2020届一轮复习通用版四十三）理清图像中的2类问题图像中的反应速率与化学平衡作业

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跟踪检测（四十三） 理清图像中的2类问题 ‎——图像中的反应速率与化学平衡 ‎1.已知反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＜0，向某体积恒定的密闭容器中按体积比2∶1充入SO2和O2，在一定条件下发生反应。如图是某物理量(Y)随时间(t)变化的示意图(图中T表示温度)，Y可以是(　　)‎ A．O2的体积分数　　　 　B．混合气体的密度 C．密闭容器内的压强 D．SO2的转化率 解析：选D　由题图可知，温度T2达到平衡所用时间短，反应速率较快，所以温度T2＞T1，温度升高，Y表示的物理量降低，该反应正反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，氧气的体积分数增大，A错误；升温平衡向逆反应方向移动，但混合气体的总质量不变，容器的体积不变，混合气体的密度不变，B错误；升温平衡向逆反应方向移动，混合气体的总的物质的量增大，容器的体积不变，容器的压强增大，C错误；升温平衡向逆反应方向移动，SO2的转化率降低，D正确。‎ ‎ 2.在密闭容器中进行反应：A(g)＋3B(g)2C(g)，下列有关图像的说法不正确的是(　　)‎ A．依据图a可判断正反应为放热反应 B．在图b中，虚线可表示使用了催化剂时的变化情况 C．若ΔH<0，图c可表示升高温度使平衡向逆反应方向移动 D．由图d中混合气体的平均相对分子质量随温度的变化情况，可推知正反应吸热 解析：选D　根据图a曲线可知，温度越高，逆反应速率越大，故升高温度平衡逆向移动，正反应为放热反应，A项正确；催化剂能加快反应速率，缩短达到平衡所用的时间，但不能使平衡发生移动，B项正确；升高温度，平衡向吸热方向移动，C项正确；根据图像曲线可知，温度越高，混合气体的平均相对分子质量减小，故升高温度平衡逆向移动，因此可判断正反应为放热反应，D项错误。‎ ‎3.在恒容密闭容器中通入X并发生反应：2X(g)Y(g)，温度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下，在0～t1时间内，v(Y)＝ mol·L－1·min－1‎ C．M点的正反应速率v正大于N点的逆反应速率v逆 D．M点时再加入一定量X，平衡后X的转化率减小 解析：选C　根据图示可知，T1＞T2，温度越高平衡时c(X)越高，则逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，M点X的转化量小于W点X的转化量，M点放出的热量小于W点放出的热量，A项错误；T2下，Δt＝t1，Δc(Y)＝ mol·L－1，v(Y)＝ mol·L－1·min－1，B项错误；M点温度比W点温度高，所以M点的正反应速率大于W点的逆反应速率，而W点的逆反应速率大于N点的逆反应速率，则M点的正反应速率大于N点的逆反应速率，C项正确；由于在恒容密闭容器中反应，再加入一定量X，相当于增加压强，平衡向正反应方向移动，再次平衡时X的转化率增大，D项错误。‎ ‎4.已知某密闭容器中存在下列平衡：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，CO2的平衡物质的量浓度c(CO2)与温度T的关系如图所示。下列说法错误的是(　　)‎ A．平衡状态a与c相比，平衡状态a的c(CO)较小 B．在T2时，d点的反应速率：v(逆)＞v(正)‎ C．反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)的ΔH＞0‎ D．若T1、T2时的平衡常数分别为K1、K2，则K1＜K2‎ 解析：选A　平衡状态a与c相比，c点温度高，升高温度，平衡向正反应方向移动，CO浓度减小，所以a点CO浓度较大，故A错误；T2时反应进行到d点，c(CO2)高于平衡浓度，故反应向逆反应方向进行，则一定有v(逆)＞v(正)，故B正确；由题图可知，温度越高平衡时c(CO2)越大，说明升高温度，平衡向正反应方向移动，即ΔH＞0，故C正确；该反应正反应是吸热反应，升高温度平衡向正反应方向移动，化学平衡常数增大，则K1v(逆)，若A的物质的量减少0.03 mol时，容器与外界的热交换总量为a kJ，写出反应的热化学方程式：______________________。‎ ‎(3)t3时改变的某一反应条件可能是________(填字母)。‎ a．使用催化剂　　　b．增大压强　　　c．增大反应物浓度 ‎(4)在恒温恒压下通入惰性气体，v(正)________v(逆)(填“>”“＝”或“<”)。‎ 解析：(1)t4时，减小压强v(正)、v(逆)以同等倍数下降，说明反应前后气体体积不变，由A、C浓度变化曲线知，到t1时，A、C的浓度变化量分别为Δc(A)＝0.15 mol·L－1－0.06 mol·L－1＝0.09 mol·L－1，Δc(C)＝0.11 mol·L－1－0.05 mol·L－1＝0.06 mol·L－1，即A、C的化学计量数之比为0.09∶0.06 ＝3∶2，故反应方程式为3A(g)2C(g)＋B(g)，则B的起始浓度为0.05 mol·L－1－0.03 mol·L－1＝0.02 mol·L－1。‎ ‎(2)因升温，v(正)>v(逆)，平衡正向移动，故此反应为吸热反应，其热化学方程式为3A(g)2C(g)＋B(g)　ΔH＝＋100a kJ·mol－1。‎ ‎(3)乙图中t3时刻v(正)、v(逆)以同等倍数增大，故改变的条件应是增大压强或加入催化剂。‎ ‎(4)在恒温恒压下充入惰性气体，各组分浓度同倍数减小，相当于减压，因本反应为等气体体积反应，平衡不移动，故v(正)＝v(逆)。‎ 答案：(1)0.02‎ ‎(2)3A(g)2C(g)＋B(g)　ΔH＝＋100a kJ·mol－1　(3)ab　(4)＝‎ ‎8．磷石膏是湿法生产磷酸排出的工业废渣，主要成分是CaSO4·2H2O。用不同的还原剂可以将CaSO4还原，所得SO2可用于工业生产硫酸。‎ ‎(1)以CO作还原剂，改变反应温度可得到不同的产物。不同温度下反应后所得固体成分的物质的量如图1所示。在低于800 ℃时主要还原产物为________；高于800 ℃时CaS减少的原因是___________________________________________________(用化学方程式表示)。‎ ‎(2)以高硫煤为还原剂焙烧2.5 h，不同条件对硫酸钙转化率的影响如图2所示。CaCl2的作用是___________________________________________________________________；‎ 当温度高于1 200 ℃时，无论有无CaCl2存在，CaSO4的转化率趋于相同，其原因是________________________________________________________________________。‎ ‎(3)以C作还原剂，向密闭容器中加入相同质量的几组不同C/S值(C与CaSO4的物质的量比)的混合物在1 100 ℃加热，结果如图3所示。当C/S值为0.5时，反应产物为CaO、SO2、CO2；当C/S值大于0.7时，反应所得气体中SO2的体积分数不升反降，其可能原因是________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 解析：(1)由图示可知，在低于800 ℃时，还原的主要产物为CaS，在高于800 ℃ 时，得到的主要产物为CaO，则此时是CaS与CaSO4反应生成CaO。(2)由图2可看出，在高于1 200 ℃时，加入CaCl2与不加入CaCl2时CaSO4的转化率相同，但较低温度下加入CaCl2时转化率高，故CaCl2的作用为催化剂。(3)当C/S值大于0.7时，原料中的还原剂C的含量增加，则高温下过量的C与CO2发生反应CO2＋C高温,2CO，从而使得气体总体积增大。‎ 答案：(1)CaS　CaS＋3CaSO4高温,4CaO＋4SO2↑‎ ‎(2)作催化剂　两种情况下反应均达到平衡状态，催化剂CaCl2不改变平衡状态 ‎(3)CO2高温下与过量C反应生成CO，使气体总体积增大(或部分转化为其他含S物质)‎ ‎9．(2018·全国卷Ⅱ)CH4CO2催化重整不仅可以得到合成气(CO和H2)，还对温室气体的减排具有重要意义。回答下列问题：‎ ‎(1)CH4CO2催化重整反应为 CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)。‎ 已知：C(s)＋2H2(g)===CH4(g)ΔH＝－75 kJ·mol－1‎ C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－394 kJ·mol－1‎ C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH＝－111 kJ·mol－1‎ 该催化重整反应的ΔH＝________kJ·mol－1。有利于提高CH4平衡转化率的条件是________(填标号)。‎ A．高温低压 B．低温高压 C．高温高压 D．低温低压 某温度下，在体积为2 L的容器中加入2 mol CH4、1 mol CO2 以及催化剂进行重整反应，达到平衡时CO2的转化率是50%，其平衡常数为________mol2·L－2。‎ ‎(2)反应中催化剂活性会因积碳反应而降低，同时存在的消碳反应则使积碳量减少。相关数据如下表：‎ 积碳反应CH4(g)=== C(s)＋2H2(g)‎ 消碳反应CO2(g)＋C(s) ===2CO(g)‎ ‎ ΔH/(kJ·mol－1)‎ ‎75‎ ‎172‎ 活化能/‎ ‎ (kJ·mol－1)‎ 催化剂X ‎33‎ ‎91‎ 催化剂Y ‎43‎ ‎72‎ ‎①由上表判断，催化剂X________Y(填“优于”或“劣于”)，理由是________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下，某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如图所示。升高温度时，下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数(K)和速率(v)的叙述正确的是________(填标号)。‎ A．K积、K消均增加 B．v积减小、v消增加 C．K积减小、K消增加 D．v消增加的倍数比v积增加的倍数大 ‎②在一定温度下，测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为v＝k·p(CH4)·[p(CO2)]－0.5(k为速率常数)。在p(CH4)一定时，不同p(CO2)下积碳量随时间的变化趋势如图所示，则pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序为______________________。‎ 解析：(1)将题给已知三个反应依次编号为①、②、③，‎ 根据盖斯定律，由③×2－①－②可得：‎ CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)‎ ΔH＝＋247 kJ·mol－1‎ 根据平衡移动的影响因素，该反应的正反应是一个吸热、气体体积增大的反应，所以高温低压有利于反应正向移动。‎ CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)　‎ 起始/(mol·L－1)　 1　　　0.5 　　　0　 　　0‎ 转化/(mol·L－1) 0.25 0.25 0.5 0.5‎ 平衡/(mol·L－1) 0.75 0.25 0.5 0.5‎ K＝ ‎＝ ‎＝ mol2·L－2。‎ ‎(2)①积碳反应中，由于催化剂X的活化能比催化剂Y的活化能要小，所以催化剂X更有利于积碳反应的进行；而消碳反应中，催化剂X的活化能大于催化剂Y，所以催化剂Y更有利于消碳反应的进行；综合分析，催化剂X劣于催化剂Y。‎ 由表格可知积碳反应、消碳反应都是吸热反应，温度升高，平衡右移，K积、K消均增加，温度升高，反应速率均增大，从图像上可知，随着温度的升高，催化剂表面的积碳量是减小的，所以v消增加的倍数要比v积增加的倍数大。‎ ‎②由速率方程表达式v＝k·p(CH4)·[p(CO2)]－0.5可知，v与p(CO2)成反比例关系，p(CO2)越大，反应速率越小，所以pc(CO2)＞pb(CO2)＞pa(CO2)。‎ 答案：(1)＋247　A　 ‎(2)①劣于　相对于催化剂X，催化剂Y积碳反应的活化能大，积碳反应的速率小；而消碳反应活化能相对小，消碳反应速率大　AD ‎②pc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2)‎ ‎10．甲醇是重要的化工原料。利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂的作用下合成甲醇，可能发生的反应如下：‎ ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1‎ ⅱ.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　　ΔH2‎ ⅲ.CH3OH(g)CO(g)＋2H2(g)　ΔH3‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)已知反应ⅱ中相关化学键键能数据如下：‎ 化学键 H—H C===O CO H—O E/(kJ·mol－1)‎ ‎436‎ ‎803‎ ‎1 076‎ ‎465‎ 由此计算ΔH2＝______kJ·mol－1。已知ΔH3＝＋99 kJ·mol－1，则ΔH1＝______kJ·mol－1。‎ ‎(2)一定比例的合成气在装有催化剂的反应器中反应12小时。体系中甲醇的产率和催化剂的催化活性与温度的关系如图1所示。‎ ‎①温度为470 K时，图中P点________(填“是”或“不是”)处于平衡状态。在490 K之前，甲醇产率随着温度升高而增大的原因是_______________________________；‎ ‎490 K之后，甲醇产率下降的原因是_____________________________________。‎ ‎②一定能提高甲醇产率的措施是________。‎ A．增大压强　　　　　　 B．升高温度 C．选择合适催化剂 D．加入大量催化剂 ‎(3)图2为一定比例的CO2/H2、CO/H2、CO/CO2/H2条件下甲醇生成速率与温度的关系。‎ ‎①490 K时，根据曲线a、c判断合成甲醇的反应机理是________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。‎ Ⅰ.CO2CO2H2,CH3OH Ⅱ.COCO23H2,CH3OH＋H2O ‎②490 K时，曲线a与曲线b相比，CO的存在使甲醇生成速率增大，从热力学与动力学角度，并结合反应ⅰ、ⅱ分析原因：___________________________________________。‎ 解析：(1)CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH2，反应热＝反应物总键能－生成物总键能，故ΔH2＝(2×803＋436)kJ·mol－1－(1 076＋2×465)kJ·mol－1＝＋36 kJ·mol－1；根据盖斯定律由ⅱ－ⅲ＝ⅰ，故ΔH1＝ΔH2－ΔH3＝＋36 kJ·mol－1－(＋99 kJ·mol－1)＝－63 kJ·mol－1。‎ ‎(2)①温度为470 K时，图中P点不是处于平衡状态。在490 K之前，甲醇产率随着温度升高而增大的原因是温度越高化学反应速率越快；490 K之后，甲醇产率下降的原因是升高温度，反应ⅰ逆向移动、催化剂活性降低；②A项，增大压强，反应ⅰ平衡正向移动，正确；B项，由题图可知，温度高于490 K甲醇产率降低，错误；C项，选择合适催化剂，选择生成甲醇，提高甲醇产率，正确；D项，加入大量催化剂，不能影响平衡，错误。(3)①490 K时，从甲醇的生成速率来看，a曲线大于c曲线，即甲醇来源于CO2和H2，故490 K时，根据曲线a、c判断合成甲醇的反应机理是Ⅱ；②490‎ ‎ K时，曲线a与曲线b相比，CO的存在使甲醇生成速率增大，原因是：对于反应ⅱCO是生成物，CO促进反应ⅱ逆向移动，二氧化碳和氢气的量增加，水蒸气的量减少，反应ⅰ正向进行，故CO的存在使甲醇生成速率增大。‎ 答案：(1)＋36　－63‎ ‎(2)①不是　温度越高化学反应速率越快　升高温度，反应ⅰ逆向移动、催化剂活性降低　②AC ‎(3)①Ⅱ　②CO促进反应ⅱ逆向移动，二氧化碳和氢气的量增加，水蒸气的量减少反应ⅰ正向移动