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2025魯科版化學選擇性必修1
分層作業13　化學反應速率和化學平衡圖像
A級必備知識基礎練
題組1.化學反應速率圖像
1.在一恒溫恒壓的密閉容器中發生反應:M(g)+N(g)2R(g)　ΔH<0,t1時刻達到平衡,在t2時刻改變某一條件,其反應過程如圖所示。下列說法錯誤的是(　　)
A.t1時刻的v(正)小于t2時刻的v(正)
B.t2時刻改變的條件是向密閉容器中加R
C.Ⅰ、Ⅱ兩過程達到平衡時,M的體積分數相等
D.Ⅰ、Ⅱ兩過程達到平衡時,反應的平衡常數相等
2.向某密閉容器中加入0.3 mol A、0.1 mol C和一定量的B三種氣體,一定條件下發生反應,各物質濃度隨時間變化如甲圖所示[t0~t1階段的c(B)變化未畫出],乙圖為t2時刻后改變條件平衡體系中正、逆反應速率隨時間變化的情況,四個階段都各改變一種反應條件(濃度、溫度、壓強、催化劑)且互不相同,t3~t4階段為使用催化劑。下列說法中不正確的是 (　　)
A.若t1=15 s,則用C的濃度變化表示的t0~t1段的平均反應速率為0.004 mol·L-1·s-1
B.t4~t5階段改變的條件一定為減小壓強
C.該容器的容積為2 L,B的起始物質的量為0.02 mol
D.該化學反應方程式為3A(g)B(g)+2C(g)
題組2.化學平衡圖像
3.在容積一定的密閉容器中給定物質A、B、C的量,在一定條件下發生反應aA(g)+bB(g)xC(g)并達到平衡,且符合下圖所示的關系(C%表示平衡混合氣中產物C的百分含量,T表示溫度,p表示壓強)。則圖中Y是指(　　)
A.反應物A的百分含量
B.平衡混合氣中物質B的百分含量
C.平衡混合氣的密度
D.平衡混合氣的平均摩爾質量
4.在容積恒定的密閉容器中發生反應N2O4(g)2NO2(g)　ΔH>0,在溫度為T1、T2時,平衡體系中NO2的體積分數隨壓強變化的曲線如圖所示。下列說法正確的是(　　)
A.A、C兩點的反應速率:A>C
B.A、C兩點氣體的顏色:A深,C淺
C.由狀態B到狀態A,可以用加熱的方法
D.A、C兩點氣體的平均相對分子質量:A>C
5.已知(HF)2(g)2HF(g)　ΔH>0,且平衡體系的總質量(m總)與總物質的量(n總)之比在不同溫度下隨壓強的變化曲線如圖所示。下列說法正確的是 (　　)
A.溫度:T1B.平衡常數:Ka=KbC.反應速率:vb>va
D.當=30 g·mol-1時,n(HF)∶n[(HF)2]=2∶1
6.汽車尾氣里含有的NO氣體是由內燃機燃燒時產生的高溫引起氮氣和氧氣反應產生:N2(g)+O2(g)2NO(g)　ΔH>0。已知該反應在2 404 ℃,平衡常數K=6.4×10-3。請回答下列問題。
(1)該反應的平衡常數表達式為　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)該溫度下,向2 L密閉容器中充入N2和O2各2 mol,平衡時,N2的轉化率是　　　　　　　　%(保留整數)。
(3)該溫度下,某時刻測得容器內N2、O2、NO的濃度分別為2.5×10-1 mol·L-1、4.0×10-2 mol·L-1和3.0×10-3 mol·L-1,此時反應　　　　　　　　　　(填“處于化學平衡狀態”“向正反應方向進行”或“向逆反應方向進行”),理由是　 　　　　　　　　　　　　。
(4)將N2、O2的混合氣體充入恒溫恒容密閉容器中,如圖變化趨勢正確的是　　　　　 (填字母)。
B級關鍵能力提升練
以下選擇題中有1~2個選項符合題意。
7.對于可逆反應:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)　ΔH<0,下列各圖像正確的是(　　)
8.在恒容密閉容器中通入X并發生反應:2X(g)Y(g)　ΔH<0,溫度在T1 ℃、T2 ℃下,X的物質的量濃度c(X)隨時間t變化的曲線如圖所示。下列敘述正確的是(　　)
A.該反應進行到M點放出的熱量大于進行到W點放出的熱量
B.T2 ℃時,在O~t1時間內,v(Y)= mol·L-1·min-1
C.M點時再加入一定量X,平衡后X的轉化率減小
D.M點的正反應速率v(正)大于N點的逆反應速率v(逆)
9.汽車尾氣中NO產生的反應為N2(g)+O2(g)2NO(g)。一定條件下,等物質的量的N2(g)和O2(g)在恒容密閉容器中反應,圖中曲線a表示該反應在溫度T時N2的濃度隨時間的變化,曲線b表示該反應在某一起始反應條件改變時N2的濃度隨時間的變化。下列敘述正確的是(　　)
A.溫度T時,該反應的平衡常數K=
B.溫度T時,隨著反應的進行,混合氣體的密度減小
C.曲線b對應改變的條件可能是加入了催化劑
D.若曲線b對應改變的條件是溫度,可判斷該反應的ΔH>0
10.硫酸是一種重要的基本化工產品,接觸法制硫酸生產中的關鍵工序是SO2的催化氧化:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)　ΔH=-196 kJ·mol-1。
回答下列問題:
(1)如果2 min內SO2的濃度由6 mol·L-1下降為2 mol·L-1,那么,用O2濃度變化來表示的反應速率為　　　　　　　　　　,該反應的平衡常數的表達式為　　　　　　　　　　　。
(2)釩催化劑參與反應的能量變化如圖(a1)、圖(a2)所示,V2O5(s)與SO2(g)反應生成VOSO4(s)和V2O4(s)的熱化學方程式為 　　　　　　　　　　　　。
圖(a1)
圖(a2)
圖(b)
(3)在某容積可變的密閉容器中,通入相同物質的量的SO2(g)、O2(g),在0.5 MPa、2.5 MPa和5.0 MPa壓強下,SO2平衡轉化率α隨溫度的變化如圖(b)所示。反應在5.0 MPa、550 ℃時的α=　　　　　　　　　　　,判斷的依據是　 　　　　　　　　　　　　。
影響α的因素有　　　　　　　　　　　。
C級學科素養拔高練
11.化學興趣小組進行工業合成氨的模擬研究,反應的化學方程式為N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0。在1 L密閉容器中加入0.1 mol N2和0.3 mol H2,實驗①、②、③中c(N2)隨時間(t)的變化如圖所示。
(1)實驗②從初始到平衡的過程中,該反應的平均反應速率v(NH3)=　　　　　　　　　　　;與實驗①相比,實驗②和實驗③所改變的實驗條件分別為下列選項中的　　　　　　　　、　　　　　　　　(填字母)。
A.增大壓強 B.減小壓強
C.升高溫度 D.降低溫度
E.使用催化劑
(2)丙烷氧化脫氫法制備丙烯的主要反應如下:
C3H8(g)+O2(g)C3H6(g)+H2O(g)　ΔH=-118 kJ·mol-1。
在催化劑作用下,丙烷氧化脫氫除生成丙烯外,還生成CO、CO2等物質。丙烷的轉化率和丙烯的產率隨溫度變化關系如圖所示。
①圖中丙烷的轉化率隨溫度升高而增大的原因可能是　　　　　　　　　　　。
②575 ℃時,丙烯的選擇性為　　　　(丙烯的選擇性=×100%)。
③基于本研究結果,能提高丙烯選擇性的措施是　　　　　　　　　　　　　。
分層作業13　化學反應速率和化學平衡圖像
1.A　解析 由題圖可知,反應再次達到平衡時的逆反應速率與原平衡相同,改變的條件一定是加入了一定量的R而增大了R的濃度,由于容器為恒溫恒壓,故容器容積必然成比例增大,所以在t2時刻反應物的濃度都減小。t1時刻的v(正)大于t2時刻的v(正),A錯誤;t2時刻改變的條件是向密閉容器中加R,B正確;Ⅰ、Ⅱ兩過程達到平衡時,兩平衡等效,所以M的體積分數相等,C正確;因為溫度相同,平衡常數只與溫度有關,所以Ⅰ、Ⅱ兩過程達到平衡時,反應的平衡常數相等,D正確。
2.C　解析 若t1=15 s,反應產物C在t0~t1時間段的平均反應速率v==0.004 mol·L-1·s-1,A正確;由乙圖知,t3~t4、t4~t5階段平衡均未移動,根據題意,則t3~t4階段為使用催化劑,t4~t5階段應為降低壓強,則該反應為等體積反應,反應前后氣體的物質的量不變,B正確;密閉容器中一開始加入0.3 mol A,根據圖像知A的起始濃度為0.15 mol·L-1,則容器的容積為=2 L。反應中A的濃度變化為0.15 mol·L-1-0.06 mol·L-1=0.09 mol·L-1,C的濃度變化為0.11 mol·L-1-0.05 mol·L-1=0.06 mol·L-1,反應中A與C的系數之比為0.09∶0.06=3∶2,因該反應中氣體的化學式前系數之和前后相等,則有3A(g)B(g)+2C(g),根據反應方程式可知消耗0.09 mol·L-1的A,則生成0.03 mol·L-1的B,容器的容積為2 L,生成B的物質的量為0.03 mol·L-1×2 L=0.06 mol,平衡時B的物質的量為0.05 mol·L-1×2 L=0.1 mol,所以起始時B的物質的量為0.1 mol-0.06 mol=0.04 mol,C錯誤,D正確。
3.D　解析 由題中左圖可知,在相同溫度(T1)下,增大壓強(p2>p1),C的百分含量增大,說明增大壓強平衡向正反應方向移動,則有a+b>x;在相同壓強(p2)下,升高溫度(T1>T2),C的百分含量降低,說明升高溫度平衡逆向移動,該正反應為放熱反應。增大壓強平衡向正反應方向移動,A的百分含量減小,與圖像不符,A錯誤。增大壓強平衡向正反應方向移動,B的百分含量減小,與圖像不符,B錯誤。由于反應容器的容積不變,氣體的質量不變,則溫度變化,平衡混合氣的密度不變,C錯誤。升高溫度,平衡向逆反應方向移動,混合氣體的物質的量增多,質量不變,平衡混合氣的平均摩爾質量減小;增大壓強,平衡向正反應方向移動,平衡混合氣的平均摩爾質量增大,與圖像符合,D正確。
4.C　解析 由圖可知,A、C兩點溫度相同,C的壓強大,則A、C兩點的反應速率A5.C　解析 由題給信息知該反應為氣體體積增大的吸熱反應,從圖像可以看出,當壓強不變時,由T1到T2,增大,說明n總減小,平衡左移,即平衡向放熱反應方向移動,所以由T1到T2為降低溫度的過程,即T1>T2,A項錯誤;由于T1溫度較高,升高溫度平衡右移,故溫度為T1時的平衡常數大于溫度為T2時的平衡常數,再結合溫度不變平衡常數不變知,則Kb>Ka=Kc,B項錯誤;溫度越高,壓強越大,反應速率越大,故vb>va,C項正確;設HF的物質的量為x mol,(HF)2的物質的量為y mol,當=30 g·mol-1時,有=30,解得x=y,即n(HF)∶n[(HF)2]=1∶1,D項錯誤。
6.答案 (1)K=　(2)4　(3)向正反應方向進行　Qc==9.0×10-4解析 (1)可逆反應N2(g)+O2(g)2NO(g)的平衡常數表達式為K=。
(2)該溫度下,向2 L密閉容器中充入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
轉化量/mol x x 2x
平衡量/mol 2-x 2-x 2x
平衡時,K==6.4×10-3,解得x≈0.077,故N2的轉化率是×100%≈4%。
(3)該溫度下,某時刻測得容器內N2、O2、NO的濃度分別為2.5×10-1 mol·L-1、4.0×10-2 mol·L-1和3.0×10-3 mol·L-1,此時濃度商Qc==9.0×10-4(4)由題干信息可知,該反應正反應是一個吸熱反應,故升高溫度平衡正向移動,K值增大,曲線符合,A符合題意;催化劑不能使平衡發生移動,即平衡時NO的濃度不變,曲線不符合,B不合題意;溫度越高反應速率越快,縮短達到平衡所需時間,升高溫度平衡正向移動,N2的轉化率增大,圖像符合,C符合題意。
7.A　解析 升高溫度,平衡向逆反應方向移動,SO3含量減小,與圖像相符,故A正確;增大壓強,正、逆反應速率均增大,與圖像不相符,故B錯誤;催化劑能加快反應速率,但不改變化學平衡,有無催化劑,SO2的轉化率相同,與圖像不相符,故C錯誤;反應放熱,升高溫度,正、逆反應速率都增大,平衡向逆反應方向移動,壓強增大,與圖像不相符,故D錯誤。
8.BD　解析 進行到M點X的轉化率較低,由于正反應是放熱反應,所以反應進行到M點放出的熱量少,A項錯誤;T2 ℃時,在O~t1時間內,X的濃度變化量Δc(X)=(a-b) mol·L-1,則Y的濃度變化量Δc(Y)=Δc(X)= mol·L-1,所以v(Y)= mol·L-1·min-1,B項正確;M點再加入一定量X,達到的新平衡與原平衡比較,壓強增大,增大壓強平衡向正反應方向移動,則X的轉化率增大,C項錯誤;根據圖像可知,溫度為T1 ℃時反應首先達到平衡狀態,溫度高反應速率快,達到平衡所需的時間少,則溫度:T1>T2,M點溫度高于N點溫度,且N點反應沒有達到平衡狀態,此時反應向正反應方向進行,即N點的逆反應速率小于N點的正反應速率,因此M點的正反應速率大于N點的逆反應速率,D項正確。
9.AD　解析 由化學方程式可寫出該反應的平衡常數的表達式K=,起始時N2、O2的濃度均為c0 mol·L-1,故平衡時c(N2)=c(O2)=c1 mol·L-1,又有c(NO)=2(c0-c1) mol·L-1,故反應的平衡常數K=,A項正確;該體系是恒容密閉體系,混合氣體的密度ρ=,氣體的質量和體系的體積都不變,故密度不變,B項錯誤;加入催化劑只能改變反應速率,不能改變化學反應限度和反應物的平衡轉化率,曲線b相對于曲線a,氮氣的平衡轉化率增大了,所以不是加入催化劑,C項錯誤;由圖像知曲線b先達平衡,若改變的是溫度,則是升溫,又因為平衡時氮氣的濃度比曲線a低,故升溫使平衡正向移動,則正向是吸熱反應,即ΔH>0,D項正確。
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　該反應氣體分子數減少,增大壓強,α提高。5.0 MPa>2.5 MPa=p2,所以p1=5.0 MPa　溫度、壓強和反應物的起始濃度(組成)
解析 (1)由SO2濃度變化可求得:v(SO2)==2 mol·L-1·min-1,v(O2)=v(SO2)=1 mol·L-1·min-1。
(2)由題中信息可知: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;根據蓋斯定律可知,反應2V2O5(s)+2SO2(g)2VOSO4(s)+V2O4(s)可由②-③×2得到,則ΔH=ΔH1-2ΔH2=(-399 kJ·mol-1)-(-24 kJ·mol-1)×2=-351 kJ·mol-1,所以該反應的熱化學方程式為:2V2O5(s)+2SO2(g)2VOSO4(s)+V2O4(s)　ΔH=-351 kJ·mol-1。
(3)反應2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)是一個氣體體積減小的放熱反應,故增大壓強可以使化學平衡向正反應方向移動。因此,在相同溫度下,壓強越大,SO2的平衡轉化率越大,所以該反應在550 ℃、壓強為5.0 MPa條件下,SO2的平衡轉化率一定高于相同溫度下、壓強為2.5 MPa的,因此,p1=5.0 MPa,由圖中數據可知,α=0.975。影響α的因素就是影響化學平衡移動的因素,主要有反應物(SO2和O2)的濃度、溫度、壓強等。
11.答案 (1)0.008 mol·L-1·min-1　E　C　(2)①溫度升高,反應速率加快(或催化劑的活性增強)　②51.5%　③選擇相對較低的溫度
解析 (1)根據題圖可知,實驗②從初始到平衡的過程中,該反應的平均反應速率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;與實驗①相比,實驗②達到平衡所需要的時間短,反應速率快,而物質的平衡濃度沒有變化,說明平衡沒有發生移動,則改變的實驗條件應是加入催化劑;而實驗③達到平衡所需要的時間短,反應速率快,但N2的平衡濃度比實驗①高,說明平衡向逆反應方向移動,所以改變的實驗條件應是升高溫度。
(2)①該反應為放熱反應,升高溫度,平衡逆向移動,C3H8的轉化率應該減小,但實際上C3H8的轉化率隨溫度升高而增大,說明所得轉化率不是平衡轉化率,可能是升高溫度,反應速率加快或催化劑的活性增強導致的。
②根據圖像,575 ℃時,C3H8的轉化率為33%,丙烯的產率為17%,假設參加反應的C3H8為100 mol,則生成的丙烯為17 mol,丙烯的選擇性為×100%≈51.5%。
③根據圖像,535 ℃時,丙烯的選擇性為×100%≈66.7%,550 ℃時,丙烯的選擇性為×100%≈61.5%,575 ℃時,丙烯的選擇性為51.5%,故選擇相對較低的溫度能夠提高丙烯的選擇性。
21世紀教育網 www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 （共 2 頁）
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