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提升课时3　化学反应速率与限度的基本图像
学习目标　1.关注化学反应速率与限度的基本图像特征,能认识数据、图形之间的关系。2.能运用图像、数据之间的关系进行比较与分析,解决问题。
化学反应速率和平衡的图像分析
CO2的资源化利用能有效减少CO2排放,充分利用碳资源,助力碳中和。在体积为1 L的恒温密闭容器中,充入1 mol CO2和3 mol H2,一定条件下反应:CO2(g)+3H2(g)===CH3OH(g)+H2O(g),测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示。
【问题讨论】
问题1　 从3 min到9 min,v(CO2)=　　　　 mol·L-1·min-1(计算保留3位小数)。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
问题2　能说明能判断上述反应达到平衡状态的标志是什么 (列举三点即可)。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
问题3　请计算平衡时CO2的转化率是多少 你能比较第3分钟时v正(CH3OH)和第9分钟时v逆(CH3OH)的大小吗 说明理由。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【探究归纳】
化学反应速率和化学平衡图表图像题是化学试题中的一类特殊题型,其特点为图表图像是题目的主要组成部分,把所要考査的化学知识赋于图表或曲线上,具有简明、直观、形象的特点。该类试题分析方法如下:
1.关注图像中的“点、线、面”
(1)关注“面”——明确研究对象
理解图像中横、纵坐标所表示的含义及曲线所表示的是哪些量之间的关系。弄清楚是物质的量、反应速率还是浓度随时间的变化。
(2)关注“线”
①弄清曲线的走向和变化趋势,是增大还是减小,确定反应物和生成物,浓度减小的是反应物,浓度增大的是生成物。
②分清突变和渐变;理解曲线“平”与“陡”即斜率大小的意义。
(3)关注“点”
解题时要特别关注曲线上点的含义,特别是特殊点,如坐标轴的交点、几条曲线的交叉点、极值点、转折点、最低点等。深刻理解这些特殊点的意义。
2.算数据
根据表格中的数据或图像中的数据,先确定一些比较容易计算的数据,以完善图表图像信息。
3.联系规律
如各物质的转化量之比与化学计量数之比的关系,各物质的化学反应速率之比与化学计量数之比的关系,外界条件的改变对化学反应速率的影响规律以及反应达到平衡时,外界条件的改变对正、逆反应速率的影响规律等。
4.正确判断
根据题干和题目要求,结合图像信息,通过对比分析,正确利用相关规律做出正确的判断。
　　　　　　　　　　　　　　　　
1.一定条件下,0.3 mol X(g)与0.3 mol Y(g)在体积为1 L的密闭容器中发生反应:X(g)+3Y(g)2Z(g),下列示意图合理的是 (　　)
2.向一密闭容器中放入1 mol X,进行可逆反应2X(g)3Y(g),反应过程中的反应速率(v)与时间(t)的关系曲线如图所示,下列叙述正确的是 (　　)
A.t1时,只有正反应
B.t2~t3时,反应不再发生
C.t2时,容器内有1.5 mol Y
D.t2~t3时,X、Y的物质的量均没有发生变化
3.一定温度,向容积固定的密闭容器中通入一定量的N2(g)和H2(g),进行合成氨反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g),反应过程中部分物质的物质的量n随时间t变化如图所示。
下列说法正确的是 (　　)
A.Y表示的物质是H2(g)
B.t1时刻,2v(H2)>3v(NH3)
C.t2时刻,Y的转化率为33.3%
D.a、b两点的正反应速率:a>b
:课后完成　第六章　提升课时3
阶段重点突破练(四)提升课时3　化学反应速率与限度的基本图像
学习目标　1.关注化学反应速率与限度的基本图像特征,能认识数据、图形之间的关系。2.能运用图像、数据之间的关系进行比较与分析,解决问题。
化学反应速率和平衡的图像分析
CO2的资源化利用能有效减少CO2排放,充分利用碳资源,助力碳中和。在体积为1 L的恒温密闭容器中,充入1 mol CO2和3 mol H2,一定条件下反应:CO2(g)+3H2(g)===CH3OH(g)+H2O(g),测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示。
【问题讨论】
问题1　 从3 min到9 min,v(CO2)=　　　　 mol·L-1·min-1(计算保留3位小数)。
提示　由图示可知,从3 min到9 min,二氧化碳的浓度变化量为0.50 mol·L-1-0.25 mol·L-1=0.25 mol·L-1,则v(CO2)=≈0.042 mol·L-1·min-1。
问题2　能说明能判断上述反应达到平衡状态的标志是什么 (列举三点即可)。
提示　单位时间内生成和消耗的CO2的浓度相等;该反应为反应前后气体分子数改变的反应,当混合气体的压强不随时间的变化而变化,说明反应达到平衡状态;单位时间内生成3 mol H2,同时生成1 mol CH3OH,正逆反应速率相等,说明反应达到平衡状态;依据质量守恒定律,混合气体质量一直不变,而反应为反应前后气体分子数改变的反应,只有当反应达到平衡时,混合气体的物质的量才不变,因此当混合气体的平均相对分子质量不随时间的变化而变化,说明反应达到平衡状态。
问题3　请计算平衡时CO2的转化率是多少 你能比较第3分钟时v正(CH3OH)和第9分钟时v逆(CH3OH)的大小吗 说明理由。
提示　由图示可知,平衡时二氧化碳的浓度为0.25 mol/L,则二氧化碳的浓度变化量为1 mol/L-0.25 mol/L=0.75 mol/L,转化率为×100%=75%。第3分钟时v正(CH3OH)>第9分钟时v逆(CH3OH)。由图示可知,第3分钟时,反应没有达到平衡状态,且反应正向进行,正反应速率逐渐减小,第9分钟时反应达到平衡状态,v逆(CH3OH)=v正(CH3OH),则第3分钟时v正(CH3OH)>第9分钟时v逆(CH3OH)。
【探究归纳】
化学反应速率和化学平衡图表图像题是化学试题中的一类特殊题型,其特点为图表图像是题目的主要组成部分,把所要考査的化学知识赋于图表或曲线上,具有简明、直观、形象的特点。该类试题分析方法如下:
1.关注图像中的“点、线、面”
(1)关注“面”——明确研究对象
理解图像中横、纵坐标所表示的含义及曲线所表示的是哪些量之间的关系。弄清楚是物质的量、反应速率还是浓度随时间的变化。
(2)关注“线”
①弄清曲线的走向和变化趋势,是增大还是减小,确定反应物和生成物,浓度减小的是反应物,浓度增大的是生成物。
②分清突变和渐变;理解曲线“平”与“陡”即斜率大小的意义。
(3)关注“点”
解题时要特别关注曲线上点的含义,特别是特殊点,如坐标轴的交点、几条曲线的交叉点、极值点、转折点、最低点等。深刻理解这些特殊点的意义。
2.算数据
根据表格中的数据或图像中的数据,先确定一些比较容易计算的数据,以完善图表图像信息。
3.联系规律
如各物质的转化量之比与化学计量数之比的关系,各物质的化学反应速率之比与化学计量数之比的关系,外界条件的改变对化学反应速率的影响规律以及反应达到平衡时,外界条件的改变对正、逆反应速率的影响规律等。
4.正确判断
根据题干和题目要求,结合图像信息,通过对比分析,正确利用相关规律做出正确的判断。
1.一定条件下,0.3 mol X(g)与0.3 mol Y(g)在体积为1 L的密闭容器中发生反应:X(g)+3Y(g)2Z(g),下列示意图合理的是 (　　)
答案　D
解析　A项转化0.1 mol时,Y全部转化是不可能的;B项平衡时X与Z的反应速率不相等;C项减少的Y与增加的Z不相等;D项X的体积分数保持50%不变,而Z的体积分数增大。
2.向一密闭容器中放入1 mol X,进行可逆反应2X(g)3Y(g),反应过程中的反应速率(v)与时间(t)的关系曲线如图所示,下列叙述正确的是 (　　)
A.t1时,只有正反应
B.t2~t3时,反应不再发生
C.t2时,容器内有1.5 mol Y
D.t2~t3时,X、Y的物质的量均没有发生变化
答案　D
解析　t1时,v正>v逆>0,正、逆反应都在发生,A项错误;t2~t3时,v正=v逆>0,反应并未停止,B项错误;该反应为可逆反应,1 mol X不能完全反应,所以当反应达到平衡时,容器内Y的物质的量小于1.5 mol,C项错误;t2~t3时为化学平衡状态,X、Y的物质的量均不发生变化,D项正确。
3.一定温度,向容积固定的密闭容器中通入一定量的N2(g)和H2(g),进行合成氨反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g),反应过程中部分物质的物质的量n随时间t变化如图所示。
下列说法正确的是 (　　)
A.Y表示的物质是H2(g)
B.t1时刻,2v(H2)>3v(NH3)
C.t2时刻,Y的转化率为33.3%
D.a、b两点的正反应速率:a>b
答案　D
解析　反应物逐渐减少,生成物逐渐增加,曲线变化说明X代表NH3,各物质的变化量之比等于化学计量数之比,从图中可知,达到平衡时,X增加了1 mol,Y减少了0.5 mol,二者比值为2∶1,则说明Y代表N2。A项,据分析,Y表示的物质是N2;B项,由方程式可知,t1时刻2v(H2)=3v(NH3);C项,t2时刻,该反应达到平衡,Y从1 mol降低到0.5 mol,则其转化率为50%;D项,随着反应物浓度的减少,正反应速率下降,则a、b两点的正反应速率:a>b。
　　　　　　　　　　　　　　　　
A级　合格过关练
选择题只有1个选项符合题意
(一)化学反应速率的基本图像
1.反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)经a min后SO3的浓度变化情况如图所示,在0~a min内用O2表示的平均反应速率为0.04 mol·L-1·min-1,则a等于 (　　)
A.0.1 B.2.5 C.5 D.10
答案　 C
解析　由题图可知,0~a min内Δc(SO3)=0.4 mol·L-1,则有v(SO3)= mol·L-1·min-1。根据反应速率与化学计量数的关系可得,v(O2)=v(SO3)= mol·L-1·min-1,又知“0~a min内用O2表示的平均反应速率为0.04 mol·L-1·min-1”,则有 mol·L-1·min-1=0.04 mol·L-1·min-1,解得a=5,C项正确。
2.把镁条投入盛有盐酸的敞口容器里,产生氢气的速率变化如图所示。下列影响反应的因素有 (　　)
①盐酸的浓度　②镁条的表面积　③溶液的温度
④Cl-的浓度
A.①④ B.③④
C.①②③ D.②③④
答案　C
解析　镁条和盐酸反应产生H2的离子方程式为Mg+2H+===Mg2++H2↑,是镁与H+间的置换反应,与Cl-无关;在镁条的表面有一层氧化膜,当将镁条投入盐酸中时,随着氧化膜的不断溶解,镁与盐酸接触面积不断增大,产生H2的速率会加快;溶液的温度对该反应也有影响,反应放出热量,使温度升高,反应速率也会加快;随着反应的进行,c(H+)不断减小,反应速率会逐渐减慢。
3.将等质量的两份锌粒a、b分别加入过量的稀硫酸中,同时向a中加少许胆矾晶体,下列各图表示产生氢气的体积V(L)与时间t(min)的关系正确的是 (　　)
答案　A
解析　将等质量的两份锌粒a、b分别加入过量的稀硫酸中,同时向a中加少许胆矾晶体,锌粒会先与硫酸铜发生置换反应生成铜,锌、铜与稀硫酸会形成原电池,反应速率会加快,所以a中生成氢气的速率比b中的快,但a中已经有一部分锌与铜离子反应,所以产生的氢气会比b中的少,A正确。
4.研究反应2XY+3Z的速率影响因素,在不同条件下进行4组实验,Y、Z起始浓度为0,反应物X的浓度(mol/L)随反应时间(min)的变化情况如图所示。下列说法不正确的是 (　　)
A.比较实验①②得出:增大反应物浓度,化学反应速率加快
B.比较实验②④得出:升高温度,化学反应速率加快
C.若实验②③只有一个条件不同,则实验③使用了催化剂
D.在0~10 min之间,实验④的平均速率v(Y)=0.06 mol/(L·min)
答案　D
解析　A项,①②温度相同,但浓度不同,①浓度较大,可得出增大反应物浓度,化学反应速率加快;B项,实验②④起始浓度相同,但温度不同,④反应速率较大,可得出升高温度,化学反应速率加快;C项,②③温度、浓度相同,③反应速率较大,应为加入催化剂;D项,在0~10 min之间,实验④X的浓度变化为0.60 mol/L,则v(Y)=v(X)==0.03 mol/(L·min)。
(二)化学平衡的基本图像
5.在一定条件下,向某密闭容器中投入一定量的氮气和氢气,发生反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)。下列关于从反应开始至达到化学平衡的过程中正、逆反应速率变化情况的图中,正确的是 (　　)
答案　D
解析　向某密闭容器中投入一定量的氮气和氢气,此时反应物的浓度最大,正反应速率最大,逆反应速率为0,随着反应进行,反应物浓度减小,生成物浓度增大,即正反应速率减小,逆反应速率增大,最终达到化学平衡状态,即正反应速率等于逆反应速率,故符合此规律的图为D。
6.一定条件下,将3 mol X和1 mol Y混合于2 L恒容的密闭容器中,发生反应:3X(g)+Y(g)Z(s)+2W(g)。2 min末该反应达到平衡,生成W的物质的量随时间的变化情况如图所示。下列判断正确的是 (　　)
A.当混合气体的密度不再改变时,该反应达到平衡状态
B.2 min后,升温会使正反应速率增大,逆反应速率减小
C.从1 min到2 min过程中,气体的压强没有变化
D.反应过程中X和Y的转化率之比为3∶1
答案　A
解析　A项,Z为固体,反应前后气体的密度是变量,因此当混合气体的密度不再改变时,该反应一定达到平衡状态;B项,升温正、逆反应速率都增大;C项,从1 min到2 min过程中,生成固体Z,且化学计量数减小,气体压强会减小;D项,将3 mol X和1 mol Y两种气体混合于固定容积为2 L的密闭容器中,A和B是按照化学计量数之比3∶1通入的,所以反应过程中X和Y的转化率之比为1∶1。
7.常温下,将6 mol CO2和8 mol H2充入体积为2 L的恒容密闭容器中发生反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),H2的物质的量与时间的关系如图所示。下列有关叙述正确的是 (　　)
A.1~3 min内,H2的平均反应速率为0.5 mol·L-1·min-1
B.8~10 min内,H2的物质的量不变,反应已停止
C.0~8 min内,生成CH3OH的质量为64 g
D.c点时反应达到平衡状态,此时3v正(H2)=v逆(CH3OH)
答案　C
解析　A项,1~3 min内,H2的平均反应速率为=0.75 mol·L-1·min-1;B项,8~10 min内,H2的物质的量不变,说明反应达到动态平衡,v正=v逆≠0;C项,氢气和甲醇的化学计量数比为H2∶CH3OH=3∶1,0~8 min内,消耗氢气的物质的量为6 mol,则生成甲醇的物质的量是2 mol,转化为质量为m=2 mol×32 g·mol-1=64 g;D项,c点时反应达到平衡状态,v正=v逆≠0,且各物质化学反应速率之比等于化学计量数之比,此时v正(H2)=3v逆(CH3OH)。
8.汽车尾气中产生NO的反应为:N2(g)+O2(g)2NO(g),一定条件下,等物质的量的N2(g)和O2(g)在恒容密闭容器中发生上述反应,下图曲线a表示该反应在温度T下N2的浓度随时间的变化,曲线b表示该反应在只改变某一个起始反应条件时(不改变容器体积)N2的浓度随时间的变化。下列叙述正确的是 (　　)
A.温度T下,随着反应的进行,混合气体的密度减小
B.温度T下,0~t2内N2的平均反应速率v(N2)=mol·L-1·s-1
C.温度T下,N2(g)和O2(g)的体积分数相等,表明该反应已达到平衡
D.曲线b对应的条件改变可能是降低温度
答案　B
解析　反应前后气体总质量不变,容器容积不变,故混合气体密度不变,A错误;由图知,N2的起始浓度为c0mol/L,t2时的浓度为c1,由v(N2)=mol·L-1·s-1,B正确;由于,N2(g)和O2(g)都是反应物气体,而且二者的起始物质的量相等,反应的物质的量也相等,故剩余的物质的量也相等,因此体积分数也相等,体积分数不是变量,不能用来判断平衡,C错误;由图知,b的反应速率是大于a的,降低温度,反应速率减慢,故b不是降低温度,D错误。
9.(2023·保定高一检测)向某容积一定的密闭绝热容器中充入2 mol NO和1 mol O2,一定条件下发生反应:2NO(g)+O2(g)2NO2(g),其反应速率与反应时间关系如图所示,下列选项表明反应达到平衡状态的是 (　　)
A.NO、O2物质的量之比为2∶1
B.M、N、P、Q四点中,N点时反应已达到平衡状态
C.混合气体的总质量不再变化
D.单位时间内生成2a mol NO2的同时,生成a mol O2
答案　D
解析　NO、O2物质的量之比始终为2∶1,不能说明达到平衡状态,故A不符合题意;M、N、P、Q四点中,N点时反应速率最大,但随着时间的推移,速率仍在变化,并未达到平衡状态,故B不符合题意;该反应进行前后,混合气体的总质量始终不变,不能说明达到平衡状态,故C不符合题意;单位时间内生成2a mol NO2,反应正向进行,同时又生成a mol O2,反应逆向进行,两个不同方向,速率之比等于化学计量数之比,说明达到平衡状态,故D符合题意。
10.在2 L密闭容器内,800 ℃时反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)体系中,n(NO)随时间的变化如表:
时间/s 0 1 2 3 4 5
n(NO)/mol 0.020 0.010 0.008 0.007 0.007 0.007
(1)上述反应　　　　　　(填“是”或“不是”)可逆反应,在第5 s时,NO的转化率为　　　　　　。
(2)如图中表示NO2变化曲线的是　　　　　　。用O2表示从0~2 s内该反应的平均速率v=　　　　　　　　　　　　。
(3)能说明该反应已达到平衡状态的是　　　　　　　　　　　　。
a.v(NO2)=2v(O2)
b.容器内压强保持不变
c.v逆(NO)=2v正(O2)
d.容器内密度保持不变
答案　 (1)是　65%　(2)b　1.5×10-3 mol·L-1·s-1　(3)bc
解析　 (1)由表格中数据可知反应进行至3 s时,NO的物质的量保持不变,可说明该反应为可逆反应。反应至5 s时,消耗n(NO)=0.020 mol-0.007 mol=0.013 mol,即NO的转化率=×100%=65%。(2)随着反应不断进行,c(NO2)逐渐增大,达到平衡时消耗0.013 mol NO,即c(NO2)最大值为0.013 mol÷2 L=0.006 5 mol·L-1,即曲线b可表示NO2浓度变化。0~2 s内反应中消耗0.020 mol-0.008 mol=0.012 mol NO,则消耗0.006 mol O2,v(O2)==1.5×10-3 mol·L-1·s-1。(3)未指明反应进行的方向,无法判断是否达到平衡,a错误;反应前后体积不同,当压强保持不变时,达到平衡状态,b正确;NO和O2的速率符合化学计量数关系且方向不同,达到平衡状态,c正确;容器内密度始终保持不变,不能判断是否达到平衡状态,d错误。
B级　素养培优练
11.一定温度下,向某恒容密闭容器中通入5 mol O2、6 mol SO2,经t1 s建立了平衡体系:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),此时测得氧气的转化率为30%,下列图像能正确表示气体的物质的量(n)与反应时间(t)的关系的是 (　　)
答案　B
解析　当氧气转化率为30%时,消耗了氧气5 mol×30%=1.5 mol,根据2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)方程式可知,消耗SO2 3 mol,同时生成了3 mol SO3,SO2剩余6 mol-3 mol=3 mol,O2剩余5 mol-1.5 mol=3.5 mol。
12.某温度下,在2 L容器中发生A、B两种气体间的转化反应,A、B物质的量随时间变化的曲线如图所示,M点的坐标为(7,0.24)。下列说法正确的是 (　　)
A.4 min时,该反应的v正=v逆
B.A的平衡转化率为25%
C.该反应化学方程式为2AB
D.前7 min内,B的平均反应速率为0.04 mol·L-1·min-1
答案　C
解析　A项,4 min后A依然在减少,B在增加,说明4 min时,该反应未达平衡状态,而在7 min时达到平衡即v正=v逆;B项,根据M点的坐标为(7,0.24),则A改变了0.56 mol,则A的平衡转化率为×100%=70%;C项,根据N点分析,两者物质的量的变化量分别为0.4 mol、0.2 mol,根据物质的量的变化量之比等于计量系数之比,又由于在第7 min达到平衡,因此该反应化学方程式为2AB;D项,前7 min内,A的物质的量的变化量为0.56 mol,则B的物质的量的变化量为0.28 mol,因此B的平均反应速率为v(B)==0.02 mol·L-1·min-1。
13.一定条件下向某密闭容器中加入足量铁粉并充入一定量的CO2气体,发生反应:Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g)。反应过程中CO2气体和CO气体的浓度与时间的关系如图所示。下列说法中正确的是 (　　)
A.t1时,v正=v逆
B.t2时,反应达到限度
C.降低温度,v正增大,v逆减小
D.t2时,CO2的转化率为33.3%
答案　B
解析　A项,从图中看出,t1时刻CO和CO2的浓度相等,还未达到平衡,当平衡时满足v正=v逆;B项,t2时气体浓度不再发生变化,反应达到平衡,达到反应限度;C项,降低温度,正逆反应速率均减小;D项,t2时,CO2的浓度变化量为0.4 mol/L,起始浓度为0.6 mol/L,故转化率为66.7%。
14.向绝热恒容密闭容器中通入SO2和NO2,一定条件下使反应SO2(g)+NO2(g)SO3(g)+NO(g)达到平衡,正反应速率随时间变化的示意图如图所示。下列叙述正确的是 (　　)
A.反应在c点达到平衡状态
B.反应物浓度:a点小于b点
C.反应物的总能量低于生成物的总能量
D.Δt1=Δt2时,SO2的转化率:a~b段小于b~c段
答案　D
解析　A项,v-t图像中,时间(t)为横坐标,曲线变为水平的瞬间反应达到平衡,c点只是曲线拐点,所以选项描述错误;B项,图像中只能分析出va15.一定温度下,在2 L的密闭容器中,X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示。下列描述正确的是 (　　)
A.t min时该反应达到化学平衡状态
B.反应开始到10 min,用X表示的反应速率为0.079 mol·
C.反应开始到10 min时,Y的转化率为79%
D.反应的化学方程式为X(g)+2Y(g)3Z(g)
答案　C
解析　到10 min时该反应达到化学平衡状态,A错误;反应进行到10 min时,X、Y均减少了0.79 mol,Z增加了1.58 mol,用X表示的反应速率为=0.039 5 mol·L-1·min-1,反应的化学方程式为X(g)+Y(g)2Z(g),B、D错误;反应开始到10 min时Y的转化率为×100%=79%,C正确。
16.一定温度下,在2 L的密闭容器中,M、N两种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示:
(1)反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　。
(2)反应达到最大限度的时间是　　　　　　 min,该时间内的平均反应速率v(M)=　　　　　　,N的转化率为　　　　　　。
(3)判断该反应达到平衡状态的依据是　　　　(填序号)。
A.该条件下,正、逆反应速率都为零
B.该条件下,混合气体的密度不再发生变化
C.该条件下,混合气体的压强不再发生变化
D.该条件下,单位时间内消耗2 mol N的同时,消耗1 mol M
(4)能加快反应速率的措施是　　　　(填序号)。
A.升高温度
B.容器容积不变,充入惰性气体Ar
C.容器压强不变,充入惰性气体Ar
D.使用催化剂
答案　(1)2NM　(2)6
0.25 mol/(L·min)　75%　(3)CD　(4)AD
解析　(1)反应进行到6 min时,N减少8 mol-2 mol=6 mol,M增加5 mol-2 mol=3 mol,因此反应的化学方程式为2NM;(2)根据题图可知反应进行到6 min时物质的物质的量不再发生变化,因此反应达到最大限度的时间是6 min,该时间内的平均反应速率v(M)==0.25 mol/(L·min),N的转化率为×100%=75%;(3)达到平衡状态时正、逆反应速率相等,但不能为零,A错误;在反应过程中质量和容积始终是不变的,因此在该条件下,混合气体的密度不再发生变化不能说明反应达到平衡状态,B错误;正反应气体体积减小,则该条件下,混合气体的压强不再发生变化能说明反应达到平衡状态,C正确;该条件下,单位时间内消耗2 mol N表示正反应速率,消耗1 mol M,表示逆反应速率,速率之比为化学计量数之比,说明反应达到平衡状态,D正确。(4)A项,升高温度反应速率加快;B项,容器容积不变,充入惰性气体 Ar,反应物浓度不变,反应速率不变;C项,容器压强不变,充入惰性气体Ar容器容积增大,反应物浓度减小,反应速率减小;D项,使用正催化剂,反应速率加快。
17.(1)一定温度下,在密闭容器内进行某化学反应,气体X、Y的物质的量随反应时间变化的曲线如图所示。
①写出该反应的化学方程式: 　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
②在t1和t2时正反应速率分别为v1和v2,则二者大小关系为v1　　　　v2(填“>”“<”或“=”)。
③在t1、t2和t3三个时刻中,反应程度最大的是　　　　(填“t1”“t2”或“t3”)。
(2)一定温度下,将一定量的N2和H2充入固定容积的密闭容器中进行反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)。
①下列描述能说明该可逆反应达到化学平衡状态的有　　　　(填字母)。
A.容器内的压强不变
B.容器内气体的密度不变
C.相同时间内有3 mol H—H键断裂,有6 mol N—H键形成
D.c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)=1∶3∶2
E.NH3的质量分数不再改变
②若起始时向容器中充入10 mol·L-1的N2和15 mol·L-1的H2,10 min时测得容器内NH3的浓度为1.5 mol·L-1。10 min内用N2表示的反应速率为　　　　　　　　　　;此时H2的转化率为　　　　　　。
答案　(1)①3Y(g)2X(g)　②>　③t3
(2)①AE　②0.075 mol·L-1·min-1　15%
解析　(1)①随着时间变化,Y的物质的量减少、X的物质的量增加,即Y为反应物、X为生成物,依据物质的量变化量之比等于化学计量数之比,可得化学方程式为3Y(g)2X(g)。②随着反应的进行,反应物的浓度降低,正反应速率减慢,即v1>v2。③反应正向进行,t3时刻达到化学平衡,即t3时刻反应程度最大。(2)①反应前后气体计量数之和不相等,密闭容器容积固定,未平衡时随反应进行,气体总物质的量变化导致压强变化,因此容器内的压强不变时,说明反应达到平衡,故A正确;各组分都是气体,气体总质量始终保持不变,容器为恒容状态,密度保持恒定,因此密度不变不能说明反应达到平衡状态,故B错误;H—H键断裂和N—H键形成都说明反应向正反应方向进行,因此不能说明反应达到平衡,故C错误;开始时通入的气体量未知,因此已知物质的量浓度之比,不能判断是否达到平衡,故D错误;根据化学平衡状态的定义,NH3的质量分数不变,说明反应达到平衡,故E正确。②根据化学反应速率的计算公式得:v(NH3)==0.15 mol·L-1·min-1,化学反应速率之比等于化学计量数之比,即v(N2)==0.075 mol·L-1·min-1,消耗H2的物质的量浓度为×1.5 mol·L-1=2.25 mol·L-1,H2的转化率为×100%=15%。
18.向某容积固定的密闭容器中加入0.3 mol A、0.1 mol C和一定量的B三种气体,一定条件下发生反应,各物质的浓度随时间的变化如图所示。已知在反应过程中混合气体的平均相对分子质量没有变化。请回答下列问题:
(1)密闭容器的容积是　　　　　　 L。
(2)若t1=15时,则0~t1 s内以C物质浓度变化表示的反应速率v(C)=　　　　　　。
(3)写出能反映该反应达到化学平衡状态的两个依据:　　　　　　、　　　　　　。
(4)t2 s时,C在平衡混合气中的物质的量分数为　　　　　　。
(5)B的起始的物质的量是　　　　　　。
答案　(1)2　(2)0.004 mol·　(3)v正(A)=3v逆(B)　物质C的物质的量保持不变(其他合理答案均可)　(4)50%　(5)0.04 mol
解析　(1)开始时加入0.3 mol A,图中开始时c(A)=0.15 mol·L-1,则容器的容积为v==2 L。(2)由图可知,0~t1 s内Δc(C)=0.06 mol·L-1,若t1=15时,则有v(C)==0.004 mol·L-1·s-1。(5)根据题意可知反应的化学方程式为3A(g)B(g)+2C(g)。0~t1 s内Δc(C)=0.06 mol·L-1,则Δc(B)=0.03 mol·L-1,故起始时B的物质的量为(0.05mol·L-1-0.03 mol·L-1)×2 L=0.04 mol。(共57张PPT)
第二节　化学反应的速率与限度
提升课时 　化学反应速率与限度的基本图像
3
第六章
化学反应与能量
1.关注化学反应速率与限度的基本图像特征,能认识数据、图形之间的关系。2.能运用图像、数据之间的关系进行比较与分析,解决问题。
学习目标
化学反应速率和平衡的图像分析
目
录
CONTENTS
课后巩固训练
化学反应速率和平衡的图像分析
对点训练
CO2的资源化利用能有效减少CO2排放,充分利用碳资源,助力碳中和。在体积为1 L的恒温密闭容器中,充入1 mol CO2和3 mol H2,一定条件下反应:CO2(g)+3H2(g) ===CH3OH(g)+H2O(g),测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示。
【问题讨论】
问题1　 从3 min到9 min,v(CO2)=　　　　 mol·L-1·min-1(计算保留3位小数)。
提示　由图示可知,从3 min到9 min,二氧化碳的浓度变化量为0.50 mol·L-1-0.25 mol·L-1=0.25 mol·L-1,则v(CO2)=≈0.042 mol·L-1·min-1。
问题2　能说明能判断上述反应达到平衡状态的标志是什么 (列举三点即可)。
提示　单位时间内生成和消耗的CO2的浓度相等;该反应为反应前后气体分子数改变的反应,当混合气体的压强不随时间的变化而变化,说明反应达到平衡状态;单位时间内生成3 mol H2,同时生成1 mol CH3OH,正逆反应速率相等,说明反应达到平衡状态;依据质量守恒定律,混合气体质量一直不变,而反应为反应前后气体分子数改变的反应,只有当反应达到平衡时,混合气体的物质的量才不变,因此当混合气体的平均相对分子质量不随时间的变化而变化,说明反应达到平衡状态。
问题3　请计算平衡时CO2的转化率是多少 你能比较第3分钟时v正(CH3OH)和第9分钟时v逆(CH3OH)的大小吗 说明理由。
提示　由图示可知,平衡时二氧化碳的浓度为0.25 mol/L,则二氧化碳的浓度变化量为1 mol/L-0.25 mol/L=0.75 mol/L,转化率为×100%=75%。第3分钟时v正(CH3OH)>第9分钟时v逆(CH3OH)。由图示可知,第3分钟时,反应没有达到平衡状态,且反应正向进行,正反应速率逐渐减小,第9分钟时反应达到平衡状态,v逆(CH3OH)=v正(CH3OH),则第3分钟时v正(CH3OH)>第9分钟时v逆(CH3OH)。
【探究归纳】
化学反应速率和化学平衡图表图像题是化学试题中的一类特殊题型,其特点为图表图像是题目的主要组成部分,把所要考査的化学知识赋于图表或曲线上,具有简明、直观、形象的特点。该类试题分析方法如下:
1.关注图像中的“点、线、面”
(1)关注“面”——明确研究对象
理解图像中横、纵坐标所表示的含义及曲线所表示的是哪些量之间的关系。弄清楚是物质的量、反应速率还是浓度随时间的变化。
(2)关注“线”
①弄清曲线的走向和变化趋势,是增大还是减小,确定反应物和生成物,浓度减小的是反应物,浓度增大的是生成物。
②分清突变和渐变;理解曲线“平”与“陡”即斜率大小的意义。
(3)关注“点”
解题时要特别关注曲线上点的含义,特别是特殊点,如坐标轴的交点、几条曲线的交叉点、极值点、转折点、最低点等。深刻理解这些特殊点的意义。
2.算数据
根据表格中的数据或图像中的数据,先确定一些比较容易计算的数据,以完善图表图像信息。
3.联系规律
如各物质的转化量之比与化学计量数之比的关系,各物质的化学反应速率之比与化学计量数之比的关系,外界条件的改变对化学反应速率的影响规律以及反应达到平衡时,外界条件的改变对正、逆反应速率的影响规律等。
4.正确判断
根据题干和题目要求,结合图像信息,通过对比分析,正确利用相关规律做出正确的判断。
1.一定条件下,0.3 mol X(g)与0.3 mol Y(g)在体积为1 L的密闭容器中发生反应:X(g)+3Y(g) 2Z(g),下列示意图合理的是(　　)
D
解析　A项转化0.1 mol时,Y全部转化是不可能的;B项平衡时X与Z的反应速率不相等;C项减少的Y与增加的Z不相等;D项X的体积分数保持50%不变,而Z的体积分数增大。
2.向一密闭容器中放入1 mol X,进行可逆反应2X(g) 3Y(g),反应过程中的反应速率(v)与时间(t)的关系曲线如图所示,下列叙述正确的是(　　)
A.t1时,只有正反应
B.t2~t3时,反应不再发生
C.t2时,容器内有1.5 mol Y
D.t2~t3时,X、Y的物质的量均没有发生变化
解析　t1时,v正>v逆>0,正、逆反应都在发生,A项错误;t2~t3时,v正=v逆>0,反应并未停止,B项错误;该反应为可逆反应,1 mol X不能完全反应,所以当反应达到平衡时,容器内Y的物质的量小于1.5 mol,C项错误;t2~t3时为化学平衡状态,X、Y的物质的量均不发生变化,D项正确。
D
3.一定温度,向容积固定的密闭容器中通入一定量的N2(g)和H2(g),进行合成氨反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),反应过程中部分物质的物质的量n随时间t变化如图所示。
下列说法正确的是 (　　)
A.Y表示的物质是H2(g)
B.t1时刻,2v(H2)>3v(NH3)
C.t2时刻,Y的转化率为33.3%
D.a、b两点的正反应速率:a>b
D
解析　反应物逐渐减少,生成物逐渐增加,曲线变化说明X代表NH3,各物质的变化量之比等于化学计量数之比,从图中可知,达到平衡时,X增加了1 mol,Y减少了0.5 mol,二者比值为2∶1,则说明Y代表N2。A项,据分析,Y表示的物质是N2;B项,由方程式可知,t1时刻2v(H2)=3v(NH3);C项,t2时刻,该反应达到平衡,Y从1 mol降低到0.5 mol,则其转化率为50%;D项,随着反应物浓度的减少,正反应速率下降,则a、b两点的正反应速率:a>b。
课后巩固训练
A级　合格过关练
选择题只有1个选项符合题意
(一)化学反应速率的基本图像
1.反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)经a min后SO3的浓度变化情况如图所示,在0~a min内用O2表示的平均反应速率为0.04 mol·L-1·min-1,则a等于(　　)
A.0.1 B.2.5 C.5 D.10
C
解析　由题图可知,0~a min内Δc(SO3)=0.4 mol·L-1,则有v(SO3)= mol·L-1·min-1。根据反应速率与化学计量数的关系可得,v(O2)=v(SO3)= mol·L-1·min-1,又知“0~a min内用O2表示的平均反应速率为0.04 mol·L-1·min-1”,则有 mol·L-1·min-1=0.04 mol·L-1·min-1,解得a=5,C项正确。
2.把镁条投入盛有盐酸的敞口容器里,产生氢气的速率变化如图所示。下列影响反应的因素有 (　　)
①盐酸的浓度　②镁条的表面积　③溶液的温度 ④Cl-的浓度
A.①④ B.③④
C.①②③ D.②③④
C
解析　镁条和盐酸反应产生H2的离子方程式为Mg+2H+===Mg2++H2↑,是镁与H+间的置换反应,与Cl-无关;在镁条的表面有一层氧化膜,当将镁条投入盐酸中时,随着氧化膜的不断溶解,镁与盐酸接触面积不断增大,产生H2的速率会加快;溶液的温度对该反应也有影响,反应放出热量,使温度升高,反应速率也会加快;随着反应的进行,c(H+)不断减小,反应速率会逐渐减慢。
3.将等质量的两份锌粒a、b分别加入过量的稀硫酸中,同时向a中加少许胆矾晶体,下列各图表示产生氢气的体积V(L)与时间t(min)的关系正确的是 (　　)
解析　将等质量的两份锌粒a、b分别加入过量的稀硫酸中,同时向a中加少许胆矾晶体,锌粒会先与硫酸铜发生置换反应生成铜,锌、铜与稀硫酸会形成原电池,反应速率会加快,所以a中生成氢气的速率比b中的快,但a中已经有一部分锌与铜离子反应,所以产生的氢气会比b中的少,A正确。
A
4.研究反应2X Y+3Z的速率影响因素,在不同条件下进行4组实验,Y、Z起始浓度为0,反应物X的浓度(mol/L)随反应时间(min)的变化情况如图所示。下列说法不正确的是(　　)
A.比较实验①②得出:增大反应物浓度,化学反应速率加快
B.比较实验②④得出:升高温度,化学反应速率加快
C.若实验②③只有一个条件不同,则实验③使用了催化剂
D.在0~10 min之间,实验④的平均速率v(Y)=0.06 mol/(L·min)
D
解析　A项,①②温度相同,但浓度不同,①浓度较大,可得出增大反应物浓度,化学反应速率加快;B项,实验②④起始浓度相同,但温度不同,④反应速率较大,可得出升高温度,化学反应速率加快;C项,②③温度、浓度相同,③反应速率较大,应为加入催化剂;D项,在0~10 min之间,实验④X的浓度变化为0.60 mol/L,则v(Y)=v(X) ==0.03 mol/(L·min)。
(二)化学平衡的基本图像
5.在一定条件下,向某密闭容器中投入一定量的氮气和氢气,发生反应N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)。下列关于从反应开始至达到化学平衡的过程中正、逆反应速率变化情况的图中,正确的是(　　)
D
解析　向某密闭容器中投入一定量的氮气和氢气,此时反应物的浓度最大,正反应速率最大,逆反应速率为0,随着反应进行,反应物浓度减小,生成物浓度增大,即正反应速率减小,逆反应速率增大,最终达到化学平衡状态,即正反应速率等于逆反应速率,故符合此规律的图为D。
6.一定条件下,将3 mol X和1 mol Y混合于2 L恒容的密闭容器中,发生反应:3X(g)+Y(g) Z(s)+2W(g)。2 min末该反应达到平衡,生成W的物质的量随时间的变化情况如图所示。下列判断正确的是(　　)
A.当混合气体的密度不再改变时,该反应达到平衡状态
B.2 min后,升温会使正反应速率增大,逆反应速率减小
C.从1 min到2 min过程中,气体的压强没有变化
D.反应过程中X和Y的转化率之比为3∶1
A
解析　A项,Z为固体,反应前后气体的密度是变量,因此当混合气体的密度不再改变时,该反应一定达到平衡状态;B项,升温正、逆反应速率都增大;C项,从1 min到2 min过程中,生成固体Z,且化学计量数减小,气体压强会减小;D项,将3 mol X和1 mol Y两种气体混合于固定容积为2 L的密闭容器中,A和B是按照化学计量数之比3∶1通入的,所以反应过程中X和Y的转化率之比为1∶1。
7.常温下,将6 mol CO2和8 mol H2充入体积为2 L的恒容密闭容器中发生反应:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g),H2的物质的量与时间的关系如图所示。下列有关叙述正确的是(　　)
A.1~3 min内,H2的平均反应速率为0.5 mol·L-1·min-1
B.8~10 min内,H2的物质的量不变,反应已停止
C.0~8 min内,生成CH3OH的质量为64 g
D.c点时反应达到平衡状态,此时3v正(H2)=v逆(CH3OH)
C
解析　A项,1~3 min内,H2的平均反应速率为=0.75 mol·L-1·min-1;B项,8~10 min内,H2的物质的量不变,说明反应达到动态平衡,v正=v逆≠0;C项,氢气和甲醇的化学计量数比为H2∶CH3OH=3∶1,0~8 min内,消耗氢气的物质的量为6 mol,则生成甲醇的物质的量是2 mol,转化为质量为m=2 mol×32 g·mol-1=64 g;D项,c点时反应达到平衡状态,v正=v逆≠0,且各物质化学反应速率之比等于化学计量数之比,此时v正(H2)=3v逆(CH3OH)。
8.汽车尾气中产生NO的反应为:N2(g)+O2(g) 2NO(g),一定条件下,等物质的量的N2(g)和O2(g)在恒容密闭容器中发生上述反应,下图曲线a表示该反应在温度T下N2的浓度随时间的变化,曲线b表示该反应在只改变某一个起始反应条件时(不改变容器体积)N2的浓度随时间的变化。下列叙述正确的是(　　)
A.温度T下,随着反应的进行,混合气体的密度减小
B.温度T下,0~t2内N2的平均反应速率v(N2)=mol·L-1·s-1
C.温度T下,N2(g)和O2(g)的体积分数相等,表明该反应已达到平衡
D.曲线b对应的条件改变可能是降低温度
B
解析　反应前后气体总质量不变,容器容积不变,故混合气体密度不变,A错误;由图知,N2的起始浓度为c0mol/L,t2时的浓度为c1,由v(N2)= mol·L-1·s-1,B正确;由于,N2(g)和O2(g)都是反应物气体,而且二者的起始物质的量相等,反应的物质的量也相等,故剩余的物质的量也相等,因此体积分数也相等,体积分数不是变量,不能用来判断平衡,C错误;由图知,b的反应速率是大于a的,降低温度,反应速率减慢,故b不是降低温度,D错误。
9.(2023·保定高一检测)向某容积一定的密闭绝热容器中充入2 mol NO和1 mol O2,一定条件下发生反应:2NO(g)+O2(g) 2NO2(g),其反应速率与反应时间关系如图所示,下列选项表明反应达到平衡状态的是(　　)
A.NO、O2物质的量之比为2∶1
B.M、N、P、Q四点中,N点时反应已达到平衡状态
C.混合气体的总质量不再变化
D.单位时间内生成2a mol NO2的同时,生成a mol O2
D
解析　NO、O2物质的量之比始终为2∶1,不能说明达到平衡状态,故A不符合题意;M、N、P、Q四点中,N点时反应速率最大,但随着时间的推移,速率仍在变化,并未达到平衡状态,故B不符合题意;该反应进行前后,混合气体的总质量始终不变,不能说明达到平衡状态,故C不符合题意;单位时间内生成2a mol NO2,反应正向进行,同时又生成a mol O2,反应逆向进行,两个不同方向,速率之比等于化学计量数之比,说明达到平衡状态,故D符合题意。
10.在2 L密闭容器内,800 ℃时反应2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)体系中,n(NO)随时间的变化如表:
是
时间/s 0 1 2 3 4 5
n(NO)/mol 0.020 0.010 0.008 0.007 0.007 0.007
(1)上述反应　　　 (填“是”或“不是”)可逆反应,在第5 s时,NO的转化率为　　　　。
65%
解析　 (1)由表格中数据可知反应进行至3 s时,NO的物质的量保持不变,可说明该反应为可逆反应。反应至5 s时,消耗n(NO)=0.020 mol-0.007 mol=0.013 mol,即NO的转化率=×100%=65%。
(2)如图中表示NO2变化曲线的是　　　　　　。用O2表示从0~2 s内该反应的平均速率v=　　　　　　　　　　　　。
(3)能说明该反应已达到平衡状态的是　　　。
a.v(NO2)=2v(O2) b.容器内压强保持不变
c.v逆(NO)=2v正(O2) d.容器内密度保持不变
b
1.5×10-3 mol·L-1·s-1
bc
解析　 (2)随着反应不断进行,c(NO2)逐渐增大,达到平衡时消耗0.013 mol NO,即c(NO2)最大值为0.013 mol÷2 L=0.006 5 mol·L-1,即曲线b可表示NO2浓度变化。0~2 s内反应中消耗0.020 mol-0.008 mol=0.012 mol NO,则消耗0.006 mol O2,v(O2)==1.5×10-3 mol·L-1·s-1。(3)未指明反应进行的方向,无法判断是否达到平衡,a错误;反应前后体积不同,当压强保持不变时,达到平衡状态,b正确;NO和O2的速率符合化学计量数关系且方向不同,达到平衡状态,c正确;容器内密度始终保持不变,不能判断是否达到平衡状态,d错误。
B级　素养培优练
11.一定温度下,向某恒容密闭容器中通入5 mol O2、6 mol SO2,经t1 s建立了平衡体系:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g),此时测得氧气的转化率为30%,下列图像能正确表示气体的物质的量(n)与反应时间(t)的关系的是(　　)
B
解析　当氧气转化率为30%时,消耗了氧气5 mol×30%=1.5 mol,根据2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g)方程式可知,消耗SO2 3 mol,同时生成了3 mol SO3,SO2剩余6 mol-3 mol=3 mol,O2剩余5 mol-1.5 mol=3.5 mol。
12.某温度下,在2 L容器中发生A、B两种气体间的转化反应,A、B物质的量随时间变化的曲线如图所示,M点的坐标为(7,0.24)。下列说法正确的是 (　　)
A.4 min时,该反应的v正=v逆
B.A的平衡转化率为25%
C.该反应化学方程式为2A B
D.前7 min内,B的平均反应速率为0.04 mol·L-1·min-1
C
解析　A项,4 min后A依然在减少,B在增加,说明4 min时,该反应未达平衡状态,而在7 min时达到平衡即v正=v逆;B项,根据M点的坐标为(7,0.24),则A改变了0.56 mol,则A的平衡转化率为×100%=70%;C项,根据N点分析,两者物质的量的变化量分别为0.4 mol、0.2 mol,根据物质的量的变化量之比等于计量系数之比,又由于在第7 min达到平衡,因此该反应化学方程式为2A B;D项,前7 min内,A的物质的量的变化量为0.56 mol,则B的物质的量的变化量为0.28 mol,因此B的平均反应速率为v(B)==0.02 mol·L-1·min-1。
13.一定条件下向某密闭容器中加入足量铁粉并充入一定量的CO2气体,发生反应:Fe(s)+CO2(g) FeO(s)+CO(g)。反应过程中CO2气体和CO气体的浓度与时间的关系如图所示。下列说法中正确的是(　　)
A.t1时,v正=v逆
B.t2时,反应达到限度
C.降低温度,v正增大,v逆减小
D.t2时,CO2的转化率为33.3%
B
解析　A项,从图中看出,t1时刻CO和CO2的浓度相等,还未达到平衡,当平衡时满足v正=v逆;B项,t2时气体浓度不再发生变化,反应达到平衡,达到反应限度;C项,降低温度,正逆反应速率均减小;D项,t2时,CO2的浓度变化量为0.4 mol/L,起始浓度为0.6 mol/L,故转化率为66.7%。
14.向绝热恒容密闭容器中通入SO2和NO2,一定条件下使反应SO2(g)+NO2(g)
SO3(g)+NO(g)达到平衡,正反应速率随时间变化的示意图如图所示。下列叙述正确的是(　　)
A.反应在c点达到平衡状态
B.反应物浓度:a点小于b点
C.反应物的总能量低于生成物的总能量
D.Δt1=Δt2时,SO2的转化率:a~b段小于b~c段
D
解析　A项,v-t图像中,时间(t)为横坐标,曲线变为水平的瞬间反应达到平衡,c点只是曲线拐点,所以选项描述错误;B项,图像中只能分析出va15.一定温度下,在2 L的密闭容器中,X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示。下列描述正确的是 (　　)
A.t min时该反应达到化学平衡状态
B.反应开始到10 min,用X表示的反应速率为
0.079 mol·
C.反应开始到10 min时,Y的转化率为79%
D.反应的化学方程式为X(g)+2Y(g) 3Z(g)
C
解析　到10 min时该反应达到化学平衡状态,A错误;反应进行到10 min时,X、Y均减少了0.79 mol,Z增加了1.58 mol,用X表示的反应速率为=0.039 5 mol·L-1·min-1,反应的化学方程式为X(g)+Y(g) 2Z(g),B、D错误;反应开始到10 min时Y的转化率为×100%=79%,C正确。
16.一定温度下,在2 L的密闭容器中,M、N两种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示:
(1)反应的化学方程式为　　　　　　。
(2)反应达到最大限度的时间是　　　　　　 min,该时间内的平均反应速率v(M)=　　　　　　　　,N的转化率为　　　　　　。
2N M
6
0.25 mol/(L·min)
75%
解析　(1)反应进行到6 min时,N减少8 mol-2 mol=6 mol,M增加5 mol-2 mol=3 mol,因此反应的化学方程式为2N M;(2)根据题图可知反应进行到6 min时物质的物质的量不再发生变化,因此反应达到最大限度的时间是6 min,该时间内的平均反应速率v(M)==0.25 mol/(L·min),N的转化率为×100%=75%;
(3)判断该反应达到平衡状态的依据是　　　　(填序号)。
A.该条件下,正、逆反应速率都为零
B.该条件下,混合气体的密度不再发生变化
C.该条件下,混合气体的压强不再发生变化
D.该条件下,单位时间内消耗2 mol N的同时,消耗1 mol M
(4)能加快反应速率的措施是　　　　(填序号)。
A.升高温度
B.容器容积不变,充入惰性气体Ar
C.容器压强不变,充入惰性气体Ar
D.使用催化剂
CD
AD
解析　(3)达到平衡状态时正、逆反应速率相等,但不能为零,A错误;在反应过程中质量和容积始终是不变的,因此在该条件下,混合气体的密度不再发生变化不能说明反应达到平衡状态,B错误;正反应气体体积减小,则该条件下,混合气体的压强不再发生变化能说明反应达到平衡状态,C正确;该条件下,单位时间内消耗2 mol N表示正反应速率,消耗1 mol M,表示逆反应速率,速率之比为化学计量数之比,说明反应达到平衡状态,D正确。(4)A项,升高温度反应速率加快;B项,容器容积不变,充入惰性气体 Ar,反应物浓度不变,反应速率不变;C项,容器压强不变,充入惰性气体Ar容器容积增大,反应物浓度减小,反应速率减小;D项,使用正催化剂,反应速率加快。
17.(1)一定温度下,在密闭容器内进行某化学反应,气体X、Y的物质的量随反应时间变化的曲线如图所示。
①写出该反应的化学方程式: 　　　　　　　　。
②在t1和t2时正反应速率分别为v1和v2,则二者大小关系为v1　　　　v2(填“>”“<”或“=”)。
③在t1、t2和t3三个时刻中,反应程度最大的是　　　　(填“t1”“t2”或“t3”)。
3Y(g) 2X(g)
>
t3
解析　(1)①随着时间变化,Y的物质的量减少、X的物质的量增加,即Y为反应物、X为生成物,依据物质的量变化量之比等于化学计量数之比,可得化学方程式为3Y(g) 2X(g)。②随着反应的进行,反应物的浓度降低,正反应速率减慢,即v1>v2。③反应正向进行,t3时刻达到化学平衡,即t3时刻反应程度最大。
(2)一定温度下,将一定量的N2和H2充入固定容积的密闭容器中进行反应: N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)。
①下列描述能说明该可逆反应达到化学平衡状态的有　　　　(填字母)。
A.容器内的压强不变
B.容器内气体的密度不变
C.相同时间内有3 mol H—H键断裂,有6 mol N—H键形成
D.c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)=1∶3∶2
E.NH3的质量分数不再改变
②若起始时向容器中充入10 mol·L-1的N2和15 mol·L-1的H2,10 min时测得容器内NH3的浓度为1.5 mol·L-1。10 min内用N2表示的反应速率为　　　　　　　　　; 此时H2的转化率为　　　　　　。
AE
0.075 mol·L-1·min-1
15%
解析　(2)①反应前后气体计量数之和不相等,密闭容器容积固定,未平衡时随反应进行,气体总物质的量变化导致压强变化,因此容器内的压强不变时,说明反应达到平衡,故A正确;各组分都是气体,气体总质量始终保持不变,容器为恒容状态,密度保持恒定,因此密度不变不能说明反应达到平衡状态,故B错误;H—H键断裂和N—H键形成都说明反应向正反应方向进行,因此不能说明反应达到平衡,故C错误;开始时通入的气体量未知,因此已知物质的量浓度之比,不能判断是否达到平衡,故D错误;根据化学平衡状态的定义,NH3的质量分数不变,说明反应达到平衡,故E正确。②根据化学反应速率的计算公式得:v(NH3)==0.15 mol·L-1·min-1,化学反应速率之比等于化学计量数之比,即v(N2)==0.075 mol·L-1·min-1,消耗H2的物质的量浓度为×1.5 mol·L-1=2.25 mol·L-1,H2的转化率为×100%=15%。
18.向某容积固定的密闭容器中加入0.3 mol A、0.1 mol C和一定量的B三种气体,一定条件下发生反应,各物质的浓度随时间的变化如图所示。已知在反应过程中混合气体的平均相对分子质量没有变化。请回答下列问题:
(1)密闭容器的容积是　　　 L。
(2)若t1=15时,则0~t1 s内以C物质浓度变化表示的反应速率v(C)=　　　　　　　　　。
(3)写出能反映该反应达到化学平衡状态的两个依据:
　　　　　　　、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)t2 s时,C在平衡混合气中的物质的量分数为　　　　　　。
(5)B的起始的物质的量是　　　　　　。
2
0.004 mol·
v正(A)=3v逆(B)
物质C的物质的量保持不变(其他合理答案均可)
50%
0.04 mol
解析　(1)开始时加入0.3 mol A,图中开始时c(A)=0.15 mol·L-1,则容器的容积为v==2 L。(2)由图可知,0~t1 s内Δc(C)=0.06 mol·L-1,若t1=15时,则有v(C)==0.004 mol·L-1·s-1。(5)根据题意可知反应的化学方程式为3A(g) B(g)+2C(g)。0~t1 s内Δc(C)=0.06 mol·L-1,则Δc(B)=0.03 mol·L-1,故起始时B的物质的量为(0.05mol·L-1-0.03 mol·L-1)×2 L=0.04 mol。

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