2023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

培優(yōu)點十三化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡圖象題的破解策略一．一．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，右圖為某次模擬實驗研究過程中容器內(nèi)各物質(zhì)的濃度隨時間變化的曲線。下列說法不正確的是（）A．0～6min內(nèi)，反應(yīng)的平均速率v(Cl2)＝0.15mol·(L·min)?1B．若保持溫度不變，在第7min向體系中加入這三種物質(zhì)各2mol，則平衡向正反應(yīng)方向移動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)＝0.7mol·L?1、c(CO)＝0.5mol·L?1、c(COCl2)＝0.5mol·L?1，保持反應(yīng)溫度不變，則最終達(dá)到化學(xué)平衡時，Cl2的體積分?jǐn)?shù)與上述第6min時Cl2的體積分?jǐn)?shù)相同【解析】分析右側(cè)圖象知0～6min內(nèi)，反應(yīng)的平均速率v(Cl2)＝eq\f((1.2－0.3)mol·L?1,6min)＝0.15mol·(L·min)?1，A正確；分析右側(cè)圖象知第7min時，n(Cl2)∶n(CO)∶n(COCl2)＝3∶1∶9，若保持溫度不變，在第7min向體系中加入這三種物質(zhì)各2mol，反應(yīng)物增大的程度較大，則平衡向正反應(yīng)方向移動，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，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，平衡常數(shù)減??；分析右側(cè)圖象知第10min時，平衡逆向移動，改變的條件為升高溫度，T(8)<T(15)，C錯誤；D選項中將COCl2完全轉(zhuǎn)化為Cl2和CO，則c(Cl2)＝1.2mol·L?1、c(CO)＝1.0mol·L?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)平衡時與原平衡等效，Cl2的體積分?jǐn)?shù)與上述第6min時Cl2的體積分?jǐn)?shù)相同，D正確?！敬鸢浮緾2．含量—時間—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，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＋dD．達(dá)平衡后，減小A的量有利于平衡向右移動【解析】溫度T2時先達(dá)到平衡狀態(tài)，說明T2時反應(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，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，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，D不正確?！敬鸢浮緼3．物質(zhì)的量（或濃度）—時間圖像典例3．向甲、乙兩個容積均為1L的恒容容器中，分別充入2molA、2molB和1molA、1molB。相同溫度下，發(fā)生反應(yīng)：A(g)＋B(g)xC(g)ΔH<0。測得兩容器中c(A)隨時間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2B．甲、乙兩容器中反應(yīng)達(dá)平衡時，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2molA、2molB，則平衡時甲容器中0.78mol·L?1＜c(A)＜1.56mol·L?1【解析】由圖象可知平衡時，甲容器平衡時，A的轉(zhuǎn)化率為eq\f(2mol－0.78mol,2mol)×100%＝61%，乙容器平衡時，A的轉(zhuǎn)化率為eq\f(0.5mol,1mol)×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，故1＋1＞x，所以x＝1，A錯誤；平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，B錯誤；該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，將乙容器單獨升溫，平衡向吸熱反應(yīng)方向移動，即向逆反應(yīng)方向移動，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錯誤；向甲容器中再充入2molA、2molB，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，A轉(zhuǎn)化率增大，所以平衡時甲容器中c(A)小于2倍原平衡中的c(A)，平衡移動目的是降低濃度增大趨勢，但不能消除濃度增大，達(dá)新平衡時濃度比原平衡大，所以平衡時甲容器中0.78mol·L?1＜c(A)＜1.56mol·L?1，D正確?！敬鸢浮緿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＝?1200kJ·mol?1。對于該反應(yīng)，溫度不同(T2>T1)、其他條件相同時，下列圖像正確的是（）【解析】升溫正、逆反應(yīng)速率同時加快，達(dá)到平衡時間縮短，平衡向逆反應(yīng)方向移動，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??；壓強(qiáng)增大，CO的體積分?jǐn)?shù)降低，對比圖像可知，只有選項B符合?！敬鸢浮緽二．二．對點增分集訓(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＞0B．達(dá)平衡時，v正(H2)＝v逆(CO2)C．b點對應(yīng)的平衡常數(shù)K值大于c點D．a(chǎn)點對應(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，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，ΔH<0，故A錯誤；速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，平衡時v正(H2)＝3v逆(CO2)，故B錯誤；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，平衡常數(shù)減小，即c點大于b點，故C錯誤；假設(shè)消耗CO2物質(zhì)的量為1mol×60%＝0.6mol，則消耗H2的物質(zhì)的量為1.8mol，氫氣的轉(zhuǎn)化率為eq\f(1.8mol,2mol)×100%＝90%，故D正確?！敬鸢浮緿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，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對應(yīng)的反應(yīng)溫度最高B．上圖中M、N、Q點平衡常數(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)到平衡所需時間的關(guān)系為c＞b＞aD．N點時c(NH3)＝0.2mol·L?1，則N點的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點平衡常數(shù)K的大小關(guān)系為K(M)＝K(Q)＞K(N)，故B錯誤；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)到平衡所用時間越短，即達(dá)到平衡所需時間c＜b＜a，故C錯誤；在N點氨氣的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為20%，剩余氮氣和氫氣的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)的和為80%，N點c(NH3)＝0.2mol·L?1時，氮氣和氫氣的濃度和為0.8mol·L?1，因為開始時n(N2)∶n(H2)＝1∶3，則N點時c(N2)＝0.2mol·L?1，c(N2)∶c(NH3)＝1∶1，故D正確?！敬鸢浮緿3．某化學(xué)小組研究在其他條件不變時，改變密閉容器中某一條件對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)不變時達(dá)到平衡，AB3的物質(zhì)的量大小為c>a>bB．若T2>T1，則正反應(yīng)一定是放熱反應(yīng)C．達(dá)到平衡時A2的轉(zhuǎn)化率大小為b>a>cD．若T2>T1，達(dá)到平衡時b、d點的反應(yīng)速率為vd<vb【解析】增大一種反應(yīng)物的量必然會促進(jìn)另一種反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化，則B2越大達(dá)到平衡時A2的轉(zhuǎn)化率越大，生成物的物質(zhì)的量越大，則平衡時AB3的物質(zhì)的量大小為c＞b＞a，A錯誤；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，則正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，B錯誤；B2越大達(dá)到平衡時A2的轉(zhuǎn)化率越大，即達(dá)到平衡時A2的轉(zhuǎn)化率大小為c＞b＞a，C錯誤；溫度越高速率越快，溫度T2＞T1，達(dá)到平衡時b、d點的反應(yīng)速率為vd＜vb，D正確?！敬鸢浮緿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4molY和一定量的X后，X的濃度隨時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1molX、2molY，達(dá)平衡時，X的平衡濃度小于0.125mol·L?1B．a(chǎn)點正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率C．反應(yīng)達(dá)平衡時，降低溫度可以實現(xiàn)c到d的轉(zhuǎn)化D．該條件下，反應(yīng)達(dá)平衡時，平衡常數(shù)K＝3【解析】分析圖象和題給信息知起始加入2molX、4molY，達(dá)到平衡時X的濃度為0.25mol·L?1，若起始加入1molX和2molY，相當(dāng)于在原平衡的基礎(chǔ)上減小壓強(qiáng)，平衡逆向移動，達(dá)平衡時，X的平衡濃度大于0.125mol·L?1，A錯誤；由圖象可知，a點尚未達(dá)到平衡狀態(tài)，此時正反應(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，X的濃度減小，不能實現(xiàn)c到d的轉(zhuǎn)化，C錯誤；利用三段式計算：X(g)＋2Y(g)Z(g)起始濃度/(mol·L?1)120轉(zhuǎn)化濃度/(mol·L?1)0.751.50.75平衡濃度/(mol·L?1)0.250.50.75K＝eq\f(c(Z),c(X)·c2(Y))＝eq\f(0.75,0.25×0.52)＝12，D錯誤。【答案】B5．德國化學(xué)家哈伯從1902年開始研究由氮氣和氫氣直接合成氨，反應(yīng)原理為N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92.4kJ·mol?1。（1）在恒溫恒容條件下，向反應(yīng)平衡體系中充入氮氣，達(dá)到新平衡時，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2L的密閉容器中，將1molCH4和1molH2O(g)混合，達(dá)到平衡時CH4的轉(zhuǎn)化率為80%。則200℃時該反應(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，初始時氮氣、氫氣的體積比為1∶3時，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時的化學(xué)反應(yīng)速率，則vA(NH3)________(填“>”“<”或“＝”)vB(NH3)?！窘馕觥浚?）恒溫恒容條件下，向反應(yīng)平衡體系中充入氮氣，平衡將向正反應(yīng)方向移動，故達(dá)到新平衡時，c(H2)減小。溫度不變，平衡常數(shù)K＝eq\f(c2(NH3),c(N2)·c3(H2))不變，達(dá)到新平衡后，c(NH3)增大，K不變，故c(N2)·c3(H2)也會增大。（2）根據(jù)三段式法進(jìn)行計算：CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)起始(mol·L?1)0.50.500轉(zhuǎn)化(mol·L?1)0.5×80%0.5×80%0.5×80%0.5×80%×3平衡(mol·L?1)0.10.10.41.2則平衡常數(shù)K＝eq\f(c(CO)·c3(H2),c(CH4)·c(H2O))＝eq\f(0.4×1.23,0.1×0.1)≈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)?！敬鸢浮浚?）減小增大（2）69.1（3）<6．氨催化氧化時會發(fā)生兩個競爭反應(yīng)：反應(yīng)Ⅰ：4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)ΔH＝－905.0kJ·mol?1反應(yīng)Ⅱ：4NH3(g)＋3O2(g)2N2(g)＋6H2O(g)ΔH＝?1266.6kJ·mol?1為分析某催化劑對該反應(yīng)的選擇性，在1L密閉容器中充入1molNH3和2molO2，測得有關(guān)物質(zhì)的量關(guān)系如圖：①該催化劑在低溫時選擇反應(yīng)______(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。②520℃時4NH3＋3O22N2＋6H2O平衡常數(shù)K＝______________________________(不要求得出計算結(jié)果，只需列出數(shù)字計算式)。③C點比B點所產(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，容器中主要產(chǎn)物為N2，則該催化劑在低溫時選擇反應(yīng)Ⅱ。②兩個反應(yīng)同時進(jìn)行反應(yīng)Ⅰ4NH(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)物質(zhì)的量濃度(mol·L?1)0.20.250.20.03反應(yīng)Ⅱ4NH3＋3O22N2＋6H2O變化物質(zhì)的量濃度(mol·L?1)0.40.30.20.6平衡物質(zhì)的量濃度(mol·L?1)0.41.450.20.9故520℃時4NH3＋3O22N2＋6H2O的平衡常數(shù)K＝eq\f(0.22×0.96,0.44×1.453)；③已知4NH3(g)＋5O2(g)eq\o(=,\s\up7(催化劑),\s\do7(高溫))4NO(g)＋6H2O(g)ΔH＝－905.0kJ·mol?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，導(dǎo)致NO的物質(zhì)的量逐漸減小，即C點比B點所產(chǎn)生的NO的物