高考化学二轮复习训练题：填空逐空特训02《化学反应速率、平衡陌生图像读图》（含答案）

(二)化学反应速率、平衡陌生图像读图特训

1．二甲醚也是清洁能源，用合成气在催化剂存在下制备二甲醚的反应原理为

2CO(g)＋4H2(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)，已知一定条件下，该反应中CO的平衡转化率α随温度、投料比的变化曲线如图所示。

(1)a、b、c按从大到小的顺序排序为________。

(2)对于气相反应，用某组分(B)的平衡压强(pB)代替物质的量浓度(cB)也可以表示平衡常数(记作Kp)，则该反应平衡常数的表达式Kp＝________。

答案　(1)a>b>c　(2)

解析　(1)反应2CO(g)＋4H2(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)，增大H2的浓度，平衡右移，CO的转化率增大，即投料比增大，CO的转化率增大，故a＞b＞c。

2．若在绝热恒容密闭容器中通入一定量的SO2和O2，一定条件下发生反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＝－196.6 kJ·mol－1，一段时间内，正反应速率随时间变化曲线如下图所示，则在a点时，反应________(填“达到”或“未达到”)平衡状态；t1～t3时间内，v正先增大后减小的主要原因是_____________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　未达到　t1～t2时间内，v正增大的主要原因是反应放热导致容器内温度升高；t2～t3时间内，v正减小的主要原因是反应物浓度减小

解析　化学平衡状态的标志是各物质的浓度不再改变，其实质是正反应速率等于逆反应速率，a点对应的正反应速率显然还在改变，故一定未达平衡；t1～t2时间内，v正增大的主要原因是反应放热导致容器内温度升高；t1～t3时间内，v正减小的主要原因是反应物浓度减小导致反应速率降低。

3．下图是当反应器中按n(N2)∶n(H2)＝1∶3投料后，在200 ℃、400 ℃、600 ℃，反应达到平衡时，混合物中NH3的物质的量分数随总压强的变化曲线。

(1)曲线a、b对应温度较高的是________(填“a”或“b”)

(2)实验室模拟工业合成氨，一定温度和压强下在1 L密闭容器中通入5 mol N2、15 mol H2,10 min 后达到M点平衡状态，计算从反应开始至平衡时间段内的平均速率v(N2)＝________mol·L－1·min－1。

(3)关于工业合成氨的反应，下列叙述正确的是________(填字母)。

A．分离出NH3后的原料气循环利用，可以提高H2的平衡转化率

B．使用催化剂能加快反应速率且提高H2的平衡转化率

C．上图中M、Q、R点平衡常数K的大小关系是K(M)＝K(Q)>K(R)

答案　(1)b　(2)0.375　(3)AC

解析　(1)合成氨正方向为放热反应，升高温度平衡逆向移动，NH3的物质的量分数减小，故曲线a、b对应温度较高的是b。

(2)M点NH3的物质的量分数为60%；

　　　　　　      N2(g)＋ 3H2(g)2NH3(g)

起始物质的量浓度

/mol·L－1　         5　　　　15　　　0

变化物质的量浓度

/mol·L－1　         n　　　　3n　　　2n

平衡物质的量浓度

/mol·L－1　        5－n　　15－3n　　2n

NH3的物质的量分数为60%＝×100%，解得：n＝，则从反应开始至平衡时间段内的平均速率v(N2)＝＝0.375 mol·L－1·min－1。

(3)及时分离出NH3，并循环利用原料气，可以提高H2的平衡转化率，故A正确；使用催化剂能加快反应速率，但不影响平衡的移动，对H2的转化率无影响，故B错误；平衡常数与温度有关，与其他条件无关，温度相同时平衡常数相同，反应是放热反应，温度越高平衡常数越小，则M、Q、R点平衡常数K的大小关系是K(M)＝K(Q)>K(R)，故C正确；答案为AC。

4．在催化剂作用下合成气合成甲烷过程中会发生如下反应：

Ⅰ.CO(g)＋3H2(g)=== CH4(g)＋H2O(g)

ΔH1＝ －206 kJ·mol－1

Ⅱ.CO(g)＋H2O(g) === CO2(g)＋H2(g)

ΔH2＝ －41 kJ·mol－1

Ⅲ.2CO(g)＋2H2(g)===CH4(g)＋CO2(g)

ΔH 3＝ －247.4 kJ·mol－1

(1)图1是太原理工大学煤化工研究所利用热力学数据分析得到温度对反应Ⅰln K(化学平衡常数K的自然对数)的曲线图，请分析出现这样趋势的原因是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(2)提高甲烷反应选择性的关键因素是________________________，根据相关知识和图2分析合成甲烷适宜的反应条件是在550～630 K、1 MPa的原因是____________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　(1)在其他条件不变时，温度升高反应Ⅰ向吸热的逆反应方向移动使ln K减小　(2)催化剂　此条件下反应速率较快而且甲烷产率较高

解析　(1)CO(g)＋3H2(g)===CH4(g)＋H2O(g)　ΔH1＝ －206 kJ·mol－1此反应正方向是放热反应，在其他条件不变的情况下，升高温度平衡逆向移动，平衡常数减小，ln K 也减小。(2)催化剂只改变反应速率，不影响平衡的移动，是提高甲烷反应选择性的关键因素，根据相关知识和图2分析在550～630 K和1 MPa的条件下反应速率较快而且甲烷产率较高，是合成甲烷适宜的反应条件。

5．SNCR－SCR是一种新型的烟气脱硝技术(除去烟气中的NOx)，其流程如下：

已知该方法中主要反应的热化学方程式：

4NH3(g)＋4NO(g)＋O2(g)4N2(g)＋6H2O(g)　ΔH＝－1 646 kJ·mol－1，

如图所示，反应温度会直接影响SNCR技术的脱硝效率。

(1)SNCR技术脱硝的最佳温度选择925 ℃的理由是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(2)SNCR与SCR技术相比，SNCR技术的反应温度较高，其原因是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________；

但当烟气温度高于1 000 ℃时，SNCR脱硝效率明显降低，其原因可能是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　(1)925 ℃时脱硝效率高，残留氨浓度较小　(2)反应的活化能较大，没有使用催化剂　因为脱硝主要反应是放热反应，温度过高，使脱硝主要反应的平衡逆向移动(或生成的N2与O2反应生成NO等其他合理答案)

解析　(1)SNCR技术脱硝的最佳温度选择925 ℃的理由是925 ℃时脱硝效率高，残留氨浓度较小。(2)SNCR与SCR技术相比，SNCR技术的反应温度较高，其原因是反应的活化能较大，没有使用催化剂降低其活化能；但当烟气温度高于1 000 ℃时，SNCR脱硝效率明显降低，其原因可能是因为脱硝主要反应是放热反应，温度过高，使脱硝主要反应的平衡逆向移动(或生成的N2与O2反应生成NO等) 。

6．甲醇(CH3OH)作为一种清洁能源开始走进人们的生活。某实验小组向一10 L的恒容密闭容器中通入1 mol CO和3 mol H2，发生反应：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH<0，测得CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图所示。

温度T1、T2、T3由小到大的顺序为________________，a、b、c三点对应的混合气体的平均摩尔质量M(a)、M(b)、M(c)由大到小的顺序为________________。

答案　T1<T2<T3　M(a)>M(b)>M(c)

解析　该反应为放热反应，温度越低，CO的转化率越大，则T1<T2<T3；CO的转化率越大，n越小，混合气体的平均摩尔质量越大，则M(a)＞M(b)＞M(c)。

7．一定条件下，CO和H2合成CH3OH：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)。

在体积一定的密闭容器中按物质的量之比1∶2充入CO和H2，测得平衡混合物中CH3OH的体积分数在不同压强下随温度的变化如图所示。

(1)A、B、C三点平衡常数KA、KB、KC的大小关系是________________；压强：p1________(填“＞”“＜”或“＝”，下同)p2；逆反应速率：v逆(A)________v逆(B)。

(2)在C点，CO的转化率为________；在C点，若再按物质的量之比1∶2充入一定量的CO和H2，当其他条件不变，达到新的平衡时，CH3OH的体积分数________(填“增大”“减小”或“不变”)。

答案　(1)KA＞KB＝KC　＞　＜　(2)75%　增大

解析　(1)影响平衡常数的外界因素为温度。分析图像知B、C两点温度相同，故KB＝KC；当其他条件不变时，升高温度，甲醇的体积分数减小，平衡逆向移动，因此升高温度，平衡向吸热反应方向移动，则反应：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)为放热反应，KA>KB，故A、B、C三点平衡常数KA、KB、KC的大小关系是KA>KB＝KC；反应：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)正向为气体物质的量减小的反应，当其他条件不变时，增大压强，平衡正向移动，甲醇的体积分数增大；分析图像知压强：p1>p2；温度越高，反应速率越快；压强越大，反应速率越快，温度对反应速率的影响比压强显著，故逆反应速率：v逆(A)<v逆(B)。(2)分析图像知C点甲醇的体积分数为50%，根据题意设起始加入CO、H2的物质的量分别为1 mol、2 mol，转化的CO的物质的量为x mol，利用三段式分析。

　　　　CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)

起始/mol  1     2         0

转化/mol  x     2x        x

平衡/mol  1－x  2－2x     x

则有x/(3－2x)×100%＝50%，解得x＝0.75 mol，则CO的转化率为0.75 mol/1 mol×100%＝75%；在C点，若再按物质的量之比1∶2充入一定量的CO和H2，相当于增大压强，平衡正向移动，达到新的平衡时，CH3OH的体积分数增大。