2020届高考化学 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）

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dC．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：T1T2，K1K22．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一．化学反应速率和化学平衡图像容器中进行反应，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＝1B．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－14．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(T2T1)、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)ΔH0，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（）二．对点增分集训A．温度：T1T2T3B．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：𝑀𝑀(a)𝑀(c)，𝑀(b)𝑀(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＜0B．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T1T2，b点对应状态下A2的转化率最高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n(CH4)n(O2)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[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)＝3×0.6mol－0.3mol2L×10min＝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T1T2，温度升高，平衡逆向移动，则K1K2，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)＝0.4mol·L－15min＝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)ΔH0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，ΔH0，由于该反应的正反应是气体体积减小的反应，所以ΔS0。当温度较低时，ΔG=ΔH-TΔS0，反应能够自发进行；当温度较高时，TΔSΔH，即ΔG0，反应不能自发进行，A正确；B.10min内该反应的平均