1、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)H0，向某体积恒定的密闭容器中按体积比21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()AO2的体积分数B混合气体的密度C密闭容器内的压强 DSO2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T2T1，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
2、，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H0，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
3、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BT2下，在0t1时间内，v(Y) molL1min1CM点的正反应速率v正大于N点的逆反应速率v逆DM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，T1T2，温度越高平衡
4、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，tt1，c(Y) molL1，v(Y) molL1min1，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
5、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H0D若T1、T2时的平衡常数分别为K1、K2，则K1K2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H0，故C正确；该反应正反应是吸热反应，升高温度
6、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“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)H100a kJmol1。(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
7、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)H100a kJmol1(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CaSO42H2O。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CaC
8、l2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
9、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CO2C高温,2CO，从而使得气体总体积增大。答案：(1)CaSCaS3CaSO4高温,4CaO4SO2(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)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：
10、C(s)2H2(g)=CH4(g)H75 kJmol1C(s)O2(g)=CO2(g)H394 kJmol1C(s)O2(g)=CO(g)H111 kJmol1该催化重整反应的H_kJmol1。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_mol2L2。(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(
11、g)C(s) =2CO(g) H/(kJmol1)75172活化能/ (kJmol1)催化剂X3391催化剂Y4372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)。AK积、K消均增加Bv积减小、v消增加CK积减小、K消增加Dv消增加的倍数比v积增加的倍数大在一定温度下，测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为vkp(CH4)p(CO2)0.5(k为速率常数)。在p(CH4)一定时，不同p(CO2)下积
12、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、，根据盖斯定律，由2可得：CH4(g)CO2(g)=2CO(g)2H2(g)H247 kJmol1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/(molL1) 10.5 0 0转化/(molL1) 0.25 0.25 0.5 0.5平衡/(molL1) 0.75 0.25 0.5 0.5K mol2L2。(2)积碳反应中，由于催化剂X的活化能比催
13、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。由速率方程表达式vkp(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)247A(2)劣于相对于催化剂X，催化剂Y积碳反应
14、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ADpc(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：.CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g)H1.CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)H2.CH3OH(g)CO(g)2H2(g)H3回答下列问题：(1)已知反应中相关化学键键能数据如下：化学键HHC=OCOHOE/(kJmol1)4368031 076465由此计算H2_kJmol1。已知H399 kJmol1，则H1_kJmol1。(2)一定比
15、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。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_。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。490 K时，根据曲线a、c判断合成甲醇的反应机理是_(填“”或“”)。.CO2CO2H2,CH3OH.COCO23H2,CH3OHH2O490 K时，
16、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、分析原因：_。解析：(1)CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)H2，反应热反应物总键能生成物总键能，故H2(2803436)kJmol1(1 0762465)kJmol136 kJmol1；根据盖斯定律由，故H1H2H336 kJmol1(99 kJmol1)63 kJmol1。(2)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，反应逆向移动、催化剂活性降低；A项，增大压强，反应平
17、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)490 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；490 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CO是生成物，CO促进反应逆向移动，二氧化碳和氢气的量增加，水蒸气的量减少，反应正向进行，故CO的存在使甲醇生成速率增大。答案：(1)3663(2)不是温度越高化学反应速率越快升高温度，反应逆向移动、催化剂活性降低AC(3)CO促进反应逆向移动，二氧化碳和氢气的量增加，水蒸气的量减少反应正向移动
