届高考化学一轮复习专题五化学反应速率与化学平衡专题提升学案.docx
《届高考化学一轮复习专题五化学反应速率与化学平衡专题提升学案.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《届高考化学一轮复习专题五化学反应速率与化学平衡专题提升学案.docx(34页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
届高考化学一轮复习专题五化学反应速率与化学平衡专题提升学案
专题五化学反应速率与化学平衡
专题提升
有关化学平衡图像问题的分析
化学反应速率和化学平衡图像类试题是化学试题中的一种特殊题型,其特点是:
图像是题目的主要组成部分,把所要考查的化学知识寓于图中曲线上,具有简明、直观、形象的特点。
该类试题以选择题为主要题型,偶尔也会在非选择题中出现。
因为图像是用二维坐标表示的,所以该类试题包含的信息量比较大,随着高考的不断改革以及对学科能力要求的不断提高,这种数形结合的试题将频频出现。
【思维展示】
臭氧是理想的烟气脱硝试剂,其脱硝反应为2NO2(g)+O3(g)
N2O5(g)+O2(g),若反应在恒容密闭容器中进行,下列由该反应相关图像作出的判断正确的是( )
选项
图像
判断
思维过程
结论
A
升高温度,平衡常数减小
图像特点:
放热反应
性质特点:
温度升高,平衡左移,K值减小
√
B
0~3s内,反应速率为v(NO2)=0.2mol·L-1·s-1
图像特点:
①时间:
3s
②平衡浓度:
0.4mol·L-1
计算公式:
v=
×
C
t1时仅加入催化剂,平衡不移动
图像特点:
平衡不移动
结论:
加入催化剂,正逆反应速率增大倍数相等但平衡不移动
×
D
达平衡时,仅改变x,则x为c(O2)
图像特点:
横坐标增大,NO2转化率升高
结论:
增大O2浓度平衡左移,NO2转化率降低
×
【技巧点拨】
解答化学反应速率和化学平衡图像题的常用方法和技巧
(1)紧扣特征。
弄清可逆反应的正反应是吸热还是放热,反应前后气体体积增大、减小还是不变,有无纯液体或固体物质参与反应等。
(2)“先拐先平”。
在含量(转化率)—时间图像中,先出现拐点的反应则先达到平衡,说明该曲线反应速率快,表示温度较高、有催化剂、压强较大等。
(3)“定一议二”。
当图像中有三个量时,先确定一个量不变,再讨论另外两个量的关系,必要时可作辅助线。
(4)三步分析法。
一看反应速率是增大还是减小;二看v(正)、v(逆)的相对大小;三看化学平衡移动的方向。
以下均以反应mA(g)+nB(g)
pC(g)+qD(g) ΔH<0且m+n>p+q为例。
速率—时间(或速率—压强)图像
该类图像一般有两种表现形式,如图甲和图乙:
图乙交点是平衡状态,平衡后升温,平衡逆向移动;平衡后加压,平衡正向移动。
[例1] 向某密闭容器中加入0.6molA、0.2molC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图甲所示[其中t0~t1阶段c(B)未画出]。
t2时刻后改变条件反应体系中反应速率随时间变化的情况如图乙所示,且四个阶段都只改变一种条件并且改变的条件均不相同。
下列说法正确的是( )
A.反应的方程式为3A(g)+B(g)
2C(g)
B.t3~t4,t4~t5,t5~t6各阶段改变的条件依次为:
加催化剂,降低反应温度,增大压强
C.B的起始物质的量为0.08mol
D.t0~t1阶段A的转化率为40%
解析 反应中A的浓度变化为0.15mol/L-0.06mol/L=0.09mol/L,C的浓度变化为0.11mol/L-0.05mol/L=0.06mol/L,反应中A与C的计量数之比为0.09∶0.06=3∶2,t3~t4阶段与t4~t5阶段正逆反应速率都相等,而t3~t4阶段为使用催化剂,则t4~t5阶段应为减小压强,则该反应中气体的化学计量数之和前后相等,则有:
3A(g)
B(g)+2C(g),A项错误;如t4~t5阶段改变的条件为降低反应温度,平衡发生移动,则正逆反应速率不相等,应为降低压强,B项错误;根据方程式可知消耗0.09mol/L的A,则生成0.03mol/L的B,由于A的起始物质的量为0.6mol而其浓度为0.15mol/L,所以容器的体积为4L,生成B的物质的量为0.12mol,平衡时B的物质的量为0.2mol,所以起始时B的物质的量为0.2mol-0.12mol=0.08mol,C项正确;t0~t1阶段A的转化率为
×100%=60%,D项错误。
答案 C
变式1 对达到平衡状态的可逆反应:
A+B
C+D,若t1时增大压强,正、逆反应速率变化如图所示(v代表反应速率,t代表时间),下列有关A、B、C、D的状态叙述中正确的是( )
A.A、B、C是气体,D不是气体
B.A、B是气体,C、D有一种是气体
C.C、D是气体,A、B有一种是气体
D.C、D有一种是气体,A、B都不是气体
解析 由图可知t1时增大压强,正、逆反应速率都增大,而且逆反应速率增大程度更大,说明该反应反应物和生成物都存在气体,而且气体化学计量数之和增大。
气体物质化学计量数之和减小,A项错误;气体物质化学计量数之和减小,B项错误;气体化学计量数之和增大,C项正确;反应物中存在气体,D项错误。
答案 C
转化率(或百分含量)—时间—温度(压强)图像
图像
图像条件信息
“先拐先平”T2>T1
“先拐先平”p1>p2
a使用催化剂
根据图像推断反应特点
T2>T1,升高温度,α(A)降低,平衡逆向移动,正反应为放热反应
p1>p2,增大压强,α(A)升高,平衡正向移动,则正反应为气体体积缩小的反应
反应速率加快,但平衡不移动
[例2] 可逆反应:
aA(g)+bB(s)
cC(g)+dD(g),其他条件不变,C的物质的量分数和温度(T)或压强(P)关系如图,其中正确的是( )
A.根据图像无法确定改变温度后平衡移动方向
B.使用催化剂,C的物质的量分数增加
C.化学方程式系数a>c+d
D.升高温度,平衡向逆反应方向移动
解析 可逆反应,当其他条件一定时,温度越高,反应速率越大,达到平衡所用的时间越短。
由图像
(1)可知T2>T1,温度越高,平衡时C的物质的量分数n(C)%越小,故此反应的正反应为放热反应;当其他条件一定时,压强越高,反应速率越大,达到平衡所用的时间越短。
由图
(2)可知p2>p1,压强越大,平衡时C的物质的量分数n(C)%越小,可知正反应为气体物质的量增大的反应,即a<c+d。
据上述分析,得到T1<T2,温度越高,n(C)%越小,则平衡向逆反应方向移动,A项错误;催化剂只改变化学反应速率,对平衡移动没有影响,C的质量分数不变,B项错误;压强越大,平衡时C的物质的量分数n(C)%越小,可知正反应为气体物质的量增大的反应,即a<c+d,C项错误;T2>T1,温度越高,平衡时C的物质的量分数n(C)%越小,故此反应的正反应为放热反应,升温平衡逆向移动,D项正确。
答案 D
变式2 某可逆反应mA(g)+nB(g)
qC(g),ΔH在密闭容器中进行。
如图表示在不同时刻t、温度T和压强p下B物质在混合气体中的体积分数φ(B)的变化情况。
下列推断正确的是( )
A.p1>p2,T1<T2,m+n>q,ΔH<0
B.p1<p2,T1>T2,m+n>q,ΔH>0
C.p1>p2,T1<T2,m+n<q,ΔH<0
D.p1<p2,T1>T2,m+n<q,ΔH>0
解析 由时间—体积分数φ(B)图中拐点说明在不同条件下达到平衡时温度、压强的大小,T1大于T2,p2大于p1;同温度时,p2大于p1,体积分数φ(B)增大,说明平衡逆向移动,m+n<q,又同一压强时,T1大于T2,体积分数φ(B)降低,说明平衡正向移动,ΔH>0;D项正确。
答案 D
恒温线(或恒压线)
①恒温或恒压曲线上的任意点均表示平衡状态。
②分析方法:
a.分析任一条曲线走势,如图丙中,温度为T1时(即恒温),α(A)随压强(p)的增大而增大,故正反应是气体分子数减小的反应;b.任取一点向横坐标作垂线为辅助线进行分析,如图丁中,过p3任作一条垂直于x轴(即恒温)的辅助线,若p1[例3] 有一化学平衡:
mA(g)+nB(g)
pC(g)+qD(g)(如右图)表示的是转化率与压强、温度的关系。
分析图中曲线可以得出的结论是( )
A.正反应吸热:
m+n>p+q
B.正反应吸热:
m+n
C.正反应放热:
m+n>p+q
D.正反应放热:
m+n
解析 由图可知,压强相同时,温度越高A的转化率越大,说明升高温度平衡向正反应移动,故正反应为吸热反应,作垂直横轴的辅助线,由图可知,温度相同,压强越大A的转化率越大,说明增大压强平衡向正反应移动,故正反应为气体物质的量减小的反应,即m+n>p+q,A项正确。
答案 A
变式3 反应N2O4(g)
2NO2(g) ΔH=+57kJ·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的曲线如图所示。
下列说法正确的是( )
A.A、C两点的反应速率:
A>C
B.A、C两点气体的颜色:
A深,C浅
C.A、B两点气体的平均相对分子质量:
A>B
D.B、C两点化学平衡常数:
B解析 A、C两点温度相同,C点压强大于A点,所以C点反应速率大于A点反应速率,A项错误;C点压强大于A点压强,所以C点容器体积小于A点容器体积,所以C点NO2的浓度大于A点NO2的浓度,C点颜色深,A点浅,B项错误;A、B两点压强相同,B点到A点NO2体积分数增大,平衡正向移动,气体的总物质的量增大,又由于气体的总质量不变,所以混合气体的平均相对分子质量减小,即A、B两点气体的平均相对分子质量:
B>A,C项错误;A、B两点压强相同,B点到A点NO2体积分数增大,平衡正向移动,所以B点的平衡常数小于A点的平衡常数,A、C两点温度相同,A、C两点平衡常数相同,所以B点的平衡常数小于C点的平衡常数,D项正确。
答案 D
其他几种特殊图像
①如图戊,该类图像隐含随着温度升高的同时,反应时间也在变化。
曲线表示化学反应从反应物开始,M点为刚达到的平衡点。
M点前表示反应向正反应方向进行,M点后是因温度改变而使平衡移动,即升温,A%增大,平衡左移。
②如图己,曲线表示平衡时A的百分含量(纵坐标也可换成平衡转化率αA)。
该类图像隐含的几个信息:
a.曲线上所有的点都处于平衡状态。
b.曲线上方的点,表示反应还没有达到平衡状态,即必须朝正反应方向进行才能达到平衡状态,v(正)>v(逆)。
c.曲线下方的点,表示反应向逆反应方向进行才能达到平衡状态,v(正)[例4] 在催化剂作用下,用乙醇制乙烯,乙醇转化率和乙烯选择性(生成乙烯的物质的量与乙醇转化的物质的量的比值)随温度、乙烯进料量(单位:
mL·min-1)的关系如图所示(保持其他条件相同)。
( )
在410~440℃温度范围内,下列说法不正确的是( )
A.当乙醇进料量一定,随乙醇转化率增大,乙烯选择性升高
B.当乙醇进料量一定,随温度的升高,乙烯选择性不一定增大
C.当温度一定,随乙醇进料量增大,乙醇转化率减小
D.当温度一定,随乙醇进料量增大,乙烯选择性增大
解析 根据图像,当乙醇进料量一定,随乙醇转化率增大,乙烯选择性逐渐升高,但温度高于430℃后,乙烯选择性逐渐降低,A项错误;根据图像,当乙醇进料量一定,随乙醇转化率增大,乙烯选择性逐渐升高,但温度高于430℃后,乙烯选择性逐渐降低,因此,随温度的升高,乙烯选择性不一定增大,B项正确;根据左图,当温度一定,随乙醇进料量增大,乙醇转化率减小,C项正确,根据右图,当温度一定,随乙醇进料量增大,乙烯选择性增大,D项正确。
答案 A
变式4 有一反应:
2A(g)+B(g)
2C(g),下图中的曲线是该反应在不同温度下的平衡曲线,则下列描述正确的是( )
A.该反应是放热反应
B.b点时混合气体的平均摩尔质量不再变化
C.T1时若由a点达到平衡,可以采取增大压强的方法
D.c点v正解析 2A(g)+B(g)
2C(g),该反应是一个气体分子数增大的反应。
由图像可知,点a和点c都不是平衡状态,点b是所在的曲线上的点都是平衡状态。
B的平衡转化率随温度升高而增大,说明该反应是一个吸热反应。
该反应是吸热反应,A项错误;b点是平衡状态,所以混合气体的平均摩尔质量不再变化,B项正确;a点B的转化率高于平衡转化率,T1时若由a点达到平衡,可以采取减小压强使平衡向逆反应方向移动,C项错误;c点B的转化率小于平衡转化率,所以此时反应正在向正反应反应进行,v正>v逆,D项错误。
答案 B
专题测试(五)
一、单项选择题
1.下列说法不正确的是( )
A.能量较高、有可能发生有效碰撞的分子称为活化分子
B.活化分子的平均能量与所有分子的平均能量之差称为活化能
C.催化剂能参与反应,可降低原反应所需活化能
D.非活化分子也有可能发生有效碰撞
解析 活化分子发生有效碰撞,要求能量高、碰撞方向正确,发生有效碰撞的分子是活化分子,A项正确;活化能是活化分子的平均能量与所有分子的平均能量之差,B项正确;催化剂参加反应,能够降低活化分子的活化能,C项正确;有效碰撞是活化分子发生反应时的碰撞,要求具有一定能量和取向,D项错误。
答案 D
2.汽车净化的主要原理为2NO(g)+2CO(g)
2CO2(g)+N2(g) ΔH<0。
若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行,下列示意图正确且说明反应在进行到t1时刻达到平衡状态的是( )
解析 由于是绝热,恒容密闭体系,随着反应的进行,体系的温度升高,K不断减小,当K不变时,即温度保持不变,该反应达到平衡状态。
答案 B
3.一定量的Fe与过量的稀硫酸反应制取氢气,一定温度下为加快反应速率而又不影响氢气的量,可向其中加入( )
A.KCl固体B.Zn粉
C.SO3固体D.CuSO4晶体
解析 加入KCl固体不能改变H+的浓度,反应速率不变,A项错误;Zn的金属性强于铁,加入锌粉反应速率加快,但影响H2的总量,B项错误;加入SO3固体生成硫酸,H+浓度增大,反应速率加快,且不会影响氢气的总量,C项正确;加入CuSO4晶体,铁置换出铜,构成原电池,加快反应速率,但会减少氢气总量,D项错误。
答案 C
4.相同温度下,有相同容积的甲、乙两容器,甲容器中充入1gN2和1gH2,乙容器中充入2gN2和2gH2。
下列叙述中不正确的是( )
A.化学反应速率:
乙>甲
B.平衡后N2的浓度:
乙>甲
C.H2的转化率:
乙>甲
D.平衡混合气中H2的体积分数:
乙>甲
解析 容器中发生的反应为N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)。
相同容积的容器中充入不同量的反应物,乙容器中压强大,化学反应速率:
乙>甲,A正确;根据勒夏特列原理可知,平衡时乙容器中N2的浓度应大于甲容器,但会小于甲容器中N2浓度的2倍,B正确;乙容器中压强较大,平衡向正反应方向移动,所以H2的转化率:
乙>甲,C正确;平衡混合气中H2的体积分数:
乙<甲,D错误。
答案 D
5.下列对化学反应预测正确的是( )
选项
化学反应方程式
已知条件
预测
A
M(s)===X(g)+Y(s)
ΔH>0
它是非自发反应
B
W(g)+xG(g)===2Q(g)
ΔH<0,自发反应
x可能等于1、2、3
C
4X(g)+5Y(g)===4W(g)+6G(g)
能自发反应
ΔH一定小于0
D
4M(s)+N(g)+2W(l)===4Q(s)
常温下,自发进行
ΔH>0
解析 M(s)===X(g)+Y(s),反应气体系数增大,为熵增大的反应,ΔS>0,ΔH>0,在高温条件下能自发进行,A项错误;W(g)+xG(g)
2Q(g) ΔH<0,x为1,2,3时,若熵增,任何温度都能自发进行,若熵减,在低温下能自发进行,B项正确;4X(g)+5Y(g)
4W(g)+6G(g)反应为气体系数增大的反应,ΔS>0,所以当ΔH<0,一定满足ΔH-TΔS<0,反应一定能够自发进行,当ΔH>0时,当高温时,ΔH-TΔS<0,成立,可以自发进行,C项错误;4M(s)+N(g)+2W(l)===4Q(s)为气体系数减小的反应,ΔS<0,当ΔH>0时,ΔH-TΔS>0,一定不能自发进行,D项错误。
答案 B
6.已知HI在催化剂作用下分解速率会加快,其能量随反应进程的变化如图所示。
下列说法正确的是( )
A.加入催化剂,减小了反应的活化能
B.加入催化剂,可提高HI的平衡转化率
C.降低温度,HI的分解速率加快
D.反应物的总能量大于生成物的总能量
解析 催化剂通过改变活化能来改变反应速率,A项正确;催化剂只改变反应速率不改变化学平衡,反应体系中加入催化剂不改变HI的平衡转化率,B项错误;降低温度,反应速率减慢,HI的分解速率减慢,C项错误;图像分析反应是吸热反应,所以反应物的总能量低于生成物的总能量,D项错误。
答案 A
7.在50mL过氧化氢溶液中加入1gMnO2粉末,标准状况下放出气体的体积和时间的关系如图所示,下列说法不正确的是( )
A.标准状况下,实验放出一半气体所需的时间为1min
B.A、B、C、D各点反应速率中A点最慢,D点快
C.0~2min内产生O2的平均反应速率为22.5mL·min-1
D.本实验中影响反应速率的因素只有催化剂和H2O2的浓度
解析 放出一半气体,即V(O2)=30mL时,t=1min,A项正确;因为随着反应的进行,c(H2O2)逐渐降低,所以反应逐渐变慢,即反应速率:
D>C>B>A,B项正确;0~2min内产生O2的体积是45mL,平均反应速率为45mL÷2min=22.5mL·min-1,C项正确;影响反应速率的因素还有温度,D项错误。
答案 D
8.在2L密闭容器中进行反应C(s)+H2O(g)
CO(g)+H2(g) ΔH>0,测得c(H2O)随反应时间(t)的变化如图。
下列判断正确的是( )
A.0~5min内,v(H2)=0.05mol/(L·min)
B.5min时该反应的K值一定小于12min时的K值
C.10min时,改变的外界条件可能是减小压强
D.5min时该反应的v(正)大于11min时的v(逆)
解析 根据题图可知,前5min内H2O的浓度由1.00mol/L减小为0.50mol/L,根据v=Δc/Δt=(1mol/L-0.5mol/L)/5min=0.1mol/(L·min),由化学计量数之比等于反应速率之比,则v(H2)=0.1mol/(L·min),A项错误;由图可知,10min时H2O的浓度继续减小,反应向正反应方向移动,该反应正反应是吸热反应,所以是升高温度,所以5min时该反应的K值一定小于12min时的K值,B项正确,C项错误;根据B的判断,11min时的温度高于5min时,根据温度越高反应速率越快,所以5min时该反应的v(正)小于11min时的v(逆),D项错误。
答案 B
9.在一密闭容器中充入1molH2和1molI2,压强为p(Pa),并在一定温度下使其发生反应:
H2(g)+I2(g)
2HI(g) ΔH<0,下列说法正确的是( )
A.保持容器容积不变,向其中加入1molH2(g),反应速率一定加快
B.保持容器容积不变,向其中加入1molN2(N2不参加反应),反应速率一定加快
C.保持容器内气体压强不变,向其中加入1molN2(N2不参加反应),反应速率一定加快
D.保持容器内气体压强不变,向其中加入1molH2(g)和1molI2(g),再次平衡时反应速率一定加快
解析 增加反应物的浓度,反应速率加快,A项正确;加入氮气,因为容器体积不变,反应体系中各气体的浓度不变,故反应速率不变,B项错误;保持压强不变,加入氮气,容器体积增大,反应体系中各气体的浓度减小,反应速率减小,C项错误;保持压强不变,再次充入1molH2(g)和1molI2(g),则容器容积增大为原来的2倍,再次平衡反应体系中各气体的浓度不变,反应速率不变,D项错误。
答案 A
10.向密闭容器中充入物质的量浓度均为0.1mol·L-1的CH4和CO2,在一定条件下发生反应CH4(g)+CO2(g)
2CO(g)+2H2(g),测得CH4的平衡转化率与温度及压强的关系如图所示。
下列说法不正确的是( )
A.平衡时CO与H2的物质的量之比为1∶1
B.p1、p2、p3、p4由大到小的顺序为p1C.1100℃,p4条件下,该反应10min时达到平衡点X,则v(CO2)=0.008mol·
L-1·min-1
D.随着温度升高,该反应的平衡常数减小
解析 由于从正反应开始,整个过程中,CO与H2的物质的量之比均符合1∶1,A项正确;当温度不变时,增大压强,平衡左移,CH4的转化率减小,所以p4>p3>p2>p1,B项正确;v(CO2)=
=0.008mol·L-1·min-1,C项正确;升温,CH4的转化率增大,正反应为吸热反应,K应增大,D项错误。
答案 D
二、不定项选择题
11.硫化氢分解制取氢气和硫磺的反应原理为2H2S(g)
S2(g)+2H2(g),在2.0L恒容密闭容器中充入0.1molH2S,不同温度下测得H2S的转化率与时间的关系如下图所示。
下列说法正确的是( )
A.正反应为放热反应
B.图中P点:
v(正)>v(逆)
C.950℃时,0~1.25s生成H2的平均反应速率为0.016mol·L-1·s-1
D.950℃时,该反应的平衡常数的值小于3.125×10-4
解析 据题图知,温度越高,硫化氢的平衡转化率也越高,说明正反应为吸热反应,A项错误;P点反应仍在正向进行,还没有达到平衡,即v(正)>v(逆),B项正确;据图得950℃时,0~1.25s生成H2的平均反应速率为
=0.008mol·L-1·s-1,C项错误;据P点数据计算出该点的浓度熵为3.125×10-4,由于反应将继续正向进行达到平衡,则950℃时,该反应的平衡常数的值大于3.125×10-4,D项错误。
答案 B
12.(2017·江苏通扬泰淮三模)下列图示与对应的叙述符合的是( )
A.图甲实线、虚线分别表示某可逆反应未使用催化剂和使用催化剂的正、逆反应速率随时间的变化
B.图乙表示反应2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g) ΔH<0的平衡常数K与温度和压强的关系
C.图丙表示向0.1mol/L的NH4Cl溶液中滴加0.1mol/L的HCl溶液时,溶液中
随HCl溶液体积变化关系
D.图丁表示常温下向20mLpH=3的醋酸中滴加pH=11的NaOH溶液,溶液的pH随NaOH溶液体积的变化关系
解析 A项,加入催化剂,正、逆反应的速率均会加快,且达到平衡的时间会缩短,错误;B项,平衡常数K仅与温度有关,而图乙中,相同温度、不同压强时,K不相同,错误;C项,NH
水解:
NH
+H2O
NH3·H2O+H+,水解平衡常数K=[c(NH3·H2O)·c(H+)]/c(NH
),在NH4Cl中加入HCl,c(NH3·H2O)减小,而K不变,所以c(H+)/c(NH
)增大,正确;D项,当加入NaOH为20mL时,醋酸是过量的,溶液显酸性,a<7,错误。
答案 C
13.反应MoS2(s)+2Na2CO3(s)+4H2(g)
Mo(s)+2CO(g)+4H2O(g)+2Na2S(s)