重难点04 化学反应速率及平衡图像问题的分析
1．一定温度下，反应N2O4(g) 2NO2(g)的焓变为。现将1molN2O4充入一恒压密闭容器中，下列示意图正确且能说明反应达到平衡状态的是
A．①② B．②④ C．③④ D．①④
2．在一定温度下，容积为1L的恒容密闭容器中某一反应中所涉及的物质仅有M、N，其物质的量随反应时间变化的曲线如图所示。下列表述中错误的是
A．该反应的化学方程式为
B．0～t2，该反应的平均反应速率
C．t3时，反应达到平衡
D．t1时，N的浓度是M的2倍
3．在一定温度下，在密闭容器中投入X(g)和Y(g)，发生反应生成Z(g)。测得各物质浓度与时间关系如图所示(提示：净反应速率等于正、逆反应速率之差)。下列说法错误的是
A．a点：正反应速率大于逆反应速率
B．b点：净反应速率等于零，反应处于停正状态
C．上述可逆反应中X、Y、Z的化学计量数之比为
D．该可逆反应在该反应条件下达到最大限度时，Y的平衡转化率为
4．某温度下，在恒容密闭容器中仅充入一定量A(g)，发生反应。反应达到平衡时，测得c(B)=0.2mol·L-1，A、C的物质的量浓度随时间的变化如图所示，下列说法错误的是
A．m=2，n=3
B．N点时，c(B)=0.14mol/L
C．反应达到平衡时，容器内B、C的物质的量之比为1∶3
D．容器内气体的密度不再发生改变说明该反应达到了平衡
5．反应经历两步：①；②。反应体系中X、Y、Z的浓度c随时间t的变化曲线如图所示。下列说法不正确的是
A．a为随t的变化曲线 B．时，
C．时，Y的消耗速率小于生成速率 D．后，
6．一定温度下，向容积为2L的密闭容器中通入两种气体发生化学反应，反应中各物质的物质的量变化如图所示，对该反应的推断合理的是
A．该反应的化学方程式为3B＋4D6A＋2C
B．反应进行到1s时，v(A)=v(D)
C．反应进行到6s时，B的平均反应速率为0.05mol·L-1·s-1
D．反应进行到6s时，各物质的反应速率相等
7．向恒温恒容密闭容器中通入和，发生反应，反应达到平衡状态，测得平衡时体积分数为20％。下列说法正确的是
A．CO和的平衡转化率均为60％
B．
C．混合气体的平均相对分子质量始终保持不变
D．若保持不变，可判断该反应已达到平衡状态
8．一定温度下，在容积为2L的密闭容器里加入A与B，其中，发生如下反应：，经2s反应达平衡，在此2s内C的平均反应速率为，同时生成1.6molD．下列叙述中错误的是
A．
B．反应达到平衡状态时A与B的转化率相等
C．反应过程中一直不变
D．反应的总压强不变，表示该可逆反应达到化学平衡状态
9．与重整生成和CO的过程中主要发生下列反应：
kJ·mol
kJ·mol。
在恒压、反应物起始物质的量比条件下，和的平衡转化率随温度变化的曲线如图所示。下列有关说法正确的是
A．增大压强均有利于提高的平衡转化率
B．曲线A表示的平衡转化率随温度的变化图像
C．相同条件下，改用高效催化剂能使曲线A和曲线B相重叠
D．恒压、800K、条件下，反应至转化率达到X点的值，改变除温度外的特定条件继续反应、转化率能达到Y点的值
10．燃煤烟气的脱硫技术是环境科学研究的热点，利用反应可实现从燃煤烟气中回收硫。向两个体积相同的恒容密闭容器中通入2molCO(g)和1mol(g)发生上述反应，体系的总压强随时间的变化如图所示。下列说法错误的是
A．实验a平衡时CO的物质的量为1.5mol
B．实验b中，40min内CO的平均反应速率
C．与实验a相比，实验b改变的条件是加入催化剂
D．实验b中的转化率是75%
11．化学反应速率和限度与生产、生活密切相关。
(1)某温度下，恒容密闭容器中，X、Y、Z三种物质的物质的量随反应时间的变化曲线如图所示。
①从反应开始到内，用的浓度变化表示的平均反应速率为 mol·L-1·min-1。
②该反应的化学方程式为 。
③若均为气体，在时，向容器中通入氩气(容器体积不变)，的反应速率将 (填“变大”、“不变”或“变小”)。
④若均为气体，下列能说明该反应达到平衡状态的是 (填字母)。
a．三种气体的浓度相等
b．混合气体的质量不随时间变化
c．混合气体的密度不随时间变化
d．单位时间内消耗X和的物质的量之比为
(2)实验室用溶液与溶液反应探究条件的改变对化学反应速率的影响，设计的实验方案如下表(已知)：
实验序号 体积/ 温度/ 溶液出现浑浊的时间/s
溶液 水 溶液
1 2.0 0.0 2.0 25
2 2.0 0.0 2.0 50
3 1.0 V 2.0 T
①对比实验1和2可探究 因素对化学反应速率的影响。
②对比实验1和3来探究浓度对化学反应速率的影响，则 ， 。
12．近年来，利用合成气(主要成分为、和)在催化剂作用下合成甲醇()技术取得重大突破，该项目研究的主要反应如下：
Ⅰ．与反应合成甲醇：
Ⅱ．与反应合成甲醇：，请回答下列问题：
(1)上述反应符合原子经济性的是反应 (填“I”或“Ⅱ”)
(2)采取下列措施，能使反应I的反应速率减小的是 (填字母)
A．及时分离出甲醇 B．增大容器压强
C．升高温度 D．选择高效催化剂
E．恒温恒容，充入 F．恒温恒压，充入
(3)一定温度下，在体积为2L的恒容密闭容器中，充入和，发生反应Ⅱ，充分反应5min达到平衡状态。
①下列事实能说明该反应达到平衡状态的是 (填字母)
A．的体积分数不再发生变化
B．键断裂的同时断裂键
C．容器中混合气体平均相对分子质量不再变化
D．容器中混合气体的密度不再变化
E．容器中混合气体的总压强不再变化
②测得平衡混合物中体积分数为30%，则0~5min内， ，反应体系开始时的压强与平衡时的压强之比为 。
(4)还原电化学法制备甲醇()的工作原理如图所示：
①通入的一端是电池的 极(填“正”或“负”)。
②通入的一端发生的电极反应式为 。
13．合成氨是目前人工固氮最重要的途径，研究合成氨的反应和氨气的用途具有重要意义。工业上合成氨的反应为：。请回答下列问题：
(1)①合成氨反应过程片段的作用机理，可以用如下模拟示意图表示。
写出符合在催化剂表面合成氨反应过程的正确排序 (用字母标号表示)。
②已知：键能是指气态分子中1mol化学键解离成气态原子所吸收的能量或气态原子形成1mol化学键所放出的能量。结合下表中化学键的键能数值，计算合成氨反应中生成时 (填“吸收”或“放出”)的热量是 kJ。
化学键 H-H N-H N≡N
键能/() 436 391 946
(2)某同学在实验室模拟工业合成氨的反应：恒温下，在2L定容密闭容器中通入和，催化剂存在下发生反应。
①容器中压强()随时间()的变化图象如图所示，测得，反应开始至5min，用的浓度变化表示反应的平均速率为 ，平衡时氢气的转化率为 。
②下列情况能说明该反应一定达到化学平衡状态的是 (填标号)。
A．每消耗的同时生成
B．
C．的含量保持不变
D．混合气体的平均相对分子质量不变
(3)潜艇中使用的液氨-液氧燃料电池工作原理如图所示。
①溶液中向电极 (填“a”或“b”)移动。
②电极a的电极反应式为 。
14．化学反应是人类获取能量的重要途径，我们可以通过化学反应实现化学能向热能、电能的直接转化。氨气是一种重要的工业原料，可用于制取硝酸和肥料。
(1)已知：NH3(g)N2(g)+H2(g)ΔH=+46.2kJ · mol-1，则 N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH= kJ·mol-1。
(2)在某恒容绝热容器中充入一定量的N2和H2，发生合成氨反应，化学反应速率随时间的变化关系如图所示，AB段化学反应速率增大的主要原因可能是 。
(3)某温度下，向2.0L的恒容密闭容器中充入20 mol N2和2.0mol H2，发生合成氨反应，实验数据如下表所示：
t/s 0 50 150 250 350
n(NH3)/mol 0 0.24 0.36 0.40 0.40
①0～50s内的平均反应速率v(N2)= mol·L-1·s-1，平衡时氢气的转化率为
②为加快反应速率，可采取的措施是 (填标号)。
a．升高温度 b．增大容器体积 c．加入合适的催化剂
(4)若将合成氨反应设计原电池(如图)，则气体b是 (填化学式)，电极2发生的电极反应为 。
15．NO2(红棕色)和N2O4(无色)之间发生反应：。将一定量N2O4气体充入体积为2L的恒容密闭容器中，控制反应温度为T。
(1)该反应为吸热反应，则反应物的化学键断裂要吸收的能量 (填“>”、“<”或“=”)生成物的化学键形成要放出的能量。
(2)下列可以说明该反应达到平衡的是_______。
A． B．
C．容器内气体的颜色不再变化 D．混合气体的压强不再变化
(3)在温度为T的条件下，向该恒容密闭容器中充入，随时间的变化曲线如图所示：
i.在图中画出0～16min时间段内，随时间的变化曲线 。
ii.1~4四个点中，的点有 。
iii.反应进行到16min时，N2O4的转化率是 %。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．D
【详解】①反应混合物的质量始终保持不变，但体积会发生变化，气体密度保持不变，说明达到平衡状态，故选；
②ΔH是恒量，不能作为判断平衡状态的标志，故不选；
③该反应是充入1 mol N2O4，正反应速率应是逐渐减小直至不变，③曲线趋势不正确，故不选；
④N2O4的转化率先增大，后保持不变，说明达到平衡状态，故选；
综上所述，①④正确，故选D。
2．B
【详解】A．M的物质的量随时间变化增加直至恒定，即为生成物；N的物质的量随时间减小直至恒定，即为反应物；又化学反应中物质的物质的量变化之比等于化学计量数之比，结合图像可知0～t3M物质的量变化量为3mol，N的物质的量变化量为6mol ，即方程式为，A正确；
B．0～t2，用物质N表示该反应的平均反应速率，B错误；
C．t3时反应物和生成物的物质的量都不再改变，即反应达到平衡，C正确；
D．t1时，由图像知N的物质的量为3mol，M物质的量为6mol，即N的浓度是M的2倍，D正确；
故选B。
3．B
【详解】A．a 点X的浓度继续减小，反应正向进行，正反应速率大于逆反应速率，故A正确；
B．b 点各种物质浓度不再改变，反应达到平衡状态，但是化学平衡是动态平衡，反应没有停止，正、逆反应速率相等，净反应速率等于零，故B错误；
C．上述可逆反应中 X、Y、Z的浓度变化为分别为0.6mol/L、0.2mol/L、0.4mol/L，化学计量数之比为，故C正确；
D．该条件下，Y的浓度变化为0.2mol/L，Y 的最大限度(平衡转化率)为，故D正确；
故选B。
4．D
【详解】A．反应达到平衡时，测得c(B)=2mol·L-1，故可知
0.7-0.2m=0.3，0.2n=0.6，故m=2，n=3，A正确；
B．N点时，A、C两个物质的浓度相同，设A消耗了2x mol/L，则C应该生成3x mol/L，B应该生成x mol，则有0.7-2x=3x，x=0.14mol/L，故c(B)=0.14mol/L，B正确；
C．反应达到平衡时，容器内B、C的浓度分别为0.2mol/L、0.6mol/L，由于体积相同，故物质的量之比为1∶3，C正确；
D．气体的总质量不变，恒容容器说明体积不变，故密度一直不变，因此当密度不再发生改变不能说明该反应达到了平衡，D错误；
故选D。
5．AC
【分析】由题中信息可知，反应X=2Z经历两步：①X→Y；②Y→2Z。因此，图中呈不断减小趋势的ａ线为X的浓度c随时间t的变化曲线，呈不断增加趋势的线为Z的浓度c随时间t的变化曲线，先增加后减小的线为Y的浓度c随时间t的变化曲线。
【详解】A．X是唯一的反应物，随着反应的发生，其浓度不断减小，因此，由图可知，a为c(X)随t的变化曲线，A错误；
B．由图可知，分别代表3种不同物质的曲线相交于t1时刻，因此，t1时c(X)=c(Y)=c(Z)，B正确；
C．由图中信息可知，t2时刻以后，Y的浓度仍在不断减小，说明t2时刻反应两步仍在向正反应方向发生，而且反应①生成Y的速率小于反应②消耗Y的速率，即t2时Y的消耗速率大于生成速率，C错误；
D．由图可知，t3时刻反应①完成，X完全转化为Y，若无反应②发生，则c(Y)=c0，由于反应②Y→2Z的发生，t3时刻Y浓度的变化量为c0 c(Y)，变化量之比等于化学计量数之比，所以Z的浓度的变化量为2[c0 c(Y)]，这种关系在t3后仍成立， D正确；
故选：AC。
6．C
【详解】A．B和C反应过程物质的量减少，为反应物，物质的量变化分别为0.6mol、0.8mol；A和D反应过程物质的量增加，为生成物，物质的量变化分别为1.2mol、0.4mol；反应后反应物为消耗完全，说明为可逆反应，结合物质的量变化比值可知则反应方程式：，故A错误；
B．根据速率比等于化学计量数之比，，故B错误；
C．反应进行到6s时，B的平均反应速率为，故C正确；
D．反应进行到6s时，反应速率不变，速率比等于计量数之比，故D错误；
答案选C。
7．C
【分析】 ，
平衡时体积分数为20％，则，x=0.3；
【详解】A．CO的平衡转化率为， 的平衡转化率均为，故A错误；
B．，故C错误；
C．反应前后气体总质量不变、气体总物质的量不变，所以混合气体的平均相对分子质量始终保持不变，故C正确；
D．COS、H2都是生成物，始终等于1，保持不变，反应不一定达到平衡状态，故D错误；
选C。
8．D
【详解】A．经2s反应达平衡，在此2s内C的平均反应速率为，同时生成1.6molD ，则C的改变量为，根据改变量之比等于计量系数之比，则，故A正确；
B．由于加入量之比等于计量系数之比，因此反应达到平衡状态时A与B的转化率相等，故B正确；
C．由于加入量之比等于计量系数之比，改变量与计量系数之比相等，因此反应过程中一直不变，故C正确；
D．该反应是等体积反应，正向反应，压强始终不变，因此当反应的总压强不变，不能表示该可逆反应达到化学平衡状态，故D错误。
综上所述，答案为D。
9．D
【详解】A．根据反应CH4(g)+CO2(g)=2H2(g)+2CO(g) △H=+247kJ·mol-1可知，增大压强，平衡向气体体积减小的逆向移动，CH4的平衡转化率减小，A选项错误；
B．CO2同时参加两个反应，故CO2的转化率高于CH4，曲线A、B分别表示CO2、CH4的平衡转化率随温度的变化图像，B选项错误；
C．催化剂只能改变反应速率，不能改变反应达到平衡时的转化率，C选项错误；
D．改变除温度外的条件使平衡正向移动，CH4转化率增大，如减小压强、增大n(CO2)等，D选项正确；
答案选D。
10．A
【详解】A．假设达到平衡时，CO转化了x mol，则有如下三段式： ，在恒温恒容的条件下，体系的压强之比等于气体的物质的量之比，根据图象有：，则x=1.5，所以实验a平衡时CO的物质的量为2mol-1.5mol=0.5mol，A项错误；
B．根据反应，可知体系中物质的量的减小量等于二氧化硫的物质的量，又根据恒温恒容下压强之比等于物质的量之比，故40min内二氧化硫的压强减小量为40kPa，则CO的压强减小量为80 kPa，故40min内CO的平均反应速率=2.0，B项正确；
C．与实验a相比，实验b的速率加快，平衡状态相同，故实验b改变的条件是加入催化剂，C项正确；
D．实验b的平衡状态与实验a相同，所以根据A项的分析，可知达到平衡时二氧化硫转化了0.75mol，故二氧化硫的转化率为×100%=75%，D项正确；
答案选A。
11．(1) 0.075 不变 d
(2) 温度 1.0 25
【详解】（1）①从反应开始到2min内，X的的反应速率
②由图像知2min时，反应达平衡，此时X、Y、Z三者的物质的量的变化量分别为0.3、0.1、0.2，故反应中三者的系数之比为3：1：2，反应的化学方程式为3X+Y 2Z 。
③在恒容条件下，充入稀有气体，各气体的浓度没有变化，故X的反应速率不变。
④a． X、Y、Z 三种气体的浓度相等，但平衡的要求是浓度不变，a错误；
b．混合气体的质量不随时间变化，根据质量守恒定律，混合气体的质量永远不变，b错误；
c．混合气体的密度不随时间变化，混合气体的质量不变，又是恒容环境，故密度不变，c错误；
d．单位时间内消耗X和 Z 的物质的量之比为 3:2，单位时间内消耗X是正反应，消耗Z是逆反应，且消耗的物质的量之比为一定值，即正逆反应速率不变，达平衡状态，d正确。
故选d。
（2）①对比实验1和2的变量，温度不同，故探究温度对化学反应速率的影响。
②对比实验1和3来探究浓度对化学反应速率的影响，则其它变量必须相同，故溶液总体积相同，温度相同，即V=1.0，T=25。
12．(1)Ⅰ
(2)AF
(3) ACE 0.075 8：5
(4) 负
【详解】（1）反应I只有一种生成物，即反应物原子利用率100%，符合原子经济性；
（2）分离出甲醇生成物浓度减小，即反应速率减小，A正确；增大容器压强，容器容积减小，物质浓度增大，反应速率加快，B错误；升高温度反应速率加快，C错误；催化剂能加快反应速率，D错误；恒温恒容充入氩气，反应物和生成物浓度不变，反应速率不变，E错误；恒温恒压充入氩气，容器体积增大，反应物和生成物浓度减小，反应速率减小，F正确；故选AF；
（3）①甲醇体积分数不再改变可以说明该反应达到平衡，A可以；断裂即消耗1mol二氧化碳，由于甲醇和水中均含有氢氧键，故同时断裂键无法判断反应是否达到平衡，B不可以；该反应属于气体物质的量改变的反应，又气体总质量不变，故可作为平衡标志，C可以；容器容积不变，气体总质量不变，即混合气体密度一直不变，D不可以；容器容积不变，但该反应属于气体体积改变的反应，故气体总压强不再改变可以说明反应达到平衡，E可以；故选ACE ；
②令达到平衡时消耗二氧化碳物质的量为xmol，则消耗的氢气物质的量为3xmol，生成甲醇物质的量为xmol，水蒸气物质的量为xmol；所以平衡时二氧化碳物质的量为（1-x）mol，氢气物质的量为（3-3x）mol，甲醇物质的量为xmol，水蒸气物质的量为xmol，又平衡时混合物中体积分数为30%，即，故x=0.75；则平衡时二氧化碳物质的量为0.25mol，氢气物质的量为0.75mol，甲醇物质的量为0.75mol，水蒸气物质的量为0.75mol，则0~5min内，；恒温恒容，压强之比等于物质的量之比，即反应体系开始时的压强与平衡时的压强之比为；
（4）①该装置是原电池，根据总反应：CO+2H2=CH3OH可知，C的化合价降低，CO在正极得到电子，H的化合价升高，H2在负极失去电子，所以通入H2的一端是负极；
②通入CO的一端为正极，CO在酸性溶液中得到电子转变为CH3OH，电极反应式为CO+4e-+4H+=CH3OH。
13．(1) cbead 放出 92
(2) 0.08 40% CD
(3) a
【详解】（1）①催化剂表面合成氨反应过程是接触、吸附、断键、形成化学键、脱离几个步骤，a是形成氨分子，b吸附过程，c是接触过程，d是脱离过程，e是断键，因此顺序是cbead；故答案为 cbead；
②断键吸收能量为，形成键的释放能量为，生成2mol氨气时放出的热量为；故答案为：放出；92；
（2）①根据图象，5min后气体压强不再改变，说明反应达到平衡，令达到平衡时消耗氮气的物质的量为mol，则消耗氢气物质的量为mol，生成氨气物质的量为mol，达到平衡时氮气物质的量为mol，氢气的物质的量为mol，利用相同条件下，压强之比等于气体物质的量之比，因此有，解得，根据化学反应速率的数学表达式，；氢气的转化率为；故答案为0.08；40%；
②A．消耗氮气，生成，反应方向均是向正反应方向进行，因此每消耗的同时生成，不能说明反应达到平衡，选项A不符合题意；
B．用不同物质的反应速率表示达到平衡，要求反应方向一正一逆，且反应速率之比等于化学计量数之比，当，说明反应达到平衡，，不能说明反应达到平衡，选项B不符合题意；
C．根据化学平衡状态的定义，当组分浓度不再改变，说明达到平衡，即当氢气的含量保持不变，说明反应达到平衡，选项C符合题意；
D．组分均为气体，即混合气体总质量不变，该反应是气体物质的量减少的反应，根据，当混合气体的平均相对分子质量不变，说明反应达到平衡，选项D符合题意；
答案为CD；
（3）①根据装置图，电极a上和，N的化合价由-3价升高为0价，根据原电池工作原理，电极a为负极，则电极b为正极；阴离子向负极移动，即向电极a移动；故答案为a；
②电极a为负极，电极反应式为；故答案为。
14．(1)—92.4
(2)该反应放热，使得体系温度升高，反应速率加快
(3) 0.0012 30% ac
(4) N2
【详解】（1）同一化学反应，若正反应为放热反应，逆反应为吸热反应，由方程式可知，合成氨反应ΔH=—46.2kJ/ mol×2=—92.4kJ/mol，故答案为：—92.4；
（2）反应中，反应物的浓度减小，反应速率减小，合成氨反应为放热反应，绝热容器中，反应放出的热量使反应温度升高，温度升高反应速率加快，则AB段化学反应速率增大说明反应温度升高对反应速率的影响大于浓度对反应速率的影响，故答案为：该反应放热，使得体系温度升高，反应速率加快；
（3）①由表格数据可知，50s时氨气的物质的量为0.24mol，由方程式可知，0～50s内氮气的反应速率为=0.0012 mol/(L·s)；250s反应达到平衡时，氨气的物质的量为0.40mol，由方程式可知，氢气转化率为×100%=30%，故答案为：0.0012；30%；
②a．升高温度，化学反应速率加快，故符合题意；
b．增大容器体积，容器中气体压强减小，反应速率变慢，故不符合题意；
c．加入合适的催化剂，化学反应速率加快，故符合题意；
故选ac；
（4）由电子的移动方向可知，通入氢气的电极1为原电池的负极，通入氮气的电极2为正极，水分子作用下氮气在正极得到电子发生还原反应生成氨气和氢氧根离子，电极反应式为，故答案为：N2；。
15．(1)>
(2)CD
(3) 1、2 75%
【详解】（1）断键吸热、成键放热，该反应为吸热反应，则反应物的化学键断裂要吸收的能量>生成物的化学键形成要放出的能量。
（2）A．反应达到平衡状态，各物质浓度不再改变，，不能判断浓度是否改变，反应不一定平衡，故不选A；
B．反应达到平衡状态，正逆反应速率比等于系数比，时反应不平衡，故不选B；
C．容器内气体的颜色不再变化，说明NO2的浓度不再改变，反应达到平衡状态，故选C；
D．反应前后气体系数和不同，压强是变量，混合气体的压强不再变化，反应达到平衡状态，故选D；
选CD。
（3）
i.根据图示，4min时=0.04mol/L，则此时=0.04-0.04÷2= 0.02mol/L，12min时反应达到平衡，=0.06mol/L，则此时=0.04-0.06÷2= 0.01mol/L， 随时间的变化曲线为。
ii. 时，反应达到平衡状态，1~4四个点中，的点有1、2。
iii. 反应进行到16min时，=0.06mol/L， N2O4的浓度变化为0.03mol/L，N2O4的转化率是。
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页
