2021届高考化学一轮复习化学平衡图像的分类突破作业

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文档介绍

2021届高考化学一轮复习化学平衡图像的分类突破作业

化学平衡图像的分类突破 ‎(建议用时:35分钟)‎ ‎1.(2019·合肥模拟)在恒温密闭容器中发生反应:CaCO3(s) CaO(s)+CO2(g) ΔH>0,反应达到平衡后,t1时缩小容器体积,x随时间(t)变化的关系如图所示。x不可能是(  )‎ A.v逆(逆反应速率)‎ B.ρ(容器内气体密度)‎ C.m(容器内CaO质量)‎ D.Qc(浓度商)‎ C [t1时缩小容器体积,压强增大,v逆瞬时增大,增大压强,平衡逆向移动,故v逆逐渐减小,A项不符合题意;容器内只有CO2一种气体,缩小容器体积,气体密度瞬时增大,随着平衡逆向移动,CO2的质量逐渐减小,容器内气体密度也逐渐减小,B项不符合题意;缩小容器体积,容器内CaO的质量瞬时不变,随着平衡逆向移动,CaO的质量逐渐减小,C项符合题意;浓度商Qc=c(CO2),缩小容器体积,CO2的浓度瞬时增大,随着平衡逆向移动,CO2的浓度逐渐减小,则浓度商Qc也先瞬时增大,后逐渐减小,D项不符合题意。]‎ ‎2.(2019·湖北名校联考)工业上利用Ga与NH3在高温条件下合成固态半导体材料氮化镓(GaN)的同时有氢气生成。反应中,每生成3 mol H2放出30.8 kJ的热量。在恒温恒容密闭体系内进行上述反应,下列有关表达正确的是(  )‎ A.Ⅰ图像中如果纵轴为正反应速率,则t时刻改变的条件可以为升温或加压 B.Ⅱ图像中纵轴可以为镓的转化率 C.Ⅲ图像中纵轴可以为化学反应速率 D.Ⅳ图像中纵轴可以为体系内混合气体的平均相对分子质量 A [升温或加压均能加快化学反应速率,即升温或加压正反应速率均加快,A项正确;增大压强,平衡逆向移动,Ga的转化率降低,B项错误;镓是固体,增大镓的质量,对化学反应速率无影响,C项错误;温度相同时,加压,平衡逆向移动,混合气体的平均相对分子质量增大,压强相同时,升温,平衡逆向移动,混合气体的平均相对分子质量增大,D项错误。]‎ ‎3.丁烯(C4H8)是制备线性低密度聚乙烯(LLDPE)的原料之一,可由丁烷(C4H10)催化脱氢制备,C4H10(g)C4H8(g)+H2(g) ΔH=+123 kJ·mol-1。该工艺过程中生成的副产物有炭(C)、C2H6、C2H4、C4H6等。进料比[]和温度对丁烯产率的影响如图1、图2所示。已知原料气中氢气的作用是活化固体催化剂。‎ 图1        图2‎ 下列分析正确的是(  )‎ A.原料气中氢气的作用是活化固体催化剂,改变氢气的量不会影响丁烯的产率 B.丁烷催化脱氢是吸热反应,丁烯的产率随温度升高而不断增大 C.随温度升高丁烯裂解生成的副产物增多,会影响丁烯的产率 D.一定温度下,控制进料比[]越小,越有利于提高丁烯的产率 C [由题图1可知,改变氢气的量会影响丁烯的产率,A项错误;根据题图2可知,当温度在‎590 ℃‎左右时,再升高温度,副反应增多,导致丁烯产率降低,B项错误;随温度升高,丁烯裂解为乙烯等副产物,会导致丁烯的产率降低,C项正确;根据题图1可知,随着进料比[]的增大,丁烯的产率先增大后减小,故一定温度下,不是进料比[]越小,越有利于提高丁烯的产率,D项错误。]‎ ‎4.煤气化的一种方法是在气化炉中给煤炭加氢,发生的主要反应为C(s)+2H2(g) CH4(g)。在V L的密闭容器中投入a mol碳(足量),同时通入‎2a mol H2,控制条件使其发生上述反应,实验测得碳的平衡转化率随压强及温度的变化关系如图所示。下列说法正确的是 (  )‎ A.上述正反应为吸热反应 B.在4 MPa、1 200 K时,图中X点v(H2)正0‎ C.a、c点反应速率:va>vc D.‎30 ℃‎时,b点对应状态的v正>v逆 D [A项,c点-lg K=3.638,则平衡常数K=1.0×10-3.638,正确。‎ B项,-lg K越大,则平衡常数K越小,由题图可知,随温度的升高,平衡常数增大,则平衡向正反应方向移动,正反应为吸热反应,故该反应的ΔH>0,正确。‎ C项,a点温度高于c点,va>vc,正确。‎ D项,b点的值大于平衡常数的值,反应向逆反应方向进行,则b点对应的v正”或“<”)0。‎ ‎④已知‎37 ℃‎时,上述反应的正反应速率v(正)=k1·c(Mb)·p(O2),逆反应速率v(逆)=k2·c(MbO2),若k1=120 s-1·kPa-1,则k2=________。‎37 ℃‎时,图2中C点时,v(正)/v(逆)=________。‎ ‎[解析] (1)由盖斯定律可知,反应Ⅰ+反应Ⅱ=反应Ⅲ,所以ΔH3=ΔH1+ΔH2,K3=K1·K2。(2)其他条件一定,pH=7.6时与pH=7.4相比,氢离子浓度减小,该反应的平衡逆向移动,增大了血红蛋白与氧气的结合度,因此A曲线符合。(3)①当p(O2)=2.00 kPa时,此时Mb与氧气的结合度为80.0%,即c(MbO2)=‎4c(Mb),故K==2.00 kPa-1。②根据平衡常数表达式K=,代入数据得2.00=,解得α=97.6%。③体温升高时,Mb与氧气的结合度降低,即升高温度平衡逆向移动,所以正反应为放热反应,ΔH<0。④‎37 ℃‎反应达到平衡时,v(正)=v(逆),即k1·c(Mb)·p(O2)=k2·c(MbO2),k1=k2·K,代入相关数据,解得k2=60 s-1。C点时==×2.00=1.00。‎ ‎[答案] (1)ΔH1+ΔH2 K1·K2‎ ‎(2)A ‎(3)①2.00 ②97.6% ③< ④60 s-1 1.00‎ ‎8.(2019·平顶山一模)处理、回收CO是环境科学家研究的热点课题。‎ ‎(1)CO用于处理大气污染物N2O所发生的反应为N2O(g)+CO(g) CO2(g)+N2(g) ΔH。‎ 几种物质的相对能量如下:‎ 物质 N2O(g)‎ CO(g)‎ CO2(g)‎ N2(g)‎ 相对能量/(kJ·mol-1)‎ ‎475.5‎ ‎283‎ ‎0‎ ‎393.5‎ ‎①ΔH=________ kJ·mol-1。改变下列“量”,一定会引起ΔH发生变化的是________(填代号)。‎ A.温度 B.反应物浓度 C.催化剂 D.化学计量数 ‎②有人提出上述反应可以用“Fe+”作催化剂。其总反应分两步进行:‎ 第一步:Fe++N2O===FeO++N2;‎ 第二步:________________________________________(写化学方程式)。‎ 第二步反应不影响总反应达到平衡所用时间,由此推知,第二步反应速率________第一步反应速率(填“大于”或“等于”)。‎ ‎(2)在实验室,采用I2O5测定空气中CO的含量。在密闭容器中充入足量的I2O5粉末和一定量的CO,发生反应:I2O5(s)+5CO(g) 5CO2(g)+I2(s)。测得CO的转化率如图1所示。‎ ‎①相对曲线a,曲线b仅改变一个条件,改变的条件可能是________。‎ ‎②在此温度下,该可逆反应的平衡常数K=________(用含x的代数式表示)。‎ 图1        图2‎ ‎(3)工业上,利用CO和H2合成CH3OH。在‎1 L恒容密闭容器中充入1 mol CO(g)和n mol H2,在‎250 ℃‎发生反应:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g),测得混合气体中CH3OH的体积分数与H2的物质的量的关系如图2所示。在a、b、c、d点中,CO的平衡转化率最大的点是________。‎ ‎(4)有人提出,利用2CO(g)===‎2C(s)+O2(g)消除CO对环境的污染,你的评价是________(填“可行”或“不可行”)。‎ ‎[解析] (1)①ΔH=生成物所具有的总能量-反应物所具有的总能量=(393.5+0-475.5-283) kJ·mol-1=-365 kJ·mol-1;反应热只与具体反应的化学计量数有关。与温度、压强、催化剂、转化率、反应物浓度等无关。②根据催化剂定义,第二步反应中,中间产物(FeO+)氧化CO生成CO2本身被还原成Fe+,第二步反应对总反应速率没有影响,说明第一步是慢反应,控制总反应速率。‎ ‎(2)①曲线b和曲线a的平衡状态相同,曲线b反应速率较大,对于气体分子数相同的反应,加压可以增大浓度,正、逆反应速率同倍数增大;加入催化剂,正、逆反应速率同倍数增大,平衡不移动;‎ ‎②设CO的起始浓度为c(对于等气体分子数反应,体积始终不变),平衡时,c(CO)=(1-x)c mol·L-1,c(CO2)=xc mol·L-1,K=c5(CO2)/c5(CO)=。‎ ‎(3)图2中,b点代表平衡点,增大H2、CO的投料比,CO的平衡转化率增大。‎ ‎(4)该反应是焓增、熵减反应,任何温度下不能自发进行,故不可行。‎ ‎[答案] (1)①-365 D ②FeO++CO===Fe++CO2 大于 (2)①‎ 加入催化剂(或增大压强) ② (3)d (4)不可行 ‎9.(2019·长郡中学模拟)一定压强下,向密闭容器中充入一定量的CH2===CHCH3和Cl2发生反应:CH2===CHCH3(g)+Cl2(g) CH2===CHCH2Cl(g)+HCl(g) ΔH2=-102 kJ·mol-1。设起始的=w,平衡时Cl2的体积分数(φ)与温度(T)、w的关系如图甲所示。w=1时,正、逆反应的平衡常数(K)与温度(T)的关系如图乙所示。‎ 图甲       图乙 ‎(1)图甲中,w2________1(填“>”“<”或“=”)。‎ ‎(2)图乙中,表示正反应平衡常数的曲线为_____(填“A”或“B”),理由为____‎ ‎__________________________________________________________________。‎ ‎(3)T1 K下,平衡时α(Cl2)=________。‎ ‎[解析] (1)从题图甲可以看出,温度相同,w2时φ(Cl2)较小,在反应中,增大,φ(Cl2)减小,故w2>1。(2)反应的正反应为放热反应,升高温度平衡逆向移动,则正反应平衡常数减小,故B曲线表示正反应平衡常数的曲线。(3)T1 K时正反应平衡常数与逆反应平衡常数相等,且=1,则平衡时反应中各物质浓度均相同,Cl2的转化率为50%。‎ ‎[答案] (1)> (2)B 反应的正反应为放热反应,温度升高,正反应平衡常数减小 (3)50%‎ ‎10.(2019·试题调研)合成氨工艺是人工固氮最重要的途径。2018年是合成氨工业先驱哈伯(F.Haber)获得诺贝尔奖100周年。合成氨反应中有关化学键的键能数据如下表: ‎ 化学键 H—H N≡N N—H E/(kJ·mol-1)‎ ‎436‎ ‎946‎ ‎391‎ 回答下列问题:‎ ‎(1)已知合成氨反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH1的活化能Ea=508 kJ·mol-1,则氨分解反应2NH3(g) N2(g)+3H2(g) ΔH2的活化能Ea=________。‎ ‎(2)其他条件相同时,分别选用A、B、C三种催化剂进行合成氨实验,所得结果如图1所示:‎ 图1‎ 则生产中适宜选择的催化剂是________(填“A”“B”或“C”),理由是________。‎ ‎(3)向恒容密闭的反应容器中充入1 mol N2、3 mol H2,在不同温度、不同压强下合成氨反应分别达平衡时,混合气体中NH3的物质的量分数如图2所示:‎ 图2‎ ‎①曲线A、B、C对应的温度由低到高的顺序是________(用代表曲线的字母表示)。图中X、Y、Z三点的平衡常数大小关系:K(X)________(填“>”“<”或“=”,下同)K(Y)________K(Z)。‎ ‎②Y点对应的H2的转化率是________;若仅将起始投料加倍,其他条件不变,反应达到新平衡时,则H2的转化率将会________(填“升高”“降低”或“不变”)。‎ ‎[解析] (1)N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH1=反应物总键能-生成物总键能=(946+436×3)kJ·mol-1-(6×391)kJ·mol-1=-92 kJ·mol-1;正反应的活化能Ea=508 kJ·mol-1,则逆反应的活化能Ea=(508+92)kJ·mol-1=600 kJ·mol-1,即2NH3(g) N2(g)+3H2(g) ΔH2的活化能Ea=600 kJ·mol-1‎ ‎。(2)由图1可知,A和B的催化效率分别在T1、T2温度下最高,T1K(Z)。②设反应达到Y点对应平衡状态时,N2转化了x mol,根据反应:‎ ‎      N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)‎ 起始(mol)   1   3     0‎ 转化(mol)   x   3x    2x 平衡(mol)   1-x 3-3x   2x Y点时氨气的物质的量分数为60%,所以2x/(1-x+3-3x+2x)×100%=60%,解得x=0.75,Y点对应的H2的转化率为×100%=75%。若仅将起始投料加倍,压强增大平衡正向移动,则反应达到新平衡时,H2的转化率将升高。‎ ‎[答案] (1)600 kJ·mol-1 (2)A 催化剂A在较低温度下具备较高的催化活性,一方面可节约能源,另一方面低温有利于氨的合成 ‎(3)①A ②75% 升高 ‎11.(2019·专家原创)对于2NO2(g) N2O4(g)反应体系,标准平衡常数Kθ=,其中pθ为标准压强(1×105 Pa),p(N2O4)和p(NO2)为各组分平衡分压(平衡分压=总压×物质的量分数)。‎ ‎(1)若起始NO2的物质的量为1 mol,反应在恒定温度和标准压强下进行,N2O4的平衡产率为0.75,则Kθ=________。‎ ‎(2)利用现代手持技术传感器可以探究压强对2NO2(g) N2O4(g)化学平衡移动的影响。在恒定温度和标准压强条件下,往针筒中充入一定体积的NO2气体后密封并保持活塞位置不变,分别在t1、t2时刻迅速移动活塞后并保持活塞位置不变,测定针筒内气体压强变化如图所示。‎ ‎①B点时NO2的转化率为________。‎ ‎②E、H两点对应气体的平均相对分子质量r(E)________r(H)(填“<”“>”或“=”)。‎ ‎[解析] (1)起始NO2的物质的量为1 mol,则N2O4的理论产量为0.5 mol,根据N2O4的平衡产率为0.75,可知平衡时N2O4为0.375 mol,NO2为0.25 mol,则平衡时N2O4的分压为pθ=0.6pθ,NO2的分压为pθ=0.4pθ,故Kθ==3.75。(2)①设起始时NO2为1 mol,从A点至B点时NO2转化x mol,则B点时NO2为(1-x) mol,N2O4为0.5x mol,根据阿伏加德罗推论可得1:(1-x+0.5x)=100∶97,解得x=0.06,故B点时NO2的转化率为6%。②根据图像可知t2时移动活塞,压强先增大后减小,说明是压缩针筒,平衡向正反应方向移动,最终达到平衡时气体分子数减小,气体总质量不变,因此气体的平均相对分子质量增大,r(E)
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