素養(yǎng)系列叢書化學(xué)反應(yīng)原理講與練素養(yǎng)化學(xué)平衡圖像Word版含解析

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1、 【知識精講】 平衡圖像一般有兩種，折線圖一般是轉(zhuǎn)折點(diǎn)往后才達(dá)到平衡狀態(tài)，注意轉(zhuǎn)折點(diǎn)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，橫坐標(biāo)表示達(dá)到平衡所需的時間，時間越短，反應(yīng)速率越快，溫度或壓強(qiáng)越高?？v坐標(biāo)表示達(dá)到平衡時的轉(zhuǎn)化率或百分含量，抓住量的變化，找出平衡移動的方向，利用勒夏特列原理解題。曲線圖。在曲線上的點(diǎn)表示平衡點(diǎn)，關(guān)注曲線圖的走勢，有多個變量時，注意控制變量。示例反應(yīng)：mA(g)+nB(g)hC(g)+qD(g)　ΔH 1. 轉(zhuǎn)化率-時間-溫度(壓強(qiáng))圖： . p一定時，ΔH<0　　　　　T一定時，m+n>h+q T一定時，

2、m+n0　 　　 p一定時，ΔH>0 T一定時，m+n>h+q　　 T一定時，m+n>h+q 3. 轉(zhuǎn)化率-溫度-壓強(qiáng)圖： m+n>h+q，ΔH>0　　　

3、 m+nh+q，ΔH>0　　　　 m+n0 m+n>h+q，ΔH<0　　　　　 m+n>h+q，ΔH>0 【經(jīng)典例析】 例1. (1) 可逆反應(yīng)：aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)　ΔH=Q。根據(jù)下圖回答： ①p1　　　　p2；?、赼+b　　　　c+d； ③T1　　　　T2；　④

4、ΔH　　　　0。 (2) 可逆反應(yīng)：2A(g)+B(g)2C(g)　ΔH=Q，平衡時C的百分含量、B的轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系滿足下圖，根據(jù)圖像回答： ①p1　　　　p2；?、讦　　　　0。③圖中標(biāo)出的1、2、3、4四個點(diǎn)表示v(正)>v(逆)的點(diǎn)是　　　　。 (3) 某密閉容器中發(fā)生如下反應(yīng)：X(g)+3Y(g)2Z(g)　ΔH<0。下圖表示該反應(yīng)的速率(v)隨時間(t)變化的關(guān)系，t2、t3、t5時刻外界條件有所改變，但都沒有改變各物質(zhì)的初始加入量。 ①t2、t3、t5時刻改變的條件依次是　　　　　、　　　　、　　　

5、　。 ②Z的百分含量最低的時間是　　　　。 (4) 將物質(zhì)的量均為3.00mol的物質(zhì)A、B混合于5L容器中，發(fā)生如下反應(yīng)：3A+B2C。 在反應(yīng)過程中C的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)隨溫度變化如右圖所示： ①T0對應(yīng)的反應(yīng)速率v(正)　　　　(填“>”、“<”或“=”)v(逆)。 ②此反應(yīng)的正反應(yīng)為　　　　(填“吸”或“放”)熱反應(yīng)。 (5) 在一容積為2 L的恒容密閉容器內(nèi)加入0.4 mol A和0.6 mol B，一定條件下發(fā)生反應(yīng)2A(g)+B(g)2C(g)，反應(yīng)中C的物質(zhì)的量濃度變化情況如下圖。 在第5 min時，將容器的體積縮小一半后，若在第8 min達(dá)到新的平衡時A的總

6、轉(zhuǎn)化率為75%，請在上圖中畫出第5 min到新平衡時C的物質(zhì)的量濃度的變化曲線。 【答案】(1) ①?、?　(2) ①< ②v(正)，平衡逆向移動，結(jié)合反應(yīng)可知改變的條件是升高溫度。②根據(jù)平衡移動的方向可知，Z的百分含量最低的時間段應(yīng)該是t6。(4) ①T0點(diǎn)應(yīng)該剛達(dá)到平衡，此時v(正)=v(逆)。②從T0往后，升高溫度，C%減小，平衡逆向移動，正反應(yīng)是放熱反應(yīng)。(5) 第5 min時，將容器的體積縮小一半后，c(C)立即變?yōu)樵瓉淼?倍，即變?yōu)?.2 m

7、olL-1，然后因為壓強(qiáng)增大，平衡正向移動，c(C)繼續(xù)增大。由圖可知，5 min達(dá)平衡時，A轉(zhuǎn)化了0.2 mol，A總共轉(zhuǎn)化0.4 mol75%=0.3 mol，故5～8 min A轉(zhuǎn)化了0.1 mol， 　　　　 2A(g)　+　B(g)　　2C(g) 起始/molL-1： 0.2　 0.5　　0.2 轉(zhuǎn)化/molL-1： 0.1　 0.05　 0.1 平衡/molL-1： 0.1　 0.45 0.3 第8 min達(dá)到新的平衡時，c(C)=0.3 molL-1。 例2. 向一體積不變的密閉容器中充入2molA、0.6molC和一定量的B三種氣體，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：2A(g)

8、+B(g)3C(g)，各物質(zhì)的濃度隨時間變化的關(guān)系如左圖所示，其中t0～t1階段c(B)未畫出。右圖為反應(yīng)體系中反應(yīng)速率隨時間變化的情況，且t2、t3、t4各改變一種不同的條件。 (1) 若t1=15min，則t0～t1階段以C的濃度變化表示的反應(yīng)速率v(C)=　　　　　　　　。 (2) t3時改變的條件為　　　　　　　　　，B的起始物質(zhì)的量為　　　　。 (3) t4～t5階段，若A的物質(zhì)的量減少了0.01mol，而此階段中反應(yīng)體系吸收能量為akJ，寫出此條件下該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：　

9、 。 (4) 請在下圖中定性畫出工業(yè)合成NH3中H2的逆反應(yīng)速率(v)隨時間(t)變化關(guān)系的圖像。(其相應(yīng)的變化特點(diǎn)：t1達(dá)到平衡，t2降溫，t3又達(dá)到平衡，t4增大壓強(qiáng)，t5再次達(dá)到平衡) 【答案】(1) 0.02molL-1min-1　(2) 減小壓強(qiáng)(或取出部分平衡混合氣體)　1.0mol　(3) 2A(g)+B(g)3C(g)　ΔH=+200akJmol-1(4) 【解析】(1) 15min內(nèi)，以C濃度變化表示的反應(yīng)速率為v(C)= mol A完全反應(yīng)吸收a kJ熱量，則2 mol A完全反應(yīng)吸收200a kJ熱量，所以熱化學(xué)方程式為2A(g)+B(g)3C(g)

10、　ΔH=+200akJmol-1。(4) t1達(dá)到平衡，則H2的逆反應(yīng)速率不變；t2降溫，則H2的逆反應(yīng)速率降低，平衡正向移動，逆反應(yīng)速率又慢慢增大；t3又達(dá)到平衡，H2的逆反應(yīng)速率不變；t4增大壓強(qiáng)，H2的逆反應(yīng)速率增大，平衡正向移動，逆反應(yīng)速率又慢慢增大；t5再次達(dá)到平衡，H2的逆反應(yīng)速率不變。據(jù)此畫出圖像。 【鞏固訓(xùn)練】 1. 在2014年國家科學(xué)技術(shù)獎勵大會上，甲醇制取低碳烯烴技術(shù)(DMTO)獲國家技術(shù)發(fā)明獎一等獎。DMTO主要包括煤氣化、液化、烯烴化三個階段。 (1) 煤的氣化：煤氣化的主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為　　　　　　　　　　　。 (2) 煤的液化：下表中有些反應(yīng)是煤液化過

11、程中的反應(yīng)。 熱化學(xué)方程式 平衡常數(shù) 500 ℃ 700 ℃ ①2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)　 ΔH1=a kJmol-1 2.5 0.2 ②H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g)　 ΔH2=b kJmol-1 1.0 2.3 ③3H2(g)+CO2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　 ΔH3=c kJmol-1 K3 4.6 ①a　　　　(填“>”、“<”或“=”)0，c與a、b之間的定量關(guān)系為　　　　　　。 ②K3=　　　　，若反應(yīng)③是在容積為2 L的密閉容器中進(jìn)行(500 ℃)的，測得某一時刻體系內(nèi)H2、CO2、CH3OH、H2O的物

12、質(zhì)的量分別為6 mol、2 mol、10 mol、10 mol，則此時CH3OH的生成速率　　　　(填“>”、“<”或“=”)CH3OH的消耗速率。 (3) 烯烴化階段：如圖1是某工廠烯烴化階段產(chǎn)物中乙烯、丙烯的選擇性與溫度、壓強(qiáng)之間的關(guān)系(選擇性：指生成某物質(zhì)的百分比，圖中Ⅰ、Ⅱ表示乙烯，Ⅲ表示丙烯)。 圖1 圖2 ①為盡可能多地獲得乙烯，控制的生產(chǎn)條件為　　　　　　　。 ②一定溫度下某密閉容器中存在反應(yīng)：2CH3OH(g)CH2CH2(g)+2H2O(g)　ΔH>0。在壓強(qiáng)為p1時，產(chǎn)物水的物質(zhì)的量與時間的關(guān)系如圖2所示

13、，若t0 時刻，測得甲醇的體積分?jǐn)?shù)為10%，此時甲醇乙烯化的轉(zhuǎn)化率為　　　　(保留三位有效數(shù)字)，若在t1 時刻將容器容積快速擴(kuò)大到原來的2倍，請在圖中繪制出此變化發(fā)生后至反應(yīng)達(dá)到新平衡時水的物質(zhì)的量與時間的關(guān)系圖。 2. 汽車尾氣中的CO、NOx已經(jīng)成為大氣的主要污染物，使用稀土等催化劑能將CO、NOx、碳?xì)浠衔镛D(zhuǎn)化成無毒物質(zhì)，從而減少汽車尾氣污染。 (1) 已知：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)　ΔH=-41kJmol-1，某溫度下，向容積為2L的密閉容器中充入2.0molCO(g)和2.0molH2O(g)，在tmin時達(dá)到平衡，測得放出了32.8kJ熱量，則tmi

14、n內(nèi)用H2表示的平均反應(yīng)速率為　　　　　　　　。相同條件下，向同一密閉容器中充入1.0molCO2和1.0molH2，反應(yīng)達(dá)到平衡后，吸收的熱量為　　　　kJ。 (2) 汽車尾氣中CO、NOx的有效消除成為環(huán)保領(lǐng)域的重要課題。某研究小組在實(shí)驗室用某新型催化劑對CO、NO催化轉(zhuǎn)化進(jìn)行研究，測得NO轉(zhuǎn)化為N2的轉(zhuǎn)化率隨溫度、CO混存量的變化情況如右圖。 ①NO與CO混存時，相互反應(yīng)的化學(xué)方程式為　　　　　　　　　　。 ②1000K、n(NO)∶n(CO)=5∶4時，NO的轉(zhuǎn)化率為75%，則CO的轉(zhuǎn)化率約為　　　　。 ③由于n(NO)∶n(CO)在實(shí)際過程中是不斷變化的，保證NO轉(zhuǎn)化率較

15、高的措施是將溫度大約控制在　　　　K之間。 3. 研究和深度開發(fā)CO、CO2的應(yīng)用對構(gòu)建生態(tài)文明社會具有重要的意義。 (1) CO2和H2充入一定體積的密閉容器中，在兩種溫度下發(fā)生反應(yīng)： CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)。 測得CH3OH的物質(zhì)的量隨時間的變化見右圖。 該反應(yīng)的ΔH　　　　(填“>”或“<”)0，溫度升高，K　　　　(填“增大”、“減小”或“不變”)。 (2) 在一定條件下，用H2將二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲烷的反應(yīng)如下： CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)。向一容積為2L的恒容密閉容器中充入一定量的CO2和H2，在300℃時

16、發(fā)生上述反應(yīng)，達(dá)到平衡時各物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度分別為c(CO2)=0.2molL-1、c(H2)=0.8molL-1、 c(CH4)=0.8molL-1，c(H2O)=1.6molL-1。則CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為　　，上述反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=　　　　　　，200℃時該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=64.8，則該反應(yīng)的ΔH　　　　(填“>”或“<”)0。 4. 研究CO2的利用對促進(jìn)低碳社會的構(gòu)建具有重要的意義。 (1) 現(xiàn)有反應(yīng)：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH<0 。在850 ℃時，K=1。 ①如果上述反應(yīng)的平衡常數(shù)K值變大，該反應(yīng)　　　　(填字母)。 a.一定向

17、正反應(yīng)方向移動 b.在平衡移動過程中正反應(yīng)速率先增大后減小 c.一定向逆反應(yīng)方向移動 d.在平衡移動過程中逆反應(yīng)速率先減小后增大 ②若反應(yīng)容器的容積為2.0 L，反應(yīng)時間4.0 min，容器內(nèi)氣體的物質(zhì)的量減小了0.8 mol，在這段時間內(nèi)CO2 的平均反應(yīng)速率為　　　　　　。 ③在850 ℃時，若向1 L的密閉容器中同時充入3.0 mol CO、1.0 mol H2、1.0 mol CH3OH、5.0 mol H2O(g)，上述反應(yīng)向　　　　(填“正反應(yīng)”或“逆反應(yīng)”)方向進(jìn)行。 (2) 以二氧化鈦表面覆蓋Cu2Al2O4 為催化劑，可以將CO2 和CH4 直接轉(zhuǎn)化成乙酸。

18、 ①在不同溫度下催化劑的催化效率與乙酸的生成速率如右圖所示。250～300 ℃時，溫度升高而乙酸的生成速率降低的原因是　 。 ②為了提高該反應(yīng)中CO2的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施是　 。 5. 近年來燃煤脫硫技術(shù)受到各界科研人員的重視，某脫硫技術(shù)涉及如下反應(yīng)： Ⅰ. CaSO4(s)+CO(g) CaO(s)+SO2(g)+CO2(g)　ΔH1=+218.4 kJ mol-1 Ⅱ. CaO(s)+3CO(g)+SO2(g)CaS(s)+3CO2(g)　ΔH2=-394.0 kJ mol-1 (1) 若用K1、K2分別表示反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ的化

19、學(xué)平衡常數(shù)，則反應(yīng) CaSO4(s)+2CO(g)CaS(s)+2CO2(g)的平衡常數(shù)K=　　　　(用含K1、K2的式子表示)。 (2) 某溫度下在一密閉容器中若只發(fā)生反應(yīng)Ⅰ，測得數(shù)據(jù)如下： t/s 0 10 20 30 50 c(CO)/molL-1 3 1.8 1.2 0.9 0.9 前20 s內(nèi)v(SO2)=　　　　molL-1s-1，平衡時CO的轉(zhuǎn)化率為　　　　。 (3) 某科研小組研究在其他條件不變的情況下，改變起始一氧化碳物質(zhì)的量對反應(yīng)Ⅱ的影響，實(shí)驗結(jié)果如右圖所示(圖中T表示溫度)。 ①比較在a、b、c三點(diǎn)所處的平衡狀態(tài)中，反應(yīng)物SO2的轉(zhuǎn)化

20、率最高的是　　　　　　。 ②圖像中T2　　　　(填“高于”、“低于”、“等于”或“無法確定”)T1，判斷的理由是　　　　　　　　　　　　　　　。 參考答案 1. 【答案】(1) C+H2O(g)CO+H2　(2) ①<　c=a+b　②2.5　>　(3) ①530℃、0.1 MPa?、?5.7% (3) 由圖1可知，530℃、0.1 MPa時乙烯的選擇性最大。 ②設(shè)甲醇起始物質(zhì)的量為x mol， 　　　　　 　2CH3OH(g)CH2CH2(g)+2H2O(g) 起始量/mol：　　x　　 0　　 0 轉(zhuǎn)化量/mol：　 3.6　　 1.8　 3.6

21、 平衡量/mol：　 x-3.6　 1.8　 3.6 則有：=10%，解得x=4.2，則甲醇的轉(zhuǎn)化率為100%=85.7%。 因體積變大即壓強(qiáng)減小，平衡向右移動，導(dǎo)致生成水的量增大，繪制圖像時應(yīng)注意條件改變后水的物質(zhì)的量沒有立即變化，重新達(dá)到平衡所需要的時間應(yīng)比t0多。 2. 【答案】(1) molL-1min-1　24.6(2) ①2CO+2NON2+2CO2?、?3.75%　③800～900 【解析】 (1) 生成H2的物質(zhì)的量為=0.8mol，v(H2)==molL-1min-1。相同條件下，向同一密閉容器中充入1.0molCO2和1.0molH2，反應(yīng)達(dá)到平衡后n(H2)=0

22、.4mol，則反應(yīng)的H2為0.6mol，此時吸收的熱量Q=0.6mol41kJmol-1=24.6kJ。 (2) ①NO與CO混存時，生成氮?dú)夂投趸?，化學(xué)方程式為2CO+2NON2+2CO2。②1000K、=5∶4時，NO的轉(zhuǎn)化率為75%，設(shè)NO的物質(zhì)的量是5mol，則CO的物質(zhì)的量是4mol，消耗NO的物質(zhì)的量是5mol75%=3.75mol，則消耗CO的物質(zhì)的量是3.75mol，所以CO的轉(zhuǎn)化率為100%=93.75%。 3. 【答案】(1) ①<　減小　(2) 80%　　< 【解析】(1) 從曲線可知Ⅱ的溫度高，升高溫度，平衡逆向移動，K減小，正反應(yīng)放熱。 (2)　　　　　C

23、O2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g) 起始/molL-1：1.0 4.0 0 0 轉(zhuǎn)化/molL-1：0.8 3.2 0.8 1.6 平衡/molL-1：0.2 0.8 0.8 1.6 則CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為100%=80%。 根據(jù)化學(xué)方程式可以寫出平衡常數(shù)表達(dá)式為 K=時300℃時K==25，200℃時K=64.8，說明溫度升高，K減小，平衡逆向移動，則逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。 4.【答案】(1) ①ad?、?.05 molL-1min-1?、勰娣磻?yīng)　 (2) ①溫度超過250℃，催化劑的催化效率降低?、谠龃蠓磻?yīng)壓強(qiáng)(或增大CH4的濃度) 的濃度，可使平衡正向移動，可提高該反應(yīng)中CO2的轉(zhuǎn)化率。 5.【答案】(1) (K1K2　(2) 0.09　70%　(3) ①c?、诟哂凇≡摲磻?yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，CO2體積分?jǐn)?shù)降低，故T2高于T1 【解析】(1) (Ⅰ+Ⅱ)2即可得到目標(biāo)反應(yīng)，因而K=(K1K2。(2) 前20 s CO的濃度減小了1.8 molL-1，根據(jù)