1、第5讲 化学反应速率与化学平衡的图像1.速率时间图像2024山东学情检测在恒容密闭容器中加入一定量CaSO4和CO，一定温度下发生反应：CaSO4（s）CO（g）CaO（s）SO2（g）CO2（g）H218.4 kJmol1，CO的反应速率随时间变化如图所示。下列说法正确的是（C）A.该反应是吸热反应，升高温度，正反应速率增大，逆反应速率减小B.再加入少量CaO固体，平衡向逆反应方向移动C.图示中t1 min时改变的条件可能是减小c（CO），同时增大c（SO2）D.气体的平均相对分子量不变时，不能说明反应达到平衡。解析该反应为吸热反应，升高温度，正、逆反应速率均增大，A错误；固体的加入不影响化
2、学平衡的移动，B错误；t1 min时，正反应速率减小，逆反应速率增大，可能改变的条件是减小CO浓度同时增大SO2浓度，C正确；随着反应进行，气体的平均相对分子质量不断增大，气体平均相对分子质量不变说明反应达到平衡，D错误。2.物质的量时间图像2024湘豫名校联考聚乙炔可用于制造导电塑料，广泛用于电子工业。工业上利用天然气制乙炔的化学反应原理如下：2CH4（g）C2H4（g）2H2（g）H1340.39 kJmol1C2H4（g）C2H2（g）H2（g）H235.50 kJmol1在1 L恒容密闭反应器中充入适量的CH4，发生上述反应，测得800 时各含碳物质的物质的量随时间的变化如图所示。下列
3、叙述正确的是（B）A.图中甲曲线代表甲烷、丙曲线代表乙烯B.若70 min时升温，乙曲线下移，甲曲线上移C.040 min内CH4平均反应速率为2.0 molL1min1D.M点正反应速率小于逆反应速率解析根据题干反应方程式特点可知，随着反应进行，甲烷的物质的量逐渐减小，乙烯的物质的量先增大后减小，乙炔的物质的量逐渐增大，因此曲线甲代表乙炔、曲线乙代表甲烷、曲线丙代表乙烯，A错误；两反应均属于吸热反应，升高温度，平衡正向移动，甲烷的物质的量减少，乙炔的物质的量增大，B正确；040 min内CH4平均反应速率为10020140102molL1min10.02 molL1min1，C错误；M点后甲
4、烷的物质的量继续减少，反应正向进行，因此正反应速率大于逆反应速率，D错误。3.浓度时间图像2024江西宜春丰城中学开学考某化学小组欲测定酸性条件下KClO3溶液与NaHSO3溶液反应的化学反应速率，所用的试剂为10 mL 0.1 molL1KClO3溶液和10 mL 0.3 molL1NaHSO3溶液，所得c（Cl）随时间变化的曲线如图所示。下列说法正确的是（C）A.该反应的离子方程式为ClO33SO32Cl3SO42B.该反应在04 min的平均反应速率v（NaHSO3）2.5103molL1min1C.在反应过程中，该反应的化学反应速率变化趋势为先增大后减小D.起初反应很慢，一段时间后反应
5、速率明显增大，一定是反应放热温度升高的结果解析书写离子方程式时HSO3不拆开，正确的离子方程式为ClO33HSO3Cl3SO423H，A项错误；由图中信息可知，该反应在04 min的平均反应速率v（Cl）0.010 molL14 min2.5103molL1min1，根据同一化学反应中同一时间内用不同物质表示的化学反应速率之比等于其相应物质的化学计量数之比可知，v（NaHSO3）3v（Cl）7.5103molL1min1，B项错误；化学反应速率与浓度随时间变化曲线的斜率成正相关，据图可知，该反应的化学反应速率变化趋势为先增大后减小，C项正确；一段时间后反应速率明显增大，也可能是生成的Cl或SO
6、42作催化剂使反应速率加快，不一定是反应放热温度升高的结果，D项错误。4.物质参数温度图像2023南京六校调研在压强、 CO2和H2起始投料一定的条件下，发生反应、：反应.CO2（g）3H2（g）催化剂 CH3OH（g）H2O（g）H149.0 kJmol1反应.2CO2（g）5H2（g）催化剂 C2H2（g）4H2O（g）H237.1 kJmol1实验测得CO2的平衡转化率和平衡时CH3OH的选择性（CH3OH的选择性CH3OH的物质的量反应的CO2的物质的量100）随温度的变化如图所示。下列说法正确的是（C）A.曲线表示CO2的平衡转化率B.其他条件不变，升高温度，C2H2的含量减小C.温
7、度高于280 时，曲线随温度升高而升高，说明此时主要发生反应D.同时提高CO2的平衡转化率和平衡时CH3OH的选择性，应选择在低温低压条件下反应解析其他条件不变，升高温度，反应平衡正向移动，C2H2的含量增大，B项错误。5.物质参数温度（压强）图像2023苏州调研通过反应：CO2（g）3H2（g）CH3OH（g）H2O（g）可以实现CO2捕获并资源化利用。密闭容器中，反应物起始物质的量之比n（H2）n（CO2）3时，在不同条件下（分别在温度为250 下压强变化和在压强为5105 Pa下温度变化）达到平衡时CH3OH的物质的量分数的变化如图所示。主要反应有：反应：CO2（g）H2（g）CO（g）
8、H2O（g）H42.5 kJmol1反应：CO（g）2H2（g）CH3OH（g）H90.7 kJmol1下列说法正确的是（C）A.反应的H133.2 kJmol1B.曲线表示CH3OH的物质的量分数随温度的变化C.一定温度下，增大n（H2）n（CO2）的值，可提高CO2平衡转化率D.在5105 Pa、250 、起始n（H2）n（CO2）3条件下，使用高效催化剂，能使CH3OH的物质的量分数从X点达到Y点解析利用盖斯定律，将反应反应可得反应，故反应的H48.2 kJmol1，A错误。反应的正反应为气体体积减小的放热反应，升高温度，平衡逆向移动，CH3OH的物质的量分数减小，则曲线表示CH3OH的
9、物质的量分数随温度的变化；增大压强，平衡正向移动，CH3OH的物质的量分数增大，则曲线表示CH3OH的物质的量分数随压强的变化，B错误。使用高效催化剂，可以加快化学反应速率，但不能使平衡发生移动，D错误。6.平衡常数温度图像（1）已知：4CO（g）2NO2（g）N2（g）4CO2（g）H0。该反应的正、逆反应的平衡常数（K）与温度（T）的关系如图所示，其中表示正反应的平衡常数（K正）的是B（填“A”或“B”），原因是该反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，K正减小。（2）2021山东2甲氧基2甲基丁烷（TAME）常用作汽油添加剂。在催化剂作用下，可通过甲醇与烯烃的液相反应制得，体系中同
10、时存在如下反应：反应：反应：反应：反应、以物质的量分数表示的平衡常数Kx与温度T变化关系如图所示。据图判断，A和B中相对稳定的是2甲基2丁烯（用系统命名法命名）；H1H2的数值范围是D（填标号）。A.1B.10C.01D.1解析（2）由题图知，T增大（横轴向左）时，ln Kx均减小，说明平衡均逆向移动，反应、均为放热反应，则A和B中相对稳定的是B，其系统命名为2甲基2丁烯。反应的ln Kx随着温度变化大于反应，说明反应的H1（放热、负值）变化大于反应，可得H1H2，H1H21。7.浓度时间图像、速率常数温度图像2022河北改编恒温恒容条件下，向密闭容器中加入一定量X，发生反应的方程式为XY；Y
11、Z。反应的速率v1k1c（X），反应的速率v2k2c（Y），式中k1、k2为速率常数。图a为该体系中X、Y、Z浓度随时间变化的曲线，图b为反应和的ln k1T曲线。下列说法正确的是（C）图a图bA.随c（X）的减小，反应、的速率均降低B.体系中v（X）v（Y）v（Z）C.欲提高Y的产率，需提高反应温度且控制反应时间D.温度低于T1时，总反应速率由反应决定解析起始时加入一定量X，则X的浓度逐渐减小，Y的浓度先增大后减小，Z的浓度逐渐增大；根据图b，1T增大即T降低，反应、的ln k均减小。恒温恒容条件下，速率常数不变，反应速率与物质的浓度相关，随c（X）的减小，c（Y）先增大后减小，则反应的速率
12、减小，反应的速率先增大后减小，A项错误；根据XY、YZ，可知在Y的浓度达到最大值之前，单位时间内X的减少量等于Y和Z的增加量，故v（X）v（Y）v（Z），在Y的浓度达到最大值之后，单位时间内Z的增加量等于X和Y的减少量，故v（Z）v（X）v（Y），B项错误；升高温度可以加快反应的速率，但反应的速率常数随温度升高而增大的程度小于反应的，且反应的速率随Y浓度的增大而增大，故要提高Y的产率需要提高反应温度且控制反应时间，C项正确；由图b知，温度低于T1即大于1T1时，k1k2，反应为快反应，反应为慢反应，总反应速率由慢反应决定，D项错误。8.2023湖北武汉调研甲醇制烯烃是一项非石油路线烯烃生产技术
13、，可以减少我国对石油进口的依赖度。（1）甲醇可通过煤的液化过程获得，该过程是化学（填“物理”或“化学”）变化。（2）甲醇制烯烃的反应是不可逆反应，烯烃产物之间存在如下转化关系：反应.2C3H6（g）3C2H4（g）H1117 kJmol1反应.3C4H8（g）4C3H6（g）H278 kJmol1反应.C4H8（g）2C2H4（g）H3反应达平衡时，三种组分的物质的量分数x随温度T的变化关系如图1所示。反应的H3104kJmol1。图1中曲线a代表的组分是C3H6，700 K后，曲线a下降的原因是反应和反应都是吸热反应，升高温度平衡均正向移动，且升高温度对反应的影响更大。图1中P点坐标为900
14、，0.48，900 K时，反应的物质的量分数平衡常数Kx5.76（以物质的量分数代替浓度计算）。（3）甲醇制丙烯的反应为3CH3OH（g）C3H6（g）3H2O（g），速率常数k与反应温度T的关系遵循Arrhenius方程，实验数据如图2所示。已知Arrhenius方程为RlgkEa2.303TRlgA（其中k为速率常数，反应速率与其成正比；Ea为活化能；R8.314 Jmol1K1，A为常数）。该反应的活化能Ea177.3kJmol1（计算结果保留1位小数）。下列措施能使速率常数k增大的是AD（填标号）。A.升高温度B.增大压强C.增大cCH3OHD.更换适宜催化剂解析（1）由煤制取甲醇有新
15、物质生成，为化学变化。（2）根据盖斯定律，由反应23反应13得C4H8（g）2C2H4（g）H3104 kJmol1。反应、都为吸热反应，升高温度，平衡均正向移动，C2H4（只作产物）的物质的量分数增大，C4H8（只作反应物）的物质的量分数减小，则曲线b代表C4H8，曲线c代表C2H4，曲线a代表C3H6，C3H6是反应的反应物，同时是反应的生成物，所以C3H6的物质的量分数由反应和反应共同决定，700 K后，曲线a下降的原因是升高温度对反应的影响更大。P点x（C2H4）x（C3H6）0.48，则x（C4H8）10.480.480.04，反应的Kxx2（C2H4）x（C4H8）0.4820.0
16、45.76。（3）将图2中数据代入题给公式可得110 Jmol1K1Ea2.3033103 K1RlgA、33 Jmol1K1Ea2.3034103 K1RlgA，解得Ea177.3 kJmol1。由RlgkEa2.303TRlgA可知，欲改变速率常数k，需要改变活化能或温度，升高温度、更换适宜催化剂（降低Ea）可使速率常数k增大。 9.乙烷裂解制乙烯具有成本低、收率高、投资少、污染小等优点。目前裂解方法有电催化裂解、光催化裂解、直接裂解、氧气或二氧化碳氧化乙烷裂解等。（1）乙烷直接裂解时温度、压强及平衡转化率的关系如图1所示：图1反应的H0，p1p2（填“”“”或“”）。T 时，将乙烷与氦气
17、的混合气体（乙烷的物质的量分数为m）通入一密闭容器中发生反应C2H6（g）C2H4（g）H2（g）。平衡时容器压强为p kPa，此时乙烷的平衡转化率为，则乙烯的平衡分压为m100+mpkPa，反应的平衡常数Kpm2p（1)(100+m）kPa （用分压表示，分压总压物质的量分数）。（2）已知乙烷直接裂解、CO2氧化裂解和O2氧化裂解反应如下：（）C2H6（g）C2H4（g）H2（g）H1（）CO2（g）C2H6（g）C2H4（g）CO（g）H2O（g）H2（）2C2H6（g）O2（g）2C2H4（g）2H2O（g）H3反应2CO（g）O2（g）2CO2（g）的HH32H2（用含H2和H3的代数
18、式表示）。反应（）、（）的平衡常数分别为K1、K2，则反应CO2（g）H2（g）CO（g）H2O（g）的平衡常数KK2K1（用含K1、K2的代数式表示）。在800 时发生反应（），乙烷的转化率、乙烯的选择性和收率随投料比n（C2H6）n（O2）的变化关系如图2所示：图2控制n（C2H6）n（O2）2.0，而不采用选择性更高的n（C2H6）n（O2）3.5，除可防止积炭外，另一原因是n（C2H6）n（O2）为2.03.5时，乙烯的收率几乎不变；n（C2H6）n（O2）2.0时，n（C2H6）n（O2）越小，乙烷的转化率越大，乙烯的选择性和收率越小的原因是氧气过量，乙烷发生了深度氧化，生成CO等物
19、质。解析（1）根据图示，压强恒定的条件下升高温度，乙烷的平衡转化率增大，说明平衡正向移动，则正反应为吸热反应，H0；C2H6（g）C2H4（g）H2（g）是气体分子数增大的反应，当温度相同时，增大压强，平衡逆向移动，乙烷的平衡转化率减小，故p1p2。设混合气体的总物质的量为100 mol，则乙烷的物质的量为m mol，根据题目信息列“三段式”：C2H6（g）C2H4（g）H2（g）起始量/molm00转化量/molmmm平衡量/molmmmm平衡时气体的总物质的量为（100m） mol，乙烷、乙烯、氢气的物质的量分数分别为mm100+m、m100+m、m100+m，乙烯的平衡分压为m100+m
20、p kPa；平衡常数Kpp（C2H4）p（H2）p（C2H6）（m100+mp）2mm100+mp kPam2p（1)(100+m） kPa。（2）根据盖斯定律，由（）（）2，可得2CO（g）O2（g）2CO2（g）HH32H2。由（）（）可得CO2（g）H2（g）CO（g）H2O（g），则KK2K1。由图示知，在n（C2H6）n（O2）为2.03.5时，随着投料比增大，乙烷的转化率减小，乙烯的选择性增大，但收率几乎不变，因此应控制n（C2H6）n（O2）2.0；乙烷高温氧化除生成乙烯外，还会生成CO、CO2、C及CH4等，当n（C2H6）n（O2）小于2.0时，随着n（C2H6）n（O2）减小，氧气增多，乙烷可能生成CO等物质，因此乙烯的选择性和收率减小。
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