专题25化学反应速度和化学平衡

题型集训25 化学反应速率和化学平衡图像类应用题

两年高考真题演练

1.(2015·安徽理综，11)汽车尾气中，NO产生的反应为：N2(g)＋O2(g)2NO(g)，一定条件下，等物质的量的N2(g)和O2(g)在恒容密闭容器中反应，下图曲线a表示该反应在温度T下N2的浓度随时间的变化，曲线b表示该反应在某一起始反应条件改变时N2的浓度随时间的变化。下列叙述正确的是( )

4（c0－c1）2

A．温度T下，该反应的平衡常数K＝ c21B．温度T下，随着反应的进行，混合气体的密度减小 C．曲线b对应的条件改变可能是加入了催化剂

D．若曲线b对应的条件改变是温度，可判断该反应的ΔH<0 2．(2015·江苏化学，15)在体积均为1.0 L的两恒容密闭容器中加入足量的相同的碳粉，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(双选)( )

A．反应CO2(g)＋C(s)===2CO(g)的ΔS＞0、ΔH＜0 B．体系的总压强p总：p总(状态Ⅱ)＞2p总(状态Ⅰ) 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Ⅲ)

3．[2015·山东理综，30(1)(2)]合金贮氢材料具有优异的吸放氢性能，在配合氢能的开发中起着重要作用。

(1)一定温度下，某贮氢合金(M)的贮氢过程如图所示，纵轴为平衡时氢气的压强(p)，横轴表示固相中氢原子与金属原子的个数比(H/M)。

在OA段，氢溶解于M中形成固溶体MHx，随着氢气压强的增大，H/M逐渐增大；在AB段，MHx与氢气发生氢化反应生成氢化物MHy，氢化反应方程式为：zMHx(s)＋H2(g)zMHy(s) ΔH1(Ⅰ)；在B点，氢化反应结束，进一步增大氢气压强，H/M几乎不变。反应(Ⅰ)中z＝________(用含x和y的代数式表示)。温度为T1时，2 g某合金4 min内吸收氢气240 mL，吸氢速率v＝________ mL·g－1·min

－1

。反应的焓变ΔH1________0(填“>”“<”或“＝”)。

(2)η表示单位质量贮氢合金在氢化反应阶段的最大吸氢量占其

总吸氢量的比例，则温度为T1、T2时，η(T1)________η(T2)(填“>”“<”或“＝”)。当反应(Ⅰ)处于图中a点时，保持温度不变，向恒容体系中通入少量氢气，达平衡后反应(Ⅰ)可能处于图中的________点(填“b”“c”或“d”)，该贮氢合金可通过________或________的方式释放氢气。

4．[2014·课标全国Ⅰ，28(3)]乙醇是重要的有机化工原料，可由乙烯气相直接水合法或间接水合法生产。回答下列问题：

下图为气相直接水合法中乙烯[C2H4(g)＋H2O(g)===C2H5OH(g) ΔH＝－45.5 kJ·mol－1]的平衡转化率与温度、压强的关系 (其中nH2O∶nC2H4＝1∶1)。

①列式计算乙烯水合制乙醇反应在图中A点的平衡常数Kp＝________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。

②图中压强p1、p2、p3、p4的大小顺序为______________，理由是______________________________________________________。

③气相直接水合法常用的工艺条件为：磷酸/硅藻土为催化剂，反应温度290 ℃、压强6.9 MPa，n(H2O)∶n(C2H4)＝0.6∶1。乙烯

的转化率为5%。若要进一步提高乙烯的转化率，除了可以适当改变反应温度和压强外，还可以采取的措施有________、________。

题型集训25 化学反应速率和化学平衡图像类应用题

一年模拟试题精练

1.(2015·湖北部分重点中学联考)如图表示一定条件下反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＜0的反应速率与反应过程的曲线关系图。下列说法正确的是( )

A．氨气的体积分数最高的一段时间为t5～t6。 B．t2～t3和t3～t4时间段氨气的体积分数相等 C．t1时刻改变的条件是降低温度 D．t4～t5时间段平衡向正反应方向移动 2.

(2015·北师大附中月考)如图表示可逆反应A(g)＋3B(g)2C(g) ΔH＜0达平衡后，改变某一反应条件，反应速率随时间变化的情况，根据曲线判断下列说法中正确的是( )

A．t1时降低了温度，平衡向正反应方向移动

B．t1时增大了压强，平衡向正反应方向移动

C．t1时增大了A的浓度，同时减小了C的浓度，平衡向正反应方向移动

D．t1时可能使用了催化剂

3．(2015·贵阳联考)工业合成氨的正反应是放热反应，下列关于反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的图像中，错误的是( )

4．(2015·安阳联考)把1 mol CO2和3 mol H2通入1 L

的密闭容器中，在某温度下发生反应：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＝－49.0 kJ·mol－1。测得CO2和CH3OH的浓度随时间的变化如图所示，下列说法正确的是( )

A．3 min时，v正＝v逆

B．0～10 min内，H2的平均反应速率为2.25 mol·L－1·min－1 C．该温度下，反应的平衡常数K＝5.3 D．若升高温度，则CO2的转化率大于75%

5．(2015·合肥质检)汽车尾气中含有CO、NO2等有毒气体，对汽车加装尾气净化装置，可使有毒气体相互反应转化为无毒气体。

(1)4CO(g)＋2NO2(g)4CO2(g)＋N2(g)

ΔH＝－1 200 kJ·mol－1

对于该反应，温度不同(T2＞T1)、其他条件相同时，下列图像正确的是________(填代号)。

(2)汽车尾气中CO与H2O(g)在一定条件下可以发生反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH＜0。

820 ℃时在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中，起始时按照下表进行投料，达到平衡状态，K＝1.0。

起始物质的量 n(H2O)/mol n(CO)/mol ①

该

反

应

的

平

甲 乙 丙 0.10 0.20 0.20 0.10 0.10 0.20 衡

常

数

表

达

式

为

______________________________。

②平衡时，甲容器中CO的转化率是________。比较下列容器中CO的转化率：乙________甲；丙________甲(填“＞”、“＝”或“＜”)。

③丙容器中，通过改变温度，使CO的平衡转化率增大，则温度________(填“升高”或“降低”)，平衡常数K________(填“填

大”、“减小”或“”不变)。

参考答案

题型集训25 化学反应速率和化学平衡图像类应用题 【两年高考真题演练】

1．A [A项，在温度T下，由曲线a可知，达到平衡后N2、O2、NO的浓度分别为c1 mol/L、c1 mol/L 、2(c0－c1) mol/L，所以该反4（c0－c1）2

应的平衡常数K＝ ，正确；B项，反应前后，混合气体c21的体积与质量都没有发生改变，所以混合气体的密度不变，错误；C项，加入催化剂只改变反应速率而不改变反应的转化率，若加入催化剂达到平衡后，c(N2)应与曲线a对应的平衡浓度相同，错误；D项，若曲线b对应的条件改变是温度，由于曲线b相对于曲线a先达到了平衡，故应该为升温，升高温度，N2的平衡浓度减小，说明平衡向正向移动，该反应为吸热反应，ΔH>0，错误。]

2．BC [A项，CO2(g)＋C(s)===2CO(g)气体的物质的量增加的反应，故ΔS>0，观察图像知，随着温度的升高，c(CO2)减小，平衡为正移，则ΔH＞0，错误；B项，Ⅰ所在d曲线表示的是通入0.1 mol CO2的变化过程，此时

CO2（g）＋C（s）2CO（g）

n（始）/moln（转）/moln（平）/mol

0.10.020.08

0

00.040.04

此时气体总的物质的量为0.12 mol，

Ⅱ所在曲线表示的是通入0.2 mol CO2的变化过程，此时

CO2（g）＋C（s）2CO（g）

n（始）/moln（转）/moln（平）/mol

0.20.120.08

0

00.240.24

此时气体总的物质的量为0.32 mol，此时Ⅱ中气体总物质的量大于Ⅰ中气体总物质的量的2倍，且Ⅱ的温度高，气体体积膨胀，压强又要增大，则p总(状态Ⅱ)>2p总(状态Ⅰ)，正确；C项，状态Ⅱ和Ⅲ，温度相同，Ⅱ中CO2的投料量是Ⅲ中CO2投料量的2倍，若恒容时两平衡等效，则有c(CO，状态Ⅱ)＝2c(CO，状态Ⅲ)，但成比例增加投料量，相当于加压，平衡向逆反应方向移动，所以c(CO，状态Ⅱ)<2c(CO，状态Ⅲ)，正确；D项，状态Ⅰ和Ⅲ相比，Ⅲ的温度高，反应速率快，所以v逆(状态Ⅲ)>v逆(状态Ⅰ)，错误。]

2

3．解析 (1)根据H原子守恒得zx＋2＝zy，则z＝。由题中

y－x所给数据可知吸氢速率v＝240 mL÷2 g÷4 min＝30 mL·g－1〃min－1。由图像可知，T1 η(T2)。处于图中a点时，保持温度不变，向恒容体系中通入少量氢气，H2 浓度增大，平衡正向移动，一段时间后再次达到平衡，此时H/M增大，故可能处于图中的c点。由氢化反应方程式及图像可知，这是一个放

热的气体体积减小的反应，根据平衡移动原理，要使平衡向左移动释放H2 ，可改变的条件是：升温或减压。

2

答案 (1) 30 < (2)> c 加热 减压

y－x

4．解析 ①设开始充入的原料气中，C2H4(g)和H2O(g)的物质的量均为n。

C2H4(g)＋H2O(g)===C2H5OH(g) 开始(mol) n n 0

转化(mol) 20%n 20%n 20%n 平衡(mol) 80%n 80%n 20%n

平衡混合气中C2H4(g)、H2O(g)、C2H5OH(g)的物质的量分数依次80%n80%n20%n为：180%n、180%n、180%n。

根据题意，将数据代入化学平衡常数表达式，Kp＝p（C2H5OH）

。

p（C2H4）·p（H2O）

②C2H4(g)＋H2O(g)C2H5OH(g)是一个气体体积减小的反应，相同温度下，增大压强，平衡向正反应方向移动，C2H4的转化率提高，所以p4>p3>p2>p1。

③依据反应特点及平衡移动原理，提高乙烯转化率还可以增大H2O与C2H4的比例，或将乙醇及时液化分离出去等。

20%np

2n－20%np（C2H5OH）20×180

答案 ①＝＝

p（C2H4）·p（H2O）?80%np?2802×7.85 MPa

??2n－20%n??

＝0.07(MPa)－1

②p4>p3>p2>p1 反应分子数减少，相同温度下，压强升高，乙烯转化率提高

③将产物乙醇液化移去 增加nH2O∶nC2H4比 【一年模拟试题精练】

1．B [由于t1～t2，t4～t5时间段平衡均向逆反应方向移动，故氨气体积分数最高的时间段应该是0～t1，A、D错误；t3～t4时间段平衡没有移动，B正确；温度降低，正、逆反应速率均减小，而t1时刻正、逆反应速率均增大，故C错误。]

2．C [根据图像可知，t1时刻正反应速率突然增大，达到新平衡后正反应速率比第一次平衡时小，说明t1时刻逆反应速率减小，不可能是改变了温度、压强或使用了催化剂。]

3．C [由合成氨的反应可以判断，达平衡后升高温度，平衡逆向移动，v逆＞v正，NH3的体积百分含量减小，A、B正确，C错误；增大压强，平衡正向移动，NH3的体积百分含量增大，D正确。]

4．C [ CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) 起始(mol/L) 1 3 0 0 转化(mol/L) 0.75 2.25 0.75 0.75 平衡(mol/L) 0.25 0.75 0.75 0.75

2.25 mol〃L－1－1－1

则0～10 min内，v(H2)＝＝0.225 mol·L〃min，10 minc（CH3OH）·c（H2O）0.75×0.75B错误；K＝＝≈5.3，C正确；3 min

c（CO2）·c3（H2）0.25×0.753

时，未达到平衡状态，v正≠v逆，A错误；该反应为放热反应，升高温度平衡向左移动，CO2的转化率降低，D错误。]

5．解析 (1)4CO(g)＋2NO2(g)4CO2(g)＋N2(g) ΔH＜0，该反应是放热反应，当升高温度时，正、逆反应速率都增大，甲中正反应速率在刚升温至T2时没有增大，故错误；升高温度，化学平衡逆向移动，CO的浓度增大，CO的体积分数增大，故丙不正确。

(2)①甲容器中起始时n(CO2)＝n(H2O)＝0.10 mol，根据平衡常数计算可得到CO的转化率为50%。②乙容器中起始时n(H2O)＝0.20 mol，相当于在甲容器中增大c(H2O)，平衡正向移动，n(CO)减少，CO的转化率增大；丙容器中起始时n(CO)＝n(H2O)＝0.20 mol，相当于两个甲容器中的量，假设两个甲容器合二为一，反应到达平衡后，缩小体积至一半变成丙容器，相当于对体系加压，平衡不移动，CO的转化率不变化。③丙容器中改变温度，CO的转化率增大说明平衡正向移动，正反应为放热反应，故需降低温度；平衡正向移动，生成物的浓度增大，反应物的浓度减小，故K增大。

c（CO2）·c（H2）

答案 (1)乙 (2)①K＝ ②50% ＞ ＝

c（CO）·c（H2O）③降低 增大

时，未达到平衡状态，v正≠v逆，A错误；该反应为放热反应，升高温度平衡向左移动，CO2的转化率降低，D错误。]

5．解析 (1)4CO(g)＋2NO2(g)4CO2(g)＋N2(g) ΔH＜0，该反应是放热反应，当升高温度时，正、逆反应速率都增大，甲中正反应速率在刚升温至T2时没有增大，故错误；升高温度，化学平衡逆向移动，CO的浓度增大，CO的体积分数增大，故丙不正确。

(2)①甲容器中起始时n(CO2)＝n(H2O)＝0.10 mol，根据平衡常数计算可得到CO的转化率为50%。②乙容器中起始时n(H2O)＝0.20 mol，相当于在甲容器中增大c(H2O)，平衡正向移动，n(CO)减少，CO的转化率增大；丙容器中起始时n(CO)＝n(H2O)＝0.20 mol，相当于两个甲容器中的量，假设两个甲容器合二为一，反应到达平衡后，缩小体积至一半变成丙容器，相当于对体系加压，平衡不移动，CO的转化率不变化。③丙容器中改变温度，CO的转化率增大说明平衡正向移动，正反应为放热反应，故需降低温度；平衡正向移动，生成物的浓度增大，反应物的浓度减小，故K增大。

c（CO2）·c（H2）

答案 (1)乙 (2)①K＝ ②50% ＞ ＝

c（CO）·c（H2O）③降低 增大

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