2024苏教版新教材高中化学选择性必修1同步练习--专题强化练3　平衡移动原理与化学平衡图像（含解析）

2024苏教版新教材高中化学选择性必修1
专题强化练3　平衡移动原理与化学平衡图像
1.(2020江苏南京金陵中学学情调研)某温度下,在2 L恒容密闭容器中投入一定量的A、B发生反应:3A(g)+bB(g) cC(g)　ΔH= -Q kJ/mol(Q>0),12 s时生成C的物质的量为0.8 mol(反应进程如图所示)。下列说法正确的是(　　)
A.图中交点时A的消耗速率等于A的生成速率
B.0~2 s内,用A表示的反应速率为0.15 mol/(L·s)
C.化学计量数之比b∶c=1∶4
D.12 s内,反应放出0.2Q kJ热量
2.(2020北京丰台期末)对于可逆反应A(g)+B(g) 3C(g) 　ΔH>0,以下相关图像正确的是(　　)
3.(2021江苏泰州中学月度质量检测)已知反应aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g),如图表示在不同条件下生成物D的体积分数φ(D)随时间变化的关系,据此判断(　　)
A.a+bB.a+b>c+d,ΔH>0
C.a+b0　　　　　
D.a+b>c+d,ΔH<0
4.(2022天津五校期中联考)对反应aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g)　ΔH,反应特点与对应图像的说法中不正确的是(　　)
A.图①中,若p1>p2,则a+b>c+d
B.图②中,若T2>T1,则ΔH<0且a+b=c+d
C.图③中,t1时刻改变的条件一定是使用了催化剂
D.图④中,若ΔH<0,则纵坐标不可能是反应物A的转化率
5.(2021北京朝阳期中)向体积为10 L的恒容密闭容器中通入1.1 mol CH4(g)和1.1 mol H2O(g)制备H2,反应原理为CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)　ΔH=+206.2 kJ·mol-1。在不同温度(Ta、Tb)下测得容器中n(CO)随时间的变化如图所示。
下列说法正确的是(　　)
A.温度TaB.Ta时,0~4 min内v(CH4)=0.25 mol·L-1·min-1
C.Tb时,若改为恒温恒压容器,平衡时n(CO)>0.6 mol
D.Tb时,平衡时再充入1.1 mol CH4,平衡常数增大
6.(2021河北邯郸联盟校期中)在恒容密闭容器中进行反应2CO2(g)+6H2(g) C2H5OH(g)+3H2O(g)　ΔH。在某压强下起始时按不同氢碳比[]投料(如图中曲线①②③),测得CO2的平衡转化率与温度的关系如图所示,下列有关说法正确的是　(　　)
A.该反应的ΔH>0
B.氢碳比:①<②<③
C.平衡常数:Ka>Kb>Kc
D.若起始CO2的浓度为2 mol·L-1、H2的浓度为4 mol·L-1,在图中曲线③氢碳比条件下进行反应,则400 K时,该反应的平衡常数值约为1.7
7.(2021河南豫南九校联考)钛铁矿提钛反应之一为4Fe2TiO5(s)+4TiO2(s)+CH4(g) 8FeTiO3(s)+CO2(g)+2H2O(g),该反应的平衡常数的负对数(-lgK)随温度(T)的变化曲线如图所示。下列说法错误的是(　　)
①该反应为放热反应
②d点时反应的平衡常数K=10-3.56
③X点时v正>v逆
④气体的密度保持不变,该反应达到平衡状态
A.①②　　　　　B.③④　　　
C.①③　　　　　D.②④
8.(2022江苏淮安期末)CO2催化加氢是碳中和的重要手段之一,以下是CO2加氢时发生的两个主要反应:
反应Ⅰ:CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)　ΔH1
反应Ⅱ:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)　ΔH2>0
在体积为1 L的两个恒容密闭容器中分别按表中所示充入一定量的CO2和H2,平衡体系中δ(CO)和δ(CH4)[δ=]随温度变化关系如图所示。
容器 起始物质的量/mol
CO2 H2
甲 0.1 0.3
乙 1 3
下列有关说法错误的是(　　)
A.ΔH1<0
B.曲线d表示乙容器中δ(CO)随温度的变化
C.590 ℃时反应10 min,某容器中=2.4。反应Ⅱ的v(正)D.M点对应H2的总转化率为66.7%
9.(2021北京海淀期中)用CO2制备CH3OH可实现CO2的能源化利用,反应原理为CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)。
(1)测得上述反应中生成8.0 g CH3OH(g)放出的热量为12.3 kJ。该反应的热化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)在实验室模拟上述反应。一定温度下(各物质均为气态),向体积为1 L的恒容密闭容器中充入3 mol CO2和6 mol H2,加入合适的催化剂进行反应。已知该温度下该反应的化学平衡常数的值为。某时刻测得c(CH3OH)=1 mol/L,此时反应　　　　　(填“已经达到”或“未达到”)化学平衡状态。
(3)工业上用CO2制备CH3OH的过程中存在副反应:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)　ΔH=+41.2 kJ/mol。
将反应物混合气按进料比n(CO2)∶n(H2)=1∶3通入反应装置,选择合适的催化剂,发生反应。
①不同温度和压强下,CH3OH平衡产率和CO2平衡转化率分别如图1、图2。
ⅰ.图1中,压强p1　　　　p2(填“>”“=”或“<”),推断的依据是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
ⅱ.图2中,压强为p2,温度高于503 K后,CO2平衡转化率随温度升高而增大的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
②实际生产中,测得压强为p3时,相同时间内不同温度下的CH3OH产率如图3。图3中523 K时的CH3OH产率最大,可能的原因是　　　　(填字母)。
a.此条件下主反应限度最大
b.此条件下主反应速率最快
c.523 K时催化剂的活性最高
答案全解全析
1.B　图中所示交点反应未达到平衡状态,A的消耗速率不等于A的生成速率,A项错误;根据图像可知,0~2 s内,A的浓度变化=0.8 mol/L- 0.5 mol/L=0.3 mol/L,反应速率v(A)==0.15 mol/(L·s),B项正确;12 s时反应达到平衡,A的浓度变化=0.8 mol/L-0.2 mol/L= 0.6 mol/L,A表示的反应速率==0.05 mol/(L·s),B的浓度变化=0.5 mol/L-0.3 mol/L=0.2 mol/L,B表示的反应速率== mol/(L·s),C表示的反应速率== mol/(L·s),速率之比等于化学计量数之比,3∶b∶c=0.05∶∶,解得b=1,c=2,b∶c=1∶2,C项错误;12 s内消耗A的物质的量为(0.8 mol/L-0.2 mol/L)×2 L= 1.2 mol,结合3A(g)+B(g) 2C(g)　ΔH=-Q kJ·mol-1知,1.2 mol A完全反应放出热量0.4Q kJ,D项错误。
2.A　压强增大,A(g)+B(g) 3C(g)平衡向逆反应方向移动,C的物质的量减小,A项正确;ΔH>0,温度升高,平衡向正反应方向移动,C的物质的量增大,B项错误;平衡常数K仅受温度影响,改变压强平衡常数不变,C项错误;升温平衡向正反应方向移动,平衡常数K随温度升高而增大,D项错误。
3.D　比较曲线T1、p2与曲线T2、p2,压强相等,温度高的曲线先到达平衡,所以T1>T2,温度越高,平衡时D的体积分数越小,说明升高温度,平衡向逆反应方向移动,正反应是放热反应,即ΔH<0;比较曲线T1、p1与曲线T1、p2,温度相等,压强大的曲线先到达平衡,所以p1c+d。
4.C　图①中,若p1>p2,当温度不变时,加压,A的百分含量减小,则平衡正向移动,a+b>c+d,A正确;图②中,若T2>T1,温度升高,A的平衡转化率降低,则平衡逆向移动,则正反应为放热反应,ΔH<0,压强增大,A的转化率不变,则压强对平衡无影响,所以a+b=c+d,B正确;根据图③可知,条件改变,正、逆反应速率同时同等程度地增大并且平衡不移动,可能是加催化剂或者在反应前后气体化学计量数之和相等的情况下增压,C错误;由图④可知,T1温度下先达到平衡状态,说明T1>T2,若ΔH<0,升高温度,平衡逆向移动,反应物的转化率减小,而图像中温度越高y越大,所以纵坐标不可能表示的是反应物的转化率,D正确。
5.C　根据“先拐先平,数值大”原则可知Tb0.6 mol,C项正确;温度不变,平衡常数也不变,D项错误。
6.D　根据图像可知,温度越高,二氧化碳的平衡转化率越小,即升温平衡逆向移动,所以该反应的ΔH<0,A项错误;相同温度下氢碳比越大,二氧化碳的平衡转化率越大,所以氢碳比①>②>③,B项错误;a、b、c所处温度相同,反应的平衡常数只与温度有关,温度不变,平衡常数不变,即Ka=Kb=Kc,C项错误;根据图像可知,400 K时曲线③中CO2的平衡转化率是50%,这说明消耗CO2 1 mol· L-1,则消耗氢气3 mol· L-1,生成的乙醇和水蒸气分别是0.5 mol· L-1、1.5 mol· L-1 ,剩余的CO2和氢气分别是1 mol· L-1、1 mol· L-1,则该温度下平衡常数K=≈1.7,D项正确。
7.C　该反应的平衡常数的负对数(-lgK)随温度(T)的升高而减小,即温度升高,平衡常数增大,说明升温,平衡正向移动,正反应为吸热反应,①错误;d点时,-lgK=3.56,即K=10-3.56,②正确;X点时,-lgQc<-lgK,所以Qc>K,所以v正8.C　反应Ⅱ,升高温度,平衡正向移动,因此b、d代表δ(CO)随温度的变化,则a、c代表δ(CH4)随温度的变化,升高温度,δ(CH4)减小,说明平衡逆向移动,逆向是吸热反应,正向是放热反应,即ΔH1<0,A正确;乙容器相对于甲容器来说,相当于在甲的基础上,又加入了二氧化碳和氢气,因此平衡时δ(CO)的量:乙<甲,曲线d表示乙容器中δ(CO)随温度的变化,B正确;分析可知,曲线b表示甲容器中δ(CO)随温度的变化,曲线c表示甲容器中δ(CH4)随温度的变化,590 ℃时,δ(CO)=δ(CH4)=0.4,起始时甲容器中加入CO2 0.1 mol,根据碳原子守恒,平衡时n(CO)=0.04 mol,n(CH4)=0.04 mol,n(CO2)=0.02 mol,则n(H2O)=2n(CH4)+n(CO)=2×0.04 mol+0.04 mol=0.12 mol,n(H2)= 0.3 mol-4n(CH4)-n(CO)=0.3 mol-4×0.04 mol-0.04 mol=0.1 mol,故平衡时==2.4,则此时反应Ⅱ达到平衡,即v(正)=v(逆), C错误;根据C中得到的结论计算M点对应H2的总转化率为×100%=66.7%,D正确。
9.答案　(1)CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH=-49.2 kJ/mol
(2)未达到
(3)①ⅰ.>　CO2制备CH3OH的反应为气体体积减小的反应,增大压强,平衡正向移动,CH3OH平衡产率将增大,而相同温度下,p1时CH3OH平衡产率较p2时高,说明p1>p2　ⅱ.CO2平衡转化率为主反应和副反应的CO2平衡转化率之和,副反应为吸热反应,随温度升高CO2平衡转化率升高,主反应为放热反应,随温度升高,CO2平衡转化率降低,温度较高时,CO2平衡转化率主要取决于副反应
②bc
解析　(1)8.0 g CH3OH(g)的物质的量为=0.25 mol,反应中生成0.25 mol CH3OH(g)放出的热量为12.3 kJ,则生成1 mol CH3OH(g)放出的热量为49.2 kJ,则反应的热化学方程式为CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH=-49.2 kJ/mol。(2)某时刻测得c(CH3OH)= 1 mol/L,则消耗n(CO2)=1 mol,n(H2)=3 mol,生成n(H2O)=1 mol,该时刻c(CO2)=2 mol/L,c(H2)=3 mol/L,c(CH3OH)=1 mol/L,c(H2O)=1 mol/L,浓度商Qc===<,则反应未达到平衡状态。(3)②主反应为放热反应,升高温度,其反应限度减小,a不符合题意;温度高于523 K时CH3OH产率降低,其可能原因是523 K时催化剂的活性最高,此条件下主反应速率最快,b、c符合题意。
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