跟踪检测（四十三）理清图像中的2类问题——图像中的反应速率与化学平衡1.已知反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＜0，向某体积恒定的密闭容器中按体积比2∶1充入SO2和O2，在一定条件下发生反应。如图是某物理量(Y)随时间(t)变化的示意图(图中T表示温度)，Y可以是( )A．O2的体积分数 B．混合气体的密度C．密闭容器内的压强D．SO2的转化率解析：选D 由题图可知，温度T2达到平衡所用时间短，反应速率较快，所以温度T2＞T1，温度升高，Y表示的物理量降低，该反应正反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，氧气的体积分数增大，A错误；升温平衡向逆反应方向移动，但混合气体的总质量不变，容器的体积不变，混合气体的密度不变，B错误；升温平衡向逆反应方向移动，混合气体的总的物质的量增大，容器的体积不变，容器的压强增大，C错误；升温平衡向逆反应方向移动，SO2的转化率降低，D正确。2.在密闭容器中进行反应：A(g)＋3B(g)2C(g)，下列有关图像的说法不正确的是( )A．依据图a可判断正反应为放热反应B．在图b中，虚线可表示使用了催化剂时的变化情况C．若ΔH<0，图c可表示升高温度使平衡向逆反应方向移动D．由图d中混合气体的平均相对分子质量随温度的变化情况，可推知正反应吸热解析：选D 根据图a曲线可知，温度越高，逆反应速率越大，故升高温度平衡逆向移动，正反应为放热反应，A项正确；催化剂能加快反应速率，缩短达到平衡所用的时间，但不能使平衡发生移动，B项正确；升高温度，平衡向吸热方向移动，C项正确；根据图像曲线可知，温度越高，混合气体的平均相对分子质量减小，故升高温度平衡逆向移动，因此可判断正反应为放热反应，D项错误。3.在恒容密闭容器中通入X并发生反应：2X(g)Y(g)，温度T1、T2下X的物质的量浓度c(X)随时间t变化的曲线如图所示，下列叙述正确的是( )
A．该反应进行到M点放出的热量大于进行到W点放出的热量B．T2下，在0～t1时间内，v(Y)＝mol·L－1·min－1C．M点的正反应速率v正大于N点的逆反应速率v逆D．M点时再加入一定量X，平衡后X的转化率减小解析：选C 根据图示可知，T1＞T2，温度越高平衡时c(X)越高，则逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，M点X的转化量小于W点X的转化量，M点放出的热量小于W点放出的热量，A项错误；T2下，Δt＝t1，Δc(Y)＝mol·L－1，v(Y)＝mol·L－1·min－1，B项错误；M点温度比W点温度高，所以M点的正反应速率大于W点的逆反应速率，而W点的逆反应速率大于N点的逆反应速率，则M点的正反应速率大于N点的逆反应速率，C项正确；由于在恒容密闭容器中反应，再加入一定量X，相当于增加压强，平衡向正反应方向移动，再次平衡时X的转化率增大，D项错误。4.已知某密闭容器中存在下列平衡：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，CO2的平衡物质的量浓度c(CO2)与温度T的关系如图所示。下列说法错误的是( )A．平衡状态a与c相比，平衡状态a的c(CO)较小B．在T2时，d点的反应速率：v(逆)＞v(正)C．反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)的ΔH＞0D．若T1、T2时的平衡常数分别为K1、K2，则K1＜K2解析：选A 平衡状态a与c相比，c点温度高，升高温度，平衡向正反应方向移动，CO浓度减小，所以a点CO浓度较大，故A错误；T2时反应进行到d点，c(CO2)高于平衡浓度，故反应向逆反应方向进行，则一定有v(逆)＞v(正)，故B正确；由题图可知，温度越高平衡时c(CO2)越大，说明升高温度，平衡向正反应方向移动，即ΔH＞0，故C正确；该反应正反应是吸热反应，升高温度平衡向正反应方向移动，化学平衡常数增大，则K1<K2，故D正确。5．用CO和H2在催化剂的作用下合成甲醇，发生的反应如下：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。下列说法正确的是( )A．该反应的ΔH＜0，且p1＜p2
B．反应速率：v逆(状态A)＞v逆(状态B)C．在C点时，CO转化率为75%D．在恒温恒压条件下向密闭容器中充入不同量的CH3OH，达平衡时CH3OH的体积分数不同解析：选C 由图可知，升高温度，CH3OH的体积分数减小，平衡逆向移动，则该反应的ΔH＜0,300℃时，增大压强，平衡正向移动，CH3OH的体积分数增大，所以p1＞p2，故A错误；B点对应的温度和压强均大于A点，温度升高、增大压强均使该反应的化学反应速率加快，因此v逆(状态A)＜v逆(状态B)，故B错误；设向密闭容器中充入了1molCO和2molH2，CO的转化率为x，则 CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)起始/mol 1 2 0变化/molx2xx平衡/mol1－x2－2xx在C点时，CH3OH的体积分数＝＝0.5，解得x＝0.75，故C正确；由等效平衡可知，在恒温恒压条件下向密闭容器中充入不同量的CH3OH，达平衡时CH3OH的体积分数都相同，故D错误。6．某温度下，将2molSO2和1molO2置于10L密闭容器中发生反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＜0，SO2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( )A．由图甲推断，B点SO2的平衡浓度为0.3mol·L－1B．由图甲推断，A点对应温度下该反应的平衡常数为800C．达平衡后，若增大容器容积，则反应速率变化图像可以用图乙表示D．压强为0.50MPa时不同温度下SO2转化率与温度关系如图丙，则T2＞T1解析：选B A项，二氧化硫起始浓度为2mol÷10L＝0.2mol·L－1，由图甲可知B点SO2的转化率为0.85，所以Δc(SO2)＝0.85×0.2mol·L－1＝0.17mol·L－1，二氧化硫的平衡浓度为
0.2mol·L－1－0.17mol·L－1＝0.03mol·L－1，错误；B项，由图甲可知A点SO2的转化率为0.80，所以Δc(SO2)＝0.80×0.2mol·L－1＝0.16mol·L－1，则： 2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)起始/(mol·L－1) 0.2 0.1 0变化/(mol·L－1)0.160.080.16平衡/(mol·L－1)0.040.020.16所以A点平衡常数K＝＝800，正确；C项，达平衡后，增大容器容积，反应混合物的浓度都减小，正、逆反应速率都减小，错误；D项，由图丙可知，温度为T1时先到达平衡，在化学反应中，温度越高反应速率越快，故T2＜T1，错误。7．向某密闭容器中加入0.15mol·L－1A、0.05mol·L－1C和一定量的B三种气体。一定条件下发生反应，各物质浓度随时间变化如图中甲所示[t0～t1时c(B)未画出，t1时为0.05mol·L－1]。乙图为t2时刻后改变反应条件，平衡体系中正、逆反应速率随时间变化的情况。(1)若t4时改变的条件为减小压强，则B的起始物质的量浓度为________mol·L－1。(2)若t5时改变的条件是升温，此时v(正)>v(逆)，若A的物质的量减少0.03mol时，容器与外界的热交换总量为akJ，写出反应的热化学方程式：______________________。(3)t3时改变的某一反应条件可能是________(填字母)。a．使用催化剂 b．增大压强 c．增大反应物浓度(4)在恒温恒压下通入惰性气体，v(正)________v(逆)(填“>”“＝”或“<”)。解析：(1)t4时，减小压强v(正)、v(逆)以同等倍数下降，说明反应前后气体体积不变，由A、C浓度变化曲线知，到t1时，A、C的浓度变化量分别为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的化学计量数之比为0.09∶0.06＝3∶2，故反应方程式为3A(g)2C(g)＋B(g)，则B的起始浓度为0.05mol·L－1－0.03mol·L－1＝0.02mol·L－1。
(2)因升温，v(正)>v(逆)，平衡正向移动，故此反应为吸热反应，其热化学方程式为3A(g)2C(g)＋B(g) ΔH＝＋100akJ·mol－1。(3)乙图中t3时刻v(正)、v(逆)以同等倍数增大，故改变的条件应是增大压强或加入催化剂。(4)在恒温恒压下充入惰性气体，各组分浓度同倍数减小，相当于减压，因本反应为等气体体积反应，平衡不移动，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．磷石膏是湿法生产磷酸排出的工业废渣，主要成分是CaSO4·2H2O。用不同的还原剂可以将CaSO4还原，所得SO2可用于工业生产硫酸。(1)以CO作还原剂，改变反应温度可得到不同的产物。不同温度下反应后所得固体成分的物质的量如图1所示。在低于800℃时主要还原产物为________；高于800℃时CaS减少的原因是___________________________________________________(用化学方程式表示)。(2)以高硫煤为还原剂焙烧2.5h，不同条件对硫酸钙转化率的影响如图2所示。CaCl2的作用是___________________________________________________________________；当温度高于1200℃时，无论有无CaCl2存在，CaSO4的转化率趋于相同，其原因是________________________________________________________________________。(3)以C作还原剂，向密闭容器中加入相同质量的几组不同C/S值(C与CaSO4的物质的量比)的混合物在1100℃加热，结果如图3所示。当C/S值为0.5时，反应产物为CaO、SO2、CO2；当C/S值大于0.7时，反应所得气体中SO2的体积分数不升反降，其可能原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)由图示可知，在低于800℃时，还原的主要产物为CaS，在高于800℃时，得
到的主要产物为CaO，则此时是CaS与CaSO4反应生成CaO。(2)由图2可看出，在高于1200℃时，加入CaCl2与不加入CaCl2时CaSO4的转化率相同，但较低温度下加入CaCl2时转化率高，故CaCl2的作用为催化剂。(3)当C/S值大于0.7时，原料中的还原剂C的含量增加，则高温下过量的C与CO2发生反应CO2＋C高温,2CO，从而使得气体总体积增大。答案：(1)CaS CaS＋3CaSO4高温,4CaO＋4SO2↑(2)作催化剂 两种情况下反应均达到平衡状态，催化剂CaCl2不改变平衡状态(3)CO2高温下与过量C反应生成CO，使气体总体积增大(或部分转化为其他含S物质)9．(全国卷Ⅱ)CH4CO2催化重整不仅可以得到合成气(CO和H2)，还对温室气体的减排具有重要意义。回答下列问题：(1)CH4CO2催化重整反应为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该催化重整反应的ΔH＝________kJ·mol－1。有利于提高CH4平衡转化率的条件是________(填标号)。A．高温低压B．低温高压C．高温高压D．低温低压某温度下，在体积为2L的容器中加入2molCH4、1molCO2以及催化剂进行重整反应，达到平衡时CO2的转化率是50%，其平衡常数为________mol2·L－2。(2)反应中催化剂活性会因积碳反应而降低，同时存在的消碳反应则使积碳量减少。相关数据如下表：积碳反应CH4(g)===C(s)＋2H2(g)消碳反应CO2(g)＋C(s)===2CO(g)ΔH/(kJ·mol－1)75172活化能/(kJ·mol－1)催化剂X3391催化剂Y4372①由上表判断，催化剂X________Y(填“优于”或“劣于”)，理由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下，某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如图所示。升高温度时，下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数(K)和速率(v)的叙述正确的是________(填标号)。A．K积、K消均增加B．v积减小、v消增加C．K积减小、K消增加D．v消增加的倍数比v积增加的倍数大②在一定温度下，测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为v＝k·p(CH4)·[p(CO2)]－0.5(k为速率常数)。在p(CH4)一定时，不同p(CO2)下积碳量随时间的变化趋势如图所示，则pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序为______________________。解析：(1)将题给已知三个反应依次编号为①、②、③，根据盖斯定律，由③×2－①－②可得：CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)ΔH＝＋247kJ·mol－1根据平衡移动的影响因素，该反应的正反应是一个吸热、气体体积增大的反应，所以高温低压有利于反应正向移动。CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g) 起始/(mol·L－1) 1 0.5 0 0转化/(mol·L－1)0.250.250.50.5平衡/(mol·L－1)0.750.250.50.5K＝＝＝mol2·L－2。(2)①积碳反应中，由于催化剂X的活化能比催化剂Y的活化能要小，所以催化剂X更有利于积碳反应的进行；而消碳反应中，催化剂X的活化能大于催化剂Y，所以催化剂Y更有
利于消碳反应的进行；综合分析，催化剂X劣于催化剂Y。由表格可知积碳反应、消碳反应都是吸热反应，温度升高，平衡右移，K积、K消均增加，温度升高，反应速率均增大，从图像上可知，随着温度的升高，催化剂表面的积碳量是减小的，所以v消增加的倍数要比v积增加的倍数大。②由速率方程表达式v＝k·p(CH4)·[p(CO2)]－0.5可知，v与p(CO2)成反比例关系，p(CO2)越大，反应速率越小，所以pc(CO2)＞pb(CO2)＞pa(CO2)。答案：(1)＋247 A (2)①劣于 相对于催化剂X，催化剂Y积碳反应的活化能大，积碳反应的速率小；而消碳反应活化能相对小，消碳反应速率大 AD②pc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2)10．甲醇是重要的化工原料。利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂的作用下合成甲醇，可能发生的反应如下：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回答下列问题：(1)已知反应ⅱ中相关化学键键能数据如下：化学键H—HC===OCOH—OE/(kJ·mol－1)4368031076465由此计算ΔH2＝______kJ·mol－1。已知ΔH3＝＋99kJ·mol－1，则ΔH1＝______kJ·mol－1。(2)一定比例的合成气在装有催化剂的反应器中反应12小时。体系中甲醇的产率和催化剂的催化活性与温度的关系如图1所示。①温度为470K时，图中P点________(填“是”或“不是”)处于平衡状态。在490K之前，甲醇产率随着温度升高而增大的原因是_______________________________；490K之后，甲醇产率下降的原因是_____________________________________。
②一定能提高甲醇产率的措施是________。A．增大压强 B．升高温度C．选择合适催化剂D．加入大量催化剂(3)图2为一定比例的CO2/H2、CO/H2、CO/CO2/H2条件下甲醇生成速率与温度的关系。①490K时，根据曲线a、c判断合成甲醇的反应机理是________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。Ⅰ.CO2CO2H2,CH3OHⅡ.COCO23H2,CH3OH＋H2O②490K时，曲线a与曲线b相比，CO的存在使甲醇生成速率增大，从热力学与动力学角度，并结合反应ⅰ、ⅱ分析原因：___________________________________________。解析：(1)CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2，反应热＝反应物总键能－生成物总键能，故ΔH2＝(2×803＋436)kJ·mol－1－(1076＋2×465)kJ·mol－1＝＋36kJ·mol－1；根据盖斯定律由ⅱ－ⅲ＝ⅰ，故ΔH1＝ΔH2－ΔH3＝＋36kJ·mol－1－(＋99kJ·mol－1)＝－63kJ·mol－1。(2)①温度为470K时，图中P点不是处于平衡状态。在490K之前，甲醇产率随着温度升高而增大的原因是温度越高化学反应速率越快；490K之后，甲醇产率下降的原因是升高温度，反应ⅰ逆向移动、催化剂活性降低；②A项，增大压强，反应ⅰ平衡正向移动，正确；B项，由题图可知，温度高于490K甲醇产率降低，错误；C项，选择合适催化剂，选择生成甲醇，提高甲醇产率，正确；D项，加入大量催化剂，不能影响平衡，错误。(3)①490K时，从甲醇的生成速率来看，a曲线大于c曲线，即甲醇来源于CO2和H2，故490K时，根据曲线a、c判断合成甲醇的反应机理是Ⅱ；②490K时，曲线a与曲线b相比，CO的存在使甲醇生成速率增大，原因是：对于反应ⅱCO是生成物，CO促进反应ⅱ逆向移动，二氧化碳和氢气的量增加，水蒸气的量减少，反应ⅰ正向进行，故CO的存在使甲醇生成速率增大。答案：(1)＋36 －63(2)①不是 温度越高化学反应速率越快 升高温度，反应ⅰ逆向移动、催化剂活性降低 ②AC(3)①Ⅱ ②CO促进反应ⅱ逆向移动，二氧化碳和氢气的量增加，水蒸气的量减少反应ⅰ正向移动
