关系。

丙

(1)ΔH________(填“>”“<”或“＝”)0。

(2)图丙中压强(p1、p2、p3)由大到小的顺序为________。

(3)图丙中M点对应的平衡常数Kp＝________ MPa(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。

(4)如果想进一步提高H2S的转化率，除改变温度、压强外，还可以采取的措施有________________________。

[解析]　Ⅰ.(1)根据图甲可知，达到平衡时A的物质的量减少1 mol－0.7 mol＝0.3 mol，B的物质的量减少1 mol－0.4 mol＝0.6 mol，C的物质的量增加0.6 mol，所以A、B、C的物质的量变化量之比为0.3 mol∶0.6 mol∶0.6 mol＝1∶2∶2，且A和B未完全转化为C，该反应为可逆反应，所以该反应的化学方程式为A＋2B2C。

(2)①根据图乙可知：t3时刻正、逆反应速率同时增大，且逆反应速率大于正反应速率，平衡逆向移动，该反应反应前后气体分子数减小，若增大压强，平衡正向移动，与图像不符；达到平衡后，降低温度，A的体积分数减小，则该反应为放热反应，升高温度，正、逆反应速率均增大，平衡逆向移动，与图像相符，所以t3时刻改变的条件是升高温度。②根据图乙可知，在t1～t2时反应正向进行，A的转化率逐渐增大，t2～t3时反应达到平衡状态，A的转化率达到最大；t3～t4时，升高温度，平衡逆向移动，A的转化率逐渐减小，t4～t5时A的转化率达到最小；t5～t6时，正、逆反应速率同时增大且相等，说明平衡没有移动，A的转化率不变，与t4～t5时相等，所以A的转化率最大的时间段是t2～t3，A的转化率最大时，C的体积分数最大，对应a。③反应A(g)＋2B(g)2C(g)　ΔH<0，温度升高平衡向逆反应方向移动，化学平衡常数减小，所以温度越高，化学平衡常数越小；t2～t3、t4～t5、t5～t6时间段的温度关系为(t4～t5)＝(t5～t6)>(t2～t3)，所以化学平衡常数大小关系为K1>K2＝K3。

Ⅱ.(1)恒压条件下，温度升高，H2S的转化率增大，即升高温度平衡正向移动，则ΔH>0。

(2)2H2S(g)2H2(g)＋S2(g)　ΔH，该反应是气体分子数增大的反应，温度不变，增大压强平衡逆向移动，H2S的转化率减小，则压强由大到小的顺序为p3>p2>p1。

(3)M点对应的H2S转化率为50%，总压为5 MPa，设H2S起始量为2 mol，列三段式：

　　　　　　 2H2S(g)2H2(g)＋S2(g)

起始量/mol    2          0      0

变化量/mol    1          1      0.5

平衡量/mol    1          1      0.5

Kp＝＝1 MPa。

(4)如果想进一步提高H2S的转化率，除改变温度、压强外，还可以减少反应产物浓度促进平衡正向移动。

[答案]　Ⅰ.(1)A＋2B2C　(2)①升高温度　②a　③K1＞K2＝K3

Ⅱ.(1)＞　(2)p3＞p2＞p1　(3)1　(4)及时分离出产物