新教材2022届新高考化学人教版一轮学案：微专题·大素养 13 化学平衡原理中的图像分析题

这是一份新教材2022届新高考化学人教版一轮学案：微专题·大素养 13 化学平衡原理中的图像分析题，共24页。学案主要包含了素养专练，方法总结等内容，欢迎下载使用。

化学平衡原理中的图像分析题
（基础图像的类型）
类型1 速率－时间图像
（1）“渐变”类v－t图像
（2）“断点”类v－t图像
①速率－时间图像“断点”分析
当可逆反应达到平衡后，若某一时刻外界条件发生改变，都可能使速率—时间图像的曲线出现不连续的情况，即出现“断点”。根据“断点”前后的速率大小，即可对外界条件的变化情况作出判断。如图，t1时刻改变的条件可能是使用了催化剂或增大压强（仅适用于反应前后气体物质的量不变的反应）。
②常见含“断点”的速率变化图像分析
类型2 变量（浓度、转化率、含量）—温度（压强）
—时间图像（C%指产物的质量分数，B%指某反应物的质量分数）
类型3 恒压（或恒温）线
（α表示反应物的转化率，c表示反应物的平衡浓度）
图①，若p1>p2>p3，则正反应为气体体积减小的反应，ΔH<0；
图②，若T1 >T2，则正反应为放热反应。
（特殊图像的类型）
1．对于化学反应mA（g）＋nB（g）⇌p（C）＋qD（g），M点前，表示从反应物开始，v正>v逆；M点为刚达到平衡点（如下图）；M点后为平衡受温度的影响情况，即升温，A的百分含量增加或C的百分含量减少，平衡左移，故正反应ΔH<0。
2．对于化学反应mA（g）＋nB（g）⇌pC（g）＋qD（g），L线上所有的点都是平衡点（如下图）。L线的左上方（E点），E点A的百分含量大于此压强时平衡体系的A的百分含量，所以，E点v正>v逆；则L线的右下方（F点），v正3.
曲线的意义是外界条件（如温度、压强等）对正、逆反应速率影响的变化趋势及变化幅度。图中交点A是平衡状态，压强增大，正反应速率增大得快，平衡正向移动。
【素养专练】
一、基础图像题
1．可逆反应2X（g）＋Y（s）⇌2Z（g）在t1时刻达到平衡状态。当增大平衡体系压强（减小容器体积）时，下列有关正、逆反应速率（v）随时间变化的图像正确的是（ ）
2．某密闭容器中充入等物质的量的A和B，一定温度下发生反应A（g）＋xB（g）⇌2C（g），达到平衡后，在不同的时间段内反应物的浓度随时间的变化如图甲所示，正逆反应速率随时间的变化如图乙所示，下列说法中正确的是（ ）
A.30～40 min间该反应使用了催化剂
B．化学方程式中的x＝1，正反应为吸热反应
C．30 min时降低温度，40 min时升高温度
D．前8 min A的平均反应速率为0.08 ml·L－1·min－1
3．利用I2O5可消除CO污染，其反应为：I2O5（s）＋5CO（g）⇌5CO2（g）＋I2（s）；不同温度下，向装有足量I2O5固体的2 L恒容密闭容器中通入2 ml CO，测得CO2气体体积分数φ（CO2）随时间t变化曲线如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．b点时，CO的转化率为20%
B．容器内的压强保持恒定，表明反应达到平衡状态
C．b点和d点的化学平衡常数：Kb>Kd
D．0到0.5 min反应速率v（CO）＝0.3 ml·L－1·min－1
4．在2 L密闭容器中发生反应xA（g）＋yB（g）⇌zC（g）。图甲表示200 ℃时容器中A、B、C物质的量随时间的变化关系，图乙表示不同温度下平衡时C的体积分数随起始n（A）∶n（B）的变化关系。则下列结论正确的是（ ）
A．200 ℃时，反应从开始到平衡的平均速率v（B）＝0.04 ml·L－1·min－1
B．200 ℃时，该反应的平衡常数为25
C．当外界条件由200 ℃降到100 ℃时，原平衡一定被破坏，且正、逆反应速率均增大
D．由图乙可知，反应xA（g）＋yB（g）⇌zC（g）的ΔH<0，且a＝2
5．CO和H2在一定条件下合成甲醇的反应为：CO（g）＋2H2（g）⇌CH3OH（g） ΔH。现在容积均为1 L的a、b、c、d、e五个密闭容器中分别充入1 ml CO和2 ml H2的混合气体，控温，进行实验，测得相关数据如下图1和图2。下列叙述不正确的是（ ）
A.该反应的ΔH<0
B．在500℃条件下达平衡时CO的转化率为60%
C．平衡常数K1（300℃）D．图2中达化学平衡的点为c、d、e
二、新型图像题
6．一定量的CO2与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应：C（s）＋CO2（g）⇌2CO（g），平衡时，体系中气体体积分数与温度的关系如图所示。
已知：气体分压（p分）＝气体总压（p总）×体积分数。下列说法正确的是（ ）
A．550 ℃时，若充入惰性气体，v正、v逆均减小，平衡不移动
B．650 ℃时，反应达平衡后CO2的转化率为25.0%
C．T ℃时，若充入等体积的CO2和CO，平衡向逆反应方向移动
D．925 ℃时，用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp＝24.0p总
7．已知反应：CO（g）＋3H2（g）⇌CH4（g）＋H2O（g）。起始以物质的量之比为1∶1充入反应物，不同压强条件下，H2的平衡转化率随温度的变化情况如图所示（M、N点标记为▲）。下列有关说法正确的是（ ）
A.上述反应的ΔH<0
B．N点时的反应速率一定比M点的快
C．降低温度，H2的转化率可达到100%
D．工业上用此法制取甲烷应采用更高的压强
8．（双选）在恒压、NO和O2的起始浓度一定的条件下，催化反应相同时间，测得不同温度下NO转化为NO2的转化率如图中实线所示（图中虚线表示相同条件下NO的平衡转化率随温度的变化）。下列说法正确的是（ ）
A.反应2NO（g）＋O2（g）⇌2NO2（g）的ΔH>0
B．图中X点所示条件下，延长反应时间能提高NO转化率
C．图中Y点所示条件下，增加O2的浓度不能提高NO转化率
D.380 ℃下，c起始（O2）＝5.0×10－4 ml·L－1，NO平衡转化率为50%，则平衡常数K>2 000
9．以二氧化碳和氢气为原料制取乙醇的反应为2CO2（g）＋6H2（g）⇌CH3CH2OH（g）＋3H2O（g）。某压强下的密闭容器中，按CO2和H2的物质的量比为1∶3投料，不同温度下平衡体系中各物质的物质的量百分数（y%）随温度变化如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．a点的平衡常数小于b点
B．b点，v正（CO2）＝v逆（H2O）
C．a点，H2和H2O的物质的量相等
D．其他条件恒定，充入更多H2，v（CO2）不变
10．已知：在700 ℃的恒温、恒容密闭容器中发生反应3CH4（g）＋2N2（g）⇌3C（s）＋4NH3（g），若CH4与N2在不同投料比n(CH4)n(N2)时CH4的平衡转化率如图所示，下列说法正确的是（ ）
A.n（CH4）/n（N2）越大，CH4的转化率越高
B．a点对应的平衡常数比c点的大
C．b点对应的NH3的体积分数为26%
D．不改变投料比，增加n（N2）时，NH3体积分数增大
11．一定条件下合成乙烯：6H2（g）＋2CO2（g） eq \(,\s\up14(催化剂)) CH2===CH2（g）＋4H2O（g）；已知温度对CO2的平衡转化率和催化剂催化效率的影响如图，下列说法不正确的是（ ）
A．生成乙烯的速率：v（M）有可能小于v（N）
B．平衡常数：KM>KN
C．当温度高于250 ℃，升高温度，平衡向逆反应方向移动，从而使催化剂的催化效率降低
D．若投料比n（H2）∶n（CO2）＝3∶1，则图中M点时，乙烯的体积分数为7.7%
12．顺­1，2­二甲基环丙烷和反­1，2­二甲基环丙烷可发生如下转化：
该反应的速率方程可表示为：v（正）＝k（正）·c（顺）和v（逆）＝k（逆）·c（反），k（正）和k（逆）在一定温度时为常数，分别称作正、逆反应速率常数。回答下列问题：
（1）已知：T1温度下，k（正）＝0.006 s－1，k（逆）＝0.002 s－1，该温度下反应的平衡常数值K1＝ ；该反应的活化能Ea（正）小于Ea（逆），则ΔH 0（填“小于”“等于”或“大于”）。
（2）T2温度下，图中能表示顺式异构体的质量分数随时间变化的曲线是 （填曲线编号），平衡常数值K2＝ ；温度T1 T2（填“小于”“等于”或“大于”），判断理由是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
13．研究发现利用NH3可消除硝酸工业尾气中的NO污染。NH3与NO的物质的量之比分别为1∶3、3∶1、4∶1时，NO脱除率随温度变化的曲线如图所示。
（1）曲线a中，NO的起始浓度为6×10－4mg·m－3，从A点到B点经过0.8 s，该时间段内NO的脱除速率为 mg·m－3·s－1。
（2）曲线b对应的NH3与NO的物质的量之比是 ，其理由是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
14．（1）目前，科学家正在研究一种以乙烯作为还原剂的脱硝（NO）原理，其脱硝机理示意图如图1，脱硝率与温度、负载率（分子筛中催化剂的质量分数）的关系如图2所示。
①写出该脱硝原理总反应的化学方程式：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②为达到最佳脱硝效果，应采取的条件是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（2）汽车使用乙醇汽油并不能减少NOx的排放，这使NOx的有效消除成为环保领域的重要课题。某研究小组在实验室以Ag­ZSM­5为催化剂，测得NO转化为N2的转化率随温度变化情况如图3所示。
若不使用CO，温度超过775 K，发现NO的分解率降低，其可能的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
在n（NO）/n（CO）＝1的条件下，应控制的最佳温度在 左右。
【方法总结】
解答平衡图像题“三步曲”
eq \x(温馨提示：请完成课时作业23)
微专题·大素养⑭
【素养专练】
1．解析：此可逆反应是反应前后气体的分子数不变的反应，达到平衡状态后，增大平衡体系的压强，正、逆反速率仍相等，但由于压强增大，所以反应速率都增大；综上，本题选C。
答案：C
2．解析：A项，若使用催化剂，则化学反应速率加快，故错误；由甲图像可知，A、B的浓度变化相同，故A、B的化学计量数相同，都为1；由乙图像可知，30 min时改变的条件为减小压强，40 min时改变的条件为升高温度，且升高温度平衡向逆反应方向移动，则正反应为放热反应。前8 min A的平均反应速率为(2.00－1.36)ml·L－10.8min＝0.08 ml·L－1·min－1。
答案：D
3．解析：5CO(g)＋I2O5(s)5CO2(g)＋I2(s)
起始量/ml 2 0
转化量/ml y y
b点量/ml 2－y y
根据b点时CO2的体积分数φ(CO2)＝y/2＝0.80，得y＝1.6 ml，CO的转化率为1.6 ml2 ml×100%＝80%，A错误；由于该反应前后气体的物质的量不变，所以容器内压强恒定，不能作为平衡状态的标志，B错误；由于反应温度不同，且b点比d点时生成物CO2的体积分数大，说明进行的程度大，则化学平衡常数：Kb>Kd，C正确；
0到0.5 min时，
5CO(g)＋I2O5(s)5CO2(g)＋I2(s)
起始量/ml 2 0
转化量/ml x x
a点量/ml 2－x x
根据a点时CO2的体积分数φ(CO2)＝x/2＝0.30，得x＝0.6 ml，则从0到0.5 min时的反应速率为：v(CO)＝0.6mL2 L×0.5 min＝0.6 ml·L－1·min－1，D错误。
答案：C
4．解析：根据图甲知，v(B)＝eq \f(0.4 ml－0.2 ml,2 L×5 min)＝0.02 ml·L－1·min－1，A项错误；由图甲可知，在该反应中，0～5 min，A、B、C的物质的量的变化量之比Δn(A):Δn(B):Δn(C)＝0.4:0.2:0.2＝2:1:1，所以，A、B、C的化学计量数之比x:y:z＝2:1:1，故x＝2、y＝1、z＝1，平衡常数K＝eq \f(cC,c2A·cB)＝eq \f(0.1,0.22×0.1)＝25，B项正确；由图乙可以看出，当投料比相同时，降低温度，平衡时C的体积分数减小，说明平衡逆向移动，但降低温度会使正、逆反应速率都减小，C项错误；根据图乙可知，该可逆反应的正反应是吸热反应，即ΔH>0，按化学计量数之比投料时，相同条件下原料转化率最大，产物的体积分数最大，故a＝2，D项错误。
答案：B
5．解析：根据图1，随着温度升高，甲醇的物质的量减小，根据勒夏特列原理，该反应为放热反应，根据图2，当反应达到平衡时，甲醇的物质的量最大，依据化学平衡移动的定义，推出c、d、e达到平衡。A.根据图1,300℃时，甲醇物质的量为0.8 ml,500℃时甲醇物质的量为0.6 ml，升高温度，向逆反应方向移动，根据勒夏特列原理，该反应为放热反应，即ΔH<0，故A说法正确；B.500 ℃时甲醇的物质的量为0.6 ml，则消耗CO的物质的量为0.6 ml，即CO的转化率为0.6 ml/1 ml×100%＝60%，故B说法正确；C.化学平衡常数只受温度的影响，该反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向进行，即化学平衡常数减小，即K1(300 ℃)>K2(500 ℃)，故C说法错误；D.a到c反应向正反应方向进行，还没有达到平衡，当达到平衡时，甲醇的物质的量最多，即c、d、e为化学平衡点，故D说法正确。
答案：C
6．解析：550℃时，若充入惰性气体，v正、v逆均减小，由于保持了压强不变，相当于扩大了体积，平衡正向移动，A项错误。根据图示可知，在650℃时，CO的体积分数为40.0%，根据反应方程式：C(s)＋CO2(g)2CO(g)，设开始加入1 ml CO2，反应掉了x ml CO2，则有
C(s)＋CO2(g)2CO(g)
始态/ml 1 0
变化/ml x 2x
平衡/ml 1－x 2x
因此有eq \f(2x,1－x＋2x)×100%＝40.0%，解得x＝0.25，则CO2的平衡转化率为eq \f(0.25 ml,1 ml)×100%＝25.0%，B项正确。由题图可知，T ℃时，CO与CO2的体积分数相等，在等压下充入等体积的CO和CO2，对原平衡无影响，平衡不移动，C项错误。925 ℃时，CO的体积分数为96.0%，故Kp＝eq \f(p2CO,pCO2)＝eq \f(96.0%p总2,4.0%p总)＝23.04p总，D项错误。
答案：B
7．解析：根据图像，随着温度的升高，H2的转化率降低，说明平衡向逆反应方向移动，根据勒夏特列原理，正反应为放热反应，ΔH<0，A项正确；N点压强大于M点的，M点温度高于N点的，因此无法确定两点的反应速率快慢，B项错误；此反应是可逆反应，不能完全进行到底，C项错误；控制合适的温度和压强，既能保证反应速率较快，也能保证H2有较高的转化率，采用更高的压强对设备的要求更高，增加经济成本，D项错误。
答案：A
8．解析：从虚线可知，随温度升高NO平衡转化率逐渐降低，说明平衡逆向移动，则NO与O2生成NO2的反应为放热反应，ΔH<0，A项错误；图像中实线的最高点为恰好平衡点，X点未达到平衡，延长时间反应继续向右进行，NO转化率增大，B项正确；Y点为平衡点，增大O2浓度，平衡正向移动，可以提高NO转化率，C项错误；该反应的平衡常数表达式为K＝eq \f(c2NO2,c2NO·cO2)，因该温度下NO转化率为50%，则K＝eq \f(1,c平衡O2)>eq \f(1,c起始O2)＝2 000，D项正确。
答案：BD
9．解析：从图像可知，温度越高氢气的含量越高，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，平衡常数越小，故平衡常数：a>b，A错误；b点只能说明该温度下，CO2和H2O的浓度相等，不能说明v正(CO2)＝v逆(H2O)，B错误；从图像可知，a点H2和H2O的物质的量百分数相等，故物质的量相等，C正确；其他条件恒定，充入更多H2，反应物浓度增大，正反应速率增大，v(CO2)也增大，D错误。
答案：C
10．解析：由图像看出，CH4的转化率随eq \f(nCH4,nN2)的增大而降低，A错误；a、b两点的温度相同，平衡常数只与温度有关，则平衡常数不变，B错误；b点甲烷转化率为22%，eq \f(nCH4,nN2)＝0.75，则设甲烷为3 ml，氮气为4 ml，
3CH4(g)＋2N2(g)3C(s)＋4NH3(g) ΔH>0
开始/ml 3 4 0
转化/ml 0.66 0.44 0.88
平衡/ml 2.34 3.56 0.88
则NH3的体积分数约为eq \f(0.88,2.34＋3.56＋0.88)×100%＝13%，C错误；不改变投料比，增加n(N2)时，必然增加甲烷，平衡正向移动，氨气体积分数增加，D正确。
答案：D
11．解析：升温，CO2的平衡转化率减小，平衡左移，正反应为放热反应，所以KM>KN，B正确；A项，N点虽然催化剂的催化效率低于M点，但温度高，所以有可能v(N)>v(M)，正确；C项，催化剂的催化效率降低，是由于温度升高，催化剂的活性降低造成的，不是平衡移动造成的，错误；D项，M点CO2的平衡转化率为50%，此时，乙烯的体积分数为
。
答案：C
12．解析：(1)根据v(正)＝k(正)·c(顺)＝0.006 s－1×c(顺)和v(逆)＝k(逆)·c(反)＝0.002 s－1×c(反)，反应达到平衡时v(正)＝v(逆)，即0.006 s－1×c(顺)＝0.002 s－1×c(反), 则该温度下反应的平衡常数值K1＝c(反)c(顺)＝0.006S-10.002s-1＝3；该反应的活化能Ea(正)小于Ea(逆)，则ΔH＝E1(正反应活化能)－E2(逆反应活化能)＝Ea(正)－Ea(逆)<0。
(2)随反应的进行，顺­1,2­二甲基环丙烷的质量分数不断减少，且反应速率减慢，则顺式异构体的质量分数随时间变化的曲线是B；根据顺­1,2­二甲基环丙烷和反­1,2­二甲基环丙烷反应可知，T2温度下，平衡时顺­1,2­二甲基环丙烷的质量分数是30%，则反­1,2­二甲基环丙烷的质量分数是70%，因二者的摩尔质量相同，即反应平衡时顺­1,2­二甲基环丙烷的物质的量分数是30%，则反­1,2­二甲基环丙烷的物质的量分数是70%，代入平衡常数的表达式K2＝c(反)c(顺)＝0.70.3＝73；因K1大于K2，此反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，得T2大于T1。
答案：(1)3 小于
(2)B 73 小于 放热反应升高温度时平衡向逆反应方向移动
13．答案：(1)从A点到B点的浓度变化为(0.75－0.55)×6×10－4mg·m－3＝1.2×10－4 mg·m－3，脱除速率为eq \f(1.2×10－4 mg·m－3,0.8 s)＝1.5×10－4 mg·m－3·s－1
(2)3:1 根据勒夏特列原理，NH3与NO的物质的量之比越大，NH3的量越多，促使平衡向正反应方向移动，NO的脱除率越大，再根据图像，可推得曲线b对应的NH3与NO的物质的量之比为3:1
14．答案：(1)①6NO＋3O2＋2C2H4eq \(=====,\s\up14(催化剂))3N2＋4CO2＋4H2O ②350 ℃、负载率3.0%
(2)NO分解反应是放热反应，升高温度不利于分解反应进行 870 K
图像
分析
结论
t1时v′正突然增大，v′逆逐渐增大；v′正>v′逆，平衡向正反应方向移动
t1时其他条件不变，增大反应物的浓度
t1时v′正突然减小，v′逆逐渐减小；v′逆>v′正，平衡向逆反应方向移动
t1时其他条件不变，减小反应物的浓度
t1时v′逆突然增大，v′正逐渐增大；v′逆>v′正，平衡向逆反应方向移动
t1时其他条件不变，增大生成物的浓度
t1时v′逆突然减小，v′正逐渐减小；v′正>v′逆，平衡向正反应方向移动
t1时其他条件不变，减小生成物的浓度
图像
t1时刻所改变的条件
温度
升高
降低
升高
降低
适合正反应为放热的反应
适合正反应为吸热的反应
压强
增大
减小
增大
减小
适合正反应为气体物质的量增大的反应
适合正反应为气体物质的量减小的反应