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备战2025年高考二轮复习化学（广东版）选择题热点练11 速率与平衡图像分析（Word版附解析）
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这是一份备战2025年高考二轮复习化学（广东版）选择题热点练11 速率与平衡图像分析（Word版附解析），共7页。试卷主要包含了5 kJ·ml-1等内容，欢迎下载使用。
学生用书P272
(选择题每小题4分)
1.(2024·广东东莞中学、广州二中等六校联考)向一恒容密闭容器中加入1 ml CH4和一定量的H2O,发生反应:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)。CH4的平衡转化率按不同投料比x[x=n(CH4)n(H2O)]随温度的变化曲线如图所示。下列说法不正确的是( )
A.平衡时H2O(g)的浓度:a>c
B.b、c两点的正反应速率:vb>vc
C.此反应在任意温度下都可自发进行
D.当容器内气体的平均相对分子质量不变时,反应达平衡状态
答案:C
解析:x=n(CH4)n(H2O)越大,甲烷的转化率越小,相同温度下x1对应甲烷的转化率大于x2,则x1c,A正确;根据A的解析可知x1vc,B正确;a、b点投料比相同,升高温度,甲烷的转化率增大,说明升高温度平衡正向移动,正向ΔH>0,正向体积增大,即ΔS>0,故该反应高温时自发,C错误;都是气体参加的反应,正向体积增大,则平均相对分子质量不变时各组分含量不再变化,达到平衡,D正确。
2.(2024·浙江温州一模)已知HCOOH水溶液在密封石英管中的分解反应:
Ⅰ.HCOOHCO+H2O K1
Ⅱ.HCOOHCO2+H2 K2
T温度下,在密封石英管内完全充满1.0 ml·L-1 HCOOH水溶液,使HCOOH分解,分解产物均完全溶于水。含碳物种浓度与反应时间的变化关系如图所示(忽略碳元素的其他存在形式)。下列有关说法不正确的是( )
A.混合体系达平衡后:c(CO2)·c(H2)>c(CO)
B.活化能:反应Ⅰ<反应Ⅱ
C.c(CO)浓度变小的原因是CO2的生成导致反应Ⅰ平衡逆向移动
D.c(HCOOH)可降为0
答案:D
解析:根据图像可知混合体系达平衡后,c(CO2)·c(H2)>c(CO),A正确;根据图像可知,CO浓度达到最大值时表明反应Ⅰ达平衡,此时CO2浓度未达最大值,即反应Ⅱ尚未达平衡状态,说明反应Ⅰ的反应速率大于反应Ⅱ,即活化能:反应Ⅰ<反应Ⅱ,B正确;根据图中CO2和CO浓度变化,即反应Ⅰ和Ⅱ可知,c(CO)浓度变小的原因是CO2的生成导致反应Ⅰ平衡逆向移动,C正确;过程Ⅰ和Ⅱ均为可逆过程,则c(HCOOH)不可能降为0,D错误。
3.(2024·江苏泰州一模调研)二甲醚和水蒸气制氢气可作为燃料电池的氢能源,发生的主要反应如下:
反应Ⅰ CH3OCH3(g)+H2O(g)2CH3OH(g) ΔH1>0
反应Ⅱ CH3OH+H2O(g)CO2(g)+3H2(g) ΔH2>0
反应Ⅲ CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH3>0
在恒压下,将一定比例的二甲醚和水蒸气混合后,以一定流速通过装有催化剂的反应器,反应相同时间测得的CH3OCH3实际转化率、CO2实际选择性与CO2平衡选择性随温度的变化如图所示。CO2的选择性=n生成(CO2)2n反应(CH3OCH3)×100%。下列说法不正确的是( )
A.曲线a表示CH3OCH3实际转化率随温度的变化
B.200 ℃时,反应Ⅱ的速率大于反应Ⅲ的速率
C.适当增加n起始(H2O)n起始(CH3OCH3),有利于提高H2的产率
D.一定温度下,若增大压强,CO的平衡产量不变
答案:D
解析:根据常理可知,CO2实际选择性与CO2平衡选择性随温度的变化的走势应该相同,故可知曲线b为CO2实际选择性,则曲线a为CH3OCH3实际转化率。根据上述分析可知曲线a为CH3OCH3实际转化率,A正确;在200 ℃时,CO2实际选择性大于其平衡选择性,可知此温度下,反应Ⅱ的速率大于反应Ⅲ,B正确;适当增加n起始(H2O)n起始(CH3OCH3)的量,会促进CH3OCH3的转化,还能使反应Ⅱ正向进行,反应Ⅲ逆向进行,从而提高氢气的产率,C正确;增大压强会导致反应Ⅱ平衡逆向移动,从而导致反应Ⅲ逆向移动,CO的平衡产率会减小,D错误。
4.(2024·黑龙江大庆实验中学模拟)某温度下,向V L恒容密闭容器中通入4 ml X(g),发生反应:①2X(g)Y(g)+4Z(g),②2Z(g)M(g)。反应体系中X、Y、Z的物质的量随时间t的变化曲线如图所示。下列说法错误的是( )
A.25 min时,生成了3.2 ml M
B.0~10 min内,气体X的平均反应速率为0.32V ml·L-1· min-1
C.该温度下,反应②的平衡常数K=2V
D.25 min时保持其他条件不变,再向体系中通入1 ml Y(g)后,反应②的平衡不移动
答案:C
解析:反应①不是可逆反应,由图可知,25 min时n(X)=0 ml,即25 min时,4 ml气体X反应完全,生成8 ml Z,据图知此时剩下1.6 ml Z,因此反应②消耗Δn(Z)=(8-1.6)ml=6.4 ml,则生成了12×Δn(Z)=3.2 ml M,A正确;由图可知,0~10 min内v(Y)=ΔnVΔt=1.6mlVL×10min=0.16V ml·L-1· min-1,反应为2X(g)Y(g)+4Z(g),则v(X)=2v(Y)=0.32V ml·L-1· min-1,B正确;反应达到平衡时n(Y)=2 ml,n(Z)=1.6 ml,则Δn(Z)=2 ml×4-1.6 ml=6.4 ml,反应②为2Z(g)M(g),所以n(M)=12×Δn(Z)=3.2 ml,反应②的平衡常数K=c(M)c2(Z)=3.2V(1.6V)2=1.25V,C错误;反应①不是可逆反应,25 min时气体X反应完全,通入1 ml Y(g)对反应①无影响,不能改变Z的浓度,则对反应②也无影响,即反应②的平衡不发生移动,D正确。
5.(2024·江苏盐城一模)CH3OH可作大型船舶的绿色燃料。工业上用CO2制备CH3OH的原理如下:
反应1:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-49.5 kJ·ml-1
反应2:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41.2 kJ·ml-1
分别在3 MPa、5 MPa下,将n起始(CO2)∶n起始(H2)=1∶3的混合气体置于密闭容器中,若仅考虑上述反应,不同温度下反应体系达到平衡时,CO2转化率(α)、产物选择性(S)的变化如图所示。
已知:S(CH3OH或CO)=n(CH3OH或CO)n转化(CO2)×100%。下列说法不正确的是( )
A.反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(l)+H2O(l) ΔH<-49.5 kJ·ml-1
B.350 ℃后,不同压强下α(CO2)接近相等的原因为制备过程以反应1为主
C.250 ℃时,反应2的平衡常数K=1104
D.250 ℃、5 MPa下,n起始(CO2)∶n起始(H2)=1∶3的混合气体在催化下反应一段时间α(CO2)达到P点的值,延长反应时间α(CO2)可能达到20%
答案:B
解析:气态转化为液态会放出热量,放热反应的焓变小于0,故反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(l)+H2O(l) ΔH<-49.5 kJ·ml-1,A正确;反应1是放热反应,升高温度,平衡逆向移动,α(CO2)减小,反应2是吸热反应,升高温度,平衡正向移动,α(CO2)增大,350 ℃后,不同压强下α(CO2)接近相等的原因为制备过程以反应2为主,B错误;由图可知,250 ℃、3 MPa下生成CH3OH、CO的选择性(S)均为50%,平衡时CO2的转化率为20%,设n起始(CO2)=1 ml,n起始(H2)=3 ml,则平衡时CO2的转化量为1 ml×20%=0.2 ml,生成n(CH3OH)=n(CO)=0.2 ml×50%=0.1 ml,建立三段式:
CO2(g) + 3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g)
n0/ml1300
Δn/ml0.10.30.10.1
n平/ml0.82.60.10.2
CO2(g) + H2(g) CO(g) + H2O(g)
n0/ml1300
Δn/ml0.10.10.10.1
n平/ml0.82.60.10.2
设体积为V,则此时反应2的平衡常数K=c(CO)·c(H2O)c(CO2)·c(H2)=0.1V××2.6V=1104,C正确;250 ℃、5 MPa下,n起始(CO2)∶n起始(H2)=1∶3的混合气体在催化下反应一段时间α(CO2)达到P点的值,由于反应未达到平衡,平衡正向移动,故延长反应时间α(CO2)可能达到20%,D正确。
6.(2024·辽宁锦州质检)已知可逆反应2NO2(g)N2O4(g),NO2和N2O4的消耗速率与其浓度存在如下关系:v消(NO2)=kac2(NO2),v消(N2O4)=kbc(N2O4)(其中ka、kb是只与温度有关的常数),一定温度下,消耗速率与浓度的关系图像如图所示。下列说法正确的是( )
A.曲线Y表示NO2消耗速率与浓度的关系
B.图中A点表示反应达到平衡状态
C.缩小容器的容积,平衡向正反应方向移动,气体的颜色变浅
D.若某温度时ka=kb,则该温度下平衡常数K=0.5
答案:D
解析:由速率方程可知,曲线X表示二氧化氮消耗速率与浓度关系、曲线Y表示四氧化二氮消耗速率与浓度关系,A错误;由方程式可知,二氧化氮的消耗速率是四氧化二氮的消耗速率2倍时,反应达到平衡,由图可知,A点二氧化氮的消耗速率与四氧化二氮的消耗速率相等,则A点正反应速率大于逆反应速率,反应未达到平衡,B错误;缩小容器的容积,相当于增大压强,NO2气体的浓度增大,气体的颜色变深,因平衡正向移动,气体颜色变浅,但比原来深,C错误;v消(NO2)=kac2(NO2),则v生(NO2)=2v消(N2O4)=2kbc(N2O4),平衡时,v消(NO2)=kac2(NO2)=v生(NO2)=2kbc(N2O4),若某温度时ka=kb,则该温度下反应的平衡常数K=ka2kb=0.5,D正确。
7.(2024·山东德州高考适应性练习二)丙烯腈()是一种重要的化工原料,以为原料合成丙烯腈的过程如下:
向密闭容器中通入一定量的和NH3(g),测得平衡时体系中含碳物质(乙醇除外)的物质的量分数[如:丙烯腈的物质的量分数=n(丙烯腈)n(除乙醇外的含碳物质)×100%]随温度的变化如图。下列说法错误的是( )
A.“脱水”反应为吸热反应
B.低于225 ℃时,“腈化”过程转化率低
C.a点的转化率为51%
D.b点H2O和C2H5OH的物质的量之比为3∶1
答案:B
解析:由图可知,一定范围内随着温度升高,平衡时的含量增加,则说明“脱水”反应正向进行,反应为吸热反应,A正确。低于225 ℃时,含碳产物中没有,说明几乎完全转化为,则“腈化”过程转化率高,B错误。由转化可知,1分子生成1分子要脱去1分子水,生成1分子要脱去2分子水、1分子乙醇;由图可知,假设a点、、分别为0.49 ml、0.49 ml、0.02 ml,则初始共0.49 ml+0.49 ml+0.02 ml=1.0 ml,共消耗0.49 ml+0.02 ml=0.51 ml,则的转化率为51%,C正确。b点为和物质的量分数相等,由转化可知,生成1分子要脱去1分子水,生成1分子要脱去2分子水、1分子乙醇;假设和均为1 ml,则共脱去1 ml+2 ml=3 ml水、1 ml乙醇,故H2O和C2H5OH的物质的量之比为3∶1,D正确。
8.(2024·江苏苏锡常镇四市一模)采用热分解法脱除沼气中的H2S过程中涉及的主要反应为
反应Ⅰ:2H2S(g)2H2(g)+S2(g) ΔH1=169.8 kJ· ml-1
反应Ⅱ:CH4(g)+S2(g)CS2(g)+2H2(g) ΔH2=63.7 kJ·ml-1
保持100 kPa不变,将H2S与CH4按2∶1体积比投料,并用N2稀释,在不同温度下反应达到平衡时,所得H2、S2与CS2的体积分数如图所示。下列说法正确的是( )
A.反应2H2S(g)+CH4(g)CS2(g)+4H2(g)的ΔH=106.1 kJ· ml-1
B.曲线Y代表的是CS2的平衡体积分数
C.高于1 050 ℃时,H2S平衡转化率与CH4平衡转化率的差值随温度升高而减小
D.1 050 ℃下反应,增大体系的压强,平衡后H2的体积分数可能达到0.07
答案:C
解析:根据反应Ⅰ和反应Ⅱ,利用盖斯定律可得:2H2S(g)+CH4(g)CS2(g)+4H2(g) ΔH=+233.5 kJ· ml-1,A错误;将H2S与CH4按2∶1体积比投料,并用N2稀释,在不同温度下反应达到平衡时,由于S2是反应Ⅰ的生成物同时又是反应Ⅱ的反应物,因此曲线Y代表的是S2的平衡体积分数。950~1 050 ℃时,以反应Ⅰ为主,随着温度升高,反应Ⅰ速率大于反应Ⅱ,所以S2的体积分数会增大,1 050~1 150 ℃之间,反应Ⅱ速率增大的幅度大于反应Ⅰ,S2的体积分数会减小。根据方程式中的数量关系,曲线Z为H2,曲线X为CS2,B错误;1 050~1 150 ℃之间,S2与CS2的体积分数差值越来越小,所以H2S平衡转化率与CH4平衡转化率的差值随温度升高而减小,C正确;1 050 ℃下反应,反应Ⅰ和反应Ⅱ都是气体体积增大的反应,增大体系的压强,平衡会逆向移动,平衡后H2的体积分数小于0.07,D错误。
9.向密闭容器中充入S2Cl2、Cl2和SCl2,发生反应S2Cl2(g)+Cl2(g)2SCl2(g),S2Cl2与SCl2的初始消耗速率(v)与温度(T)的关系如图所示(图中A、B点处于平衡状态),下列说法不正确的是( )
A.a为v(SCl2)随温度的变化曲线
B.该反应的ΔH<0
C.200 ℃下反应一段时间,S2Cl2的物质的量增多
D.反应达到平衡后向体系中充入氮气,平衡不移动
答案:C
解析:化学反应速率与反应的系数成正比,由化学方程式可知,平衡时S2Cl2与SCl2的反应速率为1∶2,结合图像可知,图中A、B点处于平衡状态,则正逆反应速率相等,a为v(SCl2)随温度的变化曲线,A正确;随着温度升高,SCl2的消耗速率更大,反应逆向进行,则正反应为放热反应,ΔH<0,B正确;题图中A、B点处于平衡状态,200 ℃下反应没有达到平衡,此时逆反应速率小于正反应速率,反应正向进行,故反应一段时间,S2Cl2的物质的量减小,C错误;反应达到平衡后向体系中充入氮气,不影响反应中各物质的浓度,平衡不移动,D正确。
10.(2024·山东卷改编)逆水气变换反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH>0。一定压力下,按CO2、H2物质的量之比n(CO2)∶n(H2)=1∶1投料,T1、T2温度时反应物摩尔分数随时间变化关系如图所示。已知该反应的速率方程为v=
kc0.5(H2)c(CO2),T1、T2温度时反应速率常数k分别为k1、k2。下列说法错误的是( )
A.k1>k2
B.T1、T2温度下达平衡时反应速率的比值:v(T1)v(T2)C.温度不变,仅改变体系初始压力,反应物摩尔分数随时间的变化曲线变化
D.T2温度下,改变初始投料比例,可使平衡时各组分摩尔分数与T1温度时相同
答案:D
解析:由图可知,T1比T2反应速率快,则T1>T2;T1温度下达到平衡时反应物的摩尔分数低于T2温度下平衡时的;由于起始CO2与H2的物质的量之比为1∶1,则达到平衡时CO2和H2的摩尔分数相等。根据分析,T1比T2反应速率快,反应速率常数与温度有关,结合反应速率方程知k1>k2,A项正确;反应的速率方程为v=kc0.5(H2)c(CO2),则v(T1)v(T2)=k1c0.5(H2)1c(CO2)1k2c0.5(H2)2c(CO2)2,T1温度下达到平衡时反应物的摩尔分数低于T2温度下平衡时的,则v(T1)v(T2)11.(2024·山东聊城一模)CH4/CO2催化重整的反应为①CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH1,其中,积炭是导致催化剂失活的主要原因。产生积炭的反应有:
②CH4(g)C(s)+2H2(g) ΔH2=+74.6 kJ·ml-1
③2CO(g)C(s)+CO2(g) ΔH3=-172.5 kJ·ml-1
科研人员研究压强对催化剂活性的影响:在1 073 K时,将恒定组成的CO2、CH4混合气体,以恒定流速通过反应器,测得数据如图:
注:Ra是以CH4的转化率表示的催化剂活性保留分率,即反应进行到某一时刻的催化剂活性与反应初始催化剂活性之比。下列分析正确的是( )
A.向反应器中通入适量水蒸气,可加速Ra的衰减
B.压强增大,反应②平衡逆向移动,导致Ra衰减加快
C.保持其他条件不变,适当减小投料比n(CO2)n(CH4)有利于增大CH4转化率
D.研究表明“通入适量O2有利于重整反应”,因为O2能与C反应并放出热量
答案:D
解析:向反应器中通入适量水蒸气,高温下可以与C反应生成CO和H2,减少积炭,可减缓Ra的衰减,A错误;压强越大,Ra降低越快,说明催化剂活性降低越快,积炭越多,其主要原因是反应③为气体体积减小的反应,加压平衡正向移动,使得积炭增多,B错误;保持其他条件不变,适当增大投料比n(CO2)n(CH4)有利于增大CH4转化率,C错误;根据盖斯定律,①=②-③,ΔH1=ΔH2-ΔH3=+247.1 kJ·ml-1,反应①为吸热反应,通入适量O2,O2能与C反应并放出大量的热,可减少积炭,减缓Ra的衰减,同时反应放热使得反应①正向移动,有利于重整反应,D正确。
学生用书P272
(选择题每小题4分)
1.(2024·广东东莞中学、广州二中等六校联考)向一恒容密闭容器中加入1 ml CH4和一定量的H2O,发生反应:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)。CH4的平衡转化率按不同投料比x[x=n(CH4)n(H2O)]随温度的变化曲线如图所示。下列说法不正确的是( )
A.平衡时H2O(g)的浓度:a>c
B.b、c两点的正反应速率:vb>vc
C.此反应在任意温度下都可自发进行
D.当容器内气体的平均相对分子质量不变时,反应达平衡状态
答案:C
解析:x=n(CH4)n(H2O)越大,甲烷的转化率越小,相同温度下x1对应甲烷的转化率大于x2,则x1
2.(2024·浙江温州一模)已知HCOOH水溶液在密封石英管中的分解反应:
Ⅰ.HCOOHCO+H2O K1
Ⅱ.HCOOHCO2+H2 K2
T温度下,在密封石英管内完全充满1.0 ml·L-1 HCOOH水溶液,使HCOOH分解,分解产物均完全溶于水。含碳物种浓度与反应时间的变化关系如图所示(忽略碳元素的其他存在形式)。下列有关说法不正确的是( )
A.混合体系达平衡后:c(CO2)·c(H2)>c(CO)
B.活化能:反应Ⅰ<反应Ⅱ
C.c(CO)浓度变小的原因是CO2的生成导致反应Ⅰ平衡逆向移动
D.c(HCOOH)可降为0
答案:D
解析:根据图像可知混合体系达平衡后,c(CO2)·c(H2)>c(CO),A正确;根据图像可知,CO浓度达到最大值时表明反应Ⅰ达平衡,此时CO2浓度未达最大值,即反应Ⅱ尚未达平衡状态,说明反应Ⅰ的反应速率大于反应Ⅱ,即活化能:反应Ⅰ<反应Ⅱ,B正确;根据图中CO2和CO浓度变化,即反应Ⅰ和Ⅱ可知,c(CO)浓度变小的原因是CO2的生成导致反应Ⅰ平衡逆向移动,C正确;过程Ⅰ和Ⅱ均为可逆过程,则c(HCOOH)不可能降为0,D错误。
3.(2024·江苏泰州一模调研)二甲醚和水蒸气制氢气可作为燃料电池的氢能源,发生的主要反应如下:
反应Ⅰ CH3OCH3(g)+H2O(g)2CH3OH(g) ΔH1>0
反应Ⅱ CH3OH+H2O(g)CO2(g)+3H2(g) ΔH2>0
反应Ⅲ CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH3>0
在恒压下,将一定比例的二甲醚和水蒸气混合后,以一定流速通过装有催化剂的反应器,反应相同时间测得的CH3OCH3实际转化率、CO2实际选择性与CO2平衡选择性随温度的变化如图所示。CO2的选择性=n生成(CO2)2n反应(CH3OCH3)×100%。下列说法不正确的是( )
A.曲线a表示CH3OCH3实际转化率随温度的变化
B.200 ℃时,反应Ⅱ的速率大于反应Ⅲ的速率
C.适当增加n起始(H2O)n起始(CH3OCH3),有利于提高H2的产率
D.一定温度下,若增大压强,CO的平衡产量不变
答案:D
解析:根据常理可知,CO2实际选择性与CO2平衡选择性随温度的变化的走势应该相同,故可知曲线b为CO2实际选择性,则曲线a为CH3OCH3实际转化率。根据上述分析可知曲线a为CH3OCH3实际转化率,A正确;在200 ℃时,CO2实际选择性大于其平衡选择性,可知此温度下,反应Ⅱ的速率大于反应Ⅲ,B正确;适当增加n起始(H2O)n起始(CH3OCH3)的量,会促进CH3OCH3的转化,还能使反应Ⅱ正向进行,反应Ⅲ逆向进行,从而提高氢气的产率,C正确;增大压强会导致反应Ⅱ平衡逆向移动,从而导致反应Ⅲ逆向移动,CO的平衡产率会减小,D错误。
4.(2024·黑龙江大庆实验中学模拟)某温度下,向V L恒容密闭容器中通入4 ml X(g),发生反应:①2X(g)Y(g)+4Z(g),②2Z(g)M(g)。反应体系中X、Y、Z的物质的量随时间t的变化曲线如图所示。下列说法错误的是( )
A.25 min时,生成了3.2 ml M
B.0~10 min内,气体X的平均反应速率为0.32V ml·L-1· min-1
C.该温度下,反应②的平衡常数K=2V
D.25 min时保持其他条件不变,再向体系中通入1 ml Y(g)后,反应②的平衡不移动
答案:C
解析:反应①不是可逆反应,由图可知,25 min时n(X)=0 ml,即25 min时,4 ml气体X反应完全,生成8 ml Z,据图知此时剩下1.6 ml Z,因此反应②消耗Δn(Z)=(8-1.6)ml=6.4 ml,则生成了12×Δn(Z)=3.2 ml M,A正确;由图可知,0~10 min内v(Y)=ΔnVΔt=1.6mlVL×10min=0.16V ml·L-1· min-1,反应为2X(g)Y(g)+4Z(g),则v(X)=2v(Y)=0.32V ml·L-1· min-1,B正确;反应达到平衡时n(Y)=2 ml,n(Z)=1.6 ml,则Δn(Z)=2 ml×4-1.6 ml=6.4 ml,反应②为2Z(g)M(g),所以n(M)=12×Δn(Z)=3.2 ml,反应②的平衡常数K=c(M)c2(Z)=3.2V(1.6V)2=1.25V,C错误;反应①不是可逆反应,25 min时气体X反应完全,通入1 ml Y(g)对反应①无影响,不能改变Z的浓度,则对反应②也无影响,即反应②的平衡不发生移动,D正确。
5.(2024·江苏盐城一模)CH3OH可作大型船舶的绿色燃料。工业上用CO2制备CH3OH的原理如下:
反应1:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-49.5 kJ·ml-1
反应2:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41.2 kJ·ml-1
分别在3 MPa、5 MPa下,将n起始(CO2)∶n起始(H2)=1∶3的混合气体置于密闭容器中,若仅考虑上述反应,不同温度下反应体系达到平衡时,CO2转化率(α)、产物选择性(S)的变化如图所示。
已知:S(CH3OH或CO)=n(CH3OH或CO)n转化(CO2)×100%。下列说法不正确的是( )
A.反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(l)+H2O(l) ΔH<-49.5 kJ·ml-1
B.350 ℃后,不同压强下α(CO2)接近相等的原因为制备过程以反应1为主
C.250 ℃时,反应2的平衡常数K=1104
D.250 ℃、5 MPa下,n起始(CO2)∶n起始(H2)=1∶3的混合气体在催化下反应一段时间α(CO2)达到P点的值,延长反应时间α(CO2)可能达到20%
答案:B
解析:气态转化为液态会放出热量,放热反应的焓变小于0,故反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(l)+H2O(l) ΔH<-49.5 kJ·ml-1,A正确;反应1是放热反应,升高温度,平衡逆向移动,α(CO2)减小,反应2是吸热反应,升高温度,平衡正向移动,α(CO2)增大,350 ℃后,不同压强下α(CO2)接近相等的原因为制备过程以反应2为主,B错误;由图可知,250 ℃、3 MPa下生成CH3OH、CO的选择性(S)均为50%,平衡时CO2的转化率为20%,设n起始(CO2)=1 ml,n起始(H2)=3 ml,则平衡时CO2的转化量为1 ml×20%=0.2 ml,生成n(CH3OH)=n(CO)=0.2 ml×50%=0.1 ml,建立三段式:
CO2(g) + 3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g)
n0/ml1300
Δn/ml0.10.30.10.1
n平/ml0.82.60.10.2
CO2(g) + H2(g) CO(g) + H2O(g)
n0/ml1300
Δn/ml0.10.10.10.1
n平/ml0.82.60.10.2
设体积为V,则此时反应2的平衡常数K=c(CO)·c(H2O)c(CO2)·c(H2)=0.1V××2.6V=1104,C正确;250 ℃、5 MPa下,n起始(CO2)∶n起始(H2)=1∶3的混合气体在催化下反应一段时间α(CO2)达到P点的值,由于反应未达到平衡,平衡正向移动,故延长反应时间α(CO2)可能达到20%,D正确。
6.(2024·辽宁锦州质检)已知可逆反应2NO2(g)N2O4(g),NO2和N2O4的消耗速率与其浓度存在如下关系:v消(NO2)=kac2(NO2),v消(N2O4)=kbc(N2O4)(其中ka、kb是只与温度有关的常数),一定温度下,消耗速率与浓度的关系图像如图所示。下列说法正确的是( )
A.曲线Y表示NO2消耗速率与浓度的关系
B.图中A点表示反应达到平衡状态
C.缩小容器的容积,平衡向正反应方向移动,气体的颜色变浅
D.若某温度时ka=kb,则该温度下平衡常数K=0.5
答案:D
解析:由速率方程可知,曲线X表示二氧化氮消耗速率与浓度关系、曲线Y表示四氧化二氮消耗速率与浓度关系,A错误;由方程式可知,二氧化氮的消耗速率是四氧化二氮的消耗速率2倍时,反应达到平衡,由图可知,A点二氧化氮的消耗速率与四氧化二氮的消耗速率相等,则A点正反应速率大于逆反应速率,反应未达到平衡,B错误;缩小容器的容积,相当于增大压强,NO2气体的浓度增大,气体的颜色变深,因平衡正向移动,气体颜色变浅,但比原来深,C错误;v消(NO2)=kac2(NO2),则v生(NO2)=2v消(N2O4)=2kbc(N2O4),平衡时,v消(NO2)=kac2(NO2)=v生(NO2)=2kbc(N2O4),若某温度时ka=kb,则该温度下反应的平衡常数K=ka2kb=0.5,D正确。
7.(2024·山东德州高考适应性练习二)丙烯腈()是一种重要的化工原料,以为原料合成丙烯腈的过程如下:
向密闭容器中通入一定量的和NH3(g),测得平衡时体系中含碳物质(乙醇除外)的物质的量分数[如:丙烯腈的物质的量分数=n(丙烯腈)n(除乙醇外的含碳物质)×100%]随温度的变化如图。下列说法错误的是( )
A.“脱水”反应为吸热反应
B.低于225 ℃时,“腈化”过程转化率低
C.a点的转化率为51%
D.b点H2O和C2H5OH的物质的量之比为3∶1
答案:B
解析:由图可知,一定范围内随着温度升高,平衡时的含量增加,则说明“脱水”反应正向进行,反应为吸热反应,A正确。低于225 ℃时,含碳产物中没有,说明几乎完全转化为,则“腈化”过程转化率高,B错误。由转化可知,1分子生成1分子要脱去1分子水,生成1分子要脱去2分子水、1分子乙醇;由图可知,假设a点、、分别为0.49 ml、0.49 ml、0.02 ml,则初始共0.49 ml+0.49 ml+0.02 ml=1.0 ml,共消耗0.49 ml+0.02 ml=0.51 ml,则的转化率为51%,C正确。b点为和物质的量分数相等,由转化可知,生成1分子要脱去1分子水,生成1分子要脱去2分子水、1分子乙醇;假设和均为1 ml,则共脱去1 ml+2 ml=3 ml水、1 ml乙醇,故H2O和C2H5OH的物质的量之比为3∶1,D正确。
8.(2024·江苏苏锡常镇四市一模)采用热分解法脱除沼气中的H2S过程中涉及的主要反应为
反应Ⅰ:2H2S(g)2H2(g)+S2(g) ΔH1=169.8 kJ· ml-1
反应Ⅱ:CH4(g)+S2(g)CS2(g)+2H2(g) ΔH2=63.7 kJ·ml-1
保持100 kPa不变,将H2S与CH4按2∶1体积比投料,并用N2稀释,在不同温度下反应达到平衡时,所得H2、S2与CS2的体积分数如图所示。下列说法正确的是( )
A.反应2H2S(g)+CH4(g)CS2(g)+4H2(g)的ΔH=106.1 kJ· ml-1
B.曲线Y代表的是CS2的平衡体积分数
C.高于1 050 ℃时,H2S平衡转化率与CH4平衡转化率的差值随温度升高而减小
D.1 050 ℃下反应,增大体系的压强,平衡后H2的体积分数可能达到0.07
答案:C
解析:根据反应Ⅰ和反应Ⅱ,利用盖斯定律可得:2H2S(g)+CH4(g)CS2(g)+4H2(g) ΔH=+233.5 kJ· ml-1,A错误;将H2S与CH4按2∶1体积比投料,并用N2稀释,在不同温度下反应达到平衡时,由于S2是反应Ⅰ的生成物同时又是反应Ⅱ的反应物,因此曲线Y代表的是S2的平衡体积分数。950~1 050 ℃时,以反应Ⅰ为主,随着温度升高,反应Ⅰ速率大于反应Ⅱ,所以S2的体积分数会增大,1 050~1 150 ℃之间,反应Ⅱ速率增大的幅度大于反应Ⅰ,S2的体积分数会减小。根据方程式中的数量关系,曲线Z为H2,曲线X为CS2,B错误;1 050~1 150 ℃之间,S2与CS2的体积分数差值越来越小,所以H2S平衡转化率与CH4平衡转化率的差值随温度升高而减小,C正确;1 050 ℃下反应,反应Ⅰ和反应Ⅱ都是气体体积增大的反应,增大体系的压强,平衡会逆向移动,平衡后H2的体积分数小于0.07,D错误。
9.向密闭容器中充入S2Cl2、Cl2和SCl2,发生反应S2Cl2(g)+Cl2(g)2SCl2(g),S2Cl2与SCl2的初始消耗速率(v)与温度(T)的关系如图所示(图中A、B点处于平衡状态),下列说法不正确的是( )
A.a为v(SCl2)随温度的变化曲线
B.该反应的ΔH<0
C.200 ℃下反应一段时间,S2Cl2的物质的量增多
D.反应达到平衡后向体系中充入氮气,平衡不移动
答案:C
解析:化学反应速率与反应的系数成正比,由化学方程式可知,平衡时S2Cl2与SCl2的反应速率为1∶2,结合图像可知,图中A、B点处于平衡状态,则正逆反应速率相等,a为v(SCl2)随温度的变化曲线,A正确;随着温度升高,SCl2的消耗速率更大,反应逆向进行,则正反应为放热反应,ΔH<0,B正确;题图中A、B点处于平衡状态,200 ℃下反应没有达到平衡,此时逆反应速率小于正反应速率,反应正向进行,故反应一段时间,S2Cl2的物质的量减小,C错误;反应达到平衡后向体系中充入氮气,不影响反应中各物质的浓度,平衡不移动,D正确。
10.(2024·山东卷改编)逆水气变换反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH>0。一定压力下,按CO2、H2物质的量之比n(CO2)∶n(H2)=1∶1投料,T1、T2温度时反应物摩尔分数随时间变化关系如图所示。已知该反应的速率方程为v=
kc0.5(H2)c(CO2),T1、T2温度时反应速率常数k分别为k1、k2。下列说法错误的是( )
A.k1>k2
B.T1、T2温度下达平衡时反应速率的比值:v(T1)v(T2)
D.T2温度下,改变初始投料比例,可使平衡时各组分摩尔分数与T1温度时相同
答案:D
解析:由图可知,T1比T2反应速率快,则T1>T2;T1温度下达到平衡时反应物的摩尔分数低于T2温度下平衡时的;由于起始CO2与H2的物质的量之比为1∶1,则达到平衡时CO2和H2的摩尔分数相等。根据分析,T1比T2反应速率快,反应速率常数与温度有关,结合反应速率方程知k1>k2,A项正确;反应的速率方程为v=kc0.5(H2)c(CO2),则v(T1)v(T2)=k1c0.5(H2)1c(CO2)1k2c0.5(H2)2c(CO2)2,T1温度下达到平衡时反应物的摩尔分数低于T2温度下平衡时的,则v(T1)v(T2)
②CH4(g)C(s)+2H2(g) ΔH2=+74.6 kJ·ml-1
③2CO(g)C(s)+CO2(g) ΔH3=-172.5 kJ·ml-1
科研人员研究压强对催化剂活性的影响:在1 073 K时,将恒定组成的CO2、CH4混合气体,以恒定流速通过反应器,测得数据如图:
注:Ra是以CH4的转化率表示的催化剂活性保留分率,即反应进行到某一时刻的催化剂活性与反应初始催化剂活性之比。下列分析正确的是( )
A.向反应器中通入适量水蒸气,可加速Ra的衰减
B.压强增大,反应②平衡逆向移动,导致Ra衰减加快
C.保持其他条件不变,适当减小投料比n(CO2)n(CH4)有利于增大CH4转化率
D.研究表明“通入适量O2有利于重整反应”,因为O2能与C反应并放出热量
答案:D
解析:向反应器中通入适量水蒸气,高温下可以与C反应生成CO和H2,减少积炭,可减缓Ra的衰减,A错误;压强越大,Ra降低越快,说明催化剂活性降低越快,积炭越多,其主要原因是反应③为气体体积减小的反应,加压平衡正向移动,使得积炭增多,B错误;保持其他条件不变,适当增大投料比n(CO2)n(CH4)有利于增大CH4转化率,C错误;根据盖斯定律,①=②-③,ΔH1=ΔH2-ΔH3=+247.1 kJ·ml-1,反应①为吸热反应,通入适量O2,O2能与C反应并放出大量的热,可减少积炭,减缓Ra的衰减,同时反应放热使得反应①正向移动,有利于重整反应,D正确。
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