第五章 高考题型专练——化学反应速率与平衡图像题-【金版教程】2025年高考化学一轮总复习首选用卷全书Word（新教材 单选版）

金版教程 高考总复习首选用卷 化学 高考题型专练——化学反应速率与平衡图像题 1．(2023·重庆卷)逆水煤气变换体系中存在以下两个反应： 反应Ⅰ：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) 反应Ⅱ：CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g) 在恒容条件下，按n(CO2)∶n(H2)＝1∶1投料比进行反应，平衡时含碳物质体积分数随温度的变化如图所示。下列说法正确的是(　　) A．反应Ⅰ的ΔH<0，反应Ⅱ的ΔH>0 B．M点反应Ⅰ的平衡常数K<1 C．N点H2O的压强是CH4的3倍 D．若按n(CO2)∶n(H2)＝1∶2投料，则曲线之间交点位置不变 答案　C 解析　由题图可知，随温度升高，CO的体积分数增大，CH4的体积分数减小，说明反应Ⅰ平衡正向移动，反应Ⅱ平衡逆向移动，则反应ⅠΔH>0，反应ⅡΔH<0，A错误；M点：CH4的体积分数为0，CO2和CO的体积分数均为50%，说明此时只发生反应Ⅰ，因起始投料比n(CO2)∶n(H2)＝1∶1，故M点n(CO2)＝n(CO)＝n(H2)＝n(H2O)，K＝1，B错误；N点CO与CH4体积分数相同，故n(CO)＝n(CH4)，n反应Ⅰ(H2O)＝n(CO)，n反应Ⅱ(H2O)＝2n(CH4)，得出3n(CH4)＝n(H2O)，恒容条件下压强之比等于物质的量之比，故C正确；若按n(CO2)∶n(H2)＝1∶2投料，CO2的转化率增大，平衡时CO2的体积分数减小，则曲线交点位置改变，D错误。 2．(2023·山东卷改编)一定条件下，化合物E和TFAA合成H的反应路径如下： 已知反应初始E的浓度为0.10 mol·L－1，TFAA的浓度为0.08 mol·L－1，部分物种的浓度随时间的变化关系如图所示，忽略反应过程中的体积变化。下列说法不正确的是(　　) A．t1时刻，体系中有E存在 B．t2时刻，体系中无F存在 C．E和TFAA反应生成F的活化能很小 D．反应达平衡后，TFAA的浓度小于0.08 mol·L－1 答案　B 解析　一定条件下，化合物E和TFAA合成H的反应路径中，共发生三个反应：①E＋TFAA―→F，②F―→G，③GH＋TFAA。t1之后的某时刻，H为0.02 mol·L－1，此时TFAA的浓度仍为0，则表明0.10 mol·L－1 E、起始时的0.08 mol·L－1 TFAA、G分解生成的0.02 mol·L－1 TFAA全部参加反应，生成0.10 mol·L－1 F；在t2时刻，H为0.08 mol·L－1，TFAA为0.06 mol·L－1，G为0.01 mol·L－1，则F为0.01 mol·L－1。t1时刻，H的浓度小于0.02 mol·L－1，此时反应③生成TFAA的浓度小于0.02 mol·L－1，则参加反应E的浓度小于0.1 mol·L－1，所以体系中有E存在，A正确；由上述分析可知t2时刻，体系中有F存在，B不正确；t＝0时TFAA的浓度瞬间为0，表明此时E和TFAA完全反应生成F，所以E和TFAA生成F的反应速率很快，反应的活化能很小，C正确；在t2时刻，H为0.08 mol·L－1，TFAA为0.06 mol·L－1，G为0.01 mol·L－1，F为0.01 mol·L－1，只有F、G全部转化为H和TFAA时，TFAA的浓度才能为0.08 mol·L－1，而GH＋TFAA为可逆反应，所以反应达平衡后，TFAA的浓度一定小于0.08 mol·L－1，D正确。 3．(2023·新课标卷节选)在不同压强下，以两种不同组成进料，发生反应[N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)]，反应达平衡时氨的摩尔分数与温度的计算结果如下图所示。其中一种进料组成为xH2＝0.75、xN2＝0.25，另一种为xH2＝0.675、xN2＝0.225、xAr＝0.10。 (1)图中压强由小到大的顺序为____________，判断的依据是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)进料组成中含有惰性气体Ar的图是________。 (3)图1中，当p2＝20 MPa、xNH3＝0.20时，氮气的转化率α＝________。该温度时，反应N2(g)＋H2(g)NH3(g)的平衡常数Kp＝________(MPa)－1(化为最简式)。 答案　(1)p1<p2<p3　合成氨的反应为气体分子数减少的反应，压强越大平衡时氨的摩尔分数越大　 (2)图2　(3)33.33%　 解析　(1)合成氨的反应中，压强越大越有利于氨的合成，因此，压强越大平衡时氨的摩尔分数越大。由图中信息可知，在相同温度下，反应达平衡时氨的摩尔分数p1<p2<p3，因此，图中压强由小到大的顺序为p1<p2<p3。 (2)对比图1和图2中的信息可知，在相同温度和相同压强下，图2中平衡时氨的摩尔分数较小。在恒压下充入惰性气体Ar，反应混合物中各组分的浓度减小，各组分的分压也减小，化学平衡向气体分子数增大的方向移动，因此，充入惰性气体Ar不利于合成氨，进料组成中含有惰性气体Ar的图是图2。 (3)图1中，进料组成为xH2＝0.75、xN2＝0.25时，两者物质的量之比为3∶1。假设进料中氢气和氮气的物质的量分别为3 mol和1 mol，达到平衡时氮气的变化量为y mol，则有： N2(g)　＋　3H2(g)2NH3(g) 始(mol) 1 3 0 变(mol) y 3y 2y 平(mol) 1－y 3－3y 2y 当p2＝20 MPa、xNH3＝0.20时，xNH3＝＝0.20，解之得y＝，则氮气的转化率α＝≈33.33%；平衡时N2、H2、NH3的物质的量分别为 mol、2 mol、 mol，其物质的量分数分别为、、，则该温度下Kp′＝＝(MPa)－2。因此该温度下，反应N2(g)＋H2(g)NH3(g)的平衡常数Kp＝ ＝ ＝ (MPa)－1。 4．(2023·全国乙卷节选)硫酸亚铁在工农业生产中有许多用途，如可用作农药防治小麦黑穗病，制造磁性氧化铁、铁催化剂等。回答下列问题： (1)将FeSO4置入抽空的刚性容器中，升高温度发生分解反应：2FeSO4(s)Fe2O3(s)＋SO2(g)＋SO3(g)(Ⅰ)。平衡时pSO3­T的关系如下图所示。660 K时，该反应的平衡总压p总＝________kPa、平衡常数Kp(Ⅰ)＝________(kPa)2。Kp(Ⅰ)随反应温度升高而________(填“增大”“减小”或“不变”)。 (2)提高温度，上述容器中进一步发生反应2SO3(g)2SO2(g)＋O2(g)(Ⅱ)，平衡时pO2＝____________(用pSO3、pSO3表示)。在929 K时，p总＝84.6 kPa，pSO3＝35.7 kPa，则pSO2＝________kPa，Kp(Ⅱ)＝________kPa(列出计算式)。 答案　(1)3　2.25　增大 (2)　46.26　 解析　(1)将FeSO4置入抽空的刚性容器中，升高温度发生分解反应：2FeSO4(s)Fe2O3(s)＋SO2(g)＋SO3(g)(Ⅰ)。由平衡时p SO3­T的关系图可知，660 K时，pSO3＝1.5 kPa，则p SO2＝1.5 kPa，因此，该反应的平衡总压p总＝3 kPa、平衡常数Kp(Ⅰ)＝1.5 kPa×1.5 kPa＝2.25(kPa)2。由图中信息可知，pSO3随着温度升高而增大，且pSO3＝p SO2，因此，Kp(Ⅰ)随反应温度升高而增大。 (2)提高温度，题述容器中进一步发生反应2SO3(g)2SO2(g)＋O2(g)(Ⅱ)，在同温同压下，不同气体的物质的量之比等于其分压之比，由于仅发生反应(Ⅰ)时pSO3＝pSO2，则pSO3＋2pO2＝pSO2－2pO2，因此，平衡时pO2＝。在929 K时，p总＝84.6 kPa、pSO3＝35.7 kPa，则pSO3＋pSO2＋pO2＝p总、pO2＝，代入相关数据可求出pSO2＝46.26 kPa，则pO2＝84.6 kPa－35.7 kPa－46.26 kPa＝2.64 kPa，Kp(Ⅱ)＝＝ kPa。 5．(2023·全国甲卷节选)甲烷选择性氧化制备甲醇是一种原子利用率高的方法。回答下列问题： (1)已知下列反应的热化学方程式： ①3O2(g)===2O3(g)　K1　ΔH1＝285 kJ·mol－1 ②2CH4(g)＋O2(g)===2CH3OH(l)　K2　ΔH2＝－329 kJ·mol－1 反应③CH4(g)＋O3(g)===CH3OH(l)＋O2(g)的ΔH3＝________kJ·mol－1，平衡常数K3＝________(用K1、K2表示)。 (2)电喷雾电离等方法得到的M＋(Fe＋、Co＋、Ni＋等)与O3反应可得MO＋。MO＋与CH4反应能高选择性地生成甲醇。分别在300 K和310 K下(其他反应条件相同)进行反应MO＋＋CH4===M＋＋CH3OH，结果如下图所示。图中300 K的曲线是________(填“a”或“b”)。300 K、60 s时MO＋的转化率为____________(列出算式)。 答案　(1)－307　或 (2)b　×100% 解析　(1)根据盖斯定律可知，反应③＝(反应②－反应①)，所以对应ΔH3＝(ΔH2－ΔH1)＝×(－329 kJ·mol－1－285 kJ·mol－1)＝－307 kJ·mol－1。 (2)根据图示信息可知，纵坐标表示－lg ，其与MO＋的微粒分布系数成反比，与M＋的微粒分布系数成正比。则同一时间内，b曲线生成M＋的物质的量浓度比a曲线的小，证明化学反应速率慢，又因同一条件下降低温度化学反应速率减慢，所以曲线b表示的是300 K条件下的反应；根据上述分析结合图像可知，300 K、60 s时 －lg ＝0.1，则＝10－0.1，利用数学关系式可求出c(M＋)＝(100.1－1)c(MO＋)，根据反应MO＋＋CH4===M＋＋CH3OH可知，生成的M＋即为转化的MO＋，则MO＋的转化率为×100%。 6.(2023·重庆九龙坡高三二模)T ℃时，向容积为2 L的刚性容器中充入1 mol CO2和一定量的H2发生反应：CO2(g)＋2H2(g)HCHO(g)＋H2O(g)，平衡时p(HCHO)与起始的关系如图所示。已知初始加入2 mol H2，容器内的总压强为1.2m kPa。下列说法正确的是(　　) A．5 min时反应到达c点，v(H2)＝0.05 mol·L－1·min－1 B．a点时，混合气体平均摩尔质量为 g·mol－1 C．b点时，Kp＝ D．c点时，再加入CO2(g)和H2O(g)，使二者分压均增大0.2m kPa，平衡正向移动 答案　C 解析　起始时容器内气体总物质的量为3 mol 时，总压强为1.2m kPa，若5 min时反应到达c点，p(HCHO)＝0.2m kPa，则此时生成HCHO 0.5 mol，则v(H2)＝＝0.1 mol·L－1·min－1，A错误；a点时，加入1 mol CO2，＝1，则起始加入1 mol H2，设反应的CO2为a mol，由三段式分析： CO2(g)＋2H2(g)HCHO(g)＋H2O(g) 开始(mol)) 1 1 0 0 变化(mol)) a 2a a a 平衡(mol)) 1－a 1－2a a a 则平衡时容器气体的压强为p(平衡)＝×1.2m kPa，故平衡时p(HCHO)＝×p(平衡)＝××1.2m kPa＝xm kPa，解得a＝2.5x，混合气体的总物质的量n＝(2－2.5x) mol，由质量守恒定律可知，混合气体的总质量m＝1 mol×2 g·mol－1＋1 mol×44 g·mol－1＝46 g，混合气体平均摩尔质量为＝ g·mol－1＝ g·mol－1，B错误；温度不变，化学平衡常数不变，故b点时反应的化学平衡常数与c点对应的平衡常数相等，由分析可知，c点平衡下，p(CO2)＝×m kPa＝0.2m kPa，同理：p(H2)＝0.4m kPa，p(HCHO)＝p(H2O)＝0.2m kPa，故Kp＝＝＝＝，C正确；c点时，再加入CO2(g)和H2O(g)，使二者分压均增大0.2m kPa，则此时Qp＝＝＝＝Kp，平衡不移动，D错误。 7．(2023·北京市西城区高三一模)CH4和CO2联合重整能减少温室气体的排放。其主要反应为 ①CH4(g)＋CO2(g)===2H2(g)＋2CO(g) ②H2(g)＋CO2(g)H2O(g)＋CO(g) 其他条件相同时，投料比n(CH4)∶n(CO2)为1∶1.3，不同温度下反应的结果如图。 下列说法不正确的是(　　) A．550～600 ℃，升温更有利于反应①，反应①先达到平衡 B．n(H2)∶n(CO)始终低于1.0，与反应②有关 C．加压有利于增大CH4和CO2反应的速率但不利于提高二者的平衡转化率 D．若不考虑其他副反应，体系中存在： 4[c(CH4)＋c(CO)＋c(CO2)]＝2.3[4c(CH4)＋2c(H2)＋2c(H2O)] 答案　A 解析　这两个反应同时发生，反应②会破坏反应①的平衡，所以两个反应应该同时达到平衡，A错误。 8．(2023·福建省百校联盟高三三模)以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下： ①CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1 ②CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH2 CO2的平衡转化率(X—CO2)、CH3OH的选择性(S—CH3OH)随温度、压强变化如下： 已知：S—CH3OH＝ ×100% 下列叙述正确的是(　　) A．p1<p2 B．400 ℃左右，体系发生的反应主要是反应① C．由图可知，ΔH1<0，ΔH2>0 D．起始n(CO2)＝1 mol、n(H2)＝3 mol，平衡后X—CO2＝30%，S—CH3OH＝80%，若只发生反应①、②，则H2的平衡转化率为25% 答案　C 解析　反应①为气体分子数减少的反应，反应②反应前后气体分子数不变，故增大压强，反应①的化学平衡正向移动，CO2的平衡转化率(X—CO2)增大，反应②的化学平衡不移动，因此p1>p2，A错误；400 ℃时，由题图可知，CH3OH的选择性趋近于0，意味着转化为CH3OH的CO2为0，此时体系发生的反应主要是反应②，B错误；由题图可知，随着温度升高，CH3OH的选择性(S—CH3OH)逐渐降低，即反应①的化学平衡逆向移动，因此ΔH1<0；同时，随着温度升高，后期CO2的平衡转化率(X—CO2)逐渐升高．此阶段体系发生的反应主要是反应②，因此ΔH2>0，C正确；平衡后，根据CO2的平衡转化率为30%，得出两个反应共消耗0.3 mol CO2，又因为S —CH3OH＝80%，可知0.3 mol CO2中，有80%的CO2发生了反应①，有20%的CO2发生了反应②，根据化学方程式可得： CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) 转化/mol) 0.24 0.72 0.24 0.24 　　　 CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) 转化/mol 0.06 0.06 0.06 0.06 两个反应中氢气的转化总量为0.78 mol，所以氢气的平衡转化率＝×100%＝26%，D错误。 9．(2023·四川省成都市高三二模)(1)用CO消除汽车尾气。 在催化剂a作用下将尾气转化为无污染的气体而除去。向密闭容器中充入10 mol CO(g)和8 mol NO(g)发生反应2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)　ΔH，测得平衡时NO体积分数与温度、压强的关系如图。 ①已知T2＞T1，则反应ΔH____0(填“＞”“＝”或“＜”)。 ②该反应达到平衡后，为了同时提高反应速率和NO的平衡转化率，可采取的措施有________(填字母序号)。 a．改用高效催化剂 b．恒温恒容条件下，按投料比增大反应物浓度 c．移去CO2 d．升高温度 e．缩小反应容器的体积 ③在温度为T1、容器体积为4 L的条件下，反应进行到10 min时恰好在D点达到平衡。则从反应开始到平衡时，NO平均反应速率v(NO)＝________；若其他条件不变，升高温度，用分压表示的平衡常数Kp________(填“变大”“变小”或“不变”)。 ④在X点，对反应容器升温的同时扩大体积使体系压强减小，重新达到平衡状态可能为图中________点(填A～F)。 (2)用NH3消除汽车尾气。 新型催化剂b在含有少量O2条件下，能催化NH3和NOx，反应生成N2，且高温下活性很强。在盛有催化剂b的管式反应容器(如图1)中按一定比例匀速通入NH3、NOx、O2发生反应。NOx的除去率随反应温度变化曲线如图2所示。 ①在50 ℃之前，NOx的除去率随温度升高而缓慢上升的原因是______________________________________。 ②当温度高于300 ℃时，NOx除去率迅速下降的原因是____________________________。 答案　(1)①＜　②be　③0.1 mol·L－1·min－1　变小　④A (2)①催化剂的活性较小，温度升高速率增加缓慢　②O2与NH3反应生成NOx 解析　(1)①已知T2＞T1，根据图中信息可知，温度越高，NO的体积分数越大，故说明平衡逆向移动，正反应为放热反应，则反应ΔH＜0。②改用高效催化剂，化学反应速率增大，但催化剂不能使平衡移动，NO的转化率不变，a不符合；恒温恒容条件下，按投料比增大反应物浓度，相当于增大压强，化学反应速率增大，平衡向气体体积缩小的正反应方向移动，NO的转化率增大，b符合；移去CO2，生成物的浓度减小，反应速率减小，平衡正向移动，NO的转化率增大，c不符合；升高温度，化学反应速率增大，但正反应为放热反应，平衡逆向移动，NO的转化率减小，d不符合；缩小反应容器的体积，相当于增大压强，化学反应速率增大，平衡向气体体积缩小的正反应方向移动，NO的转化率增大，e符合。③向密闭容器中充入10 mol CO(g)和8 mol NO(g)发生反应2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)，设NO转化率为x，根据三段式有： 2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g) 8 10 0 0 8x 8x 4x 8x 8－8x 10－8x 4x 8x 平衡时NO的体积分数为25%，则有＝25%，解得x＝0.5，则NO平均反应速率v(NO)＝＝0.1 mol·L－1·min－1；若其他条件不变，升高温度，平衡逆向移动，生成物的平衡分压减小，反应物的平衡分压增大，用分压表示的平衡常数Kp变小。④由分析可知，升温会使反应逆向移动，导致NO的体积分数增加，减压也会使反应逆向移动，导致NO的体积分数增加；所以升温和减压后，NO的体积分数必然增加，达到平衡状态时，NO的体积分数一定比X点对应的体积分数大，符合条件的只有A点。 10．(2023·浙江三地市高三4月模拟)CO2和H2合成甲醇是CO2资源化利用的重要方法，总反应为CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH＝－46 kJ/mol。 (1)有利于提高甲醇平衡产率的条件有______。 A．低温低压 B．高温低压 C．低温高压 D．高温高压 E．催化剂 (2)制备甲醇的反应一般认为通过如下步骤来实现： Ⅰ.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH1 Ⅱ.CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH2 在体积为2 L的密闭容器中按物质的量之比为1∶2充入CO和H2发生反应Ⅱ，测得平衡混合物中CH3OH的体积分数在不同压强下随温度的变化如图1所示。 ①下列说法正确的是________。 A．图像中p1>p2>p3 B．A、B、C、D的平衡常数大小关系为A＝B>C>D C．反应速率v逆(状态A)>v逆(状态B) D．在C点时，CO的转化率为75% ②C点对应的平衡常数Kp＝________[对于气相反应，用组分B的平衡压强p(B)代替物质的量浓度c(B)也可以表示平衡常数，记作Kp，如p(B)＝p·x(B)，p为平衡压强，x(B)为平衡体系中B的物质的量分数]。 (3)一定反应条件下，各物质以碳元素计的物质的量分数x与时间t的关系如图2所示，请解释CO对应的曲线出现极大值的原因：__________________________________________________。 (4)若起始时加入合适的催化剂加快反应Ⅰ的速率，请在图3中画出此条件下CO以碳元素计的物质的量分数随时间变化的图像。 答案　(1)C　(2)①AD　② (3)反应开始时，反应Ⅰ中CO2浓度大，生成CO的速率较快，CO物质的量分数增大。随着反应继续进行，反应Ⅱ的CO消耗速率增大，反应Ⅰ的 CO生成速率减小，两者速率相等时，出现极大值 (4) 解析　(2)①反应Ⅱ为气体分子数减小的反应，相同条件下，增大压强，甲醇的含量增加，故图像中p1>p2>p3，A正确；由题图可知，相同条件下，温度升高甲醇含量减小，则平衡逆向移动，平衡常数减小，且相同温度下平衡常数相同，则A、B、C、D的平衡常数大小关系为A>B＝C＝D，B错误；A、B甲醇含量相同，温度升高则反应速率增大，故反应速率v逆(状态A)<v逆(状态B)，C错误；在C点时，甲醇的含量为50%，设一氧化碳、氢气投料分别为1 mol、2 mol，则： 　　　 CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) 1 2 0 a 2a a 1－a 2－2a a ×100%＝50%，a＝0.75 mol，CO的转化率为×100%＝75%，D正确。②由①分析可知，C点平衡时，CO、H2、CH3OH分别为0.25 mol、0.5 mol、0.75 mol，总的物质的量为1.5 mol，则CO、H2、CH3OH分压分别为p2、p2、p2，故C点对应的平衡常数Kp＝＝。 14 学科网（北京）股份有限公司 $$