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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