2019屆高考化學(xué) 專題十三 化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡圖象題的破解策略精準(zhǔn)培優(yōu)專練.doc

培優(yōu)點(diǎn)十三 化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡圖象題的破解策略 一．化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡圖像 1．速率—溫度（或壓強(qiáng)）圖像 典例1．光氣(COCl2)是一種重要的化工原料，用于農(nóng)藥、醫(yī)藥、聚酯類材料的生產(chǎn)，工業(yè)上通過Cl2(g)＋CO(g)COCl2(g)制備。如下左圖為此反應(yīng)的反應(yīng)速率隨溫度變化的曲線，右圖為某次模擬實(shí)驗(yàn)研究過程中容器內(nèi)各物質(zhì)的濃度隨時(shí)間變化的曲線。下列說法不正確的是（ ） 　 A．0～6 min內(nèi)，反應(yīng)的平均速率v(Cl2)＝0.15mol(Lmin) ?1 B．若保持溫度不變，在第7min 向體系中加入這三種物質(zhì)各2 mol，則平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng) C．隨溫度升高，該反應(yīng)平衡常數(shù)減??；比較第8min反應(yīng)溫度T(8)與第15min反應(yīng)溫度T(15)的高低：T(8)>T(15) D．若將初始投料濃度變?yōu)閏(Cl2)＝0.7molL?1、c(CO)＝0.5 molL?1、c(COCl2)＝0.5 molL?1，保持反應(yīng)溫度不變，則最終達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)，Cl2的體積分?jǐn)?shù)與上述第6min時(shí)Cl2的體積分?jǐn)?shù)相同 【解析】 分析右側(cè)圖象知0～6 min內(nèi)，反應(yīng)的平均速率v(Cl2)＝＝0.15mol(Lmin) ?1，A正確；分析右側(cè)圖象知第7 min時(shí)，n(Cl2)∶n(CO)∶n(COCl2)＝3∶1∶9，若保持溫度不變，在第7 min向體系中加入這三種物質(zhì)各2 mol，反應(yīng)物增大的程度較大，則平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，B正確；分析左側(cè)圖象知反應(yīng)達(dá)平衡后，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，平衡常數(shù)減小；分析右側(cè)圖象知第10min時(shí)，平衡逆向移動(dòng)，改變的條件為升高溫度，T(8)<T(15)，C錯(cuò)誤；D選項(xiàng)中將COCl2完全轉(zhuǎn)化為Cl2和CO，則c(Cl2)＝1.2molL?1、c(CO)＝1.0molL?1，與原平衡加入的物質(zhì)的量相當(dāng)，保持反應(yīng)溫度不變，則最終達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)與原平衡等效，Cl2的體積分?jǐn)?shù)與上述第6min時(shí)Cl2的體積分?jǐn)?shù)相同，D正確。 【答案】C 2．含量—時(shí)間—溫度（壓強(qiáng)）圖像 典例2．可逆反應(yīng)aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)，反應(yīng)過程中，當(dāng)其他條件不變時(shí)，C的百分含量與溫度(T)和壓強(qiáng)(p)的關(guān)系如圖。下列敘述正確的是（ ） A．達(dá)平衡后，若升溫，平衡左移 B．達(dá)平衡后，加入催化劑則C的百分含量增大 C．化學(xué)方程式中a＋b＞c＋d D．達(dá)平衡后，減小A的量有利于平衡向右移動(dòng) 【解析】溫度T2時(shí)先達(dá)到平衡狀態(tài)，說明T2時(shí)反應(yīng)速率快，因此T2＞T1。溫度高C的百分含量低，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，A正確；催化劑只改變反應(yīng)速率，而不能改變平衡狀態(tài)，所以達(dá)平衡后，加入催化劑C的百分含量不變，B不正確；壓強(qiáng)p1時(shí)先達(dá)到平衡狀態(tài)，說明p1＞p2，壓強(qiáng)越大C的百分含量越低，說明增大壓強(qiáng)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，正反應(yīng)是體積增大的可逆反應(yīng)，因此a＋b＜c＋d，C不正確；達(dá)平衡后，減少A的量平衡逆向移動(dòng)，D不正確。 【答案】A 3．物質(zhì)的量（或濃度）—時(shí)間圖像 典例3．向甲、乙兩個(gè)容積均為1L的恒容容器中，分別充入2mol A、2mol B和1mol A、1mol B。相同溫度下，發(fā)生反應(yīng)：A(g)＋B(g)xC(g) ΔH<0。測(cè)得兩容器中c(A)隨時(shí)間t的變化如下圖所示。下列說法正確的是（ ） 甲 乙 A．x可能等于2 B．甲、乙兩容器中反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)，平衡常數(shù)K(甲)＜K(乙) C．將乙容器升溫可使甲、乙容器內(nèi)各物質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)相同 D．若向甲容器中再充入2 mol A、2 mol B，則平衡時(shí)甲容器中0.78 molL?1＜c(A)＜1.56 molL?1 【解析】由圖象可知平衡時(shí)，甲容器平衡時(shí)，A的轉(zhuǎn)化率為100%＝61%，乙容器平衡 時(shí)，A的轉(zhuǎn)化率為100%＝50%，甲容器內(nèi)壓強(qiáng)比乙容器內(nèi)大，增大壓強(qiáng)平衡正向移動(dòng)，故1＋1＞x，所以x＝1，A錯(cuò)誤；平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，B錯(cuò)誤；該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，將乙容器單獨(dú)升溫，平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)，即向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，升溫前，乙容器的轉(zhuǎn)化率比甲容器的轉(zhuǎn)化率低，升溫不可能使乙容器內(nèi)各物質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)與甲容器內(nèi)的相同，C錯(cuò)誤；向甲容器中再充入2 mol A、2 mol B，可以等效為原平衡狀態(tài)下壓強(qiáng)增大一倍，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，A轉(zhuǎn)化率增大，所以平衡時(shí)甲容器中c(A)小于2倍原平衡中的c(A)，平衡移動(dòng)目的是降低濃度增大趨勢(shì)，但不能消除濃度增大，達(dá)新平衡時(shí)濃度比原平衡大，所以平衡時(shí)甲容器中0.78 molL?1＜c(A)＜1.56 molL?1，D正確。 【答案】D 4．其他圖像 典例4．近年來，我國北京等地出現(xiàn)嚴(yán)重霧霾天氣，據(jù)研究，霧霾的形成與汽車排放的CO、NO2等有毒氣體有關(guān)。對(duì)汽車加裝尾氣凈化裝置，可使有毒氣體相互反應(yīng)轉(zhuǎn)化為無毒氣體，反應(yīng)的化學(xué)方程式為4CO(g)＋2NO2(g)4CO2(g)＋N2(g) ΔH＝?1200kJmol?1。對(duì)于該反應(yīng)，溫度不同(T2>T1)、其他條件相同時(shí)，下列圖像正確的是（ ） 【解析】升溫正、逆反應(yīng)速率同時(shí)加快，達(dá)到平衡時(shí)間縮短，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，CO的體積分?jǐn)?shù)增大，NO2的轉(zhuǎn)化率降低，化學(xué)平衡常數(shù)減?。粔簭?qiáng)增大，CO的體積分?jǐn)?shù)降低，對(duì)比圖像可知，只有選項(xiàng)B符合。 【答案】B 二．對(duì)點(diǎn)增分集訓(xùn) 1．一定條件下，反應(yīng)6H2(g)＋2CO2(g)C2H5OH(g)＋3H2O(g)的數(shù)據(jù)如下圖所示。 下列說法正確的是（ ） A．該反應(yīng)的ΔH＞0 B．達(dá)平衡時(shí)，v正(H2)＝v逆(CO2) C．b點(diǎn)對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)K值大于c點(diǎn) D．a(chǎn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的H2的平衡轉(zhuǎn)化率為90% 【解析】隨著溫度的升高，CO2轉(zhuǎn)化率降低，說明平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，ΔH<0，故A錯(cuò)誤；速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，平衡時(shí)v正(H2)＝3v逆(CO2)，故B錯(cuò)誤；正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小，即c點(diǎn)大于b點(diǎn)，故C錯(cuò)誤；假設(shè)消耗CO2物質(zhì)的量為1mol60%＝0.6 mol，則消耗H2的物質(zhì)的量為1.8mol，氫氣的轉(zhuǎn)化率為100%＝90%，故D正確。 【答案】D 2．已知合成氨反應(yīng)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＜0，當(dāng)反應(yīng)器中按n(N2)∶n(H2)＝1∶3投料后，在不同溫度下，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，得到混合物中NH3的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)隨壓強(qiáng)的變化曲線a、b、c如圖所示。下列說法正確的是（ ） A．曲線a對(duì)應(yīng)的反應(yīng)溫度最高 B．上圖中M、N、Q點(diǎn)平衡常數(shù)K的大小關(guān)系為K(M)＝K(Q)＜K(N) C．相同壓強(qiáng)下，投料相同，達(dá)到平衡所需時(shí)間的關(guān)系為c＞b＞a D．N點(diǎn)時(shí)c(NH3)＝0.2 molL?1，則N點(diǎn)的c(N2)∶c(NH3)＝1∶1 【解析】合成氨的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度越高，越不利于反應(yīng)正向進(jìn)行，曲線a的氨氣的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)最高，其反應(yīng)溫度相應(yīng)最低，故A錯(cuò)誤；平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度越高平衡常數(shù)越小，題圖中M、N、Q點(diǎn)平衡常數(shù)K的大小關(guān)系為K(M)＝K(Q)＞K(N)，故B錯(cuò)誤；反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度越高，越不利于反應(yīng)的進(jìn)行，曲線a、b、c的氨的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)a＞b＞c，則反應(yīng)溫度a＜b＜c，溫度越高反應(yīng)速率越快，達(dá)到平衡所用時(shí)間越短，即達(dá)到平衡所需時(shí)間c＜b＜a，故C錯(cuò)誤；在N點(diǎn)氨氣的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為20%，剩余氮?dú)夂蜌錃獾奈镔|(zhì)的量分?jǐn)?shù)的和為80%，N點(diǎn)c(NH3)＝0.2 molL?1時(shí)，氮?dú)夂蜌錃獾臐舛群蜑?.8 molL?1，因?yàn)殚_始時(shí)n(N2)∶n(H2)＝1∶3，則N點(diǎn)時(shí)c(N2)＝0.2molL?1，c(N2)∶c(NH3) ＝1∶1，故D正確。 【答案】D 3．某化學(xué)小組研究在其他條件不變時(shí)，改變密閉容器中某一條件對(duì)A2(g)＋3B2(g)2AB3(g) 化學(xué)平衡狀態(tài)的影響，得到如圖所示的曲線(圖中T表示溫度，n表示物質(zhì)的量)。下列判斷正確的是（ ） A．在T2和n(A2)不變時(shí)達(dá)到平衡，AB3的物質(zhì)的量大小為c>a>b B．若T2>T1，則正反應(yīng)一定是放熱反應(yīng) C．達(dá)到平衡時(shí)A2的轉(zhuǎn)化率大小為b>a>c D．若T2>T1，達(dá)到平衡時(shí)b、d點(diǎn)的反應(yīng)速率為vd<vb 【解析】增大一種反應(yīng)物的量必然會(huì)促進(jìn)另一種反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化，則B2越大達(dá)到平衡時(shí)A2的轉(zhuǎn)化率越大，生成物的物質(zhì)的量越大，則平衡時(shí)AB3的物質(zhì)的量大小為c＞b＞a，A錯(cuò)誤；若T2＞T1，由圖可知溫度升高AB3的物質(zhì)的量增大，說明升高溫度平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，則正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，B錯(cuò)誤；B2越大達(dá)到平衡時(shí)A2的轉(zhuǎn)化率越大，即達(dá)到平衡時(shí)A2的轉(zhuǎn)化率大小為c＞b＞a，C錯(cuò)誤；溫度越高速率越快，溫度T2＞T1，達(dá)到平衡時(shí)b、d點(diǎn)的反應(yīng)速率為vd＜vb，D正確。 【答案】D 4．可逆反應(yīng)X(g)＋2Y(g)Z(g) ΔH＜0，一定溫度下，在體積為2L的密閉容器中加入4mol Y和一定量的X后，X的濃度隨時(shí)間的變化情況如下圖所示，則下列說法正確的是（ ） A．若向該容器中加入1mol X、2mol Y，達(dá)平衡時(shí)，X的平衡濃度小于0.125molL?1 B．a(chǎn)點(diǎn)正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率 C．反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)，降低溫度可以實(shí)現(xiàn)c到d的轉(zhuǎn)化 D．該條件下，反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)，平衡常數(shù)K＝3 【解析】分析圖象和題給信息知起始加入2mol X、4mol Y，達(dá)到平衡時(shí)X的濃度為0.25 molL?1，若起 始加入1mol X和2mol Y，相當(dāng)于在原平衡的基礎(chǔ)上減小壓強(qiáng)，平衡逆向移動(dòng)，達(dá)平衡時(shí)，X的平衡濃度大于0.125molL?1，A錯(cuò)誤；由圖象可知，a點(diǎn)尚未達(dá)到平衡狀態(tài)，此時(shí)正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率，B正確；該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降低溫度，平衡正向移動(dòng)，X的濃度減小，不能實(shí)現(xiàn)c到d的轉(zhuǎn)化，C錯(cuò)誤；利用三段式計(jì)算： 　　　　　　　　　X(g)＋2Y(g)Z(g) 起始濃度/(molL?1)　1　　　2　　 0 轉(zhuǎn)化濃度/(molL?1)　0.75 　1.5　　0.75 平衡濃度/(molL?1)　0.25 　0.5　　0.75 K＝＝＝12，D錯(cuò)誤。 【答案】B 5．德國化學(xué)家哈伯從1902年開始研究由氮?dú)夂蜌錃庵苯雍铣砂?，反?yīng)原理為N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4kJmol?1。 （1）在恒溫恒容條件下，向反應(yīng)平衡體系中充入氮?dú)?，達(dá)到新平衡時(shí)，c(H2)將________(填“增大”“減小”“不變”或“無法判斷”，下同)，c(N2)c3(H2)將________。 （2）工業(yè)上可用CH4與水蒸氣制氫氣：CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)。在200℃時(shí)2L的密閉容器中，將1mol CH4和1mol H2O(g)混合，達(dá)到平衡時(shí)CH4的轉(zhuǎn)化率為80%。則200℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝______(保留一位小數(shù))。 （3）如圖為合成氨反應(yīng)在不同溫度和壓強(qiáng)、使用相同催化劑條件下，初始時(shí)氮?dú)狻錃獾捏w積比為1∶3時(shí)，平衡混合物中氨的體積分?jǐn)?shù)。若分別用vA(NH3)和vB(NH3)表示從反應(yīng)開始至達(dá)平衡狀態(tài)A、B時(shí)的化學(xué)反應(yīng)速率，則vA(NH3)________(填“>”“<”或“＝”)vB(NH3)。 【解析】（1）恒溫恒容條件下，向反應(yīng)平衡體系中充入氮?dú)?，平衡將向正反?yīng)方向移動(dòng)，故達(dá)到新平衡時(shí)，c(H2)減小。溫度不變，平衡常數(shù)K＝不變，達(dá)到新平衡后，c(NH3)增大，K不變，故c(N2)c3(H2) 也會(huì)增大。（2）根據(jù)三段式法進(jìn)行計(jì)算： CH4(g) ＋ H2O(g) CO(g) ＋ 3H2(g) 起始(molL?1) 0.5　　 0.5 0　　 0 轉(zhuǎn)化(molL?1) 0.580% 0.580% 0.580% 0.580%3 平衡(molL?1) 0.1　　　 0.1 0.4　　 1.2 則平衡常數(shù)K＝＝≈69.1。（3）由題圖可知，B所處的溫度和壓強(qiáng)均大于A，故vA(NH3)<vB(NH3)。 【答案】（1）減小　增大　 （2）69.1　 （3）< 6．氨催化氧化時(shí)會(huì)發(fā)生兩個(gè)競(jìng)爭反應(yīng)： 反應(yīng)Ⅰ：4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g) ΔH＝－905.0kJmol?1 反應(yīng)Ⅱ：4NH3(g)＋3O2(g)2N2(g)＋6H2O(g) ΔH＝?1266.6kJmol?1 為分析某催化劑對(duì)該反應(yīng)的選擇性，在1L密閉容器中充入1mol NH3和2mol O2，測(cè)得有關(guān)物質(zhì)的量關(guān)系如圖：①該催化劑在低溫時(shí)選擇反應(yīng)______(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。 ②520℃時(shí)4NH3＋3O22N2＋6H2O平衡常數(shù)K＝______________________________(不要求得出計(jì)算結(jié)果，只需列出數(shù)字計(jì)算式)。 ③C點(diǎn)比B點(diǎn)所產(chǎn)生的NO的物質(zhì)的量少的主要原因是_______________________。 （1） （2） 【解析】（1）①由圖示可知低溫時(shí)，容器中主要產(chǎn)物為N2，則該催化劑在低溫時(shí)選擇反應(yīng)Ⅱ。 ②兩個(gè)反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行 反應(yīng)Ⅰ　　　 4NH(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g) 物質(zhì)的量濃度(molL?1) 0.2　　 0.25　　　 0.2　　 0.03 反應(yīng)Ⅱ　　　　 4NH3＋3O22N2＋6H2O 變化物質(zhì)的量濃度(molL?1) 0.4　 0.3　　 0.2　 0.6 平衡物質(zhì)的量濃度(molL?1) 0.4　　1.45　　0.2　 0.9 故520℃時(shí)4NH3＋3O22N2＋6H2O的平衡常數(shù)K＝； ③已知4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g) ΔH＝－905.0kJmol?1，正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡后，溫度升高，平衡向左(逆反應(yīng)方向)移動(dòng)，導(dǎo)致NO的物質(zhì)的量逐漸減小，即C點(diǎn)比B點(diǎn)所產(chǎn)生的NO的物質(zhì)的量少。 【答案】①Ⅱ；②；③該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，當(dāng)溫度升高，平衡向左(逆反應(yīng)方向)移動(dòng) 7．碳及其化合物與人類生產(chǎn)、生活密切相關(guān)。請(qǐng)回答下列問題： CO可用于合成甲醇，反應(yīng)方程式為CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)。 ①CO在不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)的關(guān)系如圖1所示，該反應(yīng)的ΔH________(填“＞”或“＜”)0。 圖2表示CO的平衡轉(zhuǎn)化率與起始投料比[]、溫度的變化關(guān)系，測(cè)得B(x1,60)點(diǎn)氫氣的轉(zhuǎn)化率為40%，則x1＝__________。 ②一定條件下，將2mol CO和2mol H2置于容積為2L固定的密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)CO與H2體積之比為2∶1，則平衡常數(shù)K＝________。 【解析】①由于溫度越高CO的平衡轉(zhuǎn)化率越低，則可推出溫度升高平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則正反應(yīng)放熱，即ΔH＜0。令CO起始物質(zhì)的量為1mol，H2的起始物質(zhì)的量為x1 mol，當(dāng)CO變化0.6 mol時(shí) ，H2變化1.2 mol，則有100%＝40%，解得x1＝3。②列出三段式，先根據(jù)兩種氣體體積比為2∶1，可列式求出平衡濃度c(CH3OH)＝molL?1，c(CO)＝molL?1，c(H2)＝molL?1，然后列式計(jì)算K＝＝4.5。 【答案】①＜；3 ②4.5