第2章 第2节 化学平衡 重点突破练——化学反应速率与平衡图像-【金版教程】2024-2025学年新教材高中化学选择性必修1作业与测评word（人教版2019）

化学　选择性必修1　[人教版]作业与测评 重点突破练——化学反应速率与平衡图像 (建议用时：40分钟) 一、选择题 1.(2023·广东省深圳市光明区高三模拟)工业上制备硝酸过程中涉及反应：2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)　ΔH＝－57 kJ·mol－1。某实验小组测得不同条件下反应平衡时NO2的体积分数变化如图(图中X、Y分别代表温度或压强)所示，下列说法不正确的是(　　) A．图中X表示温度，Y表示压强 B．X1>X2>X3 C．对应条件下的平衡常数：a＞b＞c D．X3、Y1条件下，e点对应状态时v(逆)＞v(正) 答案　A 2．(2023·广州市高三年级一模)向恒容密闭容器中充入S2Cl2、Cl2和SCl2，发生反应S2Cl2(g)＋Cl2(g)2SCl2(g)，S2Cl2与SCl2的初始消耗速率(v)与温度(T)的关系如图所示(图中A、B点处于平衡状态)，下列说法不正确的是(　　) A．a为v(SCl2)随温度的变化曲线 B．该反应的ΔH<0 C．200 ℃下反应一段时间，S2Cl2的物质的量增多 D．反应达到平衡后向体系中充入氮气，平衡不移动 答案　C 解析　由化学方程式可知，平衡时S2Cl2与SCl2的反应速率之比为1∶2，结合图像可知，图中A、B点处于平衡状态，则正、逆反应速率相等，a为v(SCl2)随温度的变化曲线，A正确；由图像可知，250 ℃后随着温度升高，SCl2的消耗速率大于S2Cl2消耗速率的2倍，反应逆向进行，则正反应为放热反应，焓变小于零，B正确；图中A、B点处于平衡状态，200 ℃下反应没有达到平衡，反应正向进行，S2Cl2的物质的量减小，C错误；容器体积不变，反应达到平衡后向体系中充入氮气，不影响反应中各物质的浓度，平衡不移动，D正确。 3．科学家研究出一种新的催化剂能有效处理汽车尾气，其反应的化学方程式为2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)　ΔH<0，若反应在恒容密闭容器中进行，由该反应相关图像作出的判断正确的是(　　) A．甲图中改变的反应条件为升温 B．乙图中温度T2>T1，纵坐标可代表NO的百分含量 C．丙图中压强p1<p2，纵坐标可代表NO的体积分数 D．丁图中a、b、c三点只有b点已经达到平衡状态 答案　A 解析　由乙图所示信息可知，T2时反应速率更快，故温度T2>T1，温度升高，平衡逆向移动，反应物的百分含量增加，则纵坐标不可能代表NO的百分含量，B错误；由丙图信息可知，p2时的反应速率更大，故压强p1<p2，增大压强，平衡正向移动，反应物的体积分数减小，故纵坐标不可能代表NO的体积分数，C错误；曲线表示平衡常数与温度的关系，曲线上各点都是平衡点，升高温度平衡逆向移动，正反应的平衡常数减小，逆反应的平衡常数增大，D错误。 [归纳总结]　平衡移动及相关图像问题 1．生成物的浓度－时间图像 以反应aA(g)＋bB(g)cC(g)中生成物C的浓度c(C)为例。 解答这类图像题时应注意以下两点： (1)“先拐先平，数值大”原则 分析反应由开始(起始物质相同时)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，反应达到平衡所需时间短，则图甲中T2＞T1。 ②若为使用催化剂引起，使用适宜催化剂时，反应达到平衡所需时间短，则图乙中a使用了催化剂。 (2)正确掌握图像中反应规律的判断方法 ①图甲中，T2＞T1，升高温度，c(C)降低，平衡左移，正反应为放热反应。 ②若纵坐标表示A的百分含量，则图甲中表示的正反应为吸热反应。 2．恒温线(恒压线)图像 以反应aA(g)＋bB(g)cC(g)中反应物A的转化率αA为例。 解答这类图像题时应从两方面入手： (1)通过分析相同温度下不同压强时反应物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气态反应物与气态产物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，αA增大，平衡右移，正反应为气体体积减小的反应，图乙中任取横坐标一点作横轴的垂线，也能得出此结论。 (2)通过分析相同压强下不同温度时反应物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。如利用上述分析方法，在图甲中作横轴垂线或在图乙中任取一条曲线进行分析，即能得出正反应为放热反应的结论。 3．速率－温度(压强)图像 反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1的速率－温度(压强)图像如下： 曲线表示的是外界条件(温度、压强)对正、逆反应速率影响的变化趋势及变化幅度。图中交点是平衡状态，温度升高后逆反应速率增大得快，平衡逆向移动；压强增大后正反应速率增大得快，平衡正向移动。 4．(2023·南京六校高三联考)工业上用C6H5Cl和H2S高温气相反应制备苯硫酚(C6H5SH)，同时有副产物C6H6生成： Ⅰ.C6H5Cl(g)＋H2S(g)C6H5SH(g)＋HCl(g)　ΔH1 Ⅱ.C6H5Cl(g)＋H2S(g)C6H6(g)＋HCl(g)＋S8(g)　ΔH2＝－45.8 kJ·mol－1 使C6H5Cl和H2S按物质的量之比为1∶1进入反应器，定时测定反应器尾端出来的混合气体中各产物的量，得到单程收率 与温度的关系如图所示。下列说法不正确的是(　　) A．ΔH1<0 B．其他条件不变，增加H2S的量能提高C6H5Cl的平衡转化率 C．645 ℃，延长反应时间，可以提高C6H6的单程收率 D．645 ℃时，反应Ⅰ的化学平衡常数K＝ 答案　D 解析　A项，图示中590 ℃以后，C6H5SH的单程收率下降，说明升温导致反应Ⅰ平衡逆向移动，则反应Ⅰ为放热反应，正确；B项，增加H2S的量，会促进反应Ⅰ和反应Ⅱ平衡正向移动，从而提高C6H5Cl的平衡转化率，正确；C项，反应Ⅱ为放热反应，在645 ℃以后，C6H6的单程收率随温度升高而增大，说明反应Ⅱ在645 ℃时没有达到平衡，所以645 ℃时，可以通过延长反应时间来提高C6H6的单程收率，正确；D项，设起始时C6H5Cl和H2S均为1 mol，645 ℃时，C6H5SH和C6H6的单程收率均为20%，则C6H5SH和C6H6均为0.2 mol，反应Ⅰ生成的HCl为0.2 mol，消耗的C6H5Cl和H2S均为0.2 mol，反应Ⅱ生成的HCl为0.2 mol，消耗的C6H5Cl和H2S均为0.2 mol，故反应Ⅰ平衡时，HCl为0.4 mol，C6H5Cl和H2S均为0.6 mol，反应Ⅰ反应前后气体分子数不变，可用物质的量代替浓度计算平衡常数，故K＝＝＝，错误。 5．(2023·江苏南通市高三一模)用CO2和H2可以合成甲醇。其主要反应为 反应Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1＝－58 kJ·mol－1 反应Ⅱ.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH2＝＋41 kJ·mol－1 在恒容密闭容器内，充入1 mol CO2和3 mol H2，测得平衡时CO2转化率，CO和CH3OH选择性随温度变化如图所示。 下列说法正确的是(　　) A．270 ℃时主要发生反应Ⅱ B．230 ℃下缩小容器的体积，n(CO)不变 C．250 ℃下达平衡时，n(H2O)＝0.12 mol D．其他条件不变，210 ℃比230 ℃平衡时生成的CH3OH多 答案　C 解析　随着温度升高，反应Ⅰ平衡逆向移动，反应Ⅱ平衡正向移动，故CO的选择性逐渐增大，CH3OH的选择性逐渐减小，故随着温度升高而降低的曲线代表CH3OH的选择性，CO的选择性和CH3OH的选择性之和是1，可得最下面曲线代表CO的选择性，中间曲线代表CO2平衡转化率。270 ℃时，CH3OH的选择性更大，故主要发生反应Ⅰ，A错误；缩小容器体积，相当于增大压强，反应Ⅰ平衡正向移动，CO2、H2物质的量减小，故反应Ⅱ平衡会逆向移动，n(CO)会减小，B错误；210 ℃和230 ℃相比CH3OH的选择性相差不大，但是230 ℃时CO2的平衡转化率要明显大于210 ℃时，故230 ℃时转化生成的CH3OH更多，D错误。 二、非选择题 6．(2021·全国甲卷节选)二氧化碳催化加氢制甲醇，有利于减少温室气体二氧化碳。 二氧化碳加氢制甲醇的总反应可表示为： CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH＜0。 合成总反应在起始物＝3时，在不同条件下达到平衡，设体系中甲醇的物质的量分数为x(CH3OH)，在t＝250 ℃下的x(CH3OH)­p、在p＝5×105 Pa下的x(CH3OH)­t如图所示。 (1)用各物质的平衡分压表示总反应的平衡常数，表达式Kp＝__________________。 (2)图中对应等压过程的曲线是________，判断的理由是______________________________。 (3)当x(CH3OH)＝0.10时，CO2的平衡转化率α＝________，反应条件可能为____________或______________。 答案　(1)　 (2)b　总反应ΔH<0，升高温度时平衡向逆反应方向移动，甲醇的物质的量分数变小　 (3)33.3%　5×105 Pa，210 ℃　9×105 Pa，250 ℃ 解析　(3)设起始n(CO2)＝1 mol，n(H2)＝3 mol，则 3H2(g)＋CO2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g) 3 1 0 0 3α α α α 3－3α 1－α α α 当平衡时x(CH3OH)＝0.10时，＝0.1，解得α＝≈33.3%，即平衡时CO2的转化率为33.3%；由图可知，满足平衡时x(CH3OH)＝0.10的条件有：5×105 Pa，210 ℃或9×105 Pa，250 ℃。 7．(2023·开封市高三一模)绿色能源是未来能源发展的重要方向，氢能源是最具应用前景的绿色能源。 催化制氢是目前大规模制取氢气的方法之一： CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH＝－41.2 kJ·mol－1 在T1 ℃时，将0.10 mol CO与0.40 mol H2O充入5 L的恒容密闭容器中，达到平衡时，H2的物质的量分数x(H2)＝0.08。 (1)CO的平衡转化率α＝________%，反应平衡常数K＝________(结果保留两位有效数字)。 (2)由T1 ℃时上述实验数据计算得到v正～x(CO)和v逆～x(H2)的关系如图所示。升高温度，反应重新达到平衡，相应的点分别为________、________(填字母)。 (3)研究表明，CO催化变换反应的速率方程为v＝k，式中x(CO)、x(H2O)、x(CO2)、x(H2)分别表示相应的物质的量分数。Kp为平衡常数，k为反应的速率常数，温度升高时k值增大。在气体组成和催化剂一定的情况下，反应速率随温度变化的曲线如图所示。温度升高时，CO催化变换反应的Kp________(填“增大”“减小”或“不变”)。根据速率方程分析，T＞Tm时v逐渐减小的原因是__________________________________________。 答案　(1)40　0.074　(2)E　B　(3)减小　Kp减小对v的降低程度大于k增大对v的提高程度 解析　(1)在T1 ℃时，将0.10 mol CO与0.40 mol H2O充入5 L的恒容密闭容器中，达到平衡时，H2的物质的量分数x(H2)＝0.08，设平衡时CO转化了a mol，列三段式： CO(g)＋ H2O(g)CO2(g)＋H2(g) 0.10 0.40 0 0 a a a a 0.10－a 0.40－a a a ＝0.08，a＝0.04 CO的平衡转化率＝×100%＝40%，反应平衡常数K＝≈0.074。 (2)对于CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝－41.2 kJ·mol－1反应，反应平衡时H2的体积分数为0.08，升高温度时，正、逆反应速率均加快，正反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，再次平衡时H2的物质的量分数减小，故选B点。反应平衡时CO的体积分数为＝0.12，升高温度时，正、逆反应速率均加快，正反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，再次平衡时CO的物质的量分数大于0.12，故选E点。 8．(2023·青岛市高三年级调研)CO2甲烷化反应合成替代天然气，是其循环利用的重要路径之一。 (1)CO2甲烷化主反应：CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－165 kJ·mol－1。 副反应：Ⅰ.C(s)＋2H2(g)CH4(g)　ΔH1＝－75 kJ·mol－1； Ⅱ.CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)　ΔH2＝＋41.2 kJ·mol－1； Ⅲ.CO2(g)＋2H2(g)C(s)＋2H2O(g)　ΔH3。则ΔH3＝________kJ·mol－1。 (2)副反应Ⅱ所生成的CO也能发生甲烷化反应，反应的化学方程式为______________________________。原料气中氢碳比对副反应有影响，实际生产中η值较大时能有效防止积炭的原因是_____________________________ ___________________________________________________________________________________________________________________。 (3)根据热力学平衡原理，有利于主反应生成更多甲烷的是________(填字母标号)。 a．高温、高压 b．低温、低压 c．高压、低温 d．低压、高温 (4)以5 mol H2和1 mol CO2为初始原料，在催化剂(Ni/xMg)作用下保持总压为p0发生反应4H2(g)＋CO2(g)CH4(g)＋2H2O(g)，不同温度下在相同时间测得CO2的转化率如图。 ①A点的反应速率v正____v逆(填“>”“<”或“＝”)。 ②B点的平衡常数Kp＝________。 ③由图像可知，影响该催化剂活性的因素有________________________________。 (5)Arrhenius经验公式为ln k＝－＋C(Ea为活化能，单位为J·mol－1；k为速率常数；R和C为常数，R的单位为J·mol－1·K－1)。CO2甲烷化反应的速率常数k与温度T的关系如图，Ea＝________J·mol－1(保留三位有效数字)。 答案　(1)－90 (2)CO＋3H2CH4＋H2O　促进反应C(s)＋2H2(g)CH4(g)向正反应方向进行将积炭消耗 (3)c (4)①>　②　③温度和催化剂中Mg含量 (5)4.44×104 解析　(4)②B点CO2的平衡转化率为90%，列三段式： 4H2(g)＋CO2(g)CH4(g)＋2H2O(g) 起始量（mol） 5 1 0 0 转化量（mol） 3.6 0.9 0.9 1.8 平衡量（mol） 1.4 0.1 0.9 1.8 平衡时气体的n总＝4.2 mol，则B点平衡常数Kp＝＝。 (5)将C、D点数据分别代入公式得－4.4＝－8.75×10－5Ea＋C、－4.8＝－9.65×10－5Ea＋C，解得Ea≈4.44×104 J·mol－1。 9 学科网（北京）股份有限公司 $$