全国版2021高考化学一轮复习课时作业29化学反应速率和化学平衡图像的类型及突破方法含解析 练习

课时作业(二十九)化学反应速率和化学平衡图像的类型及突破方法

1．(2019·山东实验中学模拟)下列关于可逆反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)的图像，不正确的是(　　)

C　[这是一个正向放热、气体体积减小的可逆反应。加压时，v正、v逆都增大，且Δv正>Δv逆、v正>v逆，故平衡应向正反应方向移动，C项错误。]

2．(2019·湖北八校联考)已知X(g)＋Y(g)2Z(g)　ΔH<0反应发生后，t1时达到平衡，t2时改变条件，t3时达到新平衡，则t2时改变的条件可能是(　　)

A．升高温度　　　 B．减小Z的浓度

C．增大压强　　　 D．增大X或Y的浓度

A　[由图可知，t2时改变条件，X或Y的浓度逐渐增大，Z的浓度逐渐减小。该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，X和Y的浓度增大，Z的浓度减小，A符合题意。减小Z的浓度，平衡正向移动，X、Y的浓度逐渐减小，B不符合题意。增大压强，平衡不移动，但容器的体积缩小，X、Y、Z的浓度均增大，C不符合题意。增大X或Y的浓度，平衡正向移动，则Z的浓度增大，D不符合题意。]

3．(2019·湖南株洲质检)已知反应2SO3(g)2SO2(g)＋O2(g)　ΔH>0。某温度下，将2 mol SO3置于10 L密闭容器中，反应达到平衡后，SO3的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图甲所示。则下列说法正确的是(　　)

①由图甲推断，B点SO2的平衡浓度为0.03 mol·L－1

②由图甲推断，A点对应温度下的平衡常数为1.25×10－3

③达到平衡后，压缩容器容积，则反应速率变化图像可以用图乙表示

④相同压强、不同温度下SO3的转化率与温度关系可以用图丙表示

A．①②　　　 B．②③

C．③④　　　 D．①④

A　[①图甲中B点SO3的转化率为15%，则反应中消耗0.3 mol SO3，同时生成0.3 mol SO2，则有c(SO2)＝＝0.03 mol·L－1，正确。②图甲中A点SO3的转化率为20%，此时SO3、SO2和O2的平衡浓度分别为0.16 mol·L－1、0.04 mol·L－1、0.02 mol·L－1，则A点对应温度下的平衡常数K＝＝＝1.25×10－3，正确。③压缩容器容积，压强增大，平衡逆向移动，则有v′逆>v′正，与图乙不符合，错误。④2SO3(g)2SO2(g)＋O2(g)的ΔH>0，升高温度，平衡正向移动，SO3的转化率增大；图丙中T1先达到平衡状态，则温度T1>T2，T1时SO3的转化率比T2时低，与上述推断矛盾，故错误。]

4．一定条件下，反应2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)　ΔH＞0达到平衡时N2的体积分数与温度、压强的关系如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．压强：p1＞p2

B．b、c两点对应的平衡常数：Kc＞Kb

C．a点：2v(NH3)正＝3v(H2)逆

D．a点：NH3的转化率为1/3

B　[A项，该反应为气体分子数增大的反应，恒温时，压强越大，N2的体积分数越小，p1＜p2，故A项错误；B项，b、c两点对应温度b＜c，该反应为吸热反应，温度越高，平衡常数越大，Kc＞Kb，故B正确；C项，反应速率之比等于化学计量数之比，3v(NH3)正＝2v(H2)逆，故C错误；D项，对于反应2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)，假设反应前氨气的物质的量为1 mol，反应的氨气的物质的量为x mol，则＝0.1，解得x＝，因此氨气的转化率为，故D错误。]

5．(2019·辽宁抚顺检测)已知反应：CO(g)＋3H2(g)CH4(g)＋H2O(g)。起始以物质的量之比为1∶1充入反应物，不同压强条件下，H2的平衡转化率随温度的变化情况如图所示(M、N点标记为▲)。下列有关说法正确的是(　　)

A．上述反应的ΔH<0

B．N点时的反应速率一定比M点的快

C．降低温度，H2的转化率可达到100%

D．工业上用此法制取甲烷应采用更高的压强

A　[根据图像，随着温度的升高，H2的转化率降低，说明平衡向逆反应方向移动，根据勒夏特列原理，正反应为放热反应，ΔH<0，A项正确；N点压强大于M点的，M点温度高于N点的，因此无法确定两点的反应速率快慢，B项错误；此反应是可逆反应，不能完全进行到底，C项错误；控制合适的温度和压强，既能保证反应速率较快，也能保证H2有较高的转化率，采用更高的压强对设备的要求更高，增加经济成本，D项错误。]

6．煤气化的一种方法是在气化炉中给煤炭加氢，发生的主要反应为C(s)＋2H2(g)CH4(g)。在V L的容器中投入a mol碳(足量)，同时通入2a mol H2，控制条件使其发生上述反应，实验测得碳的平衡转化率随压强及温度的变化关系如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．上述正反应为吸热反应

B．在4 MPa、1 200 K时，图中X点v正(H2)＜v逆(H2)

C．在5 MPa、800 K时，该反应的平衡常数为

D．工业上维持6 MPa、1 000 K而不采用10 MPa、1 000 K，主要是因为前者碳的转化率高

答案　A

7．(2019·湖南衡阳模拟)已知：3A(g)＋B(g)2C(g)，在不同温度和压强时A的转化率如下表所示。由此判断下列图像正确的是(　　)

C　[在相同温度下，增大压强可提高A的转化率，再结合表中数据可知p2>p1；从表中数据可以看出，在相同压强下，升高温度，A的转化率降低，从而可知该反应的ΔH<0。增大压强，v正、v逆均增大，且平衡正向移动，则有v正>v逆，与图像不符合，A错误。温度越高，达到平衡所用时间越短，600 ℃时应先达到平衡，与图像不符合，B错误。由于该反应的ΔH<0，在压强一定时，升高温度，平衡逆向移动，C的百分含量降低；在温度一定时，增大压强，平衡正向移动，则C的百分含量增大，与图像相符合，C正确。升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小，与图像不符合，D错误。]

8．(2019·河南郑州调研)在体积均为1.0 L的两个恒容密闭容器中分别加入足量的相同碳粉，再分别加入0.1 mol CO2和0.2 mol CO2，在不同温度下反应CO2(g)＋C(s)2CO(g)达到平衡，平衡时CO2的物质的量浓度c(CO2)随温度的变化如图所示(图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ点均处于曲线上)。下列说法正确的是(　　)

A．化学平衡常数K：K(状态Ⅰ)<K(状态Ⅱ)<K(状态Ⅲ)

B．CO2的平衡转化率α：α(状态Ⅰ)<α(状态Ⅱ)＝α(状态Ⅲ)

C．体系中c(CO)：c(CO，状态Ⅱ)<2c(CO，状态Ⅲ)

D．逆反应速率v逆：v逆(状态Ⅰ)>v逆(状态Ⅱ)

C　[由图可知，在起始n(CO2)一定时，升高温度，CO2的平衡浓度减小，说明升高温度，平衡正向移动，则该反应的ΔH<0；平衡常数只与温度有关，升高温度，平衡正向移动，平衡常数K增大，由于温度T(状态Ⅰ)<T(状态Ⅱ)＝T(状态Ⅲ)，则平衡常数K(状态Ⅰ)<K(状态Ⅱ)＝K(状态Ⅲ)，A错误。温度一定时，增加起始n(CO2)，平衡正向移动，但CO2的转化率减小，故CO2的平衡转化率α(状态Ⅱ)<α(状态Ⅲ)，B错误。状态Ⅱ通入0.2 mol CO2，状态Ⅲ通入0.1 mol CO2，且状态Ⅱ、Ⅲ的温度相同，则状态Ⅲ与状态Ⅱ相比，相当于将状态Ⅱ中容器的容积扩大为原体积的2倍，是等效平衡，而扩大容积、减小压强时，平衡正向移动，c(CO)大于原平衡时的，故体系中c(CO，状态Ⅱ)<2c(CO，状态Ⅲ)，C正确。温度越高，正、逆反应速率越快，由于状态Ⅱ的温度高于状态Ⅰ，则逆反应速率v逆∶v逆(状态Ⅰ)<v逆(状态Ⅱ)，D错误。]

9．(2018·江西九江模拟)甲醇是重要的化学工业基础原料和清洁液体燃料。工业上可利用CO或CO2来生产燃料甲醇。已知制备甲醇的有关化学反应以及在不同温度下的化学平衡常数如下表所示：

回答下列问题：

(1)反应②是________(填“吸热”或“放热”)反应。

(2)某温度下反应①中H2的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图甲所示，则平衡状态由A变到B时，平衡常数K(A)________K(B)(填“＞”“＜”或“＝”)。

(3)根据反应①、②与③可推导出K1、K2与K3之间的关系，则K3＝________________(用K1、K2表示)。500℃时测得反应③在某时刻时，H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)和H2O(g)的浓度(mol·L－1)分别为0.8、0.1、0.3、0.15，则此时v(正)________v(逆)(填“＞”“＝”或“＜”)。

(4)在3 L容积可变的密闭容器中发生反应②，已知c(CO)～t(反应时间)变化曲线Ⅰ如图乙所示，若在t0时刻分别改变一个条件，曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ和曲线Ⅲ：

①当曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ时，改变的条件是________________________________________________________________________。

②当曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时，改变的条件是________________________________________________________________________

__________。

解析　(1)分析表中数据发现，反应②的平衡常数随温度升高而增大，说明升高温度，平衡正向移动，则该反应的正反应是吸热反应。

(2)依据平衡常数随温度变化而不随压强变化分析，图像中平衡状态由A变到B时，压强增大而温度不变，故A、B两点的平衡常数相等。

(3)反应③为3H2(g)＋CO2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，依据盖斯定律，由反应①＋②可得反应③，故平衡常数K3＝K1·K2。500℃时测得反应③在某时刻时，H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)和H2O(g)的浓度(mol·L－1)分别为0.8、0.1、0.3、0.15，此时浓度商为Qc＝＝≈0.88＜K(500℃)＝2.5，故此时反应正向进行，则有v(正)＞v(逆)。

(4)①曲线Ⅰ→曲线Ⅱ是缩短反应达到平衡的时间，最后达到相同平衡状态，由于容器的容积可变，故此时改变的条件是加入了催化剂。②曲线Ⅰ→曲线Ⅲ：c(CO)瞬间增大，由于反应②H2(g)＋CO2(g)H2O(g)＋CO(g)是气体总分子数不变的反应，可变容器中气体的体积和浓度成反比，气体的物质的量不变；曲线Ⅰ对应的容器容积为3 L，c平衡(CO)＝3 mol·L－1；改变条件后为曲线Ⅲ，此时c平衡(CO)＝4.5 mol·L－1，则气体的体积为V＝＝2 L，故将容器的容积快速压缩至2 L符合图像变化。

答案　(1)吸热　(2)＝　(3)K1·K2　＞

(4)①加入催化剂　②将容器的容积快速缩小至2 L

10．(2019·河北石家庄一模)氨气是工业制硝酸的主要原料之一，催化氧化步骤中发生的主要反应如下：

Ⅰ. 4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)　ΔH＝－906 kJ/mol

Ⅱ.4NH3(g)＋3O2(g)2N2(g)＋6H2O(g)　ΔH＝－1266 kJ/mol

将固定比例NH3和O2的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器，反应产率与温度的关系如图1所示。

(1)催化氧化步骤中，最适宜的温度为________(填“T1”或“T2”)。

(2)低于T1℃时，NO的产率较低的原因为________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(3)高于T2℃时，NO的产率降低的可能原因为______。(填选项字母)

A．催化剂活性降低　　　 B．平衡常数减小

C．反应活化能增大　　　 D．氨气溶于水

(4)T2℃(T1>T2)时，向20 L恒容密闭容器中充入2 mol NH3和2.75 mol O2，发生反应Ⅰ.反应过程中各物质的物质的量的随时间(t)变化关系如图2所示。

T2℃时，该反应的平衡常数K＝________；5 min时，改变了某一外界条件，所改变的条件可能为________________________________________________________________________

　______________。

解析　(1)制取硝酸，NH3与氧气反应生成NO，NO与O2反应生成NO2，NO2与水反应生成HNO3，T2时NO的产率最高，因此最适宜的温度是T2；(2)低于T1℃时，反应速率慢，同时部分反应物转化成N2，造成NO的产率降低；(3)A.催化剂活性受温度影响，在一定温度时，催化剂催化效率最高，超过此温度，降低催化剂的催化效率，故A正确；B.根据反应方程式，生成NO的反应是放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小，故B正确；C.活化能的大小不影响平衡的移动，故C错误；D.水为气态，故D错误；(4)根据图2,4 min时达到平衡，c(NH3)＝c(NO)＝1/20 mol·L－1，c(O2)＝c(H2O)＝1.5/20 mol·L－1，根据化学平衡常数的表达式，K＝＝＝0.075；根据NH3和O2的物质的量减小，NO和H2O的物质的量增大，说明改变外界条件时，平衡向逆反应方向移动，即升高温度或缩小容器的容积。

答案　(1)T2　(2)温度较低时，反应速率慢，同时部分反应物生成N2　(3)AB　(4)0.075　升高温度或缩小容器容积