高考化学总复习第七章化学反应速率和化学平衡课时4巧解平衡及速率图像题练习新人教版.docx

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高考化学总复习第七章化学反应速率和化学平衡课时4巧解平衡及速率图像题练习新人教版

课时4　巧解平衡及速率图像题

[课时诠释]

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。

【思维展示】

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），若反应在恒容密闭容器中进行，下列由该反应相关图像作出的判断正确的是（　　）

选项

图像

判断

思维过程

结论

A

升高温度，平衡常数减小

图像特点：

放热反应

性质特点：

温度升高，平衡左移，K值减小

√

B

0～3s内，反应速率为v（NO2）＝0.2mol·L－1

图像特点：

①时间：

3s

②平衡浓度：

0．4mol·L－1

计算公式：

v＝

×

C

t1时仅加入催化剂，平衡正向移动

图像特点：

平衡不移动

结论：

加入催化剂，正逆反应速率增大倍数相等但平衡不移动

×

D

达平衡时，仅改变x，则x为c（O2）

图像特点：

横坐标增大，NO2转化率升高

结论：

增大O2浓度平衡左移，NO2转化率降低

×

微点聚焦一　物质的量（浓度）、速率—时间图像

[典题示例]

【示例1】（2015·安徽理综，11）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

思维提示　A项，在温度T下，由曲线a可知，达到平衡后N2、O2、NO的浓度分别为c1mol/L、c1mol/L、2（c0－c1）mol/L，所以该反应的平衡常数K＝

，正确；B项，反应前后，混合气体的体积与质量都没有发生改变，所以混合气体的密度不变，错误；C项，加入催化剂只改变反应速率而不改变反应的转化率，若加入催化剂达到平衡后，c（N2）应与曲线a对应的平衡浓度相同，错误；D项，若曲线b对应的条件改变是温度，由于曲线b相对于曲线a先达到了平衡，故应该为升温，升高温度，N2的平衡浓度减小，说明平衡向正向移动，该反应为吸热反应，ΔH>0，错误。

答案　A

【知识归纳】

1．物质的量（或浓度）—时间图像

例如，某温度时，在定容（VL）容器中，X、Y、Z三种物质的物质的量随时间的变化曲线如图所示。

（1）由图像得出的信息是

①X、Y是反应物，Z是产物；

②t3时反应达平衡，X、Y没有全部反应。

（2）根据图像可进行如下计算：

①某物质的平均速率、转化率，如v（X）＝

mol·L－1·s－1，Y的转化率＝

×100%。

②确定化学方程式中的化学计量数之比

如X、Y、Z三种物质的化学计量数之比为

（n1－n3）∶（n2－n3）∶n2。

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，以及平衡移动的方向。

如N2＋3H22NH3　ΔH<0，建立平衡后，加热对速率的影响如图。

[体验感悟]

1．（2016·株洲一模）对于达到平衡的可逆反应X＋YW＋Z（已配平），在t时刻增大压强（其他条件不变），正、逆反应速率（v）变化的情况如图所示。

下列对X、Y、W、Z四种物质状态的描述正确的是（　　）

A．W、Z均为气体，X、Y中只有一种为气体

B．X、Y均为气体，W、Z中只有一种为气体

C．X、Y或W、Z中均只有一种为气体

D．X、Y均为气体，W、Z均为液体或固体

解析　由图像可知，增大压强，正、逆反应速率都增大，且平衡正向移动，而增大压强时平衡应向气体分子数减小的方向移动，分析可知B选项正确。

答案　B

2．向一容积不变的密闭容器中充入一定量A（g）和B，发生反应：

xA（g）＋2B（s）yC（g）　ΔH<0。

在一定条件下，容器中A、C的物质的量浓度随时间变化的曲线如图所示。

请回答下列问题：

（1）用A的浓度变化表示该反应0～10min内的平均反应速率v（A）＝_______。

（2）根据图示可确定x∶y＝________。

（3）0～10min容器内压强________（填“变大”、“不变”或“变小”）。

（4）推测第10min引起曲线变化的反应条件可能是__________________（填编号，下同）；

第16min引起曲线变化的反应条件可能是________。

①减压　②增大A的浓度　③增大C的量　④升温

⑤降温　⑥加催化剂

（5）若平衡Ⅰ的平衡常数为K1，平衡Ⅱ的平衡常数为K2，则K1________（填“＞”、“＝”或“＜”）K2。

答案　

（1）0.02mol·L－1·min－1　

（2）1∶2　（3）变大　（4）④⑥　④　（5）>

【解题指导】

“四步法”解图像题

微点聚焦二　含量（或转化率）—时间—温度（压强）图像

[典题示例]

【示例2】（2015·四川高考，7）一定量的CO2与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应：

C（s）＋CO2（g）2CO（g），平衡时，体系中气体体积分数与温度的关系如下图所示：

已知：

气体分压（p分）＝气体总压（p总）×体积分数。

下列说法正确的是（　　）

A．550℃时，若充入惰性气体，v正、v逆均减小，平衡不移动

B．650℃时，反应达平衡后CO2的转化率为25.0%

C．T℃时，若充入等体积的CO2和CO，平衡向逆反应方向移动

D．925℃时，用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp＝24.0p总

【信息获取与应用】

①

容器的特征：

恒压密闭容器

②

反应的特征：

正反应是气体体积增大的反应

③

图像的特征：

纵坐标是气体体积分数，横坐标是温度

④

挖掘图像中的信息：

是平衡时的温度与体积分数的关系；445℃时才发生反应等

⑤

充入惰性气体，相当于减压

⑥

利用“三段式”计算

⑦

T℃时，平衡体系中CO2和CO的体积分数相等，则在恒压密闭容器中同时充入等体积的CO2和CO，平衡不移动

⑧

Kp的计算方法和K的计算方法类似

答案　B

【满分必备】

已知不同温度或压强下，反应物的转化率α（或百分含量）与时间的关系曲线，推断温度的高低及反应的热效应或压强的大小及气体物质间的化学计量数的关系。

[以aA（g）＋bB（g）cC（g）中反应物的转化率αA为例说明]

解答这类图像题时应注意以下两点：

（1）“先拐先平，数值大”原则：

分析反应由开始（起始物质相同时）达到平衡所用时间的长短可推知反应条件的变化。

①若为温度变化引起，温度较高时，反应达平衡所需时间短，如甲中T2＞T1。

②若为压强变化引起，压强较大时，反应达平衡所需时间短。

如乙中p1＞p2。

③若为是否使用催化剂，使用适宜催化剂时，反应达平衡所需时间短。

如图丙中a使用催化剂。

（2）正确掌握图像中反应规律的判断方法：

①图中甲，T2＞T1，升高温度，αA降低，平衡逆移，正反应为放热反应。

②图乙中，p1＞p2，增大压强，αA升高，平衡正移，则正反应为气体体积缩小的反应。

③若纵坐标表示A的百分含量，则甲中正反应为吸热反应，乙中正反应为气体体积增大的反应。

[体验感悟]

1．（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

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）＝3xmol，n（CH4）＝xmol，随平衡的建立，消耗的n（CH4）＝n（H2O）＝amol，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。

答案　A

2．[2015·北京理综，26（3）]反应Ⅱ：

2H2SO4（l）===2SO2（g）＋O2＋2H2O（g）　

ΔH＝＋550kJ·mol－1

它由两步反应组成：

ⅰ.H2SO4（l）===SO3（g）＋H2O（g）　

ΔH＝＋177kJ·mol－1

ⅱSO3（g）分解。

L（L1，L2）、X可分别代表压强或温度，下图表示L一定时，ⅱ中SO3（g）的平衡转化率随X的变化关系。

（1）X代表的物理量是________。

（2）判断L1、L2的大小关系，并简述理由：

__________________________

______________________________________________________________

______________________________________________________________。

解析　首先根据反应Ⅱ和反应ⅰ确定反应ⅱ为2SO3（g）2SO2（g）＋O2（g）　ΔH＝＋196kJ·mol－1。

（1）根据反应ⅱ的特点：

正反应方向为气体体积增大、吸热反应，增大压强SO3（g）的转化率减小，故X代表压强。

（2）在等压条件下，升高温度，反应ⅱ的平衡向正向移动，SO3（g）的转化率增大，故L2所代表高温曲线，即L1＜L2。

答案　

（1）压强　

（2）L1＜L2，SO3（g）分解的热化学方程式为2SO3（g）2SO2（g）＋O2（g）　ΔH＝＋196kJ·mol－1，当压强一定时，温度升高，平衡转化率增大

【方法总结】

解化学图像题的“三个步骤”

微点聚焦三　恒温（压）图像

[典题示例]

【示例3】[2015·山东理综，30，

（1）

（2）]合金贮氢材料具有优异的吸放氢性能，在配合氢能的开发中起着重要作用。

（1）一定温度下，某贮氢合金（M）的贮氢过程如图所示，纵轴为平衡时氢气的压强（p），横轴表示固相中氢原子与金属原子的个数比（H/M）。

在OA段，氢溶解于M中形成固溶体MHx，随着氢气压强的增大，H/M逐渐增大；在AB段，MHx与氢气发生氢化反应生成氢化物MHy，氢化反应方程式为：

zMHx（s）＋H2（g）zMHy（s）　ΔH1（Ⅰ）；在B点，氢化反应结束，进一步增大氢气压强，H/M几乎不变。

反应（Ⅰ）中z＝________（用含x和y的代数式表示）。

温度为T1时，2g某合金4min内吸收氢气240mL，吸氢速率v＝________mL·g－1·min－1。

反应的焓变ΔH1________0（填“>”“<”或“＝”）。

（2）η表示单位质量贮氢合金在氢化反应阶段的最大吸氢量占其总吸氢量的比例，则温度为T1、T2时，η（T1）________η（T2）（填“>”“<”或“＝”）。

当反应（Ⅰ）处于图中a点时，保持温度不变，向恒容体系中通入少量氢气，达平衡后反应（Ⅰ）可能处于图中的________点（填“b”“c”或“d”），该贮氢合金可通过________或________的方式释放氢气。

解析　

（1）根据H原子守恒得zx＋2＝zy，则z＝

。

由题中所给数据可知吸氢速率v＝240mL÷2g÷4min＝30mL·g－1·min－1。

由图像可知，T1

（2）由图像可知，固定横坐标不变，即氢原子与金属原子个数比相同时，T2时氢气的压强大，说明吸氢能力弱，故η（T1）>η（T2）。

处于图中a点时，保持温度不变，向恒容体系中通入少量氢气，H2浓度增大，平衡正向移动，一段时间后再次达到平衡，此时H/M增大，故可能处于图中的c点。

由氢化反应方程式及图像可知，这是一个放热的气体体积减小的反应，根据平衡移动原理，要使平衡向左移动释放H2，可改变的条件是：

升温或减压。

答案　

（1）

　30　<

（2）>　c　升温　减压

【知识归纳】

该类图像的纵坐标为物质的平衡浓度（c）或反应物的转化率（α），横坐标为温度（T）或压强（p），常见类型如下所示：

如图2所示曲线是其他条件不变时，某反应物的最大转化率（α）与温度（T）的关系曲线，图中标出的1、2、3、4四个点，表示v正>v逆的点是3，表示v正

[体验感悟]

1．（2016·北京市丰台区期末）在容积一定的密闭容器中，置入一定量的一氧化氮和足量碳发生化学反应：

C（s）＋2NO（g）CO2（g）＋N2（g），平衡时c（NO）与温度T的关系如图所示，则下列说法正确的是（　　）

A．该反应的ΔH＞0

B．若该反应在T1、T2时的平衡常数分别为K1、K2，则K1＜K2

C．在T2时，若反应体系处于状态D，则此时v正＞v逆

D．若状态B、C、D的压强分别为pB、pC、pD，则pC＝pD＞pB

解析　由图可知，温度越高平衡时c（NO）越大，即升高温度平衡逆反应方向移动，所以正反应为放热反应，即ΔH＜0，A错误；该反应正反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，所以升温化学平衡常数减小，故K1＞K2，B错误；T2时反应处于状态D，c（NO）高于平衡浓度，故反应向正反应进行，则一定有v（正）＞v（逆），C正确；达到平衡状态时，压强和温度成正比例关系，则pB＝pD＜pC，D错误。

答案　C

2．（2017·郑州质量预测）研究和开发CO2和CO的创新利用是环境保护和资源利用双赢的课题。

CO可用于合成甲醇。

在压强为0.1MPa条件下，在体积为bL的密闭容器中充入amolCO和2amolH2，在催化剂作用下合成甲醇：

CO（g）＋2H2（g）CH3OH（g）

平衡时CO的转化率与温度、压强的关系如下图：

（1）该反应属于________反应（填“吸热”或“放热”）。

（2）100℃时，该反应的平衡常数：

K＝________（用含a、b的代数式表示）。

若一个可逆反应的平衡常数K值很大，对此反应的说法正确的是________（填序号）。

a．该反应使用催化剂意义不大

b．该反应发生将在很短时间内完成

c．该反应达到平衡时至少有一种反应物百分含量很小

d．该反应一定是放热反应

（3）在温度和容积不变的情况下，再向平衡体系中充入amolCO、2amolH2，达到平衡时CO转化率________（填“增大”、“不变”或“减小”，下同），平衡常数________。

答案　

（1）放热　

（2）b2/a2　c　（3）增大　不变

【解题模板】

1．（2017·西安模拟）现有下列两个图像：

下列反应中符合上述图像的是（　　）

A．N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）　ΔH＜0

B．2SO3（g）2SO2（g）＋O2（g）　ΔH＞0

C．4NH3（g）＋5O2（g）4NO（g）＋6H2O（g）　ΔH＜0

D．H2（g）＋CO（g）C（s）＋H2O（g）　ΔH＞0

解析　由左边的图像可知，温度越高生成物的浓度越大，说明升高温度，平衡向正反应移动，故正反应为吸热反应；由右边图像可知，相交点左边未达平衡，相交点为平衡点，相交点右边压强增大，平衡被破坏，v逆＞v正，平衡向逆反应方向移动，说明正反应为气体物质的量增大的反应；综合上述分析可知，可逆反应正反应为吸热反应且正反应为气体物质的量增大的反应。

N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）　ΔH＜0，为放热反应反应，正反应是气体物质的量减小的反应，A不符合；2SO3（g）2SO2（g）＋O2（g）　ΔH＞0，为吸热反应反应，正反应是气体物质的量增大的反应，B符合；4NH3（g）＋5O2（g）4NO（g）＋6H2O（g）　ΔH＜0，正反应是气体物质的量增大的反应，但为放热反应反应，C不符合；H2（g）＋CO（g）C（s）＋H2O（g）　ΔH＞0，为吸热反应，但正反应是气体物质的量减小的反应，D不符合。

答案　B

2．（2016·山东济南检测）已知反应X（g）＋Y（g）nZ（g）　ΔH＞0，将X和Y以一定比例混合通入密闭容器中进行反应，各物质的浓度随时间的变化如图所示。

下列说法不正确的是（　　）

A．反应方程式中n＝1

B．10min时，曲线发生变化的原因是升高温度

C．10min时，曲线发生变化的原因是增大压强

D．0～5min内，用X表示的反应速率为v（X）＝0.08mol·L－1·min－1

解析　根据图像可知，反应进行到5min时，X、Y和Z的浓度不再发生变化，反应达到平衡状态。

此时X的浓度减少了2.0mol/L－1.6mol/L＝0.4mol/L；Z的浓度增加了0.4mol/L，所以根据浓度的变化量之比等于化学计量数之比可知，n＝1，A正确；10min时，X、Y、Z的浓度均增大，但平衡向正反应方向移动。

该可逆反应的正反应是吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，但反应物的浓度降低，因此改变的条件一定不是温度，B不正确；由于该可逆反应的正反应是气体分子总数减小的反应，因此根据图像可知，10min时，曲线发生变化的原因是增大压强，C正确；0～5min内，用X表示的反应速率为v（X）＝

＝0.08mol·L－1·min－1，D正确。

答案　B

3．（2017·日照调研）向密闭容器中充入物质A和B，发生反应aA（g）＋bB（g）cC（g）。

反应过程中，物质A的体积分数和C的体积分数随温度（T）的变化曲线如图所示，下列说法正确的是（　　）

A．该反应在T1、T3温度时达到化学平衡

B．该反应在T2温度时达到化学平衡

C．该反应的逆反应是放热反应

D．升高温度，平衡会向正反应方向移动

解析　T2之前A的体积分数减小，C的体积分数增大，是因为反应未达到平衡，T2之后A的体积分数增大，C的体积分数减小，是因为反应在T2时达到平衡后，升高温度平衡向逆反应方向移动，故B项正确，C、D项错误。

在T1和T3时，A的体积分数均与C的体积分数相等，但T1时反应没有达到平衡状态，A项错误。

答案　B

4．如图表示恒容密闭容器中，反应X（g）4Y（g）＋Z（g）　ΔH<0在某温度时，X的浓度随时间的变化曲线：

下列有关该反应的描述正确的是（　　）

A．8min时，反应停止

B．X的平衡转化率为85%

C．若升高温度，X的平衡转化率将大于85%

D．若降低温度，v正和v逆将以同样程度减少

解析　8min时X的浓度不再变化，但反应并未停止，A项错误。

从反应开始至达到平衡，X的浓度变化为1.0mol·L－1－0.15mol·L－1＝0.85mol·L－1，转化率为

×100%＝85%，B项正确。

ΔH<0，正反应放热，故升高温度，平衡将逆向移动，则X的转化率减小，C项错误。

降低温度，正、逆反应速率同时减小，但是降低温度平衡正向移动，故v正>v逆，即逆反应速率减小得快，D项错误。

答案　B

5．在一定条件下，甲醇发生脱氢反应生成甲醛：

CH3OH（g）HCHO（g）＋H2（g），甲醇的平衡转化率随温度的变化曲线如图所示。

下列有关说法正确的是（　　）

A.甲醇脱氢反应的焓变ΔH<0

B．600K时，Y点甲醇的v正

C．从Y点到Z点可通过增大压强

D．在T1K时，该反应的平衡常数为8.1

解析　分析图像可知，甲醇的转化率随温度的升高而增大，说明该脱氢反应是吸热反应，ΔH>0，A错误；600K时，Y点在平衡曲线之上，可通过减小甲醇的转化率达到平衡，即应使平衡逆向移动，故此时甲醇的v正

答案　B

6．用NH3催化还原NxOy可以消除氮氧化物的污染。

已知：

反应Ⅰ：

4NH3（g）＋6NO（g）5N2（g）＋6H2O（l）　ΔH1

反应Ⅱ：

2NO（g）＋O2（g）2NO2（g）　ΔH2（且|ΔH1|＝2|ΔH2|）

反应Ⅲ：

4NH3（g）＋6NO2（g）5N2（g）＋3O2（g）＋6H2O（l）　ΔH3

反应Ⅰ和反应Ⅱ在不同温度时的平衡常数及其大小关系如下表：

温度/K

反应Ⅰ

反应Ⅱ

已知：

K2>K1>K′2>K′1

298

K1

K2

398

K′1

K′2

（1）推测反应Ⅲ是________反应（填“吸热”或“放热”）

（2）相同条件下，反应Ⅰ在2L密闭容器内，选用不同的催化剂，反应产生N2的量随时间变化如图所示。

①计算0～4分钟在A催化剂作用下，反应速率v（NO）＝________。

②下列说法正确的是________。

A．该反应的活化能大小顺序是：

Ea（A）>Ea（B）>Ea（C）

B．增大压强能使反应速率加快，是因为增加了活化分子百分数

C．单位时间内H—O键与N—H键断裂的数目相等时，说明反应已经达到平衡

D．若在恒容绝热的密闭容器中发生反应，当K值不变时，说明反应已达到平衡

（3）一定条件下，反应Ⅱ达到平衡时体系中n（NO）∶n（O2）∶n（NO2）＝2∶1∶2。

在其他条件不变时，再充入NO2气体，分析NO2体积分数——φ（NO2）的变化情况：

恒温恒压容器，φ（NO2）________；恒温恒容容器，φ（NO2）________（填“变大”、“变小”或“不变”）。

（4）一定温度下，反应Ⅲ在容积可变的密闭容器中达到平衡，此时容积为3L，c（N2）与反应时间t变化曲线X如图所示，若在t1时刻改变一个条件，曲线X变为曲线Y或曲线Z。

则：

①变为曲线Y改变的条件是______________________________________。

变为曲线Z改变的条件是________________________________________。

②若t2时降低温度，t3时达到平衡，请在图中画出曲线X在t2～t4内c（N2）的变化曲线。

解析　

（1）分析表中数据可知，对于反应Ⅰ和反应Ⅱ，温度升高时，K值减小，平衡逆向移动，故两个反应都是放热反应，焓变小于0。

将反应Ⅰ－反应Ⅱ×3得反应Ⅲ，则ΔH3＝ΔH1－3ΔH2＝2ΔH2－3ΔH2＝－ΔH2，因为ΔH2<0，所以ΔH3>0，反应Ⅲ是吸热反应。

（2）①v（NO）＝

v（N2）＝

×

＝0.375mol·L－1·min－1。

②生成的N2越多，则活化分子越多，活化能降低，A错误；增大压强能使反应速率加快，是因为增加了活化分子的浓度，活化分子的百分数不变，B错误；单位时间内H—O键与N—H键断裂的数目相等时，说明正反应速率等于逆反应速率，反应已经达到平衡，C正确；若在恒容绝热的密闭容器中发生