还剩52页未读，
继续阅读
成套系列资料，整套一键下载
课件 高考化学一轮复习第八单元 化学反应速率与化学平衡 第31讲 化学反应速率与平衡图像分析
展开
这是一份课件 高考化学一轮复习第八单元 化学反应速率与化学平衡 第31讲 化学反应速率与平衡图像分析，共60页。PPT课件主要包含了夯实必备知识，对点自测，提升关键能力，经典真题·明考向，备用习题，作业手册，CH3OH，p1p2p3等内容，欢迎下载使用。
第31讲 化学反应速率与平衡图像分析
考点 化学反应速率与化学平衡图像分析经典真题·明考向作业手册
夯实必备知识 | 提升关键能力
考点 化学反应速率与平衡图像分析
1. 含“断点”的v-t图像分析
【规律方法】 v-t图像中无“断点”,曲线是“渐变”的,即逐渐升高或降低,则改变的条件是浓度。若曲线是向上“渐变”,表示改变的条件是“增强”,反之,改变的条件是“减弱”,如工业合成氨的反应:N2(g)+3H2(g) ⇌ 2NH3(g) ΔH<0。因t1时刻改变条件后,v'逆>v'正,平衡逆向移动,故改变的条件是增大NH3的浓度。
2. 含量-时间-温度(压强)图像
常见图像形式有如下几种,其中C%指生成物的百分含量,B%指反应物的百分含量。
【规律方法】 “先拐先平,数值大”,即曲线先出现拐点的首先达到平衡,反应速率快,以此判断温度或压强的高低。再依据外界条件对平衡的影响分析判断反应的热效应及反应前后气体分子数的变化。
(1)恒压线图像图甲中,当压强相等(任意一条等压线)时,升高温度,A的转化率增大,说明升高温度平衡正向移动,即正反应为吸热反应。当温度相等时,在图中作垂直于横坐标的直线,与三条等压线交于三点,这三点自下而上为增大压强,A的转化率增大,说明增大压强平衡正向移动,即正反应为气体分子数减小的反应。
3. 转化率(或质量分数)与压强-温度图像
(2)恒温线图像图丙中,当温度相等(任意一条等温线)时,增大压强,A的转化率增大,说明增大压强平衡正向移动,即正反应是气体分子数减小的反应。当压强相等时,在图中作垂直于横坐标的直线,与两条等温线交于两点,这两点自下而上为降低温度,A的转化率增大,说明降低温度平衡正向移动,即正反应为放热反应。
【规律方法】 “定一议二”,即把自变量(温度、压强)之一设为恒量,讨论另外两个变量的关系。
(1)对于化学反应:mA(g)+nB(g) ⇌ pC(g)+qD(g),M点前,表示从反应开始,v正>v逆;M点为刚达到平衡点;M点后为平衡受温度影响的情况,即升温,A的百分含量增加或C的百分含量减少,平衡左移,故ΔH<0。
4. 化学平衡中的其他图像
(2)对于化学反应:mA(g)+nB(g) ⇌ pC(g)+qD(g),L线上所有的点都是平衡点。L线的上方(E点),A的百分含量大于此压强时平衡体系中A的百分含量,所以E点满足v正>v逆;同理L线的下方(F点)满足v正
[解析] (2)温度升高,K减小,平衡向逆反应方向移动,正反应为放热反应。
(3)图③若表示p2>p1,可逆反应的正反应为气体分子数减小的吸热反应( )(4)图④表示可逆反应的正反应为吸热反应( )
[解析] (3)升高温度,生成物百分含量增多,平衡向正反应方向移动,正反应为吸热反应;p2→p1,减小压强,生成物百分含量增多,平衡向正反应方向移动,正反应为气体分子数增多的反应。
[解析] (4)升高温度v逆>v正,说明平衡向逆反应方向移动,正反应为放热反应。
2.反应mA(g)+nB(g) ⇌ pC(g)的速率和平衡图像如下,下列判断正确的是( ) A.由图甲可知,T1v逆的是点3D.图丁中,若m+n=p,则a曲线一定使用了催化剂
[解析] 由图甲知,温度在T2时首先达到平衡,升高温度,化学反应速率加快,达到平衡所需要的时间缩短,故T1p,B错误;
图丙表示的是在不同的温度下,当反应达到平衡时,反应物B的转化率与温度的关系,曲线上的点表示的是平衡状态,v正=v逆,点3低于平衡转化率,说明点3未达到平衡,反应向正反应方向进行,此时表示的反应速率:v正>v逆,C正确;图丁中,若m+n=p,则a曲线达到平衡所需要的时间比b短,先达到平衡,可能是使用了催化剂,也可能是增大了压强,缩小了容器的容积,D错误。
题组一 反应速率-时间图像
1.在恒温恒压下,某一容积可变的密闭容器中发生反应:A(g)+B(g) ⇌ 2C(g) ΔH<0,t1 s时达到平衡后,在t2 s时改变某一条件,其反应过程如图所示。下列说法正确的是( )A.Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时,A的体积分数:Ⅰ>ⅡB.t2 s时改变的条件是向密闭容器中加入物质CC.0~t2 s时,v正>v逆D.Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时,平衡常数:K(Ⅰ)
2.可逆反应A(g)+3B(g) ⇌ 2C(g) ΔH<0。该反应的速率与时间的关系如图所示:如果t2、t4、t6、t8时都只改变了一个反应条件,则对应t2、t4、t6、t8时改变的条件正确的是( )A.增大反应物浓度、使用了催化剂、减小压强、升高温度B.升高温度、减小压强、增大反应物浓度、使用了催化剂C.使用了催化剂、增大压强、减小反应物浓度、降低温度D.升高温度、减小压强、减小反应物浓度、使用了催化剂
[解析] 该反应的正反应为气体分子数减小的放热反应,t2时刻正逆反应速率均增大,逆反应速率增大的程度更大,平衡逆向移动,说明t2时改变的条件为升高温度;t4为减压,正逆反应速率均减小,平衡逆向移动;t6时刻逆反应速率不变,正反应速率突然增大,说明t6时增大了反应物浓度;t8时刻正逆反应速率同等程度增大,说明加入了催化剂。综上分析可知B项正确。
【题后反思】 分析反应速率-时间图像,要注意判断以下几点:(1)图像连续还是不连续:连续一般是浓度改变影响的,不连续则是其他条件影响(判断改变条件)的。(2)图像上移还是下移:上移速率变大,下移速率变小(判断速率变化)。(3)达到新平衡前v正大还是v逆大:若v正>v逆,则平衡正移;若v正
3.100 ℃时,向某恒容密闭容器加入1.6 ml·L-1的Q后会发生如下反应:2Q(g) ⇌ M(g)。其中M的物质的量浓度随时间的变化如图所示:下列说法错误的是( )A.从反应开始到刚达到平衡的时间段内,v(Q)=0.02 ml·L-1·s-1B.a、b两时刻生成Q的速率:v(a)v(bc)=0D.其他条件相同,起始时将0.2 ml·L-1氦气与Q混合,则反应达到平衡所需时间少于60 s
4.向一容积不变的密闭容器中充入一定量A和B,发生如下反应:xA(g)+2B(s) ⇌ yC(g) ΔH<0。在一定条件下,容器中A、C的物质的量浓度随时间变化的曲线如图所示。请回答下列问题:(1)用A的浓度变化表示该反应在0~10 min内的平均反应速率v(A)= 。
0.02 ml·L-1·min-1
(2)根据图像可确定x∶y= 。 (3)0~10 min容器内压强 (填“变大”“不变”或“变小”)。
[解析] (2)根据图像可知,0~10 min内A的物质的量浓度减少量为0.20 ml·L-1,C的物质的量浓度增加量为0.40 ml·L-1,x、y之比等于A、C的物质的量浓度变化量之比,故x∶y=0.20 ml·L-1∶0.40 ml·L-1=1∶2。(3)该反应是气体分子数增大的反应,而容器容积不变,因此0~10 min容器内压强变大。
(4)推测第10 min引起曲线变化的反应条件可能是 (填序号,下同);第16 min引起曲线变化的反应条件可能是 。 ①减压 ②增大A的浓度 ③增大C的量 ④升温 ⑤降温 ⑥加催化剂
[解析] (4)根据图像可知,10 min时改变条件后,A、C的浓度瞬时不变且随后反应速率加快,故改变的条件可能是升温或加入催化剂;16 min时改变条件后,A、C的浓度瞬时不变,且随后A的浓度逐渐增大,C的浓度逐渐减小,说明平衡逆向移动,故改变的条件可能是升温。
(5)若平衡 Ⅰ 的平衡常数为K1,平衡 Ⅱ的平衡常数为K2,则K1 (填“>”“=”或“<”)K2。
[解析] (5)升高温度,平衡逆向移动,平衡常数减小,则K1>K2。
【方法技巧】 有关“拐点”图像的分析方法同一可逆反应,若反应条件不同,达到平衡所用的时间也可能不同,对应图像出现“拐点”的时间也就有差异。图像中先出现“拐点”的反应先达到平衡,即反应所处的外界条件(温度、压强)相对要高一些,或者是加入了催化剂。
题组三 转化率-温度(压强)图像
5.在一恒容的密闭容器中充入0.1 ml·L-1 CO2、0.1 ml·L-1 CH4,在一定条件下发生反应CH4(g)+CO2(g) ⇌ 2CO(g)+2H2(g),测得CH4平衡转化率与温度、压强关系如图,下列有关说法不正确的是( )A.上述反应的ΔH<0B.压强:p4>p3>p2>p1C.1100 ℃时该反应的平衡常数约为1.64D.压强为p4时,在y点:v正>v逆
[解析] p1、p2、p3、p4是四条等压线,由图像知,压强一定时,温度越高,甲烷的平衡转化率越高,故正反应为吸热反应,ΔH>0,A错误;该反应为气体分子数增加的反应,压强越高,甲烷的平衡转化率越小,故压强:p4>p3>p2>p1,B正确;
6.[2023·辽宁大连双基考试] SCl2可用作有机合成的氯化剂。在容积恒为2 L的密闭容器中充入1 ml SCl2 (g),发生反应2SCl2(g) ⇌ S2Cl2(g)+Cl2(g),图中所示曲线分别表示反应在10 min时和平衡时SCl2的转化率(α)与温度(T)的关系。下列说法正确的是( )A.2SCl2(g) ⇌ S2Cl2(g)+Cl2(g)的ΔH<0B.55 ℃,从0~10 min,以S2Cl2表示反应的平均速率为0.025 ml·L-1 ·min-1C.当容器中混合气体的平均相对分子质量恒定不变时,反应达到平衡状态D.82 ℃,若起始时在该密闭容器中充入SCl2、S2Cl2和Cl2各5 ml,则此时v逆
1. [2023·广东卷] 催化剂Ⅰ和Ⅱ均能催化反应R(g) ⇌ P(g)。反应历程(右图)中,M为中间产物。其他条件相同时,下列说法不正确的是( )A.使用Ⅰ和Ⅱ,反应历程都分4步进行B.反应达平衡时,升高温度,R的浓度增大C.使用Ⅱ时,反应体系更快达到平衡D.使用Ⅰ时,反应过程中M所能达到的最高浓度更大
[解析] 由图可知两种催化剂均出现四个波峰,所以使用Ⅰ和Ⅱ,反应历程都分4步进行,A正确;由图可知该反应是放热反应,所以达平衡时,升高温度平衡向左移动,R的浓度增大,B正确;
由图可知Ⅰ的各步反应中最大活化能小于Ⅱ的各步反应中最大活化能,所以使用Ⅰ时反应速率更快,反应体系更快达到平衡,C错误;由图可知R→M中使用Ⅰ活化能较小,反应速率较快,M→P中使用Ⅰ活化能较大,反应速率较慢,所以使用Ⅰ时,反应过程中M所能达到的最高浓度更大,D正确。
[解析] 一定条件下,增大H2O(g)的浓度,能提高CH4的平衡转化率,即x值越小,CH4的平衡转化率越大,则x1vc正,故B错误;
由图像可知,x一定时,温度升高,CH4的平衡转化率增大,说明正反应为吸热反应,温度升高平衡正向移动,K增大,而温度相同,K不变,则点a、b、c对应的平衡常数:Ka
[解析] 由盖斯定律可知反应2CO(g)+2H2(g) CO2(g)+CH4(g)的焓变ΔH=-2×41.2 kJ·ml-1-164.7 kJ·ml-1=-247.1 kJ·ml-1,A错误;CO2(g)+4H2(g) ⇌ CH4(g)+2H2O(g)为放热反应,升高温度平衡逆向移动,CH4的含量降低,故CH4的平衡选择性随着温度的升高而降低,B错误;
4. [2022·广东卷] 恒容密闭容器中,BaSO4(s)+4H2(g) ⇌ BaS(s)+4H2O(g)在不同温度下达平衡时,各组分的物质的量(n)如图所示。下列说法正确的是( )A.该反应的ΔH<0B.a为n(H2O)随温度的变化曲线C.向平衡体系中充入惰性气体,平衡不移动D.向平衡体系中加入BaSO4,H2的平衡转化率增大
[解析] 从图示可以看出,平衡时升高温度,氢气的物质的量减小,则平衡正向移动,说明该反应的正反应是吸热反应,即ΔH>0,故A错误;从图示可以看出,氢气平衡时的物质的量小于1 ml,由方程式及反应物的量有关系式n(H2O)+n(H2)=4 ml,则此时n(H2O)>3 ml,而a曲线表示的是物质的量接近1 ml,故B错误;容器容积固定,向容器中充入惰性气体,没有改变各物质的浓度,平衡不移动,故C正确; BaSO4是固体,向平衡体系中加入BaSO4,不能改变其浓度,因此平衡不移动,氢气的转化率不变,故D错误。
5. [2021·湖南卷节选] 氨气中氢含量高,是一种优良的小分子储氢载体,且安全、易储运,可通过氨热分解制氢气。在一定温度下,利用催化剂将NH3分解为N2和H2。某兴趣小组对该反应进行了实验探究。在一定温度和催化剂的条件下,将0.1 ml NH3通入3 L的密闭容器中进行反应(此时容器内总压为200 kPa),各物质的分压随时间的变化曲线如图所示。
(1)若保持容器体积不变,t1时反应达到平衡,用H2的浓度变化表示0~t1时间内的反应速率v(H2)= ml·L-1·min-1(用含t1的代数式表示)。
(2)t2时将容器体积迅速缩小至原来的一半并保持不变,图中能正确表示压缩后N2分压变化趋势的曲线是 (用图中a、b、c、d表示),理由是 。
[解析] (2)t2时将容器迅速缩小至原来的一半并保持不变,此时N2分压由0.4×100 kPa迅速变为0.8×100 kPa,压强增大,由于该正反应为气体分子数增大的反应,增大压强平衡逆向移动,N2分压减小,则符合的曲线是b。
体积缩小为原来的一半,N2分压由0.4×100 kPa增大到0.8×100 kPa,由于该正反应为气体分子数增大的反应,增大压强平衡逆向移动,N2分压减小
1. [2024·湖南部分学校联考] 利用石墨烯量子点为催化剂,将CO2转化为燃料甲烷,空间站基于该反应将宇航员呼出的CO2转化为火箭燃料。将5 ml CO2和20 ml H2通入某恒压(压强为p0)密闭容器中,发生如下反应:Ⅰ.CO2(g)+4H2(g) ⇌ CH4(g)+2H2O(g) ΔH=-165 kJ·ml-1(主反应)Ⅱ.CO2(g)+H2(g) ⇌ CO(g)+H2O(g) ΔH=+41 kJ·ml-1(副反应)平衡时容器中含碳元素物质的量[n(X)]随温度(T)的变化如图所示。
[解析] 反应Ⅰ为放热反应,温度越低,越有利于反应Ⅰ正向移动,故曲线甲表示CH4,反应Ⅱ为吸热反应,温度越高,越有利于反应Ⅱ正向移动,故曲线乙表示CO,则曲线丙表示CO2,A项错误;空间站中使CO2转化为燃料CH4,由图可知,较低温度时,CO2的平衡转化率高,CH4的平衡物质的量大,B项正确;曲线丙表示CO2,高温主要进行反应Ⅱ,升高温度,该反应平衡正向移动,CO2的平衡转化率提高,含量下降,C项正确;
2. [2023·广东江门部分名校模拟] 氢还原辉钼矿并用碳酸钠作固硫剂的原理为MS2(s)+4H2(g)+2Na2CO3(s) = M(s)+2CO(g)+4H2O(g)+2Na2S(s) ΔH。平衡时的有关变化曲线如图所示。下列说法正确的是( )A.该反应在低温下可以自发进行B.粉碎矿物和增大压强都有利于辉钼矿的还原C.图乙中T1对应图甲中的温度为1300℃D.若图甲中A点对应温度下体系压强为10 MPa,则H2O(g)的分压为5 MPa
甲 平衡时气体浓度与温度关系
乙 正逆反应的平衡常数(K)与温度(T)的关系
[解析] 由方程式中各物质的聚集状态知ΔS>0,由图甲可知正反应是吸热反应ΔH>0,则根据ΔG=ΔH-TΔS<0知,该反应为高温下的自发反应,故A错误;该正反应是气体分子数增大的反应,增大压强平衡向逆反应方向移动,不利于反应向右进行,故B错误;
3. [2022·湖南卷改编] 向容积均为1 L的两恒容容器中分别充入2 ml X和1 ml Y发生反应:2X(g)+Y(g) ⇌ Z(g) ΔH,其中甲为绝热过程,乙为恒温过程,两反应体系的压强随时间的变化曲线如图所示。下列说法正确的是( )A.ΔH>0B.气体的总物质的量:na
[解析] 设乙醇与水的反应为反应ⅰ,CO2与H2的反应为反应ⅱ,由选择性的定义可知,CO2和CO的选择性之和为1,则①③代表平衡时CO2和CO的选择性,②代表H2的产率;300 ℃之前,H2的产率随温度升高而增加,说明以反应ⅰ为主,CO2选择性高;300 ℃之后,H2的产率随温度升高而减小,说明以反应ⅱ为主,CO的选择性高,则①代表平衡时CO2的选择性,③代表平衡时CO的选择性。由分析可知,②代表H2的产率,故A错误。
考点一 化学平衡基本图像
1. 在其他条件不变时,只改变某一条件,化学反应aA(g)+B(g) ⇌ cC(g)的平衡变化图像如下(图中p表示压强,T表示温度,n表示物质的量,α表示平衡转化率),据此分析,下列说法正确的是( )A.在图像Ⅰ中,说明正反应为吸热反应B.在图像Ⅰ中,若p1>p2,则此反应的ΔS>0C.在图像Ⅱ中,说明该正反应为吸热反应D.在图像Ⅲ中,若T1>T2,则该反应能自发进行
[解析] 图像Ⅰ中任取一曲线,图中随着温度的升高反应物的平衡转化率减小,升高温度平衡向逆反应方向移动,则正反应为放热反应,A错误;在图像Ⅰ的横坐标上任取一点,作横坐标的垂线与两曲线相交,若p1>p2,增大压强反应物的平衡转化率增大,增大压强平衡向正反应方向移动,则a+1>c,ΔS<0,B错误;
图像Ⅱ中T1先出现拐点,T1反应速率快,T1>T2,T1平衡时n(C)小于T2平衡时n(C),升高温度平衡向逆反应方向移动,正反应为放热反应,C错误;图像Ⅲ增大压强平衡不移动,则a+1=c,若T1>T2,升高温度A的平衡转化率减小,升高温度平衡向逆反应方向移动,则ΔH<0,该反应能自发进行,D正确。
2. 下列叙述不正确的是( )A.图甲表示的反应为放热反应B.图甲中Ⅰ、Ⅱ两点的正反应速率:v正(Ⅰ)
用不同物质的速率表示达到平衡,要求反应方向是一正一逆,且速率之比等于化学计量数之比,A点对应的是NO2和N2O4的消耗速率,反应速率是一正一逆,消耗NO2的速率与消耗N2O4的速率之比为0.2∶0.1=2∶1,A点对应的状态为化学平衡状态,故D正确。
3. [2023·湖南长郡中学模拟] 用活性炭还原NO2可防止空气污染,其反应原理为2C(s)+2NO2(g) ⇌ N2(g)+2CO2(g)。在密闭容器中,1 ml NO2和足量C发生上述反应,维持温度不变,反应相同时间内不同密闭容器中测得N2百分含量的变化如图所示,下列说法错误的是( )A.F点可能已达到平衡B.G点的v逆小于E点的v正C.E、G两点对应的平衡常数相等,但体系中NO2的物质的量不相等D.在恒温恒容下,向E点体系中充入一定量的NO2,达到平衡时,N2的百分含量不可能与F点相等
[解析] 根据图像,反应物的量相同,反应相同时间,随着容器容积增大,反应速率减小,N2的百分含量先增大后减小,则F及左侧对应曲线都处于平衡状态,F点右侧没有达到平衡,则G点反应未达到平衡、E点反应达到平衡,A正确;G点反应未达到平衡、E点反应达到平衡,由图知,G点压强小于E点,则G点的v逆小于E点的v正,B正确;
由图知,E、G两点N2的百分含量相等,由方程式知,此时消耗等量的NO2,起始NO2的量相同,则体系中NO2的物质的量相等,C错误;在恒温恒容下,向E点平衡体系中充入一定量的NO2,平衡向正反应方向移动,但相当于加压,N2的百分含量减小,则其百分含量不可能与F点相等,D正确。
5. 利用CO2合成二甲醚的反应为2CO2(g)+6H2(g) ⇌ CH3OCH3(g)+3H2O(g) ΔH=-135.4 kJ·ml-1。将2.0 ml CO2和6.0 ml H2充入2 L密闭容器中,测得不同温度和压强下,二甲醚的平衡物质的量分数变化如图所示。下列说法正确的是( )A.由图可知,温度:T1>T2>T3>T4、压强:p1
[解析] 该反应为气体分子数减少的放热反应,降低温度或增大压强,平衡正向移动,二甲醚的平衡物质的量分数增大,故温度:T1>T2>T3>T4,压强:p1>p2>p3>p4,A错误;温度一定时,K不变,根据pV=nRT,可知p=cRT,R为常数,T为定值,所以Kp也不变,B错误;
平衡时,v正=v逆,因为T1>T4,p1>p4,所以平衡时,T1、p1条件下的正反应速率大于T4、p4条件下的逆反应速率,C错误;T1、p1条件下,若n(CO2)∶n(H2)∶n(CH3OCH3)∶n(H2O)=2∶6∶3∶1,二甲醚的物质的量分数为0.25>0.10,则反应逆向进行,所以v正
下列判断合理的是( )已知:平衡时甲醇的选择性为生成甲醇消耗的CO2在CO2总消耗量中的占比。A.ΔH1<0,ΔH2<0B.250 ℃前以反应Ⅱ为主C.T ℃,平衡时甲醇的选择性为60%D.为同时提高CO2的平衡转化率和平衡时甲醇的选择性,应选择的反应条件为高温、高压
[解析] 由图可知,温度越高,平均相对分子质量越小,则反应Ⅰ平衡逆向移动,所以反应Ⅰ为放热反应,当温度高于250 ℃,CO2的平衡转化率随温度的升高而增大,则反应Ⅱ为吸热反应,250 ℃后以反应Ⅱ为主,A、B错误;
7. [2023·辽宁阜新联考] 一定条件下热解制取H2:2H2S(g)+CH4(g) CS2(g)+4H2(g)。已知其他条件不变时,温度对H2S的平衡转化率和催化剂催化效率的影响如图所示。下列说法一定正确的是( )A.平衡常数:K(Y)>K(Z) B.达到平衡所需时间:t(X)E反应物D.单位时间的H2S转化率:α(Z)>α(Y)
[解析] 由图知,升高温度,H2S的平衡转化率增大,说明平衡正向移动,正反应为吸热反应,温度越高,平衡常数越大,温度:Z>Y,平衡常数:K(Y)t(Y),B错误;升高温度,H2S的平衡转化率增大,说明该反应为吸热反应,总能量:E生成物>E反应物,C正确;Z点比Y点温度高,但Z点的催化效率低于Y点,则无法得出单位时间内H2S的转化率α(Z)、α(Y)的相对大小,D错误。
8. [2023·河北保定二模] 二氧化碳加氢合成二甲醚(CH3OCH3)具有重要的现实意义和广阔的应用前景。该方法主要涉及下列反应:反应Ⅰ:CO2(g)+3H2(g) ⇌ CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-49.0 kJ·ml-1反应Ⅱ:CO2(g)+H2(g) ⇌ CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41.2 kJ·ml-1反应Ⅲ:2CH3OH(g) ⇌ CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH3=-24.5 kJ·ml-1向恒压密闭容器中按n(CO2)∶n(H2)=1∶3通入CO2和H2,平衡时各含碳物质的体积分数随温度的变化如图所示。
510 K时,反应至CH3OCH3的体积分数达到 X点的值,X点位于曲线b的上方,说明CH3OCH3的体积分数大于平衡时CH3OCH3的体积分数,则此时反应未达到平衡状态,反应Ⅲ逆向进行,延长反应时间能降低CH3OCH3的体积分数,C错误;反应Ⅰ为气体分子数减小的反应,反应Ⅱ、Ⅲ均为气体分子数不变的反应,增大压强,反应Ⅰ平衡正向移动,CH3OH浓度增大,H2O的浓度也增大,反应Ⅱ平衡逆向移动,虽然H2O的浓度增大,但CH3OH的化学计量数为2,故反应Ⅲ平衡正向移动,CH3OCH3的选择性增大,D正确。
9. [2023·河北张家口二模] 1-氯丙烷是一种重要的有机合成中间体,在一定温度下可以转化为2-氯丙烷,其转化原理如下:ⅰ. (g)+HCl(g) ⇌ (g) ΔH1=-271.96 kJ·ml-1ⅱ. (g)+HCl(g) ⇌ (g) ΔH2=-267.80 kJ·ml-1回答下列问题:(1)1-氯丙烷转化为2-氯丙烷的热化学方程式为 。
[解析] (1)由盖斯定律知,反应ⅱ减去反应ⅰ计算得,1-氯丙烷转化为2-氯丙烷的热化学方程式为 (g) ⇌ (g) ΔH=+4.16 kJ·ml-1。
考点三 化学平衡图像综合考查
(2)在恒温恒压条件下,将丙烯和HCl按起始投料n(丙烯)∶n(HCl)=1∶2匀速通过装有等量相同催化剂的反应器,测得不同温度下丙烯和HCl的转化率如图(忽略温度对催化剂的影响)。①表示HCl转化率的曲线为 (填“L1”或“L2”),理由为 。 ②T1温度下丙烯转化率最高的原因为 。
丙烯和HCl的转化量相等,但起始投入的HCl物质的量多,所以其转化率低
T1温度前,温度升高,反应速率加快,丙烯转化率升高;T1温度后,温度升高,反应ⅰ、反应ⅱ平衡均逆向移动,丙烯转化率降低
[解析] (2)①由化学方程式知, 和HCl的转化量相等,但HCl的初始量是 的两倍,故其转化率低,表示HCl转化率的曲线为L1。②T1温度前,温度升高,反应速率加快,丙烯转化率升高;T1温度后,温度升高,反应ⅰ、反应ⅱ平衡均逆向移动,丙烯转化率降低,故T1温度下丙烯转化率最高。
10. [2023·辽宁大连模拟] 含碳化合物的合成与转化具有重要的研究价值和现实意义。由合成气(主要成分为CO、CO2和H2)制甲醇,涉及的原理为ⅰ.CO(g)+2H2(g) ⇌ CH3OH(g) ΔH1ⅱ.CO2(g)+3H2(g) ⇌ CH3OH(g) +H2O(g) ΔH2=-49.5 kJ·ml-1ⅲ.CO2(g)+H2(g) ⇌ CO(g)+H2O(g) ΔH3(1)反应ⅰ的ΔH1= kJ·ml-1,该反应自发进行的条件为 (填“高温”或“低温”)。
[解析] (1)根据键能与反应热的关系知,ΔH1=反应物的键能之和-生成物的键能之和=(1090 kJ·ml-1+2×436 kJ·ml-1)-(413 kJ·ml-1×3 + 351 kJ·ml-1+463 kJ·ml-1)=-91 kJ·ml-1;该反应是熵减的放热反应,在低温条件下能自发进行。
[解析] (2)①由盖斯定律知,CO2(g)+H2(g) ⇌ CO(g)+H2O(g) ΔH3=ΔH2-ΔH1=+41.5 kJ·ml-1,升高温度,平衡正向移动,CO的选择性增大,反应ⅰ[CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)]和ⅱ[CO2(g)+3H2(g) ⇌ CH3OH(g)+H2O(g)]逆向移动,CH3OH的选择性减小,则曲线Ⅰ代表CH3OH的选择性随温度的变化曲线。②反应ⅲ在545 K时,设起始CO2、H2的物质的量分别为1 ml、3 ml,列出转化关系: CO2(g)+3H2(g) ⇌ CH3OH(g)+H2O(g)起始/ml 1 3 0 0转化/ml x 3x x x
反应CO2(g)+H2(g) ⇌ CO(g) +H2O(g)为吸热反应,温度较高时,主要发生反应ⅲ,且反应ⅲ前后气体分子数相等,故CO2的平衡转化率几乎不再受压强影响
第31讲 化学反应速率与平衡图像分析
考点 化学反应速率与化学平衡图像分析经典真题·明考向作业手册
夯实必备知识 | 提升关键能力
考点 化学反应速率与平衡图像分析
1. 含“断点”的v-t图像分析
【规律方法】 v-t图像中无“断点”,曲线是“渐变”的,即逐渐升高或降低,则改变的条件是浓度。若曲线是向上“渐变”,表示改变的条件是“增强”,反之,改变的条件是“减弱”,如工业合成氨的反应:N2(g)+3H2(g) ⇌ 2NH3(g) ΔH<0。因t1时刻改变条件后,v'逆>v'正,平衡逆向移动,故改变的条件是增大NH3的浓度。
2. 含量-时间-温度(压强)图像
常见图像形式有如下几种,其中C%指生成物的百分含量,B%指反应物的百分含量。
【规律方法】 “先拐先平,数值大”,即曲线先出现拐点的首先达到平衡,反应速率快,以此判断温度或压强的高低。再依据外界条件对平衡的影响分析判断反应的热效应及反应前后气体分子数的变化。
(1)恒压线图像图甲中,当压强相等(任意一条等压线)时,升高温度,A的转化率增大,说明升高温度平衡正向移动,即正反应为吸热反应。当温度相等时,在图中作垂直于横坐标的直线,与三条等压线交于三点,这三点自下而上为增大压强,A的转化率增大,说明增大压强平衡正向移动,即正反应为气体分子数减小的反应。
3. 转化率(或质量分数)与压强-温度图像
(2)恒温线图像图丙中,当温度相等(任意一条等温线)时,增大压强,A的转化率增大,说明增大压强平衡正向移动,即正反应是气体分子数减小的反应。当压强相等时,在图中作垂直于横坐标的直线,与两条等温线交于两点,这两点自下而上为降低温度,A的转化率增大,说明降低温度平衡正向移动,即正反应为放热反应。
【规律方法】 “定一议二”,即把自变量(温度、压强)之一设为恒量,讨论另外两个变量的关系。
(1)对于化学反应:mA(g)+nB(g) ⇌ pC(g)+qD(g),M点前,表示从反应开始,v正>v逆;M点为刚达到平衡点;M点后为平衡受温度影响的情况,即升温,A的百分含量增加或C的百分含量减少,平衡左移,故ΔH<0。
4. 化学平衡中的其他图像
(2)对于化学反应:mA(g)+nB(g) ⇌ pC(g)+qD(g),L线上所有的点都是平衡点。L线的上方(E点),A的百分含量大于此压强时平衡体系中A的百分含量,所以E点满足v正>v逆;同理L线的下方(F点)满足v正
[解析] (2)温度升高,K减小,平衡向逆反应方向移动,正反应为放热反应。
(3)图③若表示p2>p1,可逆反应的正反应为气体分子数减小的吸热反应( )(4)图④表示可逆反应的正反应为吸热反应( )
[解析] (3)升高温度,生成物百分含量增多,平衡向正反应方向移动,正反应为吸热反应;p2→p1,减小压强,生成物百分含量增多,平衡向正反应方向移动,正反应为气体分子数增多的反应。
[解析] (4)升高温度v逆>v正,说明平衡向逆反应方向移动,正反应为放热反应。
2.反应mA(g)+nB(g) ⇌ pC(g)的速率和平衡图像如下,下列判断正确的是( ) A.由图甲可知,T1
[解析] 由图甲知,温度在T2时首先达到平衡,升高温度,化学反应速率加快,达到平衡所需要的时间缩短,故T1
图丙表示的是在不同的温度下,当反应达到平衡时,反应物B的转化率与温度的关系,曲线上的点表示的是平衡状态,v正=v逆,点3低于平衡转化率,说明点3未达到平衡,反应向正反应方向进行,此时表示的反应速率:v正>v逆,C正确;图丁中,若m+n=p,则a曲线达到平衡所需要的时间比b短,先达到平衡,可能是使用了催化剂,也可能是增大了压强,缩小了容器的容积,D错误。
题组一 反应速率-时间图像
1.在恒温恒压下,某一容积可变的密闭容器中发生反应:A(g)+B(g) ⇌ 2C(g) ΔH<0,t1 s时达到平衡后,在t2 s时改变某一条件,其反应过程如图所示。下列说法正确的是( )A.Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时,A的体积分数:Ⅰ>ⅡB.t2 s时改变的条件是向密闭容器中加入物质CC.0~t2 s时,v正>v逆D.Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时,平衡常数:K(Ⅰ)
2.可逆反应A(g)+3B(g) ⇌ 2C(g) ΔH<0。该反应的速率与时间的关系如图所示:如果t2、t4、t6、t8时都只改变了一个反应条件,则对应t2、t4、t6、t8时改变的条件正确的是( )A.增大反应物浓度、使用了催化剂、减小压强、升高温度B.升高温度、减小压强、增大反应物浓度、使用了催化剂C.使用了催化剂、增大压强、减小反应物浓度、降低温度D.升高温度、减小压强、减小反应物浓度、使用了催化剂
[解析] 该反应的正反应为气体分子数减小的放热反应,t2时刻正逆反应速率均增大,逆反应速率增大的程度更大,平衡逆向移动,说明t2时改变的条件为升高温度;t4为减压,正逆反应速率均减小,平衡逆向移动;t6时刻逆反应速率不变,正反应速率突然增大,说明t6时增大了反应物浓度;t8时刻正逆反应速率同等程度增大,说明加入了催化剂。综上分析可知B项正确。
【题后反思】 分析反应速率-时间图像,要注意判断以下几点:(1)图像连续还是不连续:连续一般是浓度改变影响的,不连续则是其他条件影响(判断改变条件)的。(2)图像上移还是下移:上移速率变大,下移速率变小(判断速率变化)。(3)达到新平衡前v正大还是v逆大:若v正>v逆,则平衡正移;若v正
3.100 ℃时,向某恒容密闭容器加入1.6 ml·L-1的Q后会发生如下反应:2Q(g) ⇌ M(g)。其中M的物质的量浓度随时间的变化如图所示:下列说法错误的是( )A.从反应开始到刚达到平衡的时间段内,v(Q)=0.02 ml·L-1·s-1B.a、b两时刻生成Q的速率:v(a)
4.向一容积不变的密闭容器中充入一定量A和B,发生如下反应:xA(g)+2B(s) ⇌ yC(g) ΔH<0。在一定条件下,容器中A、C的物质的量浓度随时间变化的曲线如图所示。请回答下列问题:(1)用A的浓度变化表示该反应在0~10 min内的平均反应速率v(A)= 。
0.02 ml·L-1·min-1
(2)根据图像可确定x∶y= 。 (3)0~10 min容器内压强 (填“变大”“不变”或“变小”)。
[解析] (2)根据图像可知,0~10 min内A的物质的量浓度减少量为0.20 ml·L-1,C的物质的量浓度增加量为0.40 ml·L-1,x、y之比等于A、C的物质的量浓度变化量之比,故x∶y=0.20 ml·L-1∶0.40 ml·L-1=1∶2。(3)该反应是气体分子数增大的反应,而容器容积不变,因此0~10 min容器内压强变大。
(4)推测第10 min引起曲线变化的反应条件可能是 (填序号,下同);第16 min引起曲线变化的反应条件可能是 。 ①减压 ②增大A的浓度 ③增大C的量 ④升温 ⑤降温 ⑥加催化剂
[解析] (4)根据图像可知,10 min时改变条件后,A、C的浓度瞬时不变且随后反应速率加快,故改变的条件可能是升温或加入催化剂;16 min时改变条件后,A、C的浓度瞬时不变,且随后A的浓度逐渐增大,C的浓度逐渐减小,说明平衡逆向移动,故改变的条件可能是升温。
(5)若平衡 Ⅰ 的平衡常数为K1,平衡 Ⅱ的平衡常数为K2,则K1 (填“>”“=”或“<”)K2。
[解析] (5)升高温度,平衡逆向移动,平衡常数减小,则K1>K2。
【方法技巧】 有关“拐点”图像的分析方法同一可逆反应,若反应条件不同,达到平衡所用的时间也可能不同,对应图像出现“拐点”的时间也就有差异。图像中先出现“拐点”的反应先达到平衡,即反应所处的外界条件(温度、压强)相对要高一些,或者是加入了催化剂。
题组三 转化率-温度(压强)图像
5.在一恒容的密闭容器中充入0.1 ml·L-1 CO2、0.1 ml·L-1 CH4,在一定条件下发生反应CH4(g)+CO2(g) ⇌ 2CO(g)+2H2(g),测得CH4平衡转化率与温度、压强关系如图,下列有关说法不正确的是( )A.上述反应的ΔH<0B.压强:p4>p3>p2>p1C.1100 ℃时该反应的平衡常数约为1.64D.压强为p4时,在y点:v正>v逆
[解析] p1、p2、p3、p4是四条等压线,由图像知,压强一定时,温度越高,甲烷的平衡转化率越高,故正反应为吸热反应,ΔH>0,A错误;该反应为气体分子数增加的反应,压强越高,甲烷的平衡转化率越小,故压强:p4>p3>p2>p1,B正确;
6.[2023·辽宁大连双基考试] SCl2可用作有机合成的氯化剂。在容积恒为2 L的密闭容器中充入1 ml SCl2 (g),发生反应2SCl2(g) ⇌ S2Cl2(g)+Cl2(g),图中所示曲线分别表示反应在10 min时和平衡时SCl2的转化率(α)与温度(T)的关系。下列说法正确的是( )A.2SCl2(g) ⇌ S2Cl2(g)+Cl2(g)的ΔH<0B.55 ℃,从0~10 min,以S2Cl2表示反应的平均速率为0.025 ml·L-1 ·min-1C.当容器中混合气体的平均相对分子质量恒定不变时,反应达到平衡状态D.82 ℃,若起始时在该密闭容器中充入SCl2、S2Cl2和Cl2各5 ml,则此时v逆
1. [2023·广东卷] 催化剂Ⅰ和Ⅱ均能催化反应R(g) ⇌ P(g)。反应历程(右图)中,M为中间产物。其他条件相同时,下列说法不正确的是( )A.使用Ⅰ和Ⅱ,反应历程都分4步进行B.反应达平衡时,升高温度,R的浓度增大C.使用Ⅱ时,反应体系更快达到平衡D.使用Ⅰ时,反应过程中M所能达到的最高浓度更大
[解析] 由图可知两种催化剂均出现四个波峰,所以使用Ⅰ和Ⅱ,反应历程都分4步进行,A正确;由图可知该反应是放热反应,所以达平衡时,升高温度平衡向左移动,R的浓度增大,B正确;
由图可知Ⅰ的各步反应中最大活化能小于Ⅱ的各步反应中最大活化能,所以使用Ⅰ时反应速率更快,反应体系更快达到平衡,C错误;由图可知R→M中使用Ⅰ活化能较小,反应速率较快,M→P中使用Ⅰ活化能较大,反应速率较慢,所以使用Ⅰ时,反应过程中M所能达到的最高浓度更大,D正确。
[解析] 一定条件下,增大H2O(g)的浓度,能提高CH4的平衡转化率,即x值越小,CH4的平衡转化率越大,则x1
由图像可知,x一定时,温度升高,CH4的平衡转化率增大,说明正反应为吸热反应,温度升高平衡正向移动,K增大,而温度相同,K不变,则点a、b、c对应的平衡常数:Ka
[解析] 由盖斯定律可知反应2CO(g)+2H2(g) CO2(g)+CH4(g)的焓变ΔH=-2×41.2 kJ·ml-1-164.7 kJ·ml-1=-247.1 kJ·ml-1,A错误;CO2(g)+4H2(g) ⇌ CH4(g)+2H2O(g)为放热反应,升高温度平衡逆向移动,CH4的含量降低,故CH4的平衡选择性随着温度的升高而降低,B错误;
4. [2022·广东卷] 恒容密闭容器中,BaSO4(s)+4H2(g) ⇌ BaS(s)+4H2O(g)在不同温度下达平衡时,各组分的物质的量(n)如图所示。下列说法正确的是( )A.该反应的ΔH<0B.a为n(H2O)随温度的变化曲线C.向平衡体系中充入惰性气体,平衡不移动D.向平衡体系中加入BaSO4,H2的平衡转化率增大
[解析] 从图示可以看出,平衡时升高温度,氢气的物质的量减小,则平衡正向移动,说明该反应的正反应是吸热反应,即ΔH>0,故A错误;从图示可以看出,氢气平衡时的物质的量小于1 ml,由方程式及反应物的量有关系式n(H2O)+n(H2)=4 ml,则此时n(H2O)>3 ml,而a曲线表示的是物质的量接近1 ml,故B错误;容器容积固定,向容器中充入惰性气体,没有改变各物质的浓度,平衡不移动,故C正确; BaSO4是固体,向平衡体系中加入BaSO4,不能改变其浓度,因此平衡不移动,氢气的转化率不变,故D错误。
5. [2021·湖南卷节选] 氨气中氢含量高,是一种优良的小分子储氢载体,且安全、易储运,可通过氨热分解制氢气。在一定温度下,利用催化剂将NH3分解为N2和H2。某兴趣小组对该反应进行了实验探究。在一定温度和催化剂的条件下,将0.1 ml NH3通入3 L的密闭容器中进行反应(此时容器内总压为200 kPa),各物质的分压随时间的变化曲线如图所示。
(1)若保持容器体积不变,t1时反应达到平衡,用H2的浓度变化表示0~t1时间内的反应速率v(H2)= ml·L-1·min-1(用含t1的代数式表示)。
(2)t2时将容器体积迅速缩小至原来的一半并保持不变,图中能正确表示压缩后N2分压变化趋势的曲线是 (用图中a、b、c、d表示),理由是 。
[解析] (2)t2时将容器迅速缩小至原来的一半并保持不变,此时N2分压由0.4×100 kPa迅速变为0.8×100 kPa,压强增大,由于该正反应为气体分子数增大的反应,增大压强平衡逆向移动,N2分压减小,则符合的曲线是b。
体积缩小为原来的一半,N2分压由0.4×100 kPa增大到0.8×100 kPa,由于该正反应为气体分子数增大的反应,增大压强平衡逆向移动,N2分压减小
1. [2024·湖南部分学校联考] 利用石墨烯量子点为催化剂,将CO2转化为燃料甲烷,空间站基于该反应将宇航员呼出的CO2转化为火箭燃料。将5 ml CO2和20 ml H2通入某恒压(压强为p0)密闭容器中,发生如下反应:Ⅰ.CO2(g)+4H2(g) ⇌ CH4(g)+2H2O(g) ΔH=-165 kJ·ml-1(主反应)Ⅱ.CO2(g)+H2(g) ⇌ CO(g)+H2O(g) ΔH=+41 kJ·ml-1(副反应)平衡时容器中含碳元素物质的量[n(X)]随温度(T)的变化如图所示。
[解析] 反应Ⅰ为放热反应,温度越低,越有利于反应Ⅰ正向移动,故曲线甲表示CH4,反应Ⅱ为吸热反应,温度越高,越有利于反应Ⅱ正向移动,故曲线乙表示CO,则曲线丙表示CO2,A项错误;空间站中使CO2转化为燃料CH4,由图可知,较低温度时,CO2的平衡转化率高,CH4的平衡物质的量大,B项正确;曲线丙表示CO2,高温主要进行反应Ⅱ,升高温度,该反应平衡正向移动,CO2的平衡转化率提高,含量下降,C项正确;
2. [2023·广东江门部分名校模拟] 氢还原辉钼矿并用碳酸钠作固硫剂的原理为MS2(s)+4H2(g)+2Na2CO3(s) = M(s)+2CO(g)+4H2O(g)+2Na2S(s) ΔH。平衡时的有关变化曲线如图所示。下列说法正确的是( )A.该反应在低温下可以自发进行B.粉碎矿物和增大压强都有利于辉钼矿的还原C.图乙中T1对应图甲中的温度为1300℃D.若图甲中A点对应温度下体系压强为10 MPa,则H2O(g)的分压为5 MPa
甲 平衡时气体浓度与温度关系
乙 正逆反应的平衡常数(K)与温度(T)的关系
[解析] 由方程式中各物质的聚集状态知ΔS>0,由图甲可知正反应是吸热反应ΔH>0,则根据ΔG=ΔH-TΔS<0知,该反应为高温下的自发反应,故A错误;该正反应是气体分子数增大的反应,增大压强平衡向逆反应方向移动,不利于反应向右进行,故B错误;
3. [2022·湖南卷改编] 向容积均为1 L的两恒容容器中分别充入2 ml X和1 ml Y发生反应:2X(g)+Y(g) ⇌ Z(g) ΔH,其中甲为绝热过程,乙为恒温过程,两反应体系的压强随时间的变化曲线如图所示。下列说法正确的是( )A.ΔH>0B.气体的总物质的量:na
[解析] 设乙醇与水的反应为反应ⅰ,CO2与H2的反应为反应ⅱ,由选择性的定义可知,CO2和CO的选择性之和为1,则①③代表平衡时CO2和CO的选择性,②代表H2的产率;300 ℃之前,H2的产率随温度升高而增加,说明以反应ⅰ为主,CO2选择性高;300 ℃之后,H2的产率随温度升高而减小,说明以反应ⅱ为主,CO的选择性高,则①代表平衡时CO2的选择性,③代表平衡时CO的选择性。由分析可知,②代表H2的产率,故A错误。
考点一 化学平衡基本图像
1. 在其他条件不变时,只改变某一条件,化学反应aA(g)+B(g) ⇌ cC(g)的平衡变化图像如下(图中p表示压强,T表示温度,n表示物质的量,α表示平衡转化率),据此分析,下列说法正确的是( )A.在图像Ⅰ中,说明正反应为吸热反应B.在图像Ⅰ中,若p1>p2,则此反应的ΔS>0C.在图像Ⅱ中,说明该正反应为吸热反应D.在图像Ⅲ中,若T1>T2,则该反应能自发进行
[解析] 图像Ⅰ中任取一曲线,图中随着温度的升高反应物的平衡转化率减小,升高温度平衡向逆反应方向移动,则正反应为放热反应,A错误;在图像Ⅰ的横坐标上任取一点,作横坐标的垂线与两曲线相交,若p1>p2,增大压强反应物的平衡转化率增大,增大压强平衡向正反应方向移动,则a+1>c,ΔS<0,B错误;
图像Ⅱ中T1先出现拐点,T1反应速率快,T1>T2,T1平衡时n(C)小于T2平衡时n(C),升高温度平衡向逆反应方向移动,正反应为放热反应,C错误;图像Ⅲ增大压强平衡不移动,则a+1=c,若T1>T2,升高温度A的平衡转化率减小,升高温度平衡向逆反应方向移动,则ΔH<0,该反应能自发进行,D正确。
2. 下列叙述不正确的是( )A.图甲表示的反应为放热反应B.图甲中Ⅰ、Ⅱ两点的正反应速率:v正(Ⅰ)
用不同物质的速率表示达到平衡,要求反应方向是一正一逆,且速率之比等于化学计量数之比,A点对应的是NO2和N2O4的消耗速率,反应速率是一正一逆,消耗NO2的速率与消耗N2O4的速率之比为0.2∶0.1=2∶1,A点对应的状态为化学平衡状态,故D正确。
3. [2023·湖南长郡中学模拟] 用活性炭还原NO2可防止空气污染,其反应原理为2C(s)+2NO2(g) ⇌ N2(g)+2CO2(g)。在密闭容器中,1 ml NO2和足量C发生上述反应,维持温度不变,反应相同时间内不同密闭容器中测得N2百分含量的变化如图所示,下列说法错误的是( )A.F点可能已达到平衡B.G点的v逆小于E点的v正C.E、G两点对应的平衡常数相等,但体系中NO2的物质的量不相等D.在恒温恒容下,向E点体系中充入一定量的NO2,达到平衡时,N2的百分含量不可能与F点相等
[解析] 根据图像,反应物的量相同,反应相同时间,随着容器容积增大,反应速率减小,N2的百分含量先增大后减小,则F及左侧对应曲线都处于平衡状态,F点右侧没有达到平衡,则G点反应未达到平衡、E点反应达到平衡,A正确;G点反应未达到平衡、E点反应达到平衡,由图知,G点压强小于E点,则G点的v逆小于E点的v正,B正确;
由图知,E、G两点N2的百分含量相等,由方程式知,此时消耗等量的NO2,起始NO2的量相同,则体系中NO2的物质的量相等,C错误;在恒温恒容下,向E点平衡体系中充入一定量的NO2,平衡向正反应方向移动,但相当于加压,N2的百分含量减小,则其百分含量不可能与F点相等,D正确。
5. 利用CO2合成二甲醚的反应为2CO2(g)+6H2(g) ⇌ CH3OCH3(g)+3H2O(g) ΔH=-135.4 kJ·ml-1。将2.0 ml CO2和6.0 ml H2充入2 L密闭容器中,测得不同温度和压强下,二甲醚的平衡物质的量分数变化如图所示。下列说法正确的是( )A.由图可知,温度:T1>T2>T3>T4、压强:p1
[解析] 该反应为气体分子数减少的放热反应,降低温度或增大压强,平衡正向移动,二甲醚的平衡物质的量分数增大,故温度:T1>T2>T3>T4,压强:p1>p2>p3>p4,A错误;温度一定时,K不变,根据pV=nRT,可知p=cRT,R为常数,T为定值,所以Kp也不变,B错误;
平衡时,v正=v逆,因为T1>T4,p1>p4,所以平衡时,T1、p1条件下的正反应速率大于T4、p4条件下的逆反应速率,C错误;T1、p1条件下,若n(CO2)∶n(H2)∶n(CH3OCH3)∶n(H2O)=2∶6∶3∶1,二甲醚的物质的量分数为0.25>0.10,则反应逆向进行,所以v正
下列判断合理的是( )已知:平衡时甲醇的选择性为生成甲醇消耗的CO2在CO2总消耗量中的占比。A.ΔH1<0,ΔH2<0B.250 ℃前以反应Ⅱ为主C.T ℃,平衡时甲醇的选择性为60%D.为同时提高CO2的平衡转化率和平衡时甲醇的选择性,应选择的反应条件为高温、高压
[解析] 由图可知,温度越高,平均相对分子质量越小,则反应Ⅰ平衡逆向移动,所以反应Ⅰ为放热反应,当温度高于250 ℃,CO2的平衡转化率随温度的升高而增大,则反应Ⅱ为吸热反应,250 ℃后以反应Ⅱ为主,A、B错误;
7. [2023·辽宁阜新联考] 一定条件下热解制取H2:2H2S(g)+CH4(g) CS2(g)+4H2(g)。已知其他条件不变时,温度对H2S的平衡转化率和催化剂催化效率的影响如图所示。下列说法一定正确的是( )A.平衡常数:K(Y)>K(Z) B.达到平衡所需时间:t(X)
[解析] 由图知,升高温度,H2S的平衡转化率增大,说明平衡正向移动,正反应为吸热反应,温度越高,平衡常数越大,温度:Z>Y,平衡常数:K(Y)
8. [2023·河北保定二模] 二氧化碳加氢合成二甲醚(CH3OCH3)具有重要的现实意义和广阔的应用前景。该方法主要涉及下列反应:反应Ⅰ:CO2(g)+3H2(g) ⇌ CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-49.0 kJ·ml-1反应Ⅱ:CO2(g)+H2(g) ⇌ CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41.2 kJ·ml-1反应Ⅲ:2CH3OH(g) ⇌ CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH3=-24.5 kJ·ml-1向恒压密闭容器中按n(CO2)∶n(H2)=1∶3通入CO2和H2,平衡时各含碳物质的体积分数随温度的变化如图所示。
510 K时,反应至CH3OCH3的体积分数达到 X点的值,X点位于曲线b的上方,说明CH3OCH3的体积分数大于平衡时CH3OCH3的体积分数,则此时反应未达到平衡状态,反应Ⅲ逆向进行,延长反应时间能降低CH3OCH3的体积分数,C错误;反应Ⅰ为气体分子数减小的反应,反应Ⅱ、Ⅲ均为气体分子数不变的反应,增大压强,反应Ⅰ平衡正向移动,CH3OH浓度增大,H2O的浓度也增大,反应Ⅱ平衡逆向移动,虽然H2O的浓度增大,但CH3OH的化学计量数为2,故反应Ⅲ平衡正向移动,CH3OCH3的选择性增大,D正确。
9. [2023·河北张家口二模] 1-氯丙烷是一种重要的有机合成中间体,在一定温度下可以转化为2-氯丙烷,其转化原理如下:ⅰ. (g)+HCl(g) ⇌ (g) ΔH1=-271.96 kJ·ml-1ⅱ. (g)+HCl(g) ⇌ (g) ΔH2=-267.80 kJ·ml-1回答下列问题:(1)1-氯丙烷转化为2-氯丙烷的热化学方程式为 。
[解析] (1)由盖斯定律知,反应ⅱ减去反应ⅰ计算得,1-氯丙烷转化为2-氯丙烷的热化学方程式为 (g) ⇌ (g) ΔH=+4.16 kJ·ml-1。
考点三 化学平衡图像综合考查
(2)在恒温恒压条件下,将丙烯和HCl按起始投料n(丙烯)∶n(HCl)=1∶2匀速通过装有等量相同催化剂的反应器,测得不同温度下丙烯和HCl的转化率如图(忽略温度对催化剂的影响)。①表示HCl转化率的曲线为 (填“L1”或“L2”),理由为 。 ②T1温度下丙烯转化率最高的原因为 。
丙烯和HCl的转化量相等,但起始投入的HCl物质的量多,所以其转化率低
T1温度前,温度升高,反应速率加快,丙烯转化率升高;T1温度后,温度升高,反应ⅰ、反应ⅱ平衡均逆向移动,丙烯转化率降低
[解析] (2)①由化学方程式知, 和HCl的转化量相等,但HCl的初始量是 的两倍,故其转化率低,表示HCl转化率的曲线为L1。②T1温度前,温度升高,反应速率加快,丙烯转化率升高;T1温度后,温度升高,反应ⅰ、反应ⅱ平衡均逆向移动,丙烯转化率降低,故T1温度下丙烯转化率最高。
10. [2023·辽宁大连模拟] 含碳化合物的合成与转化具有重要的研究价值和现实意义。由合成气(主要成分为CO、CO2和H2)制甲醇,涉及的原理为ⅰ.CO(g)+2H2(g) ⇌ CH3OH(g) ΔH1ⅱ.CO2(g)+3H2(g) ⇌ CH3OH(g) +H2O(g) ΔH2=-49.5 kJ·ml-1ⅲ.CO2(g)+H2(g) ⇌ CO(g)+H2O(g) ΔH3(1)反应ⅰ的ΔH1= kJ·ml-1,该反应自发进行的条件为 (填“高温”或“低温”)。
[解析] (1)根据键能与反应热的关系知,ΔH1=反应物的键能之和-生成物的键能之和=(1090 kJ·ml-1+2×436 kJ·ml-1)-(413 kJ·ml-1×3 + 351 kJ·ml-1+463 kJ·ml-1)=-91 kJ·ml-1;该反应是熵减的放热反应,在低温条件下能自发进行。
[解析] (2)①由盖斯定律知,CO2(g)+H2(g) ⇌ CO(g)+H2O(g) ΔH3=ΔH2-ΔH1=+41.5 kJ·ml-1,升高温度,平衡正向移动,CO的选择性增大,反应ⅰ[CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)]和ⅱ[CO2(g)+3H2(g) ⇌ CH3OH(g)+H2O(g)]逆向移动,CH3OH的选择性减小,则曲线Ⅰ代表CH3OH的选择性随温度的变化曲线。②反应ⅲ在545 K时,设起始CO2、H2的物质的量分别为1 ml、3 ml,列出转化关系: CO2(g)+3H2(g) ⇌ CH3OH(g)+H2O(g)起始/ml 1 3 0 0转化/ml x 3x x x
反应CO2(g)+H2(g) ⇌ CO(g) +H2O(g)为吸热反应,温度较高时,主要发生反应ⅲ,且反应ⅲ前后气体分子数相等,故CO2的平衡转化率几乎不再受压强影响
相关课件
高考化学一轮复习第8章化学反应速率与化学平衡第41讲化学反应速率与化学平衡图像课件： 这是一份高考化学一轮复习第8章化学反应速率与化学平衡第41讲化学反应速率与化学平衡图像课件，共49页。
2025届高考化学一轮总复习第8章化学反应速率与化学平衡第41讲化学反应速率与化学平衡图像课件： 这是一份2025届高考化学一轮总复习第8章化学反应速率与化学平衡第41讲化学反应速率与化学平衡图像课件，共49页。
2025版高考化学一轮总复习第7章化学反应速率和化学平衡第26讲化学反应速率和平衡图像及分析课件： 这是一份2025版高考化学一轮总复习第7章化学反应速率和化学平衡第26讲化学反应速率和平衡图像及分析课件，共60页。PPT课件主要包含了升高温度，加入催化剂，减小压强，t3～t4，考点2化学平衡图像，2恒温线图像等内容，欢迎下载使用。
