2020届高考化学微专题六化学平衡图像教案(含解析)

化学平衡图像

[知识必备] “析”图像定影响因素

方程式

(1)2SO2(g)＋

O2(g)2SO3(g)

ΔH＜0

(2)CH4(g)＋

H2O(g)CO

(g)＋3H2(g)

ΔH＞0

(3)N2(g)＋

3H2(g)2N

H3(g)

ΔH＜0

(4)2SO2(g)＋

O2(g)2SO

3(g) Δ

H＜0

(5)2NO(g)＋

2CO(g)2

CO2(g)＋

N2(g) ΔH＜

图像

影响因素确定t2时刻改变的条件

增大压强

曲线Ⅰ相对

曲线Ⅱ改变

①的条件升

高温度

②曲线Ⅲ相

对曲线Ⅱ改

变的条件可

能是使用催

化剂并适当

降低温度

t1时刻改变

的条件可能

是增大压强

或增加H2的

量

①10 min到

15 min内曲

线变化的原

因可能使用

催化剂、缩小

容积的体积、

升温、加压等

②20 min变

化的原因可

能是增加O2

的量

①X表示的是

温度

②Y表示的是

压强且Y1＜

Y2(填“＞”

或“＜”)

解题策略和注意事项(1)要弄清纵横坐标的含义(如v、c、n等)，例如(2)中利用横坐

标可以确定速率，利用纵坐标可以确定移动问题。

(2)看改变条件的时刻图像是否脱离原平衡点，可以排除一些或肯

定一些图像，如(3)可能是加压，(4)中10 min时不可能改变物质

的量。(1)中不可能是改变某一种物质的物质的量。

(3)利用平衡移动方向，若仅根据改变条件哪一时刻不能确定外界

条件改变，要结合平衡移动方向综合判断。

(4)要弄清条件改变是在平衡之前还是在平衡之后，如(4)中10

min时未平衡，只能用影响速率的因素解决；20 min时用影响平

衡移动的因素解决。

确定X时，根

据曲线走向

变化、方程式

特点和平衡

移动原理解

决。

确定Y时，平

行纵坐标做

线，依据X变

化并结合方

程式特点和平衡移动原理推测。

1．(全国Ⅱ)丙烯腈(CH 2＝CHCN)是一种重要的化工原料，工业上可用“丙烯氨氧化法”生产，主要副产物有丙烯醛(CH 2＝CHCHO)和乙腈(CH 3CN)等。回答下列问题：

(1)以丙烯、氨、氧气为原料，在催化剂存在下生成丙烯腈(C 3H 3N)和副产物丙烯醛(C 3H 4O)的热化学方程式如下：

①C 3H 6(g)＋NH 3(g)＋32O 2(g)===C 3H 3N(g)＋3H 2O(g) ΔH ＝ －515 kJ·mol －1

②C 3H 6(g)＋O 2(g)===C 3H 4O(g)＋H 2O(g) ΔH ＝ －353 kJ·mol －1

两个反应在热力学上趋势均很大，其原因是_______________________________ ________________________________________________________________________； 有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是________________________________；提高丙烯腈反应选择性的关键因素是________________________________。

(2)图(a)为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线，最高产率对应的温度为460 ℃。低于460 ℃时，丙烯腈的产率________(填“是”或“不是”)对应温度下的平衡产率，判断理由是________________________________________________________________________；

高于460 ℃时，丙烯腈产率降低的可能原因是________(双选，填标号)。 A ．催化剂活性降低 B ．平衡常数变大 C ．副反应增多 D ．反应活化能增大

(3)丙烯腈和丙烯醛的产率与n (氨)/n (丙烯)的关系如图(b)所示。由图可知，最佳

n (氨)/n (丙烯)约为________，理由是________________________。进料气氨、空气、丙烯的

理

论

体

积

比

约

为

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。 解析：(1)因为两个反应均为放热量大的反应，所以热力学趋势大；该反应为气体体积增

大的放热反应，所以降低温度、降低压强有利于提高丙烯腈的平衡产率；由图b可知，提高丙烯腈反应选择性的关键因素是催化剂。

(2)因为该反应为放热反应，平衡产率应随温度升高而降低，反应刚开始进行，尚未达到平衡状态，460℃以前是建立平衡的过程，所以低于460℃时，丙烯腈的产率不是对应温度下的平衡产率；高于460℃时，丙烯腈产率降低，A.催化剂在一定温度范围内活性较高，若温度过高，活性降低，正确；B.平衡常数的大小不影响产率，错误；C.根据题意，副产物有丙烯醛，副反应增多导致产率下降，正确；D.反应活化能的大小不影响平衡移动，错误；答案选AC。

(3)根据图像可知，当n(氨)/n(丙烯)约为1时，该比例下丙烯腈产率最高，而副产物丙烯醛产率最低；根据化学反应C3H6(g)＋NH3(g)＋ 3/2O2(g)===C3H3N(g)＋3H2O(g)，氨气、氧气、丙烯按1∶1.5∶1的体积比加入反应达到最佳状态，而空气中氧气约占20%，所以进料氨、空气、丙烯的理论体积约为1∶7.5∶1。

答案：(1)两个反应均为放热量大的反应降低温度、降低压强催化剂

(2)不是该反应为放热反应，平衡产率应随温度升高而降低AC

(3)1 该比例下丙烯腈产率最高，而副产物丙烯醛产率最低1∶7.5∶1

2．在四个恒容密闭容器中按下表相应量充入气体，发生反应2N2O(g)2N2(g)＋O2(g)，容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中N2O的平衡转化率如图所示。下列说法正确的是( )

容器容积/L

起始物质的量/mol N2O N2O2

ⅠV10.1 0 0

Ⅱ 1.0 0.1 0 0

ⅢV30.1 0 0

Ⅳ 1.0 0.06 0.06 0.04

A．该反应的正反应放热

B．相同温度下反应相同时间，平均反应速率：v(Ⅰ)＞v(Ⅱ)

C．容器Ⅳ在470 ℃进行反应时，起始速率：v正(N2O)＜v逆(N2O)

D．图中A、B、C三点处容器内总压强：p A(Ⅰ)＜p B(Ⅱ)＜p C(Ⅲ)

解析：D [根据图像，温度越高，N2O的平衡转化率越大，即平衡正向移动，说明该反应的正反应吸热，A错误。容器Ⅰ和容器Ⅱ在相同温度下，容器Ⅰ的转化率大，由反应是体积增

大的反应，容器Ⅰ的体积大于容器Ⅱ，相同温度下反应时间相同时，浓度大的反应速率小，故得v (Ⅰ)＜v (Ⅱ)，B 错误。470 ℃时，容器Ⅱ中N 2O 的平衡转化率为60%，平衡时的浓度c (N 2O)＝0.04 mol·L －1

，c (N 2)＝0.06 mol·L －1

，c (O 2)＝0.03 mol·L －1

，平衡常数K ＝0.062

×0.030.04

2

＝0.067 5，此时容器Ⅳ中Q c ＝0.062

×0.04

0.06

2

＝0.04＜0.067 5，故反应正向进行，起始反应速率；v 正(N 2O)＞v 逆(N 2O)，C 错误。三个恒容容器中N 2O 的起始物质的量相等，相同温度下，容器Ⅲ

中N 2O 的平衡转化率最小，因该反应气体体积增大，故容器Ⅲ的压强最大、体积最小，所以

V (Ⅰ)＞1.0 L ＞V (Ⅲ)，图中A 、B 、C 三点处N 2O 的平衡转化率相同，则温度越高压强越大，

故容器内总压强：p A (Ⅰ)＜p B (Ⅱ)＜p C (Ⅲ)，D 正确。]

3．顺1,2二甲基环丙烷(g)和反1,2二甲基环丙烷(g)可发生如下转化：

该反应的速率方程可表示为v 正＝k 正·c 顺和v 逆＝k 逆·c 反，k 正和k 逆在一定温度时为常数，分别称作正、逆反应速率常数。T 1温度下，k 正＝0.006，k 逆＝0.002。下列说法错误的是( )

A ．T 1温度下，反应的平衡常数K 1＝3

B ．该反应的活化能E a (正)小于E a (逆)

C ．T 2温度下，图中表示顺式异构体的质量分数随时间变化的曲线为3号曲线

D ．由图中信息可以确定此时的温度T 2低于T 1

解析：D [当反应达到平衡时，v 正＝v 逆，即k 正·c 顺＝k 逆·c 反，所以

c 反c 顺＝k 正

k 逆

＝3＝K 1，A 正确；由于正反应是放热反应，所以正反应的活化能小于逆反应的活化能，B 正确；随着反应的不断进行，顺式异构体不断消耗，质量分数逐渐减小直至达到平衡状态，且顺式异构体质量分数的减小速率不断变小，C 正确；设顺式异构体的起始浓度为x mol·L －1

，则T 2温度下达平衡时，顺式异构体的浓度是0.3x mol·L －1

，反式异构体的浓度是0.7x mol·L －1

，则此时平衡常数K 2＝7

3

＜K 1，因正反应ΔH ＜0，所以T 2＞T 1，D 错误。]

4．在某2 L 恒容密闭容器中充入2 mol X(g)和1 mol Y(g)发生反应： 2X(g)＋Y(g)

3Z(g)，反应过程中持续升高温度，测得混合体系中X 的体积分数与温

度的关系如图所示。下列推断正确的是( )

A．M点时，Y的转化率最大

B．升高温度，平衡常数减小

C．平衡后充入Z，达到新平衡时Z的体积分数增大

D．W、M两点Y的正反应速率相等

解析：B [由图可知，Q点φ(X)最小，此后升高温度，φ(X)逐渐增大，说明升高温度，平衡逆向移动，则ΔH＜0，故Q点Y的转化率最大，A错误；升高温度，平衡逆向移动，平衡常数K值减小，B正确；平衡后充入Z，与保持n(Z)不变，缩小容器的容积是等效平衡，而该反应为反应前后气体分子总数不变的反应，缩小容积、增大压强时，平衡不移动，故达到新平衡时Z的体积分数不变，C错误；温度越高，反应速率越大，由于温度：M＞W，则正反应速率：M＞W，D错误。]

5．一定条件下合成乙烯：6H2(g)＋2CO2(g)CH2＝CH2(g)＋4H2O(g)。已知温度对CO2的平衡转化率和催化剂催化效率的影响如图所示。下列说法中正确的是( )

A．M点的正反应速率v正大于N点的逆反应速率v逆

B．若投料比n(H2)：n(CO2)＝4∶1，则图中M点乙烯的体积分数为5.88%

C．250 ℃时，催化剂对CO2平衡转化率的影响最大

D．当温度高于250 ℃，升高温度，平衡逆向移动导致催化剂的催化效率降低

解析：B [M点温度低于N点，M点的正反应速率v正小于N点的逆反应速率v逆，A错误；投料比n(H2)：n(CO2)＝4∶1，设起始时n(H2)＝4 mol，n(CO2)＝1 mol，M点CO2的平衡转化率为50%，列三段式：

6H2(g)＋2CO2(g)CH2＝CH2(g)＋4H2O(g)

起始/mol 4 1 0 0

转化/mol 1.5 0.5 0.25 1

平衡/mol 2.5 0.5 0.25 1

M点乙烯的体积分数＝0.25

2.5＋0.5＋0.25＋1

×100%≈5.88%，B正确；催化剂只影响反应速率，不影响化学平衡移动，C错误；催化剂的催化效率与平衡移动无关，250 ℃时催化剂活性

最高，催化效率最高，D错误。]

6．在容积均为1.0 L的两个恒容密闭容器中加入足量的相同质量的固体B，再分别加入0.1 mol A和0.2 mol A，在不同温度下反应A(g)＋B(s)2C(g)达到平衡，平衡时A的物质的量浓度c(A)随温度的变化如图所示(图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ点均处于曲线上)。下列说法正确的是( )

A．反应A(g)＋B(s)2C(g) ΔS＞0、ΔH＜0

B．A的转化率：α(Ⅱ)＞α(Ⅲ)

C．体系中c(C)：c(Ⅱ)＞c(Ⅲ)

D．化学平衡常数：K(Ⅰ)＝K(Ⅲ)＞K(Ⅱ)

解析：C [反应A(g)＋B(s)2C(g)的正反应是气体分子总数增加的反应，则有ΔS＞0；由图可知，起始反应物的量一定时，平衡时A的物质的量浓度c(A)随温度的升高而降低，说明升高温度，平衡正向移动，则有ΔH＞0，A错误。温度一定时，增加A(g)的量，平衡正向移动，由于该反应为气体分子数增大的反应，其转化率降低，则A的转化率：α(Ⅱ)＜α(Ⅲ)，B错误。增加A(g)的量，反应正向进行，体系中c(C)增大，故体系中c(C)：c(Ⅱ)＞c(Ⅲ)，C正确。平衡常数只与温度有关，温度升高，平衡正向移动，则平衡常数增大，故化学平衡常数：K(Ⅰ)＜K(Ⅲ)＝K(Ⅱ)，D错误。]

7．某温度下，向1 L固定容积的容器中充入2 mol A和4 mol B，发生如下反应：A(g)＋2B(g)C(g)＋x D(g) ΔH＝－a kJ·mol－1(a＞0)。反应过程中测得气体B的物质的量浓度变化如图所示。已知，反应进行到8 min时达到平衡状态，若平衡后再降低温度，混合气体的平均相对分子质量将增大，则：

(1)0～8 min内的化学反应速率v(A)＝___________________________________。

(2)该反应中，化学计量数x＝________(x为正整数)。

(3)下列说法中表明该反应达到平衡状态的是________(填字母)。

A ．v (A)∶v (B)＝1∶2

B ．容器内压强保持不变

C ．v 正(B)＝2v 逆(C)

D ．混合气体的密度不再改变

(4)若在10 min 时，将容器扩大到2 L ，则气体B 的变化曲线为________(填小写字母)。 (5)若10 min 时，保持温度不变，往该平衡体系中再加入A 、B 、C 、D 各1 mol ，则此时该反应的v 正(A)________(填“＞”“＜”或“＝”)v 逆(A)。

解析：(1)由图可知，0～8 min 内c (B)由4 mol·L －1

降低到2 mol·L －1

，则有v (B)＝4－2 mol·L －1

8 min ＝0.25 mol·L －1·min －1

，化学反应速率之比等于化学计量数之比，则v (A)

＝12v (B)＝12

×0.25 mol·L －1·min －1＝0.125 mol·L －1·min －1

。 (2)正反应为放热反应，8 min 时达到平衡状态，平衡后再降低温度，平衡正向移动，混合气体的平均相对分子质量增大，说明该反应的正反应是气体总分子数减少的反应，则有1＋2＞1＋x ，又知x 为正整数，故x ＝1。

(3)题目未指明v (A)、v (B)代表的反应方向，仅根据v (A)∶v (B)＝1∶2不能判断反应是否达到平衡状态，A 错误；未达到平衡时，反应过程中气体总物质的量及压强不断变化，当容器内压强不变时，说明反应达到平衡状态，B 正确；v 正(B)代表正反应速率，v 逆(C)代表逆反应速率，当v 正(B)＝2v 逆(C)时，说明反应达到平衡状态，C 正确；反应中容器容积不变，气体总质量不变，则气体的密度始终不变，故不能根据密度判断反应是否达到平衡状态，D 错误。

(4)10 min 时，将容器扩大到2 L ，容器内各气体的浓度瞬间均减小到原来的一半，显然曲线a 、b 错误；容器的容积扩大，压强减小，平衡向气体分子数增大方向即逆向移动，则c (B)逐渐增大，故曲线c 符合题意。

(5)根据8 min 平衡时各物质的浓度计算平衡常数：

A(g)＋2B(g)

C(g)＋D(g)

起始浓度/(mol·L －1

) 2 4 0 0 转化浓度/(mol·L －1

) 1 2 1 1 平衡浓度/(mol·L －1) 1 2 1 1 则该温度下反应的平衡常数K ＝

c C ·c D c A ·c 2

B ＝1×122×1＝1

4

。 10 min 时在平衡体系中再加入A 、B 、C 、D 各1 mol ，此时浓度商Q c ＝c C ·c D

c A ·c 2B

＝

2×232

×2＝29＜K ＝1

4

，则平衡正向移动，故有v 正(A)＞v 逆(A)。 答案：(1)0.125 mol·L －1

·min －1

(2)1 (3)BC (4)c (5)＞