三特训点陌生的化学平衡图像类题目加餐集训.docx

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三特训点陌生的化学平衡图像类题目加餐集训

三、特训点——“陌生的化学平衡图像”类题目加餐集训

1．大气中CO2含量的增加会加剧温室效应，为减少其排放，需将工业生产中产生的CO2分离出来进行储存和利用。

（1）CO2与NH3反应可合成化肥尿素[化学式为CO（NH2）2]，反应2NH3（g）＋CO2（g）CO（NH2）2（l）＋H2O（g）在合成塔中进行。

如图1中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三条曲线为合成塔中按不同氨碳比[n（NH3）/n（CO2）]和水碳比[n（H2O）/n（CO2）]投料时二氧化碳转化率的情况。

①曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ水碳比的数值范围分别为0.6～0.7、1～1.1和1.5～1.61，则生产中应选用水碳比的数值范围为_____。

②请推测生产中氨碳比控制在4.0左右还是控制在4.5左右比较适宜，并简述你的理由________________________________________________________________________。

（2）CO2与H2也可用于合成甲醇：

CO2（g）＋3H2（g）

CH3OH（g）＋H2O（g）。

在体积可变的恒压密闭容器中，该反应在不同温度、不同投料比时，CO2的平衡转化率如图2所示。

①该反应的化学平衡常数的表达式为________。

②该反应的ΔS________0，ΔH________0（填“>”或“<”）。

③700K投料比[n（H2）/n（CO2）]＝2时，H2的平衡转化率为____________。

解析：

（1）①由图像可知，在相同条件下，水碳比越小，CO2的转化率越高，所以生产中应选用水碳比的数值范围为0.6～0.7。

②氨碳比在4.0左右时CO2的转化率与4.5时相差不大，所以生产中氨碳比控制在4.0左右比较适宜。

氨碳比在4.5时，NH3的量增大较多，而CO2转化率增加不大，提高了生产成本。

（2）①反应CO2（g）＋3H2（g）

CH3OH（g）＋H2O（g）的化学平衡常数的表达式为K＝

。

②该反应正反应方向是气体分子数减少的方向，反应的ΔS<0，由于该反应在一定的条件下可以自发进行，所以ΔH<0。

③由图像可知，700K投料比[n（H2）/n（CO2）]＝2时，CO2的转化率为30%。

假设H2和CO2的起始投料分别为2mol和1mol，则CO2的变化量为1mol×30%＝0.3mol，由反应方程式CO2（g）＋3H2（g）

CH3OH（g）＋H2O（g）求出氢气的变化量为0.3mol×3＝0.9mol，所以H2的平衡转化率为

×100%＝45%。

答案：

（1）①0.6～0.7　②4.0比较适宜；氨碳比在4.5时，NH3的量增大较多，而CO2转化率增加不大，提高了生产成本

（2）①K＝

　②<　<　③45%

2．（2018·锦州模拟）二氧化碳的捕集、利用与封存是我国能源领域的一个重要战略方向，发展成一项重要的新兴产业。

二氧化碳催化加氢合成低碳烯烃，起始时以0.1MPa，n（H2）∶n（CO2）＝3∶1的投料比充入反应器中，发生反应：

2CO2（g）＋6H2（g）C2H4（g）＋4H2O（g）　ΔH。

（1）温度对CO2的平衡转化率和催化效率的影响如图1所示。

图中M点时，乙烯的体积分数为________（保留二位有效数字）；为提高CO2的平衡转化率，除改变温度外，还可采取的措施有_________________________________（任写两条）。

（2）不同温度下平衡时的四种气态物质的物质的量如图2所示：

b曲线代表的物质是________；T1温度下的平衡转化率为________，相对于起始状态，平衡时气体的平均相对分子质量增大的百分率为________（保留三位有效数字）。

解析：

（1）设H2的物质的量为3nmol，则CO2的物质的量为nmol，由图知，M点时CO2的转化率为50%，则有：

　　　6H2（g）＋2CO2（g）CH2===CH2（g）＋4H2O（g）

3n　　　n　　　　　　　0　　　　　　0

1.5n　　0.5n　　　　　0.25n　　　　n

1.5n0.5n0.25nn

乙烯的体积分数为

×100%＝7.7%；提高CO2平衡转化率的措施还有：

增大压强、增大n（H2）∶n（CO2）的比值、将产物乙烯气体分离出来等。

（2）由图1可知，升高温度，CO2的平衡转化率降低，则正反应为放热反应，图2表示的是不同温度下平衡时的四种气态物质的物质的量随温度的升高而变化，b曲线随温度的升高物质的量减小，则为生成物，且变化趋势大，应该是化学计量数大的H2O（g），即b曲线代表的物质是H2O（g）；起始时以H2和CO2投料，T1时n（H2）＝6mol，n（H2O）＝4mol，生成4molH2O，需反应6molH2，则开始投料时n（H2）＝6mol＋6mol＝12mol，转化率为

×100%＝50%。

　6H2（g）＋2CO2（g）CH2===CH2（g）＋4H2O（g）

12　　　4　　　　　　　0　　　　0

6　　2　　　　　1　　　　4

6214

平衡时气体的平均相对分子质量与气体的物质的量成反比，则增大的百分率为

×100%＝23.1%。

答案：

（1）7.7%（或0.077）　增大压强或提高H2和CO2的物质的量的比值，或将产物乙烯气体分离出来等

（2）H2O（g）　50%　23.1%

3．（2018·日照模拟）SO2和氮氧化物的转化和综合利用既有利于节约资源，又有利于保护环境。

（1）H2还原法是处理燃煤烟气中SO2的方法之一。

已知：

2H2S（g）＋SO2（g）===3S（s）＋2H2O（l）ΔH＝akJ·mol－1

H2S（g）===H2（g）＋S（s）　ΔH＝bkJ·mol－1

H2O（l）===H2O（g）　ΔH＝ckJ·mol－1

写出SO2（g）和H2（g）反应生成S（s）和H2O（g）的热化学方程式：

________________________________________________________________________。

（2）SO2经过净化后与空气混合进行催化氧化可制取硫酸，其中SO2发生催化氧化的反应为2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g）。

若在T1℃、0.1MPa条件下，向一密闭容器通入SO2和O2[其中n（SO2）∶n（O2）＝2∶1]，测得容器内总压强与反应时间如图所示。

①图中A点时，SO2的转化率为________。

②在其他条件不变的情况下，测得T2℃时压强的变化曲线如图所示，则C点的正反应速率vC（正）与A点的逆反应速率vA（逆）的大小关系为vC（正）________vA（逆）（填“>”“<”或“＝”）。

③图中B点的压强平衡常数Kp＝________（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数）。

（3）利用脱氮菌可净化低浓度NO废气。

当废气在塔内停留时间均为90s的情况下，测得不同条件下NO的脱氮率如图Ⅰ、Ⅱ所示。

①由图Ⅰ知，当废气中的NO含量增加时，宜选用________法提高脱氮效率。

②图Ⅱ中，循环吸收液中加入Fe2＋、Mn2＋提高了脱氮的效率，其可能原因为________________________________________________________________________。

（4）研究表明：

NaClO2/H2O2酸性复合吸收剂可同时有效脱硫、脱硝。

图Ⅲ所示为复合吸收剂组成一定时，温度对脱硫脱硝的影响。

①写出废气中的SO2与NaClO2反应的离子方程式：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

②温度高于60℃后，NO去除率随温度升高而下降的原因为________________________________________________________________________。

解析：

（1）已知三个方程式依次编号为①、②、③，根据盖斯定律，由①－②×2＋③×2得反应SO2（g）＋2H2（g）===S（s）＋2H2O（g）　ΔH＝ΔH1－2ΔH2＋2ΔH3＝（a－2b＋2c）kJ·mol－1。

（2）①依据三段式法计算，设消耗O2的物质的量为x

　　　　　　　2SO2（g）＋O2（g）2SO3

起始量（mol）　　2a　　　a　　　0

变化量（mol）2xx2x

平衡量（mol）2a－2xa－x2x

图中A点时，气体压强为0.085MPa，则

＝

，x＝0.45a，SO2的转化率＝

×100%＝45%。

②图像分析可知，T2>T1，温度越高，反应速率越大，而且C点是平衡状态，A点反应未达到平衡状态，vA（逆）比vA（正）小，因此vC（正）与vA（逆）的大小关系为vC（正）>vA（逆）。

③由图中B点，依据三段式法计算，设消耗O2的物质的量为y

　　　　　　　　2SO2（g）＋O2（g）2SO3

起始量（mol）　　　2a　　　a　　　　0

变化量（mol）2yy2y

平衡量（mol）2a－2ya－y2y

B点气体压强为0.07MPa，则

＝

，y＝0.9a，平衡时，n（SO2）＝0.2amol，n（O2）＝0.1amol，n（SO3）＝1.8amol，p（SO2）＝

×0.07MPa，p（O2）＝

×0.07MPa，p（SO3）＝

×0.07MPa，Kp＝

＝

＝24300（MPa）－1。

（3）①由图Ⅰ知，当废气中的NO含量增加时，脱氮率较高的是好氧硝化法，故宜选用好氧硝化法提高脱氮效率；②图Ⅱ中，Fe2＋、Mn2＋对该反应有催化作用，循环吸收液中加入Fe2＋、Mn2＋提高了脱氮的效率。

（4）①废气中的SO2与NaClO2反应生成硫酸钠和盐酸，其离子方程式为2H2O＋ClO

＋2SO2===Cl－＋2SO

＋4H＋。

②温度高于60℃后，温度升高，H2O2分解速率加快，NO去除率随温度升高而下降。

答案：

（1）SO2（g）＋2H2（g）===S（s）＋2H2O（g）ΔH＝（a－2b＋2c）kJ·mol－1

（2）①45%　②>　③24300（MPa）－1

（3）①好氧硝化　②Fe2＋、Mn2＋对该反应有催化作用

（4）①2H2O＋ClO

＋2SO2===Cl－＋2SO

＋4H＋

②温度升高，H2O2分解速率加快

4．（2018·福建质检）NO2与SO2能发生反应：

NO2＋SO2SO3＋NO，某研究小组对此进行相关实验探究。

（1）已知：

2NO（g）＋O2（g）2NO2（g）

ΔH＝－113.0kJ·mol－1

2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g）　ΔH＝－196.6kJ·mol－1

则NO2（g）＋SO2（g）SO3（g）＋NO（g）　ΔH＝______。

（2）实验中，尾气可以用碱溶液吸收。

NaOH溶液吸收NO2时，发生的反应为2NO2＋2OH－===NO

＋NO

＋H2O，反应中形成的化学键是__________（填化学键的类型）；用NaOH溶液吸收少量SO2的离子方程式为______________________________________________。

（3）在固定体积的密闭容器中，使用某种催化剂，改变原料气配比[n0（NO2）∶n0（SO2）]进行多组实验（各次实验的温度可能相同，也可能不同），测定NO2的平衡转化率[α（NO2）]。

部分实验结果如图所示：

①当容器内________（填字母）不再随时间的变化而改变时，可以判断反应达到了化学平衡状态。

a．气体的压强　　　　　B．气体的平均摩尔质量

c．气体的密度D．NO2的体积分数

②如果要将图中C点的平衡状态改变为B点的平衡状态，应采取的措施是________________________________________________________________________。

③若A点对应实验中，SO2（g）的起始浓度为c0mol·L－1，经过tmin达到平衡状态，该时段化学反应速率v（NO2）＝________mol·L－1·min－1。

④图中C、D两点对应的实验温度分别为TC和TD，通过计算判断：

TC________（填“＞”“＝”或“＜”）TD。

解析：

（1）将题给已知热化学方程式依次编号为①、②，根据盖斯定律，由（②－①）×

，可得NO2（g）＋SO2（g）SO3（g）＋NO（g）　ΔH＝[－196.6kJ·mol－1－（－113.0kJ·mol－1）]×

＝－41.8kJ·mol－1。

（2）产物NO

、NO

、H2O中的化学键均为共价键。

NaOH溶液与少量SO2反应生成Na2SO3和H2O，反应的离子方程式为SO2＋2OH－===SO

＋H2O。

（3）密闭容器中发生反应：

NO2（g）＋SO2（g）SO3（g）＋NO（g）。

①该反应在反应前后气体分子数不变，因此容器内气体压强始终不变，a项不能说明反应达到化学平衡状态；该反应体系全为气体，气体质量始终不变，而反应前后气体分子数不变，因此气体的平均摩尔质量始终不变，b项不能说明反应达到化学平衡状态；该反应体系全为气体，气体质量始终不变，容器的体积不变，因此气体的密度始终不变，c项不能说明反应达到化学平衡状态；NO2的体积分数不变，即其浓度不变，d项可以说明反应达到化学平衡状态。

②C点的平衡状态改变为B点的平衡状态，原料气配比不变，NO2的平衡转化率增大，平衡向正反应方向移动，由于该反应为放热反应，故降低温度时平衡向正反应方向移动（反应前后气体分子数不变，改变压强平衡不移动）。

③A点起始时，NO2、SO2的物质的量的比值为0.4，则NO2（g）的起始浓度为0.4c0mol·L－1，平衡时NO2的平衡转化率为50%，故v（NO2）＝

＝

mol·L－1·min－1。

④C点n0（NO2）∶n0（SO2）＝1∶1，设NO2、SO2的起始浓度均为a，NO2的平衡转化率为50%，则平衡时NO2、SO2、SO3、NO的浓度均为0.5a，平衡常数K＝

＝1；D点n0（NO2）∶n0（SO2）＝1.5∶1，设NO2、SO2的起始浓度分别为3b、2b，NO2的平衡转化率为40%，则平衡时NO2、SO2、SO3、NO的浓度分别为1.8b、0.8b、1.2b、1.2b，平衡常数K＝

＝1，则C、D两点平衡常数相同故TC＝TD。

答案：

（1）－41.8kJ·mol－1　

（2）共价键（或极性键）　SO2＋2OH－===SO

＋H2O　（3）①d　②降低温度　③

　④＝

5．（2018·佛山质检）开发新能源是解决环境污染的重要举措，工业上常用CH4与CO2反应制备H2和CO，再用H2和CO合成甲醇。

（1）已知：

①2CH3OH（l）＋3O2（g）===2CO2（g）＋4H2O（g）ΔH1＝－1274.0kJ·mol－1

②2CO（g）＋O2（g）===2CO2（g）　ΔH2＝－566.0kJ·mol－1

③H2O（g）===H2O（l）　ΔH3＝－44kJ·mol－1

则甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为________________________________________________________________________。

（2）在恒容密闭容器中通入CH4与CO2，使其物质的量浓度均为1.0mol·L－1，在一定条件下发生反应：

CO2（g）＋CH4（g）2CO（g）＋2H2（g），测得CH4的平衡转化率与温度及压强的关系如图所示：

则：

①该反应的ΔH______0（填“＜”“＝”或“＞”）。

②压强p1、p2、p3、p4由大到小的关系为________________________________________________________________________。

压强为p4时，在b点：

v（正）____v（逆）。

（填“＜”“＝”或“＞”）

③对于气相反应，用某组分（B）的平衡压强p（B）代替物质的量浓度c（B）也可表示平衡常数（记作Kp），则该反应的平衡常数的表达式Kp＝____________；如果p4＝0.36MPa，求a点的平衡常数Kp＝____________。

（保留3位有效数字，用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数）

④为探究速率与浓度的关系，该实验中，根据相关实验数据，粗略绘制出了2条速率浓度关系曲线：

v正～c（CH4）和v逆～c（CO）。

则：

ⅰ）与曲线v正～c（CH4）相对应的是上图中曲线______（填“甲”或“乙”）。

ⅱ）当降低到某一温度时，反应重新达到平衡，相应的平衡点分别为____________（填字母）。

解析：

（1）根据盖斯定律，由（①－②＋③×4）×

可得：

CH3OH（l）＋O2（g）===CO（g）＋2H2O（l）　ΔH＝（ΔH1－ΔH2＋ΔH3×4）×

＝（－1274.0kJ·mol－1＋566.0kJ·mol－1－44kJ·mol－1×4）×

＝－442kJ·mol－1。

（2）①根据图示，压强不变时，升高温度，CH4的平衡转化率增大，说明平衡向正反应方向移动。

根据升温时，平衡向吸热反应方向移动，可知正反应为吸热反应，ΔH＞0。

②该平衡的正反应为气体分子数增大的反应，温度不变时，降低压强，平衡向正反应方向移动，CH4的平衡转化率增大，故p4＞p3＞p2＞p1。

压强为p4时，b点未达到平衡，反应正向进行，故v（正）＞v（逆）。

③由用平衡浓度表示的平衡常数类推可知，用平衡压强表示的平衡常数K＝

。

p4时a点CH4的平衡转化率为80%，则平衡时c（CH4）＝c（CO2）＝0.2mol·L－1，c（CO）＝c（H2）＝1.6mol·L－1，则p（CH4）＝p（CO2）＝p4×

＝

p4，p（CO）＝p（H2）＝p4×

＝

p4，故K＝

＝

＝1.64（MPa）2。

④ⅰ）CH4的浓度由1.0mol·L－1逐渐减小，而CO的浓度由0逐渐增加，故v正～c（CH4）相对应的曲线为乙。

ⅱ）降低温度，正、逆反应速率均减小，平衡向逆反应方向移动，则CH4的浓度增大，而CO的浓度减小，故相应的平衡点分别为B、F。

答案：

（1）CH3OH（l）＋O2（g）===CO（g）＋2H2O（l）

ΔH＝－442kJ·mol－1

（2）①＞　②p4＞p3＞p2＞p1　＞　③

　1.64（MPa）2　④ⅰ）乙　ⅱ）B、F

6．甲醇是重要的化学工业基础原料和清洁液体燃料。

工业上可以用CO或CO2来生产燃料甲醇。

已知甲醇制备的有关化学反应以及在不同温度下的化学反应平衡常数如表所示：

化学反应及平衡常数

温度/℃

500

800

①2H2（g）＋CO（g）CH3OH（g）　ΔH1

K1

2.5

0.15

②H2（g）＋CO2（g）CO（g）＋H2O（g）ΔH2

K2

1.0

2.50

③3H2（g）＋CO2（g）CH3OH（g）＋H2O（g）ΔH3

K3

（1）反应②的反应热ΔH2________（填“>”“<”或“＝”）0。

（2）某温度下反应①中H2的平衡转化率（α）与体系总压强（p）的关系如图1所示。

则平衡状态由A变到B时，平衡常数K（A）________（填“>”“<”或“＝”）K（B）。

（3）根据反应①与②可推导出K1、K2与K3之间的关系，则K3＝________（用K1、K2表示）。

500℃时测得反应③在某时刻H2（g）、CO2（g）、CH3OH（g）、H2O（g）的浓度（mol·L－1）分别为0.8、0.1、0.3、0.15，则此时v正________（填“>”“<”或“＝”）v逆。

（4）在容积为3L且容积可变的密闭容器中发生反应②，已知c（CO）与反应时间t的变化关系如图2中曲线Ⅰ所示，若在t0时刻分别改变一个条件，曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ和曲线Ⅲ。

当曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ时，改变的条件是______________________；当曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时，改变的条件是______________________。

（5）一定条件下甲醇与一氧化碳反应可以合成乙酸。

常温下，将amol·L－1的乙酸溶液与bmol·L－1Ba（OH）2溶液等体积混合，反应平衡时，2c（Ba2＋）＝c（CH3COO－），用含a和b的代数式表示该混合溶液中乙酸的电离常数：

________________________________________________________________________。

解析：

（1）由表格中信息知，对于反应②，升高温度化学平衡常数增大，故平衡向右移动，正反应为吸热反应，ΔH2>0。

（2）由图1知，平衡状态由A变到B时，改变的外界条件是增大压强，而温度不变，所以K（A）＝K（B）。

（3）观察三个化学方程式知，③＝①＋②，则化学平衡常数K3＝K1·K2。

500℃时，K3＝2.5。

根据题给数据，此时Qc＝

≈0.88<2.5，平衡正向移动，故v正>v逆。

（4）对于反应②，在t0时刻改变一个条件，曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ，由图2可知平衡时c（CO）不变，说明平衡没有移动，但缩短了达到平衡的时间，故改变的条件为使用催化剂；当曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时，CO的浓度迅速由2.0mol·L－1变为3.0mol·L－1，CO的平衡浓度由3.0mol·L－1变为4.5mol·L－1，又该反应为气体分子数不变的反应，故改变的条件为将容器的容积迅速压缩至2L。

（5）CH3COOH的电离方程式为CH3COOHCH3COO－＋H＋，Ka＝

，要计算CH3COOH的电离常数需求出c（CH3COOH）、c（CH3COO－）和c（H＋），根据题给信息，反应后剩余CH3COOH的浓度为

mol·L－1，混合液中的电荷守恒式为2c（Ba2＋）＋c（H＋）＝c（CH3COO－）＋c（OH－），又反应平衡时，2c（Ba2＋）＝c（CH3COO－），得c（CH3COO－）＝bmol·L－1，c（H＋）＝c（OH－）＝10－7mol·L－1，代入电离常数表达式计算即可。

答案：

（1）>　

（2）＝　（3）K1·K2　>　（4）使用催化剂　将容器的容积迅速压缩至2L　（5）

×10－7

7．以天然气为原料合成甲醇。

有关热化学方程式如下：

①2CH4（g）＋O2（g）===2CO（g）＋4H2（g）

ΔH1＝－70.8kJ·mol－1

②CO（g）＋2H2（g）CH3OH（g）　ΔH2

③2CH4（g）＋O2（g）2CH3OH（g）ΔH3＝－251.0kJ·mol－1

（1）反应②的ΔH2＝________kJ·mol－1。

（2）在体积可变的密闭容器中投入1molCO和2molH2，在不同条件下发生反应：

CO（g）＋2H2（g）CH3OH（g）。

实验测得平衡时CH3OH的物质的量随温度、压强变化如图1所示。

①M点时，H2的转化率为____________；压强：

p1______（填“>”“<”或“＝”）p2。

②反应速率：

N点v正（CO）__________（填“>”“<”或“＝”）M点