专题强化练2 图像分析在化学反应速率及化学平衡中的应用--2026鲁科版高中化学必修第二册章节练
文档属性
| 名称 | 专题强化练2 图像分析在化学反应速率及化学平衡中的应用--2026鲁科版高中化学必修第二册章节练 |
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| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 577.3KB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 鲁科版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2026-01-04 00:00:00 | ||
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文档简介
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2026鲁科版高中化学必修第二册
专题强化练2 图像分析在化学反应速率及化学平衡中的应用
1.(2025广东深圳期中)利用反应2H2S(g) S2(g)+2H2(g),可处理石油化工行业废气中的硫化氢,某条件下无催化剂存在时,该反应的正、逆反应速率v随时间t的变化关系如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.t1时刻体系处于平衡状态
B.曲线②表示正反应速率随时间变化的关系
C.气体的平均相对分子质量:t1时刻小于t2时刻
D.t2时刻,体系中存在c(S2)∶c(H2)=1∶2
2.(2025陕西渭南瑞泉中学质量检测)用Na2SO3与浓硫酸反应制取SO2气体,
实验过程如图所示,图中各段时间间隔相同。下列说法正确的是( )
A.由于各段时间间隔相同,所以各段时间内收集到气体的体积相同
B.用SO2表示t1~t2 min时间段的反应速率为v= mol·L-1·min-1
C.t1~t2 min时间段化学反应速率最快,t3~t4 min时间段化学反应速率最慢
D.由反应越来越慢可推出该反应为吸热反应
3.(不定项)(2025福建福州期中)在2.0 L恒温恒容密闭容器中充入1.0 mol HCl和0.3 mol O2,加入催化剂发生反应:4HCl(g)+O2(g) 2Cl2(g)+2H2O(g),HCl、O2的物质的量随时间的变化曲线如图所示。下列说法正确的是( )
A.t1 min时容器内气体的总压强比t2 min时的大
B.t2 min时,v正=v逆
C.t3 min时,升高温度平衡状态会发生改变
D.t3 min时,容器中c(Cl2)=0.4 mol·L-1
4.(2025陕西西安月考)425 ℃时,在两个容积为1 L的恒容密闭容器中分别发生化学反应,物质的浓度随时间的变化如图所示。下列叙述错误的是 ( )
A.图1中t0时,三种物质的物质的量相等
B.图1中t0时,H2的转化率约为66.7%
C.图2所表示的容器中气体由无色逐渐变紫色
D.图1、2中,当c(HI)=3.16 mol·L-1时,两容器中的反应均达到平衡状态
5.(2024山东名校考试联盟期中)NO和O2混合后可发生反应:①2NO(g)+O2(g) 2NO2(g),②2NO2(g) N2O4(g),反应体系中含氮物质的物质的量浓度(c)随着时间(t)的变化曲线如图。下列说法正确的是( )
A.c为c(NO2)随t的变化曲线
B.t1 s时,反应①达到化学平衡状态
C.t2 s时,c(NO)+c(NO2)+c(N2O4)=c0 mol·L-1
D.t3 s后,NO2的消耗速率等于生成速率
6.(2025湖南常德联考)利用光能和光催化剂,可将CO2和H2O(g)转化为CH4和O2。紫外光照射时,在不同催化剂(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)作用下,CH4产量随光照时间的变化如图所示,下列说法不正确的是( )
A.0~30 h内,CH4的平均生成速率v(Ⅲ)>v(Ⅱ)>v(Ⅰ)
B.当其他条件一定时,使用催化剂Ⅰ,反应到达平衡的时间最短
C.反应开始后的12 h内,在催化剂Ⅱ作用下,得到的CH4最多
D.0~15 h内,CH4的平均生成速率v(Ⅱ)>v(Ⅲ)>v(Ⅰ)
7.(2025河南许昌月考)为了研究MnO2催化过氧化氢(H2O2)分解的反应速率,某学生加入少许的MnO2粉末于50 mL密度为1.1 g·cm-3的过氧化氢溶液中,通过实验测定在标准状况下放出气体的体积和时间的关系如图所示。
请回答下列问题:
(1)放出一半气体所需要的时间为 。
(2)A、B、C、D各点反应速率大小的顺序是 。
(3)在5 min后,收集到的气体体积不再增加,原因是 。
(4)过氧化氢溶液的初始物质的量浓度为 。
8.(2025四川眉山期中)某温度时,在一个2 L的密闭容器中发生N2和H2合成氨的反应,三种气体的物质的量随时间的变化曲线如图所示。回答下列问题:
(1)图中Z代表的物质的电子式为 ;实验室用两种固体加热制备气体Z的化学方程式为 。
(2)反应开始至2 min时,v(H2)= 。
(3)下列能说明反应一定达平衡的是 (填字母)。
A.混合气体的平均相对分子质量不再变化
B.混合气体的总质量不再变化
C.混合气体的分子总数不再变化
D.3v正(H2)=2v逆(NH3)
(4)反应达到平衡时,N2的转化率为 。
(5)下列说法错误的是 (填字母)。
A.保持容器压强不变,充入一定量氦气,会减小反应速率
B.加入高效催化剂,可以增大反应速率,提高生产效率
C.升高温度,NH3分解速率减小
微项目 研究车用燃料及安全气囊
基础过关练
1.(2024山东日照实验高中开学考试)下列关于车用燃料及安全气囊的说法正确的是( )
A.选择车用燃料时,应选择热值高且燃点非常低的燃料
B.汽车排气系统使用三元催化器可使氮氧化物完全转化为无害气体
C.已知氮气分子非常稳定,所以2NaN3 2Na+3N2↑为吸热反应
D.甲醇可作新能源汽车燃料,完全燃烧等质量的甲醇和乙醇,甲醇的耗氧量低
2.(2025四川南充期中)汽车发动机在稀燃和富燃条件下交替进行,将尾气中的NOx在催化剂上反应脱除。其工作原理示意图如下:
下列说法错误的是 ( )
A.稀燃过程中,Pt做催化剂,NO与氧气反应生成NO2
B.稀燃过程中,NO2与BaO反应可能生成NO和Ba(NO3)2
C.富燃过程中,Pt催化下NO2被CO还原的反应为2NO2+4CO N2+4CO2
D.富燃过程中,还原产物为N2和CO2
3.汽车安全气囊内的气体发生剂主要是叠氮化钠(NaN3)、Fe2O3等物质。下列说法错误的是( )
A.强烈碰撞时,NaN3分解产生N2和Na的化学方程式是2NaN3 2Na+3N2↑
B.叠氮化钠中含有离子键和共价键
C.N2的电子式为··N N··
D.Fe2O3中O元素位于周期表ⅥA族、Fe元素位于ⅦB族
4.(2025陕西西安联考)三元催化器可将汽车尾气中的NOx、CO、碳氢化合物转化为无害物质,有效降低对环境的危害。三元催化器中发生的主要反应为2CO(g)+2NO(g) N2(g)+2CO2(g),净化原理如图。关于汽车尾气及其净化,下列说法正确的是( )
A.NOx在催化下,转化为N2和O2
B.使用三元催化器既能增大反应的速率,又能影响平衡状态
C.向恒容条件下的密闭容器中充入氦气,上述反应的速率会增大
D.汽车尾气中的CO和NO均来自汽油的不完全燃烧
5.汽车尾气中含有CO、NO等有害气体,两者在密闭容器中能发生反应2NO(g)+2CO(g) 2CO2(g)+N2(g)。为了验证温度对化学反应速率的影响,某同学设计了两组实验,如表所示,280 ℃的情况下,反应5 min后NO的浓度为8×10-4 mol/L。下列说法不正确的是( )
实验编号 Ⅰ Ⅱ
温度/℃ 280 350
NO的初始浓度/(mol/L) 1.2×10-3 a
CO的初始浓度/(mol/L) 5.80×10-3 5.80×10-3
催化剂的比表面积/(m2/g) 82 82
A.表中a为1.2 ×10-3
B.280 ℃时,前5 min内,用N2表示的平均反应速率为4×10-5 mol/(L·min)
C.若2v逆(NO)=v正(N2),说明反应已达到平衡状态
D.280 ℃,5 min 时NO的转化率为33.3%
能力提升练
(2025福建漳州期中)化学在生产生活中无处不在。
(1)某汽车安全气囊的气体发生剂主要含有叠氮化钠(NaN3)、Fe2O3、NH4NO3等物质。当汽车发生碰撞时,气体发生剂产生大量气体使气囊迅速膨胀,从而起到保护作用。
①NaN3是 (填“离子”或“共价”)化合物。
②汽车受到猛烈碰撞时,点火器点火引发NaN3迅速分解,生成氮气和金属钠,同时释放大量的热,关于该反应过程中的能量变化示意图正确的是 (填字母)。
(2)以TiO2为催化剂的光热化学循环分解CO2反应为温室气体减排提供了一个新途径,该反应的机理及各分子化学键断裂时的能量变化如图所示。
①上述过程中,能量的转化形式是由 转化为化学能。
②根据数据计算,分解1 mol CO2需 (填“吸收”或“释放”) kJ的能量。
(3)一定条件下,在2 L密闭容器内,发生反应2NO2(g) N2O4(g),n(NO2)随时间变化如表:
时间/s n(NO2)/mol
0 0.040
1 0.020
2 0.010
3 0.005
4 0.005
5 0.005
①0~2 s内用N2O4表示该反应的平均速率为 。
②前2 s内,NO2的转化率为 。
(4)在恒温、恒容密闭容器中充入一定量的NO和NH3,在一定条件下发生反应:6NO(g)+4NH3(g) 5N2(g)+6H2O(g)。
①能说明该反应已达到平衡状态的是 (填字母)。
A.反应速率v(NH3)=v(N2)
B.容器内压强不再随时间而发生变化
C.容器内N2的物质的量分数不再随时间而发生变化
D.容器内n(NO)∶n(NH3)∶n(N2)∶n(H2O)=6∶4∶5∶6
②某次实验中测得容器内NO及N2的物质的量随时间变化如图。
图中b点对应的速率关系是v正 v逆(填“>”“<”或“=”,下同),d点对应的速率关系是v正 v逆。
答案与分层梯度式解析
专题强化练2 图像分析在化学反应速率及化学平衡中的应用
1.D t1时刻正、逆反应速率不相等,体系不处于平衡状态,A错误;开始时反应物浓度最大,生成物浓度为0,所以曲线①表示正反应速率随时间变化的关系,曲线②表示逆反应速率随时间变化的关系,B错误;平均摩尔质量,m总不变,t2时刻n总更大,故t1时刻混合气体平均相对分子质量大于t2时刻,C错误;S2和H2都是生成物,浓度之比等于化学方程式中的化学计量数之比,体系中存在c(S2)∶c(H2)=1∶2,D正确。
考场速决
速率随时间改变而不发生变化时即达平衡状态。
2.C 各段时间间隔相同,但各段时间内收集到气体的体积不同,A错误;(V2-V1) L是SO2在t1~t2 min时间段内的体积变化,不是物质的量浓度的变化,B错误;根据题图中各段时间内收集的SO2体积可知,t1~t2 min时间段化学反应速率最快,t3~t4 min时间段化学反应速率最慢,C正确;该反应过程中反应速率先增大后减小,而反应物的浓度是越来越小的,说明该反应为放热反应,D错误。
3.AC 该反应反应前后气体分子数减小,t1 min时气体总分子数较t2 min时多,故在恒温恒容密闭容器内,t1 min时气体的总压强比t2 min时的大,A项正确;t2 min时,反应还没有达到平衡状态,v正、v逆不相等,B项错误;t3 min时HCl和O2物质的量均不再发生变化,已经达到平衡状态,此时升高温度,平衡被破坏,一段时间后达到新的平衡,故升温平衡状态会发生改变,C项正确;0~t3 min容器中Δc(O2)==0.1 mol·L-1,则t3 min时,c(Cl2)=0.2 mol·L-1,D项错误。
方法点津
速率题中常用的关系:①生成物物质的量的变化之比等于化学计量数之比;②相同条件下压强之比等于物质的量之比;③体系中反应物或生成物的物质的量、浓度、百分含量不变时达平衡状态,即v(正)=v(逆)。
4.B 由题图1可知,同一恒容密闭容器中,t0时三种物质的物质的量浓度相等,即物质的量相等,A正确;t0时,三种物质的物质的量浓度相等,设H2转化了t mol·L-1,可列如下三段式:
H2(g)+I2(g) 2HI(g)
c(始)/(mol·L-1) 2 2 0
c(转)/(mol·L-1) t t 2t
c(t0)/(mol·L-1) 2-t 2-t 2t
则有2-t=2t,即t=,所以α(H2)=×100%≈33.3%,B错误;由题图2可知,随着反应进行,HI的浓度逐渐减小,H2或I2的浓度从0开始增大,则题图2所表示的容器中气体由无色逐渐变紫色,C正确;题图1、2中,当c(HI)=3.16 mol·L-1时,各组分的浓度不再发生改变,说明此时两容器中的反应均达到平衡状态,D正确。
5.D 由题干信息可知,NO和O2混合后可发生反应:①2NO(g)+O2(g) 2NO2(g),②2NO2(g) N2O4(g),随着反应的进行NO2的浓度先增大后减小,最后达到平衡保持不变,所以a为c(NO)随t的变化曲线,b为c(NO2)随t的变化曲线,c为c(N2O4)随t的变化曲线,故A错误;t1 s时,c(NO)=c(NO2),但反应①不是可逆反应,不存在化学平衡状态,故B错误;若容器的容积保持不变,则根据N原子守恒可知,t2 s时有c(NO)+c(NO2)+2c(N2O4)=c0 mol·L-1,故C错误;由图像可知t3 s后,NO2、N2O4的浓度不再发生改变,说明反应达到平衡状态,NO2的消耗速率等于生成速率,故D正确。
6.B 分析题图可知,不同催化剂作用下,0~30 h内,CH4的产量Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ,则CH4的平均生成速率的大小顺序为v(Ⅲ)>v(Ⅱ)>v(Ⅰ),A正确;当其他条件一定时,使用催化剂Ⅰ的催化效果最差,反应达到平衡的时间最长,B错误;由题图可知,反应开始后的12 h内,在催化剂Ⅱ作用下,得到的CH4最多,C正确;0~15 h内,根据生成CH4的产量Ⅱ>Ⅲ>Ⅰ,可知平均生成速率v(Ⅱ)>v(Ⅲ)>v(Ⅰ),D正确。
7.答案 (1)1 min (2)D>C>B>A (3)过氧化氢已完全分解 (4)0.11 mol·L-1
解析 (1)由题图可知,放出一半气体所需要的时间为1 min。(2)由题图知A、B、C、D各点反应速率大小的顺序是D>C>B>A。(3)该反应为不可逆反应,在5 min后,收集到的气体体积不再增加,说明过氧化氢已完全分解。(4)由题中图像可知,生成氧气的体积为60 mL。
2H2O2 2H2O+O2↑
2 mol 22.4 L
n(H2O2) 0.06 L
n(H2O2)=≈0.005 37 mol,所以c(H2O2)=≈0.11 mol·L-1。
8.答案 (1)H····H 2NH4Cl+Ca(OH)2 CaCl2+2NH3↑+2H2O (2)0.075 mol/(L·min) (3)AC (4)10% (5)C
解析 由题图可知,N2和H2是反应物,Z是生成物,则Z代表NH3,反应前2 min内X、Y、Z的物质的量变化Δn(X)=1.0 mol-0.9 mol=0.1 mol,Δn(Y)=1.0 mol-0.7 mol=0.3 mol,Δn(Z)=0.2 mol,Δn(X)∶Δn(Y)∶Δn(Z)=0.1 mol∶0.3 mol∶0.2 mol=1∶3∶2,合成氨的化学方程式为N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),则X代表N2,Y代表H2。(1)题图中Z代表的物质是氨气,电子式为H····H;实验室常用加热氯化铵和熟石灰两种固体混合物来制取氨气,化学方程式为2NH4Cl+Ca(OH)2 CaCl2+2NH3↑+2H2O。(2)反应开始至2 min时,v(H2)==0.075 mol/(L·min)。(3)反应体系中各物质均为气体,气体总质量不变,反应正向进行,平均相对分子质量变大,当平均相对分子质量不再变化时达平衡状态,故A正确;混合气体的总质量始终不变,则混合气体的总质量不再变化的状态不一定是平衡状态,故B错误;该反应是气体分子数减小的反应,混合气体的分子总数不再变化的状态是平衡状态,故C正确;3v正(H2)=2v逆(NH3)时,不符合,不是平衡状态,故D错误。(4)由分析可知,X表示氮气,2 min时达到平衡状态,N2的转化率为×100%=10%。(5)保持容器压强不变,充入一定量氦气,容器容积增大,参与反应的各物质的浓度均减小,反应速率减小,故A正确;加入高效催化剂,可以增大反应速率,提高单位时间的产率,可提高生产效率,故B正确;升高温度,NH3分解速率增大,故C错误。
微项目 研究车用燃料及安全气囊
基础过关练
1.D 燃点越低,越易燃烧,不安全,所以不能选择燃点非常低的燃料,A项错误;汽车排气系统使用三元催化器可使氮氧化物转化为无害气体,但由于是可逆反应,故不能完全转化,B项错误;该反应为放热反应,C项错误;2CH3OH+3O22CO2+4H2O
64 g 3 mol、CH3CH2OH+3O2 2CO2+3H2O
46 g 3 mol,由反应的化学方程式可知,完全燃烧等质量的甲醇和乙醇,甲醇的耗氧量低,D项正确。
2.D 由题图可知,稀燃过程中,Pt做催化剂,NO与氧气反应生成NO2,故A正确;稀燃过程中,NO2与BaO发生氧化还原反应,反应可能生成NO和Ba(NO3)2,N的化合价由+4变为+2、+5,故B正确;由富燃过程原理图可知,Pt催化下NO2被CO还原为N2,反应为2NO2+4CO N2+4CO2,还原产物为N2,CO2为氧化产物,故C正确,D错误。
3.D 汽车受到强烈碰撞时,NaN3迅速分解产生钠和氮气,化学方程式为2NaN3 2Na+3N2↑,故A正确;叠氮化钠中钠离子与叠氮离子间是离子键,叠氮离子内部氮原子间是共价键,故B正确;N2的电子式为··NN··,故C正确;Fe2O3中O元素位于周期表ⅥA族、Fe元素位于Ⅷ族,故D错误。
4.A 根据题图可知,NOx在催化剂作用下生成氮气和氧气,故A正确;催化剂只能影响化学反应速率,对化学平衡移动无影响,故B错误;向恒容条件下的密闭容器中充入氦气,参与反应的各组分浓度不变,化学反应速率不变,故C错误;NO不是来自汽油的不完全燃烧,故D错误。
5.C 根据实验目的“验证温度对化学反应速率的影响”,可知实验Ⅰ、Ⅱ除温度外,其他外界条件都应该相同,所以题表中a为1.2 ×10-3,故A正确;反应开始时NO的浓度为1.2×10-3 mol/L,反应5 min后NO的浓度为8×10-4 mol/L,Δc(NO)=4×10-4 mol/L,Δc(N2)=Δc(NO)=2×10-4 mol/L,所以用N2表示的平均反应速率v(N2)==4×10-5 mol/(L·min),故B正确;若2v逆(NO)=v正(N2),则正、逆反应速率不相等,反应未达到平衡状态,故C不正确;280 ℃,5 min 时NO的转化率为×100%≈33.3%,故D正确。
能力提升练
答案 (1)①离子 ②A
(2)①光能和热能 ②吸收 278
(3)①0.003 75 mol·L-1·s-1 ②75%
(4)①BC ②> =
解析 (1)①NaN3由Na+和构成,属于离子化合物。②由“NaN3迅速分解,生成氮气和金属钠,同时释放大量的热”可知,NaN3的分解为放热反应,即反应物的总能量大于生成物的总能量,故选A。
(2)①题图中以TiO2为催化剂,光和热条件下分解CO2反应生成CO和O2,根据能量守恒定律知,该反应中,光能和热能转化为化学能。②断裂化学键需要吸收能量,形成化学键释放能量,CO2分解为吸热反应,所以分解1 mol CO2需要吸收的能量为1 598 kJ-1 072 kJ-=278 kJ。
(3)①开始n(NO2)=0.040 mol,2 s时,n(NO2)=0.010 mol,0~2 s内v(NO2)==0.007 5 mol·L-1·s-1,v(N2O4)=×0.007 5 mol·L-1·s-1=0.003 75 mol·L-1·s-1。②2 s时,n(NO2)=0.010 mol,前2 s内NO2的转化率=×100%=75%。
(4)①A项,未指明反应的方向;B项,该反应的正反应是气体体积增大的反应,容器内压强不随时间的变化而变化,能说明反应达到平衡状态;C项,容器内N2的物质的量分数不再随时间而发生变化说明各气体的浓度不再改变,说明反应已达平衡状态;D项,容器内n(NO)∶n(NH3)∶n(N2)∶n(H2O)=6∶4∶5∶6不能说明正、逆反应速率相等,不能说明反应达到平衡状态;故选BC。②题图中b点后NO继续减少,N2继续增多,所以b点对应的速率关系是v正>v逆;d点,反应已经达到平衡状态,此时v正与v逆相等。
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2026鲁科版高中化学必修第二册
专题强化练2 图像分析在化学反应速率及化学平衡中的应用
1.(2025广东深圳期中)利用反应2H2S(g) S2(g)+2H2(g),可处理石油化工行业废气中的硫化氢,某条件下无催化剂存在时,该反应的正、逆反应速率v随时间t的变化关系如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.t1时刻体系处于平衡状态
B.曲线②表示正反应速率随时间变化的关系
C.气体的平均相对分子质量:t1时刻小于t2时刻
D.t2时刻,体系中存在c(S2)∶c(H2)=1∶2
2.(2025陕西渭南瑞泉中学质量检测)用Na2SO3与浓硫酸反应制取SO2气体,
实验过程如图所示,图中各段时间间隔相同。下列说法正确的是( )
A.由于各段时间间隔相同,所以各段时间内收集到气体的体积相同
B.用SO2表示t1~t2 min时间段的反应速率为v= mol·L-1·min-1
C.t1~t2 min时间段化学反应速率最快,t3~t4 min时间段化学反应速率最慢
D.由反应越来越慢可推出该反应为吸热反应
3.(不定项)(2025福建福州期中)在2.0 L恒温恒容密闭容器中充入1.0 mol HCl和0.3 mol O2,加入催化剂发生反应:4HCl(g)+O2(g) 2Cl2(g)+2H2O(g),HCl、O2的物质的量随时间的变化曲线如图所示。下列说法正确的是( )
A.t1 min时容器内气体的总压强比t2 min时的大
B.t2 min时,v正=v逆
C.t3 min时,升高温度平衡状态会发生改变
D.t3 min时,容器中c(Cl2)=0.4 mol·L-1
4.(2025陕西西安月考)425 ℃时,在两个容积为1 L的恒容密闭容器中分别发生化学反应,物质的浓度随时间的变化如图所示。下列叙述错误的是 ( )
A.图1中t0时,三种物质的物质的量相等
B.图1中t0时,H2的转化率约为66.7%
C.图2所表示的容器中气体由无色逐渐变紫色
D.图1、2中,当c(HI)=3.16 mol·L-1时,两容器中的反应均达到平衡状态
5.(2024山东名校考试联盟期中)NO和O2混合后可发生反应:①2NO(g)+O2(g) 2NO2(g),②2NO2(g) N2O4(g),反应体系中含氮物质的物质的量浓度(c)随着时间(t)的变化曲线如图。下列说法正确的是( )
A.c为c(NO2)随t的变化曲线
B.t1 s时,反应①达到化学平衡状态
C.t2 s时,c(NO)+c(NO2)+c(N2O4)=c0 mol·L-1
D.t3 s后,NO2的消耗速率等于生成速率
6.(2025湖南常德联考)利用光能和光催化剂,可将CO2和H2O(g)转化为CH4和O2。紫外光照射时,在不同催化剂(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)作用下,CH4产量随光照时间的变化如图所示,下列说法不正确的是( )
A.0~30 h内,CH4的平均生成速率v(Ⅲ)>v(Ⅱ)>v(Ⅰ)
B.当其他条件一定时,使用催化剂Ⅰ,反应到达平衡的时间最短
C.反应开始后的12 h内,在催化剂Ⅱ作用下,得到的CH4最多
D.0~15 h内,CH4的平均生成速率v(Ⅱ)>v(Ⅲ)>v(Ⅰ)
7.(2025河南许昌月考)为了研究MnO2催化过氧化氢(H2O2)分解的反应速率,某学生加入少许的MnO2粉末于50 mL密度为1.1 g·cm-3的过氧化氢溶液中,通过实验测定在标准状况下放出气体的体积和时间的关系如图所示。
请回答下列问题:
(1)放出一半气体所需要的时间为 。
(2)A、B、C、D各点反应速率大小的顺序是 。
(3)在5 min后,收集到的气体体积不再增加,原因是 。
(4)过氧化氢溶液的初始物质的量浓度为 。
8.(2025四川眉山期中)某温度时,在一个2 L的密闭容器中发生N2和H2合成氨的反应,三种气体的物质的量随时间的变化曲线如图所示。回答下列问题:
(1)图中Z代表的物质的电子式为 ;实验室用两种固体加热制备气体Z的化学方程式为 。
(2)反应开始至2 min时,v(H2)= 。
(3)下列能说明反应一定达平衡的是 (填字母)。
A.混合气体的平均相对分子质量不再变化
B.混合气体的总质量不再变化
C.混合气体的分子总数不再变化
D.3v正(H2)=2v逆(NH3)
(4)反应达到平衡时,N2的转化率为 。
(5)下列说法错误的是 (填字母)。
A.保持容器压强不变,充入一定量氦气,会减小反应速率
B.加入高效催化剂,可以增大反应速率,提高生产效率
C.升高温度,NH3分解速率减小
微项目 研究车用燃料及安全气囊
基础过关练
1.(2024山东日照实验高中开学考试)下列关于车用燃料及安全气囊的说法正确的是( )
A.选择车用燃料时,应选择热值高且燃点非常低的燃料
B.汽车排气系统使用三元催化器可使氮氧化物完全转化为无害气体
C.已知氮气分子非常稳定,所以2NaN3 2Na+3N2↑为吸热反应
D.甲醇可作新能源汽车燃料,完全燃烧等质量的甲醇和乙醇,甲醇的耗氧量低
2.(2025四川南充期中)汽车发动机在稀燃和富燃条件下交替进行,将尾气中的NOx在催化剂上反应脱除。其工作原理示意图如下:
下列说法错误的是 ( )
A.稀燃过程中,Pt做催化剂,NO与氧气反应生成NO2
B.稀燃过程中,NO2与BaO反应可能生成NO和Ba(NO3)2
C.富燃过程中,Pt催化下NO2被CO还原的反应为2NO2+4CO N2+4CO2
D.富燃过程中,还原产物为N2和CO2
3.汽车安全气囊内的气体发生剂主要是叠氮化钠(NaN3)、Fe2O3等物质。下列说法错误的是( )
A.强烈碰撞时,NaN3分解产生N2和Na的化学方程式是2NaN3 2Na+3N2↑
B.叠氮化钠中含有离子键和共价键
C.N2的电子式为··N N··
D.Fe2O3中O元素位于周期表ⅥA族、Fe元素位于ⅦB族
4.(2025陕西西安联考)三元催化器可将汽车尾气中的NOx、CO、碳氢化合物转化为无害物质,有效降低对环境的危害。三元催化器中发生的主要反应为2CO(g)+2NO(g) N2(g)+2CO2(g),净化原理如图。关于汽车尾气及其净化,下列说法正确的是( )
A.NOx在催化下,转化为N2和O2
B.使用三元催化器既能增大反应的速率,又能影响平衡状态
C.向恒容条件下的密闭容器中充入氦气,上述反应的速率会增大
D.汽车尾气中的CO和NO均来自汽油的不完全燃烧
5.汽车尾气中含有CO、NO等有害气体,两者在密闭容器中能发生反应2NO(g)+2CO(g) 2CO2(g)+N2(g)。为了验证温度对化学反应速率的影响,某同学设计了两组实验,如表所示,280 ℃的情况下,反应5 min后NO的浓度为8×10-4 mol/L。下列说法不正确的是( )
实验编号 Ⅰ Ⅱ
温度/℃ 280 350
NO的初始浓度/(mol/L) 1.2×10-3 a
CO的初始浓度/(mol/L) 5.80×10-3 5.80×10-3
催化剂的比表面积/(m2/g) 82 82
A.表中a为1.2 ×10-3
B.280 ℃时,前5 min内,用N2表示的平均反应速率为4×10-5 mol/(L·min)
C.若2v逆(NO)=v正(N2),说明反应已达到平衡状态
D.280 ℃,5 min 时NO的转化率为33.3%
能力提升练
(2025福建漳州期中)化学在生产生活中无处不在。
(1)某汽车安全气囊的气体发生剂主要含有叠氮化钠(NaN3)、Fe2O3、NH4NO3等物质。当汽车发生碰撞时,气体发生剂产生大量气体使气囊迅速膨胀,从而起到保护作用。
①NaN3是 (填“离子”或“共价”)化合物。
②汽车受到猛烈碰撞时,点火器点火引发NaN3迅速分解,生成氮气和金属钠,同时释放大量的热,关于该反应过程中的能量变化示意图正确的是 (填字母)。
(2)以TiO2为催化剂的光热化学循环分解CO2反应为温室气体减排提供了一个新途径,该反应的机理及各分子化学键断裂时的能量变化如图所示。
①上述过程中,能量的转化形式是由 转化为化学能。
②根据数据计算,分解1 mol CO2需 (填“吸收”或“释放”) kJ的能量。
(3)一定条件下,在2 L密闭容器内,发生反应2NO2(g) N2O4(g),n(NO2)随时间变化如表:
时间/s n(NO2)/mol
0 0.040
1 0.020
2 0.010
3 0.005
4 0.005
5 0.005
①0~2 s内用N2O4表示该反应的平均速率为 。
②前2 s内,NO2的转化率为 。
(4)在恒温、恒容密闭容器中充入一定量的NO和NH3,在一定条件下发生反应:6NO(g)+4NH3(g) 5N2(g)+6H2O(g)。
①能说明该反应已达到平衡状态的是 (填字母)。
A.反应速率v(NH3)=v(N2)
B.容器内压强不再随时间而发生变化
C.容器内N2的物质的量分数不再随时间而发生变化
D.容器内n(NO)∶n(NH3)∶n(N2)∶n(H2O)=6∶4∶5∶6
②某次实验中测得容器内NO及N2的物质的量随时间变化如图。
图中b点对应的速率关系是v正 v逆(填“>”“<”或“=”,下同),d点对应的速率关系是v正 v逆。
答案与分层梯度式解析
专题强化练2 图像分析在化学反应速率及化学平衡中的应用
1.D t1时刻正、逆反应速率不相等,体系不处于平衡状态,A错误;开始时反应物浓度最大,生成物浓度为0,所以曲线①表示正反应速率随时间变化的关系,曲线②表示逆反应速率随时间变化的关系,B错误;平均摩尔质量,m总不变,t2时刻n总更大,故t1时刻混合气体平均相对分子质量大于t2时刻,C错误;S2和H2都是生成物,浓度之比等于化学方程式中的化学计量数之比,体系中存在c(S2)∶c(H2)=1∶2,D正确。
考场速决
速率随时间改变而不发生变化时即达平衡状态。
2.C 各段时间间隔相同,但各段时间内收集到气体的体积不同,A错误;(V2-V1) L是SO2在t1~t2 min时间段内的体积变化,不是物质的量浓度的变化,B错误;根据题图中各段时间内收集的SO2体积可知,t1~t2 min时间段化学反应速率最快,t3~t4 min时间段化学反应速率最慢,C正确;该反应过程中反应速率先增大后减小,而反应物的浓度是越来越小的,说明该反应为放热反应,D错误。
3.AC 该反应反应前后气体分子数减小,t1 min时气体总分子数较t2 min时多,故在恒温恒容密闭容器内,t1 min时气体的总压强比t2 min时的大,A项正确;t2 min时,反应还没有达到平衡状态,v正、v逆不相等,B项错误;t3 min时HCl和O2物质的量均不再发生变化,已经达到平衡状态,此时升高温度,平衡被破坏,一段时间后达到新的平衡,故升温平衡状态会发生改变,C项正确;0~t3 min容器中Δc(O2)==0.1 mol·L-1,则t3 min时,c(Cl2)=0.2 mol·L-1,D项错误。
方法点津
速率题中常用的关系:①生成物物质的量的变化之比等于化学计量数之比;②相同条件下压强之比等于物质的量之比;③体系中反应物或生成物的物质的量、浓度、百分含量不变时达平衡状态,即v(正)=v(逆)。
4.B 由题图1可知,同一恒容密闭容器中,t0时三种物质的物质的量浓度相等,即物质的量相等,A正确;t0时,三种物质的物质的量浓度相等,设H2转化了t mol·L-1,可列如下三段式:
H2(g)+I2(g) 2HI(g)
c(始)/(mol·L-1) 2 2 0
c(转)/(mol·L-1) t t 2t
c(t0)/(mol·L-1) 2-t 2-t 2t
则有2-t=2t,即t=,所以α(H2)=×100%≈33.3%,B错误;由题图2可知,随着反应进行,HI的浓度逐渐减小,H2或I2的浓度从0开始增大,则题图2所表示的容器中气体由无色逐渐变紫色,C正确;题图1、2中,当c(HI)=3.16 mol·L-1时,各组分的浓度不再发生改变,说明此时两容器中的反应均达到平衡状态,D正确。
5.D 由题干信息可知,NO和O2混合后可发生反应:①2NO(g)+O2(g) 2NO2(g),②2NO2(g) N2O4(g),随着反应的进行NO2的浓度先增大后减小,最后达到平衡保持不变,所以a为c(NO)随t的变化曲线,b为c(NO2)随t的变化曲线,c为c(N2O4)随t的变化曲线,故A错误;t1 s时,c(NO)=c(NO2),但反应①不是可逆反应,不存在化学平衡状态,故B错误;若容器的容积保持不变,则根据N原子守恒可知,t2 s时有c(NO)+c(NO2)+2c(N2O4)=c0 mol·L-1,故C错误;由图像可知t3 s后,NO2、N2O4的浓度不再发生改变,说明反应达到平衡状态,NO2的消耗速率等于生成速率,故D正确。
6.B 分析题图可知,不同催化剂作用下,0~30 h内,CH4的产量Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ,则CH4的平均生成速率的大小顺序为v(Ⅲ)>v(Ⅱ)>v(Ⅰ),A正确;当其他条件一定时,使用催化剂Ⅰ的催化效果最差,反应达到平衡的时间最长,B错误;由题图可知,反应开始后的12 h内,在催化剂Ⅱ作用下,得到的CH4最多,C正确;0~15 h内,根据生成CH4的产量Ⅱ>Ⅲ>Ⅰ,可知平均生成速率v(Ⅱ)>v(Ⅲ)>v(Ⅰ),D正确。
7.答案 (1)1 min (2)D>C>B>A (3)过氧化氢已完全分解 (4)0.11 mol·L-1
解析 (1)由题图可知,放出一半气体所需要的时间为1 min。(2)由题图知A、B、C、D各点反应速率大小的顺序是D>C>B>A。(3)该反应为不可逆反应,在5 min后,收集到的气体体积不再增加,说明过氧化氢已完全分解。(4)由题中图像可知,生成氧气的体积为60 mL。
2H2O2 2H2O+O2↑
2 mol 22.4 L
n(H2O2) 0.06 L
n(H2O2)=≈0.005 37 mol,所以c(H2O2)=≈0.11 mol·L-1。
8.答案 (1)H····H 2NH4Cl+Ca(OH)2 CaCl2+2NH3↑+2H2O (2)0.075 mol/(L·min) (3)AC (4)10% (5)C
解析 由题图可知,N2和H2是反应物,Z是生成物,则Z代表NH3,反应前2 min内X、Y、Z的物质的量变化Δn(X)=1.0 mol-0.9 mol=0.1 mol,Δn(Y)=1.0 mol-0.7 mol=0.3 mol,Δn(Z)=0.2 mol,Δn(X)∶Δn(Y)∶Δn(Z)=0.1 mol∶0.3 mol∶0.2 mol=1∶3∶2,合成氨的化学方程式为N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),则X代表N2,Y代表H2。(1)题图中Z代表的物质是氨气,电子式为H····H;实验室常用加热氯化铵和熟石灰两种固体混合物来制取氨气,化学方程式为2NH4Cl+Ca(OH)2 CaCl2+2NH3↑+2H2O。(2)反应开始至2 min时,v(H2)==0.075 mol/(L·min)。(3)反应体系中各物质均为气体,气体总质量不变,反应正向进行,平均相对分子质量变大,当平均相对分子质量不再变化时达平衡状态,故A正确;混合气体的总质量始终不变,则混合气体的总质量不再变化的状态不一定是平衡状态,故B错误;该反应是气体分子数减小的反应,混合气体的分子总数不再变化的状态是平衡状态,故C正确;3v正(H2)=2v逆(NH3)时,不符合,不是平衡状态,故D错误。(4)由分析可知,X表示氮气,2 min时达到平衡状态,N2的转化率为×100%=10%。(5)保持容器压强不变,充入一定量氦气,容器容积增大,参与反应的各物质的浓度均减小,反应速率减小,故A正确;加入高效催化剂,可以增大反应速率,提高单位时间的产率,可提高生产效率,故B正确;升高温度,NH3分解速率增大,故C错误。
微项目 研究车用燃料及安全气囊
基础过关练
1.D 燃点越低,越易燃烧,不安全,所以不能选择燃点非常低的燃料,A项错误;汽车排气系统使用三元催化器可使氮氧化物转化为无害气体,但由于是可逆反应,故不能完全转化,B项错误;该反应为放热反应,C项错误;2CH3OH+3O22CO2+4H2O
64 g 3 mol、CH3CH2OH+3O2 2CO2+3H2O
46 g 3 mol,由反应的化学方程式可知,完全燃烧等质量的甲醇和乙醇,甲醇的耗氧量低,D项正确。
2.D 由题图可知,稀燃过程中,Pt做催化剂,NO与氧气反应生成NO2,故A正确;稀燃过程中,NO2与BaO发生氧化还原反应,反应可能生成NO和Ba(NO3)2,N的化合价由+4变为+2、+5,故B正确;由富燃过程原理图可知,Pt催化下NO2被CO还原为N2,反应为2NO2+4CO N2+4CO2,还原产物为N2,CO2为氧化产物,故C正确,D错误。
3.D 汽车受到强烈碰撞时,NaN3迅速分解产生钠和氮气,化学方程式为2NaN3 2Na+3N2↑,故A正确;叠氮化钠中钠离子与叠氮离子间是离子键,叠氮离子内部氮原子间是共价键,故B正确;N2的电子式为··NN··,故C正确;Fe2O3中O元素位于周期表ⅥA族、Fe元素位于Ⅷ族,故D错误。
4.A 根据题图可知,NOx在催化剂作用下生成氮气和氧气,故A正确;催化剂只能影响化学反应速率,对化学平衡移动无影响,故B错误;向恒容条件下的密闭容器中充入氦气,参与反应的各组分浓度不变,化学反应速率不变,故C错误;NO不是来自汽油的不完全燃烧,故D错误。
5.C 根据实验目的“验证温度对化学反应速率的影响”,可知实验Ⅰ、Ⅱ除温度外,其他外界条件都应该相同,所以题表中a为1.2 ×10-3,故A正确;反应开始时NO的浓度为1.2×10-3 mol/L,反应5 min后NO的浓度为8×10-4 mol/L,Δc(NO)=4×10-4 mol/L,Δc(N2)=Δc(NO)=2×10-4 mol/L,所以用N2表示的平均反应速率v(N2)==4×10-5 mol/(L·min),故B正确;若2v逆(NO)=v正(N2),则正、逆反应速率不相等,反应未达到平衡状态,故C不正确;280 ℃,5 min 时NO的转化率为×100%≈33.3%,故D正确。
能力提升练
答案 (1)①离子 ②A
(2)①光能和热能 ②吸收 278
(3)①0.003 75 mol·L-1·s-1 ②75%
(4)①BC ②> =
解析 (1)①NaN3由Na+和构成,属于离子化合物。②由“NaN3迅速分解,生成氮气和金属钠,同时释放大量的热”可知,NaN3的分解为放热反应,即反应物的总能量大于生成物的总能量,故选A。
(2)①题图中以TiO2为催化剂,光和热条件下分解CO2反应生成CO和O2,根据能量守恒定律知,该反应中,光能和热能转化为化学能。②断裂化学键需要吸收能量,形成化学键释放能量,CO2分解为吸热反应,所以分解1 mol CO2需要吸收的能量为1 598 kJ-1 072 kJ-=278 kJ。
(3)①开始n(NO2)=0.040 mol,2 s时,n(NO2)=0.010 mol,0~2 s内v(NO2)==0.007 5 mol·L-1·s-1,v(N2O4)=×0.007 5 mol·L-1·s-1=0.003 75 mol·L-1·s-1。②2 s时,n(NO2)=0.010 mol,前2 s内NO2的转化率=×100%=75%。
(4)①A项,未指明反应的方向;B项,该反应的正反应是气体体积增大的反应,容器内压强不随时间的变化而变化,能说明反应达到平衡状态;C项,容器内N2的物质的量分数不再随时间而发生变化说明各气体的浓度不再改变,说明反应已达平衡状态;D项,容器内n(NO)∶n(NH3)∶n(N2)∶n(H2O)=6∶4∶5∶6不能说明正、逆反应速率相等,不能说明反应达到平衡状态;故选BC。②题图中b点后NO继续减少,N2继续增多,所以b点对应的速率关系是v正>v逆;d点,反应已经达到平衡状态,此时v正与v逆相等。
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