（通用版）2020高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 跟蹤檢測（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（含解析）.doc

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跟蹤檢測（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，氧氣的體積分?jǐn)?shù)增大，A錯誤；升溫平衡向逆反應(yīng)方向移動，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錯誤；升溫平衡向逆反應(yīng)方向移動，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錯誤；升溫平衡向逆反應(yīng)方向移動，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 D．由圖d中混合氣體的平均相對分子質(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，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，A項正確；催化劑能加快反應(yīng)速率，縮短達(dá)到平衡所用的時間，但不能使平衡發(fā)生移動，B項正確；升高溫度，平衡向吸熱方向移動，C項正確；根據(jù)圖像曲線可知，溫度越高，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量減小，故升高溫度平衡逆向移動，因此可判斷正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，D項錯誤。 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點放出的熱量大于進(jìn)行到W點放出的熱量 B．T2下，在0～t1時間內(nèi)，v(Y)＝ molL－1min－1 C．M點的正反應(yīng)速率v正大于N點的逆反應(yīng)速率v逆 D．M點時再加入一定量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X的轉(zhuǎn)化量小于W點X的轉(zhuǎn)化量，M點放出的熱量小于W點放出的熱量，A項錯誤；T2下，Δt＝t1，Δc(Y)＝ molL－1，v(Y)＝ molL－1min－1，B項錯誤；M點溫度比W點溫度高，所以M點的正反應(yīng)速率大于W點的逆反應(yīng)速率，而W點的逆反應(yīng)速率大于N點的逆反應(yīng)速率，則M點的正反應(yīng)速率大于N點的逆反應(yīng)速率，C項正確；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，再次平衡時X的轉(zhuǎn)化率增大，D項錯誤。 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，d點的反應(yīng)速率：v(逆)＞v(正) C．反應(yīng)CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)的ΔH＞0 D．若T1、T2時的平衡常數(shù)分別為K1、K2，則K1＜K2 解析：選A　平衡狀態(tài)a與c相比，c點溫度高，升高溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動，CO濃度減小，所以a點CO濃度較大，故A錯誤；T2時反應(yīng)進(jìn)行到d點，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c(CO2)越大，說明升高溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動，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，化學(xué)平衡常數(shù)增大，則K1v(逆)，若A的物質(zhì)的量減少0.03 mol時，容器與外界的熱交換總量為a kJ，寫出反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：______________________。 (3)t3時改變的某一反應(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，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，A、C的濃度變化量分別為Δc(A)＝0.15 molL－1－0.06 molL－1＝0.09 molL－1，Δc(C)＝0.11 molL－1－0.05 molL－1＝0.06 molL－1，即A、C的化學(xué)計量數(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0.05 molL－1－0.03 molL－1＝0.02 molL－1。 (2)因升溫，v(正)>v(逆)，平衡正向移動，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＝＋100a kJmol－1。 (3)乙圖中t3時刻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，故v(正)＝v(逆)。 答案：(1)0.02 (2)3A(g)2C(g)＋B(g)　ΔH＝＋100a kJmol－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CaSO42H2O。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 ℃時主要還原產(chǎn)物為________；高于800 ℃時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2.5 h，不同條件對硫酸鈣轉(zhuǎn)化率的影響如圖2所示。CaCl2的作用是___________________________________________________________________； 當(dāng)溫度高于1 200 ℃時，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1 100 ℃加熱，結(jié)果如圖3所示。當(dāng)C/S值為0.5時，反應(yīng)產(chǎn)物為CaO、SO2、CO2；當(dāng)C/S值大于0.7時，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，還原的主要產(chǎn)物為CaS，在高于800 ℃ 時，得到的主要產(chǎn)物為CaO，則此時是CaS與CaSO4反應(yīng)生成CaO。(2)由圖2可看出，在高于1 200 ℃時，加入CaCl2與不加入CaCl2時CaSO4的轉(zhuǎn)化率相同，但較低溫度下加入CaCl2時轉(zhuǎn)化率高，故CaCl2的作用為催化劑。(3)當(dāng)C/S值大于0.7時，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．(2018全國卷Ⅱ)CH4CO2催化重整不僅可以得到合成氣(CO和H2)，還對溫室氣體的減排具有重要意義。回答下列問題： (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＝－75 kJmol－1 C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－394 kJmol－1 C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH＝－111 kJmol－1 該催化重整反應(yīng)的ΔH＝________kJmol－1。有利于提高CH4平衡轉(zhuǎn)化率的條件是________(填標(biāo)號)。 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2 L的容器中加入2 mol CH4、1 mol CO2 以及催化劑進(jìn)行重整反應(yīng)，達(dá)到平衡時CO2的轉(zhuǎn)化率是50%，其平衡常數(shù)為________mol2L－2。 (2)反應(yīng)中催化劑活性會因積碳反應(yīng)而降低，同時存在的消碳反應(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/(kJmol－1) 75 172 活化能/ (kJmol－1) 催化劑X 33 91 催化劑Y 43 72 ①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，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)。 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，測得某催化劑上沉積碳的生成速率方程為v＝kp(CH4)[p(CO2)]－0.5(k為速率常數(shù))。在p(CH4)一定時，不同p(CO2)下積碳量隨時間的變化趨勢如圖所示，則pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)從大到小的順序為______________________。 解析：(1)將題給已知三個反應(yīng)依次編號為①、②、③， 根據(jù)蓋斯定律，由③2－①－②可得： CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g) ΔH＝＋247 kJmol－1 根據(jù)平衡移動的影響因素，該反應(yīng)的正反應(yīng)是一個吸熱、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。 CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)　 起始/(molL－1)　 1　　　0.5 　　　0　 　　0 轉(zhuǎn)化/(molL－1) 0.25 0.25 0.5 0.5 平衡/(molL－1) 0.75 0.25 0.5 0.5 K＝ ＝ ＝ mol2L－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＝kp(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??；而消碳反應(yīng)活化能相對小，消碳反應(yīng)速率大　AD ②pc(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)　ΔH1 ⅱ.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　　ΔH2 ⅲ.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—H C===O CO H—O E/(kJmol－1) 436 803 1 076 465 由此計算ΔH2＝______kJmol－1。已知ΔH3＝＋99 kJmol－1，則ΔH1＝______kJmol－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。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470 K時，圖中P點________(填“是”或“不是”)處于平衡狀態(tài)。在490 K之前，甲醇產(chǎn)率隨著溫度升高而增大的原因是_______________________________； 490 K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。 ①490 K時，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,CH3OH Ⅱ.COCO23H2,CH3OH＋H2O ②490 K時，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＝(2803＋436)kJmol－1－(1 076＋2465)kJmol－1＝＋36 kJmol－1；根據(jù)蓋斯定律由ⅱ－ⅲ＝ⅰ，故ΔH1＝ΔH2－ΔH3＝＋36 kJmol－1－(＋99 kJmol－1)＝－63 kJmol－1。 (2)①溫度為470 K時，圖中P點不是處于平衡狀態(tài)。在490 K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；490 K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、催化劑活性降低；②A項，增大壓強(qiáng)，反應(yīng)ⅰ平衡正向移動，正確；B項，由題圖可知，溫度高于490 K甲醇產(chǎn)率降低，錯誤；C項，選擇合適催化劑，選擇生成甲醇，提高甲醇產(chǎn)率，正確；D項，加入大量催化劑，不能影響平衡，錯誤。(3)①490 K時，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490 K時，根據(jù)曲線a、c判斷合成甲醇的反應(yīng)機(jī)理是Ⅱ；②490 K時，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：對于反應(yīng)ⅱCO是生成物，CO促進(jìn)反應(yīng)ⅱ逆向移動，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　－63 (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、催化劑活性降低?、贏C (3)①Ⅱ?、贑O促進(jìn)反應(yīng)ⅱ逆向移動，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