新教材適用2024版高考化學二輪總復習第1部分新高考選擇題突破專題7化學反應速率與化學平衡微專題4化學反應速率及化學平衡圖像教師用書

微專題4化學反應速率及化學平衡圖像命題角度1濃度(或n)、速率、轉化率圖像1.(2021·廣東真題)反應X=2Z經(jīng)歷兩步：①X→Y；②Y→2Z。反應體系中X、Y、Z的濃度c隨時間t的變化曲線如圖所示。下列說法不正確的是(D)A．a(chǎn)為c(X)隨t的變化曲線B．t1時，c(X)＝c(Y)＝c(Z)C．t2時，Y的消耗速率大于生成速率D．t3后，c(Z)＝2c0－c(Y)【解析】由題中信息可知，反應X=2Z經(jīng)歷兩步：①X→Y；②Y→2Z。因此，圖中呈不斷減小趨勢的a線為X的濃度c隨時間t的變化曲線，呈不斷增加趨勢的線為Z的濃度c隨時間t的變化曲線，先增加后減小的線為Y的濃度c隨時間t的變化曲線。X是唯一的反應物，隨著反應的發(fā)生，其濃度不斷減小，因此，由圖可知，a為c(X)隨t的變化曲線，A正確；由圖可知，分別代表三種不同物質的曲線相交于t1時刻，因此，t1時c(X)＝c(Y)＝c(Z)，B正確；由圖中信息可知，t2時刻以后，Y的濃度仍在不斷減小，說明t2時刻反應兩步仍在向正反應方向發(fā)生，而且反應①生成Y的速率小于反應②消耗Y的速率，即t2時Y的消耗速率大于生成速率，C正確；由圖可知，t3時刻反應①完成，X完全轉化為Y，若無反應②發(fā)生，則c(Y)＝c0，由于反應②Y→2Z的發(fā)生，t3時刻Y濃度的變化量為c0－c(Y)，變化量之比等于化學計量數(shù)之比，所以Z的濃度的變化量為2[c0－c(Y)]，這種關系在t3后仍成立，D不正確；故選D。2.(2021·遼寧選考)某溫度下，降冰片烯在鈦雜環(huán)丁烷催化下聚合，反應物濃度與催化劑濃度及時間關系如圖。已知反應物消耗一半所需的時間稱為半衰期，下列說法錯誤的是(B)A．其他條件相同時，催化劑濃度越大，反應速率越大B．其他條件相同時，降冰片烯濃度越大，反應速率越大C．條件①，反應速率為0.012mol·L－1·min－1D．條件②，降冰片烯起始濃度為3.0mol·L－1時，半衰期為62.5min【解析】由題干圖中曲線①②可知，其他條件相同時，催化劑濃度越大，反應所需要的時間越短，故反應速率越大，A正確；由題干圖中曲線①③可知，其他條件相同時，降冰片烯濃度①是③的兩倍，所用時間①也是③的兩倍，反應速率相等，故說明反應速率與降冰片烯濃度無關，B錯誤；由題干圖中數(shù)據(jù)可知，條件①，反應速率為v＝eq\f(Δc,Δt)＝eq\f(3.0mol·L－1－0mol·L－1,250min)＝0.012mol·L－1·min－1，C正確；反應物消耗一半所需的時間稱為半衰期，由題干圖中數(shù)據(jù)可知，條件②，降冰片烯起始濃度為3.0mol·L－1時，半衰期為125min÷2＝62.5min，D正確；故選B。命題角度2溫度(或壓強)圖像3.(2022·廣東選考)恒容密閉容器中，BaSO4(s)＋4H2(g)BaS(s)＋4H2O(g)在不同溫度下達平衡時，各組分的物質的量(n)如圖所示。下列說法正確的是(C)A．該反應的ΔH<0B．a(chǎn)為n(H2O)隨溫度的變化曲線C．向平衡體系中充入惰性氣體，平衡不移動D．向平衡體系中加入BaSO4，H2的平衡轉化率增大【解析】從圖示可以看出，平衡時升高溫度，氫氣的物質的量減少，則平衡正向移動，說明該反應的正反應是吸熱反應，即ΔH＞0，故A錯誤；從圖示可以看出，在恒容密閉容器中，隨著溫度升高氫氣平衡時的物質的量減少，則平衡隨著溫度升高正向移動，水蒸氣的物質的量增加，而a曲線表示的是物質的量不隨溫度變化而變化，故B錯誤；容器體積固定，向容器中充入惰性氣體，沒有改變各物質的濃度，平衡不移動，故C正確；BaSO4是固體，向平衡體系中加入BaSO4，不能改變其濃度，因此平衡不移動，氫氣的轉化率不變，故D錯誤；故選C。4.(2022·湖南選考)向體積均為1L的兩恒容容器中分別充入2molX和1molY發(fā)生反應：2X(g)＋Y(g)Z(g)ΔH，其中甲為絕熱過程，乙為恒溫過程，兩反應體系的壓強隨時間的變化曲線如圖所示。下列說法正確的是(B)A．ΔH>0B．氣體的總物質的量：na<ncC．a(chǎn)點平衡常數(shù)：K>12D．反應速率：va正<vb正【解析】甲容器在絕熱條件下，隨著反應的進行，壓強先增大后減小，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程PV＝nRT可知，剛開始壓強增大的原因是因為容器溫度升高，則說明上述反應過程放熱，即ΔH＜0，故A錯誤；根據(jù)A項分析可知，上述密閉溶液中的反應為放熱反應，圖中a點和c點的壓強相等，因甲容器為絕熱過程，乙容器為恒溫過程，若兩者氣體物質的量相等，則甲容器壓強大于乙容器壓強，則說明甲容器中氣體的總物質的量此時相比乙容器在減小即氣體總物質的量：na＜nc，故B正確；a點為平衡點，此時容器的總壓為p，假設在恒溫恒容條件下進行，則氣體的壓強之比等于氣體的物質的量(物質的量濃度)之比，所以可設Y轉化的物質的量濃度為xmol·L－1，則列出三段式如下：2X(g)＋Y(g)Z(g)c0210Δc2xxxc平2－2x1－xx則有eq\f([2－2x＋1－x＋x]mol,2＋1mol)＝eq\f(p,2p)，計算得到x＝0.75，那么化學平衡常數(shù)K＝eq\f(cZ,c2X·cY)＝eq\f(0.75,0.52×0.25)＝12，又甲容器為絕熱條件，等效為恒溫條件下升溫，平衡逆向移動，則平衡常數(shù)減小即平衡常數(shù)K＜12，故C錯誤；根據(jù)圖像可知，甲容器達到平衡的時間短，溫度高，所以達到平衡的速率相對乙容器的快，即Va正＞Vb正，故D錯誤；故選B。命題角度3“多因素影響”平衡圖像5.(2021·江蘇卷)NH3與O2作用分別生成N2、NO、N2O的反應均為放熱反應。工業(yè)尾氣中的NH3可通過催化氧化為N2除去。將一定比例的NH3、O2和N2的混合氣體以一定流速通過裝有催化劑的反應管，NH3的轉化率、生成N2的選擇性eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(2n生成N2,n總轉化NH3)×100%))與溫度的關系如圖所示。下列說法正確的是(D)A．其他條件不變，升高溫度，NH3的平衡轉化率增大B．其他條件不變，在175～300℃范圍，隨溫度的升高，出口處N2和氮氧化物的量均不斷增大C．催化氧化除去尾氣中的NH3應選擇反應溫度高于250℃D．高效除去尾氣中的NH3，需研發(fā)低溫下NH3轉化率高和N2選擇性高的催化劑【解析】圖示中NH3的轉化率不是指平衡轉化率而是一定流速下的NH3的轉化率，NH3與O2作用分別生成N2、NO、N2O的反應均為放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應方向進行，氨氣的平衡轉化率降低，A錯誤；根據(jù)圖像，在175～300℃范圍，隨溫度的升高，N2的選擇性降低，即產(chǎn)生氮氣的量減少，B錯誤；根據(jù)圖像，溫度高于250℃，N2的選擇性降低，且氨氣的轉化率變化并不大，浪費能源，根據(jù)圖像，溫度應略小于225℃，此時氨氣的轉化率、氮氣的選擇性較大，C錯誤；NH3轉化的反應為放熱反應，則在低溫下NH3的轉化率較高，并且低溫下N2的選擇性高，但低溫下反應速率較慢，單位時間內NH3的轉化率不高，故需要研發(fā)低溫下促進NH3轉化的催化劑，D正確；故選D。6.(2020·浙江1月)CH4與CO2重整生成H2和CO的過程中主要發(fā)生下列反應CH4(g)＋CO2(g)=2H2(g)＋2CO(g)ΔH＝247.1kJ·mol－1H2(g)＋CO2(g)=H2O(g)＋CO(g)ΔH＝41.2kJ·mol－1在恒壓、反應物起始物質的量比n(CH4)∶n(CO2)＝1∶1條件下，CH4和CO2的平衡轉化率隨溫度變化的曲線如圖所示。下列有關說法正確的是(D)A．升高溫度、增大壓強均有利于提高CH4的平衡轉化率B．曲線A表示CH4的平衡轉化率隨溫度的變化C．相同條件下，改用高效催化劑能使曲線A和曲線B相重疊D．恒壓、800K、n(CH4)∶n(CO2)＝1∶1條件下，反應至CH4轉化率達到X點的值，改變除溫度外的特定條件繼續(xù)反應，CH4轉化率能達到Y點的值【解析】本題考查化學平衡知識的綜合應用?；瘜W反應CH4(g)＋CO2(g)2H2(g)＋2CO(g)ΔH＝247.1kJ·mol－1為氣體體積增大的吸熱反應，升溫能促使平衡正向移動，有利于提高CH4的平衡轉化率，但增大壓強平衡逆向移動，不利于提高CH4的平衡轉化率，A錯誤；CH4與CO2以物質的量之比為1∶1反應，由于CO2還會參與第二個反應，故曲線B表示CH4的平衡轉化率隨溫度的變化，B錯誤；使用催化劑只能改變反應速率，不能改變平衡轉化率，故不能使曲線A和B重疊，C錯誤；恒壓、800K、n(CH4)∶n(CO2)＝1∶1時，要提高CH4的轉化率即使CH4和CO2的反應正向進行達到平衡，且與原平衡相比，平衡正向移動，可通過減小壓強、分離出H2等方法實現(xiàn)，D正確；故選D。〔思維建?！郴瘜W平衡圖像類試題解題思維模型知能對點1化學反應速率與平衡圖像1.濃度對化學反應速率影響的特點——漸變，從平衡時速率逐漸增大、減小。2.溫度、壓強對化學反應速率影響的特點——跳變，從平衡時速率突然增大、減小。3.催化劑(反應前后氣體體積不變的反應增大壓強)對化學反應速率影響的特點——平變，從平衡時速率平跳，平衡不移動。知能對點2百分含量(或轉化率)圖像1.百分含量(或轉化率)—時間、溫度(或壓強)圖像解題原則：“先拐先平數(shù)值大”。先出現(xiàn)拐點的反應即先達到平衡，速率快，溫度較高、壓強較大(如圖Ⅰ、Ⅱ)或使用了催化劑(如圖Ⅲ)。再看平臺高度，縱坐標大小與平衡狀態(tài)相對應，將溫度高低、壓強大小與平衡狀態(tài)相聯(lián)系，即可得到反應熱或氣體分子數(shù)信息。2.百分含量(或轉化率)—壓強、溫度圖像解題原則：“定一議二”。討論三個量之間的關系，先確定其中一個量(看曲線趨勢或作輔助線)，再討論另兩個的關系，從而得到反應熱或氣體分子數(shù)信息。知能對點3新型圖像的探究應用陌生圖像常與生產(chǎn)生活中的實際問題相結合，從反應時間、投料比值、催化劑的選擇、轉化率、產(chǎn)率、成本等角度考查。此類題目信息量較大，能充分考查學生讀圖、提取信息、解決問題的能力，已然成為高考及平時模擬考試的“新寵”，分析時抓住圖像中的關鍵點(常為最高點、最低點、轉折點)、看清橫坐標、縱坐標代表的條件、弄清曲線的變化趨勢，即可將復雜圖像轉化為常規(guī)圖像，進而運用化學平衡知識結合常規(guī)圖像處理方法進行解答即可。命題角度1濃度(或n)、速率、轉化率圖像1.(2023·湖北襄陽二模)利用CO2催化加氫可制乙烯，反應為2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)ΔH，在兩個容積均為1L恒容密閉容器中，分別加入2molCO2、4molH2，分別選用兩種催化劑，反應進行相同時間，測得CO2轉化率隨反應溫度的變化如下圖所示。下列說法正確的是(A)A．使用催化劑Ⅰ時反應的活化能低于催化劑ⅡB．ΔH>0C．b、d兩狀態(tài)下，化學反應速率相等D．d狀態(tài)下，保持其他條件不變，向容器中再加入1molCO2與0.5molC2H4，v(正)<v(逆)【解析】使用催化劑Ⅰ時反應更快地達到平衡，使用催化劑Ⅰ時反應的活化能低于催化劑Ⅱ，故A正確；達到平衡后升高溫度，二氧化碳的轉化率降低，說明正反應放熱，ΔH＜0，故B錯誤；b、d兩狀態(tài)下，d點溫度高，化學反應速率更快，故C錯誤；2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)開始/mol·L－124變化/mol·L－1130.52平衡/mol·L－1110.52反應的平衡常數(shù)為K＝eq\f(0.5×24,12×16)＝8，d狀態(tài)下，保持其他條件不變，向容器中再加入1molCO2與0.5molC2H4，Qc＝eq\f(1×24,22×16)＝4<K，平衡正向進行，v(正)＞v(逆)，故D錯誤；故選A。2.(2023·廣東佛山二模)在催化劑作用下，向容積為1L的容器中加入1molX和3molY，發(fā)生反應：X(g)＋2Y(s)2Z(s)，平衡時和反應10min時X的轉化率α(X)隨溫度的變化分別如曲線Ⅰ、Ⅱ所示。下列說法錯誤的是(C)A．該反應ΔH>0B．200℃時，前10min的平均反應速率v(X)＝0.02mol·L－1·min－1C．400℃時，反應的平衡常數(shù)K＝2D．bc段變化可能是催化劑在溫度高于400℃時活性降低導致【解析】升高溫度，轉化率增大，平衡正向移動，正向是吸熱反應即該反應ΔH>0，故A正確；200℃時，前10min的平均反應速率v(X)＝eq\f(1mol×20%,1L×10min)＝0.02mol·L－1·min－1，故B正確；400℃時，X轉化率為60%，反應的平衡常數(shù)K＝eq\f(1,\f(1mol×40%,1L))＝2.5mol·L－1，故C錯誤；ab階段隨溫度升高，轉化率增大，bc階段隨溫度升高，轉化率減小，該變化可能是催化劑在溫度高于400℃時活性降低導致，故D正確；故選C。命題角度2溫度(或壓強)圖像3.(2023·廣東深圳統(tǒng)考一模)恒容密閉容器中，nmolCO2與3nmolH2在不同溫度下發(fā)生反應：2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)，達到平衡時，各組分的物質的量濃度(c)隨溫度(T)變化如圖所示：下列說法正確的是(C)A．該反應的平衡常數(shù)隨溫度升高而增大B．曲線Y表示c(C2H4)隨溫度的變化關系C．提高投料比[n(CO2)∶n(H2)]，可提高H2的平衡轉化率D．其他條件不變，2nmolCO2與6nmolH2在T1℃下反應，達到平衡時c(H2)<c1mol·L－1【解析】由圖可知，溫度升高，H2的平衡濃度增大，說明平衡逆向移動，該反應為放熱反應，該反應的平衡常數(shù)隨溫度升高而減小，故A錯誤；結合方程式2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)可知，c(C2H4)的變化量為c(H2O)變化量的eq\f(1,4)，則曲線Y表示c(H2O)隨溫度的變化關系，故B錯誤；提高投料比[n(CO2)∶n(H2)]即增大CO2的濃度，平衡正向移動，H2的平衡轉化率增大，故C正確；其他條件不變，2nmolCO2與6nmolH2在T1℃下反應，等效于增大壓強，該反應是氣體體積減小的反應，平衡正向移動，H2的濃度減小，當仍然大于nmolCO2與3nmolH2在T1℃下發(fā)生反應時H2的平衡濃度c1，故D錯誤；故選C。4.(2023·重慶二模)丙烯是三大合成材料的基本原料，由甲醇催化制丙烯的化學方程式為3CH3OH(g)C3H6(g)＋3H2O(g)。反應的Arrhenius經(jīng)驗公式的實驗數(shù)據(jù)如圖所示，Arrhenius經(jīng)驗公式為Rlnk＝－eq\f(Ea,T)＋C(Ea為活化能，k為速率常數(shù)，R和C為常數(shù))。下列有關說法正確的是(B)A．該反應的C為105.4kJ·mol－1·K－1B．工業(yè)上使用催化劑可以提高丙烯單位時間內的產(chǎn)率C．在恒容密閉容器中，氣體的密度不變，則該反應達到平衡D．在恒容密閉容器中，增加CH3OH物質的量平衡正向移動，CH3OH的體積分數(shù)減小【解析】由圖可得兩個等式：9.2＝－3.2×10－3Ea＋C和3.0＝－3.4×10－3Ea