2022版高考化学一轮复习-专题集训4-化学平衡图像的分类突破鲁科版.doc

2022版高考化学一轮复习 专题集训4 化学平衡图像的分类突破鲁科版

2022版高考化学一轮复习 专题集训4 化学平衡图像的分类突破鲁科版

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- 10 -

专题集训(四)
(建议用时：40分钟)
1．400 ℃时，6 mol CO2和8 mol H2充入2 L密闭容器中，发生反应CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，容器中H2的物质的量随时间的变化如图中实线所示。图中虚线表示仅改变某一反应条件时，H2的物质的量随时间的变化。下列说法正确的是(　　)

A．反应开始至a点，v(H2)＝1 mol·L－1·min－1
B．若曲线Ⅰ对应的条件改变是升温，则该反应ΔH>0
C．曲线Ⅱ对应的条件改变是减小压强
D．400 ℃时，该反应的平衡常数为0.125 L2·mol－2
A　[v(H2)＝＝＝1 mol·L－1·min－1，故A正确；若该反应ΔH>0，升高温度平衡应向正反应方向移动，则平衡时H2的物质的量应小于400 ℃平衡时H2的物质的量，与图像不符，故B项错误；减小压强，反应速率减小，达到平衡时所用的时间较长，相对于题图中实线，曲线Ⅱ对应的反应速率较大，达到平衡时所用的时间较短，与图像不符，故C项错误；400 ℃时，达到平衡时H2的物质的量为2 mol，根据反应CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)可知，平衡时，[CO2]＝＝2 mol·L－1，[H2]＝＝1 mol·L－1，[CH3OH]＝＝1 mol·L－1，[H2O]＝＝1 mol·L－1，则K＝＝＝0.5 L2·mol－2，故D项错误。]
2．工业上以CH4为原料制备H2的原理为CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)。在一定条件下向a、b两个恒温恒容的密闭容器中均通入1.1 mol CH4(g)和1.1 mol H2O(g)，测得两容器中CO的物质的量随时间的变化曲线分别如图中a和b所示。已知容器a的体积为10 L，温度为Ta，下列说法错误的是(　　)

A．容器a中CH4从反应开始到恰好平衡时的平均反应速率为0.025
mol·L－1·min－1
B．a、b两容器的温度不相同
C．在达到平衡前，容器a的压强逐渐减小
D．该反应在Ta下的平衡常数为27 mol2·L－2
C　[观察两容器中CO的物质的量随时间的变化曲线a和b可知，当CO的物质的量保持不变时便达到平衡状态，a容器中反应达到平衡用了4 min，b容器中反应达到平衡用了6.5 min，两个容器中反应快慢不同。用三段式分析a容器中各物质的相关量：
　　　　 CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)
起始量/mol　　1.1　　　1.1　　　0　　　　0
变化量/mol　　1.0　　　1.0　　　1.0　　　3.0
平衡量/mol　　0.1　　　0.1　　　1.0　　　3.0
容器a中CH4从反应开始到恰好平衡时的平均反应速率v(CH4)＝＝0.025 mol·L－1·min－1，A正确；投入相同的反应物，a和b达到平衡状态所用时间a<b，平衡时CO物质的量a>b，所以a、b两容器中反应温度不同，B正确；在恒温恒容条件下，随着反应的进行，反应体系中气体物质的量不断增加，体系的压强逐渐增大，C错误；该反应在Ta温度下的平衡常数K＝＝ mol2·L－2＝27 mol2·L－2，D正确。]

3．将一定量硫化氢气体加入密闭容器中，发生反应2H2S(g)S2(g)＋2H2(g)。该反应的平衡常数的负对数(－lg K)随温度(T)的变化曲线如图所示，下列说法错误的是(　　)
A．c点对应的平衡常数K＝1.0×10－3.638 mol·L－1
B．该反应的ΔH>0
C．a、c点反应速率：va>vc
D．30 ℃时，b点对应状态的v正>v逆
D　[A项，c点－lg K＝3.638，则平衡常数K＝1.0×10－3.638，正确；B项，－lg K越大，则平衡常数K越小，由题图可知，随温度的升高，平衡常数增大，则平衡向正反应方向移动，正反应为吸热反应，故该反应的ΔH>0，正确；C项，a点温度高于c点，va>vc，正确；D项，b点的值大于平衡常数的值，反应向逆反应方向进行，则b点对应的v正<v逆，错误。]
4．煤气化的一种方法是在气化炉中给煤炭加氢，发生的主要反应为C(s)＋2H2(g)CH4(g)。在V L的密闭容器中投入a mol碳(足量)，同时通入2a mol H2，控制条件使其发生上述反应，实验测得碳的平衡转化率随压强及温度的变化关系如图所示。下列说法正确的是 (　　)

A．上述正反应为吸热反应
B．在4 MPa、1 200 K时，图中X点v(H2)正<v(H2)逆
C．在5 MPa、800 K时，该反应的平衡常数为 L·mol－1
D．工业上维持6 MPa、1 000 K而不采用10 MPa、1 000 K，主要是因为前者碳的转化率高
A　[A项，由图观察，温度越高，碳的平衡转化率越大，平衡正向移动，正反应为吸热反应，正确；B项，X点是未平衡时，反应正向进行，正反应速率大于逆反应速率，错误；C项，此时碳转化率为50%，
　　　　　　C(s)＋2H2(g)CH4(g)
起始量/mol a 2a 0
转化量/mol 0.5a a 0.5a
平衡量/mol 0.5a a 0.5a
K＝ L·mol－1＝ L·mol－1，错误；D项，该选择的原因是两者转化率相差不大，但压强增大对设备要求高，能量需求大，错误。]
5．COS的水解反应为COS(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2S(g)　ΔH<0。某温度时，用活性Al2O3作催化剂，在恒容密闭容器中COS(g)的平衡转化率随不同投料比[n(H2O)/n(COS)]的转化关系如图1所示。其他条件相同时，改变反应温度，测得COS的平衡转化率如图2所示：

图1

图2
(1)该反应的最佳条件：投料比[n(H2O)/n(COS)]＝________，温度＝________。
(2)P点对应的平衡常数为______(保留小数点后2位)。
(3)当温度升高到一定值后，发现COS(g)的平衡转化率降低。猜测可能的原因：_________________________________________________________________
_________________________________________________________(任写一种)。
[解析]　(1)根据题图1可知，投料比[n(H2O)/n(COS)]＝10时COS的平衡转化率最大；根据题图2可知，温度为160 ℃时COS的平衡转化率最大。(2)P点对应的n(H2O)/n(COS)＝6，COS的平衡转化率为40%，设容器容积为V L，起始时n(H2O)＝6a mol，n(COS)＝a mol，平衡建立过程中COS和H2O均转化0.4a mol，则平衡时n(H2O)＝5.6a mol，n(COS)＝0.6a mol，n(CO2)＝n(H2S)＝0.4a mol，故平衡常数K＝＝≈0.05。
(3)温度升高到一定值后，COS(g)的平衡转化率降低，可能的原因是催化剂活性降低或平衡向逆反应方向移动。
[答案]　(1)10　160　(2)0.05　(3)催化剂活性降低或平衡向逆反应方向移动
6．T1温度时，在容积为2 L的恒容密闭容器中发生反应2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)，实验测得：v正＝v消耗(NO)＝2v消耗(O2)＝k正c2(NO)·c(O2)，v逆＝v消耗(NO2)＝k逆c2(NO2)，k正、k逆为速率常数，受温度影响。容器中各反应物和生成物的物质的量随时间变化如图所示：

(1)下列说法能表明该反应已经达到平衡状态的是________(填标号)。
A．混合气体的密度不变　　 B．混合气体的颜色不变
C．k正、k逆不变 D．2v正(O2)＝v逆(NO2)
(2)化学平衡常数K与速率常数k正、k逆的数学关系式为K＝________。
(3)温度为T1时的化学平衡常数K＝_________________________________，
若将容器的温度变为T2时，k正＝k逆，则T2________T1(填“>”“<”或“＝”)。
[解析]　(1)由于气体质量和容器体积保持不变，故混合气体密度始终保持恒定，不能由此判断是否达到平衡状态，A错误；混合气体的颜色不变，即NO2的量保持不变，可说明反应达到平衡状态，B正确；k正、k逆只与温度有关，与是否达到平衡状态无关，C错误；当2v正(O2)＝v逆(NO2)时，正、逆反应速率相等，可说明反应达到平衡状态，D正确。(2)达到化学平衡状态时v正＝v逆，即
k正c2(NO)·c(O2)＝k逆c2(NO2)，则平衡常数K＝＝。(3)结合题图可计算出T1时NO、O2、NO2的平衡浓度分别为0.1 mol·L－1、0.1 mol ·L－1和0.4
mol·L－1，故K＝ L·mol－1＝160 L·mol－1。当温度变为T2时，由k正＝k逆可知K＝1 L·mol－1，由于2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)为放热反应，温度升高，平衡常数减小，故T2>T1。
[答案]　(1)BD　(2)　(3)160 L·mol－1　>
7．一定压强下，向密闭容器中充入一定量的CH2===CHCH3和Cl2发生反应：CH2===CHCH3(g)＋Cl2(g)CH2===CHCH2Cl(g)＋HCl(g)　ΔH＝－102
kJ·mol－1。设起始的＝w，平衡时Cl2的体积分数(φ)与温度(T)、w的关系如图甲所示。w＝1时，正、逆反应的平衡常数(K)与温度(T)的关系如图乙所示。

　　　　　　 图甲　　　　　　　　图乙
(1)图甲中，w2________1(填“>”“<”或“＝”)。
(2)图乙中，表示正反应平衡常数的曲线为________(填“A”或“B”)，理由为____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
(3)T1 K下，平衡时α(Cl2)＝________。
[解析]　(1)从题图甲可以看出，温度相同，w2时φ(Cl2)较小，在反应中，增大，φ(Cl2)减小，故w2>1。(2)反应的正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，则正反应平衡常数减小，故B曲线表示正反应平衡常数的曲线。(3)T1 K时正反应平衡常数与逆反应平衡常数相等，且＝1，则平衡时反应中各物质浓度均相同，Cl2的转化率为50%。
[答案]　(1)>　(2)B　反应的正反应为放热反应，温度升高，正反应平衡常数减小　(3)50%
8．氯气是现代工业的重要原料，将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点，回答下列问题：
(1)Deacon发明的直接氧化法为4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)。可按下列催化过程进行：
Ⅰ.CuCl2(s)===CuCl(s)＋Cl2(g)　ΔH1＝＋83 kJ·mol－1
Ⅱ.CuCl(s)＋O2(g)===CuO(s)＋Cl2(g)　ΔH2＝－20 kJ·mol－1
Ⅲ.4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)　ΔH3
反应Ⅰ能自发进行的条件是________。利用ΔH1和ΔH2计算ΔH3时，还需要利用反应__________________________________________________________
____________________________________________________________的ΔH。
(2)如图为刚性容器中，进料浓度比c(HCl)∶c(O2)分别等于1∶1、4∶1、7∶1时HCl平衡转化率随温度变化的关系：

可知反应平衡常数K(400 ℃)________K(500 ℃)(填“大于”或“小于”)。设容器内初始压强为p0，根据进料浓度比c(HCl)∶c(O2)＝4∶1的数据，计算400 ℃时容器内的平衡压强＝________________________________________________
______________________________________________________(列出计算式)。
按系数比进料可以保持反应物转化率高，同时降低产物分离的能耗。进料浓度比c(HCl)∶c(O2)过低、过高的不利影响分别是______________________________
____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
[解析]　(1)利用ΔH1和ΔH2计算ΔH3时，由盖斯定律，(Ⅲ－Ⅱ×2－Ⅰ×2)/2得：还需要利用反应CuO(s)＋2HCl(g)===CuCl2(s)＋H2O(g)的ΔH。
(2)根据图像可知，进料浓度比相同时，温度越高HCl平衡转化率越低，说明该反应为放热反应，升高温度平衡向着逆向移动，则温度越高平衡常数越小，所以反应平衡常数K(400 ℃)大于K(500 ℃)；进料浓度比c(HCl)∶c(O2)的比值越大，HCl的平衡转化率越低，所以题图中自上而下三条曲线是c(HCl)∶c(O2)(进料浓度比)为1∶1、4∶1、7∶1时的变化曲线，当进料浓度比c(HCl)∶c(CO2)＝4∶1时，该曲线中400 ℃ HCl的平衡转化率为76%。则
4HCl(g)＋O2(g)2Cl2(g)＋2H2O(g)
初始 4　 1　 0　 0
转化 4×0.76 0.76 2×0.76 2×0.76
平衡 4×0.24 0.24　 2×0.76 2×0.76
p＝p0＝0.848p0；
进料浓度比c(HCl)∶c(O2)过低时，O2浓度较大，HCl的转化率较高，但Cl2和O2分离能耗较高，生成成本提高；进料浓度比c(HCl)∶c(O2)过高时，O2浓度较低，导致HCl的转化率减小。
[答案]　(1)高温　CuO(s)＋2HCl(g)===CuCl2(s)＋H2O(g)
(2)大于　
p＝p0＝0.848p0
过低时O2浓度较大，产物分离成本高；过高时，O2浓度较低，HCl的转化率较低
9．在体积为1 L的恒容密闭容器中，起始投料n(CO2)＝1 mol，以CO2(g)和H2(g)为原料合成HCOOH(g)，CO2(g)＋H2(g)HCOOH(g)　ΔH<0，HCOOH平衡时的体积分数随投料比[]的变化如图所示：

(1)图中T1、T2表示不同的反应温度，判断T1________T2(填“>”“<”或“＝”)，依据为____________________________________________________
__________________________________________________________________。
(2)图中a＝________。
(3)A、B、C三点CO2(g)的平衡转化率αA、αB、αC由大到小的顺序为____________________。
(4)T1温度下，该反应的平衡常数K＝________(计算结果用分数表示)。
[解析]　(1)该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，从图像中可知在相同投料比时，T1温度下产物的体积分数大于T2温度下产物的体积分数，则T1<T2；
(2)根据反应CO2(g)＋H2(g)HCOOH(g)，当投料比[]＝1，即a＝1时，恰好达到最大转化，HCOOH平衡时的体积分数最大；
(3)氢气的量越大，即投料比[]越大，CO2的转化率越大，故A、B、C三点CO2(g)的平衡转化率αA、αB、αC由大到小的顺序为αC>αB>αA；
(4)T1温度下，在体积为1 L的恒容密闭容器中，起始投料n(CO2)＝1 mol，C点时投料比[]＝2，则n(H2)＝2 mol，HCOOH平衡时的体积分数为5%，设平衡时CO2转化率为x，则：
　　　　　　CO2(g)＋H2(g)HCOOH(g)
c(始)/mol·L－1 1 2　 0
Δc/mol·L－1 x x　 x
c(平)/mol·L－1 1－x 2－x x
由题意：×100%＝5%
解得x＝，故K＝ (mol·L－1)－1＝ L·mol－1。
[答案]　(1)<　该反应为放热反应，升高温度、平衡逆向移动，从图像中知，T1温度下产物的体积分数大于T2的，故T1<T2　(2)1　(3)αC>αB>αA　
(4) L·mol－1