寒假作业04 化学平衡图像分析 化学平衡综合分析与计算（巩固培优）高二化学人教版

限时练习：40min 完成时间： 月 日 天气： 寒假作业04 化学平衡图像分析 化学平衡综合分析与计算 一、化学平衡常数 1．平衡常数K的书写 ①固体或纯液体和液态水不列入平衡常数的表达式中(注意有机反应中的H2O则应写入)。 ②平衡常数的表达式与化学方程式的书写方式有关，如N2＋3H22NH3，K＝a，则有： 2NH3N2＋3H2，K′＝；N2＋H2NH3，K″＝。 ③对于给定的化学方程式，正逆反应的平衡常数互为倒数。 2．K值的大小只能预示着某种可逆反应向某方向进行的最大程度，但不能预示反应达到平衡所需时间。 二、计算模式 对以下反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，令A、B起始物质的量分别为a、b，达到平衡后，A的消耗量为mx mol，容器容积为V L。 mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g) 起始/mol a b 0 0 变化/mol mx nx px qx 平衡/mol a－mx b－nx px qx 则有①平衡常数：K＝。 ②A的平衡浓度：c(A)＝ mol·L－1。 ③A的转化率：α(A)＝×100%，α(A)∶α(B)＝∶＝。 ④A的体积分数：φ(A)＝×100%。 ⑤平衡压强与起始压强之比：＝。 ⑥混合气体的平均密度(混)＝ g·L－1。 ⑦混合气体的平均摩尔质量＝ g·mol－1。 ⑧生成物的产率：实际产量(指生成物)占理论产量的百分数，即产率＝×100%。 一般来讲，转化率越大，原料利用率越高，产率越大。 三、化学平衡移动的图像分析 (一)速率－时间图像 1．含“断点”的速率—时间图像 图像 t1时刻所改变的条件 温度 升高 降低 升高 降低 正反应为放热反应 正反应为吸热反应 压强 增大 减小 增大 减小 正反应为气体体积增大的反应 正反应为气体体积减小的反应 2．“渐变”类速率—时间图像 图像 分析 结论 t1时v′正突然增大，v′逆逐渐增大；v′正＞v′逆，平衡向正反应方向移动 t1时其他条件不变，增大反应物的浓度 t1时v′正突然减小，v′逆逐渐减小；v′逆＞v′正，平衡向逆反应方向移动 t1时其他条件不变，减小反应物的浓度 t1时v′逆突然增大，v′正逐渐增大；v′逆＞v′正，平衡向逆反应方向移动 t1时其他条件不变，增大生成物的浓度 t1时v′逆突然减小，v′正逐渐减小；v′正＞v′逆，平衡向正反应方向移动 t1时其他条件不变，减小生成物的浓度 3．全程速率—时间图像 如：Zn与足量盐酸的反应，化学反应速率随时间的变化出现如图所示情况。 原因：①AB段(v增大)，反应放热，溶液温度逐渐升高，v增大；②BC段(v减小)，溶液中c(H＋)逐渐减小，v减小。 (二)反应进程折线图 此类图像一般纵坐标表示物质的量、浓度、百分含量、转化率，横坐标表示反应时间。解题的关键是找转折点。 ①转折点之前，用外因对速率的影响分析问题，用“先拐先平，数值大”的规律判断不同曲线表示温度或压强的大小；②转折点之后是平衡状态或平衡移动，解题时要抓住量的变化，找出平衡移动的方向，利用化学平衡移动原理推理分析。 反应：aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g) ΔH 类型 转化率－时间－温度 转化率－时间－压强 含量－时间－温度 含量－时间－压强 图像 说明 p一定时，ΔH＜0 T一定时， a＋b＞c＋d T一定时， a＋b＜c＋d T一定时， a＋b＝c＋d p一定时，ΔH＞0 T一定时， a＋b＞c＋d 解题 策略 “先拐先平”速率大，压强大或温度高，再根据勒夏特列原理判断图像变化从而得出结论 (三)恒压(或恒温)线 此类图像的纵坐标为某物质的平衡浓度或转化率，横坐标为温度或压强，解答此类问题，要关注曲线的变化趋势，有多个变量时，注意控制变量，即“定一议二”。 反应：aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g) ΔH 图像 结论 a＋b＞c＋d，ΔH＞0 a＋b＞c＋d，ΔH＞0 三层必刷：巩固提升+能力培优+创新题型 1．一定温度下将1 mol N2O4充入某恒压密闭容器中，下列示意图正确且能说明反应达到平衡状态的是 A．①② B．②③ C．③④ D．①④ 【答案】D 【分析】一定温度下将1 mol N2O4充入某恒压密闭容器中，发生反应：N2O4(g)2NO2(g)。 【解析】①反应在恒压密闭容器中进行，且该反应为气体分子数增大的反应，随着反应的反应发生气体体积增大，则气体密度减小，当反应达到化学平衡，体积不变，密度不变，①项选； ②反应过程中，焓变不会变化，无法根据焓变判断反应是否达到化学平衡，②项不选； ③图象中表示的只有正反应速率，无法判断正逆反应速率是否相等，③项不选； ④四氧化二氮的转化率不变，说明正逆反应速率相等，达到了平衡状态，④项选； 答案选D。 2．历史上曾用“地康法”制氯气，其反应原理为  。关于该反应，下列图像可能描述正确的是 A． B． C． D． 【答案】A 【解析】A．反应为放热的、气体分子数减小的可逆反应，增大压强，反应速率加快，平衡正向移动，HCl的平衡转化率增大，A正确；B．温度越高，反应速率越快，达到平衡的时间越短，由于该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，HCl的平衡转化率减小，B错误；C．温度越高，反应速率越快，达到平衡的时间越短，C错误；D．压强越大，反应速率越快，达到平衡时间越短，D错误；故答案选A。 3．工业合成氨的反应为　。如图表示反应速率(v)与时间(t)的关系。下列说法正确的是 A．时刻改变的条件是扩大容器体积 B．时刻后的平衡转化率减小 C．合成氨工业中采用循环操作，主要是为了提高平衡时混合物中氨的含量 D．某温度下恒容密闭容器中充入和进行反应(起始浓度分别为0.20 和0.50 )，达平衡时的转化率为50%，则该温度下此反应平衡常数K=50 【答案】D 【解析】A．扩大容器体积即减小压强，正逆反应速率均减小，且该反应为气体分子数减少的反应，减压平衡逆向移动，则时刻，A项错误； B．时刻后，说明平衡未移动，的平衡转化率不变，B项错误； C．合成氨工业循环操作是为了提高原料和的利用率，C项错误； D．起始浓度0.20 mol/L，转化率50%，则反应的为0.10 mol/L，平衡时=0.10 mol/L，=0.20 mol/L，=0.20 mol/L，则，D项正确； 答案选D。 4．化学常用图像直观地描述化学反应的进程或结果。下列有关的图像描述正确的是 A．图甲表示镁条与盐酸反应的化学反应速率随反应时间变化的曲线，说明时刻溶液的温度最高 B．图乙表示，平衡体积分数随起始..变化的曲线，则的转化率 C．图丙是室温下用溶液分别滴定同浓度同体积的HA、HB、HC三种滴定曲线，可推知HA酸性最强 D．图丁为一定温度时某反应的平衡常数随压强增大而保持不变，说明该反应前后气体体积一定不变 【答案】B 【解析】A．速率是浓度和温度共同作用的结果，随着反应的进行，温度仍在升高，A错误；B．氮气与氢气物质的量之比越大，的转化率越高，B正确；C．起始HC的pH最小，氢离子浓度最大，故HC酸性最强，C错误；D．平衡常数只与温度相关，D错误；故答案选B。 5．将等物质的量的、混合于的恒容密闭容器中，发生反应，经后测得的浓度为，且。内以表示的平均反应速率，下列说法错误的是 A．内 B．反应过程中，容器内混合气体的总物质的量在增大 C．反应过程中，A的转化率始终小于B的转化率 D．起始时，A的物质的量为1.5 mol 【答案】D 【分析】根据题干信息，假设起始投料，内以A表示的平均反应速率，即，利用三段式进行计算：，经2 min后，，则，，根据反应速率之比等于化学计量数之比，有，解得x=1，故反应为：据此分析。 【解析】A．根据分析及已知条件可计算，A正确；B．根据分析可知，A的化学计量数为1，则该反应前后气体分子数变大，因此容器内混合气体的总物质的量变大，B正确；C．A的转化量是B的二分之一，起始物质的量相同，故B的转化率始终是A的两倍，C正确；D．通过三段式计算，起始时A的物质的量为，D错误；答案选D。 6．一定温度下，在体积为的恒容密闭容器中，某一反应中、、三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示，下列表述中正确的是 A．反应的化学方程式为 B．时，正、逆反应都不再继续进行，反应达到化学平衡 C．若，则内的平均化学反应速率为 D．温度、体积不变，时刻充入使压强增大，正、逆反应速率都增大 【答案】C 【解析】A．由图象可以看出，反应中X物质的量减小，Y、Z的物质的量增多，则X为反应物，Y、Z为生成物，且△n(X)：△n(Y)：△n(Z)=0.8mol：1.2mol：0.4mol=2：3：1，反应最后达到平衡状态，是可逆反应，则该反应的化学方程式为：2X⇌3Y+Z，故A错误； B．时，正、逆反应继续进行，且正、逆反应速率相等，反应达到化学平衡，是动态平衡，故B错误； C．若t=4，则0～t的X的化学反应速率v==，故C正确； D．温度、体积不变，t时刻充入1 mol He使压强增大，反应物和生成物的浓度不变，正、逆反应速率不变，故D错误； 答案选C。 7．在容积不变的密闭容器中，一定量的与发生反应：。温度分别为、时的体积分数随时间的变化如图。下列说法正确的是 A．在温度为时，混合物的密度不变说明反应达到平衡状态 B．该反应的 C．、下该反应的化学平衡常数比较： D．在实际工业生产中，通入过量的空气可以提高的转化率 【答案】D 【解析】A．密度=质量/体积，容器容积不变（体积恒定），反应前后气体总质量守恒（质量恒定），故密度始终不变，不能作为平衡标志，A错误； B．温度越高反应速率越快，达到平衡时间越短，由图像（通常温度高的曲线先平衡）知T2＞T1；平衡时T1下SO3体积分数更高，说明升高温度（T2＞T1）平衡逆向移动，逆向吸热则正向放热，ΔH＜0，B错误； C．该反应正向放热，升高温度平衡逆向移动，平衡常数K减小。因T2＞T1，故K(T1)＞K(T2)，C错误； D．通入过量空气（含O2），增大O2浓度，平衡正向移动，可提高SO2转化率，D正确； 故选D。 8．将转化为、、等有机物是实现“双碳”目标的重要方法。 （1）催化加氢制备乙烯涉及的反应如下： i．   ii．   则   ，该反应在 下易自发进行(填“高温”“低温”或“任意温度”)。 （2）在kPa恒压条件下，将、通入初始容积为的密闭容器中发生上述反应制备乙烯，测得反应进行到第时的实际转化率和对应温度下的平衡转化率如图所示。 ①M、N点反应物分子有效碰撞几率M N(填“>”“=”或“<”)。若要使Q点在第600 s能达到R点，可采用的方法是 。 ②升高温度，乙烯的选择性[的选择性] (填“增大”或“减小”)；当温度高于时，的平衡转化率随温度的升高而增大的原因可能是 。 ③时，将、通入5 L恒容密闭容器中，反应开始到达到平衡时所用时间 (填“大于”或“少于”)。时，反应的平衡常数 (忽略反应，用含的计算式表示，为用分压表示的平衡常数，分压总压物质的量分数)。 【答案】（1） 低温 （2） 使用催化剂 减小 温度高于时，温度对反应ii的影响程度大于对反应i的影响程度 大于 【解析】（1）由盖斯定律可知，反应i−反应ii×２=目标反应，则反应△H=(-130 kJ⋅mol)- (+41 kJ⋅mol) ×２=-212 kJ⋅mol；该反应为熵减的反应，低温条件下，反应ΔH—TΔS＜0，能自发进行； （2）①由图可知，N点温度高于M点，温度越高，活化分子的数目和百分数越高，有效碰撞几率越大，反应速率越快，所以M点有效碰撞的几率小于N点；Q点与R点的温度相同，但Q点二氧化碳的转化率小于R点，说明600s时，R点反应速率小于Q点，所以可以使用催化剂降低反应的活化能，加快反应速率，使Q点在第600 s达到R点；反应i为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，二氧化碳的转化率减小，乙烯选择性减小；反应ii为吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，二氧化碳的转化率增大，所以当温度高于T3℃时，二氧化碳的转化率随温度的升高而增大说明温度升高对反应ii的影响程度大于对反应i的程度； ③由方程式可知，反应i为气体体积减小的反应，反应ii为气体体积不变的反应，则温度相同时，恒压密闭容器与恒容密闭容器相比，相当于增大容器的压强，增大压强，反应速率加快，达到平衡所需时间减小，所以起始反应物的浓度相同，T2℃时，恒容密闭容器中反应开始到达到平衡时所用时间大于600 s；由图可知，T2 ℃时，二氧化碳的转化率为80%，由题意可建立如下三段式： 由三段式数据可知，混合气体的总物质的量为14 mol，由题意可知，混合气体的总压为m kPa，则反应的平衡常数。 9．“碳”这一概念稳居“C位”，碳达峰、碳中和、碳交易、碳固定等概念被多次提及。当前，二氧化碳的捕集、利用与封存已成为我国能源领域的一个重要战略方向。回答下列问题： （1）CO2加氢合成甲醇是目前比较常用的一种降碳方法： 反应ⅰ：    反应ⅱ：    则反应    ；该反应在 (填“高温”或“低温”)下能自发进行。 （2）CO2可以被NaOH溶液捕获。若所得溶液pH=11，溶液中 ；若所得溶液pH=13，CO2主要转化为 (填离子符号)。(已知：室温下，H2CO3的、) （3）将CO2转化为乙烯是减少CO2的一种重要路径。已知在起始压强为8 MPa的恒容密闭容器中，发生反应  。反应温度、投料比对CO2平衡转化率的影响如图所示。 ①a (填“>”“<”或“=”，下同)3.M、N两点的反应平衡常数 。 ②M点的平衡常数 (列出计算式，以气体分压来表示浓度，分压=总压×物质的量分数)。 【答案】（1） 低温 （2）1：5 （3）> > (或) 【解析】（1）根据盖斯定律，反应iii可看作为由反应ⅰ+反应ⅱ所得，则；该反应的、，由时反应能自发进行，该反应的、，则此反应在低温下能自发进行。 （2）CO2可以被NaOH溶液捕获时发生的反应分别为：、；在溶液pH=11时，溶液中同时存在，则会发生的水解：；根据此时水解常数，解得；当溶液pH=13时，同样根据水解常数解得，得到，所以CO2主要转化为：。 （3）①在起始压强为8 MPa的恒容密闭容器中，发生反应 ，根据图形曲线变化趋势可知，在相同温度时，时的CO2平衡转化率比时的CO2平衡转化率高，根据说明增大了投料比，则；在固定投料比时随温度升高，CO2的平衡转化率逐渐减低，说明平衡向逆反应方向移动，则该反应为放热反应，，在M、N两点时，M点的温度比N点的温度低，温度越低，平衡常数越大，则有平衡常数。 ②对起始压强为8 MPa的恒容密闭容器中，在M点时，CO2的平衡转化率为80%，投料比，设投入的、，列三段式：，得到平衡时气体总物质的量为，则平衡时的压强为，最后得到M点的平衡常数。 1．一定温度下，向容器中加入发生如下反应：①，②，③。反应体系中、、的浓度随时间的变化曲线如图所示。下列说法不正确的是 A．反应①的活化能小于反应② B．该温度下，反应③的平衡常数小于1 C．时，的消耗速率大于生成速率 D．时， 【答案】B 【解析】A．反应①生成B，反应②生成C，活化能越低反应速率越快。初始阶段B浓度上升速率大于C，说明反应①速率更快，活化能更小，A正确； B．反应③平衡常数，t₂时C浓度高于B（图像中C曲线在B上方），则，B错误； C．t₁时，B浓度在减小，C浓度在增加，则的消耗速率大于生成速率，C正确； D．A完全反应（t₂时c(A) = 0），根据物料守恒，即，D正确； 故选B。 2．如表所示，在三个初始温度均为T ℃的容器中进行反应：  。下列说法正确的是 容器编号 容器类型 初始体积 反应物的起始投入量/mol 平衡时n(NH3)/mol N2(g) H2(g) NH3(g) 甲 恒温恒容 1 L 0 0 2 1.8 乙 恒容绝热 1 L 1 3 0 x 丙 恒温恒容 3 L 3 9 0 y A． B． C．T ℃下该反应的平衡常数K=1200 D．平衡时H2的正反应速率： 【答案】C 【解析】A．该反应放热，甲与乙两个容器的投料比等效，恒容绝热与恒温恒容相比，相当于升高温度，平衡逆向进行，平衡时NH3(g)的物质的量减小，，A错误；B．丙的投料比等效于甲的3倍，丙的容器体积也是甲的3倍，甲容器与丙容器均为恒温恒容，相同条件下达到平衡状态，，B错误；C．根据甲容器数据计算平衡常数：起始2 mol 分解，平衡时为1.8 mol ，对应浓度1.8 mol/L ，和浓度分别为0.1 mol/L 和0.3 mol/L ，代入公式得，C正确；D．乙为恒容绝热容器，随着反应的进行，容器内温度升高，反应速率加快，故的正反应速率，D错误；故答案选C。 3．合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义，其原理为  。在不同温度、压强和相同催化剂条件下，将和充入恒容密闭容器中反应，平衡后混合物中氨气的体积分数如图所示。下列说法错误的是 A．反应焓变： B．压强： C．M、N两点对应的平衡常数相等 D．M、N两点的平衡转化率均约为80% 【答案】C 【解析】A．根据题图中信息，温度升高，氨气的体积分数减小，说明平衡逆向移动，逆向是吸热反应，正向是放热反应，即正反应的，A正确； B．合成氨的正反应是一个气体体积减小的反应，作一条等温线，从下到上，氨气体积分数逐渐增大，说明平衡正向移动，所以，B正确； C．、两点温度不相同，N点温度高，平衡逆向移动，因此N点的平衡常数小于M点的平衡常数，C错误； D．M、N两点氨气的体积分数相同，则的平衡转化率相等，设有发生反应，则有 ，解得，则的平衡转化率为，D正确； 故选C。 4．某密闭容器中充入等物质的量的A和B，一定温度下发生反应A(g)＋xB(g)⇌2C(g)，达到平衡后，在不同的时间段，分别改变反应的一个条件，测得容器中物质的物质的量浓度、反应速率分别随时间的变化如图所示。 下列说法中正确的是 A．30min～40min间该反应使用了催化剂 B．反应方程式中的x=1，正反应为吸热反应 C．30min时降低温度，40min时升高温度 D．8min前A的平均反应速率为 【答案】D 【解析】A．由图象可知，30～40 min正逆反应速率同等程度降低，反应物与生成物的浓度瞬时降低，反应仍处于平衡状态，不可能是温度变化，而是降低了压强，故A错误； B．由开始到达到平衡，A、B的浓度减少的量相同，由此可知x=1，反应前后气体体积不变，则增大压强平衡不移动，40min时，正逆反应速率都增大，应该是升高温度，且逆反应速率大于正反应速率，平衡逆向移动，则正反应为放热反应，故B错误； C．由图象可知，30min反应物与生成物的浓度瞬时降低，反应仍处于平衡状态，不可能是温度变化，而是降低了压强，40min时，正逆反应速率都增大，且逆反应速率大于正反应速率，平衡向逆向进行，应是升高温度，故C错误； D．由图可知8min前A的浓度减小了2mol•L-1-1.36mol•L-1=0.64mol•L-1，所以A的反应速率为 =0.08mol•L-1•min-1，故D正确； 选D。 5．是重要的无机化工原料，可利用反应：提纯。向恒容密闭容器中加入和一定量的发生该反应，平衡时测得与温度、投料比的关系如图所示。下列说法不正确的是 A．容器内气体密度不变可判断该反应已达到平衡状态 B．平衡时，容器内 C．投料比： D．转化率： 【答案】D 【解析】A．由质量守恒定律可知，该反应是气体质量增大的反应，恒容密闭容器中反应时，容器内气体密度增大，则容器内气体密度不变说明正逆反应速率相等，反应已达到平衡，故A正确； B．由方程式可知，反应过程中，无论反应是否达到平衡状态，生成物和的物质的量始终相等，故B正确； C．该反应是气体体积不变的反应，温度相同时增大投料比相当于增大压强，平衡不移动，但各气体浓度均增大，由图可知，x1条件下的浓度大于x2条件下，所以投料比x1大于x2，故C正确； D．该反应是气体体积不变的反应，温度相同时增大投料比相当于增大压强，平衡不移动，但各气体浓度均增大，由图可知，x1条件下的浓度大于x2条件下，所以投料比x1大于x2，碘蒸气浓度增大，平衡向正反应方向移动，转化率增大，但碘的转化率减小，则a点碘的转化率小于b点，故D错误； 故选D。 6．亚硝酰氯(ClNO)是有机合成中的重要试剂，可通过反应2NO(g)＋Cl2(g)2ClNO(g)获得。 （1）氮氧化物与悬浮在大气中的海盐粒子相互作用时会生成亚硝酰氯，涉及以下反应： ①2NO2(g)＋NaCl(s)NaNO3(s)＋ClNO(g)  K1 ②4NO2(g)＋2NaCl(s)2NaNO3(s)＋2NO(g)＋Cl2(g)  K2 ③2NO(g)＋Cl2(g)2ClNO(g)  K3 则K3= (用K1和K2表示)。 （2）已知几种化学键的键能数据如表所示(亚硝酰氯的结构为Cl-N=O)： 化学键 N≡O Cl—Cl Cl—N N=O 键能/kJ·mol-1 630 243 a 607 则反应2NO(g)＋Cl2(g)2ClNO(g)的ΔH= kJ·mol-1(用含a的代数式表示)。 （3）按投料比n(NO)∶n(Cl2)=2∶1把NO和Cl2加入一恒压的密闭容器中发生反应，平衡时NO的转化率与温度T、压强p(总压)的关系如图A所示： ①该反应的ΔH (填“>”“<”或“=”)0。 ②在压强为p的条件下，M点时容器内NO的体积分数为 。 ③若反应一直保持在压强为p条件下进行，则M点的压强平衡常数Kp= (用含p的表达式表示，用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×体积分数)。 （4）一定条件下在恒温恒容的密闭容器中按一定比例充入NO(g)和Cl2(g)，平衡时ClNO的体积分数(φ)随的变化关系如图B所示。则A、B、C三点对应状态中，NO的转化率最大的是 点，当=1.5时，达到平衡状态时ClNO的体积分数φ可能对应D、E、F三点中的 点。 【答案】（1） （2）289-2a （3）< （4）A D 【解析】（1）由盖斯定律可知，将①×2-②可得：2NO(g)＋Cl2(g)2ClNO(g)，则平衡常数； （2）2NO(g)＋Cl2(g)2ClNO(g)反应的△H=反应物的键能之和-生成物的键能之和=（2×630+243）kJ/mol -（2a+2×607）kJ/mol =（289-2a）kJ/mol； （3）①由图A可知，随着温度的升高，平衡时NO转化率降低，平衡逆向移动，则该反应为放热反应，则△H＜0；   ②按投料比n(NO)∶n(Cl2)=2∶1投料，假设一氧化氮、氯气投料分别为2mol、1mol，发生反应2NO(g)＋Cl2(g)2ClNO(g)，M点NO的转化率为50%，反应NO、氯气、生成ClNO分别为1mol、0.5mol、1mol，平衡时NO、氯气分别为1mol、0.5mol，总的物质的量为1+0.5+1=2.5mol，则NO的体积分数为； ③由②中分析可得，； （4）要使NO的转化率最大，应使n(NO):n(Cl2)尽量的小，A、B、C三点中，A点的n(NO):n(Cl2)最小，NO的转化率最大的是A点；由图B可知，随着投料比n(NO):n(Cl2)的增大，ClNO的体积分数增大，当反应物的物质的量之比等于其计量数之比时，两种反应物的转化率相同，故此时生成物的百分含量最大，=1.5时，ClNO的体积分数可能为D点。 7．以为原料合成涉及的反应如下： I． Ⅱ． Ⅲ． 回答下列问题： （1）计算反应I的 ，该反应在 (填“高温”、“低温”或“任意温度”)下能自发。 （2）在下，按照投料，假设只发生反应I和Ⅱ，平衡时，和在含碳产物物质的量分数及的转化率随温度的变化如图： ①图中代表的曲线为 (填“m”或“n”)。 ②解释范围内转化率随温度升高而降低的原因 。 ③下列说法正确的是 (填字母)。 A．温度越高，越有利于工业生产 B．范围内，温度升高，的平衡产量先减小后增大 C．随着温度逐渐升高，混合气体的平均相对分子质量几乎又变回起始的状态 ④已知气体分压=气体总压×气体的物质的量分数，用平衡分压代替平衡浓度可以得到平衡常数；则时的分压为 (用最简分数)，反应II的平衡常数为 (列出算式即可)。 【答案】（1） 低温 （2）①m ②反应I是放热反应，反应II是吸热反应，温度升高，反应I使平衡转化率减小的程度大于反应II使平衡转化率增大的程度 ③BC ④ 【解析】（1）根据盖斯定律反应Ⅱ+Ⅲ可得反应I，41kJ•mol-1-90kJ•mol-1=-49kJ•mol-1；该正反应是气体分子数减小的反应，∆S<0，∆H1<0，根据自发进行的判据∆G=∆H-T∆S<0，该反应在低温下能自发； （2）①根据反应Ⅰ和Ⅲ可知，其反应的产物都有CH3OH生成，且ΔH1和ΔH3都小于零，也就是说，温度升高，它们的平衡都会逆向移动，从而使CH3OH的产量变少，则甲醇在含碳产物的物质的量分数减小，故符合这个规律的是曲线m。 ②反应I是放热反应，温度升高，逆反应程度增大，CO2转化率降低，反应Ⅱ是吸热反应，温度升高，正反应程度增大，CO2转化率升高，在150～250℃范围内，温度升高，整体上CO2转化率降低，说明反应Ⅰ逆向移动的程度大于反应II正向移动的程度，导致CO2转化率随温度升高而降低。 ③A．起始n(CO2)：n(H2)=1：3投料，只发生反应I时，CO2、H2转化率相同，发生反应II时，H2的平衡转化率小于CO2的转化率，当I、II都发生时，则H2的平衡转化率小于CO2的转化率，故A正确；B．由图可知，温度在150℃时有利于反应Ⅰ进行，CH3OH的含量高，有利于工业生产CH3OH，但并不是温度越低越好，因为反应需要一定温度才能发生，故B错误；C．加入选择性高的催化剂，可提高CH3OH的平衡转化速率，并不能提高平衡转化率，故C错误；故答案为：BC； ④270℃时CO2的转化率为24%，CO和CH3OH在含碳产物中物质的量分数相同，则根据题意设起始量n(CO2)=1mol,n(H2)=3mol，平衡时反应I生成CH3OH物质的量为 xmol，反应II中生成CO 的物质的量也为xmol，可得： ， 反应后总的物质的量为剩余的CO2和H2和生成的CH3OH、H2O、CO的物质的量之和，则反应后混合物总的物质的量为1+3-6x+4x=(4-2x)mol，CO2的转化率为24%，根据题意可得2x=1mol×24%=0.24mol，得到x=0.12mol，则反应后总物质的量为3.76mol，在5MPa条件下，为恒压反应，则p(H2O)=×5MPa=MPa；平衡时，n(CO)=0.12mol、n(H2O)=0.24mol、n(CO2)=0.76mol、n(H2)=2.52mol，则反应II的平衡常数为。 1．在条件下，分别向两个容积为2L的刚性容器中充入2molCO和，发生反应：。实验测得两容器中CO或的物质的量随时间的变化关系如图所示。下列说法正确的是 A. 当容器中混合气体的密度不随时间变化时，该反应达到平衡状态 B. ac段的平均反应速率为 C. 逆反应速率： D. 时，该反应的平衡常数 【答案】CD 【解析】A．该反应所有反应物均为气体，依据质量守恒定律，气体总质量保持不变，而反应容器也是固定为2L，则密度一直保持不变，气体密度不能作为判断是否达到平衡状态的标准，A错误； B．ac段，时间从2min变成10min，的物质的量0.4mol变成1.2mol，该反应容器容积为2L，所以的平均反应速率为，B错误； C．图示分别为160℃、200℃条件下的两个平衡，由图可知ac线先达到平衡，即该平衡反应速率快，为200℃条件下达到的平衡，则bd线为160℃条件下达到的平衡，所以c的速率最快，同温下，反应正向进行，正反应速率减小，逆反应速率加快，d>b，综上有，C正确； D．依据题目信息， CO和起始浓度均为，结合图示，160℃条件下，的浓度变化值为，列出平衡三段式进行计算：，平衡常数，该反应为体积不变的反应Kc=Kp，所以160℃时，该反应的平衡常数KP=9，D正确； 答案选CD。 2．氮氧化物是形成雾霾的重要原因之一，综合治理氮氧化物，还自然一片蓝天。回答下列问题： （1）通常可采用氢气进行催化还原，消除NO造成的污染。 已知：①N2(g)+O2(g)=2NO(g)  H=akJ/mol； ②2H2(g)+O2(g)=2H2O（1）  H=bkJ/mol； ③H2O(g)=H2O(l)  H=ckJ/mol 写出H2与NO反应生成N2和水蒸气的热化学方程式： 。 （2）已知Cl2可与NO作用：2NO(g)+Cl2(g)2ClNO(g)  H<0，反应的速率方程式为：v正=k正·c2(NO)·c(Cl2)，v逆=k逆·c2(ClNO)，k正、k逆表示速率常数，与温度、活化能有关。 ①升高温度，k正的变化程度 (填“大于”小于”或“等于”)k逆的变化程度。 ②某温度条件下，向2L恒容密闭容器中加入2molNO和1molCl2，测得初始压强是平衡时压强的1.2倍。则该温度下平衡常数K= 。若平衡时压强为p，则Kp= (用p表示)。 （3）工业烟气中的氮氧化物可用NH3催化还原，发生反应：4NH3(g)+6NO(g)=5N2(g)+6H2O(g)  H<0，研究表明不同氨氮比m=条件下测得NO的残留率与温度关系如图所示。 ①氨氮比m1、m2、m3由大到小的顺序是 。 ②随着温度不断升高，NO的残留率趋近相同，说明温度对NO残留率的影响 (填“大于”或“小于”)氨氮比的影响。 （4）工业烟气中的氮氧化物也可用C2H4脱硝。为研究温度、催化剂中Cu2+负载量对NO去除率的影响，控制其它条件一定，实验结果如图所示。为达到最高的NO去除率，应选择的反应温度约为 (填序号，下同)，Cu2+负载量为 。 a．300℃    b．350℃    c．500℃    d．1%    e．3%    f．8% 【答案】（1）2H2(g)+2NO(g)=N2(g)+2H2O(g)  H=(b-2c-a)kJ·mol-1 （2）①小于 ②4 （3）①m3>m2>m1 ②大于 （4）b e 【解析】（1）将②-①-2×③即可得到2H2(g)+2NO(g)=N2(g)+2H2O(g)，进一步计算△H即可得到2H2(g)+2NO(g)=N2(g)+2H2O(g)  H=(b-2c-a)kJ·mol-1； （2）①该反应为放热反应，升高温度，平衡向左移动，逆反应速率增大程度大于正反应速率增大程度，根据速率方程，可知改变温度瞬间，浓度未发生变化，故k正的变化程度小于k逆的变化程度。 ②设Cl2的变化量为xmol。列三段式： 根据压强之比等于物质的量之比，可知=1.2，x=0.5，K==4，p(NO)=p×，p(Cl2)=p×，p(ClNO)=p×，Kp==； （3）①氨氮比增大，可理解为NH3增加，NO的残留率降低，故m3>m2>m1；②反应过程中存在2个外界因素，温度和氨氮比，二者均对NO的残留率存在影响，随着温度的进一步升高，不同氨氮比，NO的残留率趋近，说明温度对NO残留率的影响大于氨氮比的影响。 （4）根据图示，反应温度约为350℃、Cu2+负载量为3%时NO去除率最高。 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 限时练习：40min 完成时间： 月 日 天气： 寒假作业04 化学平衡图像分析 化学平衡综合分析与计算 一、化学平衡常数 1．平衡常数K的书写 ①固体或纯液体和液态水不列入平衡常数的表达式中(注意有机反应中的H2O则应写入)。 ②平衡常数的表达式与化学方程式的书写方式有关，如N2＋3H22NH3，K＝a，则有： 2NH3N2＋3H2，K′＝；N2＋H2NH3，K″＝。 ③对于给定的化学方程式，正逆反应的平衡常数互为倒数。 2．K值的大小只能预示着某种可逆反应向某方向进行的最大程度，但不能预示反应达到平衡所需时间。 二、计算模式 对以下反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，令A、B_____物质的量分别为a、b，达到平衡后，A的_____为mx mol，容器容积为V L。 mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g) 起始/mol a b 0 0 变化/mol mx nx px qx 平衡/mol a－mx b－nx px qx 则有①平衡常数：K＝__________。 ②A的平衡浓度：c(A)＝_____ mol·L－1。 ③A的转化率：α(A)＝_____×100%，α(A)∶α(B)＝∶＝。 ④A的体积分数：φ(A)＝__________×100%。 ⑤平衡压强与起始压强之比：＝__________。 ⑥混合气体的平均密度(混)＝__________ g·L－1。 ⑦混合气体的平均摩尔质量＝ g·mol－1。 ⑧生成物的产率：实际产量(指生成物)占理论产量的百分数，即产率＝__________×100%。 一般来讲，转化率越大，原料利用率越高，产率越大。 三、化学平衡移动的图像分析 (一)速率－时间图像 1．含“断点”的速率—时间图像 图像 t1时刻所改变的条件 温度 升高 降低 升高 降低 正反应为__________ 正反应为__________ 压强 增大 减小 增大 减小 正反应为气体体积_____的反应 正反应为气体体积_____的反应 2．“渐变”类速率—时间图像 图像 分析 结论 t1时v′正__________，v′逆逐渐增大；v′正＞v′逆，平衡向正反应方向移动 t1时其他条件不变，增大反应物的浓度 t1时v′正__________，v′逆逐渐减小；v′逆＞v′正，平衡向逆反应方向移动 t1时其他条件不变，减小反应物的浓度 t1时v′逆__________，v′正逐渐增大；v′逆＞v′正，平衡向逆反应方向移动 t1时其他条件不变，增大生成物的浓度 t1时v′逆__________，v′正逐渐减小；v′正＞v′逆，平衡向正反应方向移动 t1时其他条件不变，减小生成物的浓度 3．全程速率—时间图像 如：Zn与足量盐酸的反应，化学反应速率随时间的变化出现如图所示情况。 原因：①AB段(v增大)，_______________；②BC段(v减小)，____________________。 (二)反应进程折线图 此类图像一般纵坐标表示物质的量、浓度、百分含量、转化率，横坐标表示反应时间。解题的关键是找转折点。 ①转折点之前，用外因对速率的影响分析问题，用“先拐先平，数值大”的规律判断不同曲线表示温度或压强的大小；②转折点之后是平衡状态或平衡移动，解题时要抓住量的变化，找出平衡移动的方向，利用化学平衡移动原理推理分析。 反应：aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g) ΔH 类型 转化率－时间－温度 转化率－时间－压强 含量－时间－温度 含量－时间－压强 图像 说明 p一定时，ΔH＜0 T一定时， a＋b＞c＋d T一定时， a＋b＜c＋d T一定时， a＋b＝c＋d p一定时，ΔH＞0 T一定时， a＋b＞c＋d 解题 策略 “先拐先平”速率大，压强大或温度高，再根据勒夏特列原理判断图像变化从而得出结论 (三)恒压(或恒温)线 此类图像的纵坐标为某物质的平衡浓度或转化率，横坐标为温度或压强，解答此类问题，要关注曲线的变化趋势，有多个变量时，注意控制变量，即“定一议二”。 反应：aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g) ΔH 图像 结论 a＋b_____c＋d，ΔH_____0 a＋b_____c＋d，ΔH_____0 三层必刷：巩固提升+能力培优+创新题型 1．一定温度下将1 mol N2O4充入某恒压密闭容器中，下列示意图正确且能说明反应达到平衡状态的是 A．①② B．②③ C．③④ D．①④ 2．历史上曾用“地康法”制氯气，其反应原理为  。关于该反应，下列图像可能描述正确的是 A． B． C． D． 3．工业合成氨的反应为　。如图表示反应速率(v)与时间(t)的关系。下列说法正确的是 A．时刻改变的条件是扩大容器体积 B．时刻后的平衡转化率减小 C．合成氨工业中采用循环操作，主要是为了提高平衡时混合物中氨的含量 D．某温度下恒容密闭容器中充入和进行反应(起始浓度分别为0.20 和0.50 )，达平衡时的转化率为50%，则该温度下此反应平衡常数K=50 4．化学常用图像直观地描述化学反应的进程或结果。下列有关的图像描述正确的是 A．图甲表示镁条与盐酸反应的化学反应速率随反应时间变化的曲线，说明时刻溶液的温度最高 B．图乙表示，平衡体积分数随起始..变化的曲线，则的转化率 C．图丙是室温下用溶液分别滴定同浓度同体积的HA、HB、HC三种滴定曲线，可推知HA酸性最强 D．图丁为一定温度时某反应的平衡常数随压强增大而保持不变，说明该反应前后气体体积一定不变 5．将等物质的量的、混合于的恒容密闭容器中，发生反应，经后测得的浓度为，且。内以表示的平均反应速率，下列说法错误的是 A．内 B．反应过程中，容器内混合气体的总物质的量在增大 C．反应过程中，A的转化率始终小于B的转化率 D．起始时，A的物质的量为1.5 mol 6．一定温度下，在体积为的恒容密闭容器中，某一反应中、、三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示，下列表述中正确的是 A．反应的化学方程式为 B．时，正、逆反应都不再继续进行，反应达到化学平衡 C．若，则内的平均化学反应速率为 D．温度、体积不变，时刻充入使压强增大，正、逆反应速率都增大 7．在容积不变的密闭容器中，一定量的与发生反应：。温度分别为、时的体积分数随时间的变化如图。下列说法正确的是 A．在温度为时，混合物的密度不变说明反应达到平衡状态 B．该反应的 C．、下该反应的化学平衡常数比较： D．在实际工业生产中，通入过量的空气可以提高的转化率 8．将转化为、、等有机物是实现“双碳”目标的重要方法。 （1）催化加氢制备乙烯涉及的反应如下： i．   ii．   则   ，该反应在 下易自发进行(填“高温”“低温”或“任意温度”)。 （2）在kPa恒压条件下，将、通入初始容积为的密闭容器中发生上述反应制备乙烯，测得反应进行到第时的实际转化率和对应温度下的平衡转化率如图所示。 ①M、N点反应物分子有效碰撞几率M N(填“>”“=”或“<”)。若要使Q点在第600 s能达到R点，可采用的方法是 。 ②升高温度，乙烯的选择性[的选择性] (填“增大”或“减小”)；当温度高于时，的平衡转化率随温度的升高而增大的原因可能是 。 ③时，将、通入5 L恒容密闭容器中，反应开始到达到平衡时所用时间 (填“大于”或“少于”)。时，反应的平衡常数 (忽略反应，用含的计算式表示，为用分压表示的平衡常数，分压总压物质的量分数)。 9．“碳”这一概念稳居“C位”，碳达峰、碳中和、碳交易、碳固定等概念被多次提及。当前，二氧化碳的捕集、利用与封存已成为我国能源领域的一个重要战略方向。回答下列问题： （1）CO2加氢合成甲醇是目前比较常用的一种降碳方法： 反应ⅰ：    反应ⅱ：    则反应    ；该反应在 (填“高温”或“低温”)下能自发进行。 （2）CO2可以被NaOH溶液捕获。若所得溶液pH=11，溶液中 ；若所得溶液pH=13，CO2主要转化为 (填离子符号)。(已知：室温下，H2CO3的、) （3）将CO2转化为乙烯是减少CO2的一种重要路径。已知在起始压强为8 MPa的恒容密闭容器中，发生反应  。反应温度、投料比对CO2平衡转化率的影响如图所示。 ①a (填“>”“<”或“=”，下同)3.M、N两点的反应平衡常数 。 ②M点的平衡常数 (列出计算式，以气体分压来表示浓度，分压=总压×物质的量分数)。 1．一定温度下，向容器中加入发生如下反应：①，②，③。反应体系中、、的浓度随时间的变化曲线如图所示。下列说法不正确的是 A．反应①的活化能小于反应② B．该温度下，反应③的平衡常数小于1 C．时，的消耗速率大于生成速率 D．时， 2．如表所示，在三个初始温度均为T ℃的容器中进行反应：  。下列说法正确的是 容器编号 容器类型 初始体积 反应物的起始投入量/mol 平衡时n(NH3)/mol N2(g) H2(g) NH3(g) 甲 恒温恒容 1 L 0 0 2 1.8 乙 恒容绝热 1 L 1 3 0 x 丙 恒温恒容 3 L 3 9 0 y A． B． C．T ℃下该反应的平衡常数K=1200 D．平衡时H2的正反应速率： 3．合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义，其原理为  。在不同温度、压强和相同催化剂条件下，将和充入恒容密闭容器中反应，平衡后混合物中氨气的体积分数如图所示。下列说法错误的是 A．反应焓变： B．压强： C．M、N两点对应的平衡常数相等 D．M、N两点的平衡转化率均约为80% 4．某密闭容器中充入等物质的量的A和B，一定温度下发生反应A(g)＋xB(g)⇌2C(g)，达到平衡后，在不同的时间段，分别改变反应的一个条件，测得容器中物质的物质的量浓度、反应速率分别随时间的变化如图所示。 下列说法中正确的是 A．30min～40min间该反应使用了催化剂 B．反应方程式中的x=1，正反应为吸热反应 C．30min时降低温度，40min时升高温度 D．8min前A的平均反应速率为 5．是重要的无机化工原料，可利用反应：提纯。向恒容密闭容器中加入和一定量的发生该反应，平衡时测得与温度、投料比的关系如图所示。下列说法不正确的是 A．容器内气体密度不变可判断该反应已达到平衡状态 B．平衡时，容器内 C．投料比： D．转化率： 6．亚硝酰氯(ClNO)是有机合成中的重要试剂，可通过反应2NO(g)＋Cl2(g)2ClNO(g)获得。 （1）氮氧化物与悬浮在大气中的海盐粒子相互作用时会生成亚硝酰氯，涉及以下反应： ①2NO2(g)＋NaCl(s)NaNO3(s)＋ClNO(g)  K1 ②4NO2(g)＋2NaCl(s)2NaNO3(s)＋2NO(g)＋Cl2(g)  K2 ③2NO(g)＋Cl2(g)2ClNO(g)  K3 则K3= (用K1和K2表示)。 （2）已知几种化学键的键能数据如表所示(亚硝酰氯的结构为Cl-N=O)： 化学键 N≡O Cl—Cl Cl—N N=O 键能/kJ·mol-1 630 243 a 607 则反应2NO(g)＋Cl2(g)2ClNO(g)的ΔH= kJ·mol-1(用含a的代数式表示)。 （3）按投料比n(NO)∶n(Cl2)=2∶1把NO和Cl2加入一恒压的密闭容器中发生反应，平衡时NO的转化率与温度T、压强p(总压)的关系如图A所示： ①该反应的ΔH (填“>”“<”或“=”)0。 ②在压强为p的条件下，M点时容器内NO的体积分数为 。 ③若反应一直保持在压强为p条件下进行，则M点的压强平衡常数Kp= (用含p的表达式表示，用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×体积分数)。 （4）一定条件下在恒温恒容的密闭容器中按一定比例充入NO(g)和Cl2(g)，平衡时ClNO的体积分数(φ)随的变化关系如图B所示。则A、B、C三点对应状态中，NO的转化率最大的是 点，当=1.5时，达到平衡状态时ClNO的体积分数φ可能对应D、E、F三点中的 点。 7．以为原料合成涉及的反应如下： I． Ⅱ． Ⅲ． 回答下列问题： （1）计算反应I的 ，该反应在 (填“高温”、“低温”或“任意温度”)下能自发。 （2）在下，按照投料，假设只发生反应I和Ⅱ，平衡时，和在含碳产物物质的量分数及的转化率随温度的变化如图： ①图中代表的曲线为 (填“m”或“n”)。 ②解释范围内转化率随温度升高而降低的原因 。 ③下列说法正确的是 (填字母)。 A．温度越高，越有利于工业生产 B．范围内，温度升高，的平衡产量先减小后增大 C．随着温度逐渐升高，混合气体的平均相对分子质量几乎又变回起始的状态 ④已知气体分压=气体总压×气体的物质的量分数，用平衡分压代替平衡浓度可以得到平衡常数；则时的分压为 (用最简分数)，反应II的平衡常数为 (列出算式即可)。 1．在条件下，分别向两个容积为2L的刚性容器中充入2molCO和，发生反应：。实验测得两容器中CO或的物质的量随时间的变化关系如图所示。下列说法正确的是 A. 当容器中混合气体的密度不随时间变化时，该反应达到平衡状态 B. ac段的平均反应速率为 C. 逆反应速率： D. 时，该反应的平衡常数 2．氮氧化物是形成雾霾的重要原因之一，综合治理氮氧化物，还自然一片蓝天。回答下列问题： （1）通常可采用氢气进行催化还原，消除NO造成的污染。 已知：①N2(g)+O2(g)=2NO(g)  H=akJ/mol； ②2H2(g)+O2(g)=2H2O（1）  H=bkJ/mol； ③H2O(g)=H2O(l)  H=ckJ/mol 写出H2与NO反应生成N2和水蒸气的热化学方程式： 。 （2）已知Cl2可与NO作用：2NO(g)+Cl2(g)2ClNO(g)  H<0，反应的速率方程式为：v正=k正·c2(NO)·c(Cl2)，v逆=k逆·c2(ClNO)，k正、k逆表示速率常数，与温度、活化能有关。 ①升高温度，k正的变化程度 (填“大于”小于”或“等于”)k逆的变化程度。 ②某温度条件下，向2L恒容密闭容器中加入2molNO和1molCl2，测得初始压强是平衡时压强的1.2倍。则该温度下平衡常数K= 。若平衡时压强为p，则Kp= (用p表示)。 （3）工业烟气中的氮氧化物可用NH3催化还原，发生反应：4NH3(g)+6NO(g)=5N2(g)+6H2O(g)  H<0，研究表明不同氨氮比m=条件下测得NO的残留率与温度关系如图所示。 ①氨氮比m1、m2、m3由大到小的顺序是 。 ②随着温度不断升高，NO的残留率趋近相同，说明温度对NO残留率的影响 (填“大于”或“小于”)氨氮比的影响。 （4）工业烟气中的氮氧化物也可用C2H4脱硝。为研究温度、催化剂中Cu2+负载量对NO去除率的影响，控制其它条件一定，实验结果如图所示。为达到最高的NO去除率，应选择的反应温度约为 (填序号，下同)，Cu2+负载量为 。 a．300℃    b．350℃    c．500℃    d．1%    e．3%    f．8% / 学科网（北京）股份有限公司 $