31第31讲化学反应速率与平衡图像分析【正文】备用习题

第31讲化学反应速率与平衡图像分析1.[2023·海南卷改编]工业上苯乙烯的生产主要采用乙苯脱氢工艺:C6H5CH2CH3(g)C6H5CHCH2(g)+H2(g)。某条件下无催化剂存在时,该反应的正、逆反应速率v随时间t的变化关系如图所示。下列说法正确的是 (B)A.曲线①表示的是逆反应的v-t关系B.t2时刻体系处于平衡状态C.反应进行到t1时,Q>K(Q为浓度商)D.催化剂存在时,v1增大、v2减小[解析]反应为乙苯制备苯乙烯的过程,开始时反应物浓度最大,生成物浓度为0,故曲线①表示的是正反应的v-t关系,曲线②表示的是逆反应的v-t关系,A错误;t2时,正逆反应速率相等,体系处于平衡状态,B正确;反应进行到t1时,反应正向进行,故Q<K,C错误;催化剂能降低反应的活化能,使反应的v1、v2都增大,D错误。2.已知:A(g)+2B(g)3C(g)ΔH<0,向一恒温恒容的密闭容器中充入1molA和3molB发生反应,t1时达到平衡状态Ⅰ,在t2时改变某一条件,t3时重新达到平衡状态Ⅱ,正反应速率随时间的变化如图所示。下列说法正确的是 (B)A.容器内压强不变,表明反应达到平衡B.t2时改变的条件:向容器中加入CC.平衡时A的体积分数φ:φ(Ⅱ)<φ(Ⅰ)D.平衡常数K:K(Ⅱ)<K(Ⅰ)[解析]该反应是反应前后气体分子数不变的反应,随着反应的进行,气体的总物质的量始终不变,总压强始终不变,A错误;t2时,向容器中加入C,正反应速率逐渐增大,达到新的平衡后保持不变,变化情况与图像相符,B正确;t2时,设向容器中加入3molC,相当于加入1molA和2molB,则状态Ⅱ相当于起始投料为2molA和5molB,若是投料为2molA和6molB,则与状态Ⅰ等效,即状态Ⅱ相当于减少了B的投料,平衡逆向移动,A的体积分数变大,即φ(Ⅱ)>φ(Ⅰ),C错误;化学平衡常数只与温度有关,温度不变,平衡常数不变,即K(Ⅱ)=K(Ⅰ),D错误。3.[2024·河北邯郸模拟]工业上用CO2和H2合成甲醇涉及以下反应:Ⅰ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1Ⅱ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH2在催化剂作用下,将1molCO2和2molH2的混合气体充入一恒容密闭容器中进行反应,达到平衡时,CO2的转化率和容器中混合气体的平均相对分子质量随温度的变化如图所示。下列判断合理的是 (C)已知:平衡时甲醇的选择性为生成甲醇消耗的CO2在CO2总消耗量中的占比。A.ΔH1<0,ΔH2<0B.250℃前以反应Ⅱ为主C.T℃,平衡时甲醇的选择性为60%D.为同时提高CO2的平衡转化率和平衡时甲醇的选择性,应选择的反应条件为高温、高压[解析]根据题图可知250℃之前,随温度升高,CO2的平衡转化率减小,混合气体的平均相对分子质量减小,则以反应Ⅰ为主,反应Ⅰ的平衡逆向移动,反应Ⅰ为放热反应;250℃之后,随温度升高,CO2的平衡转化率增大,混合气体的平均相对分子质量几乎不变,则以反应Ⅱ为主,反应Ⅱ的平衡正向移动,反应Ⅱ为吸热反应。由分析分可知ΔH1<0,ΔH2>0,A错误;由题图可知,当温度高于250℃时,CO2的平衡转化率随温度的升高而增大,则250℃以后以反应Ⅱ为主,B错误;T℃时,CO2的平衡转化率为50%,平均相对分子质量为20,混合气体总物质的量为44+2×220mol=2.4mol,则CO2为0.5mol,设平衡时甲醇的物质的量为x,CO的物质的量为y,则x+y=0.5mol,n(H2)=2-(3x+y),n(H2O)=x+y,n(CH3OH)+n(CO)+n(CO2)+n(H2)+n(H2O)=x+y+0.5mol+2mol-(3x+y)+0.5mol=2.4mol,计算得平衡时n(CH3OH)=0.3mol,n(CO)=0.2mol,甲醇的选择性为0.3mol0.5mol×100%=60%,C正确;因为反应Ⅰ为放热反应,升高温度,4.[2024·河北沧州二模]已知反应ⅰ.SO3(g)+H2O(l)H2SO4(l)ΔH1,平衡常数K1;ⅱ.SO2(g)+12O2(g)SO3(g)ΔH2,平衡常数K2;ⅲ.SO2(g)+CO2(g)SO3(g)+CO(g)ΔH3,平衡常数K3,各反应的平衡常数的对数值(lgKc)随温度的变化如图所示。下列说法正确的是 (B)A.反应ⅰ的ΔS<0,反应ⅲ的ΔH3<0B.反应2SO2(g)+O2(g)+2H2O(l)2H2SO4(l)的lgK=2lgK1+2lgK2C.tK时,若反应ⅱ中c(SO2)∶c(O2)∶c(SO3)=2∶1∶2,则一定有v正=v逆D.在恒容密闭容器中充入1molSO2和1molCO2进行反应ⅲ,三点压强p(x)<p(y)=p(z)[解析]反应ⅰ为气体分子数减少的反应,ΔS<0,反应ⅲ的平衡常数随温度升高而增大,所以ΔH3>0,A错误;根据盖斯定律,2×(ⅰ+ⅱ)得反应2SO2(g)+O2(g)+2H2O(l)2H2SO4(l),K=K12·K22,即lgK=2lgK1