2022年高考化学二轮(化学反应原理)专题《化学反应速率和平衡图象》

2022年高考化学二轮(化学反应原理)专题《化学反应速率和平衡图象》1•已知反应2SO2(g)+O2(g)'2SO3(g)AHV0,向某体积恒定的密闭容器中按体积比2:1充入SO2和O2，在一定条件下发生反应。如图是某物理量⑴随时间(t)变化的示意图(图中T表示温度)，Y可以是()JlFA.O2的体积分数B.混合气体的密度z——C.密闭容器内的压强D.SO2的转化率答案:选D■-解析：由题图可知，温度t2达到平衡所用时间短，反应速率较快，所以温度t2>T］，温度升高，Y表示的物理量降低，该反应正反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，氧气的体积分数增大，A错误；升温平衡向逆反应方向移动，但混合气体的总质量不变，容器的体积不变，混合气体的密度不变，B错误；升温平衡向逆反应方向移动，混合气体的总的物质的量增大，容器的体积不变，容器的压强增大，C错误；升温平衡向逆反应方向移动，SO2的转化率降低，D正确。2•在密闭容器中进行反应：A(g)+3B(g)=^2C(g),下列有关图像的说法不正确的是JJMJJM依据图a可判断正反应为放热反应在图b中，虚线可表示使用了催化剂时的变化情况若AHvO,图c可表示升高温度使平衡向逆反应方向移动由图d中混合气体的平均相对分子质量随温度的变化情况，可推知正反应吸热答案:选D解析：根据图a曲线可知，温度越高，逆反应速率越大，故升高温度平衡逆向移动，正反应为放热反应，A项正确；催化剂能加快反应速率，缩短达到平衡所用的时间，但不能使平衡发生移动，B项正确；升高温度，平衡向吸热方向移动，C项正确；根据图像曲线可知，温度越高，混合气体的平均相对分子质量减小，故升高温度平衡逆向移动，因此可判断正反应为放热反应，D项错误。

3•在恒容密闭容器中通入X并发生反应：2X(g)=^Y(g),温度T］、T2下X的物质的量浓度c(X)随时间t变化的曲线如图所示，下列叙述正确的是(A.该反应进行到M点放出的热量大于进行到W点放出的热量B.T下，在A.该反应进行到M点放出的热量大于进行到W点放出的热量B.T下，在0〜片时间内，v(Y)="Jmol・L-i・min-itiC.M点的正反应速率v正大于N点的逆反应速率v逆正逆D.M点时再加入一定量X,平衡后X的转化率减小答案:选C解析：根据图示可知，T］>T2，温度越高平衡时c(X)越高，则逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，M点X的转化量小于W点X的转化量，M点放出的热量小于W点放出的热a—ba—b量，A项错误；T2下，At=t］，Ac(Y)=2moLL-i，v(Y)=_2厂mol・L-i・min-i，B项错误；M点温度比W点温度高，所以M点的正反应速率大于W点的逆反应速率，而W点的逆反应速率大于N点的逆反应速率，则M点的正反应速率大于N点的逆反应速率，C项正确；由于在恒容密闭容器中反应，再加入一定量X，相当于增加压强，平衡向正反应方向移动，再次平衡时X的转化率增大，D项错误。4•已知某密闭容器中存在下列平衡：CO(g)+H2O(g=^)CO24•已知某密闭容器中存在下列平衡：CO(g)+H2O(g=^)CO2(g)+H2(g),CO2的平衡物质的量浓度c(CO2)与温度T的关系如图所示。下列说法错误的是(平衡状态a与c相比，平衡状态a的c(CO)较小在T2时，d点的反应速率：v(逆)>v(正)反应CO(g)+H2O(g)^^CO2(g)+H2(g)的AH>0若T］、T2时的平衡常数分别为K］、K2，则K］VK2A.B.C.D.答案:选A+c(C02)/(moPLL)门T/V解析：平衡状态a与c相比，c点温度高，升高温度，平衡向正反应方向移动，CO浓度减小，所以a点CO浓度较大，故A错误；T2时反应进行到d点，c(CO2)高于平衡浓度，故反应向逆反应方向进行，则一定有v(逆)>v(正)，故B正确；由题图可知，温度越高平衡时c(CO2)越大，说明升高温度，平衡向正反应方向移动，即AH>0，故C正确；该反应正反应是吸热反应，升高温度平衡向正反应方向移动，化学平衡常数增大，则K］VK2，故D正确。

5.用CO和H2在催化剂的作用下合成甲醇，发生的反应如下：CO(g)+2H2(g)===CHpH(g)。在体积一定的密闭容器中按物质的量之比1:2充入CO和H2，测得下列说法正确的10090307050&0403020下列说法正确的10090307050&0403020102S0300350400150500550A.该反应的AHV0,且p]<p2B•反应速率：v逆(状态A)>v逆(状态B)逆逆在C点时，CO转化率为75%在恒温恒压条件下向密闭容器中充入不同量的CH3OH,达平衡时ch3oh的体积分数不同答案:选C解析：由图可知，升高温度，CH3OH的体积分数减小，平衡逆向移动，则该反应的AHV0,300°C时，增大压强，平衡正向移动，CH3OH的体积分数增大，所以p]>p2，故A错误；B点对应的温度和压强均大于A点，温度升高、增大压强均使该反应的化学反应速率加快，因此v.(状态A)<v..(状态B)，故B错误；设向密闭容器中充入了1molCO和2逆逆x1—x+2—2x+x=x1—x+2—2x+x=0.5，解得x=0.75，故C正确；由等效CO(g)+2H2(g)-CH3OH(g)起始/mol120变化/molx2xx平衡/mol1—x2—2xx在C点时，ch3oh的体积分数=平衡可知，在恒温恒压条件下向密闭容器中充入不同量的ch3oh，达平衡时ch3oh的体积分数都相同，故D错误。6.某温度下，将2molSO2和1molO2置于10L密闭容器中发生反应：2SO2(g)+O2(g)=^2SO3(g)AH<0，SO2的平衡转化率(M与体系总压强(p)的关系如图甲所示。贝9下列说法正确的是()so反应速率00.100.50p/MPaso反应速率00.100.50p/MPa甲反应时间乙反应时间丙由图甲推断，B点SO2的平衡浓度为0.3moLL-1由图甲推断，A点对应温度下该反应的平衡常数为800达平衡后，若增大容器容积，则反应速率变化图像可以用图乙表示D.压强为0.50MPa时不同温度下SO2转化率与温度关系如图丙，则T2>T1答案:选B解析：A项，二氧化硫起始浓度为2mol—10L=0.2mol・L-1,由图甲可知B点SO2的转化率为0.85，所以Ac(S02)=0.85x0.2mol・L-1=0.17mol・L-1,二氧化硫的平衡浓度为0.2moLL-i—0.17mol・L-1=0.03moLL-1，错误；B项，由图甲可知A点SO2的转化率为0.80，所以Ac(SO2)=0.80x0.2mol・L-1=0.16moLL-1,则：2SO2(g)+O2(g)—2SO3(g)TOC\o"1-5"\h\z起始/(moLL-1)0.20.10变化/(mol・L-1)0.160.080.16平衡/(mol・L-1)0.040.020.16所以A点平衡常数K=000.2X202=800，正确；C项，达平衡后，增大容器容积，反应混合物的浓度都减小，正、逆反应速率都减小，错误；D项，由图丙可知，温度为T1时先到达平衡，在化学反应中，温度越高反应速率越快，故T2VT］，错误。7.向某密闭容器中加入0.15mol・L-1A7.向某密闭容器中加入0.15mol・L-1A、0.05mol・L-1C和一定量的B三种气体。一定条件下发生反应，各物质浓度随时间变化如图中甲所示［t0〜々时c(B)未画出，t1时为0.05mol・L甲乙0.060.05-1］o乙图为t2时刻后改变反应条件，平衡体系中正、逆反应速率随时间变化的情况。c/(mol4jL}IIII\：g⑴若t4时改变的条件为减小压强，则B的起始物质的量浓度为moLL-1。⑵若t5时改变的条件是升温，此时v(正)>v(逆)，若A的物质的量减少0.03mol时，容器与外界的热交换总量为akJ，写出反应的热化学方程式：ot3时改变的某一反应条件可能是(填字母)。a.使用催化剂b.增大压强c.增大反应物浓度在恒温恒压下通入惰性气体，v(正)v(逆)(填“〉”“=”或“<”)。解析：(1)t4时，减小压强v(正)、v(逆)以同等倍数下降，说明反应前后气体体积不变，由A、C浓度变化曲线知，到t1时，A、C的浓度变化量分别为Ac(A)=0.15moLL-1—0.06mol・L-1=0.09moLL-1，Ac(C)=0.11moLL-1-0.05mol・L-1=0.06moLL-1，即A、C的化学计量数之比为0.09:0.06=3:2,故反应方程式为3A(g)^^2C(g)+B(g)，则B的起始浓度为0.05moLL-1-0.03mol・L-1=0.02moLL-1。因升温，v(正)>v(逆)，平衡正向移动，故此反应为吸热反应，其热化学方程式为3A(g)^^2C(g)+B(g)AH=+100akJ・mo卜1。乙图中t3时刻v(正)、v(逆)以同等倍数增大，故改变的条件应是增大压强或加入催化剂。在恒温恒压下充入惰性气体，各组分浓度同倍数减小，相当于减压，因本反应为等气体体积反应，平衡不移动，故v(正)=v(逆)。答案：(1)0.02(2)3A(g)^^=2C(g)+B(g)AH=+100akJ・mo卜1(3)ab(4)=8.磷石膏是湿法生产磷酸排出的工业废渣，主要成分是CaSO『2H2O。用不同的还原剂可以将CaSO4还原，所得SO2可用于工业生产硫酸。以CO作还原剂，改变反应温度可得到不同的产物。不同温度下反应后所得固体成分的物质的量如图1所示。在低于800°C时主要还原产物为；高于800°C时CaS减少的原因是(用化学方程式表示)。图1以高硫煤为还原剂焙烧2.5h,不同条件对硫酸钙转化率的影响如图2所示。CaCl2的作当温度高于1200C时，无论有无CaCl2存在，CaSO4的转化率趋于相同，其原因是⑶以C作还原剂，向密闭容器中加入相同质量的几组不同C/S值(C与CaSO4的物质的量比)的混合物在1100C加热，结果如图3所示。当C/S值为0.5时，反应产物为CaO、SO2、CO2；当C/S值大于0.7时，反应所得气体中SO2的体积分数不升反降，其可能原因解析：(1)由图示可知，在低于800°C时，还原的主要产物为CaS，在高于800°C时，得到的主要产物为CaO，则此时是CaS与CaSO4反应生成CaO。(2)由图2可看出，在高于1200C时，加入CaCl2与不加入CaCl2时CaSO4的转化率相同，但较低温度下加入CaCl2时转化率高，故CaCl2的作用为催化剂。(3)当C/S值大于0.7时，原料中的还原剂C的含量增加，则高温下过量的C与CO2发生反应CO2+C高温,2CO，从而使得气体总体积增大。答案：(1)CaSCaS+3CaSO4高温,4CaO+4SO2f作催化剂两种情况下反应均达到平衡状态，催化剂CaCl2不改变平衡状态CO2高温下与过量C反应生成CO，使气体总体积增大(或部分转化为其他含S物质)9.(全国卷II)CH4-CO2催化重整不仅可以得到合成气(CO和H2),还对温室气体的减排具有重要意义。回答下列问题：CH4-CO2催化重整反应为CH4(g)+CO2(g)===2CO(g)+2H2(g)。已知：C(s)+2H2(g)===CH4(g)AH=-75kJ・mo卜1C(s)+O2(g)===Cq(g)AH=-394kJ・mo卜1C(s)+|O2(g)===CO(g)AH=-111kJ・mo卜1该催化重整反应的AH=kJ・mo卜1。有利于提高CH4平衡转化率的条件是(填标号)。高温低压B.低温高压C.高温高压D.低温低压某温度下，在体积为2L的容器中加入2molCH4、1molCO2以及催化剂进行重整反应，达到平衡时CO2的转化率是50%，其平衡常数为mol2・L-2。反应中催化剂活性会因积碳反应而降低，同时存在的消碳反应则使积碳量减少。相关数据如下表：积碳反应CH4(g)===C(s)+2H2(g)消碳反应CO2(g)+C(s)===2CO(g)AH/(kJ・mo卜1)75172活化能/催化剂X3391(kJ・mol-1)催化剂Y4372①由上表判断，催化剂XY(填“优于”或“劣于”)，理由是。在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下，某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如图所示。升高温度时，下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数(K)和速率(v)的叙述正确的是(填标号)。

1212K、K均增加TOC\o"1-5"\h\z积消v减小、v增加积消K积减小、K消增加v消增加的倍数比v积增加的倍数大消积oO4aL216反应时间/minoO4aL216反应时间/min②在一定温度下，测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为v=k・p(CH4)・[p(CO2)]-o.5(k为速率常数)。在p(CH4)一定时，不同p(CO2)下积碳量随时间的变化趋势如图所示，贝ypa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序为。解析：(1)将题给已知三个反应依次编号为①、②、③，根据盖斯定律，由③x2-①一②可得：CH4(g)+CO2(g)===2CO(g)+2H2(g)阳=+247kJ・mo卜i根据平衡移动的影响因素，该反应的正反应是一个吸热、气体体积增大的反应，所以高温低压有利于反应正向移动。CH4(g)+CO2(g)===2CO(g)+2H2(g)起始/(moLL-i)10.500转化/(moLL-i)0.250.250.50.5平衡/(mol・L-i)0.750.250.50.5””C2CO•C20.5moLL-i2x0.5moLL-i21K=cCH4•cCO2=0.75mol・L-ix0.25mol・L-i=3mw2。(2)①积碳反应中，由于催化剂X的活化能比催化剂Y的活化能要小，所以催化剂X更有利于积碳反应的进行；而消碳反应中，催化剂X的活化能大于催化剂Y，所以催化剂Y更有利于消碳反应的进行；综合分析，催化剂X劣于催化剂Y。由表格可知积碳反应、消碳反应都是吸热反应，温度升高，平衡右移，K、K均增加，积消温度升高，反应速率均增大，从图像上可知，随着温度的升高，催化剂表面的积碳量是减小的，所以v增加的倍数要比v增加的倍数大。消积

②由速率方程表达式v=k・p(CH4Hp(CO2)]-0.5可知，v与p(CO2)成反比例关系，p(CO2)越大，反应速率越小，所以p(CO2)>Pb(CO2)>p(CO2)。答案：(答案：(1)+2471-3(2)①劣于相对于催化剂X,催化剂Y积碳反应的活化能大，积碳反应的速率小；而消碳反应活化能相对小，消碳反应速率大AD②Pc(CO2)、Pb(CO2)、Pg)甲醇是重要的化工原料。利用合成气(主要成分为co、co2和h2)在催化剂的作用下合成甲醇，可能发生的反应如下：i.CO2(g)+3H2(g^^CH3OH(g)+H2O(g)AH1CO2(g)+H2(g)^^CO(g)+H2O(g)AH2iii.CH3OH(g)^^CO(g)+2H2(g)AH3T/K图146D480500S20T/K图146D480500S205405605S0T/K图22086420回答下列问题：(1)已知反应i中相关化学键键能数据如下：化学键H—HC===OCiH—OE/(kJ・mol-1)4368031076465由此计算AH2=kJ・mo卜1。已知AH3=+99kJ・mo卜1,贝VAH=kJ・mo卜1。(2)一定比例的合成气在装有催化剂的反应器中反应12小时。体系中甲醇的产率和催化剂的催化活性与温度的关系如图1所示。温度为470K时，图中P点(填“是”或“不是”)处于平衡状态。在490K之前，甲TOC\o"1-5"\h\z醇产率随着温度升高而增大的原因是；490K之后，甲醇产率下降的原因是。一定能提高甲醇产率的措施是。A.增大压强B.升高温度选择合适催化剂加入大量催化剂选择合适催化剂加入大量催化剂(3)图2为一定比例的CO2(3)图2为一定比例的CO2/H2、CO/H2、①490K时，根据曲线a、c判断合成甲醇的反应机理是傾“「或“II”)。HI.COHI.CO2H2OCO2H2CH3OHHoII.COHCO23H2,CH3OH+H2O②490K时，曲线a与曲线b相比，CO的存在使甲醇生成速率增大，从热力学与动力学角度，并结合反应i、ii分析原因：。解析：(l)CO2(g)+H2(g=^)CO(g)+H2O(g)AH2,反应热=反应物总键能一生成物总键能，故AH2=(2x803+436)kJ・mo卜1一(1076+2x465)kJ・mo卜1=+36kJ・mo卜1；根据盖斯定律由ii—iii=i,故AH1=AH2_AH3=+36kJ・mol-i—(+99kJ・mol-i)=—63kJ・mol-i。(2)①温度为470K时，图中P点不是处于平衡状态。在490K之前，甲醇产率随着温度升高而增大的原因是温度越高化学反应速率越快；490K之后，甲醇产率下降的原因是升高温度，反应i逆向移动、催化剂活性降低；②A项，增大压强，反应i平衡正向移动，正确；B项，由题图可知，温度高于490K甲醇产率降低，错误；C项，选择合适催化剂，选择生成甲醇，提高甲醇产率，正确；D项，加入大量催化剂，不能影响平衡，错误。⑶490K时，从甲醇的生成速率来看，a曲线大于c曲线，即甲醇来源于CO2和H2，故490K时，根据曲线a、c判断合成甲醇的反应机理是II;②490K时，曲线a与曲线b相比，CO的存在使甲醇生成速率增大，原因是：对于反应iiCO是生成物，CO促进反应ii逆向移动，二氧化碳和氢气的量增加，水蒸气的量减少，反应i正向进行，故CO的存在使甲醇生成速率增大。答案：(1)+36—63①不是温度越高化学反应速率越快升高温度，反应i逆向移动、催化剂活性降低AC①II②CO促进反应ii逆向移动，二氧化碳和氢气的量增加，水蒸气的量减少反应i正向移动11.研究发现,NOx是雾霾的主要成分之一,NH3催化还原氮氧化物(SCR)技术是目前应用最广泛的烟气氮氧化物脱除技术。已知:4NH3(g)+6NO(g)L5N2(g)+6H2O(g)AH=-1810kJ・mol-1⑴相同条件下，在2L恒容密闭容器中，选用不同的催化剂，上述反应产生N2的物质的量随时间变化如图1所示。00TOC\o"1-5"\h\z0〜50s在A催化剂作用下，反应速率V(N2)=。在A、B、C三种催化剂下，清除氮氧化物反应的活化能分别表示为Ea(A)、Ea(B)、Ea(C),aaa根据图1曲线，判断三种催化剂条件下，活化能由大到小的顺序为。(2)在氨气足量时，反应在催化剂A作用下，经过相同时间,测得脱氮率随反应温度的变化情况如图2所示，据图可知，在相同的时间内，温度对脱氮率的影响是，其可能的原因(已知A、B催化剂在此温度范围内不失效)。答案⑴①2.5x10-5mol・L-i・s-i②E(C)>E(B)>E(A)(2)300°C之前,温度升高脱氮率逐渐增大,300C之后，温度升高脱氮率逐渐减小300C之前反应未平衡，脱氮率主要取决于反应速率，温度越高,反应速率越快，所以脱氮率增大,300C之后脱氮率主要取决于平衡移动，该反应的正反应是放热反应，升高温度平衡逆向移动，脱氮率减小2.5〉(1O-3mol解析⑴①v(N2)—2T—=2.5x10-5mol・L-i.s-i。②由图1明显看出在A、B、C三种催化250S剂下N2的反应速率依次减小，活化能越大，反应速率越小，因而E(C)>E(B)>E(A)。2aaa氮和碳的化合物与人类生产、生活密切相关。(1)在压强为0.1MPa条件下，将CO和H2的混合气体在催化剂作用下转化为甲醇的反应为CO(g)+2H2(g)«'CH3OH(g)AH<0。T1C时，在容积为5L的恒容容器中充入一定量的n(H)h2和CO,反应达到平衡时ch3oh的体积分数与nCO的关系如图甲所示。温度不变，n(H)—(cO)当=2.5时,达到平衡状态,CH3OH的体积分数可能是甲图中的点。MO的平衡转化率与压强.温野关系CONO102030405060l/s丙2IMO的平衡转化率与压强.温野关系CONO102030405060l/s丙2I百分含量庇(2)用催化转化装置净