届高三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.docx

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届高三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

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2L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0～10min内该反应的平均速率v（H2）＝0.045mol·L－1·min－1，从11min起其他条件不变，压缩容器的体积为1L，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

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·mol−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（　　）

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）＝0.08mol·L－1·min－1

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·mol−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（）

1．用CO合成甲醇（CH3OH）的化学方程式为CO（g）+2H2（g）

CH3OH（g）　ΔH<0，按照相同的物质的量投料，测得CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图所示。

下列说法正确的是（）

A．温度：

T1>T2>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：

（a）<

（c），

（b）>

（d）

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

3．某温度时，在体积为2L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

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）=0.045mol/（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T1

5．德国化学家哈伯从1902年开始研究由氮气和氢气直接合成氨，反应原理为N2（g）＋3H2（g）

2NH3（g）ΔH＝－92.4kJ·mol−1。

（1）在恒温恒容条件下，向反应平衡体系中充入氮气，达到新平衡时，c（H2）将________（填“增大”“减小”“不变”或“无法判断”，下同），c（N2）·c3（H2）将________。

（2）工业上可用CH4与水蒸气制氢气：

CH4（g）＋H2O（g）

CO（g）＋3H2（g）。

在200℃时2L的密闭容器中，将1molCH4和1molH2O（g）混合，达到平衡时CH4的转化率为80%。

则200℃时该反应的平衡常数K＝______（保留一位小数）。

（3）如图为合成氨反应在不同温度和压强、使用相同催化剂条件下，初始时氮气、氢气的体积比为1∶3时，平衡混合物中氨的体积分数。

若分别用vA（NH3）和vB（NH3）表示从反应开始至达平衡状态A、B时的化学反应速率，则vA（NH3）________（填“>”“<”或“＝”）vB（NH3）。

6．

（1）在密闭容器中充入2molCH4（g）和1molO2（g），在不同条件下反应：

2CH4（g）+O2（g）

2CH3OH（g）。

实验测得平衡时甲醇的物质的量随温度、压强的变化如图所示。

①P1时升高温度，n（CH3OH）_______________（填“增大”、“减小”或“不变”）；

②E、F、N点对应的化学反应速率由大到小的顺序为____________（用V（E）、V（F）、V（N）表示）；

③下列能提高CH4平衡转化率的措施是_______________（填序号）

a.选择高效催化剂b.增大

投料比c.及时分离产物

④若F点n（CH3OH）=1mol，总压强为2.5MPa，则T0时F点用分压强代替浓度表示的平衡常数Kp=_____________________；

（2）使用新型催化剂进行反应2CH4（g）+O2（g）

2CH3OH（g）。

随温度升高CH3OH的产率如图所示。

①CH3OH的产率在T1至T2时很快增大的原因是______________；

②T2后CH3OH产率降低的原因可能是__________________。

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[

]、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2molCO和2molH2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＝________。

参考答案

一、化学反应速率和化学平衡图像

典例1．【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0～10min时，v（H2）＝3v（N2）＝3×

＝0.045mol·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。

典例2．【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。

典例3．【答案】B

【解析】根据图像可知，反应进行到5min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2.0mol/L－1.6mol/L＝0.4mol/L；Z的浓度增加了0.4mol/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；10min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，10min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）＝

＝0.08mol·L－1·min－1，D正确。

典例4．【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.【答案】C

【解析】A.化学方程式为CO（g）+2H2（g）

CH3OH（g）　ΔH<0可知，该反应为放热反应，温度越低，CO的转化率越大，则T1＜T2＜T3，故A错误；B.由图像可知，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，温度越低，CO的转化率越大，所以温度T1＜T3，温度越高，反应速率越快，则v（a）＜v（c），b、d两点温度相同，压强越大，反应速率越大，b点大于d点压强，则v（b）>v（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.【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0.12mol·L-1×10L=1.2mol，即放出的热量为1.2mol×43kJ·mol-1=51.6kJ，故D正确。

3.【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.【答案】D

【解析】A.体系的自由能ΔG=ΔH-TΔS，根据图示可知，该反应为放热反应，ΔH<0，由于该反应的正反应是气体体积减小的反应，所以ΔS<0。

当温度较低时，ΔG=ΔH-TΔS<0，

反应能够自发进行；当温度较高时，TΔS>ΔH，即ΔG>0，反应不能自发进行，A正确；B.10min内该反应的平均速率v（A2）=Δc/Δt=

mol/（L·min），根据方程式可知v（B2）=3v（A2）=0.045mol/（L·min），B正确；C.11min时，其他条件不变，压缩容器容积至1L，由于物质的浓度增大，化学平衡正向移动，不断消耗A2，所以n（A2）的物质的量会进一步减少，n（A2）变化趋势如图2中曲线d所示，C正确；D.在温度不变时，增大某种反应物的浓度，化学平衡正向移动，可以使其它反应物的转化率提高，故当T1

5.【答案】

（1）减小　增大　

（2）69.1　

（3）<

【解析】

（1）恒温恒容条件下，向反应平衡体系中充入氮气，平衡将向正反应方向移动，故达到新平衡时，c（H2）减小。

温度不变，平衡常数K＝

不变，达到新平衡后，c（NH3）增大，K不变，故c（N2）·c3（H2）也会增大。

（2）根据三段式法进行计算：

CH4（g）＋H2O（g）

CO（g）＋3H2（g）

起始（mol·L−1）0.5　　0.50　　0

转化（mol·L−1）0.5×80%0.5×80%0.5×80%0.5×80%×3

平衡（mol·L−1）0.1　　　0.10.4　　1.2

则平衡常数K＝

＝

≈69.1。

（3）由题图可知，B所处的温度和压强均大于A，故vA（NH3）

6.【答案】

（1）减小V（N）>V（F）>V（E）c2MPa-l

（2）温度升高反应速率加快，且在此温度下催化剂活性增强

该反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，CH3OH产率降低

【解析】

（1）①根据图象可知：

在压强不变时，升高温度，平衡时甲醇的物质的量减小；②对于反应2CH4（g）+O2（g）

2CH3OH（g），升高温度，甲醇的平衡物质的量减小，说明升高温度，平衡逆向移动，逆反应为吸热反应，则该反应的正反应为放热反应；在温度为T0时，F点甲醇的物质的量大于E点，说明平衡正向移动，由于该反应的正反应为气体体积减小的反应，增大压强，平衡正向移动，甲醇物质的量增大，所以压强p1>p2，反应速率V（F）>V（E）；

F、N两点压强相同，由于温度N>F，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

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）mol210

n（变化）mol10.51

n（开始）mol10.51

n（总）=1mol+0.5mol+1mol=2.5mol，平衡分压：

Kp（CH4）=

=1Mpa；Kp（O2）=

=0.5Mpa；Kp（CH3OH）=

=1Mpa，所以该反应用平衡分压表示的化学平衡常数Kp=

=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.【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1mol，H2的起始物质的量为x1mol，当CO变化0.6mol时，H2变化1.2mol，则有

×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）＝

mol·L−1，c（CO）＝

mol·L−1，c（H2）＝

mol·L−1，然后列式计算K＝

＝4.5。