高中化学（人教版）必修第二册 第六章 第二节 第3课时 变量控制 反应速率与限度的图像题

第3课时变量控制反应速率与限度的图像题

［核心素养发展目标］1.学会运用变量控制的方法研究影响化学反应速率的因素。2.建立解答化学反应速率

和平衡状态的图像题的思路，培养证据推理与模型认知的化学核心素养。

一、变量控制探究外界条件对化学反应速率的影响

科学研究中，对于多因素(多变量)的问题，常常采用只改变其中的某一因素，控制其他因素小变

的研究方法，使多因素的问题变戌几个单因素的问题，分别加以研究，最后再将几个单因素问题的研

究结果加以综合。

【思考】为了研究外界条件对H2O2分解速率的影响，某同学利用实脸室提供的仪器和试剂设计了如下

4组实验。

试剂：4%比。2溶液、12%比。2溶液、Imol-L"FeCL溶液。

仪器：试管、带刻度的胶头滴管、酒精灯。

实验编号实验温度/℃H2O2溶液1mol・L"FeCL溶液/mL

1305mL4%1

2605mL4%1

3305mL12%0

4305mL4%0

(1)甲同学为了探究温度对化学反应速率的影响，应完成(填实验编号)实险。

答案1、2

(2)乙同学进行实险3与实验4,发现气体均缓慢产生，无法说明“浓度改变会影响化学反应速率”，

你的改进方法是O

答案再同时分别向两支试管中滴加2~3滴101。1心,6。3溶液作为催化剂，加快反应速率，使现象更明

显

(3)丙同学进行了实验1与实验4,你认为他想探究的是o该方案设

计是否严谨？(填“是”或“否”)，说明理由：。

答案催化剂对化学反应速率的影响否加入的1mL溶液会对试管中溶液进行稀释，使浓度发生改变

■归纳总结•

变量控制探究影响化学反应速率的因素

变量控制探究影响化学反应速率因素的一般原则是“定多变一”，即要保持其他变量不变，改变其中一个

变量的值进行实验，测定数据，通过系列实险，找出变量对化学反应速率的影响。其探究流程为

r应用体验」

1.（2025•安徽黄山期中）为了探究外界条件对H2O2分解反应速率的影响，某同学分别在三支试管中加入

了相同体积的H2O2溶液，并测量收集VmL气体所需的时间，实验记录如下：

实验序号H2O2浓度催化剂所用时间

①5%2滴1molUFeCb溶液/|

②10%2滴1molL/FeCb溶液h

③10%2滴1mol-L1C11SO4溶液h

下列结论错误的是（）

A.实验①②研究的是浓度对反应速率的影响

B.实验②③研究的是不同催化剂对反应速率的影响

C.若则说明Fc3+比Ci?+对比0?分解催化效果好

D.若探究温度对反应速率的影响，该实验不宜过度加热

答案C

解析实验①②中只有H2O2的浓度不同，则其研究的是浓度对反应速率的影响，A正确；实验②③中

H2O2浓度相同，加入的催化剂不同，研究的是不同催化剂对反应速率的影响，B正确：实脸②③相比，两

者不仅阳离子不同，其阴离子也不同，则若不能说明Fb比C/+对H2O2分解催化效果好，C错误：

过度加热会导致较多的水蒸气混入气体中，影响气体的测定，D正确。

2.（2025・广东汕头期中）--种新型催化剂用于NO和CO的反应：2NO+2cO=2CO2+N2。已知增大催化

剂的比表面积可提高该反应速率，为了验证温度、催化剂的比表面积对化学反应速率的影响规律，某

同学设计了三组实验，部分条件已经填在下表中。

实验NO初始浓度/CO初始浓度/催化剂的比表

t/℃

编号(mol-L1)(mol-L1)面积/（nB『）

I2801.2X10-35.80X10382

II2801.2XI03b124

III350a5.80XIO382

（1）请将表中数据补充完整：用“

（2）能验证温度对化学反应速率影响的是实验（填实验序号）。

答案（1）1.2X10-3（2）1和HI

解析（1）根据控制变量法原则，实验1和山只有温度不同，其他条件相同，则4=1.2义10一3。（2）脸证温度

对化学反应速率的影响，只有实脸I和川的温度不同，其他条件相同。

二、化学反应速率与限度的图像分析

化学反应速率与化学反应限度问题常以图像题的形式出现，在相关图像的平面直角坐标系中，可

能出现的物理量有物质的量、浓度、时间等。解题时，重点是理解图像的意义和特点。

1.关注图像中的“点、线、面”

（1）关注“面”一明确研究对象

理解各坐标轴所代表量的意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，还是物质的

量浓度随时间的变化。

（2）关注“线”

①弄清曲线的走向，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C

②分清突变和渐变；理解曲线“平”与“陡”即斜率大小的意义。

⑶关注“点”

解题E寸要特别关注特殊点，如坐标轴的交点、几条曲线的交叉点、极值点、转折点等。深刻理解这些

特殊点的意义。

2.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等.

3.正确判断

根据题干和题目要求，结合图像信息，正确利用相关规律作出正确的判断。

r应用体验」

I.向一密闭容器中放入1molX,进行可逆反应：2X(g)==3Y(g),反应过程中的反应速率⑺与时间⑺

的关系曲线如图所示，下列叙述正确的是()

Aj时，只有正反应

B.f2T3时，反应不再发生

C.f2时，容器内有1.5molY

D.f2~i3时，X、Y的物质的量均没有发生变化

答案D

解析人时，v工>i2>(),正、逆反应都在发生，A项错误；打~，3时，vi=i^>0,反应并未停止，B项错误:

该反应为可逆反应，1molX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1.5mol,

C项错误；/2T3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。

2.(2025•广东汕头期中)一定条件下，将3molA气体和1molB气体混合于固定容积为2L的密闭容器

中，发生反应：3A(g)+B(g)=4c(g)+2D(g)。2min末该反应达到平衡，生成D的物质的量随时间的

变化情况如图所示。下列判断不正确的是()

A.到达平衡时C的物质的量浓度为0.8mol-L1

B.反应过程中A和B的转化率之比为3：1

C.混合气体的平均相对分子质量随反应进行而减小

D.从开始到平衡，用D表示的化学反应速率为0.2mol-L-1.min-'

答案B

解析由图可知，2min后D的物质的量为0.8mol且不再改变，反应达到平衡状态，可列三段式:

3A(g)+B(g)-4C(g)+2D(g)

起始Anol3100

转化/mol1.20.4160.8

平衡/mol1.80.6160.8

到达平衡时C的物质的量浓度为三mo卜L"=0.8mo卜L\A正确；反应过程中A和B的转化率都为40%,

转化率之比为1：1,B错误；该反应为反应前后气体物质的量增大的反应，混合气体总质量不变，根据

M=-,则混合气体的平均相对分子质量随反应进行而减小，C正确；用D表示的化学反应速率为

n

0.8mol=02molL^-minD正确。

2Lx2min

课时对点练

［分值：50分］

ID'对点训练

［1~7题，每小题2分J

题组一变量控制研究影响化学反应速率的因素

1.为了探究温度对化学反应快慢的影响，下列实验方案可行的是（）

nFeCI,溶液+5%

r3-的乩容液室三_5%的乩。2

44代的水TOj温溶液

A.

FcCh溶液+5%空g_MnO2+5%的

lot的水竭喝的比O?溶液温容液

5%6-JH.O,室UMnOz+5%的

溶液肃Yr溶液

FeCh溶液+5%室从FcCh溶液+5%

的HQ?溶液点书的电。2溶液

答案D

解析探究温度对化学反应快慢的影响，要求在催化剂相同、比。2浓度相同、温度不同的条件下做对比实

验，通过产生气泡的快慢来体现温度对化学反应快慢的影响，故选D。

2.金属Zn与酸反应产生H2的反应速率最大的是（

选项温度金属酸

A25℃Zn粒0.1mol・L"盐酸

B25℃Zn粒().1m—L“硫酸

C50℃Zn粉0.1molL"硫酸

D50℃Zn粉0.1mol-L”盐酸

答案c

解析金属Zn与酸反应的离子方程式为Zn+2H4=Zn"+H2t,盐酸为一元强酸，硫酸为二元强酸，温度

越高，H+浓度越大，反应速率越快，故选C。

3.（2024•湖北黄冈高一期中）某探究性学习小组利用H2c2。4溶液和酸性KMnOj溶液之间的反应来探究外界

条件对化学反应速率的影响，实验操作如下。下列有关说法不正确的是（）

0.06moIL-10.3mol-L-1

实验实验温H2O溶液颜色褪至无色

KMnO」溶液（含硫酸）H2c2O4溶液

序号度/℃时所需时间/s

V/mLWmLV/mL

甲2523512

乙Tx25Vi

丙352v23t2

A.Vi=3,。=25,n<12

B.通过实验乙、丙探究温度对化学反应速率的影响

C.反应的离子方程式为2MnO1+5H2c2O4+6H+=2M/++10CO2t+8H2O

D.甲组用KMnCKi的浓度变化表示的平均反应速率为5Xl（y3moHjLJ

答案D

解析甲组用KMnCh的浓度变化表示的平均反应速率为6moiLUO.OOlmolL'S',D错误。

10X10-3X12

4.（2024•江西期中）某小组为了研究外界条件对化学反应速率的影响，设计实验方案如表。下列说法错误的

是（）

实验5.0mol-L-'收集标准状况下

大理石水

编号盐酸0.56LCO2所需时间

①10()mL5.0g碎块0mL5.()min

②50.0mL5.0g碎块50.0mL8.0min

③100mL5.0g粉末amL2.0min

A.实验①和②探究盐酸浓度对反应速率的影响

B.实验①和③探究固体表面积对反应速率的影响，则a=0

C.实验③中用盐酸浓度变化表示的速率v（HCl）=0.5molL-'min1

+2+

D.该实验反应的离子方程式为CaCO3+2H=Ca+CO2t+H2O

答案C

解析实验①和②盐酸浓度不同，其他条件相同，研究的是盐酸浓度对反应速率的影响，A正确；实验①

和③研究反应物的周体耒面积对反应速率的影响，必须使盐酸浓度相同，加入100mL盐酸则不需要再加

入水，a=0,B正确；根据反应方程式：CaCO3+2HCl=CaC12+CO2t+H20,

n(HCl)=2/7(CO2)=2X—-=0.05mol,故u(HCI)=拜誓=0.25mol-L，min",C错误。

22.4L-mol10.1Lxzmin

题组二化学反应速率和平衡的图像题

催化剂

5.(2025•新建巴音郭楞蒙古自治州期中)某温度下，在恒容密闭容器中发生反应：2SO2(g)+O2(g)△

2sOKg),反应过程中化学反应速率随时间变化关系如图所示。下列说法正确的是()

A.时，反应达到最大限度，反应已经停止

B也后，反应中各组分的物质的量不再发生改变

C.温度升高可使化学反应速率加快，所以实际生产中温度越高越好

D.容器中充入氮气增大压强，可以加快该反应的化学反应速率

答案B

解析由图可知，人时正、逆反应速率依然在变化，反应没有达到最大限度，A错误；力时，反应达平衡状

态，反应中各组分的物质的量不再发生改变，B正确；实际生产中考虑到设备、催化剂等因素，并不是温

度越高越好，C错误；容器中充入氮气，虽然压强增大，但是各物质浓度不变，反应速率不变，D错误。

6.(2025•湖南期中)某温度下，在2L恒容密闭容器中，X、Y、Z三种气态物质的物质的量随时间变化的曲

线如图所示。下列说法正确的是()

A.该反应的化学方程式为X+2Y-3Z

R.当2VH：(Y)=3U鼠7)时.反应达到平衡状态

C.2min末，以Z表示的反应速率为0.05mol-L'min1

D.2min后，正、逆反应均不再进行，体系中X、Y、Z的物质的量均不再变化

答案B

解析由题干图像信息可知,2min内X减少了1.0mol-0.9mol=0.1mol,Y减少了1.0mol-0.7mol=0.3

mol,Z增加了0.2mol,根据变化量之比等于化学计量数之比可知，X、Y、Z的系数比为0.1mol：0.3

mol：0.2mol=l：3：2,则该反应的化学方程式为X(g)+3Y(g)12Z(g),A错误;当2y正(Y)=3-(Z)时反

应的正、逆反应速率相等，则反应达到平衡状态，B正确；2min末的反应速率为瞬时速率，而化学反应速

率为平均速率，C错误；2min后反应达到化学平衡，即正、逆反应速率相等，但均不为0即还在继续反

应，D错误。

7.常温下，往烧杯中加入10mL!moll/FeCb溶液和10mL2moil/KI溶液,c(r)随时间变化如图所示,

不考虑溶液混合时体积的改变。下列说法正确的是()

A.co=2

B.3-8min内»Fe"的平均反应速率为0.08inol-L'min'1

C.8min时，往烧杯中滴加KSCN溶液，溶液不变红

D.烧杯中发生反应的离子方程式为2F，++2ri2Fe2++l2

答案D

解析往烧杯中加入10mL1moll,FcCh溶液和10mL2mo卜L/KI溶液，发生反应：2Fe3++2「二

2Fe2++I,反应未开始时，c(r)=y：；:"二1mo卜L",A错误、D正确；3〜8min内，成得+)=1，(1)二呼

2

molL'min^O.Olbmol-L'min'1,B错误;根据图像可知,最终共消耗了0.2X20X1O_3mol=4X10-3mol

r,「有轲余，且Fe3+剩余(lX10X10-3-4X10-3)mol>0,说明该反应为可逆反应，往烧杯中滴加KSCN溶

液，溶液变红，C错误。

ID综合强化

[8~10题,每小题4分]

8.(2025•湖北宜昌期中)某温度下，在3L恒容密闭容器中投入一定量的A、B,发生反应：3A(g)+AB(g)

1cC(g)+2D(s),12s时生成C的物质的量为下列说法正确的是()

A.图中两曲线相交时,1MA0逆(A)

B.0~2s,D的平均反应速率为0.1molL's'

C.化学计量系数h：c=l：2

D.l2s时,B的转化率为75%

答案C

解析据图可知,起始浓度：c(A)=0.8mol-L',c(B)=0.5molL";12s时浓度：c(A)=0.2molL1,c(B尸0.3

mol-L-',12s时c(C尸兰喂=0.4mcl-L",则可建立如下三段式：

SL

3A(g)+bB(g)='cC(g)+2D(s)

起始量/(mol・L")0.80.50

变化量/(molL")0.60.20.4

平衡量/(mo卜L")0.20.30.4

依据相同时间内，各物质的浓度变化量之比等于化学计量数之七，得出3"：c=0.6：0.2：0.4,从而得出

b=\,c=2,C正确；图中两曲线相交之后，两种反应物的浓度继续减小，则反应未达到平衡，vA)>v

(A),A错误；D呈固态，不能用D的浓度变化表示平均反应速率，B错误；12s时，B的转化率为

100%=40%,D错误。

9.(2025・湖北宜昌期中)不同条件下，用O?氧化1mohLFeCb溶液过程中所测的实验数据如图所示。下列

分析或推测不合理的是()

S8()

H

E60

.

%4()

工2()

02468

时间/h

A.由①和③可知，温度越高，Fc2+氧化速率越快

B.由。和②可知，pH越大，Fe?+氧化速率越快

C.60C、pH=2.5时，4h内Fe?+的平均消耗速率大于().15mol-L-'h1

2+3+

D.氧化过程的离子方程式为4Fe+O2+4H^=4Fe+2H2O

答案B

解析由曲线①和③可知，温度越高，Fe?+的氧化速率越快，A正确；①和②pH和温度均不同，未控制变

量，无法比较，B错误；50℃、pH=2.5时，4h内Fe?+的平均消耗速率为v(Fe2+)=3与0=O.15molL

'-h1,温度升高，反应速率增大，所以60℃、pH=2.5时，4h内Fe?+的平均消耗速率大于0.15moLL、h」，

C正确；O?和Fe"在酸性条件下反应的离子方程式为4Fe%O2+4H+=4Fe"+2H20,D正确。

10.为了研究碳酸钙与盐酸反应的反应速率，某同学通过实验测定足量碳酸钙固体与一定量稀盐酸反应生成

COz的体积(已换算为标准状况下的体积)随时间的变化情况，绘制出如图所示的曲线甲。下列有关说法不

正确的是()

V(CO2)/mL

A.因反应放热，导致0~5s内的反应速率逐渐增大

B.1075s后，影响反应速率的主要外界因素是盐酸的浓度

C.10~15s内,用盐酸的浓度变化表示该反应的速率为1.6X104moLL'.s1

D.若向反应体系中加入适量氯化钠溶液，则曲线甲可能变成曲线乙

答案C

解析因反应放热，温度升高，导致0~5s内的反应速率逐渐增大，A正确；10~15s后，反应速率逐渐减

小，主要是因为随着反应的进行，盐酸的浓度逐渐减小，B正确；不知道盐酸的体积，故不能计算出用盐

酸的浓度变化表示该反应的速率，C错误；若向反应体系中加入适量氯化钠溶液，盐酸浓度减小，则反应

速率减小，但是HCI的物质的量不变，最终生成二氧化碳的体积不变，则曲线甲可能变成曲线乙，D正

确。

11.(10分)(2025•青海西宁期中)在恒温2L的密闭容器中通入气体X并发生反应：2X(g)1Y(g)△“<(),

X的物质的量［〃(X)］随时间⑺变化的曲线如图所示(图中两曲线分别代表有无催化剂的情形)。

(1)下列措施不能提高反应速率的是(填字母)。

A.升高温度B.加入适量X

C.增大压强D.及时分离出Y

(2)反应从开始到a点的平均反应速率可表示为v(Y)=。

⑶(填“实”或“虚”)线表示使用催化剂的情形。

(4)图中c点对应的速率关系是可正)v(逆)(填“大于”“小于”或“等于”)。

(5)a、b、c三点达到化学平衡状态是点。

答案(1)D(2)0.005mol-L'min-1(3)虚(4)等于(5)bc

解析(1)D项，及时分离出Y,Y的浓度减小，化学反应速率戒慢。(2)由图可知，5min时X的物质的量

为0.3mol,则由方程式可知，反应从开始到a点时，Y的反应速率为"'m。［03nl3巴二。。(力mol-L'-min1。

2Lx5min

（3）使用催化剂能加快反应速率，缩短反应达到平衡的时间，则图中虚线表示使用催化剂的情形。（5）由图可

知，b点、c点时X的物质的量保持不变，说明正、逆反应速率相等，反应已达到平衡。

12.（14分）（2025・安徽段考）为探究温度和浓度对化学反应速率的影响，常采用控制变量法设计比照探究性实

验。某课外兴趣小组利用硫代硫酸钠（Na2