鲁科版高考化学一轮复习第7章第40讲化学反应速率与平衡的图像解答策略课时学案

这是一份鲁科版高考化学一轮复习第7章第40讲化学反应速率与平衡的图像解答策略课时学案，共24页。

模型建构
图像试题的一般解题思路
(2021·广东选择性考试，T19节选)我国力争于2030年前做到碳达峰，2060年前实现碳中和。CH4与CO2重整是CO2利用的研究热点之一。该重整反应体系主要涉及以下反应：
a)CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g) ΔH1
b)CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2
c)CH4(g)C(s)＋2H2(g) ΔH3
d)2CO(g)CO2(g)＋C(s) ΔH4
e)CO(g)＋H2(g)H2O(g)＋C(s) ΔH5
设Keq \\al(r,p)为相对压力平衡常数，其表达式写法：在浓度平衡常数表达式中，用相对分压代替浓度。气体的相对分压等于其分压(单位为kPa)除以p0(p0＝100 kPa)。
反应a、c、e的ln Keq \\al(r,p)随eq \f(1,T)(温度的倒数)的变化如图所示。
(1)反应a、c、e中，属于吸热反应的有______(填字母)。
(2)反应c的相对压力平衡常数表达式为Keq \\al(r,p)＝________。
(3)在图中A点对应温度下、原料组成为n(CO2)∶n(CH4)＝1∶1、初始总压为100 kPa的恒容密闭容器中进行反应，体系达到平衡时H2的分压为40 kPa。计算CH4的平衡转化率，写出计算过程：_____________________________________ ____________________________________________________________________。
[思路分析] (1)eq \b\lc\ \rc\}(\a\vs4\al\c1(ln K\\al(r,p)越大，K\\al(r,p)越大,\f(1,T)越大，T越小))⇒随温度的升高Keq \\al(r,p)的变化趋势⇒a、c反应为吸热反应，e反应为放热反应。
(3)A点c反应的ln Keq \\al(r,p)＝0⇒Keq \\al(r,p)＝1＝eq \f(p2H2,pCH4·p0)⇒p(CH4)＝eq \f(p2H2,p0)＝eq \f(402,100) kPa＝16 kPa；又p初始(CH4)＝eq \f(1,1＋1)×100 kPa＝50 kPa⇒α(CH4)＝eq \f(50－16,50)×100%＝68%。
[答案] (1)ac (2)eq \f(p2H2,pCH4·p0) (3)A点对应温度下，c反应的ln Keq \\al(r,p)＝0，Keq \\al(r,p)＝1＝eq \f(p2H2,pCH4·p0)，故p(CH4)＝eq \f(p2H2,p0)＝eq \f(402,100) kPa＝16 kPa，又p初始(CH4)＝eq \f(1,1＋1)×100 kPa＝50 kPa，所以，α(CH4)＝eq \f(50－16kPa,50 kPa)×100%＝68%
分类突破
速率图像
1．瞬时速率图像
(1)浓度改变(无断点)
平衡正向移动 平衡逆向移动
(2)温度、压强改变(有断点)

平衡向吸热方向移动 平衡向气体体积减小方向移动
(3)加催化剂或等体积反应的改变压强
2．全程速率—时间图(ΔH<0)
原因解释：AB段(v增大)，因为反应放热，随反应的进行，温度逐渐升高，反应速率逐渐增大；BC段(v减小)，因为随反应的进行，反应物浓度减小。
3．速率—温度或压强图像
曲线的意义是外界条件(如温度、压强等)对正、逆反应速率影响的变化趋势及变化幅度。图中交点是平衡状态，压强或温度增大，正反应速率增大得快，平衡正向移动。
1．(2022·合肥调研)向绝热恒容密闭容器中通入SO2和NO2，一定条件下发生反应：SO2(g)＋NO2(g)SO3(g)＋NO(g)，反应过程中正反应速率随时间的变化关系如图所示。下列有关说法正确的是( )
A．该反应在c点时达到平衡状态
B．SO2的浓度：aC．反应物具有的总能量小于生成物具有的总能量
D．若Δt1＝Δt2，则正反应SO2的消耗量：ab段D [ ]
常规平衡图像
1．转化率(或百分含量)—时间—温度(或压强)图像
已知不同温度或压强下，反应物的转化率α(或百分含量)与时间的关系曲线，推断温度的高低及反应的热效应或压强的大小及气体物质间的化学计量数的关系。
[以mA(g)＋nB(g)pC(g)中反应物A的转化率αA为例说明]
(1)“先拐先平，数值大”原则
分析反应由开始(起始物质相同时)达到平衡所用时间的长短可推知反应条件的变化。
①若为温度变化引起，温度较高时，反应达平衡所需时间短。如图甲中T2>T1。
②若为压强变化引起，压强较大时，反应达平衡所需时间短。如图乙中p1>p2。
③若为使用催化剂引起，使用适宜催化剂时，反应达平衡所需时间短。如图丙中a使用催化剂。
(2)正确掌握图像中反应规律的判断方法
①图甲中，T2>T1，升高温度，αA降低，平衡逆向移动，正反应为放热反应。
②图乙中，p1>p2，增大压强，αA升高，平衡正向移动，则正反应为气体体积减小的反应。
③若纵坐标表示A的百分含量，则甲中正反应为吸热反应，乙中正反应为气体体积增大的反应。
2．恒温线或恒压线图像
[以反应mA(g)＋nB(g)pC(g)中反应物A的转化率αA为例说明]
(1)“定一议二”原则：可通过分析相同温度下不同压强时反应物A的转化率大小来判断平衡移动的方向，从而确定反应方程式中反应物与生成物气体物质间的化学计量数的大小关系。如乙中同一温度下任取两条压强曲线研究，压强增大，αA增大，平衡正向移动，正反应为气体体积减小的反应，甲中任取一曲线，也能得出结论。
(2)通过分析相同压强下不同温度时反应物A的转化率的大小来判断平衡移动的方向，从而确定反应的热效应。如利用上述分析方法，在甲中作垂直线，乙中任取一曲线，即能分析出正反应为放热反应。
(3)对于化学反应mA(g)＋nB(g)pC(g)，右图L线上所有的点都是平衡点。左上方(E点)，A%大于此压强或温度时平衡体系中的A%，E点必须向正反应方向移动才能达到平衡状态，所以，E点v正>v逆；则右下方(F点)v正2．在某密闭容器中，可逆反应：A(g)＋B(g)xC(g)符合图Ⅰ所示关系，φ(C)表示C气体在混合气体中的体积分数。由此判断，下列关于图Ⅱ的说法不正确的是 ( )
A．p3>p4，y轴表示A的转化率
B．p3>p4，y轴表示B的转化率
C．p3>p4，y轴表示B的质量分数
D．p3>p4，y轴表示混合气体的平均相对分子质量
C [根据图Ⅰ可知，T1>T2，ΔH<0；p2>p1，x<2。p3>p4，增大压强，平衡正向移动，B的质量分数减小，C项错误。]
3．纳米二氧化钛催化剂可用于工业上合成甲醇：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH＝a kJ·ml－1。
(1)按eq \f(nH2,nCO)＝2投料比将H2与CO充入V L恒容密闭容器中，在一定条件下发生反应，测定CO的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。则a________(填“>”或“<”)0；压强p1、p2、p3由小到大的关系是________。
(2)在温度为T1 ℃时，向某恒容密闭容器中充入H2和CO发生上述反应，起始时c(H2)＝c(CO)＝2.0 ml·L－1。达到平衡时，CO的转化率为图中的M点对应的转化率，则在该温度下，对应的N点的平衡常数为________(保留3位有效数字)。
(3)p3压强下，Q点对应的v正________v逆(填“>”“＝”或“<”)。
[解析] (2)
CO(g) ＋ 2H2(g)  CH3OH(g)
c始/(ml·L－1) 2.0 2.0 0
Δc/(ml·L－1) 2.0×40% 2×2.0×40%2.0×40%
c平/(ml·L－1) 1.2 0.4 0.8
K＝eq \f(0.8,1.2×0.42)≈4.17，M、N的温度相同，故N的平衡常数为4.17。
[答案] (1)< p3
反应过程中组分含量或浓度与温度的关系图像
对于化学反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，在相同时间段内，M点前，表示化学反应从反应物开始，则v正>v逆，未达平衡；M点为刚达到的平衡点；M点后为平衡受温度的影响情况，即升温，A%增大(C%减小)，平衡逆向移动，ΔH<0。
4．用(NH4)2CO3捕碳的反应：(NH4)2CO3(aq)＋H2O(l)＋CO2(g) 2NH4HCO3(aq)。为研究温度对(NH4)2CO3捕获CO2效率的影响，将一定量的(NH4)2CO3溶液置于密闭容器中，并充入一定量的CO2气体，保持其他初始实验条件不变，分别在不同温度下，经过相同时间测得CO2气体浓度，得到趋势图。
(1)c点的逆反应速率和d点的正反应速率的大小关系为v逆(c)________v正(d)(填“>”“＝”或“<”，下同)。
(2)b、c、d三点的平衡常数Kb、Kc、Kd从大到小的顺序为______________。
(3)T3～T4温度区间，容器内CO2气体浓度呈现增大的变化趋势，其原因是__________________________________________________________________。
[解析] (1)温度越高，反应速率越快，d点温度高，则c点的逆反应速率和d点的正反应速率的大小关系为v逆(c)Kc>Kd。
[答案] (1)< (2)Kb>Kc>Kd (3)T3～T4区间，化学反应已达到平衡，由于正反应是放热反应，温度升高平衡向逆反应方向移动，不利于CO2的捕获
生产、科技中的特定测定图像
生产、科技中的特定测定图像充分体现了化学知识的“学以致用”的社会责任的化学素养。是高考命题专家特别关注的命题点。图像涉及的信息非常的多。如温度、压强、转化率、百分含量、反应速率、产率、选择性、投料比、脱除率等。分析时要注意这些物理量的含义。
涉及投料比的条件选择图像分析
5．采用一种新型的催化剂(主要成分是Cu—Mn合金)，利用CO和H2制备二甲醚(DME)。
主反应：2CO(g)＋4H2(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)
副反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)
CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)
测得反应体系中各物质的产率或转化率与催化剂的关系如图所示。
则催化剂中eq \f(nMn,nCu)约为________时最有利于二甲醚的合成。
[解析] 由图可知当催化剂中eq \f(nMn,nCu)约为2.0时，CO的转化率最大，生成的二甲醚最多。
[答案] 2.0
6．汽车尾气是雾霾形成的原因之一。研究氮氧化物的处理方法可有效减少雾霾的形成，可采用氧化还原法脱硝：
4NO(g)＋4NH3(g)＋O2(g)eq \(,\s\up10(催化剂))4N2(g)＋6H2O(g) ΔH<0
根据图中所示判断提高脱硝效率的最佳条件是____________________________ __________________________________________________________________；
氨氮比一定时，在400 ℃时，脱硝效率最大，其可能的原因是_________________ __________________________________________________________________。
[答案] 氨氮物质的量之比为1，温度为400 ℃ 在400 ℃时催化剂的活性最好，催化效率最高，同时400 ℃温度较高，反应速率快
涉及物质选择性的图像分析
7．(2022·淄博模拟)以CO2为原料加氢合成二甲醚、甲醇有利于促进实现“碳中和”。在二氧化碳加氢制取二甲醚的合成塔中发生以下3个反应：
ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＝－49.01 kJ·ml－1
ⅱ.2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g) ΔH＝－24.52 kJ·ml－1
ⅲ.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH＝＋41.17 kJ·ml－1
(1)2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g)的ΔH＝________kJ·ml－1。
(2)在压强为3.0 MPa、eq \f(nH2,nCO2)＝4条件下，CO2的平衡转化率和产物的选择性与温度的关系如图所示(选择性是指生成某物质消耗的CO2占CO2消耗总量的百分比)。
①当温度超过290 ℃，CO2的平衡转化率随温度升高而增大的原因是__________________________________________________________________。
除改变温度外，能提高二甲醚选择性的措施为________(写一种即可)。
②根据图中的数据，300 ℃时上述反应达到平衡，CH3OCH3的物质的量分数为________(保留三位有效数字)。
[解析] (1)目标反应由2×反应ⅰ＋反应ⅱ得到，由盖斯定律可知，ΔH＝2ΔH1＋ΔH2＝2×(－49.01 kJ·ml－1)＋(－24.52 kJ·ml－1)＝－122.54 kJ·ml－1。
(2)①由题给方程式可知，反应ⅰ、ⅱ都是放热反应，而反应ⅲ是吸热反应，当温度超过290 ℃时，反应ⅲ的平衡正向移动，被促进成为主要反应，二氧化碳的转化率增大；二氧化碳与氢气合成二甲醚的反应为气体分子数减小的反应，反应ⅲ为气体分子数不变的反应，增大压强，合成二甲醚的反应平衡向正反应方向移动，反应ⅲ平衡不移动，所以增大压强能提高二甲醚的选择性。②从图中可读出300 ℃时，CO2的平衡转化率为30%，CO的选择性为70%，二甲醚的选择性为20%，设CO2初始为10 ml，H2初始为40 ml，CO2转化了10 ml×30%＝3 ml，剩余7 ml。生成二甲醚0.5×3 ml×20%＝0.3 ml，生成CO 3 ml×70%＝2.1 ml，生成甲醇3 ml×(1－20%－70%)＝0.3 ml。0.3 ml二甲醚含H原子物质的量为0.3 ml×6＝1.8 ml,0.3 ml甲醇含H原子物质的量为0.3 ml×4＝1.2 ml，由H原子守恒可知，体系中H原子总量为40 ml×2＝80 ml，则H2O与H2加起来的物质的量为0.5×(80－1.8－1.2)ml＝38.5 ml。则体系中气体的总物质的量为(7＋0.3＋2.1＋0.3＋38.5)ml＝48.2 ml，则二甲醚的物质的量分数为eq \f(0.3 ml,48.2 ml)×100%≈0.622%。
[答案] (1)－122.54 (2)①反应ⅰ、ⅱ都是放热反应，而反应ⅲ是吸热反应，当温度超过290 ℃时，反应ⅲ的平衡正向移动，被促进成为主要反应，CO2转化率增大 增大压强(或使用合适的催化剂)
②0.622%
1．(2022·广东选择性考试，T13)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<0
B．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
C [n(H2)随温度升高而减小，正向吸热，ΔH>0，A错误；n(H2O)随温度升高而增大，B错误；BaSO4为固体，加入BaSO4，平衡不移动，α(H2)不变，D错误。]
2．(2022·全国甲卷，T28节选)(1)在1.0×105Pa，将TiO2、C、Cl2以物质的量比1∶2.2∶2进行反应。体系中气体平衡组成比例(物质的量分数)随温度变化的理论计算结果如图所示。
①反应C(s)＋CO2(g)===2CO(g)的平衡常数Kp(1 400 ℃)＝________Pa。
②图中显示，在200 ℃平衡时TiO2几乎完全转化为TiCl4，但实际生产中反应温度却远高于此温度，其原因是_______________________________________。
(2)TiO2碳氯化是一个“气—固—固”反应，有利于TiO2－C“固—固”接触的措施是________________________________。
[解析] (1)①从图中可知，1 400 ℃，体系中气体平衡组成比例CO2是0.05，TiCl4是0.35，CO是0.6，反应C(s)＋CO2(g)===2CO(g)的平衡常数Kp(1 400 ℃)＝eq \f(0.6p总2,0.05p总)＝eq \f(0.6×1.0×1052,0.05×1.0×105)Pa＝7.2×105 Pa；②实际生产中需要综合考虑反应的速率、产率等，以达到最佳效益，实际反应温度远高于200 ℃，就是为了提高反应速率，在相同时间内得到更多的TiCl4产品。
[答案] (1)7.2×105 为了提高反应速率，在相同时间内得到更多的TiCl4产品，提高效益 (2)将两固体粉碎后混合，同时鼓入Cl2，使固体粉末“沸腾”
3．(2022·山东等级考，T20)利用γ-丁内酯(BL)制备1,4-丁二醇(BD)，反应过程中伴有生成四氢呋喃(THF)和1-丁醇(BuOH)的副反应，涉及反应如下：
已知：①反应Ⅰ为快速平衡，可认为不受慢反应Ⅱ、Ⅲ的影响；②因反应Ⅰ在高压H2氛围下进行，故H2压强近似等于总压。回答下列问题：
(1)以5.0×10－3 ml BL或BD为初始原料，在493 K、3.0×103 kPa的高压H2氛围下，分别在恒压容器中进行反应。达平衡时，以BL为原料，体系向环境放热X kJ；以BD为原料，体系从环境吸热Y kJ。忽略副反应热效应，反应Ⅰ焓变ΔH(493 K,3.0×103 kPa)＝________ kJ·ml－1。
(2)初始条件同上。xⅰ表示某物种ⅰ的物质的量与除H2外其他各物种总物质的量之比，xBL和xBD随时间t变化关系如图甲所示。实验测得X
图甲 图乙
(3)(xBD/xBL)max为达平衡时xBD与xBL的比值。(493 K,2.5×103 kPa)、(493 K,3.5×103 kPa)、(513 K,2.5×103 kPa)三种条件下，以5.0×10－3 ml BL为初始原料，在相同体积的刚性容器中发生反应，eq \f(xBD/xBL,xBD/xBLmax)随时间t变化关系如图乙所示。因反应在高压H2氛围下进行，可忽略压强对反应速率的影响。曲线a、b、c中，(xBD/xBL)max最大的是________(填代号)；与曲线b相比，曲线c达到eq \f(xBD/xBL,xBD/xBLmax)＝1.0所需时间更长，原因是__________________________________ __________________________________________________________________。
[解析] (1)根据题意知，以BL原料和以BD原料建立的平衡相同，故BLeq \(,\s\up10(＋2H2),\s\d8(－2H2))BD的ΔH＝－eq \f(X＋YkJ,5.0×10－3 ml)＝－200(X＋Y)kJ·ml－1。(2)实验测定X态下BL的压强是0.48×3.0×103 kPa，BD的压强是0.36×3.0×103 kPa，H2的压强近似等于总压，故反应Ⅰ平衡常数Kp＝eq \f(pBD,pBL·p2H2)＝eq \f(0.36×3×103,0.48×3×103×3×1032) kPa－2≈8.3×10－8 kPa－2；以BL为原料时，根据题给反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ可知，体系总物质的量的增加量正好是BD参与反应Ⅱ、Ⅲ的量，也正好是H2O(g)的物质的量，设t1时BL转化了a ml，BD转化了b ml，则体系总物质的量为(5.0×10－3＋b)ml，得到eq \f(5.0×10－3－a,5.0×10－3＋b)＝0.48、eq \f(a－b,5.0×10－3＋b)＝0.36，求得a＝eq \f(55,23)×10－3、b＝eq \f(1,2.3)×10－3，则t1时刻xH2O＝eq \f(b,5×10－3＋b)≈0.08；此时BD的产率为eq \f(a－b,5×10－3)×100%≈39%。(3)依题意，反应Ⅰ是正向放热过程，以BL为初始原料，温度升高则平衡逆向移动，温度越高，反应速率越快，达到平衡时的时间越短，(xBD/xBL)max越小；相同温度时，压强增大，BD的比重增大， (xBD/xBL)max增大，又可忽略压强对反应速率的影响，则(xBD/xBL)max最大即eq \f(xBD/xBL,xBD/xBLmax)最小，对应曲线c；由于b和c代表的温度相同，而压强对反应速率的影响可忽略，压强增大反应Ⅱ、Ⅲ均是逆向移动，(xBD/xBL)max增大，故eq \f(xBD/xBL,xBD/xBLmax)＝1.0所需时间更长。
[答案] (1)－200(X＋Y) (2)a或c 8.3×10－8 0.08 39% (3)c 由于b和c代表的温度相同，而压强对反应速率的影响可忽略，压强增大反应Ⅱ、Ⅲ均是逆向移动，(xBD/xBL)max增大，故eq \f(xBD/xBL,xBD/xBLmax)＝1.0所需时间更长
课时分层作业(四十) 化学反应速率与平衡的图像解答策略
一、选择题(每小题有一个或两个选项符合题目要求)
1．(2022·青岛模拟)H2S可用于高效制取氢气，发生的反应为2H2S(g)2H2(g)＋S2(g) ΔH，在三个恒容密闭容器中充入H2S(相关数据如表所示)，容器Ⅰ、Ⅱ中H2S的平衡转化率随温度变化关系如图所示。以下说法不正确的是( )
A．该反应的ΔH>0
B．图中A、B两点中容器内气体密度较大的是A
C．在T ℃，容器Ⅱ中反应20 s后达到平衡，则0～20 s内生成S2(g)的平均速率为0.01 ml·L－1·min－1
D．在T ℃，容器Ⅲ中反应的起始速率：v正(H2S)>v逆(H2S)
BD [B项，相同温度下，α(Ⅰ)>α(Ⅱ)，p(Ⅱ)>p(Ⅰ)，V>6，m不变，ρ(A)<ρ(B)，错误；D项，根据K和Q判断Q>K，逆向进行，v正(H2S)2．已知反应①：2C(s)＋O2(g)2CO(g)；反应②：2CO(g)＋O2(g)2CO2(g)，反应①、②的反应趋势与温度的关系如图所示(反应①和②的平衡常数分别为K1和K2)。下列说法错误的是( )
A．曲线L1表示反应②的反应趋势
B．当温度低于983 K时，过量焦炭的氧化产物以CO2为主
C．C(s)＋CO2(g)2CO(g)的平衡常数K＝eq \f(K1,K2)
D．温度升高时，反应②的平衡常数K2减小
C [①－②所得反应不是C(s)＋CO2(g)===2CO(g)，C项错误。]
3．(2022·烟台模拟)T ℃时，将物质的量均为8 ml的CO2和H2充入容积为2 L的密闭容器中发生反应：CO2(g)＋H2(g)HCOOH(g)，容器中H2的物质的量随时间的变化如图中实线所示。下列说法错误的是( )
A．反应开始至a点，v(H2)＝1 ml·L－1·min－1
B．曲线Ⅱ对应的条件改变是使用合适的催化剂
C．若曲线Ⅰ对应的条件改变是升温，则该反应的ΔH>0
D．T ℃时，该反应的平衡常数为3
BC [催化剂不改变平衡状态，B错误；升温时n(H2)增大，平衡逆向移动，ΔH<0，C错误。]
4．向2 L恒容密闭容器中充入2 ml SO2(g)和2 ml Cl2(g)，发生如下反应：SO2(g)＋Cl2(g)SO2Cl2(g)，测得不同温度下SO2(g)的转化率α(SO2)与时间(t)的关系如图所示。假设反应速率方程为v正＝k正·c(SO2)·c(Cl2)，v逆＝k逆·c(SO2Cl2)(k是速率常数，只与温度有关)。下列说法错误的是( )
A．该反应的ΔH>0
B．T1时eq \f(k正,k逆)＝20
C．M点：eq \f(k正,k逆)>eq \f(cSO2Cl2,cSO2·cCl2)
D．升高温度，k正增大的倍数大于k逆增大的倍数
AD [A项，根据图示可知T2>T1，升温平衡向逆向移动，ΔH<0，错误；D项，升温K减小，k正增大的倍数小于k逆增大的倍数，错误。]
二、非选择题
5．(2020·山东等级考，T18节选)以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下：
Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1＝－49.5 kJ·ml－1
Ⅱ.CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH2＝－90.4 kJ·ml－1
Ⅲ.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH3＝＋40.9 kJ·ml－1
(1)不同压强下，按照n(CO2)∶n(H2)＝1∶3投料，实验测定CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率随温度的变化关系如图所示。
图甲 图乙
已知：CO2的平衡转化率＝eq \f(nCO2初始－nCO2平衡,nCO2初始)×100%
CH3OH的平衡产率＝eq \f(nCH3OH平衡,nCO2初始)×100%
其中纵坐标表示CO2平衡转化率的是图________(填“甲”或“乙”)；压强p1、p2、p3由大到小的顺序为____________________；图乙中T1温度时，三条曲线几乎交于一点的原因是_______________________________________________。
(2)为同时提高CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率，应选择的反应条件为________(填标号)。
A．低温、高压 B．高温、低压
C．低温、低压 D．高温、高压
[解析] (1)反应Ⅰ为放热反应，故低温阶段，温度越高，CO2的平衡转化率越低，而反应Ⅲ为吸热反应，温度较高时，主要发生反应Ⅲ，则温度越高，CO2的平衡转化率越高，即图乙的纵坐标表示的是CO2的平衡转化率。反应Ⅰ、反应Ⅱ为气体分子数减少的反应，反应Ⅲ为气体分子数不变的反应，因此压强越大，CO2的平衡转化率越高，故压强由大到小的顺序是p1、p2、p3。反应Ⅲ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。(2)由上述分析知，图甲、图乙的纵坐标分别表示CH3OH的平衡产率、CO2的平衡转化率，且p1>p2>p3，分析图像可知，应选择的反应条件为低温、高压，A项正确。
[答案] (1)乙 p1、p2、p3 T1时以反应Ⅲ为主，反应Ⅲ前后气体分子数相等，压强改变对平衡没有影响
(2)A
6．在一定条件下，向某0.5 L恒容密闭容器中充入x ml CO2和y ml H2，发生反应CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＝－50 kJ·ml－1。
(1)图甲中能表示该反应的平衡常数K与温度T之间的变化关系的是曲线________(填“m”或“n”)，判断依据是___________________________________ __________________________________________________________________。
甲
(2)若x＝2、y＝3，测得在相同时间内，不同温度下H2的转化率如图乙所示，v(a)逆________v(c)逆(填“>”“<”或“＝”)；T2 K时，起始压强为2.5 MPa，Kp＝________MPa－2(保留至小数点后两位；Kp为以分压表示的平衡常数，分压＝总压×物质的量分数)。
乙
[解析] (2)Tav(a)正，故v(a)逆 CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)
n(始)/ml 2 3 0 0
Δn/ml 0.8 2.4 0.8 0.8
n(平)/ml 1.2 0.6 0.8 0.8
eq \f(n平,n始)＝eq \f(1.2＋0.6＋0.8＋0.8,2＋3)＝eq \f(p平,2.5 MPa)，p平＝1.7 MPa。
平衡时各组分物质的量分数：CO2：eq \f(1.2,3.4)＝eq \f(6,17)，H2：eq \f(0.6,3.4)＝eq \f(3,17)，CH3OH：eq \f(0.8,3.4)＝eq \f(4,17)，H2O：eq \f(4,17)
Kp＝eq \f(\f(4,17)×1.7×\f(4,17)×1.7,\f(6,17)×1.7×\f(3,17)×1.73) MPa－2≈9.88 MPa－2。
[答案] (1)m 该反应是放热反应，升高温度，会使化学平衡向吸热反应的方向移动，平衡常数减小 (2)< 9.88
7．(2022·日照模拟)Ⅰ.氢气是一种清洁能源，水煤气变换反应的制氢原理为CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH1，回答下列问题。
(1)某研究所探究CuO/ZrO2的系列催化剂(包括C/Z-120、C/Z-250、C/Z-350、C/Z-450)在水煤气变换反应中的催化活性。常压下，原料气在不同温度下相同时间内CO的转化率如图甲：
甲
①工业生产中应选择的最佳反应条件为________。
②C/Z-120曲线先上升后下降的原因：___________________________________ __________________________________________________________________。
Ⅱ.长征运载火箭推进剂为(CH3)2N—NH2和N2O4。
(2)在t ℃、p MPa下，将N2(g)和物质的量分数为m%的N2O5(g)通入反应器：①2N2O5(g)===2N2O4(g)＋O2(g)，②N2O4(g)2NO2(g)，一段时间后N2O5完全反应，反应②达到平衡，N2O4与NO2的体积比为1∶2，则反应②的压强平衡常数Kp＝________MPa。
(3)T ℃时，2NO2(g)N2O4(g)，该反应正、逆反应速率与浓度的关系为v正＝k正c2(NO2)，v逆＝k逆c(N2O4)(k正、k逆是速率常数，v正、v逆的单位为ml·L－1·min－1)。
乙
①图乙中表示lg v逆～lg c(N2O4)的线是________(填“m”或“n”)。
②T ℃时，向刚性容器中充入一定量NO2气体，平衡后测得c(N2O4)为1.0 ml·L－1，则平衡时，k逆＝________(用含a的表达式表示)。
③T ℃时，向2 L的容器中充入5 ml N2O4气体和1 ml NO2气体，此时v正________v逆(填“>”“<”或“＝”)。
[解析] (1)①由图甲可知，工业生产中应选择的最佳反应条件是C/Z-250作催化剂、反应温度为240 ℃；②低于270 ℃时，温度升高和催化剂活性增大都使速率加快，相同时间内，CO的转化率增大；高于270 ℃时，温度升高，催化剂活性降低，使反应速率减慢，相同时间内，CO的转化率降低。(2)设N2O5的物质的量为m ml，则N2的物质的量为(100－m)ml，N2O5完全反应，则生成的N2O4的物质的量为m ml，生成的O2的物质的量为eq \f(1,2)m ml。设转化为NO2的N2O4的物质的量为x ml，列出三段式：
N2O4(g)2NO2(g)
起始量/ml m 0
转化量/ml x 2x
平衡量/ml m－x 2x
达到平衡时，N2O4与NO2的体积比为1∶2，则有eq \f(m－x,2x)＝eq \f(1,2)，解得x＝eq \f(1,2)m，则达到平衡时，N2O4的物质的量为eq \f(1,2)m ml，NO2的物质的量为m ml，混合气体的总物质的量为(eq \f(1,2)m＋m＋100－m＋eq \f(1,2)m)ml＝(100＋m)ml，反应②的压强平衡常数Kp＝eq \f(\f(m,100＋m)×p MPa2,\f(\f(1,2)m,100＋m)×p MPa)＝eq \f(2mp,100＋m) MPa。
(3)①v正＝k正c2(NO2)，则lg v正＝lg k正＋2lg c(NO2)，v逆＝k逆c(N2O4)，则lg v逆＝lg k逆＋lg c(N2O4)，lg v逆～lg c(N2O4)的线斜率较小，则图乙中表示lg v逆～lg c(N2O4)的线是n；②由①可知，图中表示lg v逆～lg c(N2O4)的线是n，横坐标为0时，lg k逆＝lg v逆＝a，k逆＝10a，同理可知lg k正＝a＋2，k正＝10a＋2；③T ℃时，向2 L的容器中充入5 ml N2O4气体和1 ml NO2气体，c(N2O4)＝eq \f(5 ml,2 L)＝2.5 ml·L－1，c(NO2)＝eq \f(1 ml,2 L)＝0.5 ml·L－1，v正＝10a＋2×0.52 ml·L－1·min－1＝2.5×10a＋1 ml·L－1·min－1，v逆＝2.5×10a ml·L－1·min－1，则v正>v逆。
[答案] (1)①使用催化剂C/Z-250且在240 ℃左右反应 ②低于270 ℃，温度升高和催化剂活性增大都使速率加快；高于270 ℃，催化剂活性降低，速率减慢 (2)eq \f(2mp,100＋m) (3)①n ②10a ③>
容器编号
容器容积/L
起始物质的量/ml
H2S
H2
S2
Ⅰ
V
0.1
0
0
Ⅱ
6
0.1
0
0
Ⅲ
1
0.06
0.06
0.04