备战2025届新高考化学一轮总复习分层练习第7章化学反应速率与化学平衡第38讲化学反应速率和平衡图像（附解析）

这是一份备战2025届新高考化学一轮总复习分层练习第7章化学反应速率与化学平衡第38讲化学反应速率和平衡图像（附解析），共9页。试卷主要包含了6 kJ·ml-1，1 kJ·ml-1，9 kJ·ml-1，在恒容密闭容器中进行反应等内容，欢迎下载使用。
1.(2023·广东茂名二模)一定温度下,向2 L密闭容器中加入2 ml N2O5发生反应①2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g),②2NO2(g)N2O4(g),反应体系中N2O5、NO2、O2的物质的量随反应时间t的部分变化曲线如图所示,下列说法正确的是( )
A.曲线Ⅱ表示n(NO2)随t的变化
B.0~2 min内,2v(N2O5)=v(O2)=1 ml·L-1·min-1
C.3 min后,充入NO2,容器内气体颜色先变深后变浅
D.3 min后,充入O2,容器内气体颜色变浅
2.(2023·广东潮州二模)T1℃时,向1 L密闭容器中充入10 ml H2和3 ml SO2发生反应:3H2(g)+SO2(g)H2S(g)+2H2O(g) ΔHTm后,升高温度对反应Ⅳ的促进作用更大
4.(2023·广东江门部分名校仿真模拟)氢还原辉钼矿并用碳酸钠作固硫剂的原理为MS2(s)+4H2(g)+2Na2CO3(s)M(s)+2CO(g)+4H2O(g)+2Na2S(s) ΔH。平衡时的有关变化曲线如图。下列说法正确的是( )
图1 平衡时气体浓度与温度关系
图2 正逆反应的平衡常数(K)与温度(T)的关系
A.该反应在低温下可以自发进行
B.粉碎矿物和增大压强都有利于辉钼矿的还原
C.图2中T1对应图1中的温度为1 300 ℃
D.若图1中A点对应温度下体系压强为10 MPa,则H2O(g)的分压为5 MPa
5.向一容积不变的密闭容器中充入一定量A和B,发生如下反应:xA(g)+2B(s)yC(g) ΔH”“=”或“vN
7.一定条件下,6H2(g)+2CO2(g)C2H5OH(g)+3H2O(g),CO2的平衡转化率随温度变化如图所示,对a、b、c三点对应情况的分析,合理的是( )
A.CO2物质的量分数:a>b
B.C2H5OH体积分数:aKc>Kb
D.反应速率:va(CO2)0
B.氢碳比:①0
反应c:CH4(g)C(s)+2H2(g) ΔH3>0
反应d:2CO(g)C(s)+CO2(g) ΔH4v(逆)
(3)一定压强下,按照n(CH4)∶n(CO2)=2∶1投料,CH4和CO2重整反应达到平衡时各组分的物质的量分数随温度的变化如图所示。
①图中曲线m、n分别表示物质 、 (填“H2”“CO”或“CO2”)的变化。
②700 ℃后,C(s)的物质的量分数随温度升高而增大的原因是 。
③某温度下体系中不存在积碳,CH4和H2O的物质的量分数分别是0.50、0.04,该温度下甲烷的平衡转化率为 ,反应b的平衡常数K= (列出计算式)。
11.(2024·四川雅安模拟)甲醇是一种重要的化工原料,又是一种可再生能源,具有广阔的开发利用前景。工业上通过CO2制甲醇的主要反应如下:
ⅰ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-49.4 kJ·ml-1
ⅱ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)
ΔH2=+41.2 kJ·ml-1
(1)研究发现,在单原子Cu/ZrO2催化时,反应ⅰ的历程如下:
第一步CO2+H2HCOO*+H*(慢)
第二步HCOO*+2H2CH3O*+H2O(快)
第三步CH3O*+H*CH3OH(快)
下列说法正确的是 (填字母,下同)。
A.任何温度下,反应ⅰ均可自发进行
B.升高温度时,三步反应速率均加快
C.用不同催化剂催化反应可以改变反应历程,提高平衡转化率
D.反应历程中,第一步反应的活化能最高,是反应的决速步
(2)绝热条件下,将H2、CO2以体积比2∶1充入恒容密闭容器中,若只发生反应ⅱ,下列不可以作为反应ⅱ达到平衡的判据是 。
A.c(CO2)与c(CO)比值不变
B.容器内气体密度不变
C.容器内气体压强不变
D.不变
(3)将H2、CO2以体积比3∶1充入恒容密闭容器中,在催化剂存在下发生反应ⅰ和反应ⅱ。CO2的平衡转化率及CH3OH的选择性(生成目标产物所消耗的反应物的物质的量与参与反应的反应物的物质的量之比)随温度变化曲线如图所示:
CO2加氢制甲醇, (填“高”或“低”,下同)温有利于提高反应速率, 温 压有利于提高平衡时CH3OH的产率。结合上图阐述实际选用约312 ℃作为反应温度的原因: 。
(4)温度为T℃时,在一个刚性容器中模拟工业上合成CH3OH,往容器中通入1 ml CO2、3 ml H2进行反应ⅰ和反应ⅱ,反应过程中容器内的压强随着时间变化如下表所示。
计算反应开始至40 min时,CH3OH的平均反应速率是 MPa·min-1,平衡时n(CH3OH)是n(CO)的4倍,则H2的平衡分压是 MPa(分压=总压×气体物质的量分数);CO2的平衡转化率是 (最后结果保留两位小数)。
层次3创新性
12.环戊烯()常用于有机合成及树脂交联等。在催化剂作用下,可通过环戊二烯()选择性氧化制得,体系中同时存在如下反应:
反应Ⅰ:(g)+H2(g)(g) ΔH1=-100.3 kJ·ml-1
反应Ⅱ:(g)+H2(g)(g) ΔH2=-109.4 kJ·ml-1
反应Ⅲ:(g)+(g)2(g) ΔH3
已知:选择性指生成目标产物所消耗的原料量在全部所消耗原料量中所占的比例。回答下列问题:
(1)反应Ⅲ的ΔH3= kJ·ml-1。
(2)为研究上述反应的平衡关系,在T℃下,向某密闭容器中加入a ml的环戊二烯和4 ml H2,测得平衡时,容器中环戊二烯和环戊烷()的物质的量相等,环戊烯的选择性为80%,此时H2的转化率为 %,反应Ⅲ以物质的量分数表示的平衡常数K3= 。
(3)为研究不同温度下催化剂的反应活性,保持其他条件不变,测得在相同时间内,上述反应的转化率和选择性与温度的关系如图所示。
该氢化体系制环戊烯的最佳温度为 ;30 ℃以上时,环戊烯的选择性降低的可能原因是 (填字母)。
A.催化剂活性降低
B.平衡常数变大
C.反应活化能减小
(4)实际生产中采用双环戊二烯()解聚成环戊二烯:(g)2(g) ΔH>0。若将3 ml双环戊二烯通入恒容密闭容器中,分别在T1和T2温度下进行反应。曲线A表示T2温度下n(双环戊二烯)的变化,曲线B表示T1温度下n(环戊二烯)的变化,T2温度下反应到a点恰好达到平衡。
①曲线B在T1温度下恰好达到平衡时的点的坐标为(m,n),则m (填“>”“”“v逆(H2S),B错误;根据曲线a与SO2曲线变化相反,则说明a代表n(H2S)随时间变化的曲线,C错误;该反应是放热反应,若该反应在T2℃(T20,则根据ΔG=ΔH-TΔS
解析 (1)0~10min内v(A)==0.02ml·L-1·min-1。(2)根据图像可知,0~10min内A的物质的量浓度减少量为0.2ml·L-1,C的物质的量浓度增加量为0.4ml·L-1,x、y之比等于A、C的浓度的变化量之比,故x∶y=0.2ml·L-1∶0.4ml·L-1=1∶2。(3)该反应是气体分子数增大的反应,而容器容积不变,因此0~10min容器内压强变大。(4)根据图像可知,10min时改变条件后,A、C的浓度瞬时不变且随后反应速率加快,故改变的条件可能是升温或加入催化剂;12~16min,反应处于平衡状态;16min时改变条件后,A、C的浓度瞬时不变,且随后A的浓度逐渐增大,C的浓度逐渐减小,说明平衡逆向移动,故改变的条件可能是升温。(5)升高温度,平衡逆向移动,平衡常数减小。由于16min时升高温度,则K1>K2。
6.C 解析 温度升高,SiHCl3的平衡产率减小,ΔHN,所以M、N点SiHCl3的分压:M>N,B项正确;由题图可知,的值增大至7时,SiHCl3的平衡产率降低至接近于0,C项错误;M点温度较高,SiHCl3浓度较大,逆反应速率vM>vN,D项正确。
7.D 解析 a、b点均在曲线Ⅰ上,由题图可知升高温度CO2平衡转化率减小,可知升高温度平衡逆向移动,则CO2物质的量分数:ac,故B错误;K与温度有关,且正反应为放热反应,温度越高K越小,则平衡常数:Ka=Kc>Kb,故C错误;a、b点只有温度不同,温度越高、反应速率越快,则反应速率:va(CO2)③,则氢碳比:①>②>③,B错误;正反应是气体体积减小的反应,因此其他条件不变的情况下,缩小容器的容积,压强增大,平衡向正反应方向移动,可提高CO2的转化率,C错误;根据图像可知,400K时曲线③中CO2的转化率是50%,这说明消耗CO21ml·L-1,则消耗氢气3ml·L-1,生成乙醇和水蒸气分别是0.5ml·L-1、1.5ml·L-1,剩余CO2和氢气分别是1ml·L-1、1ml·L-1,该温度下平衡常数K=≈1.7,D正确。
9.D 解析 由图可知,600℃时甲醇的转化率为55%、甲醛的选择性为60%,则前5min内生成甲醛的平均速率v(HCHO)==0.033ml·L-1·min-1,故A错误;由图可知,600℃后,甲醇的转化率增大、甲醛的选择性降低,说明700℃时历程ⅲ的反应程度大,相同时间内反应历程ⅱ的速率小于反应历程ⅲ的速率,故B错误;该反应为气体体积增大的吸热反应,增大压强,平衡向逆反应方向移动,甲醛的产率降低,故C错误;使用催化剂,降低反应的活化能,则使用碳酸钠做反应催化剂的反应历程ⅰ的活化能小于CH3OH(g)HCHO(g)+H2(g)的活化能,故D正确。
10.答案 (1)ΔH1-ΔH2-ΔH3 (2)AD
(3)①CO2 H2 ②反应c为吸热反应,反应d为放热反应。700 ℃后,随着温度升高,反应c右移对C(s)的物质的量分数的影响比反应d左移的大 ③12.5%
解析 (1)该反应由反应a-反应b-反应c得到,即ΔH=ΔH1-ΔH2-ΔH3。
(2)随着反应进行CH4不断减少,平衡时保持不变,A项正确;恒容时,平衡体系中各物质的浓度不发生改变,平衡不移动,CO2转化率不变,B项错误;加入催化剂只改变反应历程不改变平衡常数,C项错误;达到平衡后,降低温度反应d正向移动,v(正)>v(逆),D项正确。
(3)反应起始投入n(CH4)和n(CO2)为2∶1,所以m为CO2。700℃之后C固体增加,即700℃以上的高温有利于反应c正向进行,反应c正向进行H2物质的量分数增加,则n为H2,p为CO。设反应投入CH4和CO2物质的量分别为2ml、1ml。根据反应列出以下三段式:
CO2 + H2 CO + H2O
起始/ml100
变化/mlnnnn
平衡/mln
CH4 + CO2 2CO + 2H2
起始/ml2
变化/mlmm2m2m
平衡/ml2-m
则平衡时CO2物质的量为(1-n-m)ml,CO的物质的量为(n+2m)ml,H2O物质的量为nml,H2为(2m-n)ml,CH4为(2-m)ml,则平衡体系中气体总物质的量为(3+2m)ml。已知CH4和H2O的物质的量分数分别是0.50、0.04,则建立等式为=0.50、=0.04得m=0.25、n=0.14。则CH4的转化率为×100%=×100%=12.5%。则K=。
11.答案 (1)BD (2)B
(3)高 低 高 温度低,反应速率太慢,且CO2转化率低;温度太高,甲醇的选择性低
(4)0.4 38 66.67%
解析 (1)反应ⅰ,ΔS