化学反应速率和化学平衡图像

化学反应速率和化学平衡图像类型图像分析要领速率-时间图像2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)t1时v正增加，v逆瞬间不变，随后逐渐增加，说明t1时改变的条件是增加反应物的浓度。浓度-时间图像CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)ΔH>0t2时减少了体系的压强速率-压强（温度）图像交点为平衡点，压强增大后正反应速率增大得快，平衡向正向移动。转化率-压强-温度图像mA(g)+nB(g)qC(g)+pD(g)若有三个量则先定一个量再讨论另两个量，即“定一议二”。m+n>q+p，0。转化率-温度（压强）-时间图像先拐先平，先平者高。T2>T1，且0。产物体积分数-投料比图像2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)01.b点，投料比等于可逆反应对应物质的化学计量数之比，即2.T2<T1。3.恒容恒温时，增大n(O2)，平衡向右移动，SO3的体积分数先增大后减小定位题组1.对于可逆反应：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)△H<0，下列研究目的和示意图相符的是2.工业上可利用CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)反应生产合成氨原料气H2。已知温度、压强和水碳比[]对甲烷蒸汽转化反应的影响如下图：图1（水碳比为3）图2（水碳比为3）图3（800℃（1）降低反应的水碳比平衡常数K__________（选填“增大”、“减小”或“不变”）;升高温度，平衡向____________方向移动（选正反应或逆反应）。（2）图2中，两条曲线所示温度的关系是：t1_____t2（选填>、=或<）；图1中，在800℃、2MPa比1MPa时的甲烷含量_______（3.甲醇被称为21世纪的新型燃料，工业上通过下列反应Ⅰ和Ⅱ，用CH4和H2O为原料来制备甲醇。（1）将1.0molCH4和2.0molH2O(g)通入反应室(容积为100L)，在一定条件下发生反应：CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)……Ⅰ，CH4的转化率与温度、压强的关系如图。①已知100℃时达到平衡所需的时间为5min。则用H2表示的平均反应速率为________②图中的p1________p2(选填“＜”、“＞”或“＝”)，100℃时平衡常数为________③在其他条件不变的情况下降低温度，逆反应速率将________(填“增大”、“减小”或“不变”)。（2）在压强为0.1MPa条件下，将amolCO与3amolH2的混合气体在催化剂作用下能自发反应生成甲醇：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)……Ⅱ。①该反应的ΔH________0，ΔS________0(填“＜”、“＞”或“＝”)。②若容器容积不变，下列措施可增加甲醇产率的是______。A.升高温度 B.将CH3OH(g)从体系中分离C.充入He，使体系总压强增大 D.再充入1molCO和3molH2③为了寻找合成甲醇的温度和压强的适宜条件，某同学设计了三组实验，部分实验条件已经填在下面实验设计表中。A．请在上表空格中填入剩余的实验条件、数据。B．根据反应Ⅱ的特点，在给出的坐标图中，画出其在0.1MPa和5MPa条件下CO的转化率随温度变化的趋势曲线示意图，并标明每条曲线的压强。4.(2015·北京·26部分)反应：2H2SO4（l）=2SO2(g)+O2(g)+2H2O(g)

△H=+550kJ/mol。它由两步反应组成：i．H2SO4（l）=SO3(g)+H2O(g)

△H=+177kJ/molii．SO3(g)分解。L（L1、L2），X可分别代表压强或温度。下图表示L一定时，ii中SO3(g)的平衡转化率随X的变化关系。（1）X代表的物理量是

。（2）判断L1、L2的大小关系，并简述理由：

。5.已知2A2(g)+B2(g)

2C3(g)；△H=－Q1kJ／mol(Q1>0)，在一个有催化剂的固定容积的容器中加入2molA2和1molB2，在500℃时充分反应，达平衡后C3的浓度为wmol／L，放出热量Q2kJ。（1）若在原来的容器中，只加入2molC3，500℃时充分反应达平衡后，吸收热量Q3kJ，C3浓度

(填>、=、<)wmol/L，Q1、Q2、Q3之间满足何种关系

(用代数式表示).。（2）改变某一条件，得到如图的变化规律（图中T表示温度，n表示物质的量），可得出的结论正确的是

；A.反应速率c＞b＞aB.达到平衡时A2的转化率大小为：b＞a＞cC.T2＞T1D.b点时，平衡体系中A、B原子数之比接近2∶16.（2016全国丙，27节选）在不同温度下，NaClO2溶液脱硫、脱硝的反应中，SO2和NO的平衡分压pc如图所示。由图分析可知，反应温度升高，脱硫、脱硝反应的平衡常数均______________（填“增大”、“不变”或“减小”）。7.（2016全国27节选）丙烯腈（CH2=CHCN）是一种重要的化工原料，工业上可用“丙烯氨氧化法”生产。主要副产物有丙烯醛（CH2=CHCHO）和乙腈（CH3CN）的热化学方程式如下：①C3H6(g)+NH3(g)+eq\f(3,2)O2(g)C3H3N(g)+3H2O(g)ΔH=−515kJ·mol−1②C3H6(g)+O2(g)C3H4O(g)+H2O(g)ΔH=−353kJ·mol−1丙烯腈和丙烯醛的产率与n(氨)/n(丙烯)的关系如图所示。由图可知，最佳n(氨)/n(丙烯)约为__________，理由是____________；进料气氨、空气、丙烯的理论体积比约为______________。8.（2009广东，）甲酸甲酯水解反应方程式为：HCOOCH3(l)+H2O(l)HCOOH(l)+CH3OH(l)；△H>0。甲酸甲酯转化率在温度T1下随反应时间（t）的变化如下图：其他条件不变，仅改变温度为T2（T2大于T1），画出温度T2下甲酸甲酯转化率随反应时间变化的预期结果示意图。9.（2014天津，10节选）合成氨是人类科学技术上的一项重大突破，其反应原理为：N2（g）+3H2（g）2NH3（g）∆H=—92.4kJ•mol‾1一种工业合成氨的简易流程图如下：源:Z*xx*k.Com]（1）步骤II中制氢气原理如下：①CH4（g）+H2O（g）CO2（g）+3H2（g）△H=+206.4kJ·mol-1②CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）△H=-41.2kJ·mol-1对于反应①，一定可以提高平衡体系中H2百分含量，又能加快反应速率的是。a.升高温度b.增大水蒸气浓度c.加入催化剂d.降低压强利用反应②，将CO进一步转化，可提高H2产量。若1molCO和H2的混合气体（CO的体积分数为20%）与H2O反应，得到1.18molCO、CO2和H2的混合气体，则CO转化率为。（2）图2表示500℃、60.0MPa条件下，原料气投料比与平衡时NH3体积分数的关系。根据图中a点数据计算N2的平衡体积分数：。（3）依据温度对合成氨反应的影响，在图3坐标系中，画出一定条件下的密闭容器内，从通入原料气开始，随温度不断升高，NH3物质的量变化的曲线示意图。参考答案1.C2.（1）不变；正反应（2）<；高。3.（1）①0.0030mol·L－1·min－1②＜，2.25×10－4③减小（2）①＜，＜②BD③A.B.4.（1）压强（2）L2>L1

2SO3（g）=

2SO2（g）+O2（g）△H=+196kJ·mol,－1；压强一定时，温度升高，平衡转化率增大。5.（1）=，Q1=Q2+Q3（2）AD6.减小。解析：根据图像b可知，当n（氨）/n（丙烯）约为1时，该比例下丙烯腈产率最高，而副产物丙烯醛产率最低；根据化学反应C3H6(g)+NH3(g)+3/2O2(g)=C3H3N(g)+3H2O(g)，氨气、氧气、丙烯按1:1.5:1的体积比加入反应达到最佳状态，而空气中氧气约占20%，所以进料氨、空气、丙烯的理论体积约为1：7．5：1。7.该比例下丙烯腈产率最高，而副产物丙烯醛产率最低

1:7.5:18.解析：因为升高温度，反应速率增大，达到平衡所需时间减小，所以绘图时要注意到达平衡前，T2状态时的斜率要比T1大（过程斜率），达到平衡时间要小于T1（“拐弯”早晚）；又因该反应为吸热反应，升高温度平衡向正反应方向移动，甲酸甲酯的转化率要大，所以绘图时要注意T2状态下达到平衡时的平台要高于T1（平衡高度）。9.（1）a90%（2）14.5%（3）解析：对（3）问：N2和H2需要一定的温度才能发生反应，反应开始后，随着温度升高，反应速率增大，至达到平衡前NH3的物质的量增加，达到平衡后，温度升高，由于正反应放热，平衡逆向移动，NH3的物质的量将减少。影响化学反应速率和化学平衡的因素1、浓度：可逆反应某温度时，在一体积固定的密闭容器中加入2molSO2和1molO2发生反应：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)并达到平衡状态，若t1时改变条件增加O2的物质的量，t2时达到新的平衡状态t1时分离出SO3，至t2达到新的平衡状态平衡移动方向平衡向正反应方向移动平衡向正反应方向移动速率变化（一突变一渐变）2、温度：反应类型正反应放热反应正反应吸热反应改变条件（体积不变）t1时升高温度t1时降低温度t1时升高温度t1时降低温度平衡移动方向逆向移动正向移动正向移动逆向移动速率变化（双突变，不同倍）3、压强反应类型气体分子数增大的反应气体分子数不变的反应气体分子数减小的反应改变条件（其他条件不变）t1时减小压强t1时增大压强t1时增大压强平衡移动方向正向移动不移动正向移动速率变化（双突变、不同倍）（双突变、同倍数）（双突变、不同倍）4、催化剂：其他条件不变时，使用催化剂，正、逆反应速率同等程度增大，平衡不移动。可逆反应某温度时，在一体积固定的密闭容器中加入2molSO2和1molO2发生反应：2A(g)+B(g)2C(g)并达到平衡状态，若t1时改变条件使用催化剂平衡移动方向不移动速率变化（双突变、同倍数）（增大反应过程的转化率，但不改变平衡转化率）定位题组1.(2012天津，10节选)钨丝灯管中的W在使用过程中缓慢挥发,使灯丝变细,加入I2可延长灯管的使用寿命,其工作原理为:W(s)+2I2(g)WI4(g)。下列说法正确的有（填字母）。a.灯管内的I2可循环使用b.WI4在灯丝上分解,产生的W又沉积在灯丝上c.WI4在灯管壁上分解,使灯管的寿命延长d.温度升高时,WI4的分解速率加快,W和I2的化合速率减慢2.汽车尾气净化的主要原理为2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)ΔH＜0，在一定温度下，在一容积固定的密闭容器中充入一定量的NO和CO，在t1时刻达到平衡状态。（1）能判断该反应达到平衡状态的标志是________。A．在单位时间内生成1molCO2的同时消耗了1molCOB．混合气体的密度不再改变 C．混合气体的平均相对分子质量不再改变D．混合气体的压强不再变化（2）在t2时刻，将容器的容积迅速扩大到原来的2倍，在其他条件不变的情况下，t3时刻达到新的平衡状态，之后不再改变条件。请在下图中补画出从t2到t4时刻正反应速率随时间的变化曲线；（3）若要同时提高该反应的速率和NO的转化率，采取的措施有________、________。(写出2个)3.超音速飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2，化学方程式如下：2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)ΔH＜0。（1）在一定温度下，在一容积固定的密闭容器中充入一定量的NO和CO，在t1时刻达到平衡状态。①能判断该反应达到平衡状态的标志是________。A．2v正(CO)=v逆(N2)B．混合气体的密度不再改变 C．混合气体的平均相对分子质量不再改变D．混合气体的压强不再变化②在t2时刻，将容器的容积迅速扩大到原来的2倍，在其他条件不变的情况下，t3时刻达到新的平衡状态，之后不再改变条件。请在下图中补画出从t2到t4时刻正反应速率随时间的变化曲线；③若要同时提高该反应的速率和NO的转化率，采取的措施有________、________。(写出2个)（2）为了分别验证温度、催化剂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，部分实验条件已经填在下面实验设计表中。已知：在使用等质量催化剂时，增大催化剂比表面积可提高化学反应速率。①请在上表空格中填入剩余的实验条件数据。②请在给出的坐标图中，画出上表中的三个实验条件下混合气体中NO浓度随时间变化的趋势曲线图，并标明各条曲线的实验编号。参考答案1.ab。解析：由所给方程式可知，挥发的W与I2结合形成WI4，由于气体运动的结果，WI4会与钨丝接触，因钨丝上温度很高WI4分解生成的W附着在还没有挥发的W上，随温度变化灯管内碘可在单质与化合物之间转化，I2可循环使用，a、b正确；灯管壁温度较低，发生合成反应，c错误；升高温度，也能加快W与I2的反应速率，d错误。2.（1）①CD②③增大压强、向容器中再充入CO气体(答案合理即可)。（3）①Ⅱ：280；1.20×10－3；5.80×10－3Ⅲ：1.20×10－3；5.80×10－3②到达平衡的标志1.到达化学平衡状态的根本标志2.若体系颜色、密度、压强、平均相对分子质量等不再变化是不是到达平衡的标志，要具体问题具体分析，变化者不变为平衡的标志。恒量时可逆反应是否达到平衡状态？ρ(气体)不变恒压下N2(g)+3H2(g)2NH3(g)不是恒容下N2(g)+3H2(g)2NH3(g)是(气体)不变N2(g)+3H2(g)2NH3(g)是I2(g)+H2(g)2HI(g)不是φ不变C(s)+H2O(g)H2(g)+CO(g)是2CaO2(s)2CaO(s)+O2(g)不是p不变CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)不是SO2(g)+2CO(g)S(l)+2CO2(g)是定位题组1.可逆反应：2NO2(g)2NO(g)+O2(g)，在体积固定的密闭容器中，不能表示达到平衡状态的是A.混合气体的颜色不再改变的状态B.混合气体的密度不再改变的状态C.混合气体的压强不再改变的状态D.混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态2.300℃时，SO2和O2在2L的恒容密闭容器中发生反应，3min达到化学平衡。反应达到平衡时，下列描述一定正确的是A.容器内分子数不再发生变化B.2v(SO3)=v(O2)C.SO3不再分解D.SO2、O2和SO3的物质的量之比为2:1:23.将一定量的氨基甲酸铵固体置于某容积恒定的真空容器中，发生反应：H2NCOONH4(s)2NH3(g)+CO2(g)。在不同温度下，该反应平衡状态部分数据见右表。下列