特色训练6 速率、平衡图表类综合题1．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)1221020n(CH3OH)(mol)0.220.300.860.920.96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__________________________________________________________________。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2．化工生产中原料转化与利用非常重要，现有反应：CCl4＋H2CHCl36\n＋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11100.81.2a21101.01.050%31001.01.0b(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)＞ D3．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)。6\n(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。起始物质的量甲乙丙n(H2O)/mol0.100.200.20n(CO)/mol0.100.100.20①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”)。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。6\n答案 (1)乙 (2)①K＝ ②50% ＞ ＝ ③降低 增大4．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/℃100011501300平衡常数64.050.742.9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________。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)0.10.1c(转)(mol·L－1)xxc(平)(mol·L－1)0.1－x0.1＋x6\n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)5．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)020406080n(NO2)/mol0.40n10.26n3n4n(N2O4)/mol0.000.05n20.080.08(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_________________________________________________________6\n_____________________________________________________________。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)6
