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专题突破化学反应速率和化学平衡(图像专题)1.在一密闭容器中发生反应N2+3H22NH3ΔH<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~t1B.t1~t2C.t2~t3D.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。答案:(1)ACDF(2)CEB(3)A(4)【解析】(1)根据图示可知,t0~t1、t2~t3、t3~t4、t5~t6时间段内,v正、v逆相等,反应处于平衡状态。(2)t1时,v正、v逆同时增大,且v逆增大得更快,平衡向逆反应方向移动,所以t1时改变的条件是升温。t3时,v正、v逆同时增大且增大量相同,平衡不移动,所以t3时改变的条件是加催化剂。t4时,v正、v逆同时减小,但平衡向逆反应方向移动,所以t4时改变的条件是减小压强。(3)根据图示知,t1~t2、t4~t5时间段内平衡均向逆反应方向移动,NH3的含量均比t0~t1时间段的低,所以t0~t1时间段内NH3的百分含量最高。(4)t6时刻分离出部分NH3,v逆立刻减小,而v正逐渐减小,在t7时刻二者相等,反应重新达到平衡,据此可画出反应速率的变化曲线。2.根据下列图示所得出的结论不正确的是()A.图甲是CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)的平衡常数与反应温度的关系曲线,说明该反应的ΔH<0B.图乙是室温下H2O2催化分解放出氧气的反应中c(H2O2)随反应时间变化的曲线,说明随着反应的进行H2O2分解速率逐渐减小C.图丙是室温下用0.1000mol·L-1NaOH溶液滴定20.00mL0.1000mol·L-1某一元酸HX的滴定曲线,说明HX是一元强酸D.图丁是室温下用Na2SO4除去溶液中Ba2+达到沉淀溶解平衡时,溶液中c(Ba2+)与c(SOeq\o\al(2-,4))的关系曲线,说明溶液中c(SOeq\o\al(2-,4))越大c(Ba2+)越小答案:C【解析】图甲中,温度升高,lgK减小,即K减小,说明升高温度平衡逆向移动,则该反应为放热反应,A项正确;图乙中,曲线的斜率的绝对值逐渐减小,说明随着反应进行,H2O2分解速率逐渐减小,B项正确;图丙中,没有滴入NaOH溶液时,0.1000mol·L-1HX溶液的pH大于1,则HX为一元弱酸,C项错误;图丁中,曲线上的点均为沉淀溶解平衡的点,c(SOeq\o\al(2-,4))与c(Ba2+)成反比,D项正确。3.在汽车尾气净化中的一个反应为NO(g)+CO(g)eq\f(1,2)N2(g)+CO2(g)ΔH=-373.4kJ·mol-1。在恒容的密闭容器中,该反应达到平衡后,改变某一条件,下列示意图正确的是()答案:C【解析】放热反应升温,K减小,CO转化率降低,A、B项均错误;加入N2,平衡左移,NO转化率降低,D项错误。4.(双选)在容积均为1L的三个密闭容器中,分别放入铁粉并充入1molCO,控制在不同温度下发生反应Fe(s)+5CO(g)Fe(CO)5(g),当反应进行到5min时,测得CO的体积分数与温度的关系如图所示。下列说法正确的是()A.反应进行到5min时,b容器中v正=v逆B.正反应为放热反应,平衡常数:K(T1)>K(T2)C.b中v正大于a中v逆D.反应达到平衡时,CO的转化率:b>c>a答案:BC5.在恒容密闭容器中进行反应:2CO2(g)+6H2(g)C2H5OH(g)+3H2O(g)ΔH。在某压强下起始时按不同氢碳比eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(nH2,nCO2)))投料(如图中曲线①②③),测得CO2的平衡转化率与温度的关系如图所示,下列有关说法正确的是()A.该反应的ΔH>0B.氢碳比:①<②<③C.其他条件不变的情况下,增大容器的体积可提高CO2的转化率D.若起始CO2的浓度为2mol·L-1、H2为4mol·L-1,在图中曲线③氢碳比条件下进行,则400K时该反应的平衡常数数值约为1.7答案:D【解析】根据图像可知,在氢碳比相等的条件下,随着温度的升高,CO2的转化率降低,说明升高温度,平衡向逆反应方向移动,因此正反应是放热反应,ΔH<0,A错误;氢碳比越大,CO2的转化率越高,根据图像可知,在温度相等的条件下,CO2的转化率:①>②>③,则氢碳比:①>②>③,B错误;正反应是气体体积减小的反应,因此其他条件不变的情况下,缩mol·L-1,生成乙醇和水蒸气分别是0.5mol·L-1、1.5mol·L-1,剩余CO2和氢气分别是1mol·L-1、1mol·L-1,该温度下平衡常数K=eq\f(0.5×1.53,12×16)≈1.7,D正确。6.在一恒容的密闭容器中充入0.1mol·L-1CO2、0.1mol·L-1CH4,在一定条件下发生反应:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g),测得CH4平衡转化率与温度、压强关系如图,下列有关说法不正确的是()A.上述反应的ΔH<0B.压强:p4>p3>p2>p1C.1100℃时该反应的平衡常数约为1.64D.压强为p4时,在y点:v正>v逆答案:A【解析】p1、p2、p3、p4是四条等压线,由图像可知,压强一定时,温度越高,CH4的平衡转化率越高,故正反应为吸热反应,ΔH>0,A项错误;该反应为气体分子数增加的反应,压强越高,甲烷的平衡转化率越小,故压强p4>p3>p2>p1,B项正确;压强为p4、温度为1100℃时,甲烷的平衡转化率为80.00%,故平衡时各物质的浓度分别为c(CH4)=0.02mol·L-1,c(CO2)=0.02mol·L-1,c(CO)=0.16mol·L-1,c(H2)=0.16mol·L-1,即平衡常数K=eq\f(0.162×0.162,0.02×0.02)≈1.64,C项正确;压强为p4时,y点未达到平衡,此时v正>v逆,D项正确。7.一定条件下,用Fe2O3、NiO或Cr2O3作催化剂对燃煤烟气进行回收,使SO2转化生成S。催化剂不同,其他条件相同(浓度、温度、压强)情况下,相同时间内SO2的转化率随反应温度的变化如图,下列说法不正确的是()A.不考虑催化剂价格因素,选择Fe2O3作催化剂可以节约能源B.选择Fe2O3作催化剂,最适宜温度为340℃左右C.a点后SO2的转化率减小的原因可能是温度升高催化剂活性降低了D.其他条件相同的情况下,选择Cr2O3作催化剂,SO2的平衡转化率最小答案:D【解析】根据图象可知,当温度在340℃时,在Fe2O3作催化剂条件下,SO2的转化率最大,可以节约能源,故A正确;340℃左右,催化剂的催化能力较大,二氧化硫的转化率也是较大,反应速率较快,所以选择Fe2O3作催化剂,最适宜温度为340℃左右,故B正确;催化剂催化能力需要维持在一定的温度下,温度太高,催化剂活性可能会降低,故C正确;催化剂只对速率有影响,对平衡转化率没有影响,故D错误。8.乙烯气相直接水合反应制备乙醇:C2H4(g)+H2O(g)C2H5OH(g)。乙烯的平衡转化率随温度、压强的变化关系如图(起始时,n(H2O)=n(C2H4)=1mol,容器体积为1L)。下列分析不正确的是()A.乙烯气相直接水合反应的ΔH<0B.图中压强的大小关系为:p1>p2>p3C.图中a点对应的平衡常数K=eq\f(5,16)D.达到平衡状态a、b所需要的时间:a>b答案:B【解析】压强不变时,升高温度乙烯转化率降低,平衡逆向移动,正反应为放热反应,则ΔH<0,故A正确;相同温度下,增大压强平衡正向移动,乙烯转化率增大,根据图知,相同温度下转化率:p1<p2<p3,则压强p1<p2<p3,故B错误;a点乙烯转化率为20%,则消耗的n(C2H4)=1mol×20%=0.2mol,可逆反应C2H4(g)+H2O(g)C2H5OH(g)开始(mol/L)110消耗(mol/L)0.20.20.2平衡(mol/L)0.80.80.2化学平衡常数K=eq\f(cCH3CH2OH,cC2H4·cH2O)=eq\f(0.2,0.8×0.8)=eq\f(5,16),故C正确;温度越高、压强越大化学反应速率越快,反应达到平衡时间越短,温度、压强都是a<b,则反应速率a<b,所以达到平衡状态a、b所需要的时间:a>b,D正确。9.如图是温度和压强对反应X+Y2Z影响的示意图。图中纵坐标表示平衡混合气体中Z的体积分数。下列叙述正确的是() A.X、Y、Z均为气态 B.恒容时,混合气体的密度可作为此反应是否达到化学平衡状态的判断依据 C.升高温度时v正增大,v逆减小,平衡向右移动 D.使用催化剂Z的产率提高答案:B【解析】由图可知,在温度不变时增大压强,Z的体积分数减小,即平衡逆向移动,所以X、Y中至多有一种是气体,A错误;因反应物中有非气体物质存在,所以恒容时只要平衡发生移动,混合气体的质量就会发生变化,则密度必然改变,所以混合气体的密度可作为此反应是否达到化学平衡状态的判断依据,B正确;升高温度,v正、v逆都增大,C错误;催化剂对平衡移动无影响,不能提高Z的产率,D错误。10.温度为T时,向VL的密闭容器中充入一定量的A和B,发生反应:A(g)+B(g)C(s)+xD(g)ΔH>0,容器中A、B、D的物质的量浓度随时间的变化如图所示。下列说法正确的是() A.前10min的平均反应速率v(D)=0.15mol·L-1·min-1 B.该反应的平衡常数表达式K=eq\f(cC·c2D,cA·cB) C.若平衡时保持温度不变,压缩容器体积,平衡向逆反应方向移动 D.反应至15min时,改变的条件是降低温度答案:D【解析】反应在前10min的平均反应速率v(D)=3.0mol·L-1/10min=0.3mol·L-1·min-1,A错误;根据速率比等于化学计量数之比,可知x=2,因C是固体,不能写入化学平衡常数表达式中,B错误;反应前后气体的化学计量数相等,压缩容器体积平衡不移动,C错误;由图像知,15min时,D浓度减小,A、B浓度增大,而且是逐渐变化的,可知改变的条件是降低温度,D正确。11.在刚性容器中发生反应:2CO2(g)+6H2(g)C2H5OH(g)+3H2O(g),一定压强下,平衡时H2的转化率α(H2)随温度T、投料比eq\f(cCO2,cH2)的变化关系如图所示。下列说法错误的是()A.投料比eq\f(cCO2,cH2)的大小关系是:a>b>cB.图中M点对应的平衡,若容积不变,充入He,则α(H2)不变C.该反应的平衡常数K(600℃)>K(500℃)D.若题图表示相同投料时,不同压强下α(H2)随T的变化关系,则压强最大的是a答案:C【解析】增大投料比eq\f(cCO2,cH2),平衡正向移动,H2的转化率增大,所以a>b>c,故A正确;图中M点对应的平衡,若容积不变,充入He,则反应物和生成物的浓度都不发生改变,平衡不发生移动,α(H2)不变,故B正确;温度升高,H2的转化率减小,说明平衡逆向移动,正反应为放热反应,所以该反应的平衡常数K(600℃)<K(500℃),故C错误;若题图表示相同投料时,不同压强下α(H2)随T的变化关系,压强增大,平衡正向移动,H2的转化率增大,所以压强最大的是a,故D正确。12.下面是某化学研究小组探究外界条件对化学反应速率和化学平衡影响的图像,其中图像和实验结论表达均正确的是() A.①是其他条件一定时,反应速率随温度变化的图像,正反应ΔH<0 B.②是在平衡体系的溶液中溶入少量KCl晶体后化学反应速率随时间变化的图像 C.③是在有无催化剂存在下建立的平衡过程的图像,a是使用催化剂时的曲线 D.④是一定条件下,向含有一定量A的容器中逐渐加入B时的图像,压强p1>p2答案:C【解析】根据图像①,正反应的ΔH大于0,A错;②反应实质是Fe3++3SCN-Fe(SCN)3,K+和Cl-不参加化学反应,KCl浓度增大不影响化学平衡,B错;③使用催化剂,反应速率加快,先达到平衡,C正确;④此反应为反应前后气体物质的量不变的化学反应,改变压强不影响平衡状态,即不影响A的转化率,且由于不断加入B,A的转化率不断增大,D错。13.CH3OH是重要的化工原料,工业上用CO与H2在催化剂作用下合成CH3OH,其反应为:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。按n(CO)n(H2)=12向密闭容器中充入反应物,测得平衡时混合物中CH3OH的体积分数在不同压强下随温度的变化如图所示。下列说法中,正确的是()A.p1<p2B.该反应的ΔH>0C.平衡常数:K(A)=K(B)D.在C点时,CO转化率为75%答案:D【解析】由300℃时,增大压强,平衡正向移动,CH3OH的体积分数增大,所以p1>p2,故A错误;图可知,升高温度,CH3OH的体积分数减小,平衡逆向移动,则该反应的ΔH<0,故B错误;A、B处的温度不同,平衡常数与温度有关,故平衡常数不等,故C错误;设向密闭容器充入了1molCO和2molH2,CO的转化率为x,则CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)起始120变化x2xx平衡1-x2-2xx在C点时,CH3OH的体积分数=eq\f(x,1-x+2-2x+x)=0.5,解得x=0.75,故D正确。13.炼铁的还原剂CO是由焦炭和CO2反应而得。现将焦炭和CO2放入体积为2L的密闭容器中,高温下进行下列反应:C(s)+CO2(g)2CO(g)ΔH=QkJ/mol。如图为CO2、CO的物质的量n随时间t的变化关系图,下列说法正确的是()A.0~1min,v(CO)=1mol/(L·min);1~3min时,v(CO)=v(CO2)B.当容器内的压强不变时,反应一定达到平衡状态,且eq\f(p平衡,p起始)<1C.3min时温度由T1升高到T2,则Q>0,再达平衡时eq\f(KT2,KT1)=4.7D.5min时再充入一定量的CO,a、b曲线分别表示n(CO)、n(CO2)的变化答案:C【解析】依据图象分析单位时间段内一氧化碳和二氧化碳物质的量的变化,0~1min,一氧化碳物质的量增加2mol,反应速率v(CO)=eq\f(\f(2mol,2L),1min)=1mol/(L·min);1~3min时,平衡不动,反应速率等于化学计量数之比,v(CO)=2v(CO2),故A错误;反应是气体体积增大的反应,压强不变,说明反应达到平衡,反应气体物质的量之比等于压强之比,p(平衡)>p(起始),故B错误;依据图象,3min时升高温度,一氧化碳增多,说明反应是吸热反应,T1温度平衡,一氧化碳物质的量为2mol,二氧化碳物质的量为7mol;平衡常数K1=eq\f(c2CO,cCO2)=eq\f(\f(2mol,2L)2,\f(7mol,2L))=eq\f(2,7);T2温度平衡,一氧化碳物质的量为4mol,二氧化碳物质的量为6mol,平衡常数K2=eq\f(c2CO,cCO2)=eq\f(\f(4mol,2L)2,\f(6mol,2L))=eq\f(4,3),则eq\f(KT2,KT1)=4.7,故C正确;改变一氧化碳的量,增加一氧化碳,瞬间一氧化碳物质的量增大,然后反应平衡逆向进行,一氧化碳减小,二氧化碳增大,b为二氧化碳,c为一氧化碳;故D错误。14.已知反应CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g)。起始时按物质的量之比为1∶1的比例充入反应物,不同压强条件下,H2的平衡转化率随温度的变化情况如图所示(M、N点标记为▲)。下列有关说法正确的是() A.上述反应的ΔH<0 B.N点时的反应速率一定比M点快 C.降低温度,H2的平衡转化率可达到100% D.工业用此法制取甲烷应采用更高的压强答案:A【解析】由题图可知,其他条件相同时,温度升高,H2的平衡转化率降低,平衡逆向移动,说明正反应放热,ΔH<0,A项正确;N点的温度比M点低,但压强又高于M点,无法判断哪一点的反应速率快,B项错误;降低温度,H2的平衡转化率会增大,但可逆反应不能完全转化,故H2的平衡转化率一定小于100%,C项错误;控制合适的温度和压强,既能保证反应速率较快,又能保证H2有较高的转化率,采用更高的压强对设备的要求提高,增加经济成本,D项错误。15.恒压、NO和O2在起始浓度一定的条件下发生反应,在相同时间内,测得不同温度下NO转化为NO2的转化率如图中实线所示(图中虚线表示相同条件下NO的平衡转化率随温度的变化)。下列说法不正确的是()A.反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的ΔH<0B.图中X点所示条件下,由于测定时间较短,反应未达到平衡C.从X→Y过程中,平衡逆向移动,O2的质量减少D.380℃下,c平衡(O2)=5.0×10-4mol·L-1,NO平衡转化率为50%,则平衡常数K=2000答案:C【解析】依据图中虚线,NO的平衡转化率随温度升高而下降,说明升高温度,平衡向逆反应方向移动,则该反应是放热反应,ΔH<0,故A正确;点X处于温度较低,速率较慢,说明反应未达到化学平衡,故B正确;从X→Y过程中,NO转化率下降,说明平衡向逆反应方向移动,O2的量应该上升,故C错误;2NO(g)+O2(g)2NO2(g)起始物质的量浓度(mol·L-1)xy0转化物质的量浓度(mol·L-1)0.5x0.25x0.5x平衡物质的量浓度(mol·L-1)0.5x5.0×10-40.5xK=eq\f(c2NO2,c2NO·cO2)=eq\f(0.5x2,0.5x2·5.0×10-4)=2000,故D正确。16.(双选)CO2经催化加氢可合成乙烯:2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)。0.1MPa时,按n(CO2)∶n(H2)=1∶3投料,测得不同温度下平衡时体系中各物质浓度的关系如图,下列叙述不正确的是()A.该反应的ΔH<0B.曲线b代表H2O的浓度变化C.N点和M点所处的状态c(H2)不一样D.其他条件不变,T1℃、0.2MPa下反应达平衡时c(H2)比M点小答案:CD【解析】温度升高,H2的浓度增大,平衡左移,故逆向吸热,正向放热,ΔH<0,则曲线a为CO2的浓度变化,根据方程式的比例关系,可知曲线b为H2O的浓度变化,曲线c为C2H4的浓度变化,故A、B正确;N点和M点均处于同一T1℃下,所处的状态的c(H2)是一样的,C项错误;其他条件不变,T1℃、0.2MPa相对0.1MPa,增大了压强,体积减小,c(H2)增大,反应达平衡时c(H2)比M点大,故D项错误。17.一定量的CO2与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应:C(s)+CO2(g)2CO(g)。平衡时,体系中气体体积分数与温度的关系如图所示: 已知:气体分压(p分)=气体总压(p总)×体积分数。 下列说法正确的是() A.550℃时,若充入惰性气体,v正、v逆均减小,平衡不移动 B.650℃时,反应达平衡后CO2的转化率为25.0% C.T℃时,若充入等体积的CO2和CO,平衡向逆反应方向移动 D.925℃时,用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp=24.0p总答案:B【解析】550℃时,若充入惰性气体,由于保持了压强不变,相当于扩大了体积,v正、v逆均减小,平衡正向移动,A项错误。根据图示可知,在650℃时,CO的体积分数为40.0%,根据反应方程式:C(s)+CO2(g)2CO(g),设开始加入1molCO2,反应掉了xmolCO2,则有C(s)+CO2(g)2CO(g) 始态/mol10 变化/molx2x 平衡/mol1-x2x 因此有eq\f(2x,1-x+2x)×100%=40.0%,解得x=0.25,则CO2的平衡转化率为eq\f(0.25mol,1mol)×100%=25.0%,B项正确。由题图可知,T℃时,CO与CO2的体积分数相等,在等压下充入等体积的CO和CO2,对原平衡无影响,平衡不移动,C项错误。925℃时,CO的体积分数为96.0%,故Kp=eq\f(p2CO,pCO2)=eq\f(96.0%p总2,4.0%p总)=23.04p总,D项错误。18.乙烯气相直接水合反应制备乙醇:C2H4(g)+H2O(g)C2H5OH(g)。乙烯的平衡转化率随温度、压强的变化关系如下[起始时,n(H2O)=n(C2H4)=1mol,容器体积为1L]。 下列分析不正确的是() A.乙烯气相直接水合反应的ΔH<0 B.图中压强的大小关系为:p1>p2>p3 C.图中a点对应的平衡常数K=eq\f(5,16) D.达到平衡状态a、b所需要的时间:a>b答案:B【解析】依据图像分析,在同一个压强下,随着温度的升高,乙烯平衡转化率降低,不利于平衡向正反应方向进行,可知该反应正方向为放热反应,即ΔH<0,A项正确;由方程式C2H4(g)+H2O(g)=C2H5OH(g)可知该反应的正反应是气体分子数减小的反应,所以增大压强,平衡正向移动,乙烯的转化率提高,因此压强关系是:p1<p2<p3,B项错误;根据图示可知,起始时,n(H2O)=n(C2H4)=1mol,容器体积为1L,a点乙烯的平衡转化率为20%,则转化的乙烯的物质的量浓度为0.2mol·L-1,则:C2H4(g)+H2O(g)=C2H5OH(g) 开始/(mol·L-1)110 转化/(mol·L-1)0.20.20.2 平衡/(mol·L-1)0.80.80.2 所以K=eq\f(0.2,0.8×0.8)=eq\f(5,16),C项正确;增大压强,化学反应速率会加快,则反应达到平衡的时间会缩短,由上述分析可知,p2<p3,因此达到平衡状态a、b所需要的时间:a>b,D项正确。19.(1)一定条件下,用Fe2O3、NiO或Cr2O3作催化剂对燃煤烟气进行回收。反应为2CO(g)+SO2(g)2CO2(g)+S(l)ΔH=-270kJ·mol-1①其他条件相同、催化剂不同,SO2的转化率随反应温度的变化如图1,Fe2O3和NiO作催化剂均能使SO2的转化率达到最高,不考虑催化剂价格因素,选择Fe2O3的主要优点是。②某科研小组用Fe2O3作催化剂。在380℃时,分别研究了[n(CO)∶n(SO2)]为1∶1、3∶1时SO2转化率的变化情况(图2)。则图2中表示n(CO)∶n(SO2)=3∶1的变化曲线为。目前,科学家正在研究一种以乙烯作为还原剂的脱硝(NO)原理,其脱硝机理示意图如脱硝率与温度、负载率(分子筛中催化剂的质量分数)的关系如图4所示。①写出该脱硝原理总反应的化学方程式:_____________________________________。②为达到最佳脱硝效果,应采取的条件是______________________________________。3,汽车使用乙醇汽油并不能减少NOx的排放,这使NOx的有效消除成为环保领域的重要课题。某研究小组在实验室以Ag-ZSM-5为催化剂,测得NO转化为N2的转化率随温度变化情况如图5所示。若不使用CO,温度超过775K,发现NO的分解率降低,其可能的原因是;在n(NO)/n(CO)=1的条件下,应控制的最佳温度在________左右。答案:(1)①Fe2O3作催化剂时,在相对较低温度可获得较高的SO2转化率,从而节约能源②a(2)①6NO+3O2+2C2H43N2+4CO2+4H2O②350℃、负载率3.0%(3)NO分解反应是放热反应,升高温度不利于分解反应进行870K20.丁烯是一种重要的化工原料,可由丁烷催化脱氢制备。回答下列问题:(1)正丁烷(C4H10)

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