人教版高三一轮复习讲练测试题及答案第十一章　第44讲　化学反应速率和化学平衡常规图像

这是一份人教版高三一轮复习讲练测试题及答案第十一章　第44讲　化学反应速率和化学平衡常规图像，共50页。
类型一 速率—时间图像
1.含“断点”的速率—时间图像
(1)
(2)
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.“渐变”类速率—时间图像
1.[2025·重庆，17(3)]利用弛豫法可研究快速反应的速率常数(k，在一定温度下为常数)，其原理是通过微扰(如瞬时升温)使化学平衡发生偏离，观测体系微扰后从不平衡态趋向新平衡态所需的弛豫时间(τ)，从而获得k的信息。对于H2OH++OH-，若将纯水瞬时升温到25 ℃，测得τ=4.0×10-5s。
已知：25 ℃时，c(H2O)=55.6 ml·L-1，v(正)=k1c(H2O)，v(逆)=k2c(H+)c(OH-)，τ=1k1+2k2xc(xc为H+的平衡浓度)。
下列能正确表示瞬时升温后反应建立新平衡的过程示意图为 。
答案 D
解析 瞬时升温后，正、逆反应速率突变增大，平衡正向移动，但水的浓度是恒定的，正反应速率不再变化，逆反应速率逐渐增大，所以建立新平衡的过程示意图为D。
2.在一密闭容器中发生反应：N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔHv逆；M点恰好达到平衡；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ΔH0。一定压力下，按CO2、H2物质的量之比n(CO2)∶n(H2)=1∶1投料，T1、T2温度时反应物摩尔分数随时间变化关系如图所示。已知该反应的速率方程为v=kc0.5(H2)c(CO2)，T1、T2温度时反应速率常数k分别为k1、k2。下列说法正确的是( )
A.k1k2，A项错误；反应的速率方程为v=kc0.5(H2)c(CO2)，则v(T1)v(T2)=k1c10.5(H2)c1(CO2)k2c20.5(H2)c2(CO2)，T1温度下达到平衡时反应物的摩尔分数低于T2温度下平衡时，c10.5(H2)c1(CO2)c20.5(H2)c2(CO2)T2，A正确；T1温度下达到平衡时CO2的浓度为0.25 ml·L-1，即CO2的浓度改变量为0.40 ml·L-1-0.25 ml·L-1=0.15 ml·L-1，则T1温度下反应达到平衡时c(CH3OH)=0.15 ml·L-1，B正确；在温度均为T1时，使用催化剂1达到平衡所需要的时间比使用催化剂2更长，即使用催化剂1时的反应速率比使用催化剂2的更慢，说明使用催化剂1的反应活化能比使用催化剂2的大，C正确；催化剂2和催化剂3达到平衡所需要的时间相同，但温度不同，反应速率不同，说明使用催化剂2和使用催化剂3的反应历程不相同，D错误。
3.(2024·黑吉辽，10)异山梨醇是一种由生物质制备的高附加值化学品，150 ℃时其制备过程及相关物质浓度随时间变化如图所示，15 h后异山梨醇浓度不再变化。下列说法错误的是( )
A.3 h时，反应②正、逆反应速率相等
B.该温度下的平衡常数：①>②
C.0~3 h平均速率(异山梨醇)=0.014 ml·kg-1·h-1
D.反应②加入催化剂不改变其平衡转化率
答案 A
解析 由图可知，3 h后异山梨醇浓度继续增大，所以3 h时，反应②未达到平衡状态，即正、逆反应速率不相等，故A错误；图像显示该温度下，15 h后所有物质浓度都不再变化，且此时山梨醇转化完全，即反应充分，而1，4⁃失水山梨醇仍有剩余，即反应②正向进行程度小于反应①，所以该温度下的平衡常数：①>②，故B正确；在0~3 h内异山梨醇的浓度变化量为0.042 ml·kg-1，所以平均速率(异山梨醇)=0.042ml·kg−13 h=0.014 ml·kg-1·h-1，故C正确；催化剂只能改变化学反应速率，不能改变物质平衡转化率，故D正确。
类型三 恒温(恒压)线
[技法解读]
解答时应用“定一议二”原则，即把自变量(温度、压强)之一设为恒量，讨论另外两个变量的关系。
(1)通过分析相同温度、不同压强时反应物A的转化率大小来判断平衡移动的方向，从而确定反应方程式中反应物与产物气体物质间的化学计量数的大小关系。
(2)通过分析相同压强、不同温度时反应物A的转化率的大小来判断平衡移动的方向，从而确定反应的热效应。
1.(2025·山东，10)在恒容密闭容器中，Na2SiF6(s)热解反应所得固相产物和气相产物均为含氟化合物。平衡体系中各组分物质的量随温度的变化关系(实线部分)如图所示。已知：T2温度时，Na2SiF6(s)完全分解；体系中气相产物在T1、T3温度时的分压分别为p1、p3。下列说法错误的是( )
A.a线所示物种为固相产物
B.T1温度时，向容器中通入N2，气相产物分压仍为p1
C.p3小于T3温度时热解反应的平衡常数Kp
D.T1温度时，向容器中加入b线所示物种，重新达平衡时逆反应速率增大
答案 D
解析 Na2SiF6(s)受热分解生成NaF和SiF4两种氟化物，NaF为离子晶体，SiF4为分子晶体，熔点：NaF>SiF4，因此NaF为固相产物，SiF4为气相产物，则热解反应的化学方程式为Na2SiF6(s)2NaF(s)+SiF4(g)，根据曲线的变化趋势及变化比例，结合方程式可判断曲线a、b、c分别为NaF(s)、SiF4(g)、Na2SiF6(s)，A正确；N2不与体系中任何物质反应，由于容器恒容，因此SiF4的分压不变，仍为p1，B正确；该反应的平衡常数Kp=p(SiF4)，由题图可知，温度越高，Na2SiF6分解程度越大，平衡时p(SiF4)越大，即Kp越大，由于T2温度下Na2SiF6已完全分解，因此升温至T3时，无法释放更多的SiF4，故p3小于T3温度时热解反应的平衡常数Kp，C正确；T1温度时，加入SiF4的瞬间，其分压增大，平衡逆向移动，由Kp=p(SiF4)知，重新平衡后SiF4的分压仍为p1，即SiF4的浓度不变，故逆反应速率不变，D错误。
2.[2025·河南，17(5)(6)]CaCO3的热分解与NixPy催化的CH4重整结合，可生产高纯度合成气(H2+CO)，实现碳资源的二次利用。主要反应如下：
反应Ⅰ：CaCO3(s)⥫⥬CaO(s)+CO2(g) ΔH1=+178 kJ·ml-1
反应Ⅱ：CH4(g)+CO2(g)⥫⥬2H2(g)+2CO(g) ΔH2=+247 kJ·ml-1
反应Ⅲ：H2(g)+CO2(g)⥫⥬H2O(g)+CO(g) ΔH3=+41 kJ·ml-1
回答下列问题：
(5)在温度分别为T1、T2和T3下，CH4的平衡转化率与压强的关系如图所示，反应温度最高的是 (填“T1”“T2”或“T3”)，原因是 。
(6)一定温度、100 kPa下，向体系中加入1.0 ml CaCO3和1.0 ml CH4，假设此条件下其他副反应可忽略，恒压反应至平衡时，体系中CaCO3转化率为80%，CH4转化率为60%，CO物质的量为1.3 ml，反应Ⅲ的平衡常数Kp= (保留小数点后一位)，此时原位CO2利用率为 。已知：原位CO2利用率= [nCaCO3(初始)−nCaCO3(平衡)]−nCO2(平衡)nCaCO3(初始)×100%
答案 (5)T1 反应Ⅱ是吸热反应，压强一定时，温度升高，平衡正向移动，CH4平衡转化率增大 (6)1.2 70%
解析 (6)CaCO3平衡转化率为80%，则反应Ⅰ生成的n(CO2)=0.8 ml，CH4平衡转化率为60%，则反应Ⅱ中CH4转化1 ml×60%=0.6 ml。则
CH4(g)+CO2(g)⥫⥬2H2(g)+2CO(g)转化量/ml0.6 0.6 1.2 1.2
平衡时CO的物质的量为1.3 ml，则反应Ⅲ生成0.1 ml CO，则
H2(g)+CO2(g)⥫⥬H2O(g)+CO(g)转化量/ml0.1 0.1 0.1 0.1平衡量/ml1.1 0.1 0.1 1.3
反应Ⅲ为气体分子数不变的反应，可用物质的量代替分压计算平衡常数，故反应Ⅲ的Kp=p(CO)·p(H2O)p(H2)·p(CO2)=n(CO)·n(H2O)n(H2)·n(CO2)=1.3×0.11.1×0.1≈1.2，原位CO2利用率
=[nCaCO3(初始)−nCaCO3(平衡)]−nCO2(平衡)nCaCO3(初始)×100%=1.0−0.2−0.11.0×100%=70%。
3.在刚性容器中按n(CH3OH)∶n(CO2)=2∶1投料直接合成碳酸二甲酯(CH3OCOOCH3，简称DMC，是一种应用前景广泛的新材料)：2CH3OH(g)+CO2(g)⥫⥬CH3OCOOCH3(g)+H2O(g)。一定条件下，平衡时CO2的转化率如图所示。
(1)若温度为T ℃、p1条件下，在1 L密闭容器中通入0.1 ml CH3OH(g)和0.05 ml CO2(g)，5 min达到A点平衡状态。则5 min内CH3OH的平均反应速率为 ，该条件下平衡常数K= 。达到平衡后，若再通入0.1 ml CH3OH(g)和0.1 ml H2O(g)，则此时v正 (填“>”“ (2)v(C)>v(B)>v(A)
解析 (1)由图可知，在T ℃、p1条件下，二氧化碳的平衡转化率为0.5，列三段式：
2CH3OH(g)+CO2(g)⥫⥬CH3OCOOCH3(g)+H2O(g)
起始/(ml·L-1) 0.1 0.05 0 0
转化/(ml·L-1) 0.05 0.025 0.025 0.025
平衡/(ml·L-1) 0.05 0.025 0.025 0.025
5 min内v(CH3OH)=0.05ml·L−15min=0.01 ml·L-1·min-1，K=0.025××0.052=10。达到平衡后，再通入0.1 ml CH3OH(g)和0.1 ml H2O(g)，则此时Q=0.125××0.152≈5.6v逆。(2)温度越高，反应速率越快。根据图像可知，C点对应温度最高，所以v(C)最快，通过反应2CH3OH(g)+CO2(g)⥫⥬CH3OCOOCH3(g)+H2O(g)可知，该反应是气体体积减小的可逆反应，同一温度下，反应由A→B，增大压强，平衡正向移动，二氧化碳的转化率增大，因此p1v(B)>v(A)。
类型四 lg K(ln k)-T1T图像
化学平衡常数对数图像：将体系中的化学平衡常数取常用对数，即lg K，与体系的温度或温度的倒数等作出的图像称为化学平衡常数对数图像。
[图解] 范特霍夫方程：ln K=-ΔHRT+ΔSR
阿伦尼乌斯公式：k=Ae−EaRT―→ln k=ln A-EaRT
1.(2022·河北，13改编)恒温恒容条件下，向密闭容器中加入一定量X，发生反应的方程式为①X⥫⥬Y；②Y⥫⥬Z。反应①的速率v1=k1c(X)，反应②的速率v2=k2c(Y)，式中k1、k2为速率常数。图甲为该体系中X、Y、Z浓度随时间变化的曲线，图乙为反应①和②的ln k~1T曲线。下列说法正确的是( )
A.随c(X)的减小，反应①、②的速率均降低
B.体系中v(X)=v(Y)+v(Z)
C.欲提高Y的产率，需提高反应温度且控制反应时间
D.温度低于T1时，总反应速率由反应①决定
答案 C
解析 由图甲中的信息可知，浓度随时间变化逐渐减小的曲线代表的是X，浓度随时间变化逐渐增大的曲线代表的是Z，浓度随时间变化先增大后减小的曲线代表的是Y；由图乙中的信息可知，反应①的速率常数随温度升高增大的幅度小于反应②的。由图甲中的信息可知，随c(X)的减小，c(Y)先增大后减小，c(Z)增大，因此，反应①的速率随c(X)的减小而减小，而反应②的速率先增大后减小，A错误；根据体系中发生的反应可知，在Y的浓度达到最大值之前，单位时间内X的减少量等于Y和Z的增加量，因此，v(X)=v(Y)+v(Z)，但是，在Y的浓度达到最大值之后，单位时间内Z的增加量等于Y和X的减少量，故v(X)+v(Y)=v(Z)，B错误；升高温度可以加快反应①的速率，但是反应①的速率常数随温度升高增大的幅度小于反应②的，且反应②的速率随着Y的浓度的增大而增大，因此，欲提高Y的产率，需提高反应温度且控制反应时间，C正确；由图乙信息可知，温度低于T1时，k1>k2，反应②为慢反应，因此，总反应速率由反应②决定，D错误。
2.(2025·烟台高三期中)某实验室测定并计算了在136~180 ℃范围内下列反应的平衡常数Kp：
①2NO(g)+2ICl(g)⥫⥬2NOCl(g)+I2(g) Kp1
②2NOCl(g)⥫⥬2NO(g)+Cl2(g) Kp2
得到lg Kp1~1T和lg Kp2~1T均为线性关系，如图所示，回答下列问题：
(1)反应Cl2(g)+I2(g)⥫⥬2ICl(g)的反应物的键能总和 (填“大于”或“小于”)生成物的键能总和；180 ℃时，该反应的平衡常数Kp= 。
(2)t ℃时在某一特制的恒容密闭容器中加入过量氯铂酸钡(BaPtCl6)，抽真空后，用一支管通入碘蒸气(然后将支管封闭)。此时容器的初始压强为10.0 kPa，反应达到平衡时，测得I2的平衡转化率为30%。已知BaPtCl6固体加热时分解为BaCl2(s)、Pt(s)和Cl2(g)，t ℃时平衡常数Kp=1.0 kPa2。
①氯铂酸钡固体受热分解时的化学方程式为 。
②平衡时容器中总压强为 kPa，t 180(填“>”或“ ③逆向 增大
解析 (1)该反应=-(反应①+反应②)，则该反应的平衡常数Kp=1Kp1×1Kp2，根据图示可知，lg Kp2对应曲线斜率的绝对值更大，lg Kp=-lg Kp1-lg Kp2，1T增大一定量，lg Kp2减小的量大于lg Kp1增大的量，即Δlg Kp=-Δlg Kp1-Δlg Kp2>0，说明lg Kp随1T增大而增大，即升高温度Kp减小，该反应为放热反应，反应物总键能小于生成物总键能；根据图中数据可知，180 ℃时lg Kp1=-1.2，lg Kp2=-2.6，则lg Kp=-lg Kp1-lg Kp2=3.8，Kp=103.8。(2)①加热条件下BaPtCl6分解生成BaCl2、Pt和Cl2，该反应存在平衡常数，则为可逆反应，化学方程式为BaPtCl6BaCl2+Pt+2Cl2↑。②已知t ℃时反应BaPtCl6BaCl2+Pt+2Cl2↑的平衡常数为1.0 kPa2，说明平衡时Cl2的压强为1 kPa，初始时压强为10 kPa，则一开始I2的压强为10 kPa，I2的平衡转化率为30%，则转化的I2为3 kPa，生成ICl压强为6 kPa，剩余I2压强为7 kPa，则此时总压强为(6+7+1)kPa=14 kPa。t ℃时反应Cl2(g)+I2(g)⥫⥬2ICl(g)的平衡常数Kp=621×7≈5.1180。③保持温度不变缩小体积，反应BaPtCl6BaCl2+Pt+2Cl2↑的化学平衡逆向移动，氯气浓度减小，导致Cl2(g)+I2(g)⥫⥬2ICl(g)的化学平衡逆向移动，重新达到平衡后，p(I2)增大。
课时精练
[分值：100分]
(1~10题，每小题5分，11~13题，每小题8分)
1.下列关于各图像的解释或得出的结论不正确的是( )
A.由甲图可知，反应在t1时刻可能改变了压强或使用了催化剂
B.由乙图可知，反应在m点可能达到了平衡状态
C.由丙图可知，反应过程中v正>v逆的点是C点
D.由丁图可知，交点A表示反应一定处于平衡状态，此时v正=v逆
答案 D
解析 改变条件后，正逆反应速率增大且相等，可能是加了催化剂；对反应前后气体分子数相等的化学反应，也可能是加压，故A不符合题意；已知生成物的百分含量随温度的升高而增大，m为曲线的最高点，生成物的百分含量达到最大值，即建立了相应温度下的平衡状态；继续升温生成物的百分含量减小，说明升温平衡向逆反应方向移动，故B不符合题意；曲线上B点表示在此温度下反应达到平衡时所能达到的最大转化率，A位于曲线以上，表示超过该点对应温度下的最大转化率，此时平衡会向逆反应方向移动，v逆>v正；C点位于曲线以下，表示未达到该点对应温度下的最大转化率 ，此时平衡会向正反应方向移动，v正>v逆，故C不符合题意；A点时，c(反应物)=c(生成物)，反应不一定达到平衡状态，故D符合题意。
2.(2025·湖南岳阳模拟预测)CO2和H2合成甲酸(HCOOH)的反应为H2(g)+CO2(g)⥫⥬HCOOH(g) ΔH>0。一定温度下，向1 L恒容密闭容器中充入1 ml H2(g)和1 ml CO2(g)进行上述反应，测得v正(CO2)随反应时间(t)的变化如图所示，t1 min时，HCOOH的产率为α，t2 min时仅改变一个条件。下列说法正确的是( )
A.O~t1 min内，v(CO2)=(1-α) ml·L-1·min-1
B.平衡常数：KⅠ≥KⅡ
C.t2 min时，改变的条件可能是使用了催化剂
D.混合气体的平均相对分子质量：Mt1可能小于Mt3
答案 D
解析 H2(g)+CO2(g)⥫⥬HCOOH(g)的正反应吸热，升高温度平衡正向移动；增大反应物浓度，平衡正向移动；增大压强，平衡正向移动。根据图像，t2时刻反应速率加快，正反应速率大于逆反应速率，平衡正向移动。t1时刻，反应达到平衡时，列出三段式：
H2(g)+CO2(g)⥫⥬HCOOH(g)
初始/ml 1 1 0
变化/ml α α α
t1/ml 1-α 1-α α
O~t1 min内，v(CO2)=αml1 L×t1min=αt1 ml·L-1·min-1，A错误；由分析可知，t2时刻，可能改变的条件是升高温度、增大反应物浓度、增大压强，若是升高温度，平衡常数增大，此时KⅠ0，平衡体系中气体的平均相对分子质量(M)在不同温度下随压强的变化曲线如图所示，下列叙述正确的是( )
A.温度：T2>T1
B.平衡常数：K(c)>K(a)>K(b)
C.反应速率：v(a)>v(b)
D.当M为200.25时，Al2Cl6的转化率约为33%
答案 D
解析 该反应为气体体积增大的吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，气体的物质的量增大，反应前后气体的质量相等，则气体的平均相对分子质量减小，由图可知，T1条件下气体的平均相对分子质量小于T2条件下，则温度：T1>T2，故A错误；温度不变，平衡常数不变，则K(c)=K(a)；该反应为吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，平衡常数增大，则平衡常数的大小关系为K(b)>K(c)=K(a)，故B错误；温度越高、压强越大，反应速率越快，由图可知，b点温度、压强均大于a点，则b点反应速率大于a点，故C错误；设起始时Al2Cl6的物质的量为1 ml，平衡时氯化铝的物质的量为2a ml，由气体的平均相对分子质量为200.25可得267×(1-a)+133.5×2a=200.25×(1+a)，解得a≈0.33，则Al2Cl6的转化率为0.33ml1ml×100%=33%，故D正确。
5.某温度下，向恒温、恒压容器中充入3 ml H2和1 ml CO2，在催化剂作用下发生反应：3H2(g)+CO2(g)⥫⥬CH3OH(g)+H2O(g) ΔHx1
答案 D
解析 随着平衡总压的增大，平衡正向移动，产物的物质的量分数增大，则曲线a可表示x(H2O)随压强的变化情况，A正确；其他条件不变，及时分离出水蒸气，有利于平衡正向移动，温度不变，平衡常数不变，B正确；曲线b表示H2(g)的物质的量分数随压强的变化，曲线c表示CO2(g)的物质的量分数随压强的变化，假设Q点时，转化的CO2的物质的量是a ml，列三段式：
3H2(g)+CO2(g)⥫⥬CH3OH(g)+H2O(g)
起始/ml 3 1 0 0
转化/ml 3a a a a
平衡/ml 3-3a 1-a a a
Q点平衡时H2O(g)、H2(g) 物质的量分数相等，即3-3a=a，a=0.75，则Q点CO2的转化率为0.75ml1ml×100%=75%，C正确；恒压时起始压强为106 Pa，平衡时x(a)=x1；该反应为气体体积减小的反应，若将容器改为恒容容器，则随着反应进行，压强减小，平衡逆向移动，水的含量减小，即平衡时x(a)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
以mA(g)+nB(g)⥫⥬pC(g)+qD(g) ΔH=Q kJ·ml-1为例
m+n>p+q，ΔH>0
m+n