主题7 高频考点1 化学反应速率与化学平衡图像-【金版教程】2025年高考化学大二轮专题复习冲刺方案全书Word（不定项版）

大二轮专题复习冲刺方案　化学 化学反应速率与化学平衡图像 [典例1]　(2024·山东卷)(双选)逆水气变换反应：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH＞0。一定压力下，按CO2、H2物质的量之比n(CO2)∶n(H2)＝1∶1投料，T1、T2温度时反应物摩尔分数随时间变化关系如图所示。已知该反应的速率方程为v＝kc0.5(H2)·c(CO2)，T1、T2温度时反应速率常数k分别为k1、k2。下列说法错误的是(　　) A．k1＞k2 B．T1、T2温度下达平衡时反应速率的比值：＜ C．温度不变，仅改变体系初始压力，反应物摩尔分数随时间的变化曲线不变 D．T2温度下，改变初始投料比例，可使平衡时各组分摩尔分数与T1温度时相同 答案：CD 解析：由题图可知，T1比T2反应速率快，则T1＞T2；T1温度下达到平衡时反应物的摩尔分数低于T2温度下平衡时的；由于起始CO2与H2的物质的量之比为1∶1，则达到平衡时CO2和H2的摩尔分数相等。根据分析，T1比T2反应速率快，反应速率常数与温度有关，结合反应速率方程知k1＞k2，A正确；反应的速率方程为v＝kc0.5(H2)c(CO2)，则＝，T1温度下达到平衡时反应物的摩尔分数低于T2温度下平衡时的，则＜，B正确；温度不变，仅改变体系初始压力，虽然平衡不移动，但反应物的浓度改变，反应速率改变，反应达到平衡的时间改变，反应物摩尔分数随时间的变化曲线改变，C错误；T2温度下，改变初始投料比，相当于改变某一反应物的浓度，达到平衡时H2和CO2的摩尔分数不可能相等，故不能使平衡时各组分摩尔分数与T1温度时相同，D错误。 [典例2]　(2024·辽宁卷)异山梨醇是一种由生物质制备的高附加值化学品，150 ℃时其制备过程及相关物质浓度随时间变化如图所示，15 h后异山梨醇浓度不再变化。下列说法错误的是(　　) A．3 h时，反应②正、逆反应速率相等 B．该温度下的平衡常数：①>② C．0～3 h平均速率v(异山梨醇)＝0.014 mol·kg－1·h－1 D．反应②加入催化剂不改变其平衡转化率 答案：A 解析：由题图可知，3小时后异山梨醇浓度继续增大，15 h后异山梨醇浓度才不再变化，所以3 h时，反应②未达到平衡状态，即正、逆反应速率不相等，A错误；图像显示该温度下，15 h后所有物质浓度都不再变化，且此时山梨醇转化完全，而1，4­失水山梨醇仍有剩余，即反应②正向进行程度小于反应①、反应限度小于反应①，所以该温度下的平衡常数：①>②，B正确；由图可知，在0～3 h内异山梨醇的浓度变化量为0.042 mol·kg－1，所以平均速率v(异山梨醇)＝＝0.014 mol·kg－1·h－1，故C正确；催化剂只能改变化学反应速率，不能改变物质平衡转化率，所以反应②加入催化剂不改变其平衡转化率，D正确。 1．常见含“断点”的速率变化图像分析 图像 t1时刻所改变的条件 温度 升高 降低 升高 降低 适合正反应为放热的反应 适合正反应为吸热的反应 压强 增大 减小 增大 减小 适合正反应为气体物质的量增大的反应 适合正反应为气体物质的量减小的反应 2．常见化学平衡图像分析 (1)转化率－时间－温度(或压强)图像 反应 A(g)＋B(g)C(g)　ΔH<0 图像类型 分析 已知不同温度或压强下，反应物的转化率α(或百分含量)与时间的关系曲线，推断温度的高低及反应的热效应或压强的大小及气体物质间的化学计量数的关系。可用“先拐先平，数值大”原则进行综合分析 (2)恒温线(或恒压线)图像 反应 A(g)＋B(g)C(g)　ΔH<0 图像类型 分析 已知不同温度下的转化率－压强图像或不同压强下的转化率－温度图像，推断反应的热效应或反应前后气体物质间化学计量数的关系。可用“定一议二”原则进行综合分析 (3)特殊图像 ①对于化学反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，M点前，表示化学反应从反应物开始，则v正＞v逆；M点为刚达到的平衡点；M点后为平衡受温度的影响情况，即升温A%增大(C%减小)，平衡逆向移动，ΔH＜0。 ②对于化学反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，L线上所有的点都是平衡点。 左上方(E点)，A%大于此压强时平衡体系中的A%，E点必须向正反应方向移动才能达到平衡状态，所以E点v正＞v逆；则右下方(F点)v正＜v逆。 　化学平衡图像问题的解题思路 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，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．(2024·1月安徽高考适应性测试)稀土被称为新材料的宝库。稀土中的镧系离子可用离子交换法分离，其反应可表示为Ln3＋(aq)＋3RSO3H(s)(RSO3)3Ln(s)＋3H＋(aq)。某温度时，c(H＋)随时间变化关系如图所示。下列说法正确的是(　　) A．t1时的正反应速率大于t2时的逆反应速率 B．t1～t2时间段的平均反应速率v(Ln3＋)＝ mol·L－1·s－1 C．t3时增大c(H＋)，该平衡左移，平衡常数减小 D．t3时离子交换反应停止 答案：A 解析：随着反应的进行，反应物浓度逐渐减小，生成物浓度逐渐增大，直到达到平衡，即正反应速率逐渐减小，逆反应速率逐渐增大，直到相等，期间正反应速率始终大于逆反应速率，A正确；化学反应速率之比等于化学计量数之比，即v(Ln3＋)＝ mol·L－1·s－1，B错误；温度不变，平衡常数不变，C错误；t3时反应达到平衡，此时的平衡是一种动态平衡，v正＝v逆，反应并未停止，D错误。 专题作业 [三年真题集训] 1．(2024·江苏卷)二氧化碳加氢制甲醇的过程中的主要反应(忽略其他副反应)为： ①CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)　ΔH1＝41.2 kJ·mol－1 ②CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g)　ΔH2 225 ℃、8×106 Pa下，将一定比例CO2、H2混合气匀速通过装有催化剂的绝热反应管。装置及L1、L2、L3…位点处(相邻位点距离相同)的气体温度、CO和CH3OH的体积分数如图所示。 下列说法正确的是(　　) A．L4处与L5处反应①的平衡常数K相等 B．反应②的焓变ΔH2>0 C．L6处H2O的体积分数大于L5处 D．混合气从起始到通过L1处，CO的生成速率小于CH3OH的生成速率 答案：C 解析：L4处与L5处的温度不同，故L4处与L5处反应①的平衡常数K不相等，A错误；由题图可知，L1～L3温度在升高，该装置为绝热装置，反应①为吸热反应，所以反应②为放热反应，ΔH2<0，B错误；从L5到L6，甲醇的体积分数逐渐增加，说明反应②在向右进行，反应②消耗CO，而CO体积分数没有明显变化，说明反应①也在向右进行，反应①为气体分子数不变的反应，其向右进行时，n(H2O)增大，反应②为气体分子数减小的反应，且没有H2O的消耗与生成，故n总减小而n(H2O)增大，即H2O的体积分数会增大，故L6处H2O的体积分数大于L5处，C正确；L1处CO的体积分数大于CH3OH，说明生成的CO的物质的量大于CH3OH，两者反应时间相同，说明CO的生成速率大于CH3OH的生成速率，D错误。 2．(2024·安徽卷)室温下，为探究纳米铁去除水样中SeO的影响因素，测得不同条件下SeO浓度随时间变化关系如下图。 实验序号 水样体积/mL 纳米铁质量/mg 水样初始pH ① 50 8 6 ② 50 2 6 ③ 50 2 8 下列说法正确的是(　　) A．实验①中，0～2小时内平均反应速率v(SeO)＝2.0 mol·L－1·h－1 B．实验③中，反应的离子方程式为：2Fe＋SeO＋8H＋===2Fe3＋＋Se＋4H2O C．其他条件相同时，适当增加纳米铁质量可加快反应速率 D．其他条件相同时，水样初始pH越小，SeO的去除效果越好 答案：C 解析：实验①中，0～2小时内平均反应速率v(SeO)＝＝2.0×10－3 mol·L－1·h－1，A不正确；实验③中水样初始pH＝8，溶液显弱碱性，发生反应的离子方程式中不能出现H＋，B不正确；综合分析实验①和②可知，在相同时间内，实验①中SeO浓度的变化量大，因此，其他条件相同时，适当增加纳米铁质量可加快反应速率，C正确；综合分析实验②和③可知，在相同时间内，实验②中SeO浓度的变化量大，因此，其他条件相同时，适当减小初始pH，SeO的去除效果更好，但是当初始pH太小时，H＋浓度太大，纳米铁与H＋反应速率加快，会导致与SeO反应的纳米铁减少，因此，当初始pH越小时，SeO的去除效果不一定越好，D不正确。 3．(2023·辽宁卷)一定条件下，酸性KMnO4溶液与H2C2O4发生反应，Mn(Ⅱ)起催化作用，过程中不同价态含Mn粒子的浓度随时间变化如下图所示。下列说法正确的是(　　) A．Mn(Ⅲ)不能氧化H2C2O4 B．随着反应物浓度的减小，反应速率逐渐减小 C．该条件下，Mn(Ⅱ)和Mn(Ⅶ)不能大量共存 D．总反应为：2MnO＋5C2O＋16H＋===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O 答案：C 解析：Mn(Ⅲ)浓度先增大后减小，说明Mn(Ⅲ)可以氧化H2C2O4，A错误；Mn(Ⅱ)起催化作用，反应过程中Mn(Ⅱ)浓度增大，则反应速率先增大后减小，B错误；由题图可知Mn(Ⅶ)浓度减小为0时，Mn(Ⅱ)浓度才开始增大，所以该条件下Mn(Ⅱ)与Mn(Ⅶ)不能大量共存，C正确；草酸为弱酸，不能拆，D错误。 4．(2023·湖南卷)向一恒容密闭容器中加入1 mol CH4和一定量的H2O，发生反应：CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)。CH4的平衡转化率按不同投料比x随温度的变化曲线如图所示。下列说法错误的是(　　) A．x1<x2 B．反应速率：vb正<vc正 C．点a、b、c对应的平衡常数：Ka<Kb＝Kc D．反应温度为T1，当容器内压强不变时，反应达到平衡状态 答案：B 解析：一定条件下，增大水的浓度，能提高CH4的转化率，即x值越小，CH4的转化率越大，则x1<x2，A正确；b点和c点温度相同，CH4的起始物质的量都为1 mol，b点x值小于c点，则b点加水多，反应物浓度大，则反应速率：vb正>vc正，B错误；由图像可知，x一定时，温度升高CH4的平衡转化率增大，说明正反应为吸热反应，温度升高平衡正向移动，K增大；温度相同，K不变，则点a、b、c对应的平衡常数：Ka<Kb＝Kc，C正确；该反应为气体分子数增大的反应，反应进行时压强发生改变，所以温度一定时，当容器内压强不变时，反应达到平衡状态，D正确。 5．(2023·江苏卷)二氧化碳加氢制甲烷过程中的主要反应为 CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－164.7 kJ·mol－1 CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝41.2 kJ·mol－1 在密闭容器中，1.01×105 Pa、＝时，CO2平衡转化率、在催化剂作用下反应相同时间所测得的CO2实际转化率随温度的变化如图所示。CH4的选择性可表示为×100%。下列说法正确的是(　　) A．反应2CO(g)＋2H2(g)===CO2(g)＋CH4(g)的焓变ΔH＝－205.9 kJ·mol－1 B．CH4的平衡选择性随着温度的升高而增加 C．用该催化剂催化二氧化碳反应的最佳温度范围约为480～530 ℃ D．450 ℃时，提高的值或增大压强，均能使CO2平衡转化率达到X点的值 答案：D 解析：由盖斯定律可知反应2CO(g)＋2H2(g)===CO2(g)＋CH4(g)的焓变ΔH＝－2×41.2 kJ·mol－1＋(－164.7 kJ·mol－1)＝－247.1 kJ·mol－1，A错误；CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(g)为放热反应，升高温度平衡逆向移动，CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)为吸热反应，升高温度平衡正向移动，故CH4的平衡选择性随着温度的升高而降低，B错误；根据题图，CO2实际转化率在350～400 ℃范围内最高，最佳温度范围约为350～400 ℃，C错误；450 ℃时，提高的值可提高二氧化碳的平衡转化率，增大压强反应CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(g)平衡正向移动，可提高二氧化碳的平衡转化率，均能使CO2平衡转化率达到X点的值，D正确。 6．(2023·海南卷)(双选)工业上苯乙烯的生产主要采用乙苯脱氢工艺：C6H5CH2CH3(g)C6H5CH===CH2(g)＋H2(g)。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．曲线①表示的是逆反应的v­t关系 B．t2时刻体系处于平衡状态 C．反应进行到t1时，Q>K(Q为浓度商) D．催化剂存在时，v1、v2都增大 答案：BD 解析：反应为乙苯制备苯乙烯的过程，开始反应物浓度最大，生成物浓度为0，所以曲线①表示的是正反应的v­t关系，曲线②表示的是逆反应的v­t关系，A错误；反应进行到t1时，反应正向进行，故Q＜K，C错误。 7．(2022·河北高考)(双选)恒温恒容条件下，向密闭容器中加入一定量X，发生反应的方程式为①XY；②YZ。反应①的速率v1＝k1c(X)，反应②的速率v2＝k2c(Y)，式中k1、k2为速率常数。图甲为该体系中X、Y、Z浓度随时间变化的曲线，图乙为反应①和②的ln k­曲线。下列说法错误的是(　　) A．随c(X)的减小，反应①、②的速率均降低 B．体系中v(X)＝v(Y)＋v(Z) C．欲提高Y的产率，需提高反应温度且控制反应时间 D．温度低于T1时，总反应速率由反应②决定 答案：AB 解析：由题图甲及反应方程式可知，浓度随时间变化逐渐减小的曲线代表的是X，浓度随时间变化逐渐增大的曲线代表的是Z，浓度随时间变化先增大后减小的曲线代表的是Y；由图乙中的信息可知，反应①的速率常数随温度升高增大的幅度小于反应②的。由图甲中的信息可知，随c(X)的减小，c(Y)先增大后减小，c(Z)增大，因此，反应①的速率随c(X)的减小而减小，而反应②的速率先增大后减小，A错误；根据体系中发生的反应可知，在Y的浓度达到最大值之前，单位时间内X的减少量等于Y和Z的增加量，因此v(X)＝v(Y)＋v(Z)，但是在Y的浓度达到最大值之后，单位时间内Z的增加量等于Y和X的减少量，故v(X)＋v(Y)＝v(Z)，B错误。 8．(2022·广东高考)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(　　) A．该反应的ΔH＜0 B．a为n(H2O)随温度的变化曲线 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 答案：C 解析：从图示可以看出，平衡时升高温度，氢气的物质的量减少，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，H2的起始物质的量为4 mol，达到平衡时小于1 mol，则n(H2O)应大于3 mol，即最上边那条曲线为n(H2O)随温度的变化曲线，故B错误；容器体积固定，向容器中充入惰性气体，没有改变各物质的浓度，平衡不移动，故C正确；BaSO4是固体，向平衡体系中加入BaSO4，平衡不移动，氢气的转化率不变，故D错误。 9．(2022·浙江1月选考)在恒温恒容条件下，发生反应A(s)＋2B(g)3X(g)，c(B)随时间的变化如图中曲线甲所示。下列说法不正确的是(　　) A．从a、c两点坐标可求得从a到c时间间隔内该化学反应的平均速率 B．从b点切线的斜率可求得该化学反应在反应开始时的瞬时速率 C．在不同时刻都存在关系：2v(B)＝3v(X) D．维持温度、容积、反应物起始的量不变，向反应体系中加入催化剂，c(B)随时间变化关系如图中曲线乙所示 答案：C 解析：在不同时刻都有＝，C错误。 [一年模拟演练] ※每小题有1个或2个选项符合题意 10．(2024·最新模拟)已知恒容密闭容器中发生反应：Al2Cl6(g)2AlCl3(g)　ΔH>0，平衡体系中气体的平均相对分子质量(M)在不同温度下随压强的变化曲线如图所示。下列叙述正确的是(　　) A．温度：T2<T1 B．平衡常数：K(c)>K(a)>K(b) C．反应速率：v(a)>v(b) D．当M为200.25时转化率约为33% 答案：AD 解析：该反应为气体体积增大的吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，气体的物质的量增大，由质量守恒定律可知，反应前后气体的质量相等，则气体的平均相对分子质量减小，由题图可知，T1条件下气体的平均相对分子质量小于T2条件下气体的平均相对分子质量，则温度T1大于T2，A正确；平衡常数为温度函数，温度不变，平衡常数不变，该反应为吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，平衡常数增大，则平衡常数的大小关系为K(b)>K(c)＝K(a)，B错误；温度越高，反应速率越快，压强越大，反应速率越快，由题图可知，b点压强大于a点，由分析可知，b点反应温度高于a点，则b点反应速率快于a点，C错误；设起始时双聚氯化铝的物质的量为1 mol，平衡时氯化铝的物质的量为2a mol，由气体的平均相对分子质量为200.25可得267×(1－a)＋133.5×2a＝200.25×(1＋a)，解得a＝，则双聚氯化铝的转化率为×100%≈33.3%，D正确。 11．(2024·最新模拟)一定条件下热解制取H2：2H2S(g)＋CH4(g)CS2(g)＋4H2(g)。已知其他条件不变时，温度对H2S的平衡转化率和催化剂催化效率的影响如图所示。下列说法一定正确的是(　　) A．平衡常数：K(Y)>K(Z) B．达到平衡所需时间：t(X)<t(Y) C．总能量：E生成物>E反应物 D．单位时间的转化率：α(Z)>α(Y) 答案：C 解析：由题图可知，升高温度，H2S的平衡转化率增大，说明反应2H2S(g)＋CH4(g)CS2(g)＋4H2(g)吸热，温度越高，平衡常数越大，温度：Z>Y，平衡常数：K(Y)<K(Z)，故A错误；温度越高，催化效率越强，反应速率越快，则Y点的反应速率大于X点的反应速率，则达到平衡所需时间：t(X)>t(Y)，故B错误；Z点和Y点温度差别不大，但Z点的催化效率远低于Y点，说明Y点的反应速率大于Z点的反应速率，则单位时间的转化率：α(Z)<α(Y)，故D错误。 12．(2024·最新模拟)在盛有CuO/Cu2O载氧体的恒容密闭容器中充入空气[氧气的体积分数φ(O2)为21%]，发生反应：2Cu2O(s)＋O2(g)4CuO(s)　ΔH＝－227 kJ·mol－1。平衡时φ(O2)随反应温度T变化的曲线如图所示。下列说法错误的是(　　) A．升高温度，平衡向逆反应方向移动导致φ(O2)增大 B．必须控制T<1030 ℃才能保持载氧体活性 C．在1030 ℃时加入催化剂，φ(O2)>21% D．985 ℃时O2的平衡转化率α(O2)约为58% 答案：C 解析：题述反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，O2体积分数增大，故A正确；当温度等于1030 ℃时，O2的体积分数与空气中的相等，如果继续升温，O2体积分数大于21%，载氧体变为脱氧体，失去反应活性，故B正确；平衡时，加入催化剂不会使平衡移动，O2体积分数不变，故C错误；取100 mol空气，O2占21 mol，设985 ℃下平衡时消耗O2的物质的量为x mol，则＝0.1，解得x≈12.2，O2平衡转化率为×100%≈58%，故D正确。 13．(2024·最新模拟)乙烯直接水合法生产乙醇的反应为C2H4(g)＋H2O(g)C2H5OH(g)。如图为乙烯的平衡转化率与温度、压强的关系[其中n(H2O)∶n(C2H4)＝1∶1]，下列说法正确的是(　　) A．p1>p2>p3 B．该反应的ΔH<0 C．M点C2H5OH的平衡产率为20% D．恒压条件下向M点的体系中通入乙烯，乙烯的平衡转化率增大 答案：BC 解析：由题图可知，温度相同时，p1、p2、p3条件下对应的乙烯平衡转化率依次升高，再根据题给反应方程式分析，压强增大，平衡正向移动，乙烯平衡转化率升高，因此，p1<p2<p3，A错误；保持压强相同，温度升高，乙烯平衡转化率降低，说明平衡逆向移动，则水合法生产乙醇的反应为放热反应，ΔH<0，B正确；M点对应的乙烯平衡转化率为20%，而C2H4与C2H5OH的化学计量数之比为1∶1，则乙醇的平衡产率为20%，C正确；恒压条件下向M点的体系中通入乙烯，会使平衡正向移动，但平衡移动抵消不了外界条件的改变，即乙烯平衡转化率减小，D错误。 15 学科网（北京）股份有限公司 $$