通用版高考化学一轮复习课时突破练33　化学反应速率和平衡图像

中小学教育资源及组卷应用平台
通用版高考化学一轮复习
课时突破练33　化学反应速率和平衡图像
必备知识基础练
1.(2024·浙江金华十校联考)在恒容密闭容器中,CO与H2发生反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　ΔH<0,达到平衡后,若只改变某一条件,下列示意图正确的是(　　)
2.(2024·安徽师大附中统考)已知:图1表示的是可逆反应CO(g)+H2(g)C(s)+H2O(g)(ΔH>0)的化学反应速率(v)与时间(t)的关系;图2表示的是可逆反应2NO2(g)N2O4(g)(ΔH<0)的浓度(c)随时间(t)的变化情况。下列说法中正确的是(　　)
图1
图2
A.图1中t2时改变的条件可能是升高体系的温度或增大气体的压强
B.图1中t2时改变的条件是增大了反应物的浓度
C.图2中t1时改变的条件可能是减小体系的压强
D.若图2中t1时改变的条件为增大压强,则混合气体的平均相对分子质量将减小
3.(2024·辽宁名校联盟联考)向容积均为1 L的甲、乙两个恒容密闭容器中分别充入1 mol O2和4 mol HBr,发生反应:4HBr(g)+O2(g)2Br2(g)+2H2O(g)　ΔH。分别在绝热、恒温条件下进行,两反应体系的压强随时间的变化曲线如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.正反应在较低温度下能自发进行
B.乙在恒温条件下进行,ΔH<0
C.a点的正反应速率大于c点的正反应速率
D.甲条件下平衡常数K小于20.25
4.(2024·辽宁丹东二模)三元催化转换器可除去汽车尾气中90%以上的污染物。在一恒容密闭容器中加入1 mol CO和一定量的NO,发生反应2CO(g)+2NO(g)N2(g)+2CO2(g),按不同投料比x[x=]时,CO的平衡转化率随温度的变化曲线如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.x1B.a、b、c对应平衡常数KaC.反应温度为T1时,向平衡体系充入适量NO,可实现由c到b的转化
D.使用三元催化转换器可提高该反应的平衡转化率
5.(2024·辽宁辽阳二模)CO2的回收和利用是实现“碳中和”的有效途径。在一恒容密闭反应器中充入体积之比为1∶1的CO2和H2,发生反应:①CO2(g)+H2(g)HCOOH(g)　ΔH1=+31.2 kJ·mol-1;②CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH2=+41.2 kJ·mol-1。在相同时间内,CO2的转化率、HCOOH的选择性[HCOOH的选择性=×100%]与温度的关系如图所示。下列叙述错误的是(　　)
A.温度高于673 K时,主要发生反应②
B.温度低于673 K时,HCOOH的选择性随温度升高而增大
C.平衡时,再充入0.1 mol CO2和0.1 mol H2,再次达到平衡时,HCOOH的物质的量增大
D.673 K下反应达到平衡时,CO2、HCOOH、CO的浓度之比为5∶57∶133
关键能力提升练
6.(2024·重庆第八中学一模)利用传感技术可探究压强对化学平衡2NO2(g)N2O4(g)的影响。往注射器中充入适量NO2气体保持活塞位置不变达到平衡(图甲);恒定温度下,分别在t1、t2时快速移动注射器活塞后保持活塞位置不变,测得注射器内气体总压强随时间变化如图乙。下列说法错误的是(　　)
甲
乙
A.B、E两点对应的反应速率:v正(B)>v正(E)
B.B点对应的分压平衡常数为 kPa-1
C.C点到D点平衡逆向移动,针筒内气体颜色D点比B点深
D.E、F、H三点中,H点的气体平均相对分子质量最大
7.(2024·河北保定一模)碘甲烷(CH3I)可裂解制取低碳烯烃。碘甲烷裂解时可发生如下反应:
反应1:2CH3I(g)C2H4(g)+2HI(g)　ΔH=+80.2 kJ·mol-1
反应2:3C2H4(g)2C3H6(g)　ΔH=-108.1 kJ·mol-1
反应3:2C2H4(g)C4H8(g)　ΔH=-120.6 kJ·mol-1
向密闭容器中充入一定量的碘甲烷,维持容器内p=0.1 MPa,平衡时C2H4、C3H6和C4H8占容器内所有气体的物质的量分数与温度的关系如图所示。已知容器中某气体的分压p=φ(物质的量分数)×p总,用气体物质的分压替换浓度计算得到的平衡常数称为分压平衡常数(Kp)。下列说法正确的是(　　)
A.图中物质X表示的是C2H4
B.700 K时,反应2的分压平衡常数Kp=3
C.700 K时,从反应开始至恰好平衡,反应2的速率大于反应3的速率
D.700 K时,其他条件不变,将容器内p增大为0.2 MPa,C2H4的体积分数将减小
8.(2024·江苏宿迁一模)已知CO2催化加氢的主要反应有:
反应Ⅰ　CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH1　ΔS1<0
反应Ⅱ　CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH2>0　ΔS2
在恒温恒压反应器中通入1 mol CO2、3 mol H2气体,CO2的平衡转化率及CH3OH的平衡产率随温度变化关系如图。已知:CH3OH产率=×100%;CH3OH的选择性=×100%。
下列说法不正确的是(　　)
A.ΔH1<0,ΔS2>0
B.CH3OH的平衡选择性随温度的升高而减小
C.525 K后,升高温度对反应Ⅰ的影响大于对反应Ⅱ的影响
D.525 K时,增大的值或增大压强均能使CO2的平衡转化率达到b点的值
9.(2024·湖南娄底一模)氢能源是一种清洁能源,而使用甲烷催化重整制氢在我国是一种比较成熟的工艺。
其涉及的主要反应如下:
①甲烷水蒸气重整反应:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)　ΔH1=+206.2 kJ·mol-1;
②水气变换反应:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)　ΔH2=-41.2 kJ·mol-1。
请回答下列问题:
(1)一定温度下,向起始压强为4 MPa的恒容反应容器中注入初始浓度均为2 mol·L-1的原料气CH4(g)、H2O(g),进行反应①和②,达到平衡时,测得c(H2O)=0.5 mol·L-1,c(CO)=0.5 mol·L-1,此时CH4的转化率为　　　　　　　,则反应②在该温度下的Kp=　　　　　。
(2)反应②常在Pd膜反应器中进行,其工作原理如图所示。
从图示分析,Pd膜能提高该反应转化率的原因是　。
通过分析反应①和②,下列说法不正确的是　　　(填字母)。
A.恒压条件比恒容条件利于提高CH4平衡转化率
B.一定温度下,恒容反应器中,若c(CO)不再变化,则说明反应达到平衡状态
C.升高温度,水气变换反应速率降低,H2产率降低
D.N2吹扫有助于H2分子脱离Pd膜
(3)在催化重整中,还存在甲烷部分氧化反应③:CH4(g)+O2(g)CO(g)+2H2(g)　ΔH=-35.7 kJ·mol-1。实验室模拟工业生产,在进气量为100 mL·min-1下,CH4(g)、O2(g)、H2O(g)以恒定比例通入催化反应器,研究温度对反应的影响,结果如图所示。根据图示分析,温度与甲烷转化率的关系为　。
10.(2025·八省联考陕西卷)1,3-丁二烯(C4H6,简称丁二烯)是生产橡胶的一种重要原料,其制备方法不断创新。
Ⅰ.1-丁烯(C4H8)催化脱氢法是工业生产丁二烯的方法之一。
(1)25 ℃时,相关物质的燃烧热数据如下表:
物质 C4H8(g) C4H6(g) H2(g)
a -2 542 -286
已知:C4H8(g)C4H6(g)+H2(g)　ΔH=+110 kJ·mol-1,则a=　　　。
(2)将一定量的1-丁烯在密闭容器中进行上述反应,测得不同温度下1-丁烯的平衡转化率与体系压强的关系如图所示。
①图中温度T由高到低的顺序为　　　　　　,判断依据为　 　。
②已知C4H8(g)C4H6(g)+H2(g)的标准平衡常数Kθ=,其中pθ=0.1 MPa,则T2温度下,该反应的Kθ=　　　　　　。
Ⅱ.电化学催化还原乙炔法条件温和,安全性高。在室温下,某团队以KOH溶液为电解液,电催化还原乙炔制备丁二烯。
(3)反应开始时,溶解在电解液中的C2H2吸附在催化剂表面,该吸附过程的熵变ΔS　　　(填“>”“<”或“=”)0,生成丁二烯的电极反应式为　 。
(4)一定时间内,丁二烯的选择性和通过电路的总电量随相对电势变化如图所示。
已知:丁二烯的选择性=×100%;电量Q=nF,n表示电路中转移电子的物质的量,F=96 500 C·mol-1。
①当相对电势为-1.0 V时,生成丁二烯的物质的量为　(列计算式)。
②当丁二烯选择性减小时,阴极产生的物质还可能有　　　(填字母)。
A.CO2 B.H2 C.O2 D.C3H4
参考答案
1.B　解析 增加CO的物质的量,CO的转化率降低,A错误。增加一氧化碳的物质的量,平衡正向移动,温度不变,平衡常数不变,B正确。升高温度,平衡向吸热反应即逆向移动,平衡常数减小,C错误。增加氢气的物质的量,平衡正向移动,CO转化率增大,D错误。
2.A　解析 图1中t2时刻v正、v逆均增大,且v正增大程度更大,平衡正向移动,可能是升高体系的温度或增大气体的压强引起,A正确。图1中t2时刻,若增大了反应物的浓度,则v正增大,但v逆不变,B错误。图2中t1时刻,c(NO2)、c(N2O4)瞬间增大,随后c(NO2)逐渐减小,c(N2O4)逐渐增大,直至达到平衡状态,可能是增大压强引起,C错误。若图2中t1时改变的条件为增大压强,平衡正向移动,气体的总物质的量减小,由于气体总质量不变,则气体的平均相对分子质量增大,D错误。
3.D　解析 由图可知,该反应的正反应是放热反应,ΔH<0,气体分子数减小,ΔS<0,ΔG=ΔH-TΔS,ΔG<0反应自发,故该反应在较低温度下能自发进行,A正确。曲线甲恒容密闭容器中压强增大,说明甲在绝热过程进行,乙在恒温过程进行,B正确。平衡时,Ta>Tc,a的反应物浓度大于c的反应物浓度,即a的正反应速率大于c的正反应速率,C正确。在恒温恒容条件下,气体压强之比等于总物质的量之比,列出“三段式”:
　　　4HBr(g)+O2(g)2Br2(g)+2H2O(g)
始/mol 4 1 0 0
转/mol 4x x 2x 2x
b点/mol 4-4x 1-x 2x 2x
则有(4+1)∶(5-x)=20p∶17p,解得x=0.75,b点浓度商Q==20.25,a、b点总压强相等,容器容积相等,a点温度较高,故a点气体的物质的量小于b点,正反应是气体分子数减小的反应,说明a点HBr的转化率大于b点,即a点平衡常数K大于b点Q,D错误。
4.D　解析 相同温度下,n(CO)越大,投料比x越大,CO的平衡转化率越小,则x15.D　解析 根据图像可知,当温度高于673 K时,CO2的转化率增加,但HCOOH的选择性降低,故以发生反应②为主,A正确。当温度低于673 K时,HCOOH的选择性随温度升高而增大,B正确。平衡时再通入0.1 mol CO2和0.1 mol H2,平衡一定正向移动,HCOOH的物质的量一定增大,C正确。利用转化率和HCOOH选择性表达式可知,673 K时CO2的转化率为95%,其中HCOOH的选择性为30%,则CO的选择性为70%,设起始时二氧化碳的物质的量为a mol,利用元素守恒,可知平衡时二氧化碳为0.05a mol,HCOOH和CO物质的量之和为0.95a mol,则HCOOH的物质的量为0.95a mol×30%=0.285a mol,CO的物质的量为0.95a mol×70%=0.665a mol,密闭容器中CO2、HCOOH、CO的浓度之比为10∶57∶133,D错误。
6.C　解析 压强越大、反应速率越大,则B、E两点对应的正反应速率:v正(B)>v正(E),A正确。根据物质的量之比等于压强之比,列出“三段式”:
　　　　　2NO2(g)N2O4(g)
始/kPa 100 0
转/kPa 2x x
平/kPa 100-2x x
则有,解得x=3,二氧化氮的分压为94 kPa,四氧化二氮的分压为3 kPa,Kp= kPa-1,B正确。t1时快速拉动注射器活塞,针筒内气体体积增大,压强迅速减小,C点到D点平衡逆向移动,但是平衡移动的影响小于浓度减小的影响,故针筒内气体颜色D点比B点浅,C错误。t2时快速推动注射器活塞,针筒内气体体积减小,压强迅速增大,保持活塞位置不变后,平衡正向移动,混合气体的物质的量减小,故E、F、H三点中,H点的气体的物质的量最小,根据n=可知,H点的气体平均相对分子质量最大,D正确。
7.D　解析 根据反应1、2、3的焓变利用平衡移动原理可知,升高温度,平衡向吸热方向移动,则反应1正向移动,反应2、3逆向移动,C2H4含量会随着温度升高而不断增大,即可判断Y为C2H4,X为C3H6,A错误。700 K时,C3H6的物质的量分数为7.5%,所以p(C3H6)=0.007 5 MPa,C2H4的物质的量分数为2.5%,则p(C2H4)=0.002 5 MPa,根据分压平衡常数公式计算可以得到Kp==3 600 MPa-1,B错误。反应2和反应3的反应物相同,达到平衡时反应2和反应3所用的时间相同,反应2的产物C3H6的含量低于反应3的产物C4H8的含量,再乘上各自反应的化学计量数的比例可以得到反应2的速率明显小于反应3的速率,C错误。增大压强,反应1逆向移动,反应2和反应3均正向移动,C2H4的含量会减少,体积分数会减小,D正确。
8.C　解析 在350~500 K时,随温度升高,二氧化碳的平衡转化率减小,而反应Ⅱ为吸热反应,升温平衡正向移动,使二氧化碳平衡转化率有增大的趋势,故反应Ⅰ应为放热反应,升温平衡逆向移动,使二氧化碳平衡转化率有减小的趋势,故ΔH1<0;化合物的熵大于单质的,故ΔS2>0,A正确。随温度升高,甲醇的平衡产率减小,故CH3OH的平衡选择性随温度的升高而减小,B正确。525 K后,随温度升高,甲醇的平衡产率减小,说明反应Ⅰ平衡逆移,但二氧化碳的平衡转化率增大,使二氧化碳平衡转化率随温度升高而增大的反应为反应Ⅱ,说明525 K后,升高温度对反应Ⅱ的影响大于对反应Ⅰ的影响,C错误。525 K时,增大的值,相当于二氧化碳的量不变,增大氢气的浓度,平衡正向移动,可以增大二氧化碳的平衡转化率。增大压强,反应Ⅰ平衡正向移动,CO2的平衡转化率增大,均可以达到b点,D正确。
9.答案 (1)50%　7
(2)Pd膜能选择性地解离H2,降低H2的浓度,促使平衡正向移动　C
(3)650 ℃以前,H2、CO的产率低,CO2的产率高,说明反应①和③速率较慢,反应②速率较快,甲烷的转化率较小;650 ℃以上时,温度升高,CO2的产率降低,H2和CO的产率都增大,说明反应②逆向移动,反应①和③速率加快,甲烷的转化率增大
解析 (1)一定温度下,初始浓度均为2 mol·L-1的原料气CH4(g)、H2O(g),进行反应①和②,列出“三段式”:
　　　　　　　①CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)
起始/(mol·L-1) 2 2 0 0
转化/(mol·L-1) x x x 3x
平衡/(mol·L-1) 2-x 2-x x 3x
　　　　　　　②CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
起始/(mol·L-1) x 2-x 0 3x
转化/(mol·L-1) y y y y
平衡/(mol·L-1) x-y 2-x-y y 3x+y
达到平衡时,c(H2O)=0.5 mol·L-1,即2-x-y=0.5,c(CO)=0.5 mol·L-1,即x-y=0.5,x=1,y=0.5,此时CH4的转化率为×100%=50%;
起始压强为4 MPa,根据上述计算可知平衡时CH4、H2O(g)、CO、CO2、H2的物质的量浓度分别为1 mol·L-1、0.5 mol·L-1、0.5 mol·L-1、0.5 mol·L-1、3.5 mol·L-1,根据pV=nRT,在恒容条件下,可知,此时压强为6 MPa,反应②在该温度下的Kp==7。
(2)Pd膜能选择性分离出H2,平衡正向移动,平衡转化率增大;
恒压条件对于反应①为正反应是气体计量数增大的反应,因此为了恒压,体积增大,而体积增大平衡正向移动提高CH4平衡转化率,A正确。恒温恒容的条件下,若c(CO)不再变化,则说明反应达到平衡状态,B正确。反应②为放热反应,升高温度,水气变换反应速率加快,但由于平衡逆向移动,H2产率降低,C错误。N2吹扫更有利于带走H2,有助于H2分子脱离Pd膜,D正确。
(3)从图可以看出,温度较低时,H2和CO的产率都没有明显变化,而CO2的产率在增加,说明反应①和③速率较慢,反应②速率较快,甲烷的转化率较小;温度达到650 ℃以上时,温度升高,CO2的产率降低,H2和CO的产率都增大,说明反应②逆向移动,反应①和③速率加快,甲烷的转化率增大,三个反应都达到平衡后,甲烷的转化率不再明显变化。
10.答案 (1)-2 718
(2)①T1>T2>T3　反应为吸热反应,相同条件下,升高温度,平衡正向移动,1-丁烯的平衡转化率升高　②
(3)<　2C2H2+2e-+2H2O
CH2CHCHCH2+2OH-
(4)① mol×70%×　②BD
解析 (1)根据燃烧热的定义及题中信息可得,
①C4H6(g)+O2(g)4CO2(g)+3H2O(l)　ΔH1=-2 542 kJ·mol-1
②H2(g)+O2(g)H2O(l)　ΔH2=-286 kJ·mol-1
③C4H8(g)+6O2(g)4CO2(g)+4H2O(l)　ΔH=a kJ·mol-1
根据盖斯定律,由③-①-②得反应C4H8(g)C4H6(g)+H2(g)　ΔH=a kJ·mol-1-ΔH1-ΔH2=+110 kJ·mol-1,则a=-2 718。
(2)①反应为吸热反应,相同条件下,升高温度,平衡正向移动,1-丁烯的平衡转化率升高,则图中温度由高到低的顺序为T1>T2>T3。
②由图可知,T2温度下,压强为0.1 MPa,平衡时1-丁烯的平衡转化率为30%,假设1-丁烯初始投料为1 mol,则:
　　　　C4H8(g)C4H6(g)+H2(g)
起始/mol 1 0 0
转化/mol 0.3 0.3 0.3
平衡/mol 0.7 0.3 0.3
总的物质的量为1.3 mol,则C4H8、C4H6、H2分压分别为0.1 MPa×、0.1 MPa×、0.1 MPa×,该反应的Kθ=。
(3)溶解在电解液中的C2H2吸附在催化剂表面,该吸附过程为熵减的过程,则熵变ΔS<0;以KOH溶液为电解液,电催化还原乙炔制备丁二烯,则生成丁二烯的电极反应为乙炔在碱性条件下得到电子发生还原反应生成丁二烯,电极反应式为2C2H2+2e-+2H2OCH2CHCHCH2+2OH-。
(4)①由图示可知,当相对电势为-1.0 V时,总电量为1.1×105 C,则电路中转移电子的物质的量为 mol,丁二烯的选择性为70%,结合反应2C2H2+2e-+2H2OCH2CHCHCH2+2OH-,则生成丁二烯的物质的量为 mol×70%×;②阴极上物质得到电子发生还原反应,元素化合价降低,则当丁二烯选择性减小时,阴极会产生其他还原产物,产生的物质还可能有H2、C3H4,生成二氧化碳和氧气需要发生氧化反应,故选BD。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
21世纪教育网(www.21cnjy.com)