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微练13 化学反应速率与平衡图像
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选择题:每小题只有一个选项符合题目要求。
1.(2025·江西模拟)甲酸甲酯(HCOOCH3)是重要的有机合成中间体,一种利用甲醇制备甲
酸甲酯的方法为CH3OH(g)+CO(g)
HCOOCH3(g) ΔH。在恒容密闭容器中,投入等物质的量的CH3OH和CO发生上述反应,相同时间内CO的转化率随温度变化的关系如图所示。下列说法错误的是( )
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A.ΔH<0
B.逆反应速率:a<b
C.曲线上只有b点达到了该反应的平衡状态
D.平衡后,向容器中再次投入等物质的量的CH3OH和CO,CO的转化率增大
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b→c随温度升高,CO的平衡转化率降低,说明升高温度,平衡逆向移动,ΔH<0,A项正确;a点温度比d点温度低,a点生成物浓度小于b点,所以逆反应速率:a<b,B项正确;b→c随温度升高,反应速率加快,CO的平衡转化率降低,说明升高温度,平衡逆向移动,b→c点均达到平衡状态,C项错误;平衡后,向容器中再次投入等物质的量的CH3OH和CO,相当于增大压强,增大压强,平衡正向移动,CO的转化率增大,D项正确。
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2.(2025·江苏模拟)实现“碳中和”的一种路径是将CO2和H2合成CH3OCH3。其主要反应为:
反应Ⅰ.CO2(g)+3H2(g)===CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-49.5 kJ·mol-1
反应Ⅱ.2CH3OH(g)===CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH2=-23.5 kJ·mol-1
反应Ⅲ.CO2(g)+H2(g)===CO(g)+H2O(g)
ΔH3=+41.2 kJ·mol-1
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若仅考虑上述反应,在1.01×105 Pa下,将V(CO2)∶V(H2)=1∶3的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应管,CH3OCH3和CH3OH的选择性及CO2的转化率随温度的变化如图所示。CH3OCH3的选择性=×100%。下列说法正确的是( )
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A.一定温度下,使用高效催化剂可提高CH3OCH3平衡产率
B.其他条件不变,260~280 ℃时,随温度升高生成H2O的量增多
C.其他条件不变,260 ℃时,通入1 mol CO2,生成0.096 mol CH3OCH3
D.温度高于260 ℃时,主要是因为反应Ⅲ正向程度增大使CH3OCH3的选择性降低
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催化剂能同等程度地改变正、逆反应速率,只影响反应达到平衡所需的时间,不影响化学平衡的移动,因此一定温度下,使用高效催化剂不能提高CH3OCH3的平衡产率,A项错误;由图像可知,在260~280 ℃时,CO2的转化率降低,从O元素守恒来看,H2O的O来自于CO2,则在260~280 ℃时,升高温度,随温度升高生成H2O的量减少,B项错误;260 ℃时,CO2的转化率为30%,CH3OCH3的选择性为64%,通入1 mol CO2,参加反应的CO2的物
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质的量为1 mol×30%=0.3 mol,生成CH3OCH3消耗的CO2的物质的量为0.3 mol×64%=0.192 mol,根据反应关系,生成CH3OCH3的物质的量为0.192 mol×=0.096 mol,C项正确;温度高于260 ℃时,CH3OCH3的选择性降低,CH3OH的选择性升高,因为生成CH3OCH3和CH3OH的反应是放热反应,升温使反应 Ⅰ、Ⅱ逆向移动,而不是因为反应 Ⅲ正向程度增大,D项错误。
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3.(2025·山西模拟)向1 L恒容密闭容器中加入1 mol CH4和一定量的H2O(g),发生反应的化学方程式为CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g) ΔH。CH4的平衡转化率按不同投料比x随温度变化的曲线如图所示,已知x1=1。下列说法正确的是( )
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A.x1>x2
B.c点化学平衡常数K=
C.ΔH<0
D.v逆(a)>v逆(b)
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根据图像可知,投料比x相同时,随温度升高,CH4的平衡转化率增大,说明该反应为吸热反应;n(H2O)越大,投料比x越小,当温度相同时,n(H2O)越大,CH4的平衡转化率越大,则x1<x2,A项错误;根据图像可知,b、c点的温度相同,则Kc=Kb,x1=1,b点时,
CH4的平衡转化率为70%,
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K=,B项正确;投料比x相同时,随温度升高,CH4的平衡转化率增大,说明该反应为吸热反应,ΔH>0,C项错误;a、b投料比相同,b处温度比a处高,温度越高,反应速率越快,故v逆(a)<
v逆(b),D项错误。
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4.(2025·无锡模拟)CH4和CO2联合重整能减少温室气体的排放。其主要反应为:
①CH4(g)+CO2(g) 2H2(g)+2CO(g)
②H2(g)+CO2(g) H2O(g)+CO(g)
其他条件相同时,投料比n(CH4)∶n(CO2)
为1∶1.3,不同温度下反应的结果如图。
下列说法不正确的是( )
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A.由图中信息可判断反应①先达到平衡
B.n(H2)∶n(CO)始终低于1.0,与反应②有关
C.加压有利于增大CH4和CO2反应的速率但不利于提高二者的平衡转化率
D.若不考虑其他副反应,体系中存在:4[c(H2O)+c(CO)+2c(CO2)]=
2.6[4c(CH4)+2c(H2)+2c(H2O)]
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图中横坐标为温度,与时间无关,仅从图中信息无法判断反应①②哪个先达到平衡,A项错误;从反应①的方程式可知,生成的氢气和CO的物质的量之比为1∶1,反应②中消耗氢气生成CO,使得氢气与CO的物质的量之比小于1.0,与反应②有关,B项正确;加压能增大反应速率,有利于增大CH4和CO2的反应速率,但是加压反应①化学平衡逆向移动,CH4和CO2的转化率减小,C项正确;
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令初始时CH4物质的量为1 mol,CO2物质的量为1.3 mol,由氧原子守恒有c(H2O)+c(CO)+2c(CO2)=2.6 mol,氢原子守恒有4c(CH4)+
2c(H2)+2c(H2O)=4,则有4[c(H2O)+c(CO)+2c(CO2)]=2.6[4c(CH4)+
2c(H2)+2c(H2O)],D项正确。
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5.(2025·岳阳模拟)在体积分别为V1和V2的两个恒容密闭容器中,均充入2 mol CHCl3(g)和1 mol O2(g),光照条件下发生反应2CHCl3(g)+
O2(g) 2COCl2(g)+2HCl(g),测得CHCl3(g)的平衡转化率随温度(T)的变化关系如图所示。下列说法正确的是( )
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A.V1<V2
B.此反应仅在低温下可自发进行
C.T1 ℃时,若V2=2 L,则反应平衡常数K=4.05
D.其他条件不变,增大投料比[n(CHCl3)/n(O2)]投料,平衡后可提高CHCl3的转化率
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该反应正反应方向气体分子数增加,相同起始量,容器体积小,压强大,CHCl3(g)的平衡转化率小,故V1>V2,A项错误;根据图示,温度升高,CHCl3(g)的平衡转化率减小,说明该反应正反应方向放热,正反应方向气体分子数增加,ΔS>0,根据ΔG=ΔH-TΔS<0反应自发进行,可知此反应在任何温度下均可自发进行,B项错误;T1 ℃时,若V2=2 L,CHCl3(g)的平衡转化率为60%,CHCl3(g)反应1.2 mol,余下0.8 mol,O2(g)反应0.6 mol,余下0.4
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mol,生成COCl2(g)、HCl(g)各1.2 mol,CHCl3(g)、O2(g)、COCl2(g)、HCl(g)的浓度分别为0.4 mol/L、0.2 mol/L、0.6 mol/L、0.6 mol/L,反应平衡常数K==4.05,C项正确;其他条件不变,增大投料比[n(CHCl3)/n(O2)]投料,平衡后可提高氧气的转化率,CHCl3的转化率降低,D项错误。
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6.(2025·开封模拟)利用测压法在刚性反应器中研究30 ℃时N2O5(g)分解反应:
其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡。体系的总压强p随时间t的变化如下表所示[t=∞时,N2O5(g)完全分解]:
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t/min 0 30 60 120 200 1 200 1 500 ∞
p/kPa 32.5 37.2 39.8 43.6 46.8 58.5 59.6 60.8
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下列说法正确的是( )
A.0~30 min内,v(N2O5)≈1.6×10-3 kPa·min-1
B.30 ℃时,反应N2O4(g) 2NO2(g)的平衡常数Kp≈10.2 kPa
C.若提高反应温度至40 ℃,则N2O5(g)完全分解后体系压强p∞(40 ℃)<
60.8 kPa
D.研究表明,N2O5(g)分解的反应速率v=1.8×10-3×p(N2O5)(kPa·min-1),
t=50 min时,测得体系中p(O2)=2.2 kPa,则此时v≈0.050 6 kPa·min-1
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65-y++16.25=60.8,y=40.9 kPa,Kp===,据此分析。0~30 min内,设N2O5(g)分解了x kPa,则生成的NO2压强为2x kPa,则生成的O2压强为 kPa,设有w kPa的NO2发生了转化,列三段式,
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7.(2025·江苏模拟)二氧化碳催化加氢可获得CO。其主要反应为
CO2(g)+H2(g)===CO(g)+H2O(g) ΔH1
CO2(g)+4H2(g)===CH4(g)+2H2O(g) ΔH2
在1.01×105Pa、n始(CO2)∶n始(H2)=1∶1时,
若仅考虑上述反应,平衡时部分物种的物
质的量分数随温度的变化如图所示。下列
说法不正确的是( )
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A.ΔH1>0、ΔH2<0
B.图中X表示H2
C.提高CO的产率,需研发380 ℃以下的高效催化剂
D.900 ℃时,其他条件不变,增大容器压强,n(CO)不变
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由图所示,温度升高,甲烷的物质的量分数减少,平衡逆向进行,故ΔH2<0,温度升高,甲烷的物质的量分数减少,二氧化碳物质的量增加,但图中二氧化碳的物质的量减少,说明反应1正向进行且程度大于反应2逆向进行程度,使二氧化碳减少,反应2正向进行,故ΔH1>0,A项正确;700 ℃时CH4的物质的量分数为0,加入n始(CO2)∶n始(H2)=1∶1,且第一个反应中CO2和H2的转化率相等,平衡时CO2、H2的物质的量分数相等,如果X表示CO,平衡时CO2
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与CO的物质的量分数相等,则CO2、H2、CO、H2O的物质的量分数都相等,图像不符合,故X代表H2,B项正确;因ΔH1>0,ΔH2<0,380 ℃之后,反应1正向进行且程度大于反应2逆向进行程度,为提高CO的产率,需研发380 ℃以上的高效催化剂,C项错误;900 ℃时,其他条件不变,甲烷的物质的量分数为0,说明只发生反应1,增大容器压强,反应1不移动,故n(CO)不变,D项正确。
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8.(2025·汕头模拟)NO在医药领域有广泛应用,但在空气中会污染环境。某研究小组研究实现NO的转化,发生反应2CO(g)+2NO(g) 2CO2(g)+N2(g),向体积为2 L的密闭容器中充入2 mol CO和2 mol NO,在甲、乙两种催化剂作用下,反应5 min,测得NO的转化率与温度的关系如图所示,下列有关说法正确的是
( )
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A.催化效果:甲<乙
B.700 ℃、甲催化条件下,5 min内v(CO)=0.32 mol·L-1·min-1
C.其他条件不变时,压缩容器体积乙曲线可能整体向上移动
D.300 ℃前,乙催化剂作用下降低温度可提高CO2的产率
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由图可知,相同条件下,使用甲催化剂NO的转化率更高,故催化效果:甲>乙,A项错误;700 ℃、甲催化条件下,5 min内NO转化率为80%,则反应1.6 mol NO,v(CO)=v(NO)==0.16 mol
·L-1·min-1,B项错误;反应5 min时,乙中NO的转化率比同温度时甲低,说明乙中未达到平衡,其他条件不变时,压缩容器体积,化学反应速率增大,同一时间NO转化率增大,乙曲线可能整体向上移动,C项正确;300 ℃前,乙催化剂作用下反应没有达到平衡,降低温度,反应速率变慢,会降低CO2的产率,D项错误。
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9.(2025·赣州模拟)一定温度下,向容积不等的恒容密闭容器中分别加入足量活性炭和2 mol NO2,发生反应:2NO2(g)+2C(s) N2(g)+
2CO2(g) ΔH>0,经过相同时间,测得各容器中NO2的转化率与容器容积的关系如图所示。下列说法错误的是( )
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A.若对d点容器加压,缩小容器体积,此时:v(正)<v(逆)
B.a点所示条件下满足v正(NO2)=2v逆(N2)
C.高温条件下有利于该反应自发进行
D.b点的平衡常数K=
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ac曲线上反应均达到平衡状态,cd曲线上反应均未达到平衡状态,
d点容器加压,反应正向进行,此时v(正)>v(逆),A项错误;平衡时,速率比等于化学计量数比,v正(NO2)=2v逆(N2),B项正确;反应ΔH>0,ΔS>0,高温时ΔG=ΔH-TΔS<0,有利于自发进行,C项正确;b点NO2转化率50%,平衡时n(NO2)=1 mol,n(N2)=0.5 mol,
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n(CO2)=1 mol,浓度:c(NO2)= mol/L,c(N2)= mol/L,c(CO2)=
mol/L,平衡常数K====,D项正确。
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10.(2025·淄博模拟)SCl2和O2制备SOCl2的相关反应如下,T ℃时,反应在密闭体系中达平衡时各组分摩尔分数随的变化关系如图所示:
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Ⅰ.SCl2(g)+O2(g)===SO2Cl2(g) ΔH1<0
Ⅱ.SCl2(g)+SO2Cl2(g) 2SOCl2(g) ΔH2<0
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下列说法正确的是( )
A.曲线L1表示SOCl2摩尔分数随的变化
B.T ℃,反应Ⅱ的平衡常数K=64
C.降温达新平衡后,曲线L1和L2新交点可能出现在a处
D.T ℃,缩小容器体积达新平衡后,的值变小
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发生的反应Ⅰ.SCl2(g)+O2(g)===SO2Cl2(g) ΔH1<0,Ⅱ.SCl2(g)+
SO2Cl2(g) 2SOCl2(g) ΔH2<0,反应Ⅰ全反应,故当=1时,量最多的为SO2Cl2,L3代表SO2Cl2,随着增加,反应Ⅱ 正向进行,曲线L1代表SCl2摩尔分数增加,因SO2Cl2的量不是一直增加,故SOCl2摩尔分数先增加后减少,曲线L2代表SOCl2, 据此分析;
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根据分析可知,曲线L2表示SOCl2摩尔分数随的变化,A项错误;T ℃时,温度不变,则K不变,=2时,设投放了1 mol O2和2 mol SCl2,反应Ⅱ反应了a mol SCl2,列三段式,
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根据图中给出L1与L3交叉点信息,列式,=0.1,解得a=0.8 mol,
K===64, B项正确;降温达新平衡后,反应Ⅱ正向进行,SCl2摩尔分数减少,SOCl2摩尔分数增加,曲线L1和L2新交点不可能在a点,可能出现在b处,C项错误;T ℃,缩小容器体积,压强增大,反应Ⅱ不移动,达新平衡后,的值不变,
D项错误。
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p=0.1 MPa,向密闭容器中起始投入1 mol CH3I(g),维持压强恒定,平衡时容器内C2H4、C3H6和C4H8所占容器内气体的物质的量分数(X)与温度的关系如图所示。
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C2H4的分压p(C2H4)=p总·X(C2H4),反应Ⅰ的压强平衡常数Kp=
。下列说法正确的是( )
A.图中曲线a对应的物质是C2H4
B.750 K时,反应Ⅲ的Kp=1
C.300 K时,要提高C3H6的物质的量分数可以使用催化剂
D.1 000 K时,其他条件不变,若增大容器的压强,C2H4平衡时的物质的量分数一定会减小
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由热化学方程式可知,反应Ⅰ为吸热反应,升高温度平衡正向移动,C2H4物质的量分数增大;反应Ⅱ和反应Ⅲ为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,C3H6和C4H8的物质的量减小,则曲线a代表温度对平衡体系中C4H8物质的量分数的影响,曲线b代表温度对平衡体系中C2H4物质的量分数的影响,以此解答。由分析可知,曲线a代表温度对平衡体系中C4H8物质的量分数的影响,A项错误;由图可知,750 K时,C2H4和C4H8的物质的量分数相等,则反应Ⅲ
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的Kp===,题目中并未提供750 K时有关物质的物质的量分数的具体数值,因此无法确定Kp是否等于1,B项错误;使用催化剂,不影响平衡移动,因此不能提高C3H6物质的量分数,C项错误;反应Ⅰ为气体体积增大的反应,增大压强,平衡逆向移动,C2H4物质的量分数减小,反应Ⅱ和反应Ⅲ为气体体积减小的反应,增大压强,平衡正向移动,C2H4物质的量分数减小,因此其他条件不变,若增大容器的压强,C2H4平衡时的物质的量分数一定会减小,D项正确。
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本部分内容讲解结束
N2O5(g)的分解不是可逆反应,t=∞时,N2O5(g)完全分解;2NO2(g)N2O4
(g)为放热反应,因此当N2O5(g)完全分解后,产生的O2的压强必为16.25
kPa,30 ℃时,反应N2O4(g)2NO2(g),
2x-w++=37.2 kPa,因NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡,即达到平衡状态,故Kp===,解得w=21.65 kPa,x=19.21 kPa,v(N2O5)==≈0.64 kPa·min-1,A项错误;根据分析可知,30 ℃时,反应N2O4(g)2NO2(g)平衡常数Kp===28.4 kPa,B项错误;2NO2(g)N2O4(g)为放热反应,升温,平衡逆向移动,压强会增大,
C项错误;研究表明,N2O5(g)分解的反应速率v=1.8×10-3×p(N2O5)(kPa·
min-1),t=50 min时,测得体系中p(O2)=2.2 kPa,则此时p(N2O5)=32.5 kPa-
2×2.2 kPa=28.1 kPa,则v=1.8×10-3×p(N2O5)(kPa·min-1)≈0.050 6 kPa·min-1,D项正确。
11.(2025·南通模拟)一碘甲烷(CH3I)热裂解可制取乙烯等低碳烯烃化工原料。CH3I热裂解时发生如下反应。
反应Ⅰ:2CH3I(g)C2H4(g)+2HI(g) ΔH1>0
反应Ⅱ:3C2H4(g)2C3H6(g) ΔH2<0
反应Ⅲ:2C2H4(g)C4H8(g) ΔH3<0
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