2024高考化学一轮复习专题突破训练4化学平衡图像的分类突破新人教版

PAGEPAGE1专题突破训练4化学平衡图像的分类突破(建议用时：35分钟)1．(2024·合肥模拟)在恒温密闭容器中发生反应：CaCO3(s)CaO(s)＋CO2(g)ΔH>0，反应达到平衡后，t1时缩小容器体积，x随时间(t)变更的关系如图所示。x不行能是()A．v逆(逆反应速率)B．ρ(容器内气体密度)C．m(容器内CaO质量)D．Qc(浓度商)C[t1时缩小容器体积，压强增大，v逆瞬时增大，增大压强，平衡逆向移动，故v逆渐渐减小，A项不符合题意；容器内只有CO2一种气体，缩小容器体积，气体密度瞬时增大，随着平衡逆向移动，CO2的质量渐渐减小，容器内气体密度也渐渐减小，B项不符合题意；缩小容器体积，容器内CaO的质量瞬时不变，随着平衡逆向移动，CaO的质量渐渐减小，C项符合题意；浓度商Qc＝c(CO2)，缩小容器体积，CO2的浓度瞬时增大，随着平衡逆向移动，CO2的浓度渐渐减小，则浓度商Qc也先瞬时增大，后渐渐减小，D项不符合题意。]2．(2024·湖北名校联考)工业上利用Ga与NH3在高温条件下合成固态半导体材料氮化镓(GaN)的同时有氢气生成。反应中，每生成3molH2放出30.8kJ的热量。在恒温恒容密闭体系内进行上述反应，下列有关表达正确的是()A．Ⅰ图像中假如纵轴为正反应速率，则t时刻变更的条件可以为升温或加压B．Ⅱ图像中纵轴可以为镓的转化率C．Ⅲ图像中纵轴可以为化学反应速率D．Ⅳ图像中纵轴可以为体系内混合气体的平均相对分子质量A[升温或加压均能加快化学反应速率，即升温或加压正反应速率均加快，A项正确；增大压强，平衡逆向移动，Ga的转化率降低，B项错误；镓是固体，增大镓的质量，对化学反应速率无影响，C项错误；温度相同时，加压，平衡逆向移动，混合气体的平均相对分子质量增大，压强相同时，升温，平衡逆向移动，混合气体的平均相对分子质量增大，D项错误。]3．丁烯(C4H8)是制备线性低密度聚乙烯(LLDPE)的原料之一，可由丁烷(C4H10)催化脱氢制备，C4H10(g)C4H8(g)＋H2(g)ΔH＝＋123kJ·mol－1。该工艺过程中生成的副产物有炭(C)、C2H6、C2H4、C4H6等。进料比[eq\f(n氢气,n丁烷)]和温度对丁烯产率的影响如图1、图2所示。已知原料气中氢气的作用是活化固体催化剂。图1图2下列分析正确的是()A．原料气中氢气的作用是活化固体催化剂，变更氢气的量不会影响丁烯的产率B．丁烷催化脱氢是吸热反应，丁烯的产率随温度上升而不断增大C．随温度上升丁烯裂解生成的副产物增多，会影响丁烯的产率D．肯定温度下，限制进料比[eq\f(n氢气,n丁烷)]越小，越有利于提高丁烯的产率C[由题图1可知，变更氢气的量会影响丁烯的产率，A项错误；依据题图2可知，当温度在590℃左右时，再上升温度，副反应增多，导致丁烯产率降低，B项错误；随温度上升，丁烯裂解为乙烯等副产物，会导致丁烯的产率降低，C项正确；依据题图1可知，随着进料比[eq\f(n氢气,n丁烷)]的增大，丁烯的产领先增大后减小，故肯定温度下，不是进料比[eq\f(n氢气,n丁烷)]越小，越有利于提高丁烯的产率，D项错误。]4．煤气化的一种方法是在气化炉中给煤炭加氢，发生的主要反应为C(s)＋2H2(g)CH4(g)。在VL的密闭容器中投入amol碳(足量)，同时通入2amolH2，限制条件使其发生上述反应，试验测得碳的平衡转化率随压强及温度的变更关系如图所示。下列说法正确的是()A．上述正反应为吸热反应B．在4MPa、1200K时，图中X点v(H2)正<v(H2)逆C．在5MPa、800K时，该反应的平衡常数为eq\f(V2,a2)D．工业上维持6MPa、1000K而不采纳10MPa、1000K，主要是因为前者碳的转化率高A[A项，由图视察，温度越高，碳的平衡转化率越大，平衡正向移动，正反应为吸热反应，正确；B项，X点是未平衡时，反应正向进行，正反应速率大于逆反应速率，错误；C项，此时碳转化率为50%C(s)＋2H2(g)CH4(g)起始量/mola2a转化量/mol0.5aa平衡量/mol0.5aaK＝eq\f(\f(0.5a,V),\f(a,V)2)＝eq\f(0.5V,a)，错误；D项，该选择的缘由是两者转化率相差不大，但压强增大对设备要求高，能量需求大，错误。]5.(2024·试题调研)将肯定量硫化氢气体加入密闭容器中，发生反应2H2S(g)S2(g)＋2H2(g)。该反应的平衡常数的负对数(－lgK)随温度(T)的变更曲线如图所示，下列说法错误的是()A．c点对应的平衡常数K＝1.0×10－3.638B．该反应的ΔH>0C．a、c点反应速率：va>vcD．30℃时，b点对应状态的v正>v逆D[A项，c点－lgK＝3.638，则平衡常数K＝1.0×10－3.638，正确。B项，－lgK越大，则平衡常数K越小，由题图可知，随温度的上升，平衡常数增大，则平衡向正反应方向移动，正反应为吸热反应，故该反应的ΔH>0，正确。C项，a点温度高于c点，va>vc，正确。D项，b点eq\f(cS2·c2H2,c2H2S)的值大于平衡常数的值，反应向逆反应方向进行，则b点对应的v正<v逆，错误。]6．(2024·名校联考)某绝热恒容容器中充入2mol·L－1NO2，发生反应2NO2(g)N2O4(g)ΔH＝－56.9kJ·mol－1，下列分析不正确的是()A．5s时NO2的转化率为75%B．0～3s内v(NO2)增大是因为体系温度上升C．3s时化学反应处于平衡状态D．9s时再充入N2O4，平衡后K较第一次平衡时大C[分析图像可知，0～5s内Δc(NO2)＝2mol·L－1－0.5mol·L－1＝1.5mol·L－1，结合转化率的概念计算出NO2的转化率为eq\f(1.5mol·L－1,2mol·L－1)×100%＝75%，A项正确；该反应的正反应是放热反应，在绝热恒容容器中，随着反应进行不断放出热量，体系温度上升，反应速率增大，故0～3s内v(NO2)增大是因为体系温度上升，B项正确；3s时二氧化氮反应速率最大，3～7s时v(NO2)随时间减小，7s后v(NO2)不变，反应才处于平衡状态，C项错误；9s时反应处于平衡状态，再充入N2O4，平衡逆向进行，体系温度降低，平衡向放热方向进行，平衡常数增大，D项正确。]7．(2024·河南名校联考)血红蛋白(Hb)和肌红蛋白(Mb)分别存在于血液和肌肉中，都能与氧气结合，与氧气的结合度α(吸附O2的Hb或Mb的量占总Hb或Mb的量的比值)和氧气分压p(O2)亲密相关。回答下列问题：(1)人体中的血红蛋白(Hb)能吸附O2、H＋，相关反应的热化学方程式及平衡常数如下：Ⅰ.Hb(aq)＋H＋(aq)HbH＋(aq)ΔH1K1Ⅱ.HbH＋(aq)＋O2(g)HbO2(aq)＋H＋(aq)ΔH2K2Ⅲ.Hb(aq)＋O2(g)HbO2(aq)ΔH3K3ΔH3＝________(用ΔH1、ΔH2表示)，K3＝________(用K1、K2表示)。(2)Hb与氧气的结合实力受到c(H＋)的影响，相关反应如下：HbO2(aq)＋H＋(aq)HbH＋(aq)＋O2(g)。37℃，pH分别为7.2、7.4、7.6时氧气分压p(O2)与达到平衡时Hb与氧气的结合度α的关系如图1所示，pH＝7.6时对应的曲线为________(填“A”或“B”)。图1图2(3)Mb与氧气结合的反应如下：Mb(aq)＋O2(g)MbO2(aq)ΔH,37℃时，氧气分压p(O2)与达平衡时Mb与氧气的结合度α的关系如图2所示。①已知Mb与氧气结合反应的平衡常数的表达式K＝eq\f(cMbO2,cMb·pO2)，计算37℃时K＝________kPa－1。②人正常呼吸时，体温约为37℃，氧气分压约为20.00kPa，计算此时Mb与氧气的最大结合度为______(结果保留3位有效数字)。③经测定，体温上升，Mb与氧气的结合度降低，则该反应的ΔH________(填“>”或“<”)0。④已知37℃时，上述反应的正反应速率v(正)＝k1·c(Mb)·p(O2)，逆反应速率v(逆)＝k2·c(MbO2)，若k1＝120s－1·kPa－1，则k2＝________。37℃时，图2中C点时，v(正)/v(逆)＝________。[解析](1)由盖斯定律可知，反应Ⅰ＋反应Ⅱ＝反应Ⅲ，所以ΔH3＝ΔH1＋ΔH2，K3＝K1·K2。(2)其他条件肯定，pH＝7.6时与pH＝7.4相比，氢离子浓度减小，该反应的平衡逆向移动，增大了血红蛋白与氧气的结合度，因此A曲线符合。(3)①当p(O2)＝2.00kPa时，此时Mb与氧气的结合度为80.0%，即c(MbO2)＝4c(Mb)，故K＝eq\f(4,2.00kPa)＝2.00kPa－1。②依据平衡常数表达式K＝eq\f(cMbO2,cMb·pO2)，代入数据得2.00＝eq\f(α,1－α×20.00)，解得α＝97.6%。③体温上升时，Mb与氧气的结合度降低，即上升温度平衡逆向移动，所以正反应为放热反应，ΔH<0。④37℃反应达到平衡时，v(正)＝v(逆)，即k1·c(Mb)·p(O2)＝k2·c(MbO2)，k1＝k2·K，代入相关数据，解得k2＝60s－1。C点时eq\f(v正,v逆)＝eq\f(k1·cMb·pO2,k2·cMbO2)＝eq\f(1,2)×2.00＝1.00。[答案](1)ΔH1＋ΔH2K1·K2(2)A(3)①2.00②97.6%③<④60s－11.008．(2024·平顶山一模)处理、回收CO是环境科学家探讨的热点课题。(1)CO用于处理大气污染物N2O所发生的反应为N2O(g)＋CO(g)CO2(g)＋N2(g)ΔH。几种物质的相对能量如下：物质N2O(g)CO(g)CO2(g)N2(g)相对能量/(kJ·mol－1)475.52830393.5①ΔH＝________kJ·mol－1。变更下列“量”，肯定会引起ΔH发生变更的是________(填代号)。A．温度 B．反应物浓度C．催化剂 D．化学计量数②有人提出上述反应可以用“Fe＋”作催化剂。其总反应分两步进行：第一步：Fe＋＋N2O=FeO＋＋N2；其次步：________________________________________(写化学方程式)。其次步反应不影响总反应达到平衡所用时间，由此推知，其次步反应速率________第一步反应速率(填“大于”或“等于”)。(2)在试验室，采纳I2O5测定空气中CO的含量。在密闭容器中充入足量的I2O5粉末和肯定量的CO，发生反应：I2O5(s)＋5CO(g)5CO2(g)＋I2(s)。测得CO的转化率如图1所示。①相对曲线a，曲线b仅变更一个条件，变更的条件可能是________。②在此温度下，该可逆反应的平衡常数K＝________(用含x的代数式表示)。图1图2(3)工业上，利用CO和H2合成CH3OH。在1L恒容密闭容器中充入1molCO(g)和nmolH2，在250℃发生反应：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)，测得混合气体中CH3OH的体积分数与H2的物质的量的关系如图2所示。在a、b、c、d点中，CO的平衡转化率最大的点是________。(4)有人提出，利用2CO(g)=2C(s)＋O2(g)消退CO对环境的污染，你的评价是________(填“可行”或“不行行”)。[解析](1)①ΔH＝生成物所具有的总能量－反应物所具有的总能量＝(393.5＋0－475.5－283)kJ·mol－1＝－365kJ·mol－1；反应热只与详细反应的化学计量数有关。与温度、压强、催化剂、转化率、反应物浓度等无关。②依据催化剂定义，其次步反应中，中间产物(FeO＋)氧化CO生成CO2本身被还原成Fe＋，其次步反应对总反应速率没有影响，说明第一步是慢反应，限制总反应速率。(2)①曲线b和曲线a的平衡状态相同，曲线b反应速率较大，对于气体分子数相同的反应，加压可以增大浓度，正、逆反应速率同倍数增大；加入催化剂，正、逆反应速率同倍数增大，平衡不移动；②设CO的起始浓度为c(对于等气体分子数反应，体积始终不变)，平衡时，c(CO)＝(1－x)cmol·L－1，c(CO2)＝xcmol·L－1，K＝c5(CO2)/c5(CO)＝eq\f(x5,1－x5)。(3)图2中，b点代表平衡点，增大H2、CO的投料比，CO的平衡转化率增大。(4)该反应是焓增、熵减反应，任何温度下不能自发进行，故不行行。[答案](1)①－365D②FeO＋＋CO=Fe＋＋CO2大于(2)①加入催化剂(或增大压强)②eq\f(x5,1－x5)(3)d(4)不行行9．(2024·长郡中学模拟)肯定压强下，向密闭容器中充入肯定量的CH2=CHCH3和Cl2发生反应：CH2=CHCH3(g)＋Cl2(g)CH2=CHCH2Cl(g)＋HCl(g)ΔH2＝－102kJ·mol－1。设起始的eq\f(nCH2=CHCH3,nCl2)＝w，平衡时Cl2的体积分数(φ)与温度(T)、w的关系如图甲所示。w＝1时，正、逆反应的平衡常数(K)与温度(T)的关系如图乙所示。图甲图乙(1)图甲中，w2________1(填“>”“<”或“＝”)。(2)图乙中，表示正反应平衡常数的曲线为_____(填“A”或“B”)，理由为______________________________________________________________________。(3)T1K下，平衡时α(Cl2)＝________。[解析](1)从题图甲可以看出，温度相同，w2时φ(Cl2)较小，在反应中，增大eq\f(nCH2=CHCH3,nCl2)，φ(Cl2)减小，故w2>1。(2)反应的正反应为放热反应，上升温度平衡逆向移动，则正反应平衡常数减小，故B曲线表示正反应平衡常数的曲线。(3)T1K时正反应平衡常数与逆反应平衡常数相等，且eq\f(nCH2=CHCH3,nCl2)＝1，则平衡时反应中各物质浓度均相同，Cl2的转化率为50%。[答案](1)>(2)B反应的正反应为放热反应，温度上升，正反应平衡常数减小(3)50%10．(2024·试题调研)合成氨工艺是人工固氮最重要的途径。2024年是合成氨工业先驱哈伯(F.Haber)获得诺贝尔奖100周年。合成氨反应中有关化学键的键能数据如下表：化学键H—HN≡NN—HE/(kJ·mol－1)436946391回答下列问题：(1)已知合成氨反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH1的活化能Ea＝508kJ·mol－1，则氨分解反应2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)ΔH2的活化能Ea＝________。(2)其他条件相同时，分别选用A、B、C三种催化剂进行合成氨试验，所得结果如图1所示：图1则生产中相宜选择的催化剂是________(填“A”“B”或“C”)，理由是________。(3)向恒容密闭的反应容器中充入1molN2、3molH2，在不同温度、不同压强下合成氨反应分别达平衡时，混合气体中NH3的物质的量分数如图2所示：图2①曲线A、B、C对应的温度由低到高的依次是________(用代表曲线的字母表示)。图中X、Y、Z三点的平衡常数大小关系：K(X)________(填“>”“<”或“＝”，下同)K(Y)________K(Z)。②Y点对应的H2的转化率是________；若仅将起始投料加倍，其他条件不变，反应达到新平衡时，则H2的转化率将会________(填“上升”“降低”或“不变”)。[解析](1)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH1＝反应物总键能－生成物总键能＝(946＋436×3)kJ·mol－1－(6×391)kJ·mol－1＝－92kJ·mol－1；正反应的活化能Ea＝508kJ·mol－1，则逆反应的活化能Ea＝(508＋92)kJ·mol－1＝600kJ·mol－1，即2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)ΔH2的活化能Ea＝600kJ·mol－1。(2)由图1可知，A和B的催化效率分别在T1、T2温度下最高，T1<T2，A在较低温度下具备较高的催化活性，一方面可节约能源，另一方面，合成氨是放热反应，低温对氨的合成有利，所以，生产中相宜选择的催化剂是A。(3)①因为合成氨的反应是放热反应，相同压强下，投料相同时，上升温度平衡逆向移动，氨气的含量减小，所以曲线A、B、C对应的温度由低到高的依次是A<B<C。因为K只受温度影响，温度不变，化学反应的平衡常数不变，图2中X、Y点在同一条曲线上，所以两点对应的平衡常数相等，Z点对应温度较高，因为正反应是放热反应，上升温度平衡逆向移动，平衡常数减小，所以X、Y、Z三点的平衡常数大小关系为K(X)＝K(Y)>K(Z)。②设反应达到Y点对应平衡状态时，N2转化了xmol，依据反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)起始(mol)130转化(mol)x3x2x平衡(mol)1－x3－3x2xY点时氨气的物质的量分数为60%，所以2x/(1－x＋3－3x＋2x)×100%＝60%，解得x＝0.75，Y点对应的H2的转化率为eq\f(3×0.75mol,3mol)×100%＝75%。若仅将起始投料加倍，压强增大平衡正向移动，则反应达到新平衡时，H2的转化率将上升。[答案](1)600kJ·mol－1(2)A催化剂A在较低温度下具备较高的催化活性，一方面可节约能源，另一方面低温有利于氨的合成(3)①A<B<C＝>②75%上升11．(2024·专家原创)对于2NO2(g)N2O4(g)反应体系，标准平衡常数