2019版 专题突破训练4 化学平衡图像的分类突破
专题突破训练(四)
化学平衡图像的分类突破
(对应学生用书第305页)
1．已知反应：2SO
2
(g)＋O2(g)2SO3(g)ΔH<0。某温度下，将2 mol SO2和
1 mol O2置于10 L密闭容器中，反应达平衡后，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()
甲乙丙
A．由图甲推断，B点SO2的平衡浓度为0.3 mol·L－1
B．由图甲推断，A点对应温度下的平衡常数为80
C．达平衡后，缩小容器容积，则反应速率变化图像可以用图乙表示
D．压强为0.50 MPa时不同温度下SO2转化率与温度关系如图丙，则T2>T1 C[根据题意和化学图像可知，B点SO2的平衡浓度为0.03 mol·L－1，A项错误；根据题意和化学图像可知，A点SO2的平衡浓度为0.04 mol·L－1，O2的平衡浓度为0.02 mol·L－1，SO3的平衡浓度为0.16 mol·L－1，A点对应温度
下的平衡常数K＝c2(SO3)
c2(SO2)·c(O2)＝
0.162
0.042×0.02
＝800，B项错误；达到平衡后，
缩小容器体积，体系压强增大，化学反应速率加快，平衡正向移动，C项正确；温度越高，反应速率越快，达到平衡所需时间越短，所以T1>T2，D项错误。]
2．下面是某化学研究小组探究外界条件对化学反应速率和化学平衡影响的图像，其中图像和实验结论表达均正确的是() 【导学号：97500141】
A．①是其他条件一定时，反应速率随温度变化的图像，正反应ΔH<0
B．②是在平衡体系的溶液中溶入少量KCl晶体后化学反应速率随时间变化的图像
C．③是在有无催化剂存在下建立的平衡过程图像，a是使用催化剂时的曲线
D．④是一定条件下，向含有一定量A的容器中逐渐加入B时的图像，压强p1>p2
C[根据图像①，升高温度，平衡正向移动，正反应ΔH>0，A错；②反应实质是Fe3＋＋3SCN－Fe(SCN)3，K＋和Cl－不参加化学反应，KCl浓度增大不影响化学平衡，B错；③使用催化剂，反应速率加快，先达到平衡，C 正确；④此反应为反应前后气体物质的量不变的化学反应，改变压强不影响平衡状态，即不影响A的转化率，且由于不断加入B，A的转化率增大，D 错。]
3．(2018·东营一中模拟)用CO合成甲醇(CH3OH)的化学方程式为CO(g)＋2H2(g) CH 3OH(g)ΔH<0，按照相同的物质的量投料，测得CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图所示。下列说法正确的是()
A．温度：T1>T2>T3
B．正反应速率：v(b)>v(d)，v(a)>v(c)
C．平衡常数：K(a)>K(c)，K(b)＝K(d)
D．平均摩尔质量：M(b)>M(d)，M(a) C[正反应放热，温度越高，CO的平衡转化率越低，T1最小，反应速率最慢，A、B项错误；CO的转化率越大，正向进行程度越大，气体的物质的量越少，平均摩尔质量越大，M(a)>M(c)，D项错误。] 4．(2018·湖州三校联考)根据下列有关图像，说法正确的是() A．由图甲知，反应在T1、T3处达到平衡，且该反应的ΔH<0 B．由图乙知，反应在t6时，NH3体积分数最大 C．由图乙知，t3时采取降低反应温度的措施 D．图丙在10 L密闭容器、850 ℃，反应到4 min时，放出51.6 kJ的热量D[由图甲可知，T2时处于化学平衡状态，升高温度，Z%减少，X%增多，所以ΔH<0，A错误；由图乙可知，反应自t3时开始一直在向逆反应方向移动，所以t6时NH3的体积分数最小，B错误；由图乙可知，t3时如果降低温度，平衡向正反应方向移动，则v正>v逆，C错误；由图丙可知，反应进行到 4 min时，则消耗的反应物的物质的量为0.12 mol·L－1×10 L＝1.2 mol，所以 放出的热量为51.6 kJ，D正确。] OH(g)HCHO(g)＋H2(g)ΔH＝Q，甲醇的平 5．甲醇脱氢可制取甲醛：CH 衡转化率随温度变化曲线如图所示。下列有关说法正确的是() A．Q<0 B．600 K时，Y点甲醇的v(正) C．从Y点到Z点可通过增大压强实现 D．从Y点到X点可通过使用催化剂实现 B[由图可知，温度越高甲醇的平衡转化率越高，说明升高温度化学平衡正向移动，反应为吸热反应，ΔH>0，A错误；600 K时，Y点甲醇转化率大于X点甲醇平衡转化率，说明反应逆向进行，即v(正) 6．某化学科研小组研究在其他条件不变时，改变某一条件对化学平衡的影响，得到如下变化规律(图中p表示压强，T表示温度，n表示物质的量)。 根据以上规律判断，下列结论正确的是() A．反应Ⅰ：ΔH>0，p2>p1 B．反应Ⅱ：ΔH<0，T1 C．反应Ⅲ：ΔH>0，T2>T1或ΔH<0，T2 D．反应Ⅳ：ΔH<0，T2>T1 C[反应Ⅰ中温度降低，A的平衡转化率升高，说明平衡向正反应方向移动，故正反应是放热反应，ΔH<0，压强增大平衡向正反应方向移动，A的转化率升高，故p2>p1，A错误；反应Ⅱ中T1温度下反应先达到平衡，说明T1>T2，温度降低，n(C)增大，说明平衡向正反应方向移动，故正反应是放热反应，ΔH<0，B错误；反应Ⅳ中，若T2>T1，则温度升高，A的平衡转化率增大，说明平衡向正反应方向移动，正反应是吸热反应，ΔH>0，D错误。] 7. (2018·安徽十校联考)一定温度下，将1 mol A和1 mol B气体充入2 L恒容密 时达到平衡。在t2、t3时 闭容器，发生反应A(g)＋B(g)x C(g)＋D(s)，t 刻分别改变反应的一个条件，测得容器中气体C的浓度随时间变化如图所示。 下列说法中正确的是() 【导学号：97500142】 A．反应方程式中的x＝1 B．t2时刻改变的条件是使用催化剂 C．t3时刻改变的条件是移去少量物质D D．t1～t3间该反应的平衡常数均为4 D[t2时刻时C的浓度瞬间增大，且平衡不发生移动，排除法：温度、催化剂均不可，只改变C的浓度也不符合，只能采取相当于加压的措施或体积不变的情况下同时加入一定比例的A、B、C，所以此反应为等体积反应，x＝2， A 、 B 项错误； C 项， D 为固体，错误；D 项，t 1时刻达到平衡时，依据三段式进行计算： A(g)＋B(g)2C(g)＋D(s) 始态/(mol·L －1) 0.5 0.5 0 0 反应的量/(mol·L －1) 0.25 0.25 0.5 0.25 平衡/(mol·L －1) 0.25 0.25 0.5 0.25 K ＝4，t 1～t 3间温度相同，正确。] 8. (1)2SO 2(g)＋O 2(g)2SO 3(g) ΔH ＝－198 kJ·mol －1是制备硫酸的重要反应。在容积为V L 的密闭容器中起始充入2 mol SO 2和1 mol O 2，反应在不同条件下进行，反应体系总压强随时间的变化如图所示。与曲线a 相比，曲线b 改变的条件是________，判断的依据________________________________ _______________________________________________________________。 (2)一定条件下一氧化碳和氢气可合成清洁能源甲醇，其化学方程式为CO(g)＋2H 2(g)一定条件CH 3OH(g) ΔH ＝Q 。 该可逆反应的平衡常数表达式为________，分析下图可知，A 、B 、C 三点平衡常数K A 、K B 、K C 的大小关系是________，压强：p 1________p 2(填“>”“<”或“＝”)，在T 1和p 2条件下，由D 点到B 点过程中正、逆反应速率之间的关系：v 正________v 逆(填“>”“<”或“＝”)。 【解析】(1)与曲线a相比，曲线b首先达到平衡，则反应速率快，而且平衡时的压强比曲线a大，应该是升高温度。 (2)由可逆反应CO(g)＋2H2(g)一定条件 CH3OH(g)ΔH＝Q，推知 平衡常数表达式：K＝ c(CH3OH) c(CO)·c2(H2) ；从图像分析可知，A、B两点同温度，B、 C两点同压强，且T1 【答案】(1)升高温度曲线b表示的是到达平衡的时间少，反应快且压强也大，或起始时，曲线b表示的压强大 (2)K＝ c(CH3OH) c(CO)·c2(H2) K A＝K B>K C<> 9．(2018·佛山质检)在恒容密闭容器中通入CH4与CO2，使其物质的量浓度均为 1.0 mol·L－1，在一定条件下发生反应：CO 2(g)＋CH4(g)2CO(g)＋ 2H2(g)，测得CH4的平衡转化率与温度及压强的关系如图所示： 则： (1)该反应的ΔH________0(填“<”“＝”或“>”)。 (2)压强p1、p2、p3、p4由大到小的顺序为___________________________。 压强为p4时，在b点：v(正)________v(逆)(填“<”“＝”或“>”)。 (3)对于气相反应，用某组分(B)的平衡压强p(B)代替物质的量浓度c(B)也可表示平衡常数(记作K p)，则该反应的平衡常数的表达式K p＝________；如果p4＝0.36 MPa，求a点的平衡常数K p＝________ (保留3位有效数字，用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。 (4)为探究速率与浓度的关系，该实验中，根据相关实验数据，粗略绘制出了2条速率—浓度关系曲线：v正～c(CH4)和v逆～c(CO)。 则：①与曲线v 正 ～c(CH4)相对应的是上图中曲线______(填“甲”或“乙”)。 ②当降低到某一温度时，反应重新达到平衡，相应的平衡点分别为________(填字母)。 【解析】(1)根据图示，压强不变时，升高温度，CH4的平衡转化率增大，说明平衡向正反应方向移动。根据升温时，平衡向吸热反应方向移动，可知正反应为吸热反应，ΔH>0。(2)该平衡的正反应为气体分子数增大的反应，温度不变时，降低压强，平衡向正反应方向移动，CH4的平衡转化率增大，故p4>p3>p2>p1。压强为p4时，b点未达到平衡，反应正向进行，故v(正)>v(逆)。 (3)由用平衡浓度表示的平衡常数类推可知，用平衡压强表示的平衡常数K p ＝p2(CO)·p2(H2) p(CO2)·p(CH4) 。p4时a点CH4的平衡转化率为80%，则平衡时c(CH4)＝c(CO2) ＝0.2 mol·L－1，c(CO)＝c(H2)＝1.6 mol·L－1，则p(CH4)＝p(CO2)＝ p4×0.2 0.2×2＋1.6×2＝ 1 18p4，p(CO)＝p(H2)＝p4× 1.6 0.2×2＋1.6×2 ＝ 8 18p4，故K p ＝? ? ? ? ? 8 18p4 2× ? ? ? ? ? 8 18p4 2 1 18p4× 1 18p4 ＝ 84×p24 182≈1.64。(4)①CH4的浓度由1.0 mol·L－ 1逐渐减小， 而CO的浓度由0逐渐增加，故v正～c(CH4)相对应的曲线为乙。②降低温度，正、逆反应速率均减小，平衡向逆反应方向移动，则CH4的浓度增大，而CO 的浓度减小，故相应的平衡点分别为B、F。 【答案】(1)> (2)p4>p3>p2>p1> (3)p2(CO)·p2(H2) p(CO2)·p(CH4) 1.64 (4)①乙②B、F 10．(2018·陕西九校模拟)在两个容积均为1 L的密闭容器中以不同的氢碳比[n(H2)/n(CO2)]充入H2和CO2，在一定条件下发生反应：2CO2(g)＋6H2(g) C 2H4(g)＋4H2O(g)ΔH。CO2的平衡转化率α(CO2)与温度的关系如下图 所示。 (1)此反应的平衡常数表示式K＝________，P点对应温度下，K的值为 ________。 (2)该反应的ΔH________0(填“>”“<”或“＝”)，判断的理由是_________。 (3)氢碳比：X________2.0(填“>”“<”或“＝”)。 (4)在氢碳比为2.0时，Q点v(逆)________ P点的v(逆)(填“>”“<”或“＝”)。 【解析】(1)由图可知，P点平衡时二氧化碳的转化率为0.50，n(H2) n(CO2) ＝2.0，设起始时氢气的浓度为2 mol·L－1、二氧化碳的浓度为1 mol·L－1，则二氧化 碳的浓度变化量为0.5 mol·L －1，则： 2CO 2(g)＋6H 2(g) C 2H 4(g)＋4H 2O(g) 起始浓度/(mol·L －1)： 1 2 0 0 变化浓度/(mol·L －1): 0.5 1.5 0.25 1 平衡浓度/(mol·L －1): 0.5 0.5 0.25 1 平衡常数K ＝c (C 2H 4)·c 4(H 2O )c 2(CO 2)·c 6(H 2)＝0.25×140.52×0.56 ＝64。(2)由题图可知，氢碳比不变时，温度升高CO 2的平衡转化率减小，说明升高温度平衡逆向移动，故逆反 应是吸热反应，则正反应为放热反应，ΔH <0。(3)氢碳比[n (H 2)n (CO 2) ]越大，二氧化碳的转化率越大，故X >2.0。(4)相同温度下，Q 点二氧化碳的转化率小于平衡时的转化率，说明Q 点未到达平衡，反应向正反应方向进行，逆反应速率增大，到P 点平衡状态时不变，故在氢碳比为2.0时，Q 点v (逆)小于P 点的v (逆)。 【答案】 (1)c (C 2H 4)·c 4(H 2O )c 2(CO 2)·c 6(H 2) 64 (2)< 温度升高CO 2的平衡转化率减小，平衡逆向移动，故逆反应是吸热反应，正反应为放热反应 (3)> (4)< 11．(2018·大连模拟)甲醇是一种重要的试剂，氢气和二氧化碳在一定条件下可合成甲醇：3H 2(g)＋CO 2(g)CH 3OH(g)＋H 2O(g)，在某密闭容器中充入3 mol 氢气和1 mol 二氧化碳，测得混合气体中甲醇的体积分数与温度的关系如图A 所示： 图A 图B 试回答下列问题：【导学号：97500143】 (1)该反应是________(填“放热”或“吸热”)反应。该反应平衡常数的表达式为________，为了降低合成甲醇的成本可以采用的措施是____________________(任意写出一条合理的建议)。 (2)解释O～T0内，甲醇的体积分数变化趋势：_________________________ _______________________________________________________________。 (3)氢气在Q点的转化率________(填“大于”“小于”或“等于”，下同)氢气在W点的转化率；其他条件相同，甲醇在Q点的正反应速率________甲醇在M点的正反应速率。 (4)图B表示氢气转化率α(H2)与投料比[ V(H2) V(CO2) ]的关系，请在图B中画出两 条变化曲线并标出曲线对应的条件，两条曲线对应的条件分别为：一条曲线对应的压强是1.01×105 Pa；另一条曲线对应的压强是3.03×105 Pa。(其他条件相同) 【解析】(1)W点表示在T0时反应达到平衡状态，达到平衡之后，升高温度，甲醇的体积分数减小，说明平衡向逆反应方向移动，则正反应是放热反 应。该反应平衡常数的表达式K＝c(CH3OH)·c(H2O) c3(H2)·c(CO2) ，为了降低合成甲醇的成 本可以采用的措施是：增加CO2的充入量。(2)温度低于T0时，反应未达到平衡，反应正向进行，使甲醇的体积分数逐渐增大。(3)Q点时反应未达到平衡状态，反应正向进行，甲醇的体积分数增大，氢气的转化率增大，所以Q点氢气的转化率小于W点的。Q点和M点对应体系中各物质的浓度相同，M 点对应的温度较高，反应速率较大。(4)其他条件不变，随着氢气与二氧化碳体积比增大，氢气的转化率减小；该反应的正反应是气体分子数减小的反应，增大压强，氢气转化率增大。 【答案】(1)放热K＝c(CH3OH)·c(H2O) c3(H2)·c(CO2) 增加CO2的充入量(任意写出一