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化学平衡图像题练习

化学平衡图像题练习

1.已知NO2和N2O4可以相互转化:

2NO2(g)

N2O4(g)(正反应为放热反应)。

现将一定量NO2和N2O4的混合气体通入一体积为1L的恒温密闭容器中,反应物浓度随时间变化关系如图所示,回答下列问题:

(1)图中共有两条曲线X和Y,其中曲线______表示NO2浓度随时间的变化;a、b、c、d四个点中,表示化学反应处于平衡状态的点是________。

(2)前10min内用NO2表示的化学反应速率v(NO2)=__________mol·L-1·min-1;反应进行至25min时,曲线发生变化的原因是_________________________________。

(3)若要达到与最后相同的化学平衡状态,在25min时还可以采取的措施是_______。

A.加入催化剂B.缩小容器体积

C.升高温度D.加入一定量的N2O4

2.密闭容器中进行的可逆反应:

aA(g)+bB(g)

cC(g)在不同温度(T1和T2)及压强(p1和p2)下,混合气体中B的质量分数w(B)与反应时间(t)的关系如图所示。

下列判断正确的是(  )

A.T1c,正反应为吸热反应

B.T1>T2,p1

C.T1p2,a+b

D.T1>T2,p1>p2,a+b>c,正反应为放热反应

3.有一化学平衡mA(g)+nB(g)

pC(g)+qD(g),如图表示的是A的转化率与压强、温度的关系。

下列叙述正确的是(  )

A.正反应是放热反应;m+n>p+q

B.正反应是吸热反应;m+n

C.正反应是放热反应;m+n

D.正反应是吸热反应;m+n>p+q

4.下面是某化学研究小组探究外界条件对化学反应速率和化学平衡影响的图像,其中图像和实验结论表达均正确的是(  )

A.①是其他条件一定时,反应速率随温度变化的图像,正反应ΔH<0

B.②是在平衡体系的溶液中溶入少量KCl晶体后化学反应速率随时间变化的图像

C.③是在有无催化剂存在下建立的平衡过程图像,a是使用催化剂时的曲线

D.④是一定条件下,向含有一定量A的容器中逐渐加入B时的图像,压强p1>p2

5.某密闭容器中充入等物质的量的A和B,一定温度下发生反应

A(g)+xB(g)

2C(g),达到平衡后,在不同的时间段,分别改变影响反应的一个条件,测得容器中物质的物质的量浓度、反应速率分别随时间的变化如右图所示:

下列说法中正确的是(  )

A.30~40min间该反应使用了催化剂

B.反应方程式中的x=1,正反应为吸热反应

C.30min时降低温度,40min时升高温度

D.8min前A的反应速率为0.08mol·L-1·min-1

6.将I2溶于KI溶液中,能配制成浓度较大的碘水,主要是发生了反应:

I2(aq)+I-(aq)

I

(aq)。

该平衡体系中,I

的物质的量浓度与温度(T)的关系如上图所示(曲线上的任何一点都代表平衡状态)。

下列说法正确的是(  )

A.反应速率:

vM>vPB.平衡常数:

KN

C.M、N两点相比,M点的c(I-)大D.Q点时,v正>v逆

7.在容积相同的密闭容器内,分别充入同量的N2和H2,在不同温度下,任其发生反应N2(g)+3H2(g)

2NH3(g),并分别在t秒时测定其中NH3的体积分数,绘图如上:

 

(1)A、B、C、D、E五点中,尚未达到化学平衡状态的点是________。

(2)此可逆反应的正反应是________反应。

(填“放热”或“吸热”)。

(3)AC段的曲线是增函数,CE段曲线是减函数,试从反应速率和平衡角度说明理由。

8.目前工业上有一种方法是用CO2来生产甲醇。

一定条件下发生反应:

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)。

(1)如图表示该反应进行过程中能量(单位为kJ·mol-1)的变化。

在体积为4L的恒容密闭容器中,充入1molCO2和3molH2,反应达平衡后,下列措施中能使c(CH3OH)增大的是    。

a.升高温度

b.充入He(g),使体系压强增大

c.将H2O(g)从体系中分离出来

d.再充入1molCO2和3molH2

(2)在一密闭的容积可变的容器中,一定温度下,加入1molCO2和3molH2,不同压力下反应达平衡时,测得的数据如下表。

压强(atm)

1

2

2

10

20

n(CH3OH)(mol)

0.22

0.30

0.86

0.92

0.96

由表中数据可以看出:

增大压强,化学平衡向    方向移动,而从2atm加压到5atm,甲醇的物质的量增大较多的原因可能是__________________________________________________________________。

9.化工生产中原料转化与利用非常重要,现有反应:

CCl4+H2CHCl3+HCl,查阅资料可知沸点:

CCl4为77℃,CHCl3为61.2℃。

在密闭容器中,该反应达到平衡后,测得下表数据。

实验

序号

温度℃

初始CCl4

浓度(mol·L-1)

初始H2浓度

(mol·L-1)

CCl4的平

衡转化率

1

110

0.8

1.2

a

2

110

1.0

1.0

50%

3

100

1.0

1.0

b

(1)在100℃时,此反应的化学平衡常数表达式为________;在110℃时的平衡常数为________。

(2)在实验2中,若1小时后反应达到平衡,则H2的平均反应速率为________。

在此平衡体系中再加入0.5molCCl4和1.0molHCl,平衡将向________方向移动。

(3)实验1中,CCl4的转化率a________50%(填“>”、“=”或“<”)。

实验3中,b的值________(填字母序号)。

A.等于50%B.大于50%

C.小于50%D.由本题所给资料无法判断

10.汽车尾气中含有CO、NO2等有毒气体,对汽车加装尾气净化装置,可使有毒气体相互反应转化为无毒气体。

(1)4CO(g)+2NO2(g)===4CO2(g)+N2(g) ΔH=-1200kJ·mol-1

对于该反应,温度不同(T2>T1)、其他条件相同时,下列图像正确的是________(填代号)。

(2)汽车尾气中CO与H2O(g)在一定条件下可以发生反应:

CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH<0。

820℃时在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中,起始时按照下表进行投料,达到平衡状态,K=1.0。

起始物质的量

n(H2O)/mol

0.10

0.20

0.20

n(CO)/mol

0.10

0.10

0.20

①该反应的平衡常数表达式为________。

②平衡时,甲容器中CO的转化率是________。

比较下列容器中CO的转化率:

乙________甲;丙________甲(填“>”、“=”或“<”)。

③丙容器中,通过改变温度,使CO的平衡转化率增大,则温度________(填“升高”或“降低”),平衡常数K________(填“增大”、“减小”或“不变”)。

11.铁和铝是两种重要的金属,它们的单质及化合物有着各自的性质。

(1)在一定温度下,氧化铁可以与一氧化碳发生反应:

Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g)。

已知该反应在不同温度下的平衡常数如下表:

温度/℃

1000

1150

1300

平衡常数

64.0

50.7

42.9

请回答下列问题:

①该反应的平衡常数表达式K=________,ΔH=________0(填“>”、“<”或“=”)。

②在一个容积为10L的密闭容器中,1000℃时加入Fe、Fe2O3、CO、CO2各1.0mol,反应经过10min后达到平衡。

求该时间范围内反应的平均反应速率v(CO2)=________,CO的平衡转化率为________。

③欲提高②中CO的平衡转化率,可采取的措施是________。

A.减少Fe的量B.增加Fe2O3的量

C.移出部分CO2D.提高反应温度

E.减小容器的容积F.加入合适的催化剂

(2)某些金属氧化物粉末和Al粉在镁条的引燃下可以发生铝热反应,下列反应速率(v)和温度(T)的关系示意图中与铝热反应最接近的是________。

(3)写出氢氧化铝在水中发生酸式电离的电离方程式:

_____________________________________________________________

_______________________________________________________________。

欲使上述体系中Al3+浓度增加,可加入的物质是________。

12.在100℃时,将0.40mol的二氧化氮气体充入2L真空的密闭容器中,每隔一段时间就对该容器内的物质进行分析,得到数据如表所示:

时间(s)

0

20

40

60

80

n(NO2)/mol

0.40

n1

0.26

n3

n4

n(N2O4)/mol

0.00

0.05

n2

0.08

0.08

(1)在上述条件下,从反应开始直至20s时,二氧化氮的平均反应速率为________mol·L-1·s-1。

(2)n3________n4(填“>”、“<”或“=”),该反应的平衡常数为________(保留小数点后一位)。

(3)若在相同情况下,最初向该容器中充入的是四氧化二氮气体,要达到上述同样的平衡状态,四氧化二氮的起始浓度是________mol·L-1,假设在80s时达到平衡,请在图中画出并标明该条件下此反应中N2O4和NO2的浓度随时间变化的曲线。

(4)达到平衡后,如升高温度,气体颜色会变深,则升高温度后,反应2NO2(g)N2O4(g)的平衡常数将________(填“增大”、“减小”或“不变”)。

(5)达到平衡后,如向该密闭容器中再充入0.32mol氦气,并把容器体积扩大为4L,则平衡将________(填“向左移动”、“向右移动”或“不移动”),其理由是______________________________________________________________________________________________________________________。

 

1、答案 

(1)X bd 

(2)0.04 加入了0.4molNO2(或加入了NO2) (3)BD

解析 

(1)曲线X在0~10min达到平衡时浓度变化了0.4mol·L-1,而曲线Y在0~10min达到平衡时变化了0.2mol·L-1,所以可得X曲线为NO2的浓度变化曲线;达到平衡时浓度不再随时间而发生变化,所以b、d点均表示反应已达到平衡状态。

(2)NO2在0~10min达到平衡时浓度变化了0.4mol·L-1,所以用NO2表示的反应速率为0.04mol·L-1·min-1;而在25min时,NO2的浓度由0.6mol·L-1突变为1.0

mol·L-1,而N2O4的浓度在25min时没有发生改变,所以可得此时改变的条件是向容器中加入了0.4molNO2。

(3)加入NO2后平衡正向移动,所以若要达到与最后相同的化学平衡状态,还可通过增大压强,使平衡也同样正向移动;或者采取降低温度的方法,使平衡正向移动;也可以向容器中充入一定量N2O4,因为这样相当于增大容器中气体的压强,使得NO2的转化率提高,即达到与最后的平衡相同的平衡状态。

2、答案 B

解析 当图像中有三个变量时,先确定一个量不变,再讨论另外两个量的关系,这叫做“定一议二”。

解答该题要综合运用“定一议二”和“先拐先平”的原则。

由(T1,p1)和(T1,p2)两条曲线可以看出:

①温度相同(T1),但压强为p2时达到平衡所需的时间短,即反应速率大,所以p2>p1;②压强较大(即压强为p2)时对应的w(B)较大,说明增大压强平衡逆向移动,则a+b

由(T1,p2)和(T2、p2)两条曲线可以看出:

①压强相同(p2),但温度为T1时达到平衡所需的时间短,即反应速率大,所以T1>T2;②温度较高(即温度为T1)时对应的w(B)较小,说明升高温度平衡正向移动,故正反应为吸热反应。

3、答案 D

解析 图像中有三个量,应定一个量来分别讨论另外两个量之间的关系。

定压强,讨论T与A的转化率的关系:

同一压强下,温度越高,A的转化率越高,说明正反应是吸热反应;定温度,讨论压强与A的转化率的关系:

同一温度下,压强越大,A的转化率越高,说明正反应是体积缩小的反应,即m+n>p+q。

4、答案 C

解析 根据图像①,升高温度,平衡正向移动,正反应ΔH>0,A错;②反应实质是Fe3++3SCN-Fe(SCN)3,K+和Cl-不参加化学反应,KCl浓度增大不影响化学平衡,B错;③使用催化剂,反应速率加快,先达到平衡,C正确;④此反应为反应前后气体物质的量不变的化学反应,改变压强不影响平衡状态,即不影响A的转化率,且由于不断加入B,A的转化率增大,D错。

5、答案 D

解析 A项,若使用催化剂,则化学反应速率加快,A不正确;由物质的量浓度—时间图像可知,A、B的浓度变化相同,故A、B的计量数相同,都为1,由反应速率—时间图像可知,30min时改变的条件为降压,40min时改变的条件为升温,且升高温度平衡向逆反应方向移动,则正反应为放热反应。

8min前A的反应速率为(2.0mol·L-1-1.36mol·L-1)/8min=0.08mol·L-1·min-1。

6、答案 D

解析 A中,温度越高,反应速率越大,vM

)减小,所以平衡常数:

KN>KP;C中,M、N两点相比,M点温度低于N点温度,升温,平衡左移,所以M点的c(I-)小。

______________________________________________________________________。

7、答案 

(1)AB 

(2)放热 (3)AC段:

反应开始v正>v逆,反应向右进行生成NH3。

CE段:

已达平衡,升温使平衡左移,NH3%变小

8解析 本题主要考查化学平衡理论的运用,意在考查考生的读图、识表及分析判断能力。

(1)a项,由于反应物的总能量大于生成物的总能量,正反应为放热反应,升温,平衡逆向移动,c(CH3OH)减小;b项,充入He(g),平衡不移动,c(CH3OH)不变;c项,将H2O(g)从体系中分离出来,平衡正向移动,c(CH3OH)增大;d项,再充入1molCO2和3molH2,假设容器扩大一倍,达到平衡再压缩,c(CH3OH)增大。

(2)从表格中的数据不难看出,加压,平衡正向移动,从2atm加压到5atm,甲醇的物质的量增大较多的原因可能是压强增大后,CH3OH和H2O的状态由气态变为液态,有利于化学平衡正向移动,故CH3OH的产量有较大提高。

答案 

(1)cd 

(2)正反应 压强增大后,CH3OH和H2O的状态由气态变为液态,有利于化学平衡正向移动,故CH3OH的产量有较大提高

9解析 本题主要考查平衡常数的计算与转化率大小的判断,意在考查考生根据化学平衡常数表达式进行计算的能力。

(1)根据题给各物质的沸点及反应温度可知所有物质均为气态,该反应的平衡常数表达式K=

;由实验2可知,CCl4的转化率为50%,则平衡时c(CCl4)=c(H2)=c(CHCl3)=c(HCl)=0.5mol·L-1,则代入平衡常数表达式可得K=1。

(2)达到平衡后H2的转化浓度为0.5mol·L-1,则H2的平均反应速率为0.5mol/(L·h);由于加入HCl的物质的量大于加入的CCl4的物质的量,使Q>K,则平衡向逆反应方向移动。

(3)实验1中,设CCl4转化浓度为xmol·L-1,K=

,解得x=0.48,则CCl4的转化率=

×100%=60%>50%;实验3中,由于不知道该反应是放热反应还是吸热反应,故无法判断。

答案 

(1)K=

 1

(2)0.5mol/(L·h) 逆反应 (3)> D

10解析 

(1)4CO(g)+2NO2(g)===4CO2(g)+N2(g) ΔH<0,该反应是放热反应,当升高温度时,正、逆反应速度都增大,甲中正反应速率在刚升温到T2时没有增大,故错误;升高温度,化学平衡逆向移动,CO的浓度增大,CO的体积分数增大,故丙不正确。

(2)①甲容器中起始时n(CO)=n(H2O)=0.10mol,根据平衡常数计算可得到CO的转化率为50%。

②乙容器中起始时n(H2O)=0.20mol,相当于在甲容器中增大c(H2O),平衡正向移动,n(CO)减少,CO的转化率增大;丙容器中起始时n(CO2)=n(H2)=0.20mol,相当于两个甲容器中的量,假设两个甲容器合二为一,反应到达平衡后,缩小体积至一半变成丙容器,对体系加压,平衡不移动,CO的转化率不变化。

③丙容器中改变温度,CO的转化率增大说明平衡正向移动,正反应为放热反应,故需降低温度;平衡正向移动,生成物浓度增大,反应物浓度减小,故K增大。

答案 

(1)乙 

(2)①K=

 ②50% > = ③降低 增大

11解析 

(1)①书写平衡常数的表达式时固体不需写入。

由表可知温度越高,K越小,可知升高温度平衡向逆反应方向移动,所以正反应为放热反应,ΔH<0。

②     Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g)

c(始)(mol·L-1)0.10.1

c(转)(mol·L-1)xx

c(平)(mol·L-1)0.1-x0.1+x

由K=64.0=

,解得x=0.06,故v(CO2)=0.006mol·L-1·min-1。

CO的转化率为60%。

③该反应的正反应是放热反应,温度升高平衡逆向移动,CO平衡转化率降低,这是一个反应前后气体体积不变的反应,不能从压强方面考虑,Fe、Fe2O3为固体,也不影响平衡,所以应从CO、CO2的浓度方面考虑。

(2)铝热反应在常温下不反应,高温时瞬间反应。

(3)欲使Al3+浓度增加,根据Al(OH)3发生碱式电离的方程式:

Al(OH)3Al3++3OH-,使平衡右移,可加入酸性物质,如HCl、H2SO4等。

答案 

(1)①[CO2]3/[CO]3 < ②0.006mol·L-1·min-1 60% ③C 

(2)b (3)Al(OH)3+H2OH++[Al(OH)4]- 盐酸(合理即可)

12解析 根据反应速率的定义不难解答问题

(1)。

根据已知表中的数据可知60~80s反应已达到平衡,故n3=n4。

由方程式2NO2(g)N2O4(g)及平衡常数公式可计算出其平衡常数约为2.8mol-1·L。

因温度、体积不变,故达到等效平衡时需要N2O4的起始物质的量为0.20mol,即浓度为0.10mol·L-1。

由于再充入0.32mol氦气时对平衡无影响,但容器体积扩大为4L时相当于给原平衡减压,故平衡逆向移动。

答案 

(1)0.0025 

(2)= 2.8 (3)0.10 如图

(4)减小 (5)向左移动 氦气是稀有气体,不参与反应;扩大体积的瞬间,c(NO2)和c(N2O4)都降低为原来的一半,使c(N2O4)/c2(NO2)增大,并大于该温度下的平衡常数K,平衡会向左移动(或氦气是惰性气体,不参与反应,扩大体积相当于减小压强,平衡向左移动)

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