2024鲁科版新教材高中化学选择性必修1同步练习--第3课时　化学反应速率和化学平衡图像（含解析）

2024鲁科版新教材高中化学选择性必修1
第3课时　化学反应速率和化学平衡图像
基础过关练
题组一　化学反应速率图像
1.(2021河北安平中学月考)对于反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)　ΔH<0,根据下图,下列说法错误的是(　　)
A.t2时使用了催化剂
B.t3时采取减小反应体系压强的措施
C.t5时采取升温的措施
D.反应在t6时刻,SO3体积分数最大
2.下列各图表示温度或压强对反应2X(s)+2Y(g) 2Z(g)+W(g)　ΔH>0的正、逆反应速率的影响,曲线交点表示建立平衡时的温度或压强,其中正确的是(　　)
3.一定条件下,A(g)+B(g) C(g)　ΔH<0,达到平衡后根据下列图像判断:
(1)升高温度,达到新平衡的是　　　　(填“A”“B”“C”“D”或“E”,下同),新平衡中C的体积分数　　　　(填“增大”“减小”或“不变”,下同)。
(2)增大容器体积减小压强,达到新平衡的是　　　　,A的转化率　　　　。
(3)减少C的量,达到新平衡的是　　　　　　　　　　。
(4)增加A的量,达到新平衡的是　　　　,此时B的转化率　　　　,A的转化率　　　　。
(5)使用催化剂,达到新平衡的是　　 ,C的质量分数　　　　。
题组二　化学平衡图像
4.现有下列图像:
下列反应中全部符合上述图像的反应是(　　)
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
5.一定温度下,向某恒容密闭容器中充入一定量的A和B,发生反应:A(g)+B(g) C(s)+xD(g)　ΔH>0,容器中A、B、D的物质的量浓度随时间的变化如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.反应在前10 min内的平均反应速率v(D)=0.15 mol·L-1·min-1
B.该反应的平衡常数表达式为K=
C.若平衡时保持温度不变,压缩容器容积,则平衡向逆反应方向移动
D.反应至15 min时,改变的条件是降低温度
6.(2021安徽六安一中开学)反应2NO2(g) N2O4(g)　ΔH=-57 kJ·
mol-1,在温度为T1、T2时,平衡体系中NO2的体积分数随压强变化如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.由状态B到状态A,可以用加热的方法
B.由状态B到状态A,可以用加压的方法
C.A、C两点气体的颜色:A深,C浅
D.A、C两点气体的平均相对分子质量:A>C
7.温度为T时在2 L密闭容器中使X(g)与Y(g)发生反应生成Z(g)。反应过程中X、Y、Z的物质的量随时间变化如图1所示;若保持其他条件不变,温度分别为T1和T2时,Y的体积分数与时间的关系如图2所示。则下列说法不正确的是(　　)
图1
图2 图3
A.容器中发生的反应可表示为3X(g)+Y(g) 2Z(g)
B.反应进行的前3 min内,用X表示的反应速率v(X)=0.1 mol·L-1·
min-1
C.保持其他条件不变,升高温度,化学平衡常数减小
D.若改变反应条件,使反应过程如图3所示,则改变的条件是加催化剂
8.(2022广东广州六校期中联考)I2在KI溶液中存在平衡:I2(aq)+I-(aq) (aq)。某I2、KI的混合溶液中,的物质的量浓度c()与温度T的关系如图所示(曲线上任何一点都表示平衡状态)。下列说法正确的是(　　)
A.反应I2(aq)+I-(aq) (aq)的ΔH>0
B.状态A与状态B相比,状态A的c(I2)大
C.若温度为T1、T2,反应的平衡常数分别为K1、K2,则K1D.若反应进行到状态D时,一定有v正>v逆
能力提升练
题组一　化学反应速率和化学平衡图像综合分析
1.在容积不变的密闭容器中存在反应:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)　ΔH<0,某学习小组研究了其他条件不变时,改变某一条件对上述反应的影响,下列分析正确的是(　　)
A.图Ⅰ表示的是t1时刻增大O2的浓度对反应速率的影响
B.图Ⅱ表示的是t1时刻加入催化剂后对反应速率的影响
C.图Ⅲ表示的是压强对化学平衡的影响,且乙的压强较高
D.图Ⅳ表示的是温度、压强对平衡的影响,且甲的温度比乙的高
2.下列图示与对应的叙述相符的是(　　)
A.由图甲表示的反应速率随温度变化的关系可知该反应的ΔH>0
B.图乙表示反应NH2COONH4(s) 2NH3(g)+CO2(g)达到平衡后,增大压强,反应速率和时间的关系,达到新平衡后,氨气浓度不变,压强也不变
C.由图丙可知,向容器中充入1 mol N2、3 mol H2,充分反应后放出热量92.2 kJ
D.图丁可表示在不同压强p1、p2(p1>p2)下,反应CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)　ΔH<0达到平衡后,甲醇百分含量随温度变化的情况
3.反应:aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g)　ΔH,学习小组针对反应特点与对应的图像展开了讨论,其中不正确的是(　　)
A.图①中,若p1>p2,则a+b>c+d
B.图②中,若T2>T1,则ΔH<0且a+b=c+d
C.图③中,t1时刻改变的条件一定是使用了催化剂
D.图④中,若ΔH<0,则纵坐标不可能表示反应物的转化率
4.(双选)化学中常用图像直观地描述化学反应的进程或结果,下列图像描述正确的是(　　)
A.图a是其他条件一定时,反应速率随温度变化的图像,正反应的ΔH>0
B.图b是在有无催化剂存在下建立的平衡过程图像,Ⅰ是使用催化剂时的曲线
C.图c是一定条件下,向含有一定量A的容器中逐渐加入B时的图像,压强p1>p2
D.图d是在平衡体系的溶液中加入少量KCl固体后化学反应速率随时间变化的图像
5.碳热还原制备氮化铝的总反应的化学方程式为Al2O3(s)+3C(s)+
N2(g) 2AlN(s)+3CO(g)。在温度、容积恒定的反应体系中,CO浓度随时间的变化关系如图曲线甲所示。下列说法不正确的是(　　)
A.在不同时刻都存在关系:3v(N2)=v(CO)
B.c点切线的斜率表示该化学反应在t0时刻的瞬时速率
C.从a、b两点坐标可求得从a到b时间间隔内该化学反应的平均反应速率
D.维持温度、容积不变,若减少N2的物质的量进行反应,曲线甲将转变为曲线乙
题组二　化学平衡中的数形结合的考查
6.(2021河南重点高中期中联考)已知合成氨反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH<0,当在反应器中按n(N2)∶n(H2)=1∶3投料后,在不同温度下,反应达到平衡时,得到的混合物中NH3的物质的量分数随压强的变化曲线a、b、c如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.曲线a对应的反应温度最高
B.图中M、N、Q点平衡常数K的大小关系为K(M)=K(Q)C.相同压强下,投料相同,达到平衡所需的时间关系为c>b>a
D.N点时c(NH3)=0.2 mol·L-1,则N点的c(N2)∶c(NH3)=1∶1
7.丁烯(C4H8)是制备线性低密度聚乙烯的原料之一,可由丁烷(C4H10)催化脱氢制备:C4H10(g) C4H8(g)+H2(g)　ΔH=+123 kJ·mol-1。该过程中生成的副产物有C、C2H6、C2H4、C4H6等。进料比[]和温度对丁烯产率的影响如图1、图2所示。已知原料气中氢气的作用是活化固体催化剂。
图1
图2
下列分析正确的是(　　)
A.随温度升高丁烯裂解生成的副产物增多,会影响丁烯的产率
B.丁烷催化脱氢是吸热反应,丁烯的产率随温度升高而不断增大
C.氢气的作用是活化固体催化剂,改变氢气的量不会影响丁烯的产率
D.一定温度下,控制进料比[]越小,越有利于提高丁烯的产率
8.乙烯气相直接水合反应制备乙醇:C2H4(g)+H2O(g) C2H5OH(g)。乙烯的平衡转化率随温度、压强的变化关系如图[起始时,n(H2O)=n(C2H4)=1 mol,容器容积为1 L]。下列分析不正确的是(　　)
A.乙烯气相直接水合反应的ΔH<0
B.图中压强的大小关系:p1>p2>p3
C.图中a点对应的平衡常数K= L/mol
D.达到平衡状态,a、b所需要的时间:a>b
9.(双选)(2021河南豫南九校联考)工业上可用CO2生产甲醇,反应为CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)。将6 mol CO2和8 mol H2充入
2 L的密闭容器中,测得H2的物质的量随时间变化如图实线所示,图中虚线表示仅改变某一反应条件时,H2物质的量随时间的变化。下列说法正确的是(　　)
A.若曲线Ⅰ对应的条件改变是升高温度,则该反应的ΔH>0
B.曲线Ⅱ对应的条件改变是降低压强
C.反应开始至a点时v(H2)=1 mol·L-1·min-1
D.保持温度不变,若将平衡后的容器体积缩小至1 L,重新达平衡时,则2 mol·L-110.(2021山东济南阶段检测)SCR法是工业上消除氮氧化物的常用方法,反应如下:
主反应:4NH3(g)+4NO(g)+O2(g) 4N2(g)+6H2O(g)　ΔH
副反应:4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g)
相同条件下,在甲、乙两种催化剂作用下进行上述反应,下列说法错误的是(　　)
A.工业上选择催化剂乙的原因是低温下有很强的催化活性
B.投料比一定时有利于提高NO平衡转化率的反应条件是降低温度、减小压强
C.图中M点处(对应温度为210 ℃)NO的转化率一定不是该温度下的平衡转化率
D.相同条件下选择高效催化剂,可以提高NO的平衡转化率
答案全解全析
基础过关练
1.D 2.C 4.B 5.D 6.A 7.C 8.D
1.D　使用催化剂,正、逆反应速率都加快且相等,故A正确;若t3时减小反应体系压强,正、逆反应速率都减小,且平衡逆向移动,故B正确;若t5时升高温度,正、逆反应速率都加快,且平衡逆向移动,故C正确;t5时平衡逆向移动,达到平衡时SO3的体积分数减小,则反应在t6时刻,SO3体积分数不是最大,故D错误。
2.C　无论是升高温度还是增大压强,v正、v逆均增大,B项中v逆减小,D项中v正和v逆均减小,故B、D项错误;该反应的正反应是气体分子数增大的吸热反应,升高温度,平衡向正反应方向移动,则v正>v逆,A项错误;增大压强,平衡向逆反应方向移动,则v逆>v正,C项正确。
3.答案　(1)B　减小　(2)C　减小　(3)E　(4)A　增大　减小　(5)D　不变
解析　(1)升高温度,正、逆反应速率都增大,平衡向吸热反应方向移动,即向逆反应方向移动,图像B符合,C的体积分数减小。(2)增大容器体积,压强减小,正、逆反应速率都减小,平衡向逆反应方向移动,图像C符合,A的转化率减小。(3)减少C的量即减小生成物的浓度,反应物的浓度不变,平衡向正反应方向移动,图像E符合。(4)增加A的量即增大反应物的浓度,平衡向正反应方向移动,图像A符合,B的转化率增大,A的转化率减小。(5)使用催化剂,正、逆反应速率都增大,对化学平衡无影响,图像D符合,C的质量分数不变。
4.B　由图像可知,增大压强,生成物含量降低,平衡逆向移动,则反应为反应前后气体体积增大的反应,升高温度,平衡时生成物含量增大,则反应的正反应为吸热反应,所以符合图像的反应为气体分子数增大的吸热反应,故选B。
5.D　由图像可知,前10 min内D的浓度变化量为3 mol·L-1,则v(D)==0.3 mol·L-1· min-1,故A错误;由图可知,平衡时B、D的浓度变化量分别为1.5 mol·L-1、3 mol·L-1,故1∶x=1.5 mol·L-1
∶3 mol·L-1,x=2,C是固体,其浓度视为常数,不代入平衡常数表达式中,则A(g)+B(g) C(s)+2D(g)的平衡常数表达式K=,故B错误;该反应是一个反应前后气体体积不变的反应,增大压强平衡不移动,故C错误;由图可知,改变条件瞬间,A、B、D的浓度不变,平衡向逆反应方向移动,该反应的正反应为吸热反应,则改变的条件应是降低温度,故D正确。
6.A　该反应的正反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,二氧化氮的体积分数增大,则由状态B到状态A,可以用加热的方法,故A正确;增大压强,平衡正向移动,NO2的体积分数减小,故B错误;C点的压强大于A点,增大压强,气体浓度增大,颜色加深,故C错误;C点的压强大于A点,增大压强,平衡正向移动,混合气体的物质的量减小,平均相对分子质量增大,故D错误。
7.C　从题图1可以看出,X、Y为反应物,Z为生成物,0~3 min时间段内X、Y、Z的物质的量的变化量分别为0.6 mol、0.2 mol、0.4 mol,且反应在3 min前达到平衡状态,则化学方程式为3X(g)+Y(g) 2Z(g),A正确;反应进行的前3 min内,用X表示的反应速率v(X)==0.1 mol·L-1·min-1,B正确;T2时反应先达到平衡状态,则T2>T1,保持其他条件不变,升高温度,Y的体积分数减小,说明平衡正向移动,化学平衡常数增大,C错误;若改变反应条件,使反应过程如题图3所示,则达到平衡的时间缩短,但平衡时各物质的物质的量未改变,所以改变的条件是加催化剂,D正确。
8.D　由图可知,升高温度,的浓度减小,说明升高温度,平衡逆向移动,则I2(aq)+I-(aq) (aq)是放热反应,即ΔH<0,故A错误;升高温度,平衡逆向移动,c(I2)变大,T2>T1,则状态B的c(I2)比状态A的c(I2)大,故B错误;T2>T1,因为该反应为放热反应,所以升高温度,平衡逆向移动,则K1>K2,故C错误;当反应进行到状态D时,反应未达到平衡状态,反应向生成的方向进行,则v正>v逆,故D正确。
能力提升练
1.B 2.B 3.C 4.AB 5.D 6.D 7.A 8.B
9.CD 10.D
1.B　图Ⅰ中,在t1时刻正、逆反应速率均增大,且平衡正向移动,若增大O2的浓度,在t1时刻只有正反应速率增大而逆反应速率不变,与图像不符,A项错误;在t1时刻加入催化剂,正、逆反应速率均增大,且增大程度相同,与图像相符,B项正确;图Ⅲ中,乙达到平衡状态用时较短,且SO2的平衡转化率较低,若图Ⅲ表示的是压强对平衡的影响,增大压强,平衡正向移动,乙的压强大于甲,则乙对应的SO2的平衡转化率应大于甲,与图像不符,C项错误;增大压强,二氧化硫的平衡转化率增大,压强一定时,升高温度,平衡逆向移动,二氧化硫的平衡转化率降低,则乙的温度应比甲的高,D项错误。
2.B　由图甲可知,温度升高,平衡逆向移动,所以该反应的ΔH<0,A项错误;反应NH2COONH4(s) 2NH3(g)+CO2(g)达到平衡后,增大压强的瞬间,逆反应速率突然增大,之后逆反应速率逐渐减小,达到新平衡后,氨气浓度不变,压强也不变,B项正确;向容器中充入1 mol N2、3 mol H2,由于该反应为可逆反应,所以充分反应后放出的热量小于92.2 kJ,
C项错误;该反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,甲醇的百分含量减小,增大压强,平衡正向移动,甲醇的百分含量增大,所以p13.C　由图①可知,其他条件相同时,增大压强,A的体积分数减小,平衡正向移动,说明正反应是反应前后气体体积减小的反应,所以a+b>c+d,A正确;升高温度,A的平衡转化率减小,说明该反应为放热反应,ΔH<0,压强增大,A的平衡转化率不变,说明压强对平衡无影响,所以a+b=c+d,B正确;图③中,t1时刻改变条件,正、逆反应速率同时增大并且平衡不移动,则改变的条件可能是加入了催化剂,也可能是增大了压强(该反应为反应前后气体体积不变的反应),C错误;由图④可知,T1>T2,升高温度,若ΔH<0,平衡逆向移动,反应物的转化率减小,与图像不符,所以纵坐标不可能表示反应物的转化率,D正确。
4.AB　根据图a可知,升高温度,平衡向正反应方向移动,则正反应的ΔH>0,故A正确;使用催化剂,反应速率加快,缩短反应达到平衡的时间,所以Ⅰ是使用催化剂时的曲线,故B正确;不断加入B,A的转化率增大,该反应为反应前后气体体积不变的反应,改变压强,平衡不移动,故C错误;该反应实质为Fe3++3SCN- Fe(SCN)3,钾离子和氯离子不参加反应,则加入少量KCl固体后,平衡不移动,故D错误。
5.D　根据化学反应速率之比等于化学计量数之比可知,3v(N2)=v(CO),故A正确;c点处切线的斜率表示一氧化碳在t0时刻的瞬时速率,故B正确;根据a、b两点坐标可求得从a到b时间间隔内该化学反应的平均反应速率,故C正确;维持温度、容积不变,若减少N2的物质的量进行反应,达到的新的平衡状态与原来的平衡状态不同,曲线甲不会转变为曲线乙,故D错误。
6.D　该反应的正反应是放热反应,升高温度,平衡逆向移动,氨气的物质的量分数减小,而压强相同时,曲线a对应的反应中氨气的物质的量分数最大,所以曲线a对应的反应温度最低,A错误;K只与温度有关,温度不变平衡常数不变,所以K(M)=K(Q),该反应的正反应为放热反应,升高温度平衡逆向移动,平衡常数减小,Q点的温度低于N,所以K(Q)>K(N),B错误;相同压强下,投料相同,温度越高反应速率越快,达到平衡所需的时间越短,曲线c、b、a对应的反应温度依次降低,所以达到平衡所需的时间关系为a>b>c,故C错误;N点时氨气的物质的量分数为20%,设N2的平衡转化率是b,N2的起始浓度为a mol·L-1,则
N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)
起始(mol·L-1)　　a　　3a　　 0
转化(mol·L-1)　　ab　　3ab　　 2ab
平衡(mol·L-1)　　a-ab　3a-3ab　　2ab
根据题意,=20%,2ab=0.2,解得a=0.3,b=,则N点的c(N2)∶c(NH3)=(0.3-0.3×) mol·L-1∶0.2 mol·L-1=1∶1,故D正确。
7.A　由题图2可知,随温度升高丁烯裂解生成的副产物增多,会影响丁烯的产率,A项正确;由题图2可知,温度高于590 ℃时丁烯的产率逐渐降低,B项错误;改变氢气的量,影响丁烯的产率,C项错误;由题图1可知,一定温度下,控制在1.5左右,丁烯的产率较高,进料比小于1.5时,丁烯的产率降低,D项错误。
8.B　升高温度,乙烯的平衡转化率降低,平衡逆向移动,则正反应为放热反应,ΔH<0,A项正确;增大压强,平衡正向移动,乙烯的平衡转化率增大,由题图可知压强:p1C2H4(g)+H2O(g)C2H5OH(g)
始(mol/L)　　1　　 1　　 0
转(mol/L)　　0.2　　0.2　　 0.2
平(mol/L)　　0.8　　0.8　　 0.2
平衡常数K=== L/mol,C项正确;升高温度,增大压强,反应速率均加快,b点温度和压强均大于a点,因此反应速率:b>a,达到平衡所需要的时间:a>b,D项正确。
CD　若曲线Ⅰ对应的条件改变是升高温度,平衡向吸热反应方向移动,升高温度后氢气的物质的量增大,平衡逆向移动,所以正反应是放热反应,ΔH<0,故A错误;减小压强,化学反应速率降低,反应达到平衡的时间延长,平衡向气体体积增大的方向移动,则平衡逆向移动,氢气的物质的量增大,故B错误;v(H2)== mol·L-1·min-1=1 mol·
L-1·min-1,故C正确;容器体积为2 L,达到平衡时,c(CH3OH)=Δc(H2)=× mol·L-1=1 mol·L-1,体积缩小为原来的一半,若平衡不发生移动,平衡时c(CH3OH)=2 mol·L-1,由于压强增大,平衡向正反应方向移动,故c(CH3OH)>2 mol·L-1,可逆反应的反应物不能完全转化,即平衡时H2的物质的量不为零,则c(CH3OH)<×= mol·L-1,即2 mol·L-110.D　由题图可知,催化剂乙在低温下具有很强的催化活性,A正确;随着温度升高,平衡逆向移动,则该主反应的正反应为放热反应,且正反应为反应前后气体体积增大的反应,则投料比一定时,降低温度、减小压强都有利于提高NO平衡转化率,B正确;在甲催化剂作用下,随温度升高NO的转化率先增大后减小,在210 ℃时继续升温,NO的转化率降低是因为催化剂活性减小(或副反应增多),则图中M点处(对应温度为210 ℃)NO的转化率一定不是该温度下的平衡转化率,C正确;催化剂只能改变反应速率而不影响化学平衡,故相同条件下选择高效催化剂,不能提高NO的平衡转化率,D错误。
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