化学平衡图像综合训练

化学反应速率与化学平衡图像综合分析典例训练：题组一速率—时间图像1.向绝热恒容密闭容器中通入SO2和NO2，一定条件下使反应SO2(g)＋NO2(g)⇌SO3(g)＋NO(g)达到平衡，正反应速率随时间变化的示意图如下所示。由图可得出的正确结论是()A.反应在c点达到平衡状态B.反应物浓度：a点小于b点C.反应物的总能量低于生成物的总能量D.Δt1＝Δt2时，SO2的转化率：a～b段小于b～c段2.在一密闭容器中发生反应N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)ΔH＜0，达到平衡后，只改变某一个条件时，反应速率与反应时间的关系如图所示。回答下列问题：(1)处于平衡状态的时间段是________(填字母，下同)。A.t0～t1 B.t1～t2C.t2～t3 D.t3～t4E.t4～t5F.t5～t6(2)判断t1、t3、t4时刻分别改变的一个条件。A.增大压强B.减小压强C.升高温度D.降低温度E.加催化剂F.充入氮气t1时刻________；t3时刻________；t4时刻________。(3)依据(2)中的结论，下列时间段中，氨的百分含量最高的是________。A.t0～t1 B.t2～t3C.t3～t4 D.t5～t6(4)如果在t6时刻，从反应体系中分离出部分氨，t7时刻反应达到平衡状态，请在图中画出反应速率的变化曲线。题组二物质的量(或浓度)—时间图像1.100℃时，向某恒容密闭容器加入1.6mol·L－1的Q后会发生如下反应：2Q(g)⇌M(g)。其中M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.从反应开始到刚达到平衡的时间段内，v(Q)＝0.02mol·L－1·s－1B.a、b两时刻生成Q的速率：v(a)<v(b)C.用Q浓度变化值表示的ab、bc两个时间段内的反应速率：v(ab)>v(bc)＝0D.其他条件相同，起始时将0.2mol·L－1氦气与Q混合，则反应达到平衡所需时间少于60s2.向一容积不变的密闭容器中充入一定量A和B，发生如下反应：xA(g)＋2B(s)⇌yC(g)ΔH<0。在一定条件下，容器中A、C的物质的量浓度随时间变化的曲线如图所示。请回答下列问题：(1)用A的浓度变化表示该反应在0～10min内的平均反应速率v(A)＝________。(2)根据图示可确定x∶y＝________。(3)0～10min容器内压强________(填“变大”“不变”或“变小”)。(4)推测第10min引起曲线变化的反应条件可能是________(填编号，下同)；第16min引起曲线变化的反应条件可能是________。①减压②增大A的浓度③增大C的量④升温⑤降温⑥加催化剂(5)若平衡Ⅰ的平衡常数为K1，平衡Ⅱ平衡常数为K2，则K1________K2(填“>”“＝”或“<”)。题组三浓度(转化率、百分含量)—时间图像1.(2021·安徽宣城中学月考)在其他条件不变时，只改变某一条件，化学反应aA(g)＋B(g)⇌cC(g)的平衡的变化图像如下(图中p表示压强，T表示温度，n表示物质的量，α表示平衡转化率)，据此分析下列说法正确的是()A.在图像反应Ⅰ中，说明正反应为吸热反应B.在图像反应Ⅰ中，若p1>p2，则此反应的ΔS>0C.在图像反应Ⅱ中，说明该正反应为吸热反应D.在图像反应Ⅲ中，若T1>T2，则该反应能自发进行2.SO2的催化氧化是硫酸工业中的重要反应：2SO2(g)＋O2(g)⇌2SO3(g)ΔH<0，图中L(L1、L2)、X可分别代表压强或温度。下列说法正确的是()A.X代表压强B.L2>L1C.Ka＝KbD.若c点的温度或压强分别为L2、X1，则c点v(SO2)正>v(SO2)逆3.工业上，常采用氧化还原方法处理尾气中的CO、NO。氧化法：沥青混凝土可作为反应2CO(g)＋O2(g)⇌2CO2(g)的催化剂。下图表示在相同的恒容密闭容器、相同起始浓度、相同反应时间段下，使用同质量的不同沥青混凝土(α型、β型)催化时，CO的转化率与温度的关系。(1)在a、b、c、d四点中，未达到平衡状态的是________。(2)已知c点时容器中O2浓度为0.04mol·L－1，则50℃时，在α型沥青混凝土中CO转化反应的平衡常数K＝________(用含x的代数式表示)。(3)下列关于上图的说法正确的是________(填字母)。A.CO转化反应的平衡常数：K(a)＜K(c)B.在均未达到平衡状态时，同温下β型沥青混凝土中CO转化速率比α型要大C.b点时CO与O2分子之间发生有效碰撞的几率在整个实验过程中最高D.e点转化率出现突变的原因可能是温度升高后催化剂失去活性典例四实际生产中的陌生图像1、将燃煤废气中的CO2转化为二甲醚的反应原理为2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g)已知在压强为aMPa下，该反应在不同温度、不同投料比时，CO2的转化率见下图：此反应________(填“放热”或“吸热”)；若温度不变，提高投料比[n(H2)/n(CO2)]，则K将________(填“增大”“减小”或“不变”)。2、采用一种新型的催化剂(主要成分是Cu—Mn合金)，利用CO和H2制备二甲醚(DME)。主反应：2CO(g)＋4H2(g)⇌CH3OCH3(g)＋H2O(g)副反应：CO(g)＋H2O(g)⇌CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋2H2(g)⇌CH3OH(g)测得反应体系中各物质的产率或转化率与催化剂的关系如图所示。则催化剂中eq\f(n（Mn）,n（Cu）)约为________时最有利于二甲醚的合成。3、汽车尾气是雾霾形成的原因之一。研究氮氧化物的处理方法可有效减少雾霾的形成，可采用氧化还原法脱硝：4NO(g)＋4NH3(g)＋O2(g)⇌4N2(g)＋6H2O(g)ΔH<0根据下图判断提高脱硝效率的最佳条件是_______________________________；氨氮比一定时，在400℃时，脱硝效率最大，其可能的原因是__________________________________________________________________________________________________________________。4、汽车使用乙醇汽油并不能减少NOx的排放，某研究小组在实验室以耐高温试剂Ag－ZSW－5催化，测得NO转化为N2的转化率随温度变化情况如下图所示。(1)在eq\f(n（NO）,n（CO）)＝1条件下，最佳温度应控制在________左右。(2)若不使用CO，温度超过775K，发现NO的分解率降低，其可能的原因为__________________________________________________________________________________________________________________。(3)用平衡移动原理解释为什么加入CO后NO转化为N2的转化率增大：________________。典例五陌生图像的原因分析1.下图是在一定时间内，使用不同催化剂Mn和Cr在不同温度下对应的脱氮率，由图可知工业使用的最佳催化剂为________、相应温度为________；使用Mn作催化剂时，脱氮率b～a段呈现如图变化的可能原因是__________________________________________________________________________________________________________________。2.采用一种新型的催化剂(主要成分是Cu—Mn的合金)，利用CO和H2制备二甲醚，反应为4H2(g)＋2CO(g)⇌CH3OCH3(g)＋H2O(g)。有研究者在压强为5.00MPa的条件下，将H2和CO反应直接制备二甲醚，结果如下图所示，其中CO的转化率随温度升高而降低的原因是___________________________________。3.丙烷氧化脱氢法制备丙烯的主要反应如下：C3H8(g)＋eq\f(1,2)O2(g)⇌C3H6(g)＋H2O(g)ΔH＝－118kJ·mol－1在催化剂作用下，C3H8氧化脱氢除生成C3H6外，还生成CO、CO2等物质。C3H8的转化率和C3H6的产率随温度变化关系如图所示。(1)图中C3H8的转化率随温度升高而上升的原因是_________________________________________________________。(2)575℃时，C3H6的选择性为________。(C3H6的选择性＝eq\f(C3H6的物质的量,反应的C3H8的物质的量)×100%)(3)基于本研究结果，能提高C3H6选择性的措施是_________________________________________________________。4.乙烯是一种重要的基本化工原料，乙烯的产量可以衡量一个国家的石油化工发展水平，研究工业制取乙烯有重要的意义。(1)工业用H2和CO2在一定条件下合成乙烯：6H2(g)＋2CO2(g)eq\o(,\s\up7(催化剂))CH2=CH2(g)＋4H2O(g)ΔH＝－127.8kJ/mol。在密闭容器中充入体积比为3∶1的H2和CO2，不同温度对CO2的平衡转化率和催化剂催化效率的影响如图所示，下列说法正确的是________。A.为了提高乙烯的产率应尽可能选择低温B.生成乙烯的速率：v(M)可能小于v(N)C.平衡常数：KM<KND.M点时的压强一定小于N点时的压强(2)工业用甲烷催化法制取乙烯：2CH4(g)⇌C2H4(g)＋2H2(g)ΔH>0，T℃时，向4L的恒容反应器中充入2molCH4，仅发生上述反应，反应过程中CH4的物质的量随时间变化如图所示：实验测得v正＝k正c2(CH4)，v逆＝k逆c(C2H4)·c2(H2)，k正、k逆为速率常数，只与温度有关，T℃时k正与k逆的比值为________(用含x的代数式表示)；若将温度升高，速率常数增大的倍数：k正________(填“>”“＝”或“<”)k逆。真题训练：1.(2022·广东卷)在相同条件下研究催化剂Ⅰ、Ⅱ对反应X→2Y的影响，各物质浓度c随反应时间t的部分变化曲线如图，则()A.无催化剂时，反应不能进行B.与催化剂Ⅰ相比，Ⅱ使反应活化能更低C.a曲线表示使用催化剂Ⅱ时X的浓度随t的变化D.使用催化剂Ⅰ时，0～2min内，v(X)＝1.0mol·L－1·min－12.(2022·全国乙卷节选)已知H2S的热分解反应：2H2S(g)=2H2(g)＋S2(g)ΔH＝＋170kJ·mol－1在1373K，100kPa反应条件下，对于n(H2S)∶n(Ar)分别为4∶1，1∶1，1∶4，1∶9，1∶19的H2S—Ar混合气，热分解反应过程中H2S转化率随时间的变化如图所示。①n(H2S)∶n(Ar)越小，H2S平衡转化率__________，理由是___________________________________________________________________。②n(H2S)∶n(Ar)＝1∶9对应图中曲线__________________________，计算其在0～0.1s之间，H2S分压的平均变化率为__________kPa·s－1。3.(2021·全国甲卷节选)二氧化碳加氢制甲醇的总反应可表示为：CO2(g)＋3H2(g)⇌CH3OH(g)＋H2O(g)合成总反应在起始物n(H2)/n(CO2)＝3时，在不同条件下达到平衡，设体系中甲醇的物质的量分数为x(CH3OH)，在t＝250℃下的x(CH3OH)～p、在p＝5×105Pa下的x(CH3OH)～t如图所示。(1)用各物质的平衡分压表示总反应的平衡常数，表达式Kp＝_________________________________________________________；(2)图中对应等压过程的曲线是________，判断的理由是_________________________________________________________；(3)当x(CH3OH)＝0.10时，CO2的平衡转化率α＝____________，反应条件可能为____________或____________。能力提升：1.已知2NO2(g)＋O3(g)⇌N2O5(g)＋O2(g)ΔH<0，在一定温度下将2molNO2和1molO3充入一恒容密闭容器中进行反应，直至t1时达到平衡状态。下列图像正确的是()2.下列图示与对应的叙述相符的是()A.图1表示反应mA(s)＋nB(g)⇌pC(g)在一定温度下达到平衡时B的转化率与压强变化的关系，x点的反应速率比y点的快B.图2表示反应A(g)＋B(s)⇌C(s)＋D(g)的速率－时间图像，在t1时刻改变的条件可能是加入催化剂或增大压强C.图3表示反应mA(g)＋nB(g)⇌pC(g)＋qD(g)中A的百分含量与温度(T)的变化情况，则该反应的ΔH>0D.图4所示图中的阴影部分面积的含义是(v正－v逆)3.有一反应：2A＋B⇌2C，其中A、B、C均为气体，如图中的曲线是该反应在不同温度下的平衡曲线，x轴表示温度，y轴表示B的转化率，图中有a、b、c三点，则下列描述正确的是()A.该反应是放热反应B.b点时混合气体的平均摩尔质量不再变化C.T1温度下若由a点达到平衡，可以采取增大压强的方法D.c点v正＜v逆4.在某2L恒容密闭容器中充入2molX(g)和1molY(g)，发生反应：2X(g)＋Y(g)⇌3Z(g)。反应过程持续升高温度，测得混合体系中X的体积分数与温度的关系如图所示。下列推断不正确的是()A.该反应为放热反应B.升高温度，平衡右移，正反应速率减小，逆反应速率增大C.Q点时Z的体积分数最大D.W、M两点Y的正反应速率W点小于M点5、合成气是一种重要的化工原料气，主要组分为CO和H2。用甲烷、二氧化碳自热重整可制备合成气，反应原理如下：反应Ⅰ：CH4(g)＋2O2(g)⇌CO2(g)＋2H2O(g)ΔH1＝－820.6kJ·mol－1反应Ⅱ：CH4(g)＋CO2(g)⇌2CO(g)＋2H2(g)ΔH2＝＋247.1kJ·mol－1反应Ⅲ：CH4(g)＋H2O(g)⇌CO(g)＋3H2(g)ΔH3＝＋205.9kJ·mol－1反应Ⅳ：CO2(g)＋H2(g)⇌CO(g)＋H2O(g)ΔH4不同温度下，向体积为VL的含少量O2的恒压容器按照n(CO2)∶n(CH4)＝1投料，实验测得不同压强下平衡时eq\f(n（H2）,n（CO）)随温度的变化关系如图所示。下列说法正确的是()A.ΔH4＝－41.2kJ·mol－1B.某温度下，反应Ⅱ的平衡常数随压强增大而减小C.由图可知，p1>p2>p3D.压强为p2时，T>Tm后，升高温度对反应Ⅳ的促进作用更大6、甲醛在木材加工、医药等方面有重要用途。甲醇利用脱氢法可制备甲醛，主要反应为：CH3OH(g)⇌HCHO(g)＋H2(g)ΔH＝＋85.2kJ·mol－1。Na2CO3是甲醇脱氢制甲醛的催化剂，有研究指出，催化反应的部分机理如下：历程ⅰ：CH3OH→·H＋·CH2OH历程ⅱ：·CH2OH→·H＋HCHO历程ⅲ：·CH2OH→3·H＋CO历程ⅳ：·H＋·H→H2如图所示为在体积2L的恒容容器中，投入1molCH3OH，在碳酸钠催化剂作用下，经过5min反应，测得甲醇转化率与甲醛的选择性与温度的关系(甲醛的选择性：转化的CH3OH中生成HCHO的百分比)，下列有关说法正确的是()A.600℃时，前5min内生成甲醛的平均速率v(HCHO)＝0.055mol·L－1·min－1B.700℃时，反应历程ⅱ的速率大于反应历程ⅲ的速率C.脱氢法制甲醛中，在高温高压条件下更有利于提高平衡产率D.反应历程ⅰ的活化能小于CH3OH(g)⇌HCHO(g)＋H2(g)的活化能7.异丁醇催化脱水制备异丁烯主要涉及以下2个反应。ΔH2＝－72kJ/molK2(190℃)＝0.1研究一定压强下不同含水量的异丁醇在恒压反应器中的脱水反应，得到了异丁烯的平衡产率随温度的变化结果如下图。下列说法不正确的是()A.其他条件不变时，在催化剂的活性温度内，升高温度有利于异丁烯的制备B.若只有异丁烯、水和二聚异丁烯生成，则初始物质浓度c0与流出物质浓度c之间存在：c0(异丁醇)＝c(异丁烯)＋2c(二聚异丁烯)C.190℃时，增大n(H2O)∶n(异丁醇)，不利于反应②的进行D.高于190℃时，温度对异丁烯的平衡产率影响不大的原因是K1>104、K2<0.18.将金红石(TiO2)转化为TiCl4是生产金属钛的关键步骤。在1.0×105Pa，将TiO2、C、Cl2以物质的量之比为1∶2∶2进行反应，平衡体系中主要物质的量分数(x)随温度变化理论计算结果如图所示。下列说法不正确的是()A.200～1600℃反应达到平衡时，TiO2的转化率均已接近100%B.将400℃时的平衡体系加热至800℃，平衡C(s)＋CO2(g)⇌2CO(g)向正反应方向移动C.1000℃时，测得某时刻x(TiCl4)＝0.2。其他条件不变，延长反应时间能使x(TiCl4)超过该温度下平衡时的x(TiCl4)D.实际生产时反应温度选择900℃而不选择200℃，其主要原因是900℃比200℃时化学反应速率更快，生产效益更高9.氨是一种重要化工产品，研究有关氨反应规律具有重要意义。已知100kPa、298K时：4NH3(g)＋3O2(g)⇌2N2(g)＋6H2O(g)ΔH＝－1268kJ·mol－12NO(g)⇌N2(g)＋O2(g)ΔH＝－180.5kJ·mol－1研究人员以RuOx－Fe2O3为催化剂研究将工业废气中的氨转化为N2的方案。实验将NH3－O2及载气(惰性气体)以一定流速通过催化反应床，研究了不同RuOx含量对NH3催化氧化的影响，实验结果如图(Ru－Fe代表相应氧化物)。已知：N2的选择性＝(生成N2消耗的NH3的物质的量÷消耗NH3的总物质的量)分析上述实验结果，下列说法不正确的是()A.RuOx的加入，降低了催化剂的活化温度B.RuOx含量越大，催化剂的活性越好C.运用该技术消除废气中NH3的最佳条件为：1.5%Ru－Fe、230℃D.一定温度范围，RuOx的加入使得生成副产物反应活化能降低更为显著10.戴口罩是防控新型冠状病毒的重要手段，口罩生产的主要原料聚丙烯由丙烯聚合而来。丙烷脱氢是丙烯工业生产的重要途径。(1)已知：①2C3H8(g)＋O2(g)=2C3H6(g)＋2H2O(g)ΔH＝－238kJ·mol－1②2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g)ΔH＝－484kJ·mol－1则丙烷脱氢制丙烯反应C3H8(g)⇌C3H6(g)＋H2(g)的ΔH为________kJ·mol－1。(2)一定温度下，恒容密闭容器中充入1molC3H8，发生C3H8(g)⇌C3H6(g)＋H2(g)反应。①下列可判断反应达到平衡的是________(填字母)。A.该反应的焓变保持不变B.气体平均摩尔质量保持不变C.气体密度保持不变D.C3H8分解速率与C3H6消耗速率相等②若初始压强为pkPa，反应过程中C3H8的气体体积分数与反应时间的关系如图1所示。此温度下该反应的平衡常数Kp＝________kPa(用含字母p的代数式表示，Kp是用反应体系中气体物质的平衡分压表示的平衡常数，平衡分压＝平衡总压×物质的量分数)。③已知上述反应中，v正＝k正·p(C3H8)，v逆＝k逆·p(C3H6)·p(H2)，其中k正、k逆为速率常数，只与温度有关，则图1中m点处eq\f(v正,v逆)＝________。④在压强分别为10kPa、100kPa下，丙烷和丙烯的平衡体积分数随温度变化关系如图2所示。图中表示10kPa时丙烯的曲线是__________，表示100kPa时丙烷的曲线是________(均填字母)。(3)科学家探索出在无机膜反应器中进行丙烷脱氢制丙烯的技术。在膜反应器中，利用特定功能膜将生成的氢气从反应区一侧有选择性地及时移走。与丙烷直接脱氢法相比，该方法的优点是_________________________________________________________。(4)利用CO2的弱氧化性，开发了丙烷氧化脱氢制丙烯的新工艺。该工艺可采用Cr2O3为催化剂，反应机理如图，其总反应方程式为__________________________________________________________________________________________________________________。该工艺可以有效消除催化剂表面的积炭，维持催化剂活性，原因是______________________________________________________________________________