跟蹤檢測(cè)（四十三）理清圖像中的2類問題——圖像中的反應(yīng)速率與化學(xué)平衡1.已知反應(yīng)2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＜0，向某體積恒定的密閉容器中按體積比2∶1充入SO2和O2，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)。如圖是某物理量(Y)隨時(shí)間(t)變化的示意圖(圖中T表示溫度)，Y可以是(　　)A．O2的體積分?jǐn)?shù)　　　　B．混合氣體的密度C．密閉容器內(nèi)的壓強(qiáng)D．SO2的轉(zhuǎn)化率解析：選D　由題圖可知，溫度T2達(dá)到平衡所用時(shí)間短，反應(yīng)速率較快，所以溫度T2＞T1，溫度升高，Y表示的物理量降低，該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，氧氣的體積分?jǐn)?shù)增大，A錯(cuò)誤；升溫平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，但混合氣體的總質(zhì)量不變，容器的體積不變，混合氣體的密度不變，B錯(cuò)誤；升溫平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，混合氣體的總的物質(zhì)的量增大，容器的體積不變，容器的壓強(qiáng)增大，C錯(cuò)誤；升溫平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，SO2的轉(zhuǎn)化率降低，D正確。2.在密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)：A(g)＋3B(g)2C(g)，下列有關(guān)圖像的說法不正確的是(　　)A．依據(jù)圖a可判斷正反應(yīng)為放熱反應(yīng)B．在圖b中，虛線可表示使用了催化劑時(shí)的變化情況C．若ΔH<0，圖c可表示升高溫度使平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)D．由圖d中混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量隨溫度的變化情況，可推知正反應(yīng)吸熱解析：選D　根據(jù)圖a曲線可知，溫度越高，逆反應(yīng)速率越大，故升高溫度平衡逆向移動(dòng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，A項(xiàng)正確；催化劑能加快反應(yīng)速率，縮短達(dá)到平衡所用的時(shí)間，但不能使平衡發(fā)生移動(dòng)，B項(xiàng)正確；升高溫度，平衡向吸熱方向移動(dòng)，C項(xiàng)正確；根據(jù)圖像曲線可知，溫度越高，混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量減小，故升高溫度平衡逆向移動(dòng)，因此可判斷正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，D項(xiàng)錯(cuò)誤。3.在恒容密閉容器中通入X并發(fā)生反應(yīng)：2X(g)Y(g)，溫度T1、T2下X的物質(zhì)的量濃度c(X)隨時(shí)間t變化的曲線如圖所示，下列敘述正確的是(　　) A．該反應(yīng)進(jìn)行到M點(diǎn)放出的熱量大于進(jìn)行到W點(diǎn)放出的熱量B．T2下，在0～t1時(shí)間內(nèi)，v(Y)＝mol·L－1·min－1C．M點(diǎn)的正反應(yīng)速率v正大于N點(diǎn)的逆反應(yīng)速率v逆D．M點(diǎn)時(shí)再加入一定量X，平衡后X的轉(zhuǎn)化率減小解析：選C　根據(jù)圖示可知，T1＞T2，溫度越高平衡時(shí)c(X)越高，則逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，M點(diǎn)X的轉(zhuǎn)化量小于W點(diǎn)X的轉(zhuǎn)化量，M點(diǎn)放出的熱量小于W點(diǎn)放出的熱量，A項(xiàng)錯(cuò)誤；T2下，Δt＝t1，Δc(Y)＝mol·L－1，v(Y)＝mol·L－1·min－1，B項(xiàng)錯(cuò)誤；M點(diǎn)溫度比W點(diǎn)溫度高，所以M點(diǎn)的正反應(yīng)速率大于W點(diǎn)的逆反應(yīng)速率，而W點(diǎn)的逆反應(yīng)速率大于N點(diǎn)的逆反應(yīng)速率，則M點(diǎn)的正反應(yīng)速率大于N點(diǎn)的逆反應(yīng)速率，C項(xiàng)正確；由于在恒容密閉容器中反應(yīng)，再加入一定量X，相當(dāng)于增加壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，再次平衡時(shí)X的轉(zhuǎn)化率增大，D項(xiàng)錯(cuò)誤。4.已知某密閉容器中存在下列平衡：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，CO2的平衡物質(zhì)的量濃度c(CO2)與溫度T的關(guān)系如圖所示。下列說法錯(cuò)誤的是(　　)A．平衡狀態(tài)a與c相比，平衡狀態(tài)a的c(CO)較小B．在T2時(shí)，d點(diǎn)的反應(yīng)速率：v(逆)＞v(正)C．反應(yīng)CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)的ΔH＞0D．若T1、T2時(shí)的平衡常數(shù)分別為K1、K2，則K1＜K2解析：選A　平衡狀態(tài)a與c相比，c點(diǎn)溫度高，升高溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，CO濃度減小，所以a點(diǎn)CO濃度較大，故A錯(cuò)誤；T2時(shí)反應(yīng)進(jìn)行到d點(diǎn)，c(CO2)高于平衡濃度，故反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，則一定有v(逆)＞v(正)，故B正確；由題圖可知，溫度越高平衡時(shí)c(CO2)越大，說明升高溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，即ΔH＞0，故C正確；該反應(yīng)正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，升高溫度平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，化學(xué)平衡常數(shù)增大，則K1v(逆)，若A的物質(zhì)的量減少0.03mol時(shí)，容器與外界的熱交換總量為akJ，寫出反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：______________________。(3)t3時(shí)改變的某一反應(yīng)條件可能是________(填字母)。a．使用催化劑　　　b．增大壓強(qiáng)　　　c．增大反應(yīng)物濃度(4)在恒溫恒壓下通入惰性氣體，v(正)________v(逆)(填“>”“＝”或“<”)。解析：(1)t4時(shí)，減小壓強(qiáng)v(正)、v(逆)以同等倍數(shù)下降，說明反應(yīng)前后氣體體積不變，由A、C濃度變化曲線知，到t1時(shí)，A、C的濃度變化量分別為Δc(A)＝0.15mol·L－1－0.06mol·L－1＝0.09mol·L－1，Δc(C)＝0.11mol·L－1－0.05mol·L－1＝0.06mol·L－1，即A、C的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比為0.09∶0.06＝3∶2，故反應(yīng)方程式為3A(g)2C(g)＋B(g)，則B的起始濃度為0.05mol·L－1－0.03mol·L－1＝0.02mol·L－1。 (2)因升溫，v(正)>v(逆)，平衡正向移動(dòng)，故此反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，其熱化學(xué)方程式為3A(g)2C(g)＋B(g)　ΔH＝＋100akJ·mol－1。(3)乙圖中t3時(shí)刻v(正)、v(逆)以同等倍數(shù)增大，故改變的條件應(yīng)是增大壓強(qiáng)或加入催化劑。(4)在恒溫恒壓下充入惰性氣體，各組分濃度同倍數(shù)減小，相當(dāng)于減壓，因本反應(yīng)為等氣體體積反應(yīng)，平衡不移動(dòng)，故v(正)＝v(逆)。答案：(1)0.02(2)3A(g)2C(g)＋B(g)　ΔH＝＋100akJ·mol－1　(3)ab　(4)＝8．磷石膏是濕法生產(chǎn)磷酸排出的工業(yè)廢渣，主要成分是CaSO4·2H2O。用不同的還原劑可以將CaSO4還原，所得SO2可用于工業(yè)生產(chǎn)硫酸。(1)以CO作還原劑，改變反應(yīng)溫度可得到不同的產(chǎn)物。不同溫度下反應(yīng)后所得固體成分的物質(zhì)的量如圖1所示。在低于800℃時(shí)主要還原產(chǎn)物為________；高于800℃時(shí)CaS減少的原因是___________________________________________________(用化學(xué)方程式表示)。(2)以高硫煤為還原劑焙燒2.5h，不同條件對(duì)硫酸鈣轉(zhuǎn)化率的影響如圖2所示。CaCl2的作用是___________________________________________________________________；當(dāng)溫度高于1200℃時(shí)，無論有無CaCl2存在，CaSO4的轉(zhuǎn)化率趨于相同，其原因是________________________________________________________________________。(3)以C作還原劑，向密閉容器中加入相同質(zhì)量的幾組不同C/S值(C與CaSO4的物質(zhì)的量比)的混合物在1100℃加熱，結(jié)果如圖3所示。當(dāng)C/S值為0.5時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)物為CaO、SO2、CO2；當(dāng)C/S值大于0.7時(shí)，反應(yīng)所得氣體中SO2的體積分?jǐn)?shù)不升反降，其可能原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)由圖示可知，在低于800℃時(shí)，還原的主要產(chǎn)物為CaS，在高于800℃時(shí)，得 到的主要產(chǎn)物為CaO，則此時(shí)是CaS與CaSO4反應(yīng)生成CaO。(2)由圖2可看出，在高于1200℃時(shí)，加入CaCl2與不加入CaCl2時(shí)CaSO4的轉(zhuǎn)化率相同，但較低溫度下加入CaCl2時(shí)轉(zhuǎn)化率高，故CaCl2的作用為催化劑。(3)當(dāng)C/S值大于0.7時(shí)，原料中的還原劑C的含量增加，則高溫下過量的C與CO2發(fā)生反應(yīng)CO2＋C高溫,2CO，從而使得氣體總體積增大。答案：(1)CaS　CaS＋3CaSO4高溫,4CaO＋4SO2↑(2)作催化劑　兩種情況下反應(yīng)均達(dá)到平衡狀態(tài)，催化劑CaCl2不改變平衡狀態(tài)(3)CO2高溫下與過量C反應(yīng)生成CO，使氣體總體積增大(或部分轉(zhuǎn)化為其他含S物質(zhì))9．(全國卷Ⅱ)CH4CO2催化重整不僅可以得到合成氣(CO和H2)，還對(duì)溫室氣體的減排具有重要意義?；卮鹣铝袉栴}：(1)CH4CO2催化重整反應(yīng)為CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)。已知：C(s)＋2H2(g)===CH4(g)ΔH＝－75kJ·mol－1C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－394kJ·mol－1C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH＝－111kJ·mol－1該催化重整反應(yīng)的ΔH＝________kJ·mol－1。有利于提高CH4平衡轉(zhuǎn)化率的條件是________(填標(biāo)號(hào))。A．高溫低壓B．低溫高壓C．高溫高壓D．低溫低壓某溫度下，在體積為2L的容器中加入2molCH4、1molCO2以及催化劑進(jìn)行重整反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率是50%，其平衡常數(shù)為________mol2·L－2。(2)反應(yīng)中催化劑活性會(huì)因積碳反應(yīng)而降低，同時(shí)存在的消碳反應(yīng)則使積碳量減少。相關(guān)數(shù)據(jù)如下表：積碳反應(yīng)CH4(g)===C(s)＋2H2(g)消碳反應(yīng)CO2(g)＋C(s)===2CO(g)ΔH/(kJ·mol－1)75172活化能/(kJ·mol－1)催化劑X3391催化劑Y4372①由上表判斷，催化劑X________Y(填“優(yōu)于”或“劣于”)，理由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 在反應(yīng)進(jìn)料氣組成、壓強(qiáng)及反應(yīng)時(shí)間相同的情況下，某催化劑表面的積碳量隨溫度的變化關(guān)系如圖所示。升高溫度時(shí)，下列關(guān)于積碳反應(yīng)、消碳反應(yīng)的平衡常數(shù)(K)和速率(v)的敘述正確的是________(填標(biāo)號(hào))。A．K積、K消均增加B．v積減小、v消增加C．K積減小、K消增加D．v消增加的倍數(shù)比v積增加的倍數(shù)大②在一定溫度下，測(cè)得某催化劑上沉積碳的生成速率方程為v＝k·p(CH4)·[p(CO2)]－0.5(k為速率常數(shù))。在p(CH4)一定時(shí)，不同p(CO2)下積碳量隨時(shí)間的變化趨勢(shì)如圖所示，則pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)從大到小的順序?yàn)開_____________________。解析：(1)將題給已知三個(gè)反應(yīng)依次編號(hào)為①、②、③，根據(jù)蓋斯定律，由③×2－①－②可得：CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)ΔH＝＋247kJ·mol－1根據(jù)平衡移動(dòng)的影響因素，該反應(yīng)的正反應(yīng)是一個(gè)吸熱、氣體體積增大的反應(yīng)，所以高溫低壓有利于反應(yīng)正向移動(dòng)。CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)　起始/(mol·L－1)　1　　　0.5　　　0　　　0轉(zhuǎn)化/(mol·L－1)0.250.250.50.5平衡/(mol·L－1)0.750.250.50.5K＝＝＝mol2·L－2。(2)①積碳反應(yīng)中，由于催化劑X的活化能比催化劑Y的活化能要小，所以催化劑X更有利于積碳反應(yīng)的進(jìn)行；而消碳反應(yīng)中，催化劑X的活化能大于催化劑Y，所以催化劑Y更有 利于消碳反應(yīng)的進(jìn)行；綜合分析，催化劑X劣于催化劑Y。由表格可知積碳反應(yīng)、消碳反應(yīng)都是吸熱反應(yīng)，溫度升高，平衡右移，K積、K消均增加，溫度升高，反應(yīng)速率均增大，從圖像上可知，隨著溫度的升高，催化劑表面的積碳量是減小的，所以v消增加的倍數(shù)要比v積增加的倍數(shù)大。②由速率方程表達(dá)式v＝k·p(CH4)·[p(CO2)]－0.5可知，v與p(CO2)成反比例關(guān)系，p(CO2)越大，反應(yīng)速率越小，所以pc(CO2)＞pb(CO2)＞pa(CO2)。答案：(1)＋247　A　(2)①劣于　相對(duì)于催化劑X，催化劑Y積碳反應(yīng)的活化能大，積碳反應(yīng)的速率?。欢挤磻?yīng)活化能相對(duì)小，消碳反應(yīng)速率大　AD②pc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2)10．甲醇是重要的化工原料。利用合成氣(主要成分為CO、CO2和H2)在催化劑的作用下合成甲醇，可能發(fā)生的反應(yīng)如下：ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1ⅱ.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　　ΔH2ⅲ.CH3OH(g)CO(g)＋2H2(g)　ΔH3回答下列問題：(1)已知反應(yīng)ⅱ中相關(guān)化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)如下：化學(xué)鍵H—HC===OCOH—OE/(kJ·mol－1)4368031076465由此計(jì)算ΔH2＝______kJ·mol－1。已知ΔH3＝＋99kJ·mol－1，則ΔH1＝______kJ·mol－1。(2)一定比例的合成氣在裝有催化劑的反應(yīng)器中反應(yīng)12小時(shí)。體系中甲醇的產(chǎn)率和催化劑的催化活性與溫度的關(guān)系如圖1所示。①溫度為470K時(shí)，圖中P點(diǎn)________(填“是”或“不是”)處于平衡狀態(tài)。在490K之前，甲醇產(chǎn)率隨著溫度升高而增大的原因是_______________________________；490K之后，甲醇產(chǎn)率下降的原因是_____________________________________。 ②一定能提高甲醇產(chǎn)率的措施是________。A．增大壓強(qiáng)　　　　　　B．升高溫度C．選擇合適催化劑D．加入大量催化劑(3)圖2為一定比例的CO2/H2、CO/H2、CO/CO2/H2條件下甲醇生成速率與溫度的關(guān)系。①490K時(shí)，根據(jù)曲線a、c判斷合成甲醇的反應(yīng)機(jī)理是________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。Ⅰ.CO2CO2H2,CH3OHⅡ.COCO23H2,CH3OH＋H2O②490K時(shí)，曲線a與曲線b相比，CO的存在使甲醇生成速率增大，從熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)角度，并結(jié)合反應(yīng)ⅰ、ⅱ分析原因：___________________________________________。解析：(1)CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH2，反應(yīng)熱＝反應(yīng)物總鍵能－生成物總鍵能，故ΔH2＝(2×803＋436)kJ·mol－1－(1076＋2×465)kJ·mol－1＝＋36kJ·mol－1；根據(jù)蓋斯定律由ⅱ－ⅲ＝ⅰ，故ΔH1＝ΔH2－ΔH3＝＋36kJ·mol－1－(＋99kJ·mol－1)＝－63kJ·mol－1。(2)①溫度為470K時(shí)，圖中P點(diǎn)不是處于平衡狀態(tài)。在490K之前，甲醇產(chǎn)率隨著溫度升高而增大的原因是溫度越高化學(xué)反應(yīng)速率越快；490K之后，甲醇產(chǎn)率下降的原因是升高溫度，反應(yīng)ⅰ逆向移動(dòng)、催化劑活性降低；②A項(xiàng)，增大壓強(qiáng)，反應(yīng)ⅰ平衡正向移動(dòng)，正確；B項(xiàng)，由題圖可知，溫度高于490K甲醇產(chǎn)率降低，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，選擇合適催化劑，選擇生成甲醇，提高甲醇產(chǎn)率，正確；D項(xiàng)，加入大量催化劑，不能影響平衡，錯(cuò)誤。(3)①490K時(shí)，從甲醇的生成速率來看，a曲線大于c曲線，即甲醇來源于CO2和H2，故490K時(shí)，根據(jù)曲線a、c判斷合成甲醇的反應(yīng)機(jī)理是Ⅱ；②490K時(shí)，曲線a與曲線b相比，CO的存在使甲醇生成速率增大，原因是：對(duì)于反應(yīng)ⅱCO是生成物，CO促進(jìn)反應(yīng)ⅱ逆向移動(dòng)，二氧化碳和氫氣的量增加，水蒸氣的量減少，反應(yīng)ⅰ正向進(jìn)行，故CO的存在使甲醇生成速率增大。答案：(1)＋36?。?3(2)①不是　溫度越高化學(xué)反應(yīng)速率越快　升高溫度，反應(yīng)ⅰ逆向移動(dòng)、催化劑活性降低?、贏C(3)①Ⅱ　②CO促進(jìn)反應(yīng)ⅱ逆向移動(dòng)，二氧化碳和氫氣的量增加，水蒸氣的量減少反應(yīng)ⅰ正向移動(dòng)