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第二章　化學反應速率與化學平衡
專題強化練2　化學反應速率與化學平衡圖像
1.已知:A(g)+2B(g) 3C(g)　ΔH<0,向一恒溫恒容的密閉容器中充入1 mol A和2 mol B發生反應,t1 min時達到平衡狀態Ⅰ,在t2 min時改變某一條件,t3 min時達到平衡狀態Ⅱ,正反應速率隨時間的變化如圖所示。下列說法正確的是 (　　)
A.t2 min時改變的條件:向容器中加入A
B.平衡時B的體積分數φ:φ(Ⅱ)=φ(Ⅰ)
C.t2~t3 min時平衡正向移動
D.平衡時A(g)的物質的量濃度c:c(Ⅰ)>c(Ⅱ)
2.將一定量硫化氫氣體加入密閉容器中,發生反應:2H2S(g) S2(g)+2H2(g),該反應的平衡常數的負對數(-lgK)隨溫度(T)的變化曲線如圖所示。下列說法錯誤的是 (　　)
A.該反應的ΔH>0
B.C點對應狀態的平衡常數K=10-3.638 0
C.反應速率:vA>vC
D.30 ℃時,B點對應狀態的v正>v逆
3.CO2合成乙烯的反應原理為2CO2(g)+6H2(g) C2H4(g)+4H2O(g)　ΔH,往恒壓密閉容器中按n(CO2)∶n(H2)=1∶3充入氣體,在常壓和催化劑作用下進行反應,測得溫度對CO2平衡轉化率和催化劑催化效率影響情況如圖所示。下列說法不正確的是 (　　)
A.該反應ΔH<0,平衡常數:KM>KN
B.反應速率有可能是v(M)>v(N)
C.其他條件相同,溫度越低,反應一定時間后CO2的轉化率越高
D.若投料比改為n(CO2)∶n(H2)=1∶4,可提高CO2的平衡轉化率
4.已知反應:2H2(g)+CO(g) CH3OH(g)。一定條件下,在容積恒定的密閉容器中充入1 mol CO和2 mol H2,在催化劑作用下發生上述反應,CO的平衡轉化率與溫度、壓強的關系如圖所示。下列說法正確的是　 (　　)
A.圖中b、c、d三點的化學平衡常數分別為Kb、Kc、Kd,它們的大小關系為Kb=Kd>Kc
B.體系中氣體平均摩爾質量:(d)
C.不斷將甲醇從體系中分離出來能夠同時增大正反應速率和提高CO的平衡轉化率
D.體系中活化分子百分數:d>c
5.將0.4 mol N2O4氣體充入2 L容積固定的密閉容器中發生反應:N2O4(g) 2NO2(g)　ΔH。在T1和T2時,測得NO2的物質的量隨時間變化的曲線如圖1所示,在溫度為T3、T4時,平衡體系中NO2的體積分數隨壓強變化的曲線如圖2所示。
　
圖1 圖2
下列敘述中正確的有 (　　)
①ΔH>0;②T1時,40~80 s內用NO2表示的平均反應速率為0.15 mol·L-1·min-1;③A、C兩點的反應速率:AB;⑤由A點到B點可以采用降溫的方法;⑥A、B、C三點的平衡常數:K(A)=K(C)>K(B)
A.六項　　　　B.五項
C.四項　　　　D.三項
6.CO2與H2合成甲醇是重要的碳捕獲利用與封存技術,該過程涉及下列反應:
反應Ⅰ:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) 　ΔH=-58.6 kJ·mol-1
反應Ⅱ:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)　 ΔH=+41.2 kJ·mol-1
0.5 MPa下,將n(H2)∶n(CO2)=3∶1的混合氣體以一定流速通過裝有催化劑的反應器,測得CO2的轉化率、CH3OH或CO的選擇性[×100%]以及CH3OH的收率(CH3OH的收率=CO2的轉化率×CH3OH的選擇性)隨溫度的變化如圖所示。下列說法正確的是 (　　)
A.CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)　ΔH=+99.8 kJ·mol-1
B.曲線a可表示CH3OH的選擇性隨溫度的變化
C.圖中所示270 ℃時,對應CO2的轉化率為21%
D.在210~250 ℃時,CH3OH的收率增大是由于CH3OH的選擇性增大
7.用CO2氧化C2H6制C2H4是化工工業的一個新課題,相關主要化學反應有:
Ⅰ.C2H6(g)+CO2(g) C2H4(g)+H2O(g)+CO(g)　ΔH1=+177 kJ·mol-1
Ⅱ.C2H6(g)+2CO2(g) 4CO(g)+3H2(g)　ΔH2=+430 kJ·mol-1
向一恒容密閉容器中通入2 mol C2H6(g)和3 mol CO2(g),乙烷的平衡轉化率、乙烯的選擇性(乙烯的選擇性=×100%)與溫度和壓強的關系如圖所示。
(1)L1、L2代表不同　　(填“溫度”或“壓強”)。
(2)M、P兩點正反應速率較大的是　　　　點,理由是　　　　　。
答案與分層梯度式解析
1.B 2.D 3.C 4.A 5.A 6.C
1.B　t2 min時改變條件后,正反應速率逐漸增大,由圖分析可知,逆反應速率大于正反應速率,則改變的外界條件是向容器中加入C,A錯誤;加入C,化學平衡逆向移動,該反應是反應前后氣體體積不變的反應,平衡時B的體積分數φ:φ(Ⅱ)=φ(Ⅰ),B正確;由上述分析可知t2 min時加入生成物C,t2~t3 min時平衡逆向移動,C錯誤;達到平衡狀態Ⅱ時A(g)、B(g)的濃度比平衡狀態Ⅰ時要大,D錯誤。
方法點撥
化學反應速率與化學平衡圖像題的解題思路
2.D　由圖像可知,升高溫度-lgK減小,說明升高溫度K增大,平衡正向移動,則正反應為吸熱反應,即該反應的ΔH>0,A正確;C點-lgK=3.638 0,則平衡常數K=10-3.638 0,B正確;因為A點溫度比C點高,所以反應速率:vA>vC,C正確;B點濃度商大于30 ℃時的化學平衡常數,故反應逆向進行,則B點對應狀態的v正3.C　隨著溫度的升高,CO2平衡轉化率下降,平衡逆向移動,故ΔH<0,平衡常數KM>KN,A正確;M點催化劑的催化效率比N高,反應速率有可能是v(M)>v(N),B正確;其他條件相同,溫度越低,化學反應速率越慢,因此反應一定時間后CO2的轉化率不一定越高,C錯誤;若投料比改為n(CO2)∶n(H2)=1∶4,可提高CO2的平衡轉化率,D正確。
4.A　根據題圖,可知反應隨溫度升高,CO平衡轉化率降低,說明該反應正反應為放熱反應,b、c、d三點溫度大小關系為Tb=TdKc,A正確;分析題圖可知,p2>p1,反應前后氣體的總質量不變,該反應正反應為氣體體積減小的反應,增大壓強平衡正向移動,混合氣體的總物質的量減小,所以(b)<(d),B錯誤;將甲醇從體系中分離,相當于減小生成物的濃度,正反應速率逐漸減小,C錯誤;c點的溫度比d點高,體系中活化分子百分數c>d,D錯誤。
5.A　由圖1可知反應在T1溫度下比T2溫度下先達到平衡狀態,所以T1>T2,T1溫度下,反應達到平衡時n(NO2)比T2時多,故升高溫度,平衡向生成NO2的方向移動,即向吸熱反應方向移動,所以ΔH>0,①正確;T1溫度下,40~80 s內,v(NO2)==0.002 5 mol·L-1·s-1=0.15 mol·L-1·min-1,②正確;A、C兩點溫度相同,C點對應壓強大,反應速率大,③正確;A、B兩點壓強相同,溫度不同,A點NO2的體積分數大于B點,而反應N2O4(g) 2NO2(g)　ΔH>0,升高溫度,平衡向右移動,NO2的體積分數增大,故溫度:T4>T3,轉化率:A>B,④正確;由④的分析可知,降溫平衡左移,NO2的體積分數減小,所以由A點到B點可以采用降溫的方法;⑥A、C兩點溫度相同,化學平衡常數相等,B點溫度低于A、C兩點,正反應為吸熱反應,降低溫度K減小,則A、B、C三點平衡常數K(A)=K(C)>K(B),⑥正確;故選A。
6.C　由反應Ⅰ -反應Ⅱ得CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)　ΔH=(-58.6-41.2) kJ·mol-1=-99.8 kJ·mol-1,A錯誤;
7.答案　(1) 壓強　(2)P　P點的壓強和乙烷的濃度均更大
解析　(1)反應Ⅰ、Ⅱ均為吸熱反應,升高溫度,平衡正向移動,乙烷的平衡轉化率增大;反應Ⅰ、Ⅱ均為反應前后氣體分子數增大的反應,增大壓強,平衡逆向移動,乙烷的平衡轉化率減小,由題圖可知,乙烷的平衡轉化率隨X增大而增大,則X代表溫度,L1、L2代表壓強。
(2)相同溫度下,增大壓強,平衡逆向移動,乙烷的平衡轉化率減小,則L18

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