新教材适用2025版高考化学二轮总复习第1部分新高考选择题突破专题7化学反应速率与化学平衡微专题4化学反应速率及化学平衡图像教师用书

微专题4化学反应速率及化学平衡图像命题角度1浓度(或n)、速率、转化率图像1.(2024·广东真题)反应X=2Z经验两步：①X→Y；②Y→2Z。反应体系中X、Y、Z的浓度c随时间t的变更曲线如图所示。下列说法不正确的是(D)A．a为c(X)随t的变更曲线B．t1时，c(X)＝c(Y)＝c(Z)C．t2时，Y的消耗速率大于生成速率D．t3后，c(Z)＝2c0－c(Y)【解析】由题中信息可知，反应X=2Z经验两步：①X→Y；②Y→2Z。因此，图中呈不断减小趋势的a线为X的浓度c随时间t的变更曲线，呈不断增加趋势的线为Z的浓度c随时间t的变更曲线，先增加后减小的线为Y的浓度c随时间t的变更曲线。X是唯一的反应物，随着反应的发生，其浓度不断减小，因此，由图可知，a为c(X)随t的变更曲线，A正确；由图可知，分别代表三种不同物质的曲线相交于t1时刻，因此，t1时c(X)＝c(Y)＝c(Z)，B正确；由图中信息可知，t2时刻以后，Y的浓度仍在不断减小，说明t2时刻反应两步仍在向正反应方向发生，而且反应①生成Y的速率小于反应②消耗Y的速率，即t2时Y的消耗速率大于生成速率，C正确；由图可知，t3时刻反应①完成，X完全转化为Y，若无反应②发生，则c(Y)＝c0，由于反应②Y→2Z的发生，t3时刻Y浓度的变更量为c0－c(Y)，变更量之比等于化学计量数之比，所以Z的浓度的变更量为2[c0－c(Y)]，这种关系在t3后仍成立，D不正确；故选D。2.(2024·辽宁选考)某温度下，降冰片烯在钛杂环丁烷催化下聚合，反应物浓度与催化剂浓度刚好间关系如图。已知反应物消耗一半所需的时间称为半衰期，下列说法错误的是(B)A．其他条件相同时，催化剂浓度越大，反应速率越大B．其他条件相同时，降冰片烯浓度越大，反应速率越大C．条件①，反应速率为0.012mol·L－1·min－1D．条件②，降冰片烯起始浓度为3.0mol·L－1时，半衰期为62.5min【解析】由题干图中曲线①②可知，其他条件相同时，催化剂浓度越大，反应所须要的时间越短，故反应速率越大，A正确；由题干图中曲线①③可知，其他条件相同时，降冰片烯浓度①是③的两倍，所用时间①也是③的两倍，反应速率相等，故说明反应速率与降冰片烯浓度无关，B错误；由题干图中数据可知，条件①，反应速率为v＝eq\f(Δc,Δt)＝eq\f(3.0mol·L－1－0mol·L－1,250min)＝0.012mol·L－1·min－1，C正确；反应物消耗一半所需的时间称为半衰期，由题干图中数据可知，条件②，降冰片烯起始浓度为3.0mol·L－1时，半衰期为125min÷2＝62.5min，D正确；故选B。命题角度2温度(或压强)图像3.(2024·广东选考)恒容密闭容器中，BaSO4(s)＋4H2(g)BaS(s)＋4H2O(g)在不同温度下达平衡时，各组分的物质的量(n)如图所示。下列说法正确的是(C)A．该反应的ΔH<0B．a为n(H2O)随温度的变更曲线C．向平衡体系中充入惰性气体，平衡不移动D．向平衡体系中加入BaSO4，H2的平衡转化率增大【解析】从图示可以看出，平衡时上升温度，氢气的物质的量削减，则平衡正向移动，说明该反应的正反应是吸热反应，即ΔH＞0，故A错误；从图示可以看出，在恒容密闭容器中，随着温度上升氢气平衡时的物质的量削减，则平衡随着温度上升正向移动，水蒸气的物质的量增加，而a曲线表示的是物质的量不随温度变更而变更，故B错误；容器体积固定，向容器中充入惰性气体，没有变更各物质的浓度，平衡不移动，故C正确；BaSO4是固体，向平衡体系中加入BaSO4，不能变更其浓度，因此平衡不移动，氢气的转化率不变，故D错误；故选C。4.(2024·湖南选考)向体积均为1L的两恒容容器中分别充入2molX和1molY发生反应：2X(g)＋Y(g)Z(g)ΔH，其中甲为绝热过程，乙为恒温过程，两反应体系的压强随时间的变更曲线如图所示。下列说法正确的是(B)A．ΔH>0B．气体的总物质的量：na<ncC．a点平衡常数：K>12D．反应速率：va正<vb正【解析】甲容器在绝热条件下，随着反应的进行，压强先增大后减小，依据志向气体状态方程PV＝nRT可知，刚起先压强增大的缘由是因为容器温度上升，则说明上述反应过程放热，即ΔH＜0，故A错误；依据A项分析可知，上述密闭溶液中的反应为放热反应，图中a点和c点的压强相等，因甲容器为绝热过程，乙容器为恒温过程，若两者气体物质的量相等，则甲容器压强大于乙容器压强，则说明甲容器中气体的总物质的量此时相比乙容器在减小即气体总物质的量：na＜nc，故B正确；a点为平衡点，此时容器的总压为p，假设在恒温恒容条件下进行，则气体的压强之比等于气体的物质的量(物质的量浓度)之比，所以可设Y转化的物质的量浓度为xmol·L－1，则列出三段式如下：2X(g)＋Y(g)Z(g)c0210Δc2xxxc平2－2x1－xx则有eq\f([2－2x＋1－x＋x]mol,2＋1mol)＝eq\f(p,2p)，计算得到x＝0.75，那么化学平衡常数K＝eq\f(cZ,c2X·cY)＝eq\f(0.75,0.52×0.25)＝12，又甲容器为绝热条件，等效为恒温条件下升温，平衡逆向移动，则平衡常数减小即平衡常数K＜12，故C错误；依据图像可知，甲容器达到平衡的时间短，温度高，所以达到平衡的速率相对乙容器的快，即Va正＞Vb正，故D错误；故选B。命题角度3“多因素影响”平衡图像5.(2024·江苏卷)NH3与O2作用分别生成N2、NO、N2O的反应均为放热反应。工业尾气中的NH3可通过催化氧化为N2除去。将肯定比例的NH3、O2和N2的混合气体以肯定流速通过装有催化剂的反应管，NH3的转化率、生成N2的选择性eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(2n生成N2,n总转化NH3)×100%))与温度的关系如图所示。下列说法正确的是(D)A．其他条件不变，上升温度，NH3的平衡转化率增大B．其他条件不变，在175～300℃范围，随温度的上升，出口处N2和氮氧化物的量均不断增大C．催化氧化除去尾气中的NH3应选择反应温度高于250℃D．高效除去尾气中的NH3，需研发低温下NH3转化率高和N2选择性高的催化剂【解析】图示中NH3的转化率不是指平衡转化率而是肯定流速下的NH3的转化率，NH3与O2作用分别生成N2、NO、N2O的反应均为放热反应，上升温度，平衡向逆反应方向进行，氨气的平衡转化率降低，A错误；依据图像，在175～300℃范围，随温度的上升，N2的选择性降低，即产生氮气的量削减，B错误；依据图像，温度高于250℃，N2的选择性降低，且氨气的转化率变更并不大，奢侈能源，依据图像，温度应略小于225℃，此时氨气的转化率、氮气的选择性较大，C错误；NH3转化的反应为放热反应，则在低温下NH3的转化率较高，并且低温下N2的选择性高，但低温下反应速率较慢，单位时间内NH3的转化率不高，故须要研发低温下促进NH3转化的催化剂，D正确；故选D。6.(2024·浙江1月)CH4与CO2重整生成H2和CO的过程中主要发生下列反应CH4(g)＋CO2(g)=2H2(g)＋2CO(g)ΔH＝247.1kJ·mol－1H2(g)＋CO2(g)=H2O(g)＋CO(g)ΔH＝41.2kJ·mol－1在恒压、反应物起始物质的量比n(CH4)∶n(CO2)＝1∶1条件下，CH4和CO2的平衡转化率随温度变更的曲线如图所示。下列有关说法正确的是(D)A．上升温度、增大压强均有利于提高CH4的平衡转化率B．曲线A表示CH4的平衡转化率随温度的变更C．相同条件下，改用高效催化剂能使曲线A和曲线B相重叠D．恒压、800K、n(CH4)∶n(CO2)＝1∶1条件下，反应至CH4转化率达到X点的值，变更除温度外的特定条件接着反应，CH4转化率能达到Y点的值【解析】本题考查化学平衡学问的综合应用。化学反应CH4(g)＋CO2(g)2H2(g)＋2CO(g)ΔH＝247.1kJ·mol－1为气体体积增大的吸热反应，升温能促使平衡正向移动，有利于提高CH4的平衡转化率，但增大压强平衡逆向移动，不利于提高CH4的平衡转化率，A错误；CH4与CO2以物质的量之比为1∶1反应，由于CO2还会参加其次个反应，故曲线B表示CH4的平衡转化率随温度的变更，B错误；运用催化剂只能变更反应速率，不能变更平衡转化率，故不能使曲线A和B重叠，C错误；恒压、800K、n(CH4)∶n(CO2)＝1∶1时，要提高CH4的转化率即使CH4和CO2的反应正向进行达到平衡，且与原平衡相比，平衡正向移动，可通过减小压强、分别出H2等方法实现，D正确；故选D。〔思维建模〕化学平衡图像类试题解题思维模型知能对点1化学反应速率与平衡图像1.浓度对化学反应速率影响的特点——渐变，从平衡时速率渐渐增大、减小。2.温度、压强对化学反应速率影响的特点——跳变，从平衡时速率突然增大、减小。3.催化剂(反应前后气体体积不变的反应增大压强)对化学反应速率影响的特点——平变，从平衡时速率平跳，平衡不移动。知能对点2百分含量(或转化率)图像1.百分含量(或转化率)—时间、温度(或压强)图像解题原则：“先拐先平数值大”。先出现拐点的反应即先达到平衡，速率快，温度较高、压强较大(如图Ⅰ、Ⅱ)或运用了催化剂(如图Ⅲ)。再看平台高度，纵坐标大小与平衡状态相对应，将温度凹凸、压强大小与平衡状态相联系，即可得到反应热或气体分子数信息。2.百分含量(或转化率)—压强、温度图像解题原则：“定一议二”。探讨三个量之间的关系，先确定其中一个量(看曲线趋势或作协助线)，再探讨另两个的关系，从而得到反应热或气体分子数信息。知能对点3新型图像的探究应用生疏图像常与生产生活中的实际问题相结合，从反应时间、投料比值、催化剂的选择、转化率、产率、成本等角度考查。此类题目信息量较大，能充分考查学生读图、提取信息、解决问题的实力，已然成为高考及平常模拟考试的“新宠”，分析时抓住图像中的关键点(常为最高点、最低点、转折点)、看清横坐标、纵坐标代表的条件、弄清曲线的变更趋势，即可将困难图像转化为常规图像，进而运用化学平衡学问结合常规图像处理方法进行解答即可。命题角度1浓度(或n)、速率、转化率图像1.(2024·湖北襄阳二模)利用CO2催化加氢可制乙烯，反应为2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)ΔH，在两个容积均为1L恒容密闭容器中，分别加入2molCO2、4molH2，分别选用两种催化剂，反应进行相同时间，测得CO2转化率随反应温度的变更如下图所示。下列说法正确的是(A)A．运用催化剂Ⅰ时反应的活化能低于催化剂ⅡB．ΔH>0C．b、d两状态下，化学反应速率相等D．d状态下，保持其他条件不变，向容器中再加入1molCO2与0.5molC2H4，v(正)<v(逆)【解析】运用催化剂Ⅰ时反应更快地达到平衡，运用催化剂Ⅰ时反应的活化能低于催化剂Ⅱ，故A正确；达到平衡后上升温度，二氧化碳的转化率降低，说明正反应放热，ΔH＜0，故B错误；b、d两状态下，d点温度高，化学反应速率更快，故C错误；2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)起先/mol·L－124变更/mol·L－1130.52平衡/mol·L－1110.52反应的平衡常数为K＝eq\f(0.5×24,12×16)＝8，d状态下，保持其他条件不变，向容器中再加入1molCO2与0.5molC2H4，Qc＝eq\f(1×24,22×16)＝4<K，平衡正向进行，v(正)＞v(逆)，故D错误；故选A。2.(2024·广东佛山二模)在催化剂作用下，向容积为1L的容器中加入1molX和3molY，发生反应：X(g)＋2Y(s)2Z(s)，平衡时和反应10min时X的转化率α(X)随温度的变更分别如曲线Ⅰ、Ⅱ所示。下列说法错误的是(C)A．该反应ΔH>0B．200℃时，前10min的平均反应速率v(X)＝0.02mol·L－1·min－1C．400℃时，反应的平衡常数K＝2D．bc段变更可能是催化剂在温度高于400℃时活性降低导致【解析】上升温度，转化率增大，平衡正向移动，正向是吸热反应即该反应ΔH>0，故A正确；200℃时，前10min的平均反应速率v(X)＝eq\f(1mol×20%,1L×10min)＝0.02mol·L－1·min－1，故B正确；400℃时，X转化率为60%，反应的平衡常数K＝eq\f(1,\f(1mol×40%,1L))＝2.5mol·L－1，故C错误；ab阶段随温度上升，转化率增大，bc阶段随温度上升，转化率减小，该变更可能是催化剂在温度高于400℃时活性降低导致，故D正确；故选C。命题角度2温度(或压强)图像3.(2024·广东深圳统考一模)恒容密闭容器中，nmolCO2与3nmolH2在不同温度下发生反应：2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)，达到平衡时，各组分的物质的量浓度(c)随温度(T)变更如图所示：下列说法正确的是(C)A．该反应的平衡常数随温度上升而增大B．曲线Y表示c(C2H4)随温度的变更关系C．提高投料比[n(CO2)∶n(H2)]，可提高H2的平衡转化率D．其他条件不变，2nmolCO2与6nmolH2在T1℃下反应，达到平衡时c(H2)<c1mol·L－1【解析】由图可知，温度上升，H2的平衡浓度增大，说明平衡逆向移动，该反应为放热反应，该反应的平衡常数随温度上升而减小，故A错误；结合方程式2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)可知，c(C2H4)的变更量为c(H2O)变更量的eq\f(1,4)，则曲线Y表示c(H2O)随温度的变更关系，故B错误；提高投料比[n(CO2)∶n(H2)]即增大CO2的浓度，平衡正向移动，H2的平衡转化率增大，故C正确；其他条件不变，2nmolCO2与6nmolH2在T1℃下反应，等效于增大压强，该反应是气体体积减小的反应，平衡正向移动，H2的浓度减小，当仍旧大于nmolCO2与3nmolH2在T1℃下发生反应时H2的平衡浓度c1，故D错误；故选C。4.(2024·重庆二模)丙烯是三大合成材料的基本原料，由甲醇催化制丙烯的化学方程式为3CH3OH(g)C3H6(g)＋3H2O(g)。反应的Arrhenius阅历公式的试验数据如图所示，Arrhenius阅历公式为Rlnk＝－eq\f(Ea,T)＋C(Ea为活化能，k为速率常数，R和C为常数)。下列有关说法正确的是(B)A．该反应的C为105.4kJ·mol－1·K－1B．工业上运用催化剂可以提高丙烯单位时间内的产率C．在恒容密闭容器中，气体的密度不变，则该反应达到平衡D．在恒容密闭容器中，增加CH3OH物质的量平衡正向移动，CH3OH的体积分数减小【解析】由图可得两个等式：9.2＝－3.2×10－3Ea＋C和3.0＝－3.4×10－3Ea