第2章 第2节 重点突破练——化学反应速率与化学平衡图像-【金版教程】2025-2026学年高中化学选择性必修1作业与测评课件PPT（人教版2019）

0 第二章　化学反应速率与化学平衡 第二节　化学平衡 重点突破练——化学反应速率与化学平衡图像 (建议用时：40分钟) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 4 解析：由化学方程式可知，平衡时S2Cl2与SCl2的反应 速率之比为1∶2，结合图像可知，图中A、B点处于平衡状 态，则正、逆反应速率相等，a为v(SCl2)随温度的变化曲线， A正确；由图像可知，250 ℃后随着温度升高，SCl2的消耗 速率大于S2Cl2消耗速率的2倍，反应逆向进行，则正反应为 放热反应，焓变小于零，B正确；图中A、B点处于平衡状态，200 ℃下反应没有达到平衡，反应正向进行，S2Cl2的物质的量减小，C错误；容器体积不变，反应达到平衡后向体系中充入氮气，不影响反应中各物质的浓度，平衡不移动，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 6 解析：由乙图所示信息可知，T2时反应速率 更快，故温度T2>T1，温度升高，平衡逆向移动， 反应物的百分含量增加，则纵坐标不可能代表NO 的百分含量，B错误；由丙图信息可知，p2时的反 应速率更大，故压强p1<p2，增大压强，平衡正向 移动，反应物的体积分数减小，故纵坐标不可能 代表NO的体积分数，C错误；曲线表示平衡常数与温度的关系，曲线上各点都是平衡点，升高温度平衡逆向移动，正反应的平衡常数减小，逆反应的平衡常数增大，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 7 1 2 3 4 5 6 7 8 9 8 1 2 3 4 5 6 7 8 9 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 16 解析：随着温度升高，反应Ⅰ平衡逆向移动，反 应Ⅱ平衡正向移动，故CO的选择性逐渐增大，CH3OH 的选择性逐渐减小，故随着温度升高而降低的曲线代表 CH3OH的选择性，CO的选择性和CH3OH的选择性之和 是1，可得最下面曲线代表CO的选择性，中间曲线代表 CO2平衡转化率。270 ℃时，CH3OH的选择性更大，故主要发生反应Ⅰ，A错误；缩小容器体积，相当于增大压强，反应Ⅰ平衡正向移动，CO2、H2物质的量减小，故反应Ⅱ平衡会逆向移动，n(CO)会减小，B错误；210 ℃和230 ℃相比CH3OH的选择性相差不大，但是230 ℃时CO2的平衡转化率要明显大于210 ℃时，故230 ℃时转化生成的CH3OH更多，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 17 1 2 3 4 5 6 7 8 9 18 1 2 3 4 5 6 7 8 9 19 1 2 3 4 5 6 7 8 9 20 < > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 21 p0 50% 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 22 1 2 3 4 5 6 7 8 9 23 1 2 3 4 5 6 7 8 9 24 40 0.074 1 2 3 4 5 6 7 8 9 25 E B 1 2 3 4 5 6 7 8 9 26 减小 Kp减小对v的降低程度大于k增大对v的提高程度 1 2 3 4 5 6 7 8 9 27 1 2 3 4 5 6 7 8 9 28 1 2 3 4 5 6 7 8 9 29 －90 1 2 3 4 5 6 7 8 9 30 c 1 2 3 4 5 6 7 8 9 31 > 温度和催化剂中Mg含量 1 2 3 4 5 6 7 8 9 32 4.44×104 1 2 3 4 5 6 7 8 9 33 1 2 3 4 5 6 7 8 9 34 1 2 3 4 5 6 7 8 9 35 　　　　　　　　　　　　　 R 一、选择题 1．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为v(Ln3＋)＝eq \f(3（c2－c1）,t2－t1) 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 解析：随着反应的进行，反应物浓度逐渐下降，生成物浓度逐渐上升，直到达到平衡，即正反应速率逐渐下降，逆反应速率逐渐上升，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＋)＝eq \f(c2－c1,3（t2－t1）) 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。 2．向恒容密闭容器中充入S2Cl2、Cl2和SCl2，发生反应S2Cl2(g)＋Cl2(g)2SCl2(g)，S2Cl2与SCl2的初始消耗速率(v)与温度(T)的关系如图所示(图中A、B点处于平衡状态)，下列说法不正确的是(　　) A．a为v(SCl2)随温度的变化曲线 B．该反应的ΔH<0 C．200 ℃下反应一段时间，S2Cl2的物质的量增多 D．反应达到平衡后向体系中充入氮气，平衡不移动 3．科学家研究出一种新的催化剂能有效处理汽车尾气，其反应的化学方程式为2NO(g)＋2CO(g)eq \o(,\s\up17(催化剂))N2(g)＋2CO2(g)　ΔH<0，若反应在恒容密闭容器中进行，由该反应相关图像作出的判断正确的是(　　) A．甲图中改变的反应条件为升温 B．乙图中温度T2>T1，纵坐标可代表NO的百分含量 C．丙图中压强p1<p2，纵坐标可代表NO的体积分数 D．丁图中a、b、c三点只有b点已经达到平衡状态 [归纳总结]　平衡移动及相关图像问题 1．生成物的浓度－时间图像 以反应aA(g)＋bB(g)cC(g)中生成物C的浓度c(C)为例。 解答这类图像题时应注意以下两点： (1)“先拐先平，数值大”原则 分析反应由开始(起始物质相同时)达到平衡所用时间的长短可推知反应条件的变化。 ①若为温度变化引起，温度较高时，反应达到平衡所需时间短，则图甲中T2＞T1。 ②若为使用催化剂引起，使用适宜催化剂时，反应达到平衡所需时间短，则图乙中a使用了催化剂。 (2)正确掌握图像中反应规律的判断方法 ①图甲中，T2＞T1，升高温度，c(C)降低，平衡左移，正反应为放热反应。 ②若纵坐标表示A的百分含量，则图甲中表示的正反应为吸热反应。 2．恒温线(恒压线)图像 以反应aA(g)＋bB(g)cC(g)中反应物A的转化率αA为例。 解答这类图像题时应从两方面入手： (1)通过分析相同温度下不同压强时反应物A的转化率大小来判断平衡移动的方向，从而确定反应方程式中气态反应物与气态产物化学计量数的大小关系。如图甲中任取一条温度曲线研究，压强增大，αA增大，平衡右移，正反应为气体体积减小的反应，图乙中任取横坐标一点作横轴的垂线，也能得出此结论。 (2)通过分析相同压强下不同温度时反应物A的转化率的大小来判断平衡移动的方向，从而确定反应的热效应。如利用上述分析方法，在图甲中作横轴垂线或在图乙中任取一条曲线进行分析，即能得出正反应为放热反应的结论。 3．速率－温度(压强)图像 反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1的速率－温度(压强)图像如下： 曲线表示的是外界条件(温度、压强)对正、逆反应速率影响的变化趋势及变化幅度。图中交点是平衡状态，温度升高后逆反应速率增大得快，平衡逆向移动；压强增大后正反应速率增大得快，平衡正向移动。 4．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)　ΔH1 反应Ⅱ：CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)　ΔH2 在恒压条件下，按eq \f(n（CO2）,n（H2）)＝eq \f(1,1)投料比进行反应，含碳物质的平衡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CO(g)＋3H2(g)CH4(g)＋H2O(g)的ΔH>0 B．M点反应Ⅰ的平衡常数K＝1 C．加入合适的催化剂，可由N点上升到P点 D．500 ℃后，CO2的平衡转化率明显增大是因为反应Ⅰ的改变程度小于反应Ⅱ的 解析：由盖斯定律可知，反应Ⅱ－反应Ⅰ得到反应CO(g)＋3H2(g)CH4(g)＋H2O(g)，则反应ΔH＝ΔH2－ΔH1，由图可知，随着温度升高，甲烷含量减小，一氧化碳含量增大，说明升高温度，反应Ⅱ向逆反应方向移动，反应Ⅰ向正反应方向移动，则反应Ⅰ为吸热反应，反应Ⅱ为放热反应，ΔH＝ΔH2－ΔH1＜0，故A错误；由图可知，M点没有甲烷生成，说明只发生反应Ⅰ，且二氧化碳、一氧化碳含量相等，由题意可知，起始eq \f(n（CO2）,n（H2）)＝eq \f(1,1)，由反应方程式可知， 反应Ⅰ达到平衡时二氧化碳、氢气、一氧化碳、水的浓度相等，则反应Ⅰ的平衡常数K＝eq \f(c（CO）·c（H2O）,c（CO2）·c（H2）)＝1，故B正确；催化剂能加快反应速率，但化学平衡不移动，一氧化碳的体积分数不变，故C错误；500 ℃后，随温度升高，反应Ⅰ正向移动，反应Ⅱ逆向移动，故二氧化碳的平衡转化率明显增大是因为反应Ⅰ的改变程度大于反应Ⅱ的，故D错误。 5．用CO2和H2可以合成甲醇。其主要反应为 反应Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1＝－58 kJ·mol-1 反应Ⅱ.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH2＝ ＋41 kJ·mol-1 在恒容密闭容器内，充入1 mol CO2和3 mol H2，测得平衡时CO2转化率，CO和CH3OH选择性随温度变化如图所示eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(选择性＝\f(n（CO）或n（CH3OH）,n（CH3OH）＋n（CO）)×100%))。 下列说法正确的是(　　) A．270 ℃时主要发生反应Ⅱ B．230 ℃下缩小容器的体积，n(CO)不变 C．250 ℃下达平衡时，n(H2O)＝0.12 mol D．其他条件不变，210 ℃比230 ℃平衡时生成的CH3OH多 6．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，双聚氯化铝的转化率约为33% 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＞T2，故A错误；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)，故B错误； 温度越高，反应速率越快，压强越大，反应速率越快，由上述分析可知，b点压强大于a点，温度高于a点，则b点反应速率大于a点，故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＝eq \f(1,3)，则双聚氯化铝的转化率为eq \f(\f(1,3) mol,1 mol)×100%≈33.3%，故D正确。 二、非选择题 7．清洁能源的综合利用可有效降低碳排放，是实现“碳中和、碳达峰”的重要途径。 (1)H2和CO2合成乙醇的反应为2CO2(g)＋6H2(g) C2H5OH(g)＋3H2O(g)。将等物质的量的CO2和H2充入一刚性容器中，测得平衡时C2H5OH的体积分数随温度和压强变化的关系如图。则压强p1____p2(填“>”“＝”或“<”，下同)，a、b两点的平衡常数Ka____Kb。 (2)将CaCO3加热至T ℃，部分发生分解，达到平衡时Kp＝p0 kPa。T ℃，在一真空密闭容器中加入过量的CaCO3，再充入一定量的H2，加入催化剂使其发生反应：CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)(忽略其他副反应)，测得该反应中物质分压如图所示(t时刻前，CO2的分压未给出)： ①A点坐标为(t，_____)。 ②H2的平衡转化率为________。 ③反应CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)的 压强平衡常数Kp＝_____。 解析：(1)由题图可知温度一定时，压强由p1到p2，乙醇的体积分数增大，可知平衡正向移动，结合反应特征，正反应方向气体分子数减小，增大压强平衡正向移动，则p1<p2；压强一定时，随温度升高，乙醇体积分数减小，则平衡逆向移动，正反应方向为放热反应，温度越高平衡常数越小，b点对应温度高于a点，则Ka>Kb。 (2)①由反应CaCO3(s)CaO(s)＋CO2(g)的平衡常数Kp＝p0 kPa可知，A点二氧化碳的分压为p0 kPa，则A点的坐标为(t，p0)；②由题图可知，平衡时氢气的转化率为eq \f(20p0－10p0,20p0)×100%＝50%；③由题图可知，平衡时二氧化碳、氢气、CO、水蒸气的平衡分压分别为p0 kPa、10p0 kPa、10p0 kPa、10p0 kPa，则压强平衡常数Kp＝eq \f(p（CO）·p（H2O）,p（CO2）·p（H2）)＝eq \f(10p0×10p0,p0×10p0)＝10。 8．绿色能源是未来能源发展的重要方向，氢能源是最具应用前景的绿色能源。 催化制氢是目前大规模制取氢气的方法之一： CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) ΔH＝－41.2 kJ·mol-1 在T1 ℃时，将0.10 mol CO与0.40 mol H2O充入5 L的恒容密闭容器中，达到平衡时，H2的物质的量分数x(H2)＝0.08。 (1)CO的平衡转化率α＝________%，反应平衡常数K＝________(结果保留两位有效数字)。 (2)由T1 ℃时上述实验数据计算得到v正～x(CO)和v逆～x(H2)的关系如图所示。升高温度，反应重新达到平衡，相应的点分别为______、_____(填字母)。 (3)研究表明，CO催化变换反应的速率方程为v＝keq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(x（CO）·x（H2O）－\f(x（CO2）·x（H2）,Kp)))，式中x(CO)、x(H2O)、x(CO2)、x(H2)分别表示相应的物质的量分数。Kp为平衡常数，k为反应的速率常数，温度升高时k值增大。在气体组成和催化剂一定的情况下，反应速率随温度变化的曲线如图所示。 温度升高时，CO催化变换反应的Kp________(填“增大”“减小”或“不变”)。根据速率方程分析，T＞Tm时v逐渐减小的原因是__________________________________________。 解析：(1)在T1 ℃时，将0.10 mol CO与0.40 mol H2O充入5 L的恒容密闭容器中，达到平衡时，H2的物质的量分数x(H2)＝0.08，设平衡时CO转化了a mol，列三段式： CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) eq \a\vs4\al(起始/mol) 0.10 0.40 0 0 eq \a\vs4\al(转化/mol) a a a a eq \a\vs4\al(平衡/mol) 0.10－a 0.40－a a a eq \f(a,0.10＋0.40)＝0.08，a＝0.04 CO的平衡转化率＝eq \f(0.04,0.10)×100%＝40%，反应平衡常数K＝eq \f(\f(0.04,5)×\f(0.04,5),\f(0.10－0.04,5)×\f(0.40－0.04,5))≈0.074。 (2)对于CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝－41.2 kJ·mol－1反应，反应平衡时CO的体积分数为eq \f(0.10－0.04,0.5)＝0.12，H2的体积分数为0.08，升高温度时，正、逆反应速率均加快，正反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，再次平衡时CO的物质的量分数大于0.12，H2的物质的量分数减小，故相应的点分别为E、B。 9．CO2甲烷化反应合成替代天然气，是其循环利用的重要路径之一。 (1)CO2甲烷化主反应：CO2(g)＋4H2(g) CH4(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－165 kJ·mol-1。 副反应：Ⅰ.C(s)＋2H2(g) CH4(g)　ΔH1＝－75 kJ·mol-1； Ⅱ.CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)　ΔH2＝＋41.2 kJ·mol-1； Ⅲ.CO2(g)＋2H2(g) C(s)＋2H2O(g)　ΔH3。则ΔH3＝________kJ·mol-1。 (2)副反应Ⅱ所生成的CO也能发生甲烷化反应，反应的化学方程式为_______________________。原料气中氢碳比eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(η＝\f(n（H2）,n（CO2）)))对副反应有影响，实际生产中η值较大时能有效防止积炭的原因是__________________________________ _____________________________________。 (3)根据热力学平衡原理，有利于主反应生成更多甲烷的是___ (填字母标号)。 a．高温、高压 b．低温、低压 c．高压、低温 d．低压、高温 CO＋3H2CH4＋H2O 促进反应C(s)＋2H2(g)CH4(g)向正反应方向进行将积炭消耗 (4)以5 mol H2和1 mol CO2为初始原料，在催化剂(Ni/xMg)作用下保持总压为p0发生反应4H2(g)＋CO2(g) CH4(g)＋2H2O(g)，不同温度下在相同时间测得CO2的转化率如图。 ①A点的反应速率v正____v逆(填“>”“<”或“＝”)。 ②B点的平衡常数Kp＝_____。 ③由图像可知，影响该催化剂活性的因素有________________________。 2,0)eq \f(6561,49p) (5)Arrhenius经验公式为ln k＝－eq \f(Ea,RT)＋C(Ea为活化能，单位为J·mol-1；k为速率常数；R和C为常数，R的单位为J·mol-1·K-1)。CO2甲烷化反应的速率常数k与温度T的关系如图，Ea＝__________J·mol-1(保留三位有效数字)。 解析：(4)②B点CO2的平衡转化率为90%，列三段式： 4H2(g)＋CO2(g) CH4(g)＋2H2O(g) 起始量（mol） 5 1 0 0 转化量（mol） 3.6 0.9 0.9 1.8 平衡量（mol） 1.4 0.1 0.9 1.8 平衡时气体的n总＝4.2 mol，则B点平衡常数 Kp＝eq \f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(0.9,4.2)p0))×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1.8,4.2)p0))\s\up12(2),\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1.4,4.2)p0))\s\up12(4)×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(0.1,4.2)p0)))＝2,0)eq \f(6561,49p) 。 (5)将C、D点数据分别代入公式得－4.4＝－8.75×10－5Ea＋C、－4.8＝－9.65 ×10－5Ea＋C，解得Ea≈4.44×104 J·mol－1。 $$