2025年高中化学新教材同步必修第二册 第6章　第2节　第3课时　变量控制　反应速率与限度的图像题

第3课时变量控制反应速率与限度的图像题

[核心素养发展目标]1.学会运用变量控制的方法研究影响化学反应速率的因素。2.建立解答化学反应速率

和平衡状态的图像题的思路，培养证据推理与模型认知的化学核心素养。

一、变量控制探究外界条件对化学反应速率的影响

科学研究中，对于多因素(多变量)的问题，常常采用只改变其中的某一因素，控制其他因素不变

的研究方法，使多因素的问题变成几个单因素的问题，分别加以研究，最后再将几个单因素问题的研

究结果加以综合。

思考为了研究外界条件对H2O2分解速率的影响，某同学利用实验室提供的仪器和试剂设计了如下

4组实验。

-1

试剂：4%H2O2溶液、12%H2O2溶液、1mol·LFeCl3溶液。

仪器：试管、带刻度的胶头滴管、酒精灯。

实验编号实验温度/℃H2O2溶液1mol·FeCl3溶液/mL

−1

1305mL4%L1

2605mL4%1

3305mL12%0

4305mL4%0

(1)甲同学为了探究温度对化学反应速率的影响，应完成(填实验编号)实验。

答案1、2

(2)乙同学进行实验3与实验4，发现气体均缓慢产生，无法说明“浓度改变会影响化学反应速率”，

你的改进方法是。

-1

答案再同时分别向两支试管中滴加2~3滴1mol·LFeCl3溶液作为催化剂，加快反应速率，使现象更明

显

(3)丙同学进行了实验1与实验4，你认为他想探究的是。该方案

设计是否严谨？(填“是”或“否”)，说明理由：。

答案催化剂对化学反应速率的影响否加入的1mL溶液会对试管中溶液进行稀释，使浓度发生改变

变量控制探究影响化学反应速率的因素

变量控制探究影响化学反应速率因素的一般原则是“定多变一”，即要保持其他变量不变，改变其中一个

变量的值进行实验，测定数据，通过系列实验，找出变量对化学反应速率的影响。其探究流程为

1.(2024·广东东莞高一段考)为探究过氧化氢分解反应快慢的影响因素，某学习小组设计了下列实验：

下列说法不正确的是()

A.综合实验①、②和③，可得出5%的过氧化氢溶液最适合用于分解制氧气

B.对比实验①和③，可研究温度对过氧化氢分解反应快慢的影响

C.综合以上实验，可得出过氧化氢分解制氧气的最佳反应条件

D.对比实验①和②，可研究催化剂对过氧化氢分解反应快慢的影响

答案A

解析实验①、②和③过氧化氢的浓度都是5%，没有对比实验，不能得出5%的过氧化氢溶液最适合用于

分解制氧气，A错误；实验①和③的变量是温度，可研究温度对过氧化氢分解反应快慢的影响，B正确；

与实验①比较，实验②加入二氧化锰作催化剂，实验③升高温度，综合以上实验，可得出过氧化氢分解制

氧气的最佳反应条件，C正确；实验①和②的变量是催化剂，可研究催化剂对过氧化氢分解反应快慢的影

响，D正确。

2.(2024·福州高一期中)利用催化技术可将汽车尾气中的CO和NO转化为CO2和N2，化学方程式为

2NO+2CO2CO2+N2。反应物初始浓度相同时，实验温度为280℃和360℃，进行以下实验：

同种催化剂的比达平衡时所

实验编号实验目的T/℃

表面积/(m2·g-1)用的时间/s

Ⅰ对照实验28080t1

Ⅱa280120t2

Ⅲ研究温度对尾气转化速率的影响bct3

补全表格a，b，c。

答案研究同种催化剂的比表面积对尾气转化速率的影响36080

解析根据对比实验的单一变量原则，实验Ⅰ、Ⅱ的催化剂的比表面积不同，则a为研究同种催化剂的比

表面积对尾气转化速率的影响；Ⅲ的目的是研究温度对尾气转化速率的影响，则b和实验Ⅰ的温度不同，

b为360，c为80。

二、化学反应速率与限度的图像分析

化学反应速率与化学反应限度问题常以图像题的形式出现，在相关图像的平面直角坐标系中，可

能出现的物理量有物质的量、浓度、时间等。解题时，重点是理解图像的意义和特点。

1.关注图像中的“点、线、面”

(1)关注“面”——明确研究对象

理解各坐标轴所代表量的意义及曲线所表示的是哪些量之间的关系。弄清楚是物质的量，还是物质的

量浓度随时间的变化。

(2)关注“线”

①弄清曲线的走向，是增大还是减小，确定反应物和生成物，浓度减小的是反应物，浓度增大的是生

成物。

②分清突变和渐变；理解曲线“平”与“陡”即斜率大小的意义。

(3)关注“点”

解题时要特别关注特殊点，如坐标轴的交点、几条曲线的交叉点、极值点、转折点等。深刻理解这些

特殊点的意义。

2.联系规律

如各物质的转化量之比与化学计量数之比的关系，各物质的化学反应速率之比与化学计量数之比的关

系，外界条件的改变对化学反应速率的影响规律等。

3.正确判断

根据题干和题目要求，结合图像信息，正确利用相关规律做出正确的判断。

1.向一密闭容器中放入1molX，进行可逆反应2X(g)3Y(g)，反应过程中的反应速率(v)与时间(t)的

关系曲线如图所示，下列叙述正确的是()

A.t1时，只有正反应

B.t2~t3时，反应不再发生

C.t2时，容器内有1.5molY

D.t2~t3时，X、Y的物质的量均没有发生变化

答案D

解析t1时，v正>v逆>0，正、逆反应都在发生，A项错误；t2~t3时，v正=v逆>0，反应并未停止，B项错误；

该反应为可逆反应，1molX不能完全反应，所以当反应达到平衡时，容器内Y的物质的量小于1.5mol，

C项错误；t2~t3时为化学平衡状态，X、Y的物质的量均不发生变化，D项正确。

2.(2023·杭州高一检测)在2.0L恒温恒容密闭容器中充入1.0molHCl和0.3molO2，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.t2时，v正=v逆

B.t3时已处于平衡状态，升高温度平衡状态不会发生改变

C.t1时，容器内气体的总压强比t2时的大

-1

D.t3时，容器中c(Cl2)=c(H2O)=0.4mol·L

答案C

解析t2时反应还没有达到平衡，v正≠v逆，A项错误；t3时HCl和O2的物质的量不再发生变化，反应已经

达到平衡，但升高温度改变了原有条件，旧平衡会被破坏，一段时间后达到新的平衡，故升温平衡状态会

发生改变，B项错误；该反应反应物气体分子数大于生成物，t1时，反应物较多，气体总分子数较大，t2时，

反应物较少，气体总分子数较小，故在恒温恒容密闭容器内，t1时气体的总压强比t2时的大，C项正确；t3

时，列三段式：

4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)

起始/mol1.00.300

转化/mol0.80.20.40.4

平衡/mol0.20.10.40.4

-1

容器中c(Cl2)=c(H2O)==0.2mol·L，D项错误。

0.4mol

2.0L

1.(2024·北京西城区高一月考)变量控制法是科学研究的重要方法。相同质量的锌与足量的0.5mol·L-1

硫酸分别在下列条件下发生反应，开始阶段化学反应速率最大的是()

选项锌的状态实验温度/℃

A粉末20

B粉末30

C块状20

D块状30

答案B

解析由表中数据可知B、D温度最高，反应速率较大，且B为粉末状，固体表面积较大，反应速率最大，

故选B。

2.反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)中SO3的浓度变化情况如图所示，在0~amin内用O2表示的平均反应

速率为0.04mol·L-1·min-1，则a等于()

A.0.1B.2.5

C.5D.10

答案C

-1-1-1

解析由题图可知，0~amin内Δc(SO3)=0.4mol·L，则有v(SO3)=mol·L·min。根据反应速率与化学计

0.4

-1-1-1-�1

量数的关系可得，v(O2)=v(SO3)=mol·L·min=0.04mol·L·min，解得a=5，C项正确。

10.2

3.一定温度下，在2L的2密闭容器�中，X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示。下

列描述正确的是()

A.tmin时该反应达到化学平衡状态

B.反应开始到10min，用X表示的反应速率为0.079mol·L-1·min-1

C.反应开始到10min时，Y的转化率为79%

D.反应的化学方程式为X(g)+2Y(g)3Z(g)

答案C

解析到10min时该反应达到化学平衡状态，A错误；反应进行到10min时，X、Y均减少了0.79mol，

Z增加了1.58mol，用X表示的反应速率为=0.0395mol·L-1·min-1，反应的化学方程式为

0.79mol

X(g)+Y(g)2Z(g)，B、D错误；反应开始2到L×1100mimnin时Y的转化率为×100%=79%，C正确。

0.79mol

4.(2024·合肥高一期中)Ⅰ.在一定温度下，4L密闭容器内某一反应中1气.00体molM、气体N的物质的量随时

间变化的曲线如图：

(1)比较t2时刻，正、逆反应速率大小：v正(填“>”“=”或“<”)v逆。

(2)若t2=2min，计算反应开始至t2时刻用M的浓度变化表示的平均反应速率为。

(3)t3时刻化学反应达到平衡，反应物的转化率为。

Ⅱ.某同学设计如下实验方案探究影响锌与稀硫酸反应速率的因素，有关数据如下表所示：

序号纯锌粉/g2.0mol·L-1硫酸溶液/mL温度/℃硫酸铜固体/g加入蒸馏水/mL

Ⅰ2.050.02500

Ⅱ2.040.025010.0

Ⅲ2.050.0250.20

Ⅳ2.050.03500

(4)①本实验待测数据可以是，实验Ⅰ和实验Ⅱ可以探究对锌与稀

硫酸反应速率的影响﹔实验Ⅰ和实验Ⅳ可以探究对锌与稀硫酸反应速率的影响。

②实验发现实验Ⅲ比实验Ⅰ反应速率快，原因是。

答案(1)>(2)0.25mol·L-1·min-1(3)75%(4)①反应结束所需要的时间(或相同条件下产生等体积的氢气

所需要的时间)硫酸浓度温度②锌和硫酸铜反应生成铜，锌、铜、硫酸形成原电池，反应速率加快

解析(1)根据图示，t2时刻M增多、N减少，所以反应正向进行，正、逆反应速率大小：v正>v逆。

(2)若t2=2min，反应开始至t2时M的物质的量增加2mol，用M的浓度变化表示的平均反应速率为

=0.25mol·L-1·min-1。

2mol

4L×2min

(3)t3时刻化学反应达到平衡，反应物N的物质的量由8mol变为2mol，N的转化率为×100%=75%。

8−2mol

(4)探究影响锌与稀硫酸反应速率的因素，实验待测数据可以是反应结束所需要的时间或8相mo同l条件下产生等

体积的氢气所需要的时间；实验Ⅰ和实验Ⅱ的硫酸浓度不同，可以探究硫酸浓度对锌与稀硫酸反应速率的

影响；实验Ⅲ加入硫酸铜固体，Zn置换出铜，锌、铜、硫酸形成原电池，反应速率加快。

课时对点练[分值：100分]

(选择题1~9题，每小题8分，共72分)

题组一变量控制研究影响化学反应速率的因素

1.金属Zn与酸反应产生H2的反应速率最大的是()

选项温度金属酸

A25℃Zn粒0.1mol·L-1盐酸

B25℃Zn粒0.1mol·L-1硫酸

C50℃Zn粉0.1mol·L-1硫酸

D50℃Zn粉0.1mol·L-1盐酸

答案C

+2+

解析金属Zn与酸反应的离子方程式为Zn+2H===Zn+H2↑，盐酸为一元强酸，硫酸为二元强酸，温度

越高，H+浓度越大，反应速率越快，答案选C。

2.(2024·合肥高一期中)某小组为了研究外界条件对化学反应速率的影响，设计实验方案如表。下列说法错

误的是()

-1

实验编号5.0mol·L盐酸大理石水收集标准状况下0.56LCO2所需时间

①100mL5.0g碎块0mL5.0min

②50.0mL5.0g碎块50.0mL8.0min

③100mL5.0g粉末amL2.0min

A.实验①和②探究盐酸浓度对反应速率的影响

B.实验①和③探究固体表面积对反应速率的影响，则a=0

C.实验③中用盐酸浓度变化表示的速率v(HCl)=0.5mol·L-1·min-1

+2+

D.该实验反应的离子方程式为CaCO3+2H===Ca+CO2↑+H2O

答案C

解析实验①和②盐酸浓度不同，其他条件相同，研究的是盐酸浓度对反应速率的影响，A正确；实验①

和③研究反应物的固体表面积对反应速率的影响，必须使盐酸浓度相同，加入100mL盐酸则不需要再加

入水，a=0，B正确；根据反应方程式：CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2↑+H2O，

n(HCl)=2n=2×=0.05mol，故v(HCl)==0.25mol·L-1·min-1，C错误。

0.56L0.05mol

−1

222.4L·mol0.1L×2min

3.(2024·湖北CO黄冈高一期中)某探究性学习小组利用H2C2O4溶液和酸性KMnO4溶液之间的反应来探究外界

条件对化学反应速率的影响，实验操作如下。下列有关说法不正确的是()

-1-1

实验实验温0.06mol·LKMnO4溶液(含硫酸)0.3mol·LH2C2O4溶液H2O溶液颜色褪至无

序号度℃色时所需时间

/V/mLV/mLV/mL/s

甲2523512

乙T125V1t1

丙352V23t2

A.V1=3，T1=25，t1<12

B.通过实验乙、丙探究温度对化学反应速率的影响

+2+

C.反应的离子方程式为2Mn+5H2C2O4+6H===2Mn+10CO2↑+8H2O

−

-3-1-1

D.甲组用KMnO4的浓度变化O表4示的平均反应速率为5×10mol·L·s

答案D

-1-1

解析甲组用4的浓度变化表示的平均反应速率为，错误。

KMnO−3−1−1=0.001mol·L·sD

2×10×0.06mol·L·s

−3

题组二化学反应速率和平衡的图像题10×10×12

4.(2024·大连高一期中)一定条件下，在体积为3L的密闭容器中，一氧化碳与氢气反应生成甲醇：

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，分别在300℃和500℃下生成甲醇的量如图所示。根据图像，计算在500℃

时，从反应开始到平衡的氢气的平均反应速率(单位为mol·L-1·min-1)为()

A.B.

2�B�B

C.�BD.�B

2�A2�B

答3案�AD3�B

解析温度越高，反应速率越快，达到平衡的时间越短，因此500℃对应的曲线平衡时甲醇物质的量为nB，

-1-1-1-1

即达到平衡时v=�B=mol·L·min，由于=，v=2v=mol·L·min。

3L�B�H222�B

CH3OH�B3�B�CH3OH1H2CH3OH3�B

5.一定条件下，向密闭容器中通入一定量的CO和H2制备甲醇，反应为CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，测

得容器内H2的分压与反应时间的关系如图所示。反应到图中X点时，用H2分压表示的平均变化率为()

A.0.8MPa·miB.0.2MPa·mi

−1−1

C.1.6MPa·minD.8.4MPa·min

−1−1

答案Bnn

解析根据图中曲线得到8分钟时氢气分压改变量为1.6MPa，则用H2分压表示的平均变化率为=0.2

1.6MPa

MPa·mi，故B正确。8min

−1

-1-1-

6.常温下n，往烧杯中加入10mL1mol·LFeCl3溶液和10mL2mol·LKI溶液，c(I)随时间变化如图所示，

不考虑溶液混合时体积的改变。下列说法正确的是()

A.c0=2

B.3~8min内，Fe3+的平均反应速率为0.08mol·L-1·min-1

C.8min时，往烧杯中滴加KSCN溶液，溶液不变红

3+-2+

D.烧杯中发生反应的离子方程式为2Fe+2I2Fe+I2

答案D

-1-13+-

解析往烧杯中加入10mL1mol·LFeCl3溶液和10mL2mol·LKI溶液，发生反应：2Fe+2I

2+--13+--

2。反应未开始时，，错误；内，

2Fe+Ic(I)=−3=1mol·LA3~8minv(Fe)=v(I)=mol·L

10×10×2mol0.08

−3

1·min-1=0.016mol·L-1·min-1，B错误；根20据×1图0像L可知I-最终共消耗了0.2×20×10-3mol=4×10-3mol，I5-有剩余，

且Fe3+剩余(1×10×10-3-4×10-3)mol>0，说明该反应为可逆反应，往烧杯中滴加KSCN溶液，溶液变红，C错

误。

7.等质量的铁与过量的盐酸在不同的实验条件下进行反应，测得在不同时间(t)内产生气体体积(V)的数据如

图所示，根据图示分析实验条件，下列说法一定不正确的是()

组别对应曲线c(HCl)/(mol·L-1)反应温度/℃铁的状态

1a30粉末状

2b30粉末状

3c2.5块状

4d2.530块状

A.第4组实验的反应速率最慢

B.第1组实验中盐酸的浓度大于2.5mol·L-1

C.第2组实验中盐酸的浓度等于2.5mol·L-1

D.第3组实验的反应温度低于30℃

答案D

解析由图像可知，1、2、3、4四组实验产生的氢气一样多，只是反应速率有快慢之分。第4组实验反应

所用时间最长，故反应速率最慢，A正确；第1组实验反应所用时间最短，故反应速率最快，根据变量控

制法原则知盐酸浓度应大于2.5mol·L-1，B正确；第2组实验，铁是粉末状，与3、4组块状铁相区别，根

据变量控制法原则知盐酸的浓度应等于2.5mol·L-1，C正确；由3、4组实验并结合图像知第3组实验中反

应温度应高于30℃，D错误。

8.(2023·保定高一检测)向某容积一定的密闭绝热容器中充入2molNO和1molO2，一定条件下发生反应：

2NO(g)+O2(g)2NO2(g)，其反应速率与反应时间关系如图所示，下列选项表明反应达到平衡状态的是

()

A.NO、O2物质的量之比为2∶1

B.M、N、P、Q四点中，N点时反应已达到平衡状态

C.混合气体的总质量不再变化

D.单位时间内生成2amolNO2的同时，生成amolO2

答案D

解析NO、O2物质的量之比始终为2∶1，不能说明达到平衡状态，故A不符合题意；M、N、P、Q四点

中，N点时反应速率最大，但随着时间的推移，速率仍在变化，并未达到平衡状态，故B不符合题意；该

反应进行前后，混合气体的总质量始终不变，不能说明达到平衡状态，故C不符合题意；单位时间内生成

2amolNO2，反应正向进行，同时又生成amolO2，反应逆向进行，两个不同方向，化学反应速率之比等

于化学计量数之比，说明达到平衡状态，故D符合题意。

9.为了研究碳酸钙与盐酸反应的反应速率，某同学通过实验测定足量碳酸钙固体与一定量稀盐酸反应生成

CO2的体积(已换算为标准状况下的体积)随时间的变化情况，绘制出如图所示的曲线甲。下列有关说法不

正确的是()

A.因反应放热，导致0~5s内的反应速率逐渐增大

B.10~15s后，影响反应速率的主要外界因素是盐酸的浓度

C.10~15s内，用盐酸的浓度变化表示该反应的速率为1.6×10-4mol·L-1·s-1

D.若向反应体系中加入适量氯化钠溶液，则曲线甲可能变成曲线乙

答案C

解析因反应放热，温度升高，导致0~5s内的反应速率逐渐增大，A正确；10~15s后，反应速率逐渐减

小，主要是因为随着反应的进行，盐酸的浓度逐渐减小，B正确；不知道盐酸的体积，故不能计算出用盐

酸的浓度变化表示该反应的速率，C错误；若向反应体系中加入适量氯化钠溶液，盐酸浓度减小，则反应

速率减小，但是HCl的物质的量不变，最终生成二氧化碳的体积不变，则曲线甲可能变成曲线乙，D正确。

10.(14分)向某容积固定的密闭容器中加入0.3molA、0.1molC和一定量的B三种气体，一定条件下发生

反应，各物质的浓度随时间的变化如图所示。已知在反应过程中混合气体的平均相对分子质量没有变化。

请回答下列问题：

(1)密闭容器的容积是L。

(2)若t1=15，则0~t1s内以C物质浓度变化表示的反应速率v(C)=。

(3)写出能反映该反应达到化学平衡状态的两个依据：、。

(4)t2s时，C在平衡混合气中的物质的量分数为。

(5)B的起始的物质的量是。

-1-1

答案(1)2(2)0.004mol·L·s(3)v正(A)=3v逆(B)物质C的物质的量保持不变(其他合理答案均可)

(4)50%(5)0.04mol

解析(1)开始时加入0.3molA，图中开始时c(A)=0.15mol·L-1，则容器的容积为V===2L。(2)

�(A)0.3mol

−1

�(A)0.15mol·L

-1-1-1

由图可知，1内，若1，则有