主题10 第5讲 工业生产中的化学平衡图像分析(课件PPT)-【新高考方案】2025年高考化学一轮总复习（西部开发版）

工业生产中的化学 平衡图像分析 第 五 讲 (综合应用课) 工业生产过程中，如何提升原料利用率、降低化学反应条件、提高产物的产率等是化学工作者研究的重要课题。命题者往往根据实际工业生产、结合图像，从分析投料比、转化率、产率等角度来命题。此类题目的信息量大，能充分考查学生读图、提取信息、解决实际问题的能力，此类试题成为高考命题的“新宠”。 CONTENTS 目录 1 一、单一变量的平衡图像——“先拐先平”法 二、多种变量的平衡图像——“定一议二”法 三、化工生产中的复杂图像——“两步分析”法 课时跟踪检测（五十三） 2 3 4 一、单一变量的平衡图像——“先拐先平”法 以mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)　ΔH＝Q kJ·mol－1为例。 1．“转化率—时间”四种图像 p一定时， ΔH<0 T一定时， m＋n>p＋q T一定时， m＋n<p＋q T一定时， m＋n＝p＋q 注意：纵坐标也可以是某组分的含量。 2．解答这类图像题应遵循的原则和方法 “先拐先平，数值大”原则 分析反应由开始(起始物质的量相同时)至达到平衡所用时间的长短可推知反应条件的变化。 ①若为温度变化引起，温度较高时，反应达平衡所需时间短。如甲图500 ℃先达平衡。 ②若为压强变化引起，压强较大时，反应达平衡所需时间短。如乙、丙、丁图1.01×107 Pa先达平衡 掌握图像中反应规律的判断方法 ①图甲中，升高温度，A的转化率降低，平衡逆向移动，正反应为放热反应。 ②图乙中，增大压强，A的转化率升高，平衡正向移动，则正反应为气体体积减小的反应。 ③若纵坐标表示A的百分含量，则甲中正反应为吸热反应，乙中正反应为气体体积增大的反应 续表 [例1]　已知：4NH3(g)＋5O2(g) 4NO(g)＋6H2O(g)　ΔH＝－1 025 kJ·mol－1，若反应起始物质的量相同，下列关于该反应的示意图不正确的是(　 ) √ [解析]　由于该反应的正反应为放热反应，温度升高平衡逆向移动，NO的含量降低，A正确，C错误； 该反应的正反应是气体体积增大的反应，压强减小平衡正向移动，NO的含量增大，B正确； 催化剂的使用只能改变反应速率，不能使平衡发生移动，NO的含量不变，D正确。 [应用体验] 1．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 B．T2下，在0～t1时间内，v(Y)＝ mol·L－1·min－1 C．M点的正反应速率v正大于N点的逆反应速率v逆 D．M点时再加入一定量X，平衡后X的转化率减小 √ 解析：根据图示可由先拐先平数值大原则知，T1＞T2，温度越高平衡时c(X)越高，则正反应为放热反应，M点X的转化率小于W点X的转化率，M点放出的热量小于W点放出的热量，A项错误； T2下，Δt＝t1，Δc(Y)＝ mol·L－1，v(Y)＝ mol·L－1·min－1，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。 2．以下图像对应的叙述正确的是(　 ) A．图甲：A的平衡转化率为50% B．图乙：t1时刻改变的条件只能是加入催化剂 C．图丙：对图中反应升高温度，该反应平衡常数减小 D．图丁：该正向反应在任何温度下都能自发进行 解析：由图可知，反应生成C 0.4 mol、剩余A 0.8 mol，根据化学方程式可知，反应A 0.8 mol，则A的平衡转化率为50%，A正确； 反应为气体分子数不变的反应，根据图中信息得到t1时刻改变的条件可能是加入催化剂，也可能是加压，B错误； √ 对图中反应升高温度，正反应增大的速率大于逆反应增大的速率，说明平衡正向移动，该反应是吸热反应，升高温度平衡正向进行，该反应平衡常数增大，C错误； 根据下面两根曲线得到p2＞p1，增大压强，C%增大，说明正向移动，反应为气体分子数减小的反应，为熵减反应；根据上面两根曲线得到T2<T1，升高温度，C%减小，说明逆向移动，反应为放热反应，焓变小于零；则反应为放热的熵减反应，在低温下利于反应的自发进行，D错误。 二、多种变量的平衡图像——“定一议二”法 1．“A的转化率(或C的含量)—温度—压强”四种图像 以mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)　ΔH＝Q kJ·mol－1为例 m＋n>p＋q，ΔH>0 m＋n<p＋q，ΔH<0 m＋n>p＋q，ΔH<0 m＋n<p＋q，ΔH>0 续表 2．解答这类图像题时应运用“定一议二”原则 相同温度下不同 压强 由反应物A的转化率大小来判断平衡移动的方向，从而确定反应方程式中反应物与产物气体物质间的化学计量数的大小关系。如图甲中任取一条温度曲线研究，压强增大，A的转化率增大，平衡正向移动，正反应为气体体积减小的反应，图丙中任取横坐标一点作横坐标垂直线，也能得出相同结论 相同压强下不同 温度 由反应物A的转化率的大小来判断平衡移动的方向，从而确定反应的热效应。如图丙中任取一条压强曲线研究，温度升高，A的转化率减小，平衡逆向移动，正反应为放热反应，图乙中任取横坐标一点作横坐标垂直线，也能得出相同结论 续表 [例2]　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)＝1 mol，容器体积为1 L]。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＝ D．达到平衡状态a、b所需要的时间：a>b [解析]　如图，温度越高，乙烯的转化率越低，平衡逆向移动，该反应为放热反应，ΔH<0，A正确； 压强越大，平衡正向移动，乙烯的平衡转化率越大，所以p1<p2<p3，B正确； √ a点时，乙烯转化率为20%，根据三段式： 　C2H4(g)＋H2O(g) C2H5OH(g) n0　　　　1　　　　1　　　　 　0 Δn　　 　0.2　　　 0.2　　　 　 0.2 n平　　　 0.8　　 0.8　　　　 0.2 K＝ ＝ ，C错误； 与a点相比，b点温度高，压强大，反应速率较快，达平衡所需时间较短，D正确。 [应用体验] A．ΔH<0 B．p1>p2>p3 C．N点CO转化率、平衡常数均大于M点 D．T1 ℃、p3压强下，Q点对应的v正>v逆 √ 解析：由题图可知，随温度升高CO的平衡转化率下降，说明升温平衡逆向移动，则正向为放热反应，ΔH<0，故A正确； 该反应正向气体分子数减小，增大压强平衡正向移动，减小压强平衡逆向移动，由图：压强由p3→p2→p1过程中CO转化率增大，可知平衡正向移动，则压强：p1>p2>p3，故B正确； N、M点温度相同，则K相同，故C错误； T1 ℃、p3压强下M点为平衡状态，Q点转化率低于平衡转化率，则反应正向进行，v正>v逆，故D正确。 2．(2023·湖南卷)向一恒容密闭容器中加入1 mol CH4 和一定量的H2O，发生反应：CH4(g)＋H2O(g) CO(g)＋3H2(g)。CH4的平衡转化率按不同投料比x 随温度的变化曲线如图所示。下列说法错误的是(　 ) A．x1<x2 B．反应速率：vb正<vc正 C．点a、b、c对应的平衡常数：Ka<Kb＝Kc D．反应温度为T1，当容器内压强不变时，反应达到平衡状态 √ 解析：由题意分析 结合图像分析可知，A项正确、B项错误； 该反应为吸热反应，温度升高，平衡常数增大，结合题图可知，平衡常数：Ka<Kb＝Kc，C项正确； 该反应反应前后气体分子数不相等，恒温恒容时，容器内压强不再发生变化，即反应达到平衡状态，D项正确。 三、化工生产中的复杂图像—— “两步分析”法 第一步：通过读图识图获取有用信息 轴 横坐标 外界条件变化 纵坐标 反应体系变化 点 起点 始态 特殊点 中间态(突变点、拐点等) 终点 终态 线 趋势 化学反应的连续变化过程 面 曲线的相互关系 图像的基本意义 在依据化学反应原理中反应速率和平衡移动知识解读图像的基础上，还需要进行如下思考： 明标 在明确横、纵坐标含义的基础上，用变量的观点分析坐标，找出横、纵坐标的关系，再联想相应的已学化学知识 找点 在找出曲线中的起点、拐点、终点、交叉点、平衡点等的基础上，分析这些点的意义及影响这些点的主要因素有哪些 析线 正确分析曲线的变化趋势(上升、下降、平缓、转折等)，同时对走势有转折变化的曲线要分段分析，研究各段曲线变化趋势及其含义 续表 第二步：对获取的图像信息进行加工处理 (对图像信息加工处理的角度如图所示) [例3]　(2023·辽宁卷·节选)接触法制硫酸的关键反应为SO2的催化氧化： SO2(g)＋ O2(g) SO3(g)ΔH＝－98.9 kJ·mol－1 (1)为寻求固定投料比下不同反应阶段的最佳生产温度，绘制相应转化率(α)下反应速率(数值已略去)与温度的关系如图1所示，下列说法正确的是________。 a．温度越高，反应速率越大 b．α＝0.88的曲线代表平衡转化率 c．α越大，反应速率最大值对应温度越低 d．可根据不同α下的最大速率，选择最佳生产温度 (2)为提高钒催化剂的综合性能，我国科学家对其进行了改良。不同催化剂下，温度和转化率关系如图2所示，催化性能最佳的是______(填标号)。 (3)设O2的平衡分压为p，SO2的平衡转化率为αe。用含p和αe的代数式表示上述催化氧化反应的Kp＝________________(用平衡分压代替平衡浓度计算)。 [方法演示]　 第一步：通过读图识图获取有用信息 由图1可得以下信息： (1)根据不同转化率下的反应速率曲线可以看出，随着温度的升高反应速率先加快后减慢； (2)从图中所给出的速率曲线可以看出，相同温度下，转化率越低反应速率越快； (3)从图像可以看出随着转化率的增大，最大反应速率不断减小。 由图2可得以下信息： 从图中可以看出在300～550 ℃区间内，在相同温度下，催化剂(V­K­Cs­Ce)对应SO2的转化率好。 第二步：对获取的图像信息进行加工处理 (1)由题图可知，温度高于一定值时，温度升高，反应速率减小，a错误；由题图可知，相同温度下，转化率越低，反应速率越大，但转化率小于0.88时的反应速率图像没有给出，故无法判断α＝0.88的曲线能否代表平衡转化率，b错误；由题图可知，α越大，反应速率最大值对应温度越低，c正确；可根据不同α下的最大速率，选择最佳生产温度，d正确。 (2)由题图可知，在相同温度下d催化剂对应的SO2转化率最高，故其催化性能最佳。 (3)设SO2的起始分压为2x，结合题中信息可得： 　　　SO2(g) ＋ O2(g) SO3(g) 起始分压　2x　　　　p＋xαe　　　0 变化分压　2xαe　　　　xαe　　 　2xαe 平衡分压　2x(1－αe)　　p　　 　2xαe [应用体验] 一、根据图像推断反应方程式及相关信息 1．NO直接催化分解(如生成N2与 O2)也是一种脱硝途径，且在不同条件 下，NO的分解产物不同。在高压下， NO在40 ℃下分解生成两种化合物， 体系中各组分物质的量随时间变化曲线如图所示。请写出NO分解的化学方程式：____________________________________。 解析：如图可知3 mol NO在40 ℃下分解生成Y、Z两种化合物各1 mol,3X===Y＋Z，根据氧化还原得失电子守恒和原子守恒可知反应 方程式为3NO N2O＋NO2。 答案：3NO N2O＋NO2 二、根据图像选择反应最佳条件 2．采用一种新型的催化剂(主要成分是Cu－Mn合金)，利用CO和H2制备二甲醚(DME)。 主反应：2CO(g)＋4H2(g) CH3OCH3(g)＋H2O(g) 副反应：CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g) 测得反应体系中各物质的产率或转化率与催化剂的关系如图所示。 则催化剂中 约为________时最有利于二甲醚的合成。 解析：由图可知当催化剂中 约为2.0时，CO的转化率最大，而CO2和CH3OH的产率都较小，生成的二甲醚最多，最有利于二甲醚的合成。 答案：2.0 3．用氨气催化氧化还原法脱硝(NOx)原理如下：4NO(g)＋4NH3(g)＋O2(g) 4N2(g)＋6H2O(g)　ΔH<0。根据下图判断提高脱硝效率的最佳条件是_______________________________________；氨氮比一定时，在400 ℃时，脱硝效率最大，其可能的原因是_________________________________________________________。 答案：在氨氮物质的量之比为1，温度在400 ℃时　 在400 ℃时催化剂的活性最好，催化效率最高，同时400 ℃温度较高，反应速率快 三、根据图像解释某种现象产生的原因 4．已知H2S高温热分解制H2的反应如下：2H2S(g) 2H2(g)＋S2(g)。在恒容密闭容器中，控制不同温度进行H2S的分解实验。以H2S的起始浓度均为c mol·L－1测定H2S的转化率，结果如图所示。图中曲线a为H2S的平衡转化率与温度关系曲线，曲线b表示不同温度下反应经过相同时间且未达到化学平衡时H2S的转化率。请说明随温度的升高，曲线b向曲线a逼近的原因：____________________________________________ 解析：曲线a为H2S的平衡转化率，随温度升高而增大，即该反应正向吸热；曲线b表示不同温度下反应经过相同时间且未达到化学平衡时H2S的转化率，因温度低速率慢，所以温度低时H2S转化率较小，随温度升高，反应速率加快，达到平衡所需的时间缩短，故曲线b向曲线a靠近。 答案：温度升高，反应速率加快，达到平衡所需的时间缩短，故曲线b向曲线a靠近 5．COx选择性甲烷化是有望实现“双碳目标”、具有良好应用前景的处理方法。富氢气氛围下，CO、CO2均可与H2发生甲烷化反应： Ⅰ.CO(g)＋3H2(g) CH4(g)＋H2O(g)　ΔH＝－206.2 kJ·mol－1 Ⅱ.CO2(g)＋4H2(g) CH4(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－165 kJ·mol－1 其他条件相同，反应Ⅱ使用两种不同催化剂，反应相同的时间，测得CO2的转化率随温度变化的影响如图所示。 (1)请解释使用Ni-­CeO2催化剂时，随着温度的升高，为何CO2转化率先升高后降低。______________________________________________ _______________________________________________________________。 (2)根据图像分析，下列说法错误的是__________(填字母)。 A．在200～360 ℃范围内，Ni-­CeO2的催化效果比Ni更好 B．可以通过改变催化剂种类的方式调控CO2平衡转化率 C．在240 ℃附近，可以通过延长反应时间的方式提高CO2的转化率 解析：(2)根据图像可知，在200～360 ℃范围内，Ni­-CeO2的催化效果比Ni更好，A正确；催化剂只能影响反应速率，不能使平衡发生移动，B错误；反应平衡之前，可以延长时间提高CO2的转化率，当反应到达限度，延长时间，转化率不变，C错误。 答案：(1)随温度升高，反应速率逐渐加快，转化率增大；当到达反应限度，升高温度，平衡逆向移动，转化率减小　 (2)BC 课时跟踪检测（五十三） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 A卷——能力达标 1．已知：A(g)＋2B(g) 3C(s)＋3D(g)　ΔH＜0。若在容积可变的密闭容器中进行反应，下列对图像的分析中不正确的是(　 ) 6 7 8 9 10 A．图Ⅰ研究的是t0时升高温度对反应速率的影响 B．图Ⅱ可能是t0时使用催化剂对反应速率的影响 C．图Ⅲ研究的是温度对化学平衡的影响，且乙的温度较高 D．图Ⅲ研究的是压强对化学平衡的影响，且乙的压强较大 解析：反应A(g)＋2B(g) 3C(s)＋3D(g)　ΔH＜0是放热反应，升高温度反应速率加快，平衡逆向移动，图像Ⅰ符合，A正确； 1 2 3 4 5 √ 6 7 8 9 10 图Ⅱ中t0时正逆反应速率都增大且相等，说明平衡没有发生移动，由于反应前后气体的体积不变，则增大压强反应速率加快，平衡不移动，催化剂只加快反应速率，不影响平衡移动，图Ⅱ可能是t0时使用催化剂或增大压强对反应速率的影响，B正确； 该反应放热，升高温度平衡向逆反应方向移动，图中乙先达到平衡，则温度高于甲，而A的转化率低，图像符合，C正确； 增大压强，反应速率增大，图中乙先达到平衡，反应速率更大，则压强高于甲，反应A(g)＋2B(g) 3C(s)＋3D(g)是气体体积不变的反应，增大压强平衡不移动，A的转化率不变，D错误。 1 2 3 4 5 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 2．体积恒定的2 L密闭容器中加入CO(g)和H2O(g)各1 mol，发生反应：CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)　ΔH<0，反应分别在不同的温度和催化剂下进行，保持其他初始实验条件不变，经10 min测得CO气体转化率如图所示，T2温度下两曲线相交，下列说法正确的是(　 ) 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 A．相同条件下，催化剂2比催化剂1的效率高 B．在A点时，反应一定未达到平衡 C．C点时，两种催化剂下反应速率相同，用水蒸气表示速率为 v(H2O)＝0.02 mol·L－1·min－1 D．增大压强对该反应的速率无影响 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 解析：温度低于T2，催化剂1的效率高，温度高于T2，催化剂2的效率高，因此温度不同，不能比较催化剂的效率，A错误； 若A点达到平衡，B点温度升高，平衡转化率应下降，不符合题意，因此A点时，反应一定未达到平衡，B正确； 增大压强，可增大反应速率，D错误。 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 3．下列图示与对应的叙述相符的是(　 ) 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 A．图一表示反应：mA(s)＋nB(g) pC(g)　ΔH>0，在一定温度下，平衡时B的体积分数(B%)与压强变化的关系如图一所示，反应速率x点比y点时的快 B．图二是可逆反应A(g)＋B(g) C(s)＋D(g)　ΔH>0的速率­时间图像，在t1时刻改变条件一定是加入催化剂 √ C．图三表示对于化学反应mA(s)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，一定时间内A的百分含量与温度(T)的变化情况，则升高温度，该反应平衡常数增大 D．图四所示图中的阴影部分面积的含义是(v正－v逆) 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 解析：由图像可以看出，x点的压强小于y点压强，压强越大，反应速率越大，故x点比y点的反应速率慢，A错误； 可逆反应A(g)＋B(g) C(s)＋D(g)　ΔH>0，反应前后气体体积改变，在t1时刻改变条件使正逆反应速率增大且相等，改变条件是加入催化剂，B正确； 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 图像上反映随着温度升高，A的百分含量先逐渐下降到最低点，再上升，说明反应先是正向进行，到达一定温度后反应到达平衡状态，反应逆向进行，说明图像反应的应是放热反应，所以升高温度，该反应平衡常数减小，C错误； 阴影部分面积为曲边几何图形的面积，对于化学反应速率的定义式，在某时刻的化学反应速率定义为v＝ ，则阴影部分的面积表示浓度变化量Δtv正－Δtv逆，而不是(v正－v逆)，D错误。 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 4．在t ℃时，向a L密闭容器中加入1.6 mol HI(g)，发生反应2HI(g)H2(g)＋I2(g)　ΔH>0，H2的物质的量随时间的变化如图所示，下列有关说法中正确的是(　 ) A．平衡时，I2蒸气的体积分数为25% B．若在1.5 min时降低温度，则反应将向左进行 C．平衡后若升高温度，v正增大，v逆减小 D．平衡后向容器中加入一定量的H2后，平衡 向左移动，H2的体积分数减小 √ 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 1.5 min时反应未达到平衡状态，降低温度，反应速率减慢，平衡虽然向放热的逆反应方向移动，但未达到平衡，v正仍大于v逆，直至平衡，故B错误； 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 平衡后若升高温度，v正、v逆均增大，且v正增大的程度大于v逆，平衡向右移动，故C错误； 平衡后加入H2，平衡向左移动，根据勒夏特列原理可知，达到新平衡后，c(H2)仍比原来大，则新平衡后H2的体积分数增大，故D错误。 1 5 6 7 8 9 10 5．已知反应A(g)＋2B(g) C(g)　ΔH<0。在体积可变的密闭容器中，按n(A)∶n(B)＝1∶1充入反应物进行反应，A的平衡转化率与温度、压强关系如图所示。下列说法正确的是(　 ) A．温度：T1>T2>T3 B．平均摩尔质量：M(a)>M(c)，M(b)>M(d) C．a点的分压平衡常数Kp＝ kPa－2 D．d点：v正(A)＝2v逆(B) 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 解析：由于ΔH<0，升高温度，平衡逆向移动，转化率减小，故温度：T1<T2<T3，A错误； 由于ΔH<0，升高温度，平衡逆向移动，气体的总质量不变，但物质的量增大，所以平均摩尔质量：M(a)>M(c)，b点对应的压强大于d点，增大压强，平衡向正反应方向移动，气体的总物质的量减小，平均摩尔质量M(b)>M(d)，B正确； 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 T1时反应的三段式为 　　　 　　A(g)＋2B(g) C(g) 起始量/mol　 　1　　　1　　 0 变化量/mol　　0.2　　0.4　　 0.2 a点量/mol　 　0.8　　0.6　　 0.2 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 C错误； d点2v正(A)＝v逆(B)，D错误。 1 5 6 7 8 9 2 3 4 10 6．(2024·拉萨一模)利用工业废气中的CO2可以制取甲醇，CO2(g) ＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)，一定条件下往恒容密闭容器中充入 1 mol CO2和3 mol H2，在不同催化剂作用下发生反应Ⅰ、反应Ⅱ与反应Ⅲ，相同时间内CO2的转化率随温度变化如图所示： 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 下列说法不正确的是(　 ) A．反应Ⅰ中使用的催化剂效果最佳，使反应的活化能下降最多 B．催化剂具有选择性、反应Ⅱ的催化剂相对反应Ⅲ的催化剂更能 提高平衡产率 C．b点v(正)>v(逆) D．如a点已达平衡状态，当再升温时，平衡会逆向移动 √ 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 解析：反应Ⅰ中相同时间内 CO2 的转化率最大，即反应速率最快，则使用的催化剂效果最佳，使反应的活化能下降最多，故A正确； 催化剂具有选择性，催化剂只能改变速率，不能提高平衡产率，故B错误； b点反应还没有达到平衡，所以v(正)>v(逆)，故C正确； 如a点已达平衡状态，当再升温时，CO2 的转化率降低，则平衡逆向移动，故D正确。 1 5 6 7 8 9 10 7．掺杂硒的纳米氧化亚铜催化剂可用于工业上合成甲醇。 反应原理：CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)ΔH＝a kJ·mol－1。 已知：v正＝k正·c(CO)·c2(H2)，v逆＝k逆·c(CH3OH)。 (1)若按 ＝1的投料比将H2与CO充入V L的刚性恒容密闭容器中，在一定条件下发生反应，测定CO的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 ①压强p1、p2、p3由大到小的顺序是__________(选填编号)。 A．p1>p2>p3　　　　B．p3>p2>p1 ②T1 ℃，若向该容器中充入3.0 mol H2和3.0 mol CO发生上述反应，5 min后反应达到平衡(M点)，则0～5 min内，v(H2)＝__________。 ③N点的 ＝__________。X、Y、M、N四点，平衡常数从大到小关系是________________________________________________________。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 (2)若向起始温度为325 ℃的10 L刚性恒容密闭容器中充入2 mol CO和3 mol H2，发生反应，体系总压强(p)与时间(t)的关系如图中曲线Ⅰ所示；曲线Ⅱ为只改变某一条件的变化曲线，曲线中平衡温度与起始温度相同。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 ①曲线Ⅱ所对应的改变的条件可能为________。 ②体系总压强先增大后减小的原因为______________________ ________________________________________________________。 ③该条件下H2的平衡转化率为____________%(保留一位小数)。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 解析：(1)①由图可知，温度一定时，CO的转化率α(p3)＜α(p2)＜α(p1)，该正反应是气体体积减小的反应，增大压强平衡向正反应进行，CO的转化率升高，故压强p3＜p2＜p1；②由图可知，T1℃，CO的平衡转化率是40%，向该容器中充入3.0 mol H2 和3.0 mol CO发生上述反应，CO反应了3.0 mol×40%＝1.2 mol，可得三段式 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 (2)①由曲线Ⅰ、曲线Ⅱ可以看出只是反应速率加快，化学平衡不移动，改变的条件为加入催化剂；②反应开始正向进行，该反应放热，气体膨胀，压强增大，之后气体总物质的量减小，压强减小；③设反应过程中转化CO的物质的量为x mol，可得三段式 CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g) 初始/mol　2　　　　3　　　0 转化/mol　x　 　 　2x　　 x 平衡/mol　2－x 　 3－2x　 x 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 答案：(1)①A　② mol·L－1·min－1 ③ 　K(M)＝K(N)＞K(X)＞K(Y) (2)①加入催化剂　②反应开始正向进行，该反应放热，气体膨胀，压强增大，之后气体总物质的量减小，压强减小　③33.3 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 8．二氧化碳甲烷化可实现资源化利用。 (1)主反应：__________________________________________________________。 副反应Ⅰ：CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)ΔH1＝＋41.2 kJ·mol－1 副反应Ⅱ：CO(g)＋3H2(g) CH4(g)＋H2O(g)ΔH2＝－206.1 kJ·mol－1 请写出主反应由CO2加氢直接生成CH4的热化学方程式：___________________________。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 (2)向某密闭容器中投入1 mol CO2和4 mol H2，在不同温度和压强条件下发生CO2甲烷化反应，CO2的平衡转化率如图所示： ①a、b、c三点比较，主反应CH4的生成速率va、vb和vc由大到小的顺序为________________，温度高于1 000 ℃时，曲线汇于一点的原因是__________________________________________________________。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 ②已知c(400,80)，若此时CH4的产率为70%，且n(H2)＋0.4 mol＝n(H2O)，则此时n(CO)＝________，副反应Ⅰ的Kx＝_________[保留两位小数，对于反应mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，Kx＝ ，x为物质的量分数]。 解析：(1)根据盖斯定律：主反应＝副反应Ⅰ＋副反应Ⅱ，则CO2(g)＋4H2(g) CH4(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－164.9 kJ·mol－1； 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 (2)①CO2转化率由主反应和副反应Ⅰ共同决定，副反应Ⅰ是Δn＝0的反应，主反应Δn<0，则压强越大CO2平衡转化率越大，因此p1>p2>p3，等温条件下压强越大反应速率越大，则va>vb>vc；高温时副反应Ⅰ占主导，Δn＝0，压强对平衡几乎无影响； 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 ②投入1 mol CO2转化率为80%，则n(CO2)＝0.2 mol，甲烷产率为70%，则n(CH4)＝0.7 mol，根据碳守恒可知n(CO)＝0.1 mol；根据氢守恒可知，平衡时2n(H2)＋2n(H2O)＋4n(CH4)＝8 mol，又n(H2)＋0.4 mol＝n(H2O)，则n(H2)＝1.1 mol，n(H2O)＝1.5 mol，平衡时副反应Ⅰ的平衡常数Kx 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 答案：(1)CO2(g)＋4H2(g) CH4(g)＋2H2O(g)　 ΔH＝－164.9 kJ·mol－1 (2)①va>vb>vc　主反应和副反应Ⅰ共同影响CO2的平衡转化率，高温时副反应Ⅰ占主导，Δn＝0，压强对平衡几乎无影响　②0.1 mol　0.68 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 B卷——难点强化 9．研究NOx、CO等大气污染气体的处理 及利用的方法具有重要意义，可实现绿色环保、 节能减排、废物利用等目的。 (1)T ℃时，存在如下平衡：2NO2(g) N2O4(g)。 该反应正、逆反应速率与NO2、N2O4的浓度关系为v正＝k正c2(NO2)，v逆＝k逆c(N2O4)(k正、k逆是速率常数)，且lg v正～lg c(NO2)与lg v逆～lg c(N2O4)的关系如图1所示。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 ①图中表示lg v正～lg c(NO2)的线是_________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。 ②T ℃时，往刚性容器中充入一定量NO2，平衡后测得c(N2O4)为1.0 mol·L－1，则平衡时，v逆＝________(用含a的表达式表示)。 ③T ℃时，该反应的平衡常数K＝____________ L·mol－1。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 (2)NO可用氨水­臭氧组合高效脱除，与臭氧反应的过程如下：NO(g)＋O3(g) NO2(g)＋O2(g)　ΔH＝－200.9 kJ·mol－1。在恒容密闭容器中，NO氧化率随 值以及温度的变化曲线如图2 所示。 1 5 6 7 8 9 10 ①NO氧化率随值增大而增大的主要原因是__________________________________________。 ②当温度高于100 ℃时，O3分解产生活性极高的氧原子，此时NO氧化率随温度升高而降低可能的原因有______________________________ _______________________________________________________________。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 解析：(1)①由化学方程式可知，v正的斜率更大一些，图中表示 lg v正～lg c(NO2)的线是Ⅰ；②lg v正＝lg k正＋2lg c(NO2)，由图可知， lg k正＝a＋2，k正＝10(a＋2)，lg v逆＝lg k逆 ＋lg c(N2O4)，由图可知，lg k逆＝a，k逆＝10a，平衡后测得c(N2O4)为1.0 mol·L－1，则平衡时，v逆＝10a；③T ℃时，该反应达到平衡时，v正＝v逆，即k正c2(NO2)＝k逆c(N2O4)，则平衡常数K = 100； 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 (2)①NO氧化率随 值增大而增大，是因为 值增大，n(O3)增大，O3浓度增加，有利于平衡NO(g) ＋O3(g) NO2(g)＋O2(g)正向移动，NO氧化率增大；②根据反应NO(g)＋O3(g) NO2(g)＋O2(g)　ΔH＝－200.9 kJ·mol－1可知该反应为放热反应，NO氧化率随温度升高而降低可能的原因有平衡后，升高温度，平衡向逆反应方向移动。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 答案：(1)①Ⅰ　②10a ③100　 (2)① 值增大，O3浓度增加，有利于平衡NO(g)＋O3(g) NO2 (g) ＋O2(g)正向移动　②该反应为放热反应，平衡后，升高温度，平衡向逆反应方向移动 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 10．(2024年1月·甘肃高考适应性演练)铜锈中含有CuCl(s)、Cu2O(s)和Cu2(OH)3Cl(s)。有人提出腐蚀途径如下： (1)如图所示晶体结构表示铜锈中　　　　　物质(填写化学式)。 (2)过程①是典型的电化学腐蚀， 其负极反应为　　　　　　　　　　　。 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 (4)环境越潮湿、氧气含量越　　　　、气温越　　　，铜的腐蚀越严重。 (5)铜锈还含有Cu2(OH)2CO3，其分解方程式为Cu2(OH)2CO3(s)2CuO(s)＋CO2(g)＋H2O(g)。该反应的ΔH、TΔS随温度的变化关系如图所示，Cu2(OH)2CO3分解的最低温度为　　 K，当温度从T1升高到T2时，平衡向　　移动，判定理由　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 (6)某温度下，Cu2(OH)2CO3在恒容密闭容器中的分解达平衡时，容器内压强为x kPa，则反应平衡常数Kp＝　　　　(kPa)2。 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 (7)Cu2(OH)2CO3分解过程中总压强随时间的变化关系如图所示，则在0～2 min内，H2O(g)的平均生成速率v(H2O)＝　　　 kPa·min－1。 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 (2)电化学腐蚀为原电池原理，其负极反应为失电子还原反应，电极反应式为Cu－e－===Cu＋； (3)根据盖斯定律，目标反应＝第1个反应＋第2个反应＋第3个反应，则目标反应的反应热ΔH＝(a＋b＋c)kJ·mol－1； 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 (4)影响化学反应速率的因素有温度、反应物浓度、压强、催化剂等，由金属铜发生腐蚀的化学反应可知，环境越潮湿、氧气含量越高、温度越高、铜的腐蚀越严重； (5)化学反应可以自发进行，则需要反应的ΔH－TΔS<0，即ΔH<TΔS，故T>350 K，Cu2(OH)2CO3分解的最低温度为350 K；该反应为分解反应，是吸热反应，温度升高，平衡正向移动；根据平衡移动原理，升高温度平衡向吸热反应方向移动，该反应正反应为吸热反应，当温度从T1升高到T2时，平衡向正反应方向移动； 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 答案：(1)Cu2O　(2)Cu－e－===Cu＋ (3)(a＋b＋c)　(4)高　高　(5)350　正反应方向　升高温度，平衡向吸热反应方向移动，该反应正反应为吸热反应，平衡向正反应方向移动 本课结束 更多精彩内容请登录：www.zghkt.cn 1．(2024·张掖模拟)纳米二氧化钛催化剂可用于工业上合成甲醇：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH，按＝2投料比将H2与CO充入V L恒容密闭容器中，在一定条件下发生反应，测得CO的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。下列说法错误的是(　 ) 则Kp＝＝＝。 [答案]　(1)cd　(2)d　(3) C点时用水蒸气表示速率为v(H2O)＝＝0.01 mol·L－1·min－1，C错误； 解析：该反应反应前后气体体积不变，由图可知，平衡时n(H2)＝0.4 mol，则有n(I2)＝0.4 mol，故I2蒸气的体积分数为×100%＝25%，故A正确； eq \f(8,9p\o\al(2,0)) 分压为p(A)＝p0＝p0，p(B)＝p0＝p0， p(C)＝p0＝p0，a点的分压平衡常数Kp＝＝ kPa－2， CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) 初始/(mol·L－1)　　　　　　　　0 转化/(mol·L－1)　　 　　　　 平衡/(mol·L－1)　　 　　　　 5 min后反应达到平衡(M点)，则0～5 min内，v(H2)＝＝ mol·L－1·min－1；③M点已平衡，此时K＝＝，M、N点的温度相同，即K相同，v正＝v逆＝k正·c(CO)·c2(H2)＝k逆·c(CH3OH)，即＝＝＝；平衡常数只与温度有关，从图像来看温度升高CO的转化率降低，反应向逆反应方向进行，为放热反应，平衡常数减小，则平衡常数从大到小的关系为K(M)＝K(N)＞K(X)＞K(Y)； 恒温恒容时，压强之比等于气体物质的量之比，即＝，解得x＝0.5 mol，H2的转化率为×100%≈33.3%。 ＝＝ ≈0.68 ＝＝＝ (3)过程③、④涉及的反应方程式包括： 2CuCl(s)＋H2O(l)===Cu2O(s)＋2H＋(aq)＋2Cl－(aq)　ΔH＝a kJ·mol－1 Cu2O(s)＋O2(g)＋2H2O(l)＋Cl－(aq)===Cu2(OH)3Cl(s)＋OH－(aq) ΔH＝b kJ·mol－1 H＋(aq)＋OH－(aq)H2O(l) ΔH＝c kJ·mol－1 则2CuCl(s)＋O2(g)＋2H2O(l)===Cu2(OH)3Cl(s)＋H＋(aq)＋Cl－(aq)的ΔH＝　　　　 kJ·mol－1。 解析：(1)晶体结构中，白球代表的原子个数有8×＋1＝2，黑球代表的原子个数有4个，原子个数比为1∶2，符合该化学式组成的是Cu2O，故该晶体结构表示Cu2O； (6)该反应Cu2(OH)2CO3(s)2CuO(s)＋CO2(g)＋H2O(g)，反应物为固体，气体为生成的CO2(g)、H2O(g)，则混合气体中二者物质的量之比为1∶1，CO2(g)的分压为 kPa，H2O(g)的分压为 kPa，反应平衡常数Kp＝ kPa× kPa＝(kPa)2； (7)该反应Cu2(OH)2CO3(s) 2CuO(s)＋CO2(g)＋H2O(g)，反应物为固体，初始p(总)＝0，反应生成气体CO2(g)、H2O(g)，压强增大，2 min时，p(总)＝52.4 kPa，混合气体中CO2(g)、H2O(g)物质的量之比为1∶1，2 min时，H2O(g)的分压为 kPa，则v(H2O)＝＝13.1 kPa·min－1。 (6)　(7)13.1 $$