資源簡介

提升課時3　化學反應速率與限度的基本圖像
學習目標　1.關注化學反應速率與限度的基本圖像特征,能認識數據、圖形之間的關系。2.能運用圖像、數據之間的關系進行比較與分析,解決問題。
化學反應速率和平衡的圖像分析
CO2的資源化利用能有效減少CO2排放,充分利用碳資源,助力碳中和。在體積為1 L的恒溫密閉容器中,充入1 mol CO2和3 mol H2,一定條件下反應:CO2(g)+3H2(g)===CH3OH(g)+H2O(g),測得CO2和CH3OH(g)的濃度隨時間變化如圖所示。
【問題討論】
問題1　 從3 min到9 min,v(CO2)=　　　　 mol·L-1·min-1(計算保留3位小數)。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
問題2　能說明能判斷上述反應達到平衡狀態的標志是什么 (列舉三點即可)。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
問題3　請計算平衡時CO2的轉化率是多少 你能比較第3分鐘時v正(CH3OH)和第9分鐘時v逆(CH3OH)的大小嗎 說明理由。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【探究歸納】
化學反應速率和化學平衡圖表圖像題是化學試題中的一類特殊題型,其特點為圖表圖像是題目的主要組成部分,把所要考査的化學知識賦于圖表或曲線上,具有簡明、直觀、形象的特點。該類試題分析方法如下:
1.關注圖像中的“點、線、面”
(1)關注“面”——明確研究對象
理解圖像中橫、縱坐標所表示的含義及曲線所表示的是哪些量之間的關系。弄清楚是物質的量、反應速率還是濃度隨時間的變化。
(2)關注“線”
①弄清曲線的走向和變化趨勢,是增大還是減小,確定反應物和生成物,濃度減小的是反應物,濃度增大的是生成物。
②分清突變和漸變;理解曲線“平”與“陡”即斜率大小的意義。
(3)關注“點”
解題時要特別關注曲線上點的含義,特別是特殊點,如坐標軸的交點、幾條曲線的交叉點、極值點、轉折點、最低點等。深刻理解這些特殊點的意義。
2.算數據
根據表格中的數據或圖像中的數據,先確定一些比較容易計算的數據,以完善圖表圖像信息。
3.聯系規律
如各物質的轉化量之比與化學計量數之比的關系,各物質的化學反應速率之比與化學計量數之比的關系,外界條件的改變對化學反應速率的影響規律以及反應達到平衡時,外界條件的改變對正、逆反應速率的影響規律等。
4.正確判斷
根據題干和題目要求,結合圖像信息,通過對比分析,正確利用相關規律做出正確的判斷。
　　　　　　　　　　　　　　　　
1.一定條件下,0.3 mol X(g)與0.3 mol Y(g)在體積為1 L的密閉容器中發生反應:X(g)+3Y(g)2Z(g),下列示意圖合理的是 (　　)
2.向一密閉容器中放入1 mol X,進行可逆反應2X(g)3Y(g),反應過程中的反應速率(v)與時間(t)的關系曲線如圖所示,下列敘述正確的是 (　　)
A.t1時,只有正反應
B.t2~t3時,反應不再發生
C.t2時,容器內有1.5 mol Y
D.t2~t3時,X、Y的物質的量均沒有發生變化
3.一定溫度,向容積固定的密閉容器中通入一定量的N2(g)和H2(g),進行合成氨反應N2(g)+3H2(g)2NH3(g),反應過程中部分物質的物質的量n隨時間t變化如圖所示。
下列說法正確的是 (　　)
A.Y表示的物質是H2(g)
B.t1時刻,2v(H2)>3v(NH3)
C.t2時刻,Y的轉化率為33.3%
D.a、b兩點的正反應速率:a>b
:課后完成　第六章　提升課時3
階段重點突破練(四)提升課時3　化學反應速率與限度的基本圖像
學習目標　1.關注化學反應速率與限度的基本圖像特征,能認識數據、圖形之間的關系。2.能運用圖像、數據之間的關系進行比較與分析,解決問題。
化學反應速率和平衡的圖像分析
CO2的資源化利用能有效減少CO2排放,充分利用碳資源,助力碳中和。在體積為1 L的恒溫密閉容器中,充入1 mol CO2和3 mol H2,一定條件下反應:CO2(g)+3H2(g)===CH3OH(g)+H2O(g),測得CO2和CH3OH(g)的濃度隨時間變化如圖所示。
【問題討論】
問題1　 從3 min到9 min,v(CO2)=　　　　 mol·L-1·min-1(計算保留3位小數)。
提示　由圖示可知,從3 min到9 min,二氧化碳的濃度變化量為0.50 mol·L-1-0.25 mol·L-1=0.25 mol·L-1,則v(CO2)=≈0.042 mol·L-1·min-1。
問題2　能說明能判斷上述反應達到平衡狀態的標志是什么 (列舉三點即可)。
提示　單位時間內生成和消耗的CO2的濃度相等;該反應為反應前后氣體分子數改變的反應,當混合氣體的壓強不隨時間的變化而變化,說明反應達到平衡狀態;單位時間內生成3 mol H2,同時生成1 mol CH3OH,正逆反應速率相等,說明反應達到平衡狀態;依據質量守恒定律,混合氣體質量一直不變,而反應為反應前后氣體分子數改變的反應,只有當反應達到平衡時,混合氣體的物質的量才不變,因此當混合氣體的平均相對分子質量不隨時間的變化而變化,說明反應達到平衡狀態。
問題3　請計算平衡時CO2的轉化率是多少 你能比較第3分鐘時v正(CH3OH)和第9分鐘時v逆(CH3OH)的大小嗎 說明理由。
提示　由圖示可知,平衡時二氧化碳的濃度為0.25 mol/L,則二氧化碳的濃度變化量為1 mol/L-0.25 mol/L=0.75 mol/L,轉化率為×100%=75%。第3分鐘時v正(CH3OH)>第9分鐘時v逆(CH3OH)。由圖示可知,第3分鐘時,反應沒有達到平衡狀態,且反應正向進行,正反應速率逐漸減小,第9分鐘時反應達到平衡狀態,v逆(CH3OH)=v正(CH3OH),則第3分鐘時v正(CH3OH)>第9分鐘時v逆(CH3OH)。
【探究歸納】
化學反應速率和化學平衡圖表圖像題是化學試題中的一類特殊題型,其特點為圖表圖像是題目的主要組成部分,把所要考査的化學知識賦于圖表或曲線上,具有簡明、直觀、形象的特點。該類試題分析方法如下:
1.關注圖像中的“點、線、面”
(1)關注“面”——明確研究對象
理解圖像中橫、縱坐標所表示的含義及曲線所表示的是哪些量之間的關系。弄清楚是物質的量、反應速率還是濃度隨時間的變化。
(2)關注“線”
①弄清曲線的走向和變化趨勢,是增大還是減小,確定反應物和生成物,濃度減小的是反應物,濃度增大的是生成物。
②分清突變和漸變;理解曲線“平”與“陡”即斜率大小的意義。
(3)關注“點”
解題時要特別關注曲線上點的含義,特別是特殊點,如坐標軸的交點、幾條曲線的交叉點、極值點、轉折點、最低點等。深刻理解這些特殊點的意義。
2.算數據
根據表格中的數據或圖像中的數據,先確定一些比較容易計算的數據,以完善圖表圖像信息。
3.聯系規律
如各物質的轉化量之比與化學計量數之比的關系,各物質的化學反應速率之比與化學計量數之比的關系,外界條件的改變對化學反應速率的影響規律以及反應達到平衡時,外界條件的改變對正、逆反應速率的影響規律等。
4.正確判斷
根據題干和題目要求,結合圖像信息,通過對比分析,正確利用相關規律做出正確的判斷。
1.一定條件下,0.3 mol X(g)與0.3 mol Y(g)在體積為1 L的密閉容器中發生反應:X(g)+3Y(g)2Z(g),下列示意圖合理的是 (　　)
答案　D
解析　A項轉化0.1 mol時,Y全部轉化是不可能的;B項平衡時X與Z的反應速率不相等;C項減少的Y與增加的Z不相等;D項X的體積分數保持50%不變,而Z的體積分數增大。
2.向一密閉容器中放入1 mol X,進行可逆反應2X(g)3Y(g),反應過程中的反應速率(v)與時間(t)的關系曲線如圖所示,下列敘述正確的是 (　　)
A.t1時,只有正反應
B.t2~t3時,反應不再發生
C.t2時,容器內有1.5 mol Y
D.t2~t3時,X、Y的物質的量均沒有發生變化
答案　D
解析　t1時,v正>v逆>0,正、逆反應都在發生,A項錯誤;t2~t3時,v正=v逆>0,反應并未停止,B項錯誤;該反應為可逆反應,1 mol X不能完全反應,所以當反應達到平衡時,容器內Y的物質的量小于1.5 mol,C項錯誤;t2~t3時為化學平衡狀態,X、Y的物質的量均不發生變化,D項正確。
3.一定溫度,向容積固定的密閉容器中通入一定量的N2(g)和H2(g),進行合成氨反應N2(g)+3H2(g)2NH3(g),反應過程中部分物質的物質的量n隨時間t變化如圖所示。
下列說法正確的是 (　　)
A.Y表示的物質是H2(g)
B.t1時刻,2v(H2)>3v(NH3)
C.t2時刻,Y的轉化率為33.3%
D.a、b兩點的正反應速率:a>b
答案　D
解析　反應物逐漸減少,生成物逐漸增加,曲線變化說明X代表NH3,各物質的變化量之比等于化學計量數之比,從圖中可知,達到平衡時,X增加了1 mol,Y減少了0.5 mol,二者比值為2∶1,則說明Y代表N2。A項,據分析,Y表示的物質是N2;B項,由方程式可知,t1時刻2v(H2)=3v(NH3);C項,t2時刻,該反應達到平衡,Y從1 mol降低到0.5 mol,則其轉化率為50%;D項,隨著反應物濃度的減少,正反應速率下降,則a、b兩點的正反應速率:a>b。
　　　　　　　　　　　　　　　　
A級　合格過關練
選擇題只有1個選項符合題意
(一)化學反應速率的基本圖像
1.反應2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)經a min后SO3的濃度變化情況如圖所示,在0~a min內用O2表示的平均反應速率為0.04 mol·L-1·min-1,則a等于 (　　)
A.0.1 B.2.5 C.5 D.10
答案　 C
解析　由題圖可知,0~a min內Δc(SO3)=0.4 mol·L-1,則有v(SO3)= mol·L-1·min-1。根據反應速率與化學計量數的關系可得,v(O2)=v(SO3)= mol·L-1·min-1,又知“0~a min內用O2表示的平均反應速率為0.04 mol·L-1·min-1”,則有 mol·L-1·min-1=0.04 mol·L-1·min-1,解得a=5,C項正確。
2.把鎂條投入盛有鹽酸的敞口容器里,產生氫氣的速率變化如圖所示。下列影響反應的因素有 (　　)
①鹽酸的濃度　②鎂條的表面積　③溶液的溫度
④Cl-的濃度
A.①④ B.③④
C.①②③ D.②③④
答案　C
解析　鎂條和鹽酸反應產生H2的離子方程式為Mg+2H+===Mg2++H2↑,是鎂與H+間的置換反應,與Cl-無關;在鎂條的表面有一層氧化膜,當將鎂條投入鹽酸中時,隨著氧化膜的不斷溶解,鎂與鹽酸接觸面積不斷增大,產生H2的速率會加快;溶液的溫度對該反應也有影響,反應放出熱量,使溫度升高,反應速率也會加快;隨著反應的進行,c(H+)不斷減小,反應速率會逐漸減慢。
3.將等質量的兩份鋅粒a、b分別加入過量的稀硫酸中,同時向a中加少許膽礬晶體,下列各圖表示產生氫氣的體積V(L)與時間t(min)的關系正確的是 (　　)
答案　A
解析　將等質量的兩份鋅粒a、b分別加入過量的稀硫酸中,同時向a中加少許膽礬晶體,鋅粒會先與硫酸銅發生置換反應生成銅,鋅、銅與稀硫酸會形成原電池,反應速率會加快,所以a中生成氫氣的速率比b中的快,但a中已經有一部分鋅與銅離子反應,所以產生的氫氣會比b中的少,A正確。
4.研究反應2XY+3Z的速率影響因素,在不同條件下進行4組實驗,Y、Z起始濃度為0,反應物X的濃度(mol/L)隨反應時間(min)的變化情況如圖所示。下列說法不正確的是 (　　)
A.比較實驗①②得出:增大反應物濃度,化學反應速率加快
B.比較實驗②④得出:升高溫度,化學反應速率加快
C.若實驗②③只有一個條件不同,則實驗③使用了催化劑
D.在0~10 min之間,實驗④的平均速率v(Y)=0.06 mol/(L·min)
答案　D
解析　A項,①②溫度相同,但濃度不同,①濃度較大,可得出增大反應物濃度,化學反應速率加快;B項,實驗②④起始濃度相同,但溫度不同,④反應速率較大,可得出升高溫度,化學反應速率加快;C項,②③溫度、濃度相同,③反應速率較大,應為加入催化劑;D項,在0~10 min之間,實驗④X的濃度變化為0.60 mol/L,則v(Y)=v(X)==0.03 mol/(L·min)。
(二)化學平衡的基本圖像
5.在一定條件下,向某密閉容器中投入一定量的氮氣和氫氣,發生反應N2(g)+3H2(g)2NH3(g)。下列關于從反應開始至達到化學平衡的過程中正、逆反應速率變化情況的圖中,正確的是 (　　)
答案　D
解析　向某密閉容器中投入一定量的氮氣和氫氣,此時反應物的濃度最大,正反應速率最大,逆反應速率為0,隨著反應進行,反應物濃度減小,生成物濃度增大,即正反應速率減小,逆反應速率增大,最終達到化學平衡狀態,即正反應速率等于逆反應速率,故符合此規律的圖為D。
6.一定條件下,將3 mol X和1 mol Y混合于2 L恒容的密閉容器中,發生反應:3X(g)+Y(g)Z(s)+2W(g)。2 min末該反應達到平衡,生成W的物質的量隨時間的變化情況如圖所示。下列判斷正確的是 (　　)
A.當混合氣體的密度不再改變時,該反應達到平衡狀態
B.2 min后,升溫會使正反應速率增大,逆反應速率減小
C.從1 min到2 min過程中,氣體的壓強沒有變化
D.反應過程中X和Y的轉化率之比為3∶1
答案　A
解析　A項,Z為固體,反應前后氣體的密度是變量,因此當混合氣體的密度不再改變時,該反應一定達到平衡狀態;B項,升溫正、逆反應速率都增大;C項,從1 min到2 min過程中,生成固體Z,且化學計量數減小,氣體壓強會減小;D項,將3 mol X和1 mol Y兩種氣體混合于固定容積為2 L的密閉容器中,A和B是按照化學計量數之比3∶1通入的,所以反應過程中X和Y的轉化率之比為1∶1。
7.常溫下,將6 mol CO2和8 mol H2充入體積為2 L的恒容密閉容器中發生反應:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),H2的物質的量與時間的關系如圖所示。下列有關敘述正確的是 (　　)
A.1~3 min內,H2的平均反應速率為0.5 mol·L-1·min-1
B.8~10 min內,H2的物質的量不變,反應已停止
C.0~8 min內,生成CH3OH的質量為64 g
D.c點時反應達到平衡狀態,此時3v正(H2)=v逆(CH3OH)
答案　C
解析　A項,1~3 min內,H2的平均反應速率為=0.75 mol·L-1·min-1;B項,8~10 min內,H2的物質的量不變,說明反應達到動態平衡,v正=v逆≠0;C項,氫氣和甲醇的化學計量數比為H2∶CH3OH=3∶1,0~8 min內,消耗氫氣的物質的量為6 mol,則生成甲醇的物質的量是2 mol,轉化為質量為m=2 mol×32 g·mol-1=64 g;D項,c點時反應達到平衡狀態,v正=v逆≠0,且各物質化學反應速率之比等于化學計量數之比,此時v正(H2)=3v逆(CH3OH)。
8.汽車尾氣中產生NO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)在恒容密閉容器中發生上述反應,下圖曲線a表示該反應在溫度T下N2的濃度隨時間的變化,曲線b表示該反應在只改變某一個起始反應條件時(不改變容器體積)N2的濃度隨時間的變化。下列敘述正確的是 (　　)
A.溫度T下,隨著反應的進行,混合氣體的密度減小
B.溫度T下,0~t2內N2的平均反應速率v(N2)=mol·L-1·s-1
C.溫度T下,N2(g)和O2(g)的體積分數相等,表明該反應已達到平衡
D.曲線b對應的條件改變可能是降低溫度
答案　B
解析　反應前后氣體總質量不變,容器容積不變,故混合氣體密度不變,A錯誤;由圖知,N2的起始濃度為c0mol/L,t2時的濃度為c1,由v(N2)=mol·L-1·s-1,B正確;由于,N2(g)和O2(g)都是反應物氣體,而且二者的起始物質的量相等,反應的物質的量也相等,故剩余的物質的量也相等,因此體積分數也相等,體積分數不是變量,不能用來判斷平衡,C錯誤;由圖知,b的反應速率是大于a的,降低溫度,反應速率減慢,故b不是降低溫度,D錯誤。
9.(2023·保定高一檢測)向某容積一定的密閉絕熱容器中充入2 mol NO和1 mol O2,一定條件下發生反應:2NO(g)+O2(g)2NO2(g),其反應速率與反應時間關系如圖所示,下列選項表明反應達到平衡狀態的是 (　　)
A.NO、O2物質的量之比為2∶1
B.M、N、P、Q四點中,N點時反應已達到平衡狀態
C.混合氣體的總質量不再變化
D.單位時間內生成2a mol NO2的同時,生成a mol O2
答案　D
解析　NO、O2物質的量之比始終為2∶1,不能說明達到平衡狀態,故A不符合題意;M、N、P、Q四點中,N點時反應速率最大,但隨著時間的推移,速率仍在變化,并未達到平衡狀態,故B不符合題意;該反應進行前后,混合氣體的總質量始終不變,不能說明達到平衡狀態,故C不符合題意;單位時間內生成2a mol NO2,反應正向進行,同時又生成a mol O2,反應逆向進行,兩個不同方向,速率之比等于化學計量數之比,說明達到平衡狀態,故D符合題意。
10.在2 L密閉容器內,800 ℃時反應2NO(g)+O2(g)2NO2(g)體系中,n(NO)隨時間的變化如表:
時間/s 0 1 2 3 4 5
n(NO)/mol 0.020 0.010 0.008 0.007 0.007 0.007
(1)上述反應　　　　　　(填“是”或“不是”)可逆反應,在第5 s時,NO的轉化率為　　　　　　。
(2)如圖中表示NO2變化曲線的是　　　　　　。用O2表示從0~2 s內該反應的平均速率v=　　　　　　　　　　　　。
(3)能說明該反應已達到平衡狀態的是　　　　　　　　　　　　。
a.v(NO2)=2v(O2)
b.容器內壓強保持不變
c.v逆(NO)=2v正(O2)
d.容器內密度保持不變
答案　 (1)是　65%　(2)b　1.5×10-3 mol·L-1·s-1　(3)bc
解析　 (1)由表格中數據可知反應進行至3 s時,NO的物質的量保持不變,可說明該反應為可逆反應。反應至5 s時,消耗n(NO)=0.020 mol-0.007 mol=0.013 mol,即NO的轉化率=×100%=65%。(2)隨著反應不斷進行,c(NO2)逐漸增大,達到平衡時消耗0.013 mol NO,即c(NO2)最大值為0.013 mol÷2 L=0.006 5 mol·L-1,即曲線b可表示NO2濃度變化。0~2 s內反應中消耗0.020 mol-0.008 mol=0.012 mol NO,則消耗0.006 mol O2,v(O2)==1.5×10-3 mol·L-1·s-1。(3)未指明反應進行的方向,無法判斷是否達到平衡,a錯誤;反應前后體積不同,當壓強保持不變時,達到平衡狀態,b正確;NO和O2的速率符合化學計量數關系且方向不同,達到平衡狀態,c正確;容器內密度始終保持不變,不能判斷是否達到平衡狀態,d錯誤。
B級　素養培優練
11.一定溫度下,向某恒容密閉容器中通入5 mol O2、6 mol SO2,經t1 s建立了平衡體系:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),此時測得氧氣的轉化率為30%,下列圖像能正確表示氣體的物質的量(n)與反應時間(t)的關系的是 (　　)
答案　B
解析　當氧氣轉化率為30%時,消耗了氧氣5 mol×30%=1.5 mol,根據2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)方程式可知,消耗SO2 3 mol,同時生成了3 mol SO3,SO2剩余6 mol-3 mol=3 mol,O2剩余5 mol-1.5 mol=3.5 mol。
12.某溫度下,在2 L容器中發生A、B兩種氣體間的轉化反應,A、B物質的量隨時間變化的曲線如圖所示,M點的坐標為(7,0.24)。下列說法正確的是 (　　)
A.4 min時,該反應的v正=v逆
B.A的平衡轉化率為25%
C.該反應化學方程式為2AB
D.前7 min內,B的平均反應速率為0.04 mol·L-1·min-1
答案　C
解析　A項,4 min后A依然在減少,B在增加,說明4 min時,該反應未達平衡狀態,而在7 min時達到平衡即v正=v逆;B項,根據M點的坐標為(7,0.24),則A改變了0.56 mol,則A的平衡轉化率為×100%=70%;C項,根據N點分析,兩者物質的量的變化量分別為0.4 mol、0.2 mol,根據物質的量的變化量之比等于計量系數之比,又由于在第7 min達到平衡,因此該反應化學方程式為2AB;D項,前7 min內,A的物質的量的變化量為0.56 mol,則B的物質的量的變化量為0.28 mol,因此B的平均反應速率為v(B)==0.02 mol·L-1·min-1。
13.一定條件下向某密閉容器中加入足量鐵粉并充入一定量的CO2氣體,發生反應:Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g)。反應過程中CO2氣體和CO氣體的濃度與時間的關系如圖所示。下列說法中正確的是 (　　)
A.t1時,v正=v逆
B.t2時,反應達到限度
C.降低溫度,v正增大,v逆減小
D.t2時,CO2的轉化率為33.3%
答案　B
解析　A項,從圖中看出,t1時刻CO和CO2的濃度相等,還未達到平衡,當平衡時滿足v正=v逆;B項,t2時氣體濃度不再發生變化,反應達到平衡,達到反應限度;C項,降低溫度,正逆反應速率均減小;D項,t2時,CO2的濃度變化量為0.4 mol/L,起始濃度為0.6 mol/L,故轉化率為66.7%。
14.向絕熱恒容密閉容器中通入SO2和NO2,一定條件下使反應SO2(g)+NO2(g)SO3(g)+NO(g)達到平衡,正反應速率隨時間變化的示意圖如圖所示。下列敘述正確的是 (　　)
A.反應在c點達到平衡狀態
B.反應物濃度:a點小于b點
C.反應物的總能量低于生成物的總能量
D.Δt1=Δt2時,SO2的轉化率:a~b段小于b~c段
答案　D
解析　A項,v-t圖像中,時間(t)為橫坐標,曲線變為水平的瞬間反應達到平衡,c點只是曲線拐點,所以選項描述錯誤;B項,圖像中只能分析出va15.一定溫度下,在2 L的密閉容器中,X、Y、Z三種氣體的物質的量隨時間變化的曲線如圖所示。下列描述正確的是 (　　)
A.t min時該反應達到化學平衡狀態
B.反應開始到10 min,用X表示的反應速率為0.079 mol·
C.反應開始到10 min時,Y的轉化率為79%
D.反應的化學方程式為X(g)+2Y(g)3Z(g)
答案　C
解析　到10 min時該反應達到化學平衡狀態,A錯誤;反應進行到10 min時,X、Y均減少了0.79 mol,Z增加了1.58 mol,用X表示的反應速率為=0.039 5 mol·L-1·min-1,反應的化學方程式為X(g)+Y(g)2Z(g),B、D錯誤;反應開始到10 min時Y的轉化率為×100%=79%,C正確。
16.一定溫度下,在2 L的密閉容器中,M、N兩種氣體的物質的量隨時間變化的曲線如圖所示:
(1)反應的化學方程式為　　　　　　　　　　　　。
(2)反應達到最大限度的時間是　　　　　　 min,該時間內的平均反應速率v(M)=　　　　　　,N的轉化率為　　　　　　。
(3)判斷該反應達到平衡狀態的依據是　　　　(填序號)。
A.該條件下,正、逆反應速率都為零
B.該條件下,混合氣體的密度不再發生變化
C.該條件下,混合氣體的壓強不再發生變化
D.該條件下,單位時間內消耗2 mol N的同時,消耗1 mol M
(4)能加快反應速率的措施是　　　　(填序號)。
A.升高溫度
B.容器容積不變,充入惰性氣體Ar
C.容器壓強不變,充入惰性氣體Ar
D.使用催化劑
答案　(1)2NM　(2)6
0.25 mol/(L·min)　75%　(3)CD　(4)AD
解析　(1)反應進行到6 min時,N減少8 mol-2 mol=6 mol,M增加5 mol-2 mol=3 mol,因此反應的化學方程式為2NM;(2)根據題圖可知反應進行到6 min時物質的物質的量不再發生變化,因此反應達到最大限度的時間是6 min,該時間內的平均反應速率v(M)==0.25 mol/(L·min),N的轉化率為×100%=75%;(3)達到平衡狀態時正、逆反應速率相等,但不能為零,A錯誤;在反應過程中質量和容積始終是不變的,因此在該條件下,混合氣體的密度不再發生變化不能說明反應達到平衡狀態,B錯誤;正反應氣體體積減小,則該條件下,混合氣體的壓強不再發生變化能說明反應達到平衡狀態,C正確;該條件下,單位時間內消耗2 mol N表示正反應速率,消耗1 mol M,表示逆反應速率,速率之比為化學計量數之比,說明反應達到平衡狀態,D正確。(4)A項,升高溫度反應速率加快;B項,容器容積不變,充入惰性氣體 Ar,反應物濃度不變,反應速率不變;C項,容器壓強不變,充入惰性氣體Ar容器容積增大,反應物濃度減小,反應速率減小;D項,使用正催化劑,反應速率加快。
17.(1)一定溫度下,在密閉容器內進行某化學反應,氣體X、Y的物質的量隨反應時間變化的曲線如圖所示。
①寫出該反應的化學方程式: 　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
②在t1和t2時正反應速率分別為v1和v2,則二者大小關系為v1　　　　v2(填“>”“<”或“=”)。
③在t1、t2和t3三個時刻中,反應程度最大的是　　　　(填“t1”“t2”或“t3”)。
(2)一定溫度下,將一定量的N2和H2充入固定容積的密閉容器中進行反應:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)。
①下列描述能說明該可逆反應達到化學平衡狀態的有　　　　(填字母)。
A.容器內的壓強不變
B.容器內氣體的密度不變
C.相同時間內有3 mol H—H鍵斷裂,有6 mol N—H鍵形成
D.c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)=1∶3∶2
E.NH3的質量分數不再改變
②若起始時向容器中充入10 mol·L-1的N2和15 mol·L-1的H2,10 min時測得容器內NH3的濃度為1.5 mol·L-1。10 min內用N2表示的反應速率為　　　　　　　　　　;此時H2的轉化率為　　　　　　。
答案　(1)①3Y(g)2X(g)　②>　③t3
(2)①AE　②0.075 mol·L-1·min-1　15%
解析　(1)①隨著時間變化,Y的物質的量減少、X的物質的量增加,即Y為反應物、X為生成物,依據物質的量變化量之比等于化學計量數之比,可得化學方程式為3Y(g)2X(g)。②隨著反應的進行,反應物的濃度降低,正反應速率減慢,即v1>v2。③反應正向進行,t3時刻達到化學平衡,即t3時刻反應程度最大。(2)①反應前后氣體計量數之和不相等,密閉容器容積固定,未平衡時隨反應進行,氣體總物質的量變化導致壓強變化,因此容器內的壓強不變時,說明反應達到平衡,故A正確;各組分都是氣體,氣體總質量始終保持不變,容器為恒容狀態,密度保持恒定,因此密度不變不能說明反應達到平衡狀態,故B錯誤;H—H鍵斷裂和N—H鍵形成都說明反應向正反應方向進行,因此不能說明反應達到平衡,故C錯誤;開始時通入的氣體量未知,因此已知物質的量濃度之比,不能判斷是否達到平衡,故D錯誤;根據化學平衡狀態的定義,NH3的質量分數不變,說明反應達到平衡,故E正確。②根據化學反應速率的計算公式得:v(NH3)==0.15 mol·L-1·min-1,化學反應速率之比等于化學計量數之比,即v(N2)==0.075 mol·L-1·min-1,消耗H2的物質的量濃度為×1.5 mol·L-1=2.25 mol·L-1,H2的轉化率為×100%=15%。
18.向某容積固定的密閉容器中加入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,各物質的濃度隨時間的變化如圖所示。已知在反應過程中混合氣體的平均相對分子質量沒有變化。請回答下列問題:
(1)密閉容器的容積是　　　　　　 L。
(2)若t1=15時,則0~t1 s內以C物質濃度變化表示的反應速率v(C)=　　　　　　。
(3)寫出能反映該反應達到化學平衡狀態的兩個依據:　　　　　　、　　　　　　。
(4)t2 s時,C在平衡混合氣中的物質的量分數為　　　　　　。
(5)B的起始的物質的量是　　　　　　。
答案　(1)2　(2)0.004 mol·　(3)v正(A)=3v逆(B)　物質C的物質的量保持不變(其他合理答案均可)　(4)50%　(5)0.04 mol
解析　(1)開始時加入0.3 mol A,圖中開始時c(A)=0.15 mol·L-1,則容器的容積為v==2 L。(2)由圖可知,0~t1 s內Δc(C)=0.06 mol·L-1,若t1=15時,則有v(C)==0.004 mol·L-1·s-1。(5)根據題意可知反應的化學方程式為3A(g)B(g)+2C(g)。0~t1 s內Δc(C)=0.06 mol·L-1,則Δc(B)=0.03 mol·L-1,故起始時B的物質的量為(0.05mol·L-1-0.03 mol·L-1)×2 L=0.04 mol。(共57張PPT)
第二節　化學反應的速率與限度
提升課時 　化學反應速率與限度的基本圖像
3
第六章
化學反應與能量
1.關注化學反應速率與限度的基本圖像特征,能認識數據、圖形之間的關系。2.能運用圖像、數據之間的關系進行比較與分析,解決問題。
學習目標
化學反應速率和平衡的圖像分析
目
錄
CONTENTS
課后鞏固訓練
化學反應速率和平衡的圖像分析
對點訓練
CO2的資源化利用能有效減少CO2排放,充分利用碳資源,助力碳中和。在體積為1 L的恒溫密閉容器中,充入1 mol CO2和3 mol H2,一定條件下反應:CO2(g)+3H2(g) ===CH3OH(g)+H2O(g),測得CO2和CH3OH(g)的濃度隨時間變化如圖所示。
【問題討論】
問題1　 從3 min到9 min,v(CO2)=　　　　 mol·L-1·min-1(計算保留3位小數)。
提示　由圖示可知,從3 min到9 min,二氧化碳的濃度變化量為0.50 mol·L-1-0.25 mol·L-1=0.25 mol·L-1,則v(CO2)=≈0.042 mol·L-1·min-1。
問題2　能說明能判斷上述反應達到平衡狀態的標志是什么 (列舉三點即可)。
提示　單位時間內生成和消耗的CO2的濃度相等;該反應為反應前后氣體分子數改變的反應,當混合氣體的壓強不隨時間的變化而變化,說明反應達到平衡狀態;單位時間內生成3 mol H2,同時生成1 mol CH3OH,正逆反應速率相等,說明反應達到平衡狀態;依據質量守恒定律,混合氣體質量一直不變,而反應為反應前后氣體分子數改變的反應,只有當反應達到平衡時,混合氣體的物質的量才不變,因此當混合氣體的平均相對分子質量不隨時間的變化而變化,說明反應達到平衡狀態。
問題3　請計算平衡時CO2的轉化率是多少 你能比較第3分鐘時v正(CH3OH)和第9分鐘時v逆(CH3OH)的大小嗎 說明理由。
提示　由圖示可知,平衡時二氧化碳的濃度為0.25 mol/L,則二氧化碳的濃度變化量為1 mol/L-0.25 mol/L=0.75 mol/L,轉化率為×100%=75%。第3分鐘時v正(CH3OH)>第9分鐘時v逆(CH3OH)。由圖示可知,第3分鐘時,反應沒有達到平衡狀態,且反應正向進行,正反應速率逐漸減小,第9分鐘時反應達到平衡狀態,v逆(CH3OH)=v正(CH3OH),則第3分鐘時v正(CH3OH)>第9分鐘時v逆(CH3OH)。
【探究歸納】
化學反應速率和化學平衡圖表圖像題是化學試題中的一類特殊題型,其特點為圖表圖像是題目的主要組成部分,把所要考査的化學知識賦于圖表或曲線上,具有簡明、直觀、形象的特點。該類試題分析方法如下:
1.關注圖像中的“點、線、面”
(1)關注“面”——明確研究對象
理解圖像中橫、縱坐標所表示的含義及曲線所表示的是哪些量之間的關系。弄清楚是物質的量、反應速率還是濃度隨時間的變化。
(2)關注“線”
①弄清曲線的走向和變化趨勢,是增大還是減小,確定反應物和生成物,濃度減小的是反應物,濃度增大的是生成物。
②分清突變和漸變;理解曲線“平”與“陡”即斜率大小的意義。
(3)關注“點”
解題時要特別關注曲線上點的含義,特別是特殊點,如坐標軸的交點、幾條曲線的交叉點、極值點、轉折點、最低點等。深刻理解這些特殊點的意義。
2.算數據
根據表格中的數據或圖像中的數據,先確定一些比較容易計算的數據,以完善圖表圖像信息。
3.聯系規律
如各物質的轉化量之比與化學計量數之比的關系,各物質的化學反應速率之比與化學計量數之比的關系,外界條件的改變對化學反應速率的影響規律以及反應達到平衡時,外界條件的改變對正、逆反應速率的影響規律等。
4.正確判斷
根據題干和題目要求,結合圖像信息,通過對比分析,正確利用相關規律做出正確的判斷。
1.一定條件下,0.3 mol X(g)與0.3 mol Y(g)在體積為1 L的密閉容器中發生反應:X(g)+3Y(g) 2Z(g),下列示意圖合理的是(　　)
D
解析　A項轉化0.1 mol時,Y全部轉化是不可能的;B項平衡時X與Z的反應速率不相等;C項減少的Y與增加的Z不相等;D項X的體積分數保持50%不變,而Z的體積分數增大。
2.向一密閉容器中放入1 mol X,進行可逆反應2X(g) 3Y(g),反應過程中的反應速率(v)與時間(t)的關系曲線如圖所示,下列敘述正確的是(　　)
A.t1時,只有正反應
B.t2~t3時,反應不再發生
C.t2時,容器內有1.5 mol Y
D.t2~t3時,X、Y的物質的量均沒有發生變化
解析　t1時,v正>v逆>0,正、逆反應都在發生,A項錯誤;t2~t3時,v正=v逆>0,反應并未停止,B項錯誤;該反應為可逆反應,1 mol X不能完全反應,所以當反應達到平衡時,容器內Y的物質的量小于1.5 mol,C項錯誤;t2~t3時為化學平衡狀態,X、Y的物質的量均不發生變化,D項正確。
D
3.一定溫度,向容積固定的密閉容器中通入一定量的N2(g)和H2(g),進行合成氨反應N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),反應過程中部分物質的物質的量n隨時間t變化如圖所示。
下列說法正確的是 (　　)
A.Y表示的物質是H2(g)
B.t1時刻,2v(H2)>3v(NH3)
C.t2時刻,Y的轉化率為33.3%
D.a、b兩點的正反應速率:a>b
D
解析　反應物逐漸減少,生成物逐漸增加,曲線變化說明X代表NH3,各物質的變化量之比等于化學計量數之比,從圖中可知,達到平衡時,X增加了1 mol,Y減少了0.5 mol,二者比值為2∶1,則說明Y代表N2。A項,據分析,Y表示的物質是N2;B項,由方程式可知,t1時刻2v(H2)=3v(NH3);C項,t2時刻,該反應達到平衡,Y從1 mol降低到0.5 mol,則其轉化率為50%;D項,隨著反應物濃度的減少,正反應速率下降,則a、b兩點的正反應速率:a>b。
課后鞏固訓練
A級　合格過關練
選擇題只有1個選項符合題意
(一)化學反應速率的基本圖像
1.反應2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)經a min后SO3的濃度變化情況如圖所示,在0~a min內用O2表示的平均反應速率為0.04 mol·L-1·min-1,則a等于(　　)
A.0.1 B.2.5 C.5 D.10
C
解析　由題圖可知,0~a min內Δc(SO3)=0.4 mol·L-1,則有v(SO3)= mol·L-1·min-1。根據反應速率與化學計量數的關系可得,v(O2)=v(SO3)= mol·L-1·min-1,又知“0~a min內用O2表示的平均反應速率為0.04 mol·L-1·min-1”,則有 mol·L-1·min-1=0.04 mol·L-1·min-1,解得a=5,C項正確。
2.把鎂條投入盛有鹽酸的敞口容器里,產生氫氣的速率變化如圖所示。下列影響反應的因素有 (　　)
①鹽酸的濃度　②鎂條的表面積　③溶液的溫度 ④Cl-的濃度
A.①④ B.③④
C.①②③ D.②③④
C
解析　鎂條和鹽酸反應產生H2的離子方程式為Mg+2H+===Mg2++H2↑,是鎂與H+間的置換反應,與Cl-無關;在鎂條的表面有一層氧化膜,當將鎂條投入鹽酸中時,隨著氧化膜的不斷溶解,鎂與鹽酸接觸面積不斷增大,產生H2的速率會加快;溶液的溫度對該反應也有影響,反應放出熱量,使溫度升高,反應速率也會加快;隨著反應的進行,c(H+)不斷減小,反應速率會逐漸減慢。
3.將等質量的兩份鋅粒a、b分別加入過量的稀硫酸中,同時向a中加少許膽礬晶體,下列各圖表示產生氫氣的體積V(L)與時間t(min)的關系正確的是 (　　)
解析　將等質量的兩份鋅粒a、b分別加入過量的稀硫酸中,同時向a中加少許膽礬晶體,鋅粒會先與硫酸銅發生置換反應生成銅,鋅、銅與稀硫酸會形成原電池,反應速率會加快,所以a中生成氫氣的速率比b中的快,但a中已經有一部分鋅與銅離子反應,所以產生的氫氣會比b中的少,A正確。
A
4.研究反應2X Y+3Z的速率影響因素,在不同條件下進行4組實驗,Y、Z起始濃度為0,反應物X的濃度(mol/L)隨反應時間(min)的變化情況如圖所示。下列說法不正確的是(　　)
A.比較實驗①②得出:增大反應物濃度,化學反應速率加快
B.比較實驗②④得出:升高溫度,化學反應速率加快
C.若實驗②③只有一個條件不同,則實驗③使用了催化劑
D.在0~10 min之間,實驗④的平均速率v(Y)=0.06 mol/(L·min)
D
解析　A項,①②溫度相同,但濃度不同,①濃度較大,可得出增大反應物濃度,化學反應速率加快;B項,實驗②④起始濃度相同,但溫度不同,④反應速率較大,可得出升高溫度,化學反應速率加快;C項,②③溫度、濃度相同,③反應速率較大,應為加入催化劑;D項,在0~10 min之間,實驗④X的濃度變化為0.60 mol/L,則v(Y)=v(X) ==0.03 mol/(L·min)。
(二)化學平衡的基本圖像
5.在一定條件下,向某密閉容器中投入一定量的氮氣和氫氣,發生反應N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)。下列關于從反應開始至達到化學平衡的過程中正、逆反應速率變化情況的圖中,正確的是(　　)
D
解析　向某密閉容器中投入一定量的氮氣和氫氣,此時反應物的濃度最大,正反應速率最大,逆反應速率為0,隨著反應進行,反應物濃度減小,生成物濃度增大,即正反應速率減小,逆反應速率增大,最終達到化學平衡狀態,即正反應速率等于逆反應速率,故符合此規律的圖為D。
6.一定條件下,將3 mol X和1 mol Y混合于2 L恒容的密閉容器中,發生反應:3X(g)+Y(g) Z(s)+2W(g)。2 min末該反應達到平衡,生成W的物質的量隨時間的變化情況如圖所示。下列判斷正確的是(　　)
A.當混合氣體的密度不再改變時,該反應達到平衡狀態
B.2 min后,升溫會使正反應速率增大,逆反應速率減小
C.從1 min到2 min過程中,氣體的壓強沒有變化
D.反應過程中X和Y的轉化率之比為3∶1
A
解析　A項,Z為固體,反應前后氣體的密度是變量,因此當混合氣體的密度不再改變時,該反應一定達到平衡狀態;B項,升溫正、逆反應速率都增大;C項,從1 min到2 min過程中,生成固體Z,且化學計量數減小,氣體壓強會減小;D項,將3 mol X和1 mol Y兩種氣體混合于固定容積為2 L的密閉容器中,A和B是按照化學計量數之比3∶1通入的,所以反應過程中X和Y的轉化率之比為1∶1。
7.常溫下,將6 mol CO2和8 mol H2充入體積為2 L的恒容密閉容器中發生反應:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g),H2的物質的量與時間的關系如圖所示。下列有關敘述正確的是(　　)
A.1~3 min內,H2的平均反應速率為0.5 mol·L-1·min-1
B.8~10 min內,H2的物質的量不變,反應已停止
C.0~8 min內,生成CH3OH的質量為64 g
D.c點時反應達到平衡狀態,此時3v正(H2)=v逆(CH3OH)
C
解析　A項,1~3 min內,H2的平均反應速率為=0.75 mol·L-1·min-1;B項,8~10 min內,H2的物質的量不變,說明反應達到動態平衡,v正=v逆≠0;C項,氫氣和甲醇的化學計量數比為H2∶CH3OH=3∶1,0~8 min內,消耗氫氣的物質的量為6 mol,則生成甲醇的物質的量是2 mol,轉化為質量為m=2 mol×32 g·mol-1=64 g;D項,c點時反應達到平衡狀態,v正=v逆≠0,且各物質化學反應速率之比等于化學計量數之比,此時v正(H2)=3v逆(CH3OH)。
8.汽車尾氣中產生NO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)在恒容密閉容器中發生上述反應,下圖曲線a表示該反應在溫度T下N2的濃度隨時間的變化,曲線b表示該反應在只改變某一個起始反應條件時(不改變容器體積)N2的濃度隨時間的變化。下列敘述正確的是(　　)
A.溫度T下,隨著反應的進行,混合氣體的密度減小
B.溫度T下,0~t2內N2的平均反應速率v(N2)=mol·L-1·s-1
C.溫度T下,N2(g)和O2(g)的體積分數相等,表明該反應已達到平衡
D.曲線b對應的條件改變可能是降低溫度
B
解析　反應前后氣體總質量不變,容器容積不變,故混合氣體密度不變,A錯誤;由圖知,N2的起始濃度為c0mol/L,t2時的濃度為c1,由v(N2)= mol·L-1·s-1,B正確;由于,N2(g)和O2(g)都是反應物氣體,而且二者的起始物質的量相等,反應的物質的量也相等,故剩余的物質的量也相等,因此體積分數也相等,體積分數不是變量,不能用來判斷平衡,C錯誤;由圖知,b的反應速率是大于a的,降低溫度,反應速率減慢,故b不是降低溫度,D錯誤。
9.(2023·保定高一檢測)向某容積一定的密閉絕熱容器中充入2 mol NO和1 mol O2,一定條件下發生反應:2NO(g)+O2(g) 2NO2(g),其反應速率與反應時間關系如圖所示,下列選項表明反應達到平衡狀態的是(　　)
A.NO、O2物質的量之比為2∶1
B.M、N、P、Q四點中,N點時反應已達到平衡狀態
C.混合氣體的總質量不再變化
D.單位時間內生成2a mol NO2的同時,生成a mol O2
D
解析　NO、O2物質的量之比始終為2∶1,不能說明達到平衡狀態,故A不符合題意;M、N、P、Q四點中,N點時反應速率最大,但隨著時間的推移,速率仍在變化,并未達到平衡狀態,故B不符合題意;該反應進行前后,混合氣體的總質量始終不變,不能說明達到平衡狀態,故C不符合題意;單位時間內生成2a mol NO2,反應正向進行,同時又生成a mol O2,反應逆向進行,兩個不同方向,速率之比等于化學計量數之比,說明達到平衡狀態,故D符合題意。
10.在2 L密閉容器內,800 ℃時反應2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)體系中,n(NO)隨時間的變化如表:
是
時間/s 0 1 2 3 4 5
n(NO)/mol 0.020 0.010 0.008 0.007 0.007 0.007
(1)上述反應　　　 (填“是”或“不是”)可逆反應,在第5 s時,NO的轉化率為　　　　。
65%
解析　 (1)由表格中數據可知反應進行至3 s時,NO的物質的量保持不變,可說明該反應為可逆反應。反應至5 s時,消耗n(NO)=0.020 mol-0.007 mol=0.013 mol,即NO的轉化率=×100%=65%。
(2)如圖中表示NO2變化曲線的是　　　　　　。用O2表示從0~2 s內該反應的平均速率v=　　　　　　　　　　　　。
(3)能說明該反應已達到平衡狀態的是　　　。
a.v(NO2)=2v(O2) b.容器內壓強保持不變
c.v逆(NO)=2v正(O2) d.容器內密度保持不變
b
1.5×10-3 mol·L-1·s-1
bc
解析　 (2)隨著反應不斷進行,c(NO2)逐漸增大,達到平衡時消耗0.013 mol NO,即c(NO2)最大值為0.013 mol÷2 L=0.006 5 mol·L-1,即曲線b可表示NO2濃度變化。0~2 s內反應中消耗0.020 mol-0.008 mol=0.012 mol NO,則消耗0.006 mol O2,v(O2)==1.5×10-3 mol·L-1·s-1。(3)未指明反應進行的方向,無法判斷是否達到平衡,a錯誤;反應前后體積不同,當壓強保持不變時,達到平衡狀態,b正確;NO和O2的速率符合化學計量數關系且方向不同,達到平衡狀態,c正確;容器內密度始終保持不變,不能判斷是否達到平衡狀態,d錯誤。
B級　素養培優練
11.一定溫度下,向某恒容密閉容器中通入5 mol O2、6 mol SO2,經t1 s建立了平衡體系:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g),此時測得氧氣的轉化率為30%,下列圖像能正確表示氣體的物質的量(n)與反應時間(t)的關系的是(　　)
B
解析　當氧氣轉化率為30%時,消耗了氧氣5 mol×30%=1.5 mol,根據2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g)方程式可知,消耗SO2 3 mol,同時生成了3 mol SO3,SO2剩余6 mol-3 mol=3 mol,O2剩余5 mol-1.5 mol=3.5 mol。
12.某溫度下,在2 L容器中發生A、B兩種氣體間的轉化反應,A、B物質的量隨時間變化的曲線如圖所示,M點的坐標為(7,0.24)。下列說法正確的是 (　　)
A.4 min時,該反應的v正=v逆
B.A的平衡轉化率為25%
C.該反應化學方程式為2A B
D.前7 min內,B的平均反應速率為0.04 mol·L-1·min-1
C
解析　A項,4 min后A依然在減少,B在增加,說明4 min時,該反應未達平衡狀態,而在7 min時達到平衡即v正=v逆;B項,根據M點的坐標為(7,0.24),則A改變了0.56 mol,則A的平衡轉化率為×100%=70%;C項,根據N點分析,兩者物質的量的變化量分別為0.4 mol、0.2 mol,根據物質的量的變化量之比等于計量系數之比,又由于在第7 min達到平衡,因此該反應化學方程式為2A B;D項,前7 min內,A的物質的量的變化量為0.56 mol,則B的物質的量的變化量為0.28 mol,因此B的平均反應速率為v(B)==0.02 mol·L-1·min-1。
13.一定條件下向某密閉容器中加入足量鐵粉并充入一定量的CO2氣體,發生反應:Fe(s)+CO2(g) FeO(s)+CO(g)。反應過程中CO2氣體和CO氣體的濃度與時間的關系如圖所示。下列說法中正確的是(　　)
A.t1時,v正=v逆
B.t2時,反應達到限度
C.降低溫度,v正增大,v逆減小
D.t2時,CO2的轉化率為33.3%
B
解析　A項,從圖中看出,t1時刻CO和CO2的濃度相等,還未達到平衡,當平衡時滿足v正=v逆;B項,t2時氣體濃度不再發生變化,反應達到平衡,達到反應限度;C項,降低溫度,正逆反應速率均減小;D項,t2時,CO2的濃度變化量為0.4 mol/L,起始濃度為0.6 mol/L,故轉化率為66.7%。
14.向絕熱恒容密閉容器中通入SO2和NO2,一定條件下使反應SO2(g)+NO2(g)
SO3(g)+NO(g)達到平衡,正反應速率隨時間變化的示意圖如圖所示。下列敘述正確的是(　　)
A.反應在c點達到平衡狀態
B.反應物濃度:a點小于b點
C.反應物的總能量低于生成物的總能量
D.Δt1=Δt2時,SO2的轉化率:a~b段小于b~c段
D
解析　A項,v-t圖像中,時間(t)為橫坐標,曲線變為水平的瞬間反應達到平衡,c點只是曲線拐點,所以選項描述錯誤;B項,圖像中只能分析出va15.一定溫度下,在2 L的密閉容器中,X、Y、Z三種氣體的物質的量隨時間變化的曲線如圖所示。下列描述正確的是 (　　)
A.t min時該反應達到化學平衡狀態
B.反應開始到10 min,用X表示的反應速率為
0.079 mol·
C.反應開始到10 min時,Y的轉化率為79%
D.反應的化學方程式為X(g)+2Y(g) 3Z(g)
C
解析　到10 min時該反應達到化學平衡狀態,A錯誤;反應進行到10 min時,X、Y均減少了0.79 mol,Z增加了1.58 mol,用X表示的反應速率為=0.039 5 mol·L-1·min-1,反應的化學方程式為X(g)+Y(g) 2Z(g),B、D錯誤;反應開始到10 min時Y的轉化率為×100%=79%,C正確。
16.一定溫度下,在2 L的密閉容器中,M、N兩種氣體的物質的量隨時間變化的曲線如圖所示:
(1)反應的化學方程式為　　　　　　。
(2)反應達到最大限度的時間是　　　　　　 min,該時間內的平均反應速率v(M)=　　　　　　　　,N的轉化率為　　　　　　。
2N M
6
0.25 mol/(L·min)
75%
解析　(1)反應進行到6 min時,N減少8 mol-2 mol=6 mol,M增加5 mol-2 mol=3 mol,因此反應的化學方程式為2N M;(2)根據題圖可知反應進行到6 min時物質的物質的量不再發生變化,因此反應達到最大限度的時間是6 min,該時間內的平均反應速率v(M)==0.25 mol/(L·min),N的轉化率為×100%=75%;
(3)判斷該反應達到平衡狀態的依據是　　　　(填序號)。
A.該條件下,正、逆反應速率都為零
B.該條件下,混合氣體的密度不再發生變化
C.該條件下,混合氣體的壓強不再發生變化
D.該條件下,單位時間內消耗2 mol N的同時,消耗1 mol M
(4)能加快反應速率的措施是　　　　(填序號)。
A.升高溫度
B.容器容積不變,充入惰性氣體Ar
C.容器壓強不變,充入惰性氣體Ar
D.使用催化劑
CD
AD
解析　(3)達到平衡狀態時正、逆反應速率相等,但不能為零,A錯誤;在反應過程中質量和容積始終是不變的,因此在該條件下,混合氣體的密度不再發生變化不能說明反應達到平衡狀態,B錯誤;正反應氣體體積減小,則該條件下,混合氣體的壓強不再發生變化能說明反應達到平衡狀態,C正確;該條件下,單位時間內消耗2 mol N表示正反應速率,消耗1 mol M,表示逆反應速率,速率之比為化學計量數之比,說明反應達到平衡狀態,D正確。(4)A項,升高溫度反應速率加快;B項,容器容積不變,充入惰性氣體 Ar,反應物濃度不變,反應速率不變;C項,容器壓強不變,充入惰性氣體Ar容器容積增大,反應物濃度減小,反應速率減小;D項,使用正催化劑,反應速率加快。
17.(1)一定溫度下,在密閉容器內進行某化學反應,氣體X、Y的物質的量隨反應時間變化的曲線如圖所示。
①寫出該反應的化學方程式: 　　　　　　　　。
②在t1和t2時正反應速率分別為v1和v2,則二者大小關系為v1　　　　v2(填“>”“<”或“=”)。
③在t1、t2和t3三個時刻中,反應程度最大的是　　　　(填“t1”“t2”或“t3”)。
3Y(g) 2X(g)
>
t3
解析　(1)①隨著時間變化,Y的物質的量減少、X的物質的量增加,即Y為反應物、X為生成物,依據物質的量變化量之比等于化學計量數之比,可得化學方程式為3Y(g) 2X(g)。②隨著反應的進行,反應物的濃度降低,正反應速率減慢,即v1>v2。③反應正向進行,t3時刻達到化學平衡,即t3時刻反應程度最大。
(2)一定溫度下,將一定量的N2和H2充入固定容積的密閉容器中進行反應: N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)。
①下列描述能說明該可逆反應達到化學平衡狀態的有　　　　(填字母)。
A.容器內的壓強不變
B.容器內氣體的密度不變
C.相同時間內有3 mol H—H鍵斷裂,有6 mol N—H鍵形成
D.c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)=1∶3∶2
E.NH3的質量分數不再改變
②若起始時向容器中充入10 mol·L-1的N2和15 mol·L-1的H2,10 min時測得容器內NH3的濃度為1.5 mol·L-1。10 min內用N2表示的反應速率為　　　　　　　　　; 此時H2的轉化率為　　　　　　。
AE
0.075 mol·L-1·min-1
15%
解析　(2)①反應前后氣體計量數之和不相等,密閉容器容積固定,未平衡時隨反應進行,氣體總物質的量變化導致壓強變化,因此容器內的壓強不變時,說明反應達到平衡,故A正確;各組分都是氣體,氣體總質量始終保持不變,容器為恒容狀態,密度保持恒定,因此密度不變不能說明反應達到平衡狀態,故B錯誤;H—H鍵斷裂和N—H鍵形成都說明反應向正反應方向進行,因此不能說明反應達到平衡,故C錯誤;開始時通入的氣體量未知,因此已知物質的量濃度之比,不能判斷是否達到平衡,故D錯誤;根據化學平衡狀態的定義,NH3的質量分數不變,說明反應達到平衡,故E正確。②根據化學反應速率的計算公式得:v(NH3)==0.15 mol·L-1·min-1,化學反應速率之比等于化學計量數之比,即v(N2)==0.075 mol·L-1·min-1,消耗H2的物質的量濃度為×1.5 mol·L-1=2.25 mol·L-1,H2的轉化率為×100%=15%。
18.向某容積固定的密閉容器中加入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,各物質的濃度隨時間的變化如圖所示。已知在反應過程中混合氣體的平均相對分子質量沒有變化。請回答下列問題:
(1)密閉容器的容積是　　　 L。
(2)若t1=15時,則0~t1 s內以C物質濃度變化表示的反應速率v(C)=　　　　　　　　　。
(3)寫出能反映該反應達到化學平衡狀態的兩個依據:
　　　　　　　、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)t2 s時,C在平衡混合氣中的物質的量分數為　　　　　　。
(5)B的起始的物質的量是　　　　　　。
2
0.004 mol·
v正(A)=3v逆(B)
物質C的物質的量保持不變(其他合理答案均可)
50%
0.04 mol
解析　(1)開始時加入0.3 mol A,圖中開始時c(A)=0.15 mol·L-1,則容器的容積為v==2 L。(2)由圖可知,0~t1 s內Δc(C)=0.06 mol·L-1,若t1=15時,則有v(C)==0.004 mol·L-1·s-1。(5)根據題意可知反應的化學方程式為3A(g) B(g)+2C(g)。0~t1 s內Δc(C)=0.06 mol·L-1,則Δc(B)=0.03 mol·L-1,故起始時B的物質的量為(0.05mol·L-1-0.03 mol·L-1)×2 L=0.04 mol。

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