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2025鲁科版化学选择性必修1
分层作业13　化学反应速率和化学平衡图像
A级必备知识基础练
题组1.化学反应速率图像
1.在一恒温恒压的密闭容器中发生反应:M(g)+N(g)2R(g)　ΔH<0,t1时刻达到平衡,在t2时刻改变某一条件,其反应过程如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.t1时刻的v(正)小于t2时刻的v(正)
B.t2时刻改变的条件是向密闭容器中加R
C.Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时,M的体积分数相等
D.Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时,反应的平衡常数相等
2.向某密闭容器中加入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,各物质浓度随时间变化如甲图所示[t0~t1阶段的c(B)变化未画出],乙图为t2时刻后改变条件平衡体系中正、逆反应速率随时间变化的情况,四个阶段都各改变一种反应条件(浓度、温度、压强、催化剂)且互不相同,t3~t4阶段为使用催化剂。下列说法中不正确的是 (　　)
A.若t1=15 s,则用C的浓度变化表示的t0~t1段的平均反应速率为0.004 mol·L-1·s-1
B.t4~t5阶段改变的条件一定为减小压强
C.该容器的容积为2 L,B的起始物质的量为0.02 mol
D.该化学反应方程式为3A(g)B(g)+2C(g)
题组2.化学平衡图像
3.在容积一定的密闭容器中给定物质A、B、C的量,在一定条件下发生反应aA(g)+bB(g)xC(g)并达到平衡,且符合下图所示的关系(C%表示平衡混合气中产物C的百分含量,T表示温度,p表示压强)。则图中Y是指(　　)
A.反应物A的百分含量
B.平衡混合气中物质B的百分含量
C.平衡混合气的密度
D.平衡混合气的平均摩尔质量
4.在容积恒定的密闭容器中发生反应N2O4(g)2NO2(g)　ΔH>0,在温度为T1、T2时,平衡体系中NO2的体积分数随压强变化的曲线如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.A、C两点的反应速率:A>C
B.A、C两点气体的颜色:A深,C浅
C.由状态B到状态A,可以用加热的方法
D.A、C两点气体的平均相对分子质量:A>C
5.已知(HF)2(g)2HF(g)　ΔH>0,且平衡体系的总质量(m总)与总物质的量(n总)之比在不同温度下随压强的变化曲线如图所示。下列说法正确的是 (　　)
A.温度:T1B.平衡常数:Ka=KbC.反应速率:vb>va
D.当=30 g·mol-1时,n(HF)∶n[(HF)2]=2∶1
6.汽车尾气里含有的NO气体是由内燃机燃烧时产生的高温引起氮气和氧气反应产生:N2(g)+O2(g)2NO(g)　ΔH>0。已知该反应在2 404 ℃,平衡常数K=6.4×10-3。请回答下列问题。
(1)该反应的平衡常数表达式为　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)该温度下,向2 L密闭容器中充入N2和O2各2 mol,平衡时,N2的转化率是　　　　　　　　%(保留整数)。
(3)该温度下,某时刻测得容器内N2、O2、NO的浓度分别为2.5×10-1 mol·L-1、4.0×10-2 mol·L-1和3.0×10-3 mol·L-1,此时反应　　　　　　　　　　(填“处于化学平衡状态”“向正反应方向进行”或“向逆反应方向进行”),理由是　 　　　　　　　　　　　　。
(4)将N2、O2的混合气体充入恒温恒容密闭容器中,如图变化趋势正确的是　　　　　 (填字母)。
B级关键能力提升练
以下选择题中有1~2个选项符合题意。
7.对于可逆反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)　ΔH<0,下列各图像正确的是(　　)
8.在恒容密闭容器中通入X并发生反应:2X(g)Y(g)　ΔH<0,温度在T1 ℃、T2 ℃下,X的物质的量浓度c(X)随时间t变化的曲线如图所示。下列叙述正确的是(　　)
A.该反应进行到M点放出的热量大于进行到W点放出的热量
B.T2 ℃时,在O~t1时间内,v(Y)= mol·L-1·min-1
C.M点时再加入一定量X,平衡后X的转化率减小
D.M点的正反应速率v(正)大于N点的逆反应速率v(逆)
9.汽车尾气中NO产生的反应为N2(g)+O2(g)2NO(g)。一定条件下,等物质的量的N2(g)和O2(g)在恒容密闭容器中反应,图中曲线a表示该反应在温度T时N2的浓度随时间的变化,曲线b表示该反应在某一起始反应条件改变时N2的浓度随时间的变化。下列叙述正确的是(　　)
A.温度T时,该反应的平衡常数K=
B.温度T时,随着反应的进行,混合气体的密度减小
C.曲线b对应改变的条件可能是加入了催化剂
D.若曲线b对应改变的条件是温度,可判断该反应的ΔH>0
10.硫酸是一种重要的基本化工产品,接触法制硫酸生产中的关键工序是SO2的催化氧化:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)　ΔH=-196 kJ·mol-1。
回答下列问题:
(1)如果2 min内SO2的浓度由6 mol·L-1下降为2 mol·L-1,那么,用O2浓度变化来表示的反应速率为　　　　　　　　　　,该反应的平衡常数的表达式为　　　　　　　　　　　。
(2)钒催化剂参与反应的能量变化如图(a1)、图(a2)所示,V2O5(s)与SO2(g)反应生成VOSO4(s)和V2O4(s)的热化学方程式为 　　　　　　　　　　　　。
图(a1)
图(a2)
图(b)
(3)在某容积可变的密闭容器中,通入相同物质的量的SO2(g)、O2(g),在0.5 MPa、2.5 MPa和5.0 MPa压强下,SO2平衡转化率α随温度的变化如图(b)所示。反应在5.0 MPa、550 ℃时的α=　　　　　　　　　　　,判断的依据是　 　　　　　　　　　　　　。
影响α的因素有　　　　　　　　　　　。
C级学科素养拔高练
11.化学兴趣小组进行工业合成氨的模拟研究,反应的化学方程式为N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0。在1 L密闭容器中加入0.1 mol N2和0.3 mol H2,实验①、②、③中c(N2)随时间(t)的变化如图所示。
(1)实验②从初始到平衡的过程中,该反应的平均反应速率v(NH3)=　　　　　　　　　　　;与实验①相比,实验②和实验③所改变的实验条件分别为下列选项中的　　　　　　　　、　　　　　　　　(填字母)。
A.增大压强 B.减小压强
C.升高温度 D.降低温度
E.使用催化剂
(2)丙烷氧化脱氢法制备丙烯的主要反应如下:
C3H8(g)+O2(g)C3H6(g)+H2O(g)　ΔH=-118 kJ·mol-1。
在催化剂作用下,丙烷氧化脱氢除生成丙烯外,还生成CO、CO2等物质。丙烷的转化率和丙烯的产率随温度变化关系如图所示。
①图中丙烷的转化率随温度升高而增大的原因可能是　　　　　　　　　　　。
②575 ℃时,丙烯的选择性为　　　　(丙烯的选择性=×100%)。
③基于本研究结果,能提高丙烯选择性的措施是　　　　　　　　　　　　　。
分层作业13　化学反应速率和化学平衡图像
1.A　解析 由题图可知,反应再次达到平衡时的逆反应速率与原平衡相同,改变的条件一定是加入了一定量的R而增大了R的浓度,由于容器为恒温恒压,故容器容积必然成比例增大,所以在t2时刻反应物的浓度都减小。t1时刻的v(正)大于t2时刻的v(正),A错误;t2时刻改变的条件是向密闭容器中加R,B正确;Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时,两平衡等效,所以M的体积分数相等,C正确;因为温度相同,平衡常数只与温度有关,所以Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时,反应的平衡常数相等,D正确。
2.C　解析 若t1=15 s,反应产物C在t0~t1时间段的平均反应速率v==0.004 mol·L-1·s-1,A正确;由乙图知,t3~t4、t4~t5阶段平衡均未移动,根据题意,则t3~t4阶段为使用催化剂,t4~t5阶段应为降低压强,则该反应为等体积反应,反应前后气体的物质的量不变,B正确;密闭容器中一开始加入0.3 mol A,根据图像知A的起始浓度为0.15 mol·L-1,则容器的容积为=2 L。反应中A的浓度变化为0.15 mol·L-1-0.06 mol·L-1=0.09 mol·L-1,C的浓度变化为0.11 mol·L-1-0.05 mol·L-1=0.06 mol·L-1,反应中A与C的系数之比为0.09∶0.06=3∶2,因该反应中气体的化学式前系数之和前后相等,则有3A(g)B(g)+2C(g),根据反应方程式可知消耗0.09 mol·L-1的A,则生成0.03 mol·L-1的B,容器的容积为2 L,生成B的物质的量为0.03 mol·L-1×2 L=0.06 mol,平衡时B的物质的量为0.05 mol·L-1×2 L=0.1 mol,所以起始时B的物质的量为0.1 mol-0.06 mol=0.04 mol,C错误,D正确。
3.D　解析 由题中左图可知,在相同温度(T1)下,增大压强(p2>p1),C的百分含量增大,说明增大压强平衡向正反应方向移动,则有a+b>x;在相同压强(p2)下,升高温度(T1>T2),C的百分含量降低,说明升高温度平衡逆向移动,该正反应为放热反应。增大压强平衡向正反应方向移动,A的百分含量减小,与图像不符,A错误。增大压强平衡向正反应方向移动,B的百分含量减小,与图像不符,B错误。由于反应容器的容积不变,气体的质量不变,则温度变化,平衡混合气的密度不变,C错误。升高温度,平衡向逆反应方向移动,混合气体的物质的量增多,质量不变,平衡混合气的平均摩尔质量减小;增大压强,平衡向正反应方向移动,平衡混合气的平均摩尔质量增大,与图像符合,D正确。
4.C　解析 由图可知,A、C两点温度相同,C的压强大,则A、C两点的反应速率A5.C　解析 由题给信息知该反应为气体体积增大的吸热反应,从图像可以看出,当压强不变时,由T1到T2,增大,说明n总减小,平衡左移,即平衡向放热反应方向移动,所以由T1到T2为降低温度的过程,即T1>T2,A项错误;由于T1温度较高,升高温度平衡右移,故温度为T1时的平衡常数大于温度为T2时的平衡常数,再结合温度不变平衡常数不变知,则Kb>Ka=Kc,B项错误;温度越高,压强越大,反应速率越大,故vb>va,C项正确;设HF的物质的量为x mol,(HF)2的物质的量为y mol,当=30 g·mol-1时,有=30,解得x=y,即n(HF)∶n[(HF)2]=1∶1,D项错误。
6.答案 (1)K=　(2)4　(3)向正反应方向进行　Qc==9.0×10-4解析 (1)可逆反应N2(g)+O2(g)2NO(g)的平衡常数表达式为K=。
(2)该温度下,向2 L密闭容器中充入N2和O2各2 mol,由三段式分析可知:
N2(g) + O2(g) 2NO(g)
起始量/mol 2 2 0
转化量/mol x x 2x
平衡量/mol 2-x 2-x 2x
平衡时,K==6.4×10-3,解得x≈0.077,故N2的转化率是×100%≈4%。
(3)该温度下,某时刻测得容器内N2、O2、NO的浓度分别为2.5×10-1 mol·L-1、4.0×10-2 mol·L-1和3.0×10-3 mol·L-1,此时浓度商Qc==9.0×10-4(4)由题干信息可知,该反应正反应是一个吸热反应,故升高温度平衡正向移动,K值增大,曲线符合,A符合题意;催化剂不能使平衡发生移动,即平衡时NO的浓度不变,曲线不符合,B不合题意;温度越高反应速率越快,缩短达到平衡所需时间,升高温度平衡正向移动,N2的转化率增大,图像符合,C符合题意。
7.A　解析 升高温度,平衡向逆反应方向移动,SO3含量减小,与图像相符,故A正确;增大压强,正、逆反应速率均增大,与图像不相符,故B错误;催化剂能加快反应速率,但不改变化学平衡,有无催化剂,SO2的转化率相同,与图像不相符,故C错误;反应放热,升高温度,正、逆反应速率都增大,平衡向逆反应方向移动,压强增大,与图像不相符,故D错误。
8.BD　解析 进行到M点X的转化率较低,由于正反应是放热反应,所以反应进行到M点放出的热量少,A项错误;T2 ℃时,在O~t1时间内,X的浓度变化量Δc(X)=(a-b) mol·L-1,则Y的浓度变化量Δc(Y)=Δc(X)= mol·L-1,所以v(Y)= mol·L-1·min-1,B项正确;M点再加入一定量X,达到的新平衡与原平衡比较,压强增大,增大压强平衡向正反应方向移动,则X的转化率增大,C项错误;根据图像可知,温度为T1 ℃时反应首先达到平衡状态,温度高反应速率快,达到平衡所需的时间少,则温度:T1>T2,M点温度高于N点温度,且N点反应没有达到平衡状态,此时反应向正反应方向进行,即N点的逆反应速率小于N点的正反应速率,因此M点的正反应速率大于N点的逆反应速率,D项正确。
9.AD　解析 由化学方程式可写出该反应的平衡常数的表达式K=,起始时N2、O2的浓度均为c0 mol·L-1,故平衡时c(N2)=c(O2)=c1 mol·L-1,又有c(NO)=2(c0-c1) mol·L-1,故反应的平衡常数K=,A项正确;该体系是恒容密闭体系,混合气体的密度ρ=,气体的质量和体系的体积都不变,故密度不变,B项错误;加入催化剂只能改变反应速率,不能改变化学反应限度和反应物的平衡转化率,曲线b相对于曲线a,氮气的平衡转化率增大了,所以不是加入催化剂,C项错误;由图像知曲线b先达平衡,若改变的是温度,则是升温,又因为平衡时氮气的浓度比曲线a低,故升温使平衡正向移动,则正向是吸热反应,即ΔH>0,D项正确。
10.答案 (1)1 mol·L-1·min-1　K=
(2)2V2O5(s)+2SO2(g)2VOSO4(s)+V2O4(s)　ΔH=-351 kJ·mol-1　(3)0.975　该反应气体分子数减少,增大压强,α提高。5.0 MPa>2.5 MPa=p2,所以p1=5.0 MPa　温度、压强和反应物的起始浓度(组成)
解析 (1)由SO2浓度变化可求得:v(SO2)==2 mol·L-1·min-1,v(O2)=v(SO2)=1 mol·L-1·min-1。
(2)由题中信息可知:①2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)　ΔH=-196 kJ·mol-1;②V2O4(s)+2SO3(g)2VOSO4(s)　ΔH1=-399 kJ·mol-1;③V2O4(s)+SO3(g)V2O5(s)+SO2(g)　ΔH2=-24 kJ·mol-1;根据盖斯定律可知,反应2V2O5(s)+2SO2(g)2VOSO4(s)+V2O4(s)可由②-③×2得到,则ΔH=ΔH1-2ΔH2=(-399 kJ·mol-1)-(-24 kJ·mol-1)×2=-351 kJ·mol-1,所以该反应的热化学方程式为:2V2O5(s)+2SO2(g)2VOSO4(s)+V2O4(s)　ΔH=-351 kJ·mol-1。
(3)反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)是一个气体体积减小的放热反应,故增大压强可以使化学平衡向正反应方向移动。因此,在相同温度下,压强越大,SO2的平衡转化率越大,所以该反应在550 ℃、压强为5.0 MPa条件下,SO2的平衡转化率一定高于相同温度下、压强为2.5 MPa的,因此,p1=5.0 MPa,由图中数据可知,α=0.975。影响α的因素就是影响化学平衡移动的因素,主要有反应物(SO2和O2)的浓度、温度、压强等。
11.答案 (1)0.008 mol·L-1·min-1　E　C　(2)①温度升高,反应速率加快(或催化剂的活性增强)　②51.5%　③选择相对较低的温度
解析 (1)根据题图可知,实验②从初始到平衡的过程中,该反应的平均反应速率v(N2)==0.004 mol·L-1·min-1,由v(NH3)∶v(N2)=2∶1,得v(NH3)=2v(N2)=0.008 mol·L-1·min-1;与实验①相比,实验②达到平衡所需要的时间短,反应速率快,而物质的平衡浓度没有变化,说明平衡没有发生移动,则改变的实验条件应是加入催化剂;而实验③达到平衡所需要的时间短,反应速率快,但N2的平衡浓度比实验①高,说明平衡向逆反应方向移动,所以改变的实验条件应是升高温度。
(2)①该反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,C3H8的转化率应该减小,但实际上C3H8的转化率随温度升高而增大,说明所得转化率不是平衡转化率,可能是升高温度,反应速率加快或催化剂的活性增强导致的。
②根据图像,575 ℃时,C3H8的转化率为33%,丙烯的产率为17%,假设参加反应的C3H8为100 mol,则生成的丙烯为17 mol,丙烯的选择性为×100%≈51.5%。
③根据图像,535 ℃时,丙烯的选择性为×100%≈66.7%,550 ℃时,丙烯的选择性为×100%≈61.5%,575 ℃时,丙烯的选择性为51.5%,故选择相对较低的温度能够提高丙烯的选择性。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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