2020届高考化学微专题六化学平衡图像教案（含解析）

化学平衡图像

[知识必备]

“析”图像定影响因素

[对点训练]

1．(全国Ⅱ)丙烯腈(CH2＝CHCN)是一种重要的化工原料，工业上可用“丙烯氨氧化法”生产，主要副产物有丙烯醛(CH2＝CHCHO)和乙腈(CH3CN)等。回答下列问题：

(1)以丙烯、氨、氧气为原料，在催化剂存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副产物丙烯醛(C3H4O)的热化学方程式如下：

①C3H6(g)＋NH3(g)＋O2(g)===C3H3N(g)＋3H2O(g)　ΔH ＝ －515 kJ·mol－1

②C3H6(g)＋O2(g)===C3H4O(g)＋H2O(g)　　　　　　　ΔH ＝ －353 kJ·mol－1

两个反应在热力学上趋势均很大，其原因是_______________________________

________________________________________________________________________；

有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是________________________________；提高丙烯腈反应选择性的关键因素是________________________________。

(2)图(a)为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线，最高产率对应的温度为460 ℃。低于460 ℃时，丙烯腈的产率________(填“是”或“不是”)对应温度下的平衡产率，判断理由是________________________________________________________________________；

高于460 ℃时，丙烯腈产率降低的可能原因是________(双选，填标号)。

A．催化剂活性降低

B．平衡常数变大

C．副反应增多

D．反应活化能增大

(3)丙烯腈和丙烯醛的产率与n(氨)/n(丙烯)的关系如图(b)所示。由图可知，最佳n(氨)/n(丙烯)约为________，理由是________________________。进料气氨、空气、丙烯的理论体积比约为________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：(1)因为两个反应均为放热量大的反应，所以热力学趋势大；该反应为气体体积增大的放热反应，所以降低温度、降低压强有利于提高丙烯腈的平衡产率；由图b可知，提高丙烯腈反应选择性的关键因素是催化剂。

(2)因为该反应为放热反应，平衡产率应随温度升高而降低，反应刚开始进行，尚未达到平衡状态，460℃以前是建立平衡的过程，所以低于460℃时，丙烯腈的产率不是对应温度下的平衡产率；高于460℃时，丙烯腈产率降低，A.催化剂在一定温度范围内活性较高，若温度过高，活性降低，正确；B.平衡常数的大小不影响产率，错误；C.根据题意，副产物有丙烯醛，副反应增多导致产率下降，正确；D.反应活化能的大小不影响平衡移动，错误；答案选AC。

(3)根据图像可知，当n(氨)/n(丙烯)约为1时，该比例下丙烯腈产率最高，而副产物丙烯醛产率最低；根据化学反应C3H6(g)＋NH3(g)＋ 3/2O2(g)===C3H3N(g)＋3H2O(g)，氨气、氧气、丙烯按1∶1.5∶1的体积比加入反应达到最佳状态，而空气中氧气约占20%，所以进料氨、空气、丙烯的理论体积约为1∶7.5∶1。

答案：(1)两个反应均为放热量大的反应　降低温度、降低压强　催化剂

(2)不是　该反应为放热反应，平衡产率应随温度升高而降低　AC

(3)1　该比例下丙烯腈产率最高，而副产物丙烯醛产率最低　1∶7.5∶1

2．在四个恒容密闭容器中按下表相应量充入气体，发生反应2N2O(g)2N2(g)＋O2(g)，容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中N2O的平衡转化率如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．该反应的正反应放热

B．相同温度下反应相同时间，平均反应速率：v(Ⅰ)＞v(Ⅱ)

C．容器Ⅳ在470 ℃进行反应时，起始速率：v正(N2O)＜v逆(N2O)

D．图中A、B、C三点处容器内总压强：pA(Ⅰ)＜pB(Ⅱ)＜pC(Ⅲ)

解析：D　[根据图像，温度越高，N2O的平衡转化率越大，即平衡正向移动，说明该反应的正反应吸热，A错误。容器Ⅰ和容器Ⅱ在相同温度下，容器Ⅰ的转化率大，由反应是体积增大的反应，容器Ⅰ的体积大于容器Ⅱ，相同温度下反应时间相同时，浓度大的反应速率小，故得v(Ⅰ)＜v(Ⅱ)，B错误。470 ℃时，容器Ⅱ中N2O的平衡转化率为60%，平衡时的浓度c(N2O)＝0.04 mol·L－1，c(N2)＝0.06 mol·L－1，c(O2)＝0.03 mol·L－1，平衡常数K＝＝0.067 5，此时容器Ⅳ中Qc＝＝0.04＜0.067 5，故反应正向进行，起始反应速率；v正(N2O)＞v逆(N2O)，C错误。三个恒容容器中N2O的起始物质的量相等，相同温度下，容器Ⅲ中N2O的平衡转化率最小，因该反应气体体积增大，故容器Ⅲ的压强最大、体积最小，所以V(Ⅰ)＞1.0 L＞V(Ⅲ)，图中A、B、C三点处N2O的平衡转化率相同，则温度越高压强越大，故容器内总压强：pA(Ⅰ)＜pB(Ⅱ)＜pC(Ⅲ)，D正确。]

3．顺1,2二甲基环丙烷(g)和反1,2二甲基环丙烷(g)可发生如下转化：

该反应的速率方程可表示为v正＝k正·c顺和v逆＝k逆·c反，k正和k逆在一定温度时为常数，分别称作正、逆反应速率常数。T1温度下，k正＝0.006，k逆＝0.002。下列说法错误的是(　　)

A．T1温度下，反应的平衡常数K1＝3

B．该反应的活化能Ea(正)小于Ea(逆)

C．T2温度下，图中表示顺式异构体的质量分数随时间变化的曲线为3号曲线

D．由图中信息可以确定此时的温度T2低于T1

解析：D　[当反应达到平衡时，v正＝v逆，即k正·c顺＝k逆·c反，所以＝＝3＝K1，A正确；由于正反应是放热反应，所以正反应的活化能小于逆反应的活化能，B正确；随着反应的不断进行，顺式异构体不断消耗，质量分数逐渐减小直至达到平衡状态，且顺式异构体质量分数的减小速率不断变小，C正确；设顺式异构体的起始浓度为x mol·L－1，则T2温度下达平衡时，顺式异构体的浓度是0.3x mol·L－1，反式异构体的浓度是0.7x mol·L－1，则此时平衡常数K2＝＜K1，因正反应ΔH＜0，所以T2＞T1，D错误。]

4．在某2 L恒容密闭容器中充入2 mol X(g)和1 mol Y(g)发生反应：

2X(g)＋Y(g)3Z(g)，反应过程中持续升高温度，测得混合体系中X的体积分数与温度的关系如图所示。下列推断正确的是(　　)

A．M点时，Y的转化率最大

B．升高温度，平衡常数减小

C．平衡后充入Z，达到新平衡时Z的体积分数增大

D．W、M两点Y的正反应速率相等

解析：B　[由图可知，Q点φ(X)最小，此后升高温度，φ(X)逐渐增大，说明升高温度，平衡逆向移动，则ΔH＜0，故Q点Y的转化率最大，A错误；升高温度，平衡逆向移动，平衡常数K值减小，B正确；平衡后充入Z，与保持n(Z)不变，缩小容器的容积是等效平衡，而该反应为反应前后气体分子总数不变的反应，缩小容积、增大压强时，平衡不移动，故达到新平衡时Z的体积分数不变，C错误；温度越高，反应速率越大，由于温度：M＞W，则正反应速率：M＞W，D错误。]

5．一定条件下合成乙烯：6H2(g)＋2CO2(g)CH2＝CH2(g)＋4H2O(g)。已知温度对CO2的平衡转化率和催化剂催化效率的影响如图所示。下列说法中正确的是(　　)

A．M点的正反应速率v正大于N点的逆反应速率v逆

B．若投料比n(H2)：n(CO2)＝4∶1，则图中M点乙烯的体积分数为5.88%

C．250 ℃时，催化剂对CO2平衡转化率的影响最大

D．当温度高于250 ℃，升高温度，平衡逆向移动导致催化剂的催化效率降低

解析：B　[M点温度低于N点，M点的正反应速率v正小于N点的逆反应速率v逆，A错误；投料比n(H2)：n(CO2)＝4∶1，设起始时n(H2)＝4 mol，n(CO2)＝1 mol，M点CO2的平衡转化率为50%，列三段式：

　6H2(g)＋2CO2(g)CH2＝CH2(g)＋4H2O(g)

起始/mol　4　　　　1　　　　　　0　　　　0

转化/mol　1.5　　　0.5　　　　0.25　　　　1

平衡/mol　2.5　　　0.5　　　　0.25　　　　1

M点乙烯的体积分数＝×100%≈5.88%，B正确；催化剂只影响反应速率，不影响化学平衡移动，C错误；催化剂的催化效率与平衡移动无关，250 ℃时催化剂活性最高，催化效率最高，D错误。]

6．在容积均为1.0 L的两个恒容密闭容器中加入足量的相同质量的固体B，再分别加入0.1 mol A和0.2 mol A，在不同温度下反应A(g)＋B(s)2C(g)达到平衡，平衡时A的物质的量浓度c(A)随温度的变化如图所示(图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ点均处于曲线上)。下列说法正确的是(　　)

A．反应A(g)＋B(s)2C(g)　ΔS＞0、ΔH＜0

B．A的转化率：α(Ⅱ)＞α(Ⅲ)

C．体系中c(C)：c(Ⅱ)＞c(Ⅲ)

D．化学平衡常数：K(Ⅰ)＝K(Ⅲ)＞K(Ⅱ)

解析：C　[反应A(g)＋B(s)2C(g)的正反应是气体分子总数增加的反应，则有ΔS＞0；由图可知，起始反应物的量一定时，平衡时A的物质的量浓度c(A)随温度的升高而降低，说明升高温度，平衡正向移动，则有ΔH＞0，A错误。温度一定时，增加A(g)的量，平衡正向移动，由于该反应为气体分子数增大的反应，其转化率降低，则A的转化率：α(Ⅱ)＜α(Ⅲ)，B错误。增加A(g)的量，反应正向进行，体系中c(C)增大，故体系中c(C)：c(Ⅱ)＞c(Ⅲ)，C正确。平衡常数只与温度有关，温度升高，平衡正向移动，则平衡常数增大，故化学平衡常数：K(Ⅰ)＜K(Ⅲ)＝K(Ⅱ)，D错误。]

7．某温度下，向1 L固定容积的容器中充入2 mol A和4 mol B，发生如下反应：A(g)＋2B(g)C(g)＋xD(g)　ΔH＝－a kJ·mol－1(a＞0)。反应过程中测得气体B的物质的量浓度变化如图所示。已知，反应进行到8 min时达到平衡状态，若平衡后再降低温度，混合气体的平均相对分子质量将增大，则：

(1)0～8 min内的化学反应速率v(A)＝___________________________________。

(2)该反应中，化学计量数x＝________(x为正整数)。

(3)下列说法中表明该反应达到平衡状态的是________(填字母)。

A．v(A)∶v(B)＝1∶2

B．容器内压强保持不变

C．v正(B)＝2v逆(C)

D．混合气体的密度不再改变

(4)若在10 min时，将容器扩大到2 L，则气体B的变化曲线为________(填小写字母)。

(5)若10 min时，保持温度不变，往该平衡体系中再加入A、B、C、D各1 mol，则此时该反应的v正(A)________(填“＞”“＜”或“＝”)v逆(A)。

解析：(1)由图可知，0～8 min内c(B)由4 mol·L－1降低到2 mol·L－1，则有v(B)＝＝0.25 mol·L－1·min－1，化学反应速率之比等于化学计量数之比，则v(A)＝v(B)＝×0.25 mol·L－1·min－1＝0.125 mol·L－1·min－1。

(2)正反应为放热反应，8 min时达到平衡状态，平衡后再降低温度，平衡正向移动，混合气体的平均相对分子质量增大，说明该反应的正反应是气体总分子数减少的反应，则有1＋2＞1＋x，又知x为正整数，故x＝1。

(3)题目未指明v(A)、v(B)代表的反应方向，仅根据v(A)∶v(B)＝1∶2不能判断反应是否达到平衡状态，A错误；未达到平衡时，反应过程中气体总物质的量及压强不断变化，当容器内压强不变时，说明反应达到平衡状态，B正确；v正(B)代表正反应速率，v逆(C)代表逆反应速率，当v正(B)＝2v逆(C)时，说明反应达到平衡状态，C正确；反应中容器容积不变，气体总质量不变，则气体的密度始终不变，故不能根据密度判断反应是否达到平衡状态，D错误。

(4)10 min时，将容器扩大到2 L，容器内各气体的浓度瞬间均减小到原来的一半，显然曲线a、b错误；容器的容积扩大，压强减小，平衡向气体分子数增大方向即逆向移动，则c(B)逐渐增大，故曲线c符合题意。

(5)根据8 min平衡时各物质的浓度计算平衡常数：

A(g)＋2B(g)C(g)＋D(g)

起始浓度/(mol·L－1)　　2　　4　　　　0　　0

转化浓度/(mol·L－1)　　1　　2　　　　1　　1

平衡浓度/(mol·L－1)　　1　　2　　　　1　　1

则该温度下反应的平衡常数K＝＝＝。

10 min时在平衡体系中再加入A、B、C、D各1 mol，此时浓度商Qc＝＝＝＜K＝，则平衡正向移动，故有v正(A)＞v逆(A)。

答案：(1)0.125 mol·L－1·min－1

(2)1　(3)BC　(4)c　(5)＞