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热点回头专练9 速率、平衡图表类综合题
1．(2022·茂名一模)向一容积不变的密闭容器中充入肯定量A和B，发生如下反应：
xA(g)＋2B(s)yC(g) ΔH<0
在肯定条件下，容器中A、C的物质的量浓度随时间变化的曲线如图。请回答下列问题：
(1)用A的浓度变化表示该反应0～10 min内的平均反应速率v(A)＝________。
(2)依据图示可确定x∶y＝________。
(3)0～10 min容器内压强________(填“变大”“不变”或“变小”)。
(4)推想第10 min引起曲线变化的反应条件可能是______________________；第16 min引起曲线变化的反应条件可能是________________________。
①减压 ②增大A的浓度 ③增大C的量 ④升温 ⑤降温 ⑥加催化剂
(5)若平衡Ⅰ的平衡常数为K1，平衡Ⅱ平衡常数为K2，则K1________(填“>”“＝”或“<”)K2。
解析 (1)v(A)＝mol·(L·min)－1＝0.02 mol·(L·min)－1。(2)x∶y＝＝1∶2。(3)开头反应向正向进行，正向是气体物质的量增大的方向，容器体积不变，压强增大。(4)10 min时各组分浓度不变，但曲线的斜率增大，反应速率加快，可能是升温或使用催化剂，16 min时各组分浓度不变，平衡逆向移动，转变条件只能是升温(正反应为放热反应)。(5)K＝，K1＝＝1.25，K2＝＝0.11，故K1>K2。
答案 (1)0.02 mol·(L·min)－1 (2)1∶2 (3)变大 (4)④⑥ ④ (5)>
2．汽车尾气中含有CO、NO2等有毒气体，对汽车加装尾气净扮装置，可使有毒气体相互反应转化为无毒气体。
(1)4CO(g)＋2NO2(g)===4CO2(g)＋N2(g) ΔH＝－1 200 kJ·mol－1
对于该反应，温度不同(T2＞T1)、其他条件相同时，下列图像正确的是________(填代号)。
(2)汽车尾气中CO与H2O(g)在肯定条件下可以发生反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH＜0。
820 ℃时在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中，起始时依据下表进行投料，达到平衡状态，K＝1.0。
起始物质的量
甲
乙
丙
n(H2O)/mol
0.10
0.20
0.20
n(CO)/mol
0.10
0.10
0.20
①该反应的平衡常数表达式为________。
②平衡时，甲容器中CO的转化率是________。比较下列容器中CO的转化率：乙________甲；丙________甲(填“＞”、“＝”或“＜”)。
③丙容器中，通过转变温度，使CO的平衡转化率增大，则温度________(填“上升”或“降低”)，平衡常数K________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
解析 (1)4CO(g)＋2NO2(g)===4CO2(g)＋N2(g) ΔH＜0，该反应是放热反应，当上升温度时，正、逆反应速率都增大，甲中正反应速率在刚升温到T2时没有增大，故错误；上升温度，化学平衡逆向移动，CO的浓度增大，CO的体积分数增大，故丙不正确。
(2)②甲容器中起始时n(CO)＝n(H2O)＝0.10 mol，依据平衡常数计算可得到CO的转化率为50%。乙容器中起始时n(H2O)＝0.20 mol，相当于在甲容器中增大c(H2O)，平衡正向移动，n(CO)削减，CO的转化率增大；丙容器中起始时n(CO2)＝n(H2)＝0.20 mol，相当于两个甲容器中的量，假设两个甲容器合二为一，反应到达平衡后，缩小体积至一半变成丙容器，对体系加压，平衡不移动，CO的转化率不变化。③丙容器中转变温度，CO的转化率增大说明平衡正向移动，正反应为放热反应，故需降低温度；平衡正向移动，生成物浓度增大，反应物浓度减小，故K增大。
答案 (1)乙 (2)①K＝ ②50% ＞ ＝ ③降低 增大
3．(2022·东莞调研测试)某种甲酸酯水解反应方程式：HCOOR(l)＋H2O(l)HCOOH(l)＋ROH(l) ΔH>0
某小组通过试验争辩该反应(反应过程中体积变化忽视不计)。反应体系中各组分的起始量如下表：
组分
HCOOR
H2O
HCOOH
ROH
物质的量浓度/mol·L－1
1.00
1.99
0.01
0.52
甲酸酯转化率在温度T1下随反应时间(t)的变化如图：
依据上述条件，计算不同时间范围内甲酸酯的平均反应速率，结果见下表：
反应时间/min
0～5
10～15
20～25
30～35
40～45
50～55
75～80
平均速率/(10－3mol·L－1·min－1)
1.9
7.4
7.8
4.4
1.6
0.8
0.0
(1)该反应的平衡常数K的表达式为________(不要求计算)；T1温度下平衡体系中c(ROH)为________mol·L－1。
(2)15～20 min范围内用甲酸酯表示的平均反应速率为____________mol·L－1·min－1(不要求写出计算过程)。
(3)依据题给数据分析，从影响反应速率的角度来看，生成物甲酸在该反应中还起到了________的作用。
解析 (1)依据平衡常数的表达式该反应K＝；从图上看T1温度下平衡体系中，甲酸酯的转化率为24.0%，所以平衡时，甲酸酯的物质的量浓度为1 mol·L－1－1.00 mol·L－1×24.0%＝0.76 mol·L－1，故有
0.24 mol·L－1的甲酸酯参与了反应，反应后，ROH的浓度为0.76 mol·L－1；(2)20 min时，甲酸酯的转化率为11.2%，所以20 min时，甲酸酯的物质的量浓度为1 mol·L－1－1.00 mol·L－1×11.2%＝0.888 mol·L－1，同理可求出15 min时甲酸酯的浓度为1 mol·L－1－1.00 mol·L－1×6.7%＝0.933 mol·L－1，所以15～20 min甲酸酯的浓度变化为0.933 mol·L－1－0.888 mol·L－1＝0.045 mol·L－1，则甲酸酯的平均速率为0.045 mol·L－1/5 min＝0.009 mol·L－1·min－1。(3)从反应可以看出随着甲酸的增多，化学反应速率加快，甲酸在该反应中还起到了催化剂的作用。
答案 (1)K＝ 0.76 (2)9.0×10－3 (3)催化剂
4．铁和铝是两种重要的金属，它们的单质及化合物有着各自的性质。
(1)在肯定温度下，氧化铁可以与一氧化碳发生反应：Fe2O3(s)＋3CO(g)2Fe(s)＋3CO2(g)。已知该反应在不同温度下的平衡常数如下表：
温度/℃
1 000
1 150
1 300
平衡常数
64.0
50.7
42.9
请回答下列问题：
①该反应的平衡常数表达式K＝________，ΔH________0(填“＞”、“＜”或“＝”)。
②在一个容积为10 L的密闭容器中，1 000 ℃时加入Fe、Fe2O3、CO、CO2各1.0 mol，反应经过10 min后达到平衡。求该时间范围内反应的平均反应速率v(CO2)＝________，CO的平衡转化率为________。
③欲提高②中CO的平衡转化率，可实行的措施是________。
A．削减Fe的量 B．增加Fe2O3的量
C．移出部分CO2 D．提高反应温度
E．减小容器的容积 F．加入合适的催化剂
(2)某些金属氧化物粉末和Al粉在镁条的引燃下可以发生铝热反应，下列反应速率(v)和温度(T)的关系示意图中与铝热反应最接近的是________。
(3)写出氢氧化铝在水中发生酸式电离的电离方程式：__________________
________________________________________________________________。
欲使上述体系中Al3＋浓度增加，可加入的物质是________。
解析 (1)①书写平衡常数的表达式时固体不需写入。由表可知温度越高，K越小，可知上升温度平衡向逆反应方向移动，所以正反应为放热反应，ΔH＜0。
② Fe2O3(s)＋3CO(g)2Fe(s)＋3CO2(g)
c(始)(mol·L－1) 0.1 0.1
c(转)(mol·L－1) x x
c(平)(mol·L－1) 0.1－x 0.1＋x
由K＝64.0＝，解得x＝0.06，故v(CO2)＝0.006 mol·L－1·min－1。CO的转化率为60%。
③该反应的正反应是放热反应，温度上升平衡逆向移动，CO 平衡转化率降低，这是一个反应前后气体体积不变的反应，不能从压强方面考虑，Fe、Fe2O3为固体，也不影响平衡，所以应从CO、CO2的浓度方面考虑。(2)铝热反应在常温下不反应，高温时瞬间反应。(3)欲使Al3＋浓度增加，依据Al(OH)3发生碱式电离的方程式：Al(OH)3Al3＋＋3OH－，使平衡右移，可加入酸性物质，如HCl、H2SO4等。
答案 (1)①[CO2]3/[CO]3 ＜ ②0.006 mol·L－1·min－1 60% ③C (2)b (3)Al(OH)3H＋＋AlO＋H2O 盐酸(合理即可)
5．(2021·中山期末)工业上一般在恒容密闭容器中接受下列反应合成甲醇：
CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH
(1)能推断反应达到平衡状态的是________(填字母)。
A．生成CH3OH与消耗H2的速率比为1∶2
B．容器内气体密度保持不变
C．容器内气体的平均相对分子质量保持不变
D．容器内各种成分的浓度保持不变
(2)下表所列数据是反应在不同温度下的化学平衡常数(K)。
温度
250 ℃
300 ℃
350 ℃
K
2.041
0.27
0.012
①由表中数据推断ΔH________(填“>”“<”或“＝”)0；
②某温度下，将2 mol CO和6 mol H2充入2 L的密闭容器中，充分反应后，达到平衡时测得c(CO)＝0.2 mol·L－1，则CO的转化率为______，此时的温度为______。
(3)要提高CO的转化率，可以实行的措施是________。
a．升温 b．降温 c．压缩体积加压 d．充入惰性气体加压 e．充入CH3OH加压 f．按n(CO)∶n(H2)<1∶3的比例充入气体加压 g．按n(CO)∶n(H2)>1∶3的比例充入气体加压 h．分别出甲醇
(4)300 ℃肯定压强下，5 mol CO与足量的H2在催化剂作用下恰好完全反应时放出454 kJ的热量。在该温度时，在容积相同的3个密闭容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，测得反应达到平衡时的有关数据如下：
容器
甲
乙
丙
反应物投入量
1 mol CO、2 mol H2
1 mol CH3OH
2 mol CH3OH
平衡时数据
CH3OH的浓度(mol·L－1)
c1
c2
c3
反应体系的能量变化
a kJ
b kJ
c kJ
体系压强(Pa)
p1
p2
p3
反应物转化率
α1
α2
α3
下列说法正确的是________。
A．2c1>c3 B．a＋b<90.8
C．2p2<p3 D．α1＋α3<1
解析 (1)平衡的本质是正、逆反应速率相等，不论给的什么条件，凡是能得到这个结论的就对，所以C和D对，A和B对于该反应来说，无论是否达到平衡，都是这样，所以不能作为推断依据。(2)温度越高平衡常数越小，证明正反应是放热反应。依据题意，假设达到平衡时转化了的CO的物质的量为x，可得＝0.2 mol·L－1，解得x＝1.6 mol，所以转化率为80%；值得一提的是，在运用平衡常数的概念计算时不必算出最终结果，可以通过约分处理进行估算，比如最终得到这么一个分式，大约是2点几，再结合表格里的数据，可以很快推断出温度为250 ℃。(3)这一问往往就是考查同学们的审题，千万要留意有些途径的实施是有条件的，比如常用的加压，就必需是容积能压缩的容器，或依据原来的初始加入量的比例加入物质。而题目最开头的就有“恒容密闭容器”，所以假如想起到压缩的作用，就必需按n(CO)∶n(H2)＝1∶3的比例充入气体。假如按n(CO)∶n(H2)>1∶3的比例充入气体加压，就相当于单纯充入CO，当然不行，而假如按n(CO)∶n(H2)<1∶3的比例充入气体加压，就相当于单纯充入H2，当然就可以。(4)易知达到平衡时乙中CH3OH的浓度和体系压强均与甲相同，甲与乙相当于正好从一条路的两端相向而行，所以a＋b＝90.8，α1＋α2＝1。然后再拿乙与丙比较，可以看出，丙相当于将乙的体积压缩到原来的一半。压缩的结果，使得平衡正向移动，使压强比原先的两倍略有削减且丙中的转化率也比乙中的小，所以C错，D对；压缩使得CH3OH的浓度翻倍，再加上平衡正向移动，所以CH3OH的浓度比乙中的2倍还要大一些，故A错。
答案 (1)C、D (2)①< ②80% 250 ℃ (3)bfh (4)D
6．反应aA(g)＋bB(g)cC(g)(ΔH<0)在等容条件下进行。转变其他反应条件，在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ阶段体系中各物质浓度随时间变化的曲线如图所示：
回答问题：
(1)反应的化学方程式中，a∶b∶c为________；
(2)A的平均反应速率vⅠ(A)、vⅡ(A)、vⅢ(A)从大到小排列次序为__________；
(3)B的平衡转化率αⅠ(B)、αⅡ(B)、αⅢ(B)中最小的是________，其值是________；
(4)由第一次平衡到其次次平衡，平衡移动的方向是____________，实行的措施是____________________；
(5)比较第Ⅱ阶段反应温度(T2)和第Ⅲ阶段反应温度(T3)的凹凸：T2________T3(填“>”、“<”或“＝”)，推断的理由是___________________；
(6)达到第三次平衡后，将容器的体积扩大一倍，假定10 min后达到新的平衡，请在下图中用曲线表示第Ⅳ阶段体系中各物质的浓度随时间变化的趋势(曲线上必需标出A、B、C)。
解析 本题主要考查化学平衡学问，意在考查考生对图表的分析力量和绘制简洁图像的力量。(1)依据0～20 min，A、B、C三种物质浓度的变化量可以确定a∶b∶c＝1∶3∶2。(3)αⅠ(B)＝×100%＝50%、αⅡ(B)＝×100%＝38%、αⅢ(B)＝×100%＝19%。(4)观看图像，第Ⅱ阶段在第Ⅰ阶段达到平衡的基础上分别出产物C，平衡正向移动，恒容条件下压强减小；第Ⅲ阶段在第Ⅱ阶段达到平衡的基础上浓度没有突变，反应正向进行，恒容条件下转变的条件为降低温度。(6)第Ⅳ阶段在第Ⅲ阶段的基础上将容器体积扩大一倍，A、B、C各自的浓度在0 min时变为原来的一半，体积扩大压强减小，平衡向逆反应方向移动，直至达到新的平衡状态，平衡时各自的浓度均比原平衡的浓度小，进而可画出各自的浓度随时间变化的曲线。
答案 (1)1∶3∶2
(2)vⅠ(A)>vⅡ(A)>vⅢ(A)
(3)αⅢ(B) 0.19(19%)
(4)向正反应方向 从反应体系中移出产物C
(5)> 此反应为放热反应，降低温度，平衡向正反应方向移动
(6)
(注：只要曲线能表示出平衡向逆反应方向移动及各物质浓度的相对变化比例即可)
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