新教材2023高中化学第二章化学反应速率与化学平衡素养提升课化学反应速率化学平衡图像同步测试新人教版选择性必修1

这是一份新教材2023高中化学第二章化学反应速率与化学平衡素养提升课化学反应速率化学平衡图像同步测试新人教版选择性必修1，共10页。
素养提升课　化学反应速率、化学平衡图像
1.速率—时间图像(v-t图像)

　　Ⅰ　　　　　　　 ⅡⅢ
解题关键:分清正反应速率、逆反应速率的相对大小,分清“突变”和“渐变”;正确判断化学平衡的移动方向;熟记浓度、温度、压强、催化剂等对化学平衡移动的影响规律。
Ⅰ.v'正突变,v'逆渐变,且v'正>v'逆,说明是增大了反应物的浓度,使v'正突变,且平衡正向移动。
Ⅱ.v'正、v'逆都是突然减小的,且v'正>v'逆,说明平衡正向移动,可能是放热反应降温或气体总体积增大的反应减压。
Ⅲ.v'正、v'逆都是突然增大的,且增大程度相同,说明该化学平衡没有发生移动,可能是使用了催化剂,也可能是对反应前后气体分子数不变的反应压缩体积(即增大压强)所致。
2.百分含量(或转化率)—时间图像(温度、压强或催化剂对照线)

　 Ⅰ　　　　　 ⅡⅢ
解题关键:“先拐先平数值大”。即先出现拐点的反应先达到平衡,先出现拐点的曲线表示的温度较高、压强较大或使用了催化剂。
①图Ⅰ表示T2>T1,正反应是放热反应,升高温度,平衡逆向移动。
②图Ⅱ表示p2>p1,增大压强,反应物A的转化率减小,说明正反应是气体总体积增大的反应,增大压强,平衡逆向移动。
③图Ⅲ中生成物C的百分含量不变,说明平衡不发生移动,但反应速率a>b,故a使用了催化剂;也可能该反应是反应前后气体总体积不变的可逆反应,a增大了压强(压缩体积)。
3.百分含量(或转化率)—温度—压强图像(恒压线或恒温线)

ⅠⅡ
解题关键:“定一议二”。化学平衡图像包括纵坐标、横坐标和曲线所表示的三个变量,分析时先确定其中一个变量,再讨论另外两个变量之间的关系。如图Ⅰ中确定压强为105 Pa或107 Pa,则生成物C的百分含量随温度T的升高而逐渐减小,说明正反应是放热反应;再确定温度T不变,作横坐标的垂线,与压强线出现两个交点,分析生成物C的百分含量随压强p的变化可以发现,增大压强,生成物C的百分含量增大,说明正反应是气体总体积减小的反应。依此分析图Ⅱ。
典例精析
【例1】对反应:aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)　ΔH的反应特点与对应的图像的说法中错误的是(　　)


① ②

③④
A.图①中,若p1>p2,则a+b>c+d
B.图②中,若T2>T1,则ΔHc+d,A项正确;图②中,压强增大,A的平衡转化率不变,平衡不移动,则a+b=c+d,若T2>T1,由图可知,温度升高,A的平衡转化率降低,平衡逆向移动,则正反应为放热反应,ΔHT2,若ΔHp2>p3;温度升高,反应Ⅰ和Ⅱ平衡逆向移动,反应Ⅲ正向移动,所以T1温度时,三条曲线交于一点的原因为T1温度时以反应Ⅲ为主,反应Ⅲ前后气体分子数相等,压强改变对平衡没有影响。(3)根据图示可知,温度越低,CO2的平衡转化率越大,CH3OH的平衡产率越大,压强越大,CO2的平衡转化率越大,CH3OH的平衡产率越大,所以选择低温和高压,故选A项。
答案:(1) 　 (2)乙　p1>p2>p3　T1温度时以反应Ⅲ为主,反应Ⅲ前后气体分子数相等,压强改变对平衡没有影响　(3)A
模型建构
化学反应速率、化学平衡图像题目的解答思路


活学活用
1.下图是可逆反应A+2B2C+3D的化学反应速率与化学平衡随外界条件改变(先降温后加压)而变化的情况。由此可推断 (　　)

A.正反应是放热反应 　　B.D可能是气体
C.逆反应是放热反应 　　D.A、B、C、D均为气体
解析:降温后v'正>v'逆,平衡向正反应方向移动,证明正反应放热,加压后v″正>v″逆,平衡向正反应方向移动,正反应气体体积减小,D不可能是气体。
答案:A
2.对于反应mA(g)+nB(g)eC(g)+fD(s)　ΔH,若按反应物的化学计量数比投料,在一定条件下进行反应,该反应达到平衡时C的体积分数与温度、压强的关系如图所示。下列叙述中正确的是 (　　)

A.该反应的ΔH>0
B.该化学方程式中m+n>e+f
C.加入催化剂可增大正反应速率,逆反应速率不变
D.向平衡后的恒压容器中再充入一定量C,达到新平衡时,C的浓度与原平衡时的相同
解析:当压强不变时,温度越高,平衡时C的体积分数越小,故ΔHe,B项错误;加入催化剂,正、逆反应速率都增大,并且增大的倍数相同,C项错误;恒压条件下开始按反应物的化学计量数比投料,在一定条件下进行反应,平衡后向恒压容器中再充入一定量C,再次达到新平衡时,这两次平衡等效,故C的浓度与原平衡时的相同,D项正确。
答案:D
3.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)。

下列说法错误的是 (　　)
A.图中Y点所示条件下,增加O2的浓度能提高NO转化率
B.图中X点所示条件下,延长反应时间能提高NO转化率
C.反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的ΔH>0
D.380 ℃下,c起始(O2)=0.005 mol/L,NO平衡转化率为50%,则平衡常数K>200
解析:Y点反应已经达到平衡状态,此时增加O2的浓度,使正反应速率大于逆反应速率,平衡向正反应方向移动,可以提高NO的转化率,故A项正确;X点时反应还未到达平衡状态,反应正向进行,则延长反应时间能提高NO的转化率,故B项正确;随温度升高NO的转化率先升高后降低,说明温度较低时反应较慢,一段时间内并未达到平衡,由温度较高时,已达到平衡时的NO转化率可知,温度越高NO转化率越低,说明温度升高平衡向逆反应方向移动,根据勒夏特列原理可知该反应为放热反应,其ΔH=200,故D项正确。
答案:C
4.利用I2O5可消除CO污染,反应为I2O5(s)+5CO(g)5CO2(g)+I2(s)。不同温度下,向装有足量的I2O5固体的 2 L 恒容密闭容器中通入
2 mol CO,测得CO2的体积分数φ(CO2)随时间t变化曲线如图所示,下列说法中正确的是 (　　)

A.N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.N点和Q点的化学平衡常数:KN>KQ
D.0~0.5 min反应速率v(CO)=0.3 mol/(L·min)
解析:设N点时反应的CO的物质的量为y mol,利用“三段式”分析:
　　 　　　　I2O5(s)+5CO(g)5CO2(g)+I2(s)
起始量/mol　　　　　　2　　　 0
变化量/mol　　　　　　 y　　　 y
N点量/mol　　　　　　2-y　　　y
N点时CO2的体积分数φ(CO2)=×100%=80%,解得y=1.6,则CO的转化率为×100%=80%,A项错误;该反应为反应前后气体分子数不变的反应,容器中压强始终不变,故容器中压强保持恒定,不能作为平衡状态的标志,B项错误;N点时CO2的体积分数比Q点时CO2的体积分数大,说明反应进行的程度大,则化学平衡常数:KN>KQ,C项正确;0~0.5 min 时,设反应的CO的物质的量为x mol,列“三段式”如下:
　 　　　　　I2O5(s)+5CO(g)5CO2(g)+I2(s)
起始量/mol　　　　　　2　　　　0
变化量/mol　　　　　　x　　　　x
M点量/mol　　　　　 2-x　　　x
M点时CO2的体积分数φ(CO2)=×100%=30%,解得x=0.6,则从反应开始至M点时的反应速率为v(CO)==0.6 mol/(L·min),D项错误。
答案:C
5.二氧化碳催化加氢合成乙烯是综合利用CO2的热点研究领域,请回答下列问题。
(1)CO2催化加氢生成乙烯和水的反应中,产物的物质的量之比n(C2H4)∶n(H2O)=　 　　。当反应达到平衡时,若增大压强,则n(C2H4)　　 　(填“变大”“变小”或“不变”)。 
(2)理论计算表明,原料初始组成n(CO2)∶n(H2)=1∶3,在体系压强为0.1 MPa,反应达到平衡时,四种组分的物质的量分数x随温度T的变化如图所示。

图中,表示C2H4、CO2变化的曲线分别是　　　、　　　。CO2催化加氢合成C2H4反应的ΔH　　　　(填“大于”或“小于”)0。
(3)根据图中点A(440 K,0.39),计算该温度时反应的平衡常数Kp=　 　(列出计算式,以分压表示,分压=总压×物质的量分数)。 
(4)二氧化碳催化加氢合成乙烯反应往往伴随副反应,生成C3H6、C3H8、C4H8等低碳烃。一定温度和压强条件下,为了提高反应速率和乙烯选择性,应当　 。 
解析:(1)CO2催化加氢生成乙烯和水,该反应的化学方程式为2CO2+
6H2 CH2 CH2+4H2O,因此,该反应中产物的物质的量之比n(C2H4)∶n(H2O)=1∶4。由于该反应是气体分子数减少的反应,当反应达到平衡状态时,若增大压强,则化学平衡向正反应方向移动,n(C2H4)变大。
(2) 由题中信息可知,两反应物的初始投料之比等于化学计量数之比;
由图中曲线的起点坐标可知,c和a所表示的物质的物质的量分数之比为1∶3、d和b表示的物质的物质的量分数之比为1∶4,则结合化学计量数之比可以判断,表示乙烯变化的曲线是d,表示二氧化碳变化的曲线是c。由图中曲线的变化趋势可知,升高温度,乙烯的物质的量分数减小,则化学平衡向逆反应方向移动,则该反应为放热反应,ΔH小于0。(3)原料初始组成n(CO2)∶n(H2)=1∶3,在体系压强为 0.1 MPa时建立平衡。由A点坐标可知,该温度下,氢气和水的物质的量分数均为0.39,则乙烯的物质的量分数为水的物质的量分数的,即,二氧化碳的物质的量分数为氢气的物质的量分数的,即,因此,该温度下反应的平衡常数Kp==×。(4)工业上通常通过选择合适的催化剂,以增大化学反应速率,同时还可以提高目标产品的选择性,减少副反应的发生。因此,一定温度和压强下,为了提高反应速率和乙烯的选择性,应当选择合适的催化剂。
答案:(1)1∶4　变大　(2)d　c　小于　
(3)× (4)选择合适的催化剂等
6.已知CO2催化加氢合成乙醇的反应原理为2CO2(g)+6H2(g)C2H5OH(g)+3H2O(g)　ΔHT2>T1。
(2)图乙中m1、m2、m3投料比从大到小的顺序为m1>m2>m3,因相同温度下,增大氢气的量,平衡正向移动,二氧化碳的转化率增大。(3)温度升高,反应逆向进行,所以产物的物质的量逐渐减少,反应物的物质的量增大,由图可知,曲线a代表的物质为H2,曲线b表示CO2,曲线c为H2O,曲线d表示乙醇;设开始时氢气的投入量是3n mol,则二氧化碳的物质的量是n mol,二氧化碳的转化量是x mol,则:
2CO2(g)+6H2(g)C2H5OH(g)+3H2O(g)　
　　n　　　3n　　　　0　　　　0
　　x　　 3x　　　 0.5x　　1.5x
　 n-x　　3n-3x　　0.5x　 1.5x
P点H2、H2O的物质的量分数相同,所以3n-3x=1.5x,解得x=n,各物质的总物质的量是(n-x+3n-3x+0.5x+1.5x)mol=n mol,总压为5 MPa的恒压条件下,p(二氧化碳)=p(乙醇)=×5 MPa=0.125×5 MPa,p(氢气)=
p(水)=×5 MPa=0.375×5 MPa,T4温度时,该反应的平衡常数Kp=
。
答案:(1)T3>T2>T1　 (2)m1>m2>m3 (3)乙醇