2018届一轮复习人教版化学反应速率化学平衡图象
化学反应速率 化学平衡图象
化学反应速率和化学平衡图像类试题是化学试题中的一种特殊题型，其特点是：图像是题目的主要组成部分，把所要考查的化学知识寓于图中曲线上，具有简明、直观、形象的特点。该类试题以选择题为主要题型，偶尔也会在非选择题中出现。因为图像是用二维坐标表示的，所以该类试题包含的信息量比较大，随着高考的不断改革以及对学科能力要求的不断提高，这种数形结合的试题将频频出现。
高频考点一、物质的量(浓度)、速率——时间图像
【例1】25 ℃时，在体积为2 L的密闭容器中，气态物质A、B、C的物质的量n(mol)随时间t的变化如图所示，已知达到平衡后，降低温度，A的转化率增大。
(1)根据上图数据，写出该反应的化学方程式：__________________________。此反应的平衡常数表达式K＝________，从反应开始到第一次平衡时的平均速率v(A)为________。
(2)在5～7 min内，若K值不变，则此处曲线变化的原因是________________________。
(3)下图表示此反应的反应速率v和时间t的关系图：
各阶段的平衡常数如下表所示：
t2～t3
t4～t5
t5～t6
t7～t8
K1
K2
K3
K4
K1、K2、K3、K4之间的关系为________(用 “>”、“<”或“＝”连接)。A的转化率最大的一段时间是________。
【答案】 (1)A＋2B2C 0.05 mol·L－1·min－1 (2)增大压强 (3)K1>K2＝K3＝K4 t2～t3
【解析】 (1)由图中曲线变化情况可知：A和B是反应物，C是生成物，再由物质的量的变化值可得化学
【归纳总结】
1．物质的量(或浓度)—时间图像
此类图像能说明平衡体系中各组分(或某一成分)在反应过程中的变化情况，解题时要注意代表各物质曲线的折点(达平衡时刻)，各物质的物质的量(或浓度)变化量的内在联系，即比例符合化学方程式中化学计量数比例关系等情况。
如2A3B＋C的反应情况如图所示。
2．速率—时间图像
此类图像定性地揭示了v(正)、v(逆)随时间(含条件改变对速率的影响)而变化的规律，体现了平衡的“动、等、定、变”的基本特征，反映了平衡移动的方向。
如N2＋3H22NH3 ΔH<0，建立平衡后，加热对速率的影响如图。
【变式探究】已知NO2和N2O4可以相互转化：2NO2(g) N2O4(g)(正反应为放热反应)。现将一定量NO2和N2O4的混合气体通入一体积为1 L的恒温密闭容器中，反应物浓度随时间变化关系如图所示，回答下列问题：
(1)图中共有两条曲线X和Y，其中曲线______表示NO2浓度随时间的变化；a、b、c、d四个点中，表示化学反应处于平衡状态的点是________。
(2)前10 min内用NO2表示的化学反应速率v(NO2)＝__________mol·L－1·min－1；反应进行至25 min
时，曲线发生变化的原因是_________________________________________________________。
(3)若要达到与最后相同的化学平衡状态，在25 min时还可以采取的措施是________。
A．加入催化剂 B．缩小容器体积
C．升高温度 D．加入一定量的N2O4
【答案】 (1)X bd (2)0.04 加入了0.4 mol NO2(或加入了NO2) (3)BD
【方法技巧】
根据速率—时间图像判断反应条件的方法
1．看图像中正、逆反应速率的变化趋势，两者是同等程度的变化，还是不同程度的变化。同等程度的变化一般从压强(反应前后气体体积不变的反应)和催化剂考虑；若是不同程度的变化，从温度、浓度、压强(反应前后气体体积改变的反应)角度考虑。
2．对于反应速率变化不相等的反应，要注意观察改变某个条件瞬间，正、逆反应速率的大小关系及变化趋势。同时要联系外界条件对反应速率的影响规律，加以筛选、验证、排除。
【举一反三】汽车尾气中NO产生的反应为：N2(g)＋O2(g) 2NO(g)，一定条件下，等物质的量的N2(g)和O2(g)在恒容密闭容器中反应，下图曲线a表示该反应在温度T下N2的浓度随时间的变化，曲线b表示该反应在某一起始反应条件改变时N2的浓度随时间的变化。下列叙述正确的是( )
A．温度T下，该反应的平衡常数K＝
B．温度T下，随着反应的进行，混合气体的密度减小
C．曲线b对应的条件改变可能是加入了催化剂
D．若曲线b对应的条件改变是温度，可判断该反应的ΔH<0
【答案】 A
高频考点二、含量—时间—温度(压强)图像
【例2】(2016·四川理综，6)一定条件下，CH4与H2O(g)发生反应：CH4(g)＋H2O(g) CO(g)＋3H2(g)。设起始＝Z，在恒压下，平衡时CH4的体积分数φ(CH4)与Z和T(温度)的关系如图所示。下列说法正确的是( )
A．该反应的焓变ΔH>0
B．图中Z的大小为a>3>b
C．图中X点对应的平衡混合物中＝3
D．温度不变时，图中X点对应的平衡在加压后φ(CH4)减小
【答案】 A
【解析】 A项，由图可知，随温度的升高，CH4的体积分数减小，说明平衡向正反应方向移动，正反应为吸热反应，正确；B项，Z越大，说明大，相当于增加H2O的量，平衡正向移动，CH4的体积分数减小，所以b>3>a，错误；C项，起始时n(H2O)＝3x mol，n(CH4)＝x mol，随平衡的建立，消耗的n(CH4)＝n(H2O)＝a mol，平衡时＝≠3，错误；D项，加压，平衡向逆反应移动，CH4体积分数增大，错误。学科@网
【举一反三】可逆反应aA(s)＋bB(g) cC(g)＋dD(g) ΔH＝Q kJ·mol－1，反应过程中，当其他条件不变时，某物质在混合物中的含量与温度(T)、压强(p)的关系如图所示，据图分析，以下说法正确的是( )。
A．T1>T2，ΔH>0 B．T1
0
C．p1>p2，a＋b＝c＋d D．p1v逆的点是3，表示v正0
B．图中Z的大小为a>3>b
C．图中X点对应的平衡混合物中=3
D．温度不变时，图中X点对应的平衡在加压后 (CH4)减小
【答案】A
2．【2016年高考海南卷】(9分) 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)=0.006s－1，k(逆)=0.002s－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________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t2___t1(填“小于”“等于”或“大于”),判断理由是______。
【答案】
（1）3 小于
（2）B 7/3 大于 放热反应升高温度时平衡向逆反应方向移动学科@网
3．【2016年高考新课标Ⅱ卷】丙烯腈（CH2=CHCN）是一种重要的化工原料，工业上可用“丙烯氨氧化法”生产，主要副产物有丙烯醛（CH2=CHCHO）和乙腈CH3CN等，回答下列问题：
（1）以丙烯、氨、氧气为原料，在催化剂存在下生成丙烯腈（C3H3N）和副产物丙烯醛（C3H4O）的热化学方程式如下：
① C3H6(g)+NH3(g)+ 3/2O2(g)=C3H3N(g)+3H2O(g) △H=-515kJ/mol
② C3H6(g)+ O2(g)=C3H4O(g)+H2O(g) △H=-353kJ/mol
两个反应在热力学上趋势均很大，其原因是 ；有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是 ；提高丙烯腈反应选择性的关键因素是 。
（2）图（a）为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线，最高产率对应温度为460OC．低于460OC时，丙烯腈的产率 （填“是”或者“不是”）对应温度下的平衡产率，判断理由是 ；高于460OC时，丙烯腈产率降低的可能原因是 （双选，填标号）
A．催化剂活性降低 B．平衡常数变大 C．副反应增多 D．反应活化能增大
（3）丙烯腈和丙烯醛的产率与n（氨）/n（丙烯）的关系如图（b）所示。由图可知，最佳n（氨）/n（丙烯）约为 ，理由是。进料氨、空气、丙烯的理论体积约为
【答案】（1）两个反应均为放热量大的反应；降低温度、降低压强；催化剂；
（2）不是；该反应为放热反应，平衡产率应随温度升高而降低 ；AC
（3）1 ； 该比例下丙烯腈产率最高，而副产物丙烯醛产率最低； 1:7.5:1
1．(2014·福建理综，12)在一定条件下，N2O分解的部分实验数据如下：
反应时间/min
0
10
20
30
40
50
c(N2O)/(mol·L－1)
0.100
0.090
0.080
0.070
0.060
0.050
反应时间/min
60
70
80
90
100
c(N2O)/(mol·L－1)
0.040
0.030
0.020
0.010
0.000
下图能正确表示该反应有关物理量变化规律的是( )。
(注：图中半衰期指任一浓度N2O消耗一半时所需的相应时间，c1、c2均表示N2O初始浓度且c1p＋q
B．正反应是吸热反应；m＋np＋q
【答案】 D
2．已知可逆反应：4NH3(g)＋5O2(g) 4NO(g)＋6H2O(g) ΔH＝－1 025 kJ·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( )。
【答案】 D学科@网
【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。
3．在容积一定的密闭容器中发生可逆反应A(g)＋2B(g) 2C(g) ΔH>0，平衡移动关系如下图所示。下列说法正确的是( )。
A．p1p2，纵坐标指C的质量分数
C．p1T1)其他条件相同时，下列图像正确的是( )。
【答案】 B
4．T ℃时，将气体X与气体Y置于一密闭容器中，反应生成气体Z，反应过程中各物质的浓度变化如图Ⅰ所示。保持其他条件不变，在T1、T2两种温度下，Y的体积分数变化如图Ⅱ所示。下列结论正确的是( )。
A．t2时，保持其他条件和物质状态不变，增大压强，化学平衡向逆反应方向移动
B．其他条件不变，若升高温度，正、逆反应速率均增大，且X的转化率增大
C．图Ⅱ中T1>T2，正反应是吸热反应
D．T ℃时，若密闭容器中各物质起始浓度为：0.4 mol/L X、0.4 mol/L Y、0.2 mol/L Z，保持其他条件不变，达到平衡时Z的浓度为0.4 mol/L
【答案】 D
【解析】 由图Ⅰ可推出反应的化学方程式为X(g)＋3Y(g) 2Z(g)，由图Ⅱ可推出T1>T2，且正反应为放热反应；t2时，增大压强，平衡向正反应方向移动；升高温度，平衡逆向移动，X的转化率减小，故A、B、C项均错误，T ℃时，密闭容器中各物质的起始浓度为c(X)＝0.4 mol/L，c(Y)＝0.2 mol/L，c(Z)＝0.2 mol/L，平衡时与图Ⅰ所示平衡等效，则平衡时c(Z)＝0.4 mol/L，D项正确。
5．科学家采用“组合转化”技术，将CO2在一定条件下转化为重要的化工原料乙烯：2CO2(g)＋6H2(g) C2H4(g)＋4H2O(g)
，正反应为吸热反应，该反应达到平衡后，改变横坐标表示的反应条件，下列图示错误的是( )。
【答案】 B
6．某恒容密闭容器中充入一定量SO2和O2进行反应：2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g) ΔH<0，反应速率(v)与温度(T)、SO2的体积分数[V(SO2)%]与压强(p)的关系分别如图甲、图乙所示。下列说法不正确的是( )。
A．图甲中，曲线1表示逆反应速率与温度的关系
B．图甲中，d点表示温度为T0时，反应已经达到平衡
C．图乙中，温度恒定时，a、b两点对应的反应速率：va>vb
D．图乙中，温度恒定时，c点的反应正在向逆反应方向进行
【答案】 C
【解析】 d点正逆反应速率相等，反应处于平衡状态，平衡后升温，平衡向逆反应方向移动，故v逆>v正，曲线1表示逆反应速率；乙图中，p2压强大反应速率快，p1时达到平衡时SO2的体积分数大于c点时SO2的体积分数，所以反应向生成SO2的方向进行。学科@网
7．密闭容器中进行的可逆反应：aA(g)＋bB(g) cC(g)在不同温度(T1和T2)及压强(p1和p2)下，混合气体中B的质量分数w(B)与反应时间(t)的关系如图所示。下列判断正确的是( )。
A．T1c，正反应为吸热反应
B．T1>T2，p1p2，a＋bT2，p1>p2，a＋b>c，正反应为放热反应
【答案】 B
8．有一反应：2A＋B2C，其中A、B、C均为气体，右图中的曲线是该反应在不同温度下的平衡曲线，x轴表示温度，y轴表示B的转化率，图中有a、b、c三点，如图所示，则下列描述正确的是( )。
A．该反应是放热反应
B．b点时混合气体的平均摩尔质量不再变化
C．T1温度下a点表示若想达到平衡，可以采取增大压强的方法
D．c点可表示v(正)＜v(逆)
【答案】 B
9．合成氨反应为：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)。图1表示在一定的温度下此反应过程中的能量的变化。图2表示在2 L的密闭容器中反应时N2的物质的量随时间的变化曲线。图3表示在其他条件不变的情况下，改变起始物氢气的物质的量对此反应平衡的影响。
下列说法正确的是( )。
A．该反应为自发反应，由图1可得加入适当的催化剂，E和ΔH都减小
B．图2中0～10 min内该反应的平均速率v(H2)＝0.045 mol·L－1·min－1，从11 min起其他条件不变，压缩容器的体积为1 L，则n(N2)的变化曲线为d
C．图3中a、b、c三点所处的平衡状态中，反应物N2的转化率最高的是b点
D．图3中T1和T2表示温度，对应温度下的平衡常数为K1、K2，则：T1>T2，K1>K2
【答案】 B
【解析】 加入催化剂，活化能E减小，但反应热ΔH不变，A错；图2中0～10 min时，v(H2)＝3v(N2)＝3×＝0.045 mol·L－1·min－1，压缩体积，压强增大，平衡正向移动，n(N2)逐渐减小，即为d曲线，B正确；图3中c点起始时加入的H2最多，N2的转化率最高，C错；因合成氨正反应是放热反应，升高温度，平衡左移，图3中当n(H2)相同时，T1温度下达到平衡时NH3%高于T2温度下达到平衡时NH3%，所以T1K2，D错。
10．一定温度下，将1 mol A和1 mol B气体充入2 L密闭容器，发生反应：A(g)＋B(g) xC(g)＋D(s) ΔH>0，t1时达到平衡。在t2、t3时刻分别改变反应的一个条件，测得容器中气体C的浓度随时间变化如图所示。下列说法正确的是( )。
A．t1～t3间该反应的平衡常数均为4
B．反应方程式中的x＝1
C．t2时刻改变的条件是使用催化剂
D．t3时刻改变的条件是移去少量物质D
【答案】 A学科@网
11．在一定条件下，容积分别为1 L和2 L的甲、乙两密闭容器中同时充入2 mol A和2 mol B的混合气体，发生如下反应：2A(g)＋B(g)xC(g) ΔH＝Q kJ·mol－1，保持甲、乙两容器温度不变且相同，两容器中有关A的量随时间的变化如图：
(1)根据上述图像判断，x________3(填“>”“＝”或“<”)。写出该反应的平衡常数表达式：K＝________，已知温度升高时，K值减小，则Q________0(填“>”“＝”或“<”)。
(2)用B物质表示从0～3 min内乙容器中反应的平均速率v(B)＝________。(结果保留三位小数)
(3)能说明甲容器中反应达到平衡状态的是________(填编号)。
a．2n(A)＝n(B)＝x·n(C)
b．c(A)、c(B)、c(C)保持一个定值
c．x·v逆(B)＝v正(C)
d．甲容器中气体的密度保持不变
(4)甲、乙两容器中反应达到平衡时所耗时间相同，原因可能是__________________________。
【答案】 (1)＝ < (2)0.083 mol·L－1·min－1 (3)bc (4)乙容器中有催化剂
(3)a项，具体反应过程中各物质的量的多少不能作为平衡判断的依据；b项，各物质的浓度不变，则说明反应已达到平衡；c项，即正逆反应速率相等，是平衡标志；d项，固定体积的容器，反应体系中各物质都是气态的反应，反应过程中密度一直不变，所以密度不变不能作为该反应的平衡标志。
(4)乙中反应物浓度小于甲，而反应速率与甲相同，故乙中可能使用了催化剂。学科@网
12．反应A(g) B(g)＋C(g)在容积为1.0 L的密闭容器中进行，A的初始浓度为0.050 mol·L－1。温度T1和T2下A的浓度与时间关系如图所示。回答下列问题：
(1)上述反应的温度T1________T2，平衡常数K(T1)________K(T2)。(填“大于”、“小于”或“等于”)
(2)若温度T2时，5 min后反应达到平衡，A的转化率为70%，则：
①平衡时体系总的物质的量为_____________________________________________________。
②反应的平衡常数K＝___________________________________________________________。
③反应在0～5 min区间的平均反应速率v(A)＝________。
【答案】 (1)小于 小于 (2)①0.085 mol ②0.082 ③0.007 mol·L－1·min－1
13．火力发电厂释放出大量二氧化碳，对燃煤废气进行脱碳等处理，可实现绿色环保、节能减排、废物利用等目的。将CO2转化为甲醇是一种新型脱碳技术，其反应为CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH。
(1)取五份等体积的CO2和H2的混合气体(物质的量之比均为1∶3)，分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中，发生上述反应，反应相同时间后，测得甲醇的体积分数φ(CH3OH)与反应温度T的关系曲线如图Ⅰ所示，则上述CO2转化为甲醇的反应的ΔH________0(填“>”、“<”或“＝”)。
(2)如图Ⅱ是在恒温密闭容器中，压强为p1时H2的体积分数随时间t的变化曲线，请在图中画出该反应在p2(p2>p1)时H2的 体积分数随时间t的变化曲线。
(3)在一恒温恒容密闭容器中充入1 mol CO2和3 mol H2，进行上述反应。测得CO2和CH3OH(g)的物质的量浓度随时间的变化如图Ⅲ所示。
则0～10 min内，氢气的平均反应速率为________；该温度下，反应的平衡常数为________(保留三位有效数字)；10 min后，向该容器中再充入1 mol CO2和3 mol H2，则再次达到平衡时CH3OH(g)的体积分数________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
【答案】 (1)< (2)
(3)0.225 mol·L－1·min－1 5.33 增大
