第41講化學反應速率和平衡圖像(說明:選擇題每小題3分)層次1基礎性1.對于反應2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)ΔH<0已達到平衡,如果其他條件不變時,分別改變下列條件,對化學反應速率和化學平衡產生影響,下列條件與圖像不相符的是[O~t1:v(正)=v(逆);t1時改變條件,t2時重新建立平衡]()2.在其他條件不變時,只改變某一條件,化學反應aA(g)+B(g)cC(g)的平衡的變化圖像如下(圖中p表示壓強,T表示溫度,n表示物質的量,α表示平衡轉化率),據此分析下列說法正確的是()A.在反應Ⅰ圖像中,說明正反應為吸熱反應B.在反應Ⅰ圖像中,若p1>p2,則此反應的ΔS>0C.在反應Ⅱ圖像中,說明該正反應為吸熱反應D.在反應Ⅲ圖像中,若T1>T2,則該反應能自發進行3.某化學研究小組的同學探究外界條件對化學反應mA(g)+nB(g)pC(g)的反應速率和平衡的影響圖像如圖,下列判斷正確的是()A.由圖1可知,T1<T2,該反應正反應為吸熱反應B.由圖2可知,該反應m+n>pC.圖3中,表示反應速率v(正)>v(逆)的是點1D.圖4中,若m+n=p,則a曲線一定使用了催化劑4.(2024·河南名校聯盟聯考)化學中常借助曲線圖來表示某種變化過程,下列有關四個曲線圖的說法不正確的是()A.對反應:aA(s)+2B(g)xC(g),根據圖①可以求出x=2B.升高溫度,圖④表示的反應中反應物的轉化率增大C.圖③可表示壓強對可逆反應2A(g)+2B(g)3C(g)+D(g)的影響,乙的壓強大D.圖②可以表示對某化學平衡體系改變溫度后反應速率隨時間的變化5.一定溫度下,在剛性容器中加入等物質的量的H2(g)與NO(g)發生反應:2H2(g)+2NO(g)N2(g)+2H2O(g)ΔH<0,測得H2(g)與H2O(g)的分壓隨時間變化如圖所示。下列說法正確的是()A.當氣體密度不再變化時,反應達到平衡B.體系中氣體總物質的量:n(初始)∶n(平衡)=5∶4C.升高溫度,反應速率:v(正)減小,v(逆)增大D.該反應的活化能:E(正)>E(逆)6.利用CO2和H2合成乙烯:2CO2(g)+6H2(g)CH2CH2(g)+4H2O(g)ΔH,在恒容密閉容器中,起始壓強相同,反應溫度、投料比[n(H2)n(CO2下列推斷正確的是()A.a<3 B.ΔH>0C.vM(正)>vN(逆) D.K(M)>K(N)7.合成氣是一種重要的化工原料氣,主要組分為CO和H2。用甲烷、二氧化碳自熱重整可制備合成氣,反應原理如下:反應Ⅰ:CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g)ΔH1=-820.6kJ·mol-1反應Ⅱ:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)ΔH2=+247.1kJ·mol-1反應Ⅲ:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)ΔH3=+205.9kJ·mol-1反應Ⅳ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH4不同溫度下,向容積為VL的含少量O2的恒壓容器按照n(CO2)∶n(CH4)=1∶1投料,實驗測得不同壓強下平衡時n(H2)A.ΔH4=-41.2kJ·mol-1B.某溫度下,反應Ⅱ的平衡常數隨壓強增大而減小C.由圖可知,p1>p2>p3D.壓強為p2時,T>Tm后,升高溫度對反應Ⅳ的促進作用更大8.在一恒容的密閉容器中裝有0.1mol·L-1CO2、0.1mol·L-1CH4,在一定條件下發生反應:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g),測得CH4的平衡轉化率與溫度、壓強的關系如圖,下列有關說法不正確的是()A.正反應的ΔH<0B.壓強:p4>p3>p2>p1C.1100℃時該反應的平衡常數約為1.64D.壓強為p4時,在y點:v(正)>v(逆)9.(12分)(2024·四川雅安模擬)甲醇是一種重要的化工原料,又是一種可再生能源,具有廣闊的開發利用前景。工業上通過CO2制甲醇的主要反應如下:ⅰ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1=-49.4kJ·mol-1ⅱ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH2=+41.2kJ·mol-1(1)研究發現,在單原子Cu/ZrO2催化時,反應ⅰ的歷程如下:第一步CO2+H2HCOO*+H*(慢)第二步HCOO*+2H2CH3O*+H2O(快)第三步CH3O*+H*CH3OH(快)下列說法正確的是(填字母,下同)。

A.任何溫度下,反應ⅰ均可自發進行B.升高溫度時,三步反應速率均加快C.用不同催化劑催化反應可以改變反應歷程,提高平衡轉化率D.反應歷程中,第一步反應的活化能最高,是反應的決速步(2)絕熱條件下,將H2、CO2以體積比2∶1充入恒容密閉容器中,若只發生反應ⅱ,下列不可以作為反應ⅱ達到平衡的判據是。

A.c(CO2)與c(CO)比值不變B.容器內氣體密度不變C.容器內氣體壓強不變D.c((3)將H2、CO2以體積比3∶1充入恒容密閉容器中,在催化劑存在下發生反應ⅰ和反應ⅱ。CO2的平衡轉化率及CH3OH的選擇性(生成目標產物所消耗的反應物的物質的量與參與反應的反應物的物質的量之比)隨溫度變化曲線如圖所示:CO2加氫制甲醇,(填“高”或“低”,下同)溫有利于提高反應速率,溫壓有利于提高平衡時CH3OH的產率。結合上圖說明實際選用約312℃作為反應溫度的原因:。

(4)溫度為T℃時,在一個剛性容器中模擬工業上合成CH3OH,往容器中通入1molCO2、3molH2進行反應ⅰ和反應ⅱ,反應過程中容器內的壓強隨著時間的變化如下表所示。時間/min01020304050壓強/MPa12010595908888計算反應開始至40min時,CH3OH的平均反應速率是MPa·min-1,平衡時n(CH3OH)是n(CO)的4倍,則H2的平衡分壓是MPa(分壓=總壓×氣體物質的量分數);CO2的平衡轉化率是(最后結果保留兩位小數)。

層次2綜合性10.(2024·河北卷)在水溶液中,CN-可與多種金屬離子形成配離子。X、Y、Z三種金屬離子分別與CN-形成配離子達平衡時,lgc(金屬離子)c(配離子)下列說法正確的是()A.99%的X、Y轉化為配離子時,兩溶液中CN-的平衡濃度:X>YB.向Q點X、Z的混合液中加少量可溶性Y鹽,達平衡時cC.由Y和Z分別制備等物質的量的配離子時,消耗CN-的物質的量:Y<ZD.若相關離子的濃度關系如P點所示,Y配離子的解離速率小于生成速率11.(2023·重慶卷)逆水煤氣變換體系中存在以下兩個反應:反應Ⅰ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)反應Ⅱ:CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)在恒容條件下,按V(CO2)∶V(H2)=1∶1投料比進行反應,平衡時含碳物質體積分數隨溫度的變化如圖所示。下列說法正確的是()A.反應Ⅰ的ΔH<0,反應Ⅱ的ΔH>0B.M點反應Ⅰ的平衡常數K<1C.N點H2O的壓強是CH4的3倍D.若按V(CO2)∶V(H2)=1∶2投料,則曲線之間交點位置不變層次3創新性12.(6分)(2024·新課標卷節選)Ni(CO)4(四羰合鎳,沸點43℃)可用于制備高純鎳,也是有機化合物羰基化反應的催化劑。回答下列問題:(1)在總壓分別為0.10、0.50、1.0、2.0MPa下,Ni(s)和CO(g)反應達平衡時,Ni(CO)4的體積分數x與溫度的關系如圖所示。反應Ni(s)+4CO(g)Ni(CO)4(g)的ΔH(填“大于”或“小于”)0。從熱力學角度考慮,有利于Ni(CO)4的生成(寫出兩點)。p3、100℃時CO的平衡轉化率α=,該溫度下平衡常數Kp=(MPa)-3。

(2)對于同位素交換反應Ni(C16O)4+C18ONi(C16O)3C18O+C16O,20℃時反應物濃度隨時間的變化關系為ct[Ni(C16O)4]=c0[Ni(C16O)4]e-kt(k為反應速率常數),則Ni(C16O)13.(10分)(2025·八省聯考內蒙古卷)在傳統克勞斯工藝制備S2的基礎上,科研工作者提出分解H2S制備S2同時獲取H2的新方法,反應如下:反應1:2H2S(g)+O2(g)2H2O(g)+S2(g)ΔH1反應2:2H2S(g)2H2(g)+S2(g)ΔH2(1)傳統克勞斯工藝反應如下,則ΔH1=。

2H2S(g)+3O2(g)2SO2(g)+2H2O(g)ΔH3=-1036kJ·mol-14H2S(g)+2SO2(g)3S2(g)+4H2O(g)ΔH4=+94kJ·mol-1(2)按照新方法,向1L恒容容器中通入0.01mol混合氣體[n(Ar)∶n(H2S)∶n(O2)=88∶10∶2]。H2S的轉化率(α)與溫度關系曲線如圖1所示,三條曲線分別代表平衡轉化率及相同反應時間內有、無催化劑的轉化率。圖1①代表平衡轉化率的曲線是(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)。

②ΔH2(填“<”“=”或“>”)0;新方法加入部分O2,而未采用H2S直接分解法的原因是。

③P點n(H2)=1×10-4mol,此時n(S2)=mol,反應2的平衡常數K=。

(3)1000℃時,恒容容器中發生反應2,H2S和H2的體積分數(φ)隨時間變化曲線如圖2所示。下列說法正確的是。

圖2A.反應2在M點達到化學平衡狀態B.40ms時,通入Ar,α(H2S)不變C.H2S的反應速率:v(M)>v(N)D.50ms時,降低溫度,H2的產率增加(4)NiO可催化分解H2S。形成立方NiO時,Ni2+的3d軌道分裂為兩組。請參照基態原子核外電子排布規律將Ni2+的價電子填充至圖3中,完成軌道表示式。圖3

第41講化學反應速率和平衡圖像1.C解析:分析時要注意改變條件瞬間v(正)、v(逆)的變化。增大O2的濃度,v(正)瞬間增大,v(逆)瞬間不變,A不符合題意;增大壓強,v(正)、v(逆)都瞬間增大,v(正)增大的倍數大于v(逆),B不符合題意;升高溫度,v(正)、v(逆)都瞬間增大,速率曲線是不連續的,C符合題意;加入催化劑,v(正)、v(逆)同時同倍數增大,D不符合題意。2.D解析:A項,在反應Ⅰ圖像中任取一曲線,圖中隨著溫度的升高反應物的平衡轉化率減小,升高溫度平衡向逆反應方向移動,則正反應為放熱反應,錯誤;B項,在反應Ⅰ圖像的橫坐標上任取一點,作橫坐標的垂直線與兩曲線相交,若p1>p2,增大壓強反應物的平衡轉化率增大,增大壓強平衡向正反應方向移動,則a+1>c,ΔS<0,錯誤;C項,反應Ⅱ圖像中T1先出現拐點,T1反應速率快,T1>T2,T1平衡時n(C)小于T2平衡時n(C),升高溫度平衡向逆反應方向移動,正反應為放熱反應,錯誤;D項,反應Ⅲ圖像中增大壓強平衡不移動,則a+1=c,若T1>T2,升高溫度A的轉化率減小,升高溫度平衡向逆反應方向移動,則ΔH<0,該反應能自發進行,正確。3.B解析:在圖3的曲線上,當溫度一定時,B的轉化率也一定,曲線上任意一點都表示達到平衡狀態,則2、4處于平衡狀態,v(正)=v(逆),點1在曲線上方,未達到平衡狀態,要想達到同溫度下的平衡狀態,B的轉化率要減小,平衡逆向移動,故v(正)<v(逆),速率v(正)>v(逆)的是點3,C錯誤。4.D解析:由圖①可知,2min內消耗0.2molB的同時生成0.2molC,兩者反應速率相等,則有x=2,A正確;升高溫度,正反應速率大于逆反應速率,則平衡向正反應方向移動,反應物的轉化率增大,B正確;C項中反應是反應前后氣體體積不變的反應,壓強對該反應的平衡狀態沒影響,增大壓強,平衡不移動,反應速率增大,達到平衡需要的時間縮短,C正確;升高溫度,正、逆反應速率都增大,降低溫度,正、逆反應速率均減小,不會出現圖示的結果,D錯誤。5.B解析:反應過程中氣體總質量不變,容器容積不變,則氣體的密度保持不變,不能判斷反應是否達到平衡,A錯誤;根據圖像列出“三段式”:2H2(g)+2NO(g)N2(g)+2H2O(g)總壓強起始/Pa 2.5p0 2.5p0 0 0 5p0變化/Pa 2p0 2p0 p0 2p0平衡/Pa 0.5p0 0.5p0 p0 2p0 4p0則體系中氣體總物質的量:n(初始)∶n(平衡)=p(初始)∶p(平衡)=5p0∶4p0=5∶4,B正確;升高溫度,正、逆反應速率都增大,C錯誤;正反應為放熱反應,則正反應活化能小于逆反應活化能,D錯誤。6.D解析:投料比越大時,CO2的平衡轉化率越大,故a>3,A錯誤;由圖示可知,投料比相同時,升高溫度,CO2的平衡轉化率降低,平衡逆向移動,故正反應為放熱反應,ΔH<0,B錯誤;溫度升高,化學反應速率加快,因T(M)<T(N),故vM(正)<vN(逆),C錯誤;正反應是放熱反應,溫度升高,平衡逆向移動,平衡常數減小,M、N兩點的化學平衡常數:K(M)>K(N),D正確。7.D解析:反應Ⅳ可由反應Ⅱ-反應Ⅲ得到,則ΔH4=ΔH2-ΔH3=+41.2kJ·mol-1,A錯誤;溫度一定的情況下,化學平衡常數保持不變,B錯誤;反應Ⅱ、Ⅲ的正反應均為氣體體積增大的反應,減小壓強平衡正向移動,n(H2)增加的程度大于n(CO),則壓強越小,n(H2)n(CO)越大,故p1<p2<p3,C錯誤;根據分析可知,壓強為p2時,T>Tm后,升高溫度8.A解析:p1、p2、p3、p4是四條等壓線,由圖像可知,壓強一定時,溫度越高,CH4的平衡轉化率越高,故正反應為吸熱反應,ΔH>0,A項錯誤;正反應為氣體分子數增加的反應,壓強越大,甲烷的平衡轉化率越小,故壓強p4>p3>p2>p1,B項正確;壓強為p4、溫度為1100℃時,甲烷的平衡轉化率為80.00%,故平衡時各物質的濃度分別為c(CH4)=0.02mol·L-1,c(CO2)=0.02mol·L-1,c(CO)=0.16mol·L-1,c(H2)=0.16mol·L-1,則平衡常數K=0.162×0.1620.02×0.02≈1.64,C項正確;壓強為9.答案(1)BD(2)B(3)高低高溫度低,反應速率太慢,且CO2轉化率低;溫度太高,甲醇的選擇性低(4)0.43866.67%解析:(1)反應ⅰ,ΔS<0,ΔH<0,低溫條件下可自發進行,A錯誤;升高溫度時,所有反應的反應速率均加快,B正確;催化劑能加快反應速率,但不影響平衡移動,不能提高平衡轉化率,C錯誤;第一步反應為慢反應,而活化能越高,反應速率越慢,則第一步反應的活化能最高,慢反應為總反應的決速步,D正確。(2)A項,反應過程中c(CO2)減小,c(CO)濃度增大,則c(CO2)與c(CO)比值不變,能判斷反應達到平衡狀態;B項,容器容積不變,混合氣體的總質量不變,則氣體的密度始終不變,故容器內氣體密度不變,不能判斷反應達到平衡狀態;C項,反應前后氣體物質的量不變,但是容器絕熱,溫度降低,壓強減小,故容器內氣體壓強不變,能判斷反應達到平衡狀態;D項,容器絕熱,溫度降低,平衡逆向移動,平衡常數減小,故c(CO)·c(H(3)CO2加氫制甲醇,升溫反應速率加快,故高溫有利于提高反應速率,反應ⅰ為放熱反應,降溫平衡正向移動,故低溫有利于提高平衡時CH3OH的產率。實際選用300~320℃反應溫度的原因:溫度低,反應速率太慢,且CO2的轉化率低,溫度高,甲醇選擇性低。(4)反應ⅰ為氣體分子數減小的反應,導致總壓強減小;反應ⅱ為氣體分子數不變的反應,不會導致壓強的變化;故反應開始到40min時,減小的壓強120MPa-88MPa=32MPa為反應ⅰ進行導致;根據方程式:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)變化物質的量/mol 1 3 1 11+3-1-1=2壓強 16MPa 32MPa則CH3OH的平均反應速率是16MPa40min=0.4MPa·向容器中通入1molCO2、3molH2進行反應ⅰ和反應ⅱ,初始壓強為120MPa,則初始CO2、H2的分壓分別為30MPa、90MPa;由題意可知,反應開始至40min時,反應達到平衡,由“三段式”可知:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)開始/MPa 30 90 0 0變化/MPa x 3x x xCO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)開始/MPa 0 0變化/MPa y y y y平衡時CO2、H2、CH3OH、H2O、CO的分壓分別為(30-x-y)MPa、(90-3x-y)MPa、xMPa、(x+y)MPa、yMPa,平衡時總壓強為88MPa,則(30-x-y)+(90-3x-y)+x+(x+y)+y=88,得120-2x=88;平衡時n(CH3OH)是n(CO)的4倍,根據氣體壓強之比等于物質的量之比,則x=4y,聯立解得:y=4,x=16;故H2的平衡分壓是90MPa-3×16MPa-4MPa=38MPa;CO2的平衡轉化率=(16+4)MPa30MPa×10.B解析:99%的X、Y轉化為配離子時,溶液中c(X)c(X配離子)=c(Y)c(Y配離子)=1%99%,則lgc(X)c(X配離子)=lgc(Y)c(Y配離子)≈-2,根據圖像可知,縱坐標約為-2時,溶液中-lgcX(CN-)>-lgcY(CN-),則溶液中CN-的平衡濃度:X<Y,A錯誤;Q點時lgc(X)c(X配離子)=lgc(Z)c(Z配離子),即c(X)c(X配離子)=c(Z)c(Z配離子),加入少量可溶性Y鹽后,會消耗CN-形成Y配離子,使得溶液中c(CN-)減小(沿橫坐標軸向右移動),lgc(X)c(X配離子)與lgc(Z)c(Z配離子)曲線在Q點相交后,隨著-lgc(CN-)繼續增大,X對應曲線位于Z對應曲線上方,即lgc(X)c(X配離子)>lgc(Z)c(Z配離子),則c(X)c(X配離子)>c(Z)c(Z11.C解析:隨著溫度升高,平衡時甲烷含量減小、一氧化碳含量增大,則說明隨著溫度升高,反應Ⅱ平衡逆向移動、反應Ⅰ平衡正向移動,則反應Ⅱ的ΔH<0,反應Ⅰ的ΔH>0,A錯誤;M點平衡體系中沒有甲烷產物,且二氧化碳、一氧化碳體積分數相等,投料V(CO2)∶V(H2)=1∶1,則此時反應Ⅰ平衡時二氧化碳、氫氣、一氧化碳、水的物質的量相等,反應Ⅰ的平衡常數K=c(H2O)·c(CO)c(CO2)·c(H2)=1,B錯誤;N點一氧化碳、甲烷的物質的量相等,結合反應的化學方程式可知,生成H2O的總的物質的量為甲烷的3倍,結合阿伏加德羅定律可知,H2O的壓強是CH4的3倍,C正確;反應Ⅰ正向為氣體分子數不變的反應、反應Ⅱ正向為氣體分子數減小的反應12.答案(1)小于降低溫度、增大壓強97.3%9000(2)ln2解析:(1)隨著溫度升高,平衡時Ni(CO)4的體積分數減小,說明溫度升高平衡逆向移動,因此正反應的ΔH小于0;該反應的正反應是氣體總分子數減小的放熱反應,因此降低溫度和增大壓強均有利于Ni(CO)4的生成;由上述分析知,溫度相同時,增大壓強平衡正向移動,對應的平衡體系中Ni(CO)4的體積分數增大,則壓強:p4>p3>p2>p1,即p3對應的壓強是1.0MPa。由題圖可知,p3、100℃條件下達到平衡時,CO和Ni(CO)4的物質的量分數分別為0.1、0.9,設初始投入的CO為4mol,反應生成的Ni(CO)4為xmol,可得“三段式”:Ni(s)+4CO(g)Ni(CO)4(g)起始/mol 4 0轉化/mol 4x x平衡/mol 4-4x x反應后氣體總物質的量為(4-3x)mol,根據阿伏加德羅定律,其他條件相同時,氣體的體積分數即為其物質的量分數,因此有x4-3x=0.9,解得x=3637,因此達到平衡時CO轉化的物質的量為4×3637mol,CO的平衡轉化率為4×3637mol4mol×100%≈97.3%;氣體的分壓=總壓強×該氣體的物質的量分數(2)由題給關系式可得e-kt=ct[Ni(C16O)4]c0[Ni(C16O)4],當13.答案(1)-314kJ·mol-1(2)①Ⅰ②>使H2與O2反應生成水,減小H2的濃度,使