统考版2021届高考化学二轮复习备考提升指导与精练10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

例1．一定条件下，容积不变的容器中发生反应 ，在反应过程中，某时刻改变某一反应条件，反应速率的变化如图所示，下列说法不正确的是（   ）

A．t1时，增大或        B．t2时，加入催化剂

C．t3时，降低温度                 D．t4时，往容器中充入He，以增大体系压强

【解析】A．t1时，正反应速率突然增大，逆反应速率不变，正反应速率大于逆反应速率，改变的条件应为增大反应物浓度，选项A正确；B．t2时，正、逆反应速率同等程度增大，则改变的条件为使用了催化剂，选项B正确；C．t3时，正、逆反应速率突然减小，但正反应速率大于逆反应速率，正反应为放热反应，则改变的条件为降低温度，选项C正确；D．t4时，正、逆反应速率突然增大，且正反应速率大于逆反应速率，则改变的条件应为增大压强，往容器中充入He，增大体系总压强，容器容积不变，则反应物和生成物浓度不变，正、逆反应速率不变，且平衡不移动，选项D错误。答案选D。

【答案】D

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（   ）

【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。

【答案】D

例3．在密闭容器中进行反应CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)  ΔH>0，测得c(CH4)随反应时间(t)的变化如图所示。下列判断正确的是（   ）

A．10min时，改变的外界条件可能是升高温度

B．反应进行到12min时，CH4的转化率为25%

C．0∽5min内，v(H2)=0.1mol·(L·min)−1

D．恒温下，缩小容器体积，平衡后H2浓度减小

【解析】A．由图可知，10min时甲烷的浓度继续减小，该反应向正反应方向移动，该反应正反应是吸热反应，可能是升高温度，故A正确；B．反应进行到12min时，CH4的转化率为×100％=75％，故B错误；C．根据图可知，前5min内甲烷的浓度由1.00mol/L减小为0.50mol/L，故v(CH4)=(1-0.5)mol∙L−1/5min=0.1mol/(L∙min)，由化学计量数之比等于反应速率之比，则v(H2)=3×0.1mol/(L∙min)=0.3mol/(L∙min)，故C错误；D．恒温下，缩小容器体积导致氢气浓度增大，虽然压强增大，平衡向逆反应方向移动，移动的结果减小氢气浓度的增大，但根据勒夏特列原理，不会消除浓度增大，平衡后c(H2)增大，故D错误；选A。

【答案】A

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（   ）

【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。

【答案】B

1．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)  ΔH<0，若反应在恒容密闭容器中进行，如表由该反应相关图象作出的判断正确的是（   ）

A．甲图中改变的反应条件为升温

B．乙图中温度T2>T1，纵坐标可代表NO2的百分含量

C．丙图为充入稀有气体时速率变化

D．丁图中a、b、c三点只有b点已经达到平衡状态

【解析】甲图正、逆反应速率均增大，平衡向逆反应方向进行，则改变的反应条件为升高温度，A正确；乙图中T2曲线先达到平衡状态，则温度T2＞T1，升高温度平衡向逆反应方向进行，NO2的百分含量增大，则纵坐标不能代表NO2的百分含量，B错误；充入稀有气体时反应物浓度不变，反应速率不变，C错误；D．升高温度，平衡逆向移动，K正减小、K逆增大，曲线表示平衡常数与温度的关系，曲线上各点都是平衡点，D错误。

【答案】A

2．在容积不变的密闭容器中存在如下反应：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)  ΔH＜0。在其他条件一定，只改变某一条件时，下列分析不正确的是（   ）

A．图Ⅰ表示的是t1时刻增大压强对反应速率的影响

B．图Ⅱ表示的是t1时刻加入催化剂对反应速率的影响

C．图Ⅲ表示的是温度对平衡的影响，且甲的温度小于乙的温度

D．图Ⅲ表示的是催化剂对化学平衡的影响，乙使用了催化剂

【解析】催化剂对平衡移动无影响，甲、乙转化率不同，则不能表示催化剂对化学平衡的影响，故D错误；故选D。

【答案】D

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

【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。

【答案】C

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<T2，b点对应状态下A2的转化率最高

【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<T2，c点由于n(B2)最大，故其对应状态下A2的转化率最高，D错误；故合理选项是D。

【答案】D

5．已知反应N2O4(g)2NO2(g)  ΔH=+57kJ/mol，在温度为T1、T2时，平衡体系中NO2的体积分数随压强变化曲线如图所示。下列说法正确的是（   ）

A．A、C两点气体的平均相对分子质量：A>C

B．由状态B到状态A，可以用加热的方法

C．A、C两点气体的颜色：A深，C浅

D．A、C两点的反应速率：A>C

【解析】该反应是一个反应前后气体计量数增大的吸热反应，升高温度平衡正向移动，二氧化氮含量增大；增大压强，平衡逆向移动，二氧化氮含量减小，根据图中数据知，相同温度时，二氧化氮含量越大压强越小，所以P2>P1；相同压强时，温度越高二氧化氮含量越大，所以T2>T1。A、B是等压条件下，且温度T2>T1，所以由状态B到状态A，可以用加热的方法实现，故选B。

【答案】B

6．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)+3

H2O(g)  ΔH＜0。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，υ正(CO2)=υ逆(H2O)

C．a点，H2和H2O物质的量相等

D．其他条件恒定，充入更多H2，乙醇的物质的量分数增大

【解析】A．因为平衡常数仅与温度有关，该反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应移动，所以温度越低，K越大，所以Ka＞Kb，故A错误；B．b点时反应物仍然减小，生成物仍然增大，说明平衡向正反应方向进行，所以v正(CO2)≠v逆(H2O)，故B错误；C．根据图象分析，a点为H2和H2O物质的量的交点，所以相等，故C正确；D．其他条件恒定，充入更多H2，气体的总物质的量的增大幅度更大，例如充入非常多的氢气，由于乙醇的物质的量的增量有限，乙醇的物质的量分数会减小，故D错误；故选C。

【答案】C

7．一定温度下，在2 L的密闭容器中发生反应：M(g)+2N(g)xP(g)　ΔH<0，N、P的物质的量随时间变化的关系如图所示。下列有关说法不正确的是（   ）

A．x=2

B．反应开始2min内，v(P)=0.1mol·L−1·min−1

C．2min后，降低温度平衡向右移动

D．当容器内混合气体压强不再改变时，反应体系达到化学平衡状态

【解析】A．由图可知，2min达平衡，Δn(N)=0.3mol-0.1mol=0.2mol，Δn(P)=0.2mol，物质的量变化量之比等于化学计量数之比，故2∶x=0.2mol∶0.2mol，解得x=2，故A正确；B．P的浓度变化量为：=0.1mol/L，v(P)==0.05mol·L−1·min−1，故B错误；C．ΔH＜0，正反应属于放热，降低温度，平衡向正反应方向移动，故C正确；D．x=2，反应前后气体计量数不同，化学平衡移动时，气体的压强随之改变，当容器内混合气体压强不再改变时，则气体的物质的量不再发生变化，说明达到化学平衡状态，故D正确；故选B。

【答案】B

8．I．某温度时，在一个容积为2 L的密闭容器中，X、Y、Z三种气体的物质的量随时间的变化曲线如图1所示，2分钟时达到平衡状态。根据图中数据，填写下列空白：

(1)该反应的化学方程式为______________________。

(2)反应开始到平衡状态建立，用气体Z表示的反应速率为______________。

(3)若反应容器体积可变，则充入氦气会使反应速率__________(填“变快”、“变慢"或“不变")。

II.尿素[CO(NH2)2]是首个由无机物人工合成的有机物。

(4)工业上尿素由CO2和NH3在一定条件下合成，其反应方程式为：______________. 

(5)=4时，CO2的转化率随时间的变化关系如图2所示。A点的逆反应速率v逆(CO2)_____(填“大于”“小于”或“等于”)B点的正反应速率v正(CO2)。NH3的平衡转化率为_______________。

【解析】(1)0~2min X、Y的物质的量分别减小0.3mol、0.1mol，为反应物，Z的物质的量增大0.2mol，为生成物，且三者的计量数之比=0.3∶01∶0.2=3∶1∶2，2min后X、Y的物质的量不再减小，Z的物质的量不再增大，则该反应为可逆反应，反应的化学方程式为3X+Y2Z，故答案为：3X+Y2Z；(2)2min后X、Y、Z的物质的量不再改变，说明2min后反应达到平衡，Z的物质的量增大量=0.2mol，体积为2L，则Z的物质的量浓度增加量=0.1mol/L，所以v(Z)==0.05mol/(L·min)，故答案为：0.05mol/(L·min)；(3)容器可变，充入氦气，则体积增大，X、Y、Z的物质的量浓度减小，反应速率变慢，故答案为：变慢；(4)结合原子守恒和图2可知，由CO2和NH3在一定条件下合成尿素的化学方程式为2NH3+CO2CO(NH2)2+H2O；(5)A点反应未达平衡状态，B点反应已平衡，所以A点v逆(CO2)＜B点v逆(CO2)=v正(CO2)，=4，设CO2、NH3起始物质的量为1mol、4mol，平衡时CO2的转化率为60%，则CO2反应了60%×1mol=0.6mol，则NH3反应了0.6mol×2=1.2mol，所以NH3的平衡转化率==30%，故答案为：小于；30%。

【答案】（1）3X+Y2Z   

（2）0.05mol/(L·min)   

（3）变慢   

（4）2NH3+CO2CO(NH2)2+H2O   

（5）小于    30%   

9．(1)在密闭容器中充入2mol CH4(g)和1mol O2(g)，在不同条件下反应：2CH4(g)+O2(g)2

CH3OH(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__________________。

【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)mol   2      1           0

n(变化)mol   1      0.5         1

n(开始)mol   1      0.5         1

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。

【答案】（1）减小    V(N)>V(F)>V(E)    c    2MPa−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   

10．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2mol CO和2mol H2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=________。

【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x1 mol，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。

【答案】①＜；3    ②4.5