05第31讲化学反应速率与平衡图像分析【答案】作业手册

第31讲化学反应速率与平衡图像分析1.C[解析]由图甲可知,t1改变条件时,正反应速率在原来基础上逐渐减小,由图乙可知,t1改变条件时,NO的浓度在原来基础上逐渐减小,说明改变条件后平衡正向移动,只有减小生成物浓度才能与两个图像的变化情况吻合,A正确;由图甲可知,t3改变条件时,正反应速率在原来基础上突增,由图乙可知,NO的浓度在原来基础上逐渐增大,即化学平衡逆向移动,说明t3改变条件时,逆反应速率大于正反应速率,即逆反应速率在原来基础上也是突增的,B正确;t3改变条件时正、逆反应速率均突增,但由图乙可知,NO的浓度在原来基础上是逐渐增大的,因此所改变的条件只能是升温而不是加压,C错误;t4时的温度高于t3时的,t3时的温度等于t1时的,因此t4时的温度高于t1时的温度,升温平衡逆向移动,平衡常数减小,D正确。2.D[解析]Δc=vΔt,故阴影部分面积表示物质的量浓度变化量,A错误;减少NH3浓度,正反应速率不可能突然增大,正反应速率瞬时不变再逐渐减小,逆反应速率瞬时减小再逐渐增大,平衡正向移动,B错误;铝片与稀硫酸反应为放热反应,体系温度升高,反应速率加快,但氢离子浓度不断减小,最高点后反应速率减慢,最高点以后,反应仍在放热,故t1时刻溶液的温度不是最高,C错误;起始时二氧化硫越少,氧气越多,则二氧化硫的转化率越大,a点SO2的转化率最大,D正确。3.C[解析]该反应中,反应物只有一种是气体,生成物有两种是气体,由图可知,随着温度的升高,平衡时一种气体(X)的体积分数减小,两种气体(Y和Z)的体积分数增大,且Y的体积分数比Z的体积分数大,故可推知X、Y、Z分别代表H2、H2O、CO,A正确;由化学方程式可知该反应的ΔS>0,由图可知该反应为吸热反应,即ΔH>0,根据ΔG=ΔH-TΔS<0可知,该反应在高温下可以自发进行,B正确;由图可知,130℃时,该反应达到平衡时,H2和H2O的体积分数相等,H2O的体积分数是CO的体积分数的2倍,三种气体的体积分数之和等于100%,2a+0.5a=100,则a=40,C错误;升高温度,该反应的化学平衡正向移动,反应体系中混合气体的平均相对分子质量增大,D正确。4.D[解析]根据“先拐先平数值大”可知温度:Ta>Tb,故A错误;其他条件不变,升高温度,达平衡时n(CO)增大,故平衡正向移动,则正反应为吸热反应,故B错误;由图可知Tb达平衡时n(CO)=0.6mol,则CH4转化0.6mol,CH4的平衡转化率为0.6mol1.5mol×100%=40%,故C错误;由图可知,Ta达平衡时n(CO)=1.0mol,则n(CH4)=n(H2O)=1.5mol-1.0mol=0.5mol,n(H2)=3n(CO)=3.0mol,根据恒温恒容下,气体压强之比等于物质的量之比,p2p15.D[解析]根据图像可知,当温度高于673K时,CO2的转化率增加,但HCOOH的选择性降低,故以反应②为主,A正确;根据图像可知,当温度低于673K时,HCOOH的选择性随温度升高而增大,B正确;平衡时再通入0.1molCO2和0.1molH2,平衡一定正向移动,HCOOH的物质的量一定增大,C正确;利用转化率和选择性表达式可知,673K时CO2的转化率为95%,其中HCOOH的选择性为30%,那么CO的选择性为70%,设起始时二氧化碳的物质的量为amol,根据化学方程式利用元素守恒,反应相同时间时二氧化碳为0.05amol,HCOOH和CO物质的量之和为0.95amol,那么HCOOH的物质的量为0.95amol×30%=0.285amol,CO的物质的量为0.95amol×70%=0.665amol,恒容密闭容器中CO2、HCOOH、CO的浓度之比为10∶57∶133,D错误。6.C[解析]375~525K,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增大,故反应Ⅰ应为放热反应,升温平衡逆移,使二氧化碳平衡转化率减小,故ΔH1<0;反应ⅡΔH2>0,因可自发进行,ΔH2-TΔS2<0,故ΔS2>0,A正确。随温度升高,反应Ⅰ平衡逆向移动,反应Ⅱ平衡正向移动,故CH3OH的平衡选择性随温度的升高而减小,B正确。525K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525K后,升高温度对反应Ⅱ的影响大于对反应Ⅰ的影响,C错误。525K时,增大n起始(H2)n起始(CO2)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Ⅰ7.B[解析]根据盖斯定律可知,反应CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g)为反应Ⅱ-反应Ⅰ,由图可知,随着温度升高,甲烷含量减小,一氧化碳含量增大,则说明随着温度升高,反应Ⅱ平衡逆向移动,反应Ⅰ平衡正向移动,则反应Ⅰ为吸热反应,ΔH1>0,反应Ⅱ为放热反应,ΔH2<0,则,ΔH2-ΔH1<0,A错误;M点几乎没有甲烷产物,且二氧化碳、一氧化碳含量相等,投料比V(CO2)∶V(H2)=1∶1,说明CO2、H2都转化一半,则此时反应Ⅰ平衡时二氧化碳、氢气、一氧化碳、水蒸气的物质的量相等,反应Ⅰ的平衡常数K=c(H2O)×c(CO)c(CO2)×c(H2)=1,B正确;催化剂不影响化学平衡,主要影响反应速率8.D[解析]相同条件下,氢气投料越多,一氧化碳的平衡转化率越大,所以曲线X代表1∶3投料,则曲线Y代表1∶2投料,曲线Z代表1∶1投料,A正确;m点起始投料比为1∶2,正好是方程式中CO和H2的化学计量数之比,则反应过程中转化率:α(H2)=α(CO),B正确;该反应为放热反应,降低温度,平衡正向移动,CO的平衡转化率增大,对应的曲线上移,C正确;若其他条件不变,压缩体积压强增大,平衡将正向移动,但根据勒夏特列原理可知c(H2)增大,而平衡常数K=c(CH3OH)c(CO)·c2(H29.(1)高温满足ΔG=ΔH-TΔS<0时,反应自发进行,反应Ⅰ的ΔH>0,ΔS>0,高温时ΔG<0(2)M恒温恒压下加入稀有气体,平衡向气体分子数增大的方向移动(3)1.2×10-31615p(4)600℃温度升高反应速率加快,催化剂内积碳量增加,催化剂快速失活[解析](1)满足ΔG=ΔH-TΔS<0时,反应自发进行,根据反应Ⅰ:CH4(g)+2H2S(g)CS2(g)+4H2(g)ΔH1=+234kJ·mol-1可知,该反应的ΔH>0,ΔS>0,则该反应在高温下能自发进行。(2)恒温恒压下加入稀有气体,相当于减压,平衡向气体分子数增大的方向移动,即向正反应方向移动,CH4的平衡转化率增大,故含有He的曲线为M。(3)根据三个反应可知,n生成(H2)=n转化(H2S)+2n转化(CH4),由图可知,0~5min内n转化(H2S)=0.15mol×20%=0.03mol,n转化(CH4)=0.3mol×5%=0.015mol,则n(H2)=0.03mol+0.015mol×2=0.06mol,故0~5min内H2的平均反应速率为0.06mol10L×5min=1.2×10-3mol·L-1·min-1;5min时,设反应Ⅰ中CH4转化xmol,则反应Ⅱ中甲烷转化(0.015-x)mol,反应Ⅰ中H2S转化2xmol,反应Ⅲ中H2S转化(0.03-2x)mol,5min时H2为0.06mol,CS2为xmol,S2为(0.015-x)mol,CH4为0.285mol,H2S为0.12mol,气体总物质的量为0.48mol,反应前气体总物质的量为0.45mol,压强为p0kPa,根据恒温恒容时气体的压强之比等于物质的量之比,5min时容器内总压强为0.48mol0.45mol×p0kPa=1615p0kPa。(4)由图可知,550℃、650℃时,当反应时间大于1000s,氢气的体积分数迅速下降,催化剂表面的积碳量增加,催化剂迅速失活,而600℃时,随着反应的进行,氢气的体积分数逐渐增大并保持在较高水平,因此使用催化剂的最佳温度为600℃;650℃10.(1)>(2)CH3CH(OH)CH3(g)HOCH2CH2CH3(g)ΔH=+(b-a)kJ·mol-1(3)<(4)AB(5)①M②60③164④[解析](1)根据图甲可知:降低温度,两个反应的化学平衡常数都增大,说明两个反应的正反应都是放热反应,反应Ⅱ斜率大于反应Ⅰ,根据范特霍夫方程,-ΔH1<-ΔH2,则有ΔH1>ΔH2。(2)根据盖斯定律,将反应Ⅰ-反应Ⅱ,整理可得CH3CH(OH)CH3(g)转化为HOCH2CH2CH3(g)的热化学方程式为CH3CH(OH)CH3(g)HOCH2CH2CH3(g)ΔH=+(b-a)kJ·mol-1。(3)反应Ⅲ的气体分子数减小量大于反应Ⅱ气体分子数的减小量,故反应Ⅲ熵值减小的绝对值大于反应Ⅱ的熵值减小值,故熵变关系为ΔS(Ⅲ)<ΔS(Ⅱ)。(4)反应Ⅰ、Ⅱ都是气体分子数减小的放热反应,反应在绝热恒容容器中发生,若容器内气体的压强不变,则气体的物质的量不变,温度不变,反应达到平衡状态,A、B正确;反应混合物都是气体,气体的质量不变,反应在恒容容器中发生,气体的体积不变,则无论反应是否达到平衡状态,气体的密度始终不变,不能据此判断反应是否达到平衡状态,C错误;两个反应中CH2CHCH3与H2O反应的物质的量之比是1∶1,加入的n(CH2CHCH3)∶n(H2O)也是1∶1,则无论反应是否达到平衡状态,n(CH2CHCH3)∶n(H2O)的比值始终不变,因此不能据此判断反应是否达到平衡状态,D错误。(5)①根据(1)分析,两正反应均为放热反应,但反应Ⅱ放热更多,说明CH3CH(OH)CH3比HOCH2CH2CH3稳定,所以曲线变化程度大的曲线M表示反应Ⅱ的生成物CH3CH(OH)CH3(g)的分压变化,曲线N表示HOCH2CH2CH3(g)的分压变化。②加入的n(CH2CHCH3)∶n(H2O)是1∶1,CH2CHCH3与H2O反应时物质的量之比也是1∶1,开始时总压强为400kPa,则p始(H2O)=p始(CH2CHCH3)=200kPa,两个反应生成物总压强为120kPa,所以反应的CH2CHCH3的压强为120kPa,反应的H2O的压强也为120kPa,平衡时,p平(H2O)=p平(CH2CHCH3)=200kPa-120kPa=80kPa,则CH2CHCH3的平衡转化率为120kPa200kPa×100%=60%。③