第2章 微专题2 化学反应速率和化学平衡图像(Word教参)-【优化指导】2025-2026学年高中化学选择性必修第一册（人教版2019 单选）

微专题2　化学反应速率和化学平衡图像 [对应学生用书P44] 1．解答化学平衡图像题的一般思路 2．解答化学平衡图像题的常用技巧 (1)“先拐先平数值大”：曲线先出现拐点的首先达到平衡，说明该曲线的反应速率大，则温度较高，压强较大、有催化剂等。再依据外界条件对平衡的影响分析判断反应的热效应及反应前后气体体积的变化。 (2)“定一议二”：当图像中有三个量(横轴、纵轴和曲线所代表的温度或压强)时，先确定一个量不变，再讨论另外两个量的关系，有时还需要作辅助线，适用于α(或c，含量)­t­p图像的分析。 [例1] (2024·嘉兴八校高二期中联考)已知反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92 kJ/mol，温度不同(T2>T1)。下列图像正确的是(　　) B　解析：正反应放热，温度升高，平衡逆向移动，H2的平衡体积分数增大，由于T2>T1，相同压强下T2的H2体积分数大于T1，理论与图相反；正反应气体分子数减小，加压，平衡正向移动，H2的平衡体积分数减小，图中为增大，A错误；由于T2>T1，正反应放热，温度升高，反应速率增大，T2时先达到平衡，且平衡逆向移动，N2的转化率减小，与图相符，B正确；由于T2>T1，正反应放热，温度升高，平衡逆向移动，但正、逆反应速率均瞬时增大，图像中间应有一段间隔，C错误；正反应放热，温度升高，平衡逆向移动，所以升温化学平衡常数减小，与图中相反，D错误。 [例2] 以CO2和H2为原料制造更高价值的化学产品是用来缓解温室效应的研究方向。向2 L容器中充入1 mol CO2和3 mol H2，发生反应CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，测得反应在不同温度和压强下，平衡混合物中CH3OH体积分数如图所示。下列说法错误的是(　　) A．p1＞p2 B．a点CO2的转化率为75% C．a、b、c三点对应的化学反应速率v(a)＜v(c)＜v(b) D．b→a过程，平衡向正反应方向移动 C　解析：增大压强，平衡向正反应方向移动，CH3OH的体积分数增大，则p1＞p2，A正确；设a点CO2的转化量为x mol，氢气的转化量为3x mol，甲醇的生成量为x mol，水的生成量为x mol，则×100%＝30%，解得x＝0.75，则CO2的转化率为75%，B正确；随着温度的升高，反应速率增大，压强越大，反应速率越大，则v(a)＜v(b)＜v(c)，C错误；随着温度的升高，甲醇的体积分数减小，平衡向逆反应方向移动，正反应为放热反应，b→a过程，温度降低，则平衡向正反应方向移动，D正确。 解答本题的思路如下： (1)析图像：①纵坐标是CH3OH的体积分数，横坐标是温度；②CH3OH的体积分数随温度升高而逐渐减小。 (2)想规律：升高温度，CH3OH的体积分数减小平衡向逆反应方向移动反应的ΔH＜0b→a过程平衡移动方向。正反应是气体总体积减小的反应增大压强，平衡正向移动p1、p2的大小。 1．如图为可逆反应：A(s)＋D(g)E(g)　ΔH<0的逆反应速率随时间变化情况。试根据图中曲线判断下列说法不正确的是(　　) A．t3时刻可能采取的措施是减小c(D) B．t5时刻可能采取的措施是降温 C．t7时刻可能采取的措施是减小压强 D．t5～t6时间段平衡向逆反应方向移动 D　解析：由图可知，t3时刻v逆减小，且是在原来的基础上减小，是改变物质的浓度引起的，可能是减小c(D)，A正确；t5时刻，逆反应速率突然减小，可能是降低温度所致，B正确；t7时刻，逆反应速率减小，t7之后，逆反应速率不再改变，反应达平衡，反应为气体体积不变的反应，所以可能是减小压强所致，C正确；t5时刻，逆反应速率突然减小，之后在t5～t6时间段内，逆反应速率逐渐增大，说明平衡正向移动，D错误。 2．反应3X(g)2Y(g)＋Z(g)(放热反应)的反应速率随时间变化如图所示，在t1、t3、t4、t5时刻都只有一个条件发生改变。下列判断正确的是(　　) A．t2～t3阶段，X的转化率最小 B．t3时，改变的条件一定是使用了催化剂 C．t5时，改变的条件一定是升高了温度 D．t6～t7阶段，Z的百分含量最大 C　解析：该反应是气体体积不变的放热反应，由图可知，t1时速率变化是因为增大了生成物的浓度，平衡向逆反应方向移动；t3时速率变化是因为使用了催化剂或增大了气体的压强，平衡不移动，B错误；t4时速率变化是因为减小了气体的压强，平衡不移动；t5时速率变化是因为升高温度，平衡向逆反应方向移动，C正确；则O～t1段，X的转化率最大、Z的百分含量最大，t6～t7段，X的转化率最小、Z的百分含量最小，A、D错误。 3．一定温度下，向三个容积不等的恒容密闭容器(a<b<c)中分别投入2 mol SO3，发生反应：2SO3(g)===2SO2(g)＋O2(g)。t min时，三个容器中 SO3 的转化率如图中A、B、C三点。下列叙述错误的是(　　) A．A点延长反应时间，SO3的转化率不会改变 B．容积为c L的容器中 SO3的平衡转化率大于 80% C．容积为 a L 的容器达到平衡后再投入 1 mol SO3和 1 mol SO2，平衡不移动 D．A、C两点的压强之比为1∶1 D　解析：因为a<b，初始时a L的容器中SO3的浓度比b L的容器大，反应速率大，但相同时间，B点转化率达到了80%，而A点转化率只有50%，说明A点为平衡状态，延长反应时间，不能提高SO3的转化率，A正确；容积为c L的容器比容积为b L的容器中c(SO3)小，相当于减小压强，平衡正向移动，所以c L的容器中SO3的平衡转化率大于80%，B正确；A点的SO3的转化率为50%，容器中SO3的物质的量为1 mol，生成的SO2为1 mol、O2为0.5 mol，计算K＝，再投入 1 mol SO3和 1 mol SO2，浓度商Q＝＝K，平衡不移动，C正确；A点与C点的转化率都为50%，反应后混合气体的物质的量相同，温度相同，但体积不相同，压强之比不是1∶1，D错误。 4．向某密闭容器中通入2 mol的CO2(g)和2 mol的CH4(g)，分别在压强p1、p2下发生重整反应：CO2(g)＋CH4(g)2CO(g)＋2H2(g)　ΔH，CH4的平衡转化率与温度及压强的变化关系如图所示。下列说法错误的是(　　) A．反应的ΔH＞0 B．压强关系：p1＞p2 C．x点时，H2(g)的体积分数约为33.3% D．若y点与x点的反应条件相同，则y点时，v正＞v逆 B　解析：由图可知，在其他条件不变时，升高温度，甲烷的平衡转化率增大，说明升高温度，平衡正向移动，则该反应的正反应是吸热反应，即ΔH＞0，A正确；根据化学方程式可知：该反应的正反应是气体的物质的量增大的反应，在温度一定时，增大压强，平衡逆向移动，导致甲烷的平衡转化率减小，由图可知，同一温度下，p1时甲烷的平衡转化率＞p2时甲烷的平衡转化率，则压强关系：p1＜p2，B错误；在反应开始时n(CO2)＝n(CH4)＝2 mol，由图可知，x点时甲烷的平衡转化率为50%，则甲烷变化的物质的量为1 mol，根据物质反应转化关系可知x点时：n(CO2)＝n(CH4)＝1 mol，n(CO)＝n(H2)＝2 mol，n(总)＝1 mol＋1 mol＋2 mol＋2 mol＝6 mol，故平衡时H2的体积分数为×100%≈33.3%，C正确；若y点与x点的反应条件相同，则CH4的平衡转化率相同，而由图可知，y点CH4未达到平衡时的转化率，则y点时反应未达平衡，此时反应正向进行，则y点时，v正＞v逆，D正确。 5．NO和CO均为燃油汽车尾气的成分，三元催化转换器可除去汽车尾气中90%以上的污染物，发生的反应为2CO(g)＋2NO(g)N2(g)＋2CO2(g)　ΔH＝－746.8 kJ/mol。 (1)某温度下，测得NO、CO在1 L体积不变的密闭容器中的物质的量浓度随时间变化关系如图1所示。 ①ab段CO的反应速率为 ，达平衡时，理论上该反应放出的热量约为 kJ(保留3位有效数字)。 ②该条件下，不能判断此反应达到平衡状态的是 (填标号)。 A．单位时间内，消耗1 mol NO的同时消耗44 g CO2 B．混合气体的平均相对分子质量不再改变 C．2v正(CO)＝v逆(N2) D．CO与NO的转化率比值不再改变 ③其他条件不变，相同时间内，测得反应在不同催化剂作用下，NO转化率随温度变化关系如图2所示。则在催化剂a条件下，图中达到平衡状态的点可能在 (填“M点”“N点”或“M点和N点”)；在催化剂b条件下，500 ℃以后NO转化率迅速减小的原因可能是 。 ④恒温恒压下，再向该容器中注入“惰性气体”，该反应的化学平衡将 (填“正向移动”“逆向移动”或“不移动”)。 (2)某温度下，向(1)容器中充入1 mol CO和4 mol汽车尾气(主要成分为NO和N2，其中NO的体积分数为25%)发生反应。10 min时反应达到平衡，此时CO的转化率为50%。平衡时，体系压强为10 MPa，则用分压表示的平衡常数Kp＝ MPa－1(用平衡分压代替平衡浓度可以得到平衡常数Kp，气体分压＝气体总压×气体的物质的量分数)。 答案：(1)①2×10－4 mol/(L·s)　0.336　②CD　③N点　温度升高使催化剂的活性降低　④逆向移动 (2)6.175 解析：(1)①ab段CO的反应速率为v(CO)＝v(NO)＝＝＝2×10－4 mol/(L·s)；达平衡时，NO浓度的变化量为9×10－4 mol/L，则Δn(NO)＝9×10－4mol，理论上该反应放出的热量约为×746.8 kJ/mol＝0.336 kJ。 ②根据化学方程式可知，单位时间内，消耗1 mol NO的同时消耗44 g CO2，说明正、逆反应速率相等，达到平衡状态，A不符合题意；由质量守恒定律可知，反应前后气体的质量相等，该反应是气体体积减小的反应，反应中混合气体的平均相对分子质量增大，则混合气体的平均相对分子质量不再改变时，说明反应已达到平衡状态，B不符合题意；2v正(CO)＝v逆(N2)，反应速率之比不等于化学计量数之比，正、逆反应速率不等，不能说明达到平衡状态，C符合题意；CO、NO的初始量相等时，反应始终在按照1∶1的化学计量数之比消耗CO和NO，所以转化率的比值始终保持不变，因此转化率保持不变不能作为平衡状态的判据，D符合题意。 ③在催化剂a的作用下，M点对应的NO转化率小于相同温度下使用另一催化剂时NO的转化率，催化剂的使用不影响平衡移动，故M点不是平衡状态，N点为平衡点；催化剂b条件下，500 ℃以后NO转化率迅速减小的原因可能是温度升高使催化剂的活性降低。 ④恒温恒压下，再向该容器中注入“惰性气体”，等同于增大容器体积，各气体压强减小，则该反应的化学平衡将逆向移动。 (2)根据题中所给数据可知，4 mol汽车尾气中含有n(NO)＝4 mol×25%＝1 mol，n(N2)＝4 mol×75%＝3 mol，反应达到平衡时CO的转化率为50%，即n(CO)＝1 mol×50%＝0.5 mol，列出三段式： 平衡时，体系压强为10 MPa，n(气体)＝(0.5＋0.5＋0.5＋3.25)mol＝4.75 mol，则用分压表示的平衡常数为Kp＝＝＝6.175 MPa－1。 学科网（北京）股份有限公司 $$