2024届鲁科版高考化学一轮复习第37讲化学反应速率和平衡图像作业含答案

这是一份2024届鲁科版高考化学一轮复习第37讲化学反应速率和平衡图像作业含答案，共16页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。

第37讲 化学反应速率和平衡图像
一、选择题:每小题只有1个选项符合题意。
1.如图是关于反应A2(g)+3B2(g)2C(g)　ΔH<0的平衡移动图像,影响平衡移动的原因可能是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　

A.增大反应物浓度,同时减小生成物浓度
B.增大反应物浓度,同时使用催化剂
C.升高温度,同时加压
D.降低温度,同时减压
答案A
解析反应A2(g)+3B2(g)2C(g)　ΔH<0是正向气体体积减小的放热反应,图中t时刻改变条件的瞬间,v(正)增大,v(逆)减小,且v(正)>v(逆),平衡正向移动,随后逐渐变化直至最终相等,达到新平衡状态。增大反应物浓度,v(正)增大,同时减小生成物浓度,v(逆)减小,平衡正向移动,A正确;增大反应物浓度,同时使用催化剂,v(正)、v(逆)均增大,与题图不符,B错误;升高温度,同时加压,v(正)、v(逆)均增大,与题图不符,C错误;降低温度,同时减压,v(正)、v(逆)均减小,与题图不符,D错误。
2.在密闭容器中发生反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)
ΔH<0,只改变一个条件(T表示温度),下列叙述与图像相符的是(　　)

A.T1>T2
B.Y可以表示H2的体积分数
C.t1时刻之后化学平衡向正反应方向移动
D.t1时刻改变条件是分离出部分NH3
答案C
解析升高温度,反应速率加快,先达到平衡,故T1v'(逆),则化学平衡向正反应方向移动,C正确;t1时刻改变条件是增加反应物的浓度,D错误。
3.(2023山东聊城模拟)纳米铁是重要的储氢材料,可利用下列反应制得:

Fe(s)+5CO(g)Fe(CO)5(s)
ΔH。在2.0 L的恒容密闭容器中加入足量铁粉和0.48 mol CO分别在温度为T1、T2时进行反应,测得n(CO)、温度与时间的变化关系如图所示。
下列叙述正确的是(　　)
A.ΔH>0
B.K(T1) C.温度为T2时,反应的平衡常数K(T2)=0.08-5(mol·L-1)-5
D.温度为T1时,反应达到平衡,缩小容器的容积再次平衡后c平(CO)增大
答案B
解析由题图可知,温度:T1>T2,T1时n(CO)高于T2,说明升高温度,平衡逆向移动,则有ΔH<0,A错误;升高温度,平衡逆向移动,平衡常数减小,则有K(T1) 4.在恒压条件下,NO和O2的起始浓度固定,催化反应相同时间,测得不同温度下NO的转化率如图中实线所示(图中虚线表示相同条件下NO的平衡转化率随温度的变化)。下列说法正确的是(　　)

A.反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的ΔH>0
B.图中X点所示条件下,延长反应时间能提高NO转化率
C.图中Y点所示条件下,增加O2的浓度不能提高NO转化率
D.380 ℃下,c始(O2)=5.0×10-4 mol·L-1,NO平衡转化率为50%,则平衡常数K<2 000(mol·L-1)-1
答案B
解析开始升高温度,反应未达到平衡,正向反应程度大,则NO转化率增大,250℃左右NO转化率达到最高点后开始降低,说明平衡后,升高温度导致平衡逆向移动,则该反应为放热反应,A错误;X点未达到平衡状态,此时反应正向进行程度大,延长反应时间,可以使NO转化率增大,B正确;Y点已达到平衡状态,增大O2浓度导致平衡正向移动,NO转化率增大,C错误;令NO起始物质的量浓度为amol·L-1,利用三段式法计算:
　　　　　2NO+　O2　　　　　2NO2
起始浓度(mol·L-1): a 5.0×10-4 0
转化浓度(mol·L-1): 0.5a 0.25a 0.5a
平衡浓度(mol·L-1): 0.5a 5.0×10-4-0.25a 0.5a
K=c平2(NO2)c平2(NO)·c平(O2)=15.0×10-4-0.25amol-1·L,当a=0时,K=2000,而NO起始物质的量不可能为0,则有K>2000,D错误。
5.(2023湖北鄂东南名校联考)已知:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH=-m kJ·mol-1。在2 L密闭容器中通入3 mol H2和1 mol N2,测得不同温度下,NH3的产率随时间变化如图所示。下列有关说法正确的是(　　)

A.ΔH>0,T2>T1
B.达到平衡时,T1温度对应反应放出的热量为m kJ
C.平衡时,通入氩气平衡正向移动
D.平衡常数,Ka 答案D
解析根据“先拐先平数值大”知,T1 6.工业上可通过甲醇羰基化法制取甲酸甲酯(HCOOCH3):CH3OH(g)+CO(g)HCOOCH3(g),在容积固定的密闭容器中,投入等物质的量CH3OH和CO,测得相同时间内CO的转化率随温度变化如图所示。下列说法不正确的是(　　)

A.增大压强,甲醇转化率增大
B.b点反应速率:v(正)=v(逆)
C.平衡常数:K(75 ℃)>K(85 ℃),反应速率:v(b) D.生产时反应温度控制在80~85 ℃为宜
答案B
解析温度超过约83℃时,随着温度的升高,CO的转化率降低,说明该反应是可逆反应;由于该反应是气体体积减小的反应,增大压强可以使平衡正向移动,即增大甲醇的转化率,A正确;题中说明该曲线是测得相同时间内CO的转化率随温度变化的曲线,并非是在不同温度下的平衡转化率,b点之后,仍有一段曲线表示CO的转化率随温度升高而升高,说明b点不是平衡状态,则此时正反应速率不等于逆反应速率,B错误;温度超过83℃时,随着温度的升高,CO的转化率降低,则说明该反应是放热反应,对于放热反应而言,温度越高,平衡常数K越小,故有K(75℃)>K(85℃),b点的温度比d点的低,故有v(b) 7.(2022湖南永州二模)335 ℃时,在恒容密闭反应器中C10H18(l)催化脱氢的反应过程如下:
反应1:C10H18(l)C10H12(l)+3H2(g)　ΔH1
反应2:C10H12(l)C10H8(l)+2H2(g)　ΔH2
测得C10H12和C10H8的产率x1和x2随时间的变化关系如图所示。下列说法错误的是(　　)

A.使用催化剂能改变反应历程
B.更换催化剂,反应1、2的ΔH1、ΔH2不变
C.8 h时,反应1、2都未处于平衡状态
D.x1显著低于x2,说明反应2的活化能比反应1的大
答案D
解析催化剂参与反应降低活化能,能改变反应历程,A正确;催化剂不影响化学平衡,不能改变反应物和反应产物,故不能影响焓变,B正确;8h时,根据图像判断反应1、2的产率没有达到最大,没有保持不变,故未达到平衡状态,C正确;x1显著低于x2,说明在相同的条件下,反应1的反应速率比反应2慢,反应1的活化能大于反应2的活化能,D错误。
8.(2023山东临沂模拟)在2 L恒容密闭容器中,充入2.0 mol NO和2.0 mol SO2,在一定条件下发生反应2NO(g)+2SO2(g)N2(g)+2SO3(g),测得平衡体系中NO、SO3的物质的量分数(x)与温度的关系如图所示。下列说法正确的是(　　)

A.该反应正反应的活化能大于逆反应的活化能
B.温度为T1时,当v正(SO2)=2v逆(N2)时反应达到平衡状态
C.温度为T2时,若反应经t s达到平衡,则v(N2)=23t mol·L-1·s-1
D.b点时,往容器中再充入NO、SO2、N2、SO3各1.0 mol,再次平衡时x(N2)减小
答案B
解析升高温度,NO的物质的量分数增大,说明平衡逆向移动,则正反应放热,该反应正反应的活化能小于逆反应的活化能,A错误。反应达到平衡状态,正、逆反应速率比等于其化学计量数之比,当v正(SO2)=2v逆(N2)时反应达到平衡状态,B正确。温度为T2时,反应达到平衡,SO3的物质的量分数为40%,设N2的生成量为xmol,列出三段式:
　　　　2NO(g)+2SO2(g)N2(g)+2SO3(g)
初始量/mol 2 2 0 0
转化量/mol 2x 2x x 2x
平衡量/mol 2-2x 2-2x x 2x
则有2x2-2x+2-2x+x+2x=0.4,解得x=23。若反应经ts达到平衡,则v平(N2)=23mol2L×ts=13tmol·L-1·s-1,C错误。b点时,x(NO)=x(SO3),列出三段式:
　　　2NO(g)+2SO2(g)N2(g)+2SO3(g)
初始量/mol 2 2 0 0
转化量/mol 2x 2x x 2x
平衡量/mol 2-2x 2-2x x 2x
2-2x=2x,解得x=0.5,平衡常数K=0.5mol2L×(1mol2L)2(1mol2L)2×(1mol2L)2=1mol-1·L,往容器中再充入NO、SO2、N2、SO3各1.0mol,此时浓度商Q=1.5mol2L×(2mol2L)2(2mol2L)2×(2mol2L)2=0.75mol-1·L
9.温度为T时,向容积为2 L的刚性容器中充入1 mol CO2和一定量的H2发生反应:CO2(g)+2H2(g)HCHO(g)+H2O(g),达到平衡时,HCHO的分压(分压=总压×物质的量分数)与起始n(H2)n(CO2)的关系如图所示。已知:起始加入2 mol H2时,容器内气体的总压强为1.2p kPa。下列说法错误的是(　　)
A.5 min时反应到达c点,v(H2)=0.1 mol·L-1·min-1
B.随n(H2)n(CO2)增大,HCHO的平衡压强不断增大
C.b点时反应的平衡常数Kp=1.25p (kPa)-1
D.c点时,再加入CO2(g)和H2O(g),使二者分压均增大0.20p kPa,平衡不移动
答案B
解析根据c点列出三段式:
　　　CO2(g)+2H2(g)HCHO(g)+H2O(g)
开始量/mol 1 2 0 0
转化量/mol x 2x x x
平衡量/mol 1-x 2-2x x x
则平衡时容器气体的压强为p(平衡)=3-x3×1.2pkPa,故p(HCHO)=x3-x×p(平衡)=x3-x×3-x3×1.2pkPa=0.2pkPa,得x=0.5,v(H2)=1mol2L×5min=0.1mol·L-1·min-1,A正确;随n(H2)n(CO2)增大,平衡正向移动,CO2的转化率增大,若H2的物质的量无限制增大,则HCHO的平衡压强肯定减小,即HCHO的平衡压强不是不断增大,B错误;温度不变,化学平衡常数不变,故b点时反应的化学平衡常数与c点对应的平衡常数相等,c点平衡下,p平(CO2)=0.53-0.5×pkPa=0.2pkPa,同理:p平(H2)=0.4pkPa,p平(HCHO)=p平(H2O)=0.2pkPa,故Kp=0.2p×0.2p0.2p×(0.4p)2(kPa)-1=1.25p(kPa)-1,C正确;c点时,再加入CO2(g)和H2O(g),使二者分压均增大0.20pkPa,此时Q=54p(kPa)-1=Kp,平衡不移动,D正确。
10.(2023湖南长郡十五校联考)在容积为1 L的密闭容器中,充入1 mol CO2和3 mol H2,在500 ℃时发生反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
ΔH<0。CH3OH的浓度随时间变化如图所示,下列说法不正确的是(　　)

A.从反应开始到10 min时,H2的平均反应速率v(H2)=0.15 mol·L-1·min-1
B.从开始到25 min,CO2的转化率是70%
C.其他条件不变,将温度升到700 ℃,再次达平衡时平衡常数减小
D.在20 min改变条件,25 min达到新的平衡,可能是增大压强
答案D
解析0~10min内c(CH3OH)增大0.50mol·L-1,则有v(CH3OH)=0.50mol·L-110min=0.05mol·L-1·min-1,根据反应速率与化学计量数的关系可得:v(H2)=3v(CH3OH)=0.15mol·L-1·min-1,A正确;0~25min内c(CH3OH)增大0.70mol·L-1,反应生成0.70molCH3OH,根据方程式可知,同时消耗0.70molCO2,则CO2的转化率为0.70mol1mol×100%=70%,B正确;其他条件不变,升高温度,平衡逆向移动,平衡常数减小,C正确;由题图可知,20~25min内增大压强,平衡正向移动,c(CH3OH)应瞬间增大,而不是逐渐增大,D错误。
11.(2023湖南湘西州模拟)工业上用C6H5Cl和H2S的高温气相反应制备苯硫酚(C6H5SH),同时有副产物C6H6生成:
Ⅰ.C6H5Cl(g)+H2S(g)C6H5SH(g)+HCl(g)　ΔH1
Ⅱ.C6H5Cl(g)+H2S(g)C6H6(g)+HCl(g)+18S8(g)　ΔH2
使C6H5Cl和H2S按物质的量1∶1进入反应器,定时测定反应器尾端出来的混合气体中各产物的量,得到单程收率(生产目的产物所消耗的原料量进入反应器的原料量×100%)与温度的关系如图所示。下列说法正确的是(　　)

A.ΔH1<0,ΔH2<0
B.反应Ⅱ的活化能比反应Ⅰ小
C.590 ℃以上,随温度升高,反应Ⅰ消耗H2S减少
D.645 ℃时,反应Ⅰ的化学平衡常数K=19
答案C
解析温度大于590℃时,随温度升高,苯硫酚的单程收率降低,说明ΔH1<0;随温度升高,苯的单程收率增大,则ΔH2>0,A错误。温度较低时,苯的单程收率小,说明反应Ⅱ反应速率小,反应Ⅱ的活化能比反应Ⅰ大,B错误。590℃以上,随温度升高,苯硫酚的单程收率降低,反应Ⅰ消耗H2S减少,C正确。设通入氯苯、H2S的物质的量各为1mol,645℃时,苯硫酚的单程收率为20%、苯的单程收率为20%,则反应Ⅰ消耗0.2molC6H5Cl和0.2molH2S,生成0.2molC6H5SH和0.2molHCl;反应Ⅱ消耗0.2molC6H5Cl和0.2molH2S,生成0.2molC6H6、0.2molHCl及0.025molS8;容器中含有0.6molC6H5Cl、0.6molH2S、0.2molC6H5SH、0.4molHCl;反应Ⅰ的化学平衡常数为K=0.2V×0.4V0.6V×0.6V=29,D错误。
二、非选择题
12.将甲醇转化耦合到丁烯裂解过程中生产丙烯,主要涉及下列反应:
①2C4H8(g)2C3H6(g)+C2H4(g)　ΔH>0
②2CH3OH(g)C2H4(g)+2H2O(g)　ΔH<0
③C2H4(g)+C4H8(g)2C3H6(g)　ΔH<0
已知:甲醇吸附在催化剂上,可以活化催化剂;甲醇浓度过大也会抑制丁烯在催化剂上的转化。
(1)图1是C3H6及某些副产物的产率与n(CH3OH)n(C4H8)的关系曲线,最佳的n(CH3OH)n(C4H8)约为　　　　　。 

图1
(2)图2是某压强下,将CH3OH和C4H8按一定的物质的量之比投料,反应达到平衡时C3H6的体积分数随温度的变化曲线。由图可知平衡时C3H6的体积分数随温度的升高呈现先升高后降低,其原因可能是 　。 

图2
答案(1)1.0
(2)300~500 ℃时,丁烯裂解(反应①)为主要反应,是吸热反应,升高温度,平衡正移,使C3H6的体积分数增大;温度高于500 ℃时,反应②③均为主要反应,是放热反应,升高温度,平衡逆移,使C3H6的体积分数降低,同时温度升高易发生副反应,C3H6可能转化为C2H4、C3H8、C4H10、C5+等,使C3H6的体积分数降低
解析(1)由题图1可知,当n(CH3OH)n(C4H8)约为1.0时,C3H6的产率最高。
13.(2023广东六校联盟联考)二氧化碳是常见的温室气体,其回收利用是环保领域研究的热点课题。
Ⅰ.CO2可以与H2反应合成C2H4,该转化分两步进行:
①CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH=+41.3 kJ·mol-1
②2CO(g)+4H2(g)C2H4(g)+2H2O(g)　ΔH=-210.5 kJ·mol-1
(1)CO2与H2反应合成乙烯的热化学方程式为 　。 
(2)一定条件下的密闭容器中,要提高CO2合成乙烯的转化率,可以采取的措施是　　　　　(填序号)。 
①减小压强　②增大H2的浓度　③加入适当催化剂　④分离出H2O(g)
(3)已知温度对CO2合成乙烯的平衡转化率及催化剂的催化效率的影响如图所示,下列说法正确的是　　　　　(填序号)。 

①N点的速率最大
②M点的平衡常数比N点的平衡常数大
③温度低于250 ℃时,随温度升高乙烯的平衡产率增大
④实际反应尽可能在较低的温度下进行,以提高CO2的转化率
Ⅱ.研究表明CO2和H2在一定条件下可以合成甲醇,反应的化学方程式为CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)[反应①]。一定条件下,往2 L恒容密闭容器中充入2.0 mol CO2和4.0 mol H2,在不同催化剂作用下合成甲醇,相同时间内CO2的转化率随温度变化如图所示:

(4)催化效果最佳的是催化剂　　　(填“A”“B”或“C”)。 
(5)温度为T2时,若反应进行10 min达到图中a点状态,用CO2的浓度表示的反应速率v(CO2)=　　　　　　　　。 
(6)图中b点已达平衡状态,则该温度下反应的平衡常数K=　　　　　。 
(7)在某催化剂作用下,CO2和H2除发生反应①外,还发生如下反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)[反应②]。维持压强不变,按固定初始投料比将CO2和H2按一定流速通过该催化剂,经过相同时间测得如下实验数据:

T/K
CO2实际转化率/%
甲醇选择性/%
543
12.3
42.3
553
15.3
39.1

注:甲醇的选择性是指发生反应的CO2中转化为甲醇的百分比。
表中数据说明,升高温度CO2的实际转化率提高而甲醇的选择性降低,其原因是  　。 
答案(1)2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)　ΔH=-127.9 kJ·mol-1
(2)②④　(3)②　(4)A
(5)0.06 mol·L-1·min-1
(6)112.5 mol-2·L2　(7)升高温度,反应①②的反应速率均加快,但反应②的反应速率变化更大
解析(1)由①×2+②可得反应:2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g),根据盖斯定律,则有ΔH=(+41.3kJ·mol-1)×2+(-210.5kJ·mol-1)=-127.9kJ·mol-1。
(2)增大H2的浓度,平衡正向移动,CO2的转化率提高,②正确;分离出H2O(g),平衡正向移动,CO2的转化率提高,④正确。
(3)题图中N点催化剂的催化效率较低,反应速率并非最大,①错误;升高温度,平衡逆向移动,平衡常数减小,故M点的平衡常数比N点的平衡常数大,②正确;由题图可知,随温度升高,CO2平衡转化率逐渐降低,则乙烯的平衡产量减小,③错误;由题图可知,250℃时催化剂的催化效率最大,在较低温度下进行反应,催化剂的催化效率较低,反应速率较小,单位时间内乙烯产量降低,④错误。
(5)温度为T2时,若反应进行10min达到图中a点状态,CO2的转化率为60%,则有v(CO2)=1.0mol·L-1×60%10min=0.06mol·L-1·min-1。
(6)题图中b点已达平衡状态,CO2的转化率为60%,则有
　　　CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
起始浓度(mol·L-1) 1.0 2.0 0 0
转化浓度(mol·L-1) 0.6 1.8 0.6 0.6
平衡浓度(mol·L-1) 0.4 0.2 0.6 0.6
则该温度下反应的平衡常数K=0.620.23×0.4mol-2·L2=112.5mol-2·L2。
14.(2023山西太原期末)水煤气变换:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)　ΔH<0是重要的化工过程,主要用于合成氨、制氢以及合成气加工等工业领域中。回答下列问题:
(1)将一定量的CO(g)和H2O(g)充入某恒容密闭容器中,测得在不同催化剂作用下,相同时间内CO的转化率与温度的变化如图1所示,点1~3中,达到平衡状态的点是　　　　　;降低水煤气变换反应活化能效果最差的催化剂是　　　　　(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)。 

图1
(2)对于反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),采用催化剂Ⅰ,在1 073 K和973 K时,在恒容密闭容器中充入等物质的量的CO(g)、H2O(g),CO的转化率随时间变化的结果如图2所示。

图2
①下列能表示该反应达到化学平衡状态的是　　　　　(填字母)。 
A.容器内压强不再变化
B.容器内气体的密度不再变化
C.混合气体的平均摩尔质量不再变化
D.v正(CO)=v逆(CO2)
②973 K时CO的平衡转化率α=　　　　%,1 073 K时该反应的平衡常数K=　　　　　(写成分数形式,下同)。 
③已知反应速率v=v(正)-v(逆)=k(正)x(CO)·x(H2O)-k(逆)x(CO2)·x(H2),k(正)、k(逆)分别为正、逆向反应速率常数,x为物质的量分数,计算点a处的v(正)v(逆)=　。 
答案(1)3　Ⅲ　(2)①D　②27　19　③169
解析(1)从题图中可知,同等条件下,在催化剂Ⅰ的作用下,相同时间内CO的转化率是最高的,所以催化剂Ⅰ的催化效果是最好的,催化剂Ⅲ效果最差,速率最慢,所以降低活化能的效果最差;该反应在点3达到平衡状态。
(2)①该反应为气体分子数不变的反应,故反应过程中,容器内压强始终不变,A项错误;恒容则容器容积不变,容器内气体的质量不变,故混合气体的密度始终不变,B项错误;气体的质量不变,气体的物质的量也不变,混合气体的平均摩尔质量也一直保持不变,C项错误;该反应过程中始终存在v正(CO)=v正(CO2),所以v正(CO2)=v逆(CO2)时,同一种物质的反应速率v平(正)=v平(逆),反应达到平衡状态,故v正(CO)=v逆(CO2)可以作为反应达到平衡的标志,D项正确。②该反应为放热反应,降低温度,平衡正向移动,CO的平衡转化率增大,973K时反应的平衡转化率是27%。设CO(g)、H2O(g)的起始浓度均为1mol·L-1,由题图知,1073K时CO的平衡转化率为25%。由三段式可知:
　　　　CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
起始浓度(mol·L-1) 1 1 0 0
转化浓度(mol·L-1) 0.25 0.25 0.25 0.25
平衡浓度(mol·L-1) 0.75 0.75 0.25 0.25
K=0.25mol·L-1×0.25mol·L-10.75mol·L-1×0.75mol·L-1=19。
③由v=v(正)-v(逆)=k(正)x(CO)·x(H2O)-k(逆)x(CO2)·x(H2)可知,v(正)=k(正)x(CO)·x(H2O),v(逆)=k(逆)x(CO2)·x(H2)。平衡时有v平(正)=v平(逆),即k(正)k(逆)=x(CO2)·x(H2)x(CO)·x(H2O)=K=19,点a处CO的转化率为20%。由三段式可知:
　　　CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
起始浓度(mol·L-1) 1 1 0 0
转化浓度(mol·L-1) 0.20 0.20 0.20 0.20
a点浓度(mol·L-1) 0.80 0.80 0.20 0.20
点a处的v(正)v(逆)=K×0.40mol·L-1×0.40mol·L-10.10mol·L-1×0.10mol·L-1=169。