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专题专项训练(五)化学平衡图像

专题专项训练（五） 化学平衡图像
1．(2016·哈尔滨模拟)COCl2(g)CO(g)＋Cl2(g)　ΔH>0，当反应达到平衡时，改变一种反应条件，下列示意图正确的是(　　)

A．①表示随温度升高，平衡常数的变化
B．②表示t1时刻加入催化剂，反应速率随时间的变化
C．③表示恒压条件下，反应物的转化率随充入惰性气体体积的变化
D．④表示CO的体积分数随充入Cl2量的变化
解析：选D　反应是吸热反应，升温平衡正向进行，平衡常数增大，故A错误；催化剂改变反应速率不改变化学平衡，速率同等程度增大，速率变化曲线不符合，故B错误；恒压容器中加入与平衡无关的气体，体积增大，压强减小，平衡正向进行，反应物转化率增大，故C错误；加入Cl2平衡逆向进行，CO的体积分数减小，故D正确。
2．(2016·房山区一模)在一定温度不同压强(p1<p2)下，可逆反应2X(g)2Y(g)＋Z(g)中，生成物Z在反应混合物中的体积分数(φ)与反应时间(t)的关系有以下图示，正确的是(　　)

解析：选B　由p2>p1可推得反应图像中p2先出现拐点，故A、C两项错误；此反应为反应前后气体体积增大的反应，增大压强平衡逆向移动，Z的体积分数减小，故D错误，B正确。
3．甲醇脱氢可制取甲醛CH3OH(g)HCHO(g)＋H2(g)　ΔH＝Q，甲醇的平衡转化率随温度变化曲线如图所示。下列有关说法正确的是(　　)
A．Q<0
B．600 K时，Y点甲醇的v(正)<v(逆)
C．从Y点到Z点可通过增大压强实现
D．从Y点到X点可通过使用催化剂实现
解析：选B　由图可知，温度越高甲醇平衡转化率越大，说明升高温度化学平衡正向移动，因此甲醇脱氢反应为吸热反应即ΔΗ>0，故A错误；600 K时Y点甲醇转化率大于X点甲醇平衡转化率，说明反应逆向进行即：v(正)<v(逆)，故B正确；由图可知Y点和Z点甲醇转化率相等，若增大压强，平衡向逆反应方向移动，甲醇转化率减小，则甲醇的转化率将小于Z点甲醇转化率，故C错误；Y点和X点两点甲醇的平衡转化率不同，如果从Y点到X点平衡发生移动，所以不是使用催化剂，故D错误。
4．(2013·安徽高考)一定条件下，通过下列反应可以制备特种陶瓷的原料MgO：MgSO4(s) ＋ CO(g)MgO(s)＋CO2(g)＋SO2(g)　ΔH>0该反应在恒容的密闭容器中达到平衡后，若仅改变图中横坐标x的值，重新达到平衡后，纵坐标y随x变化趋势合理的是(　　)
选项
x
y
A
温度
容器内混合气体的密度
B
CO的物质的量
CO2与CO的物质的量之比
C
SO2的浓度
平衡常数K
D
MgSO4的质量(忽略体积)
CO的转化率
解析：选A　温度升高，平衡正向移动，混合气体的密度增大，A项正确；增大CO的物质的量，平衡正向移动，但CO2与CO的物质的量之比减小，B项错误；增大SO2的浓度，平衡逆向移动，但平衡常数只与温度有关，温度不变平衡常数K不变，C项错误；增大MgSO4的质量，平衡不移动，CO的转化率不变，D项错误。
5．臭氧在烟气脱硝中的反应为2NO2(g)＋O3(g)N2O5(g)＋O2(g)。若此反应在恒容密闭容器中进行，相关图像如下列选项，其中对应分析结论正确的是(　　)
A
B
C
D

平衡后升温，NO2含量降低
0～2 s内，v(O3)＝0.2 mol·L－1·s－1
v正：b点>a点b点：v逆>v正
恒温，t1时再充入O3
解析：选C　A选项，根据图像，反应放热，平衡后升温，平衡逆向移动，NO2含量升高，错误；B选项，0～2 s内，v(O3)＝v(NO2)＝×＝0.1 mol·L－1·s－1，错误；C选项，b点温度高于a点，反应速率b点大于a点，b点二氧化氮体积分数小于平衡时，反应逆向进行，v逆>v正，正确；D选项，恒温，t1时再充入O3，平衡正向移动，与图像不符，错误。
6．化学中常用图像直观地描述化学反应的进程或结果。只改变一个条件，则下列对图像的解读正确的是(　　)

A．A2(g)＋3B2(g)2AB3(g)，如图①说明此反应的正反应是吸热反应
B．4CO(g)＋2NO2(g)N2(g)＋4CO2(g)，如图②说明NO2的转化率b>a>c
C．N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，如图③说明t秒时合成氨反应达到平衡
D．2A(g)＋2B(g)3C(g)＋D(？)，如图④说明生成物D一定是气体
解析：选D　根据图①可知，交点之前，反应未达平衡，交点时处于平衡状态，交点后增大温度逆反应速率增大比正反应速率增大更多，平衡向逆反应移动，升高温度平衡向吸热反应移动，故可判断可逆反应A2(g)＋3B2(g)2AB3(g)正反应是放热反应，故A错误；根据反应原理方程式，增加一种反应物CO的量会增大另一种反应物二氧化氮的转化率，所以c点的转化率大于a点，故B错误；2v(N2)正＝v(NH3)逆时，正逆反应速率相等，此时化学反应达到了平衡状态，故C错误；根据图示可以看出压强只能改变反应速率但是不改变平衡的移动，所以反应是前后气体体积不变的反应，即D一定是气体，故D正确。
7．(2016·张家界模拟)在密闭容器中充入一定量NO2，发生反应2NO2(g)N2O4(g)　ΔH＝－57 kJ·mol－1。在温度为T1、T2时，平衡体系中NO2的体积分数随压强变化的曲线如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．a、c两点的反应速率：a>c
B．a、b两点NO2的转化率：a<b
C．a、c两点气体的颜色：a深，c浅
D．由a点到b点，可以用加热的方法
解析：选B　由图像可知，a、c两点都在等温线上，c的压强大，则a、c两点的反应速率：a<c，故A错误；a、b两点压强相同，但温度不同，a点二氧化氮的体积分数较大，说明a点的转化率较小，即a<b，故B正确；NO2为红棕色气体，由图像可知，a、c两点都在等温线上，c的压强大，NO2气体的浓度较大，混合气体颜色较深，故C错误；升高温度，化学平衡向着逆向移动，NO2的体积分数增大，a点到b点二氧化氮体积分数减少，说明是降低了温度，所以不能用加热的方法实现由a点到b点的转变，故D错误。

8．(2016·南昌模拟)已知可逆反应X(g)＋Y(g)Z(g)(未配平)。温度为T0时，在容积固定的容器中发生反应各物质的浓度随时间变化的关系如图a所示。其他条件相同，温度分别为T1、T2时发生反应，Z的浓度随时间变化的关系如图b所示。下列叙述正确的是(　　)

A．发生反应时，各物质的反应速率大小关系为：v(X)＝v(Y)＝2v(Z)
B．图a中反应达到平衡时，Y的转化率为37.5%
C．T0℃时，该反应的平衡常数为33.3
D．该反应正反应的反应热ΔH<0
解析：选C　温度为T0时，X的物质的量浓度的变化量＝(0.3－0.05)mol·L－1＝0.25 mol·L－1，Y的物质的量浓度的变化(0.4－0.15)mol·L－1＝0.25 mol·L－1，Z的物质的量浓度的变化(0.5－0)mol·L－1＝0.5 mol·L－1，该反应方程式为X(g)＋Y(g)2Z(g)，所以发生反应时，各物质的反应速率大小关系为2v(X)＝2v(Y)＝v(Z)，故A错误。Y的转化率＝×100%＝62.5%，故B错误。平衡常数K＝＝33.3，故C正确。“先拐先平，数值大”，所以T1>T2，升高温度，Z的物质的量浓度增大，平衡向正反应方向移动，所以该反应的正反应方向为吸热反应，故D错误。
9．(2016·青岛模拟)T ℃时，在一固定容积的密闭容器中发生反应：A(g)＋B(g)C(s)　ΔH<0，按照不同配比充入A、B，达到平衡时容器中A、B浓度变化如图中曲线(实线)所示，下列判断正确的是(　　)
A．T ℃时，该反应的平衡常数值为4
B．c点没有达到平衡，此时反应向逆向进行
C．若c点为平衡点，则此时容器内的温度高于T ℃
D．T ℃时，直线cd上的点均为平衡状态
解析：选C　平衡常数等于生成物平衡浓度幂次方乘积除以反应物平衡浓度幂次方乘积，固体和纯液体不写入表达式，A(g)＋B(g)C(s)，平衡常数K＝＝0.25，故A错误；依据图像分析可知，c点浓度商Q<K，反应正向进行，故B错误；反应是放热反应，若c点为平衡状态，此时平衡常数小于T ℃平衡常数，说明平衡逆向进行，是升温的结果，温度高于T ℃，故C正确。T ℃时平衡常数不变，曲线上各点位平衡状态，其他点温度不同不是平衡状态，故D错误。
10．(2015·四川高考)一定量的CO2与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应：C(s)＋CO2(g)2CO(g)。平衡时，体系中气体体积分数与温度的关系如下图所示：

已知：气体分压(p分)＝气体总压(p总)×体积分数。下列说法正确的是(　　)
A．550 ℃时，若充入惰性气体，v正、v逆均减小，平衡不移动
B．650 ℃时，反应达平衡后CO2的转化率为25.0%
C．T ℃时，若充入等体积的CO2和CO，平衡向逆反应方向移动
D．925 ℃时，用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp＝24.0p总
解析：选B　A项，550 ℃时，若充入惰性气体，v正、v逆均减小，由于保持了压强不变，相当于扩大了体积，平衡正向移动，A项错误。B项，根据图示可知，在650 ℃时，CO的体积分数为40%，根据反应方程式：C(s)＋CO2(g)2CO(g)，设开始加入1 mol CO2，反应掉了x mol CO2，则有：
C(s)　　＋　　CO2(g)　　2CO(g)
始态： 1 mol 0
变化： x mol 2x mol
平衡： (1－x)mol 2x mol
因此有：×100%＝40%，解得x＝0.25，则CO2的平衡转化率为×100%＝25%，故B项正确。C项，由图可知，T ℃时，CO与CO2的体积分数相等，在等压下充入等体积的CO和CO2，对原平衡条件无影响，平衡不移动，C项错误。D项，925 ℃时，CO的体积分数为96%，故Kp＝＝＝23.04p总，D项错误。
11．(2016·安阳模拟)在恒定温度T ℃，2 L恒容密闭容器中发生反应aA(g)＋bB(g)cC(g)，容器中A、B、C物质的量变化如图所示，回答下列问题：
(1)该化学方程式中a∶b∶c为________，T ℃时该反应的化学平衡常数K的值为________。(保留2位小数)
(2)0～15 min内，B的平均反应速率为________，反应达平衡时，A的转化率为____。
(3)据图判断，反应进行至20 min时，曲线发生变化的原因是________(用文字表达)，反应重新达平衡时，A的体积分数将________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(4)10 min到15 min的曲线变化的原因可能是________。
解析：(1)由变化量之比等于化学系数之比可知，a∶b∶c＝2∶1∶2，平衡状态下A、B、C的浓度为：c(A)＝＝0.4 mol·L－1，c(B)＝＝0.2 mol·L－1，c(C)＝＝0.1 mol·L－1，平衡状态下物质的平衡浓度计算反应的平衡常数＝＝＝0.31；
(2)v(B)＝＝0.003 3 mol·L－1·min－1，A的转化率为×100%＝20%；
(3)反应进行到20 min时，B的物质的量突然增大，A和C的物质的量瞬时不变，所以是增大了B的量，增大B的量，平衡正向移动，不断消耗A，A的体积分数将减小；
(4)10 min到15 min的曲线变化，是A、B物质的量减小，C的物质的量增大，反应速率增大，但最后达到相同的平衡状态，说明改变的条件是加入了催化剂，改变反应速率不改变化学平衡。
答案：(1)2∶1∶2　0.31
(2)0.003 3 mol·L－1·min－1　20%
(3)增大了B的量　减小
(4)使用了催化剂
12．(2016·青岛二模)硫及其化合物对人类的生产和生活有着重要的作用。
(1)2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＝－198 kJ·mol－1是制备硫酸的重要反应。在容积为V L的密闭容器中起始充入2 mol SO2和1 mol O2，反应在不同条件下进行，反应体系总压强随时间的变化如图所示。与实验a相比，实验b改变的条件是________，判断的依据__________________________
________________________________________________________________________。
(2)二氧化硫在一定条件下还可以发生如下反应：
SO2(g)＋NO2(g)SO3(g)＋NO(g)　ΔH＝－42 kJ·mol－1。在1 L恒容密闭容器中充入SO2(g)和NO2(g)，所得实验数据如下：
实验编号
温度
起始时物质的量/mol
平衡时物质的量/mol
n(SO2)
n(NO2)
n(NO)
甲
T1
0.80
0.20
0.18
乙
T2
0.20
0.80
0.16
丙
T2
0.20
0.30
a
①实验甲中，若2 min时测得放出的热量是4.2 kJ，则0～2 min时间内，用SO2(g)表示的平均反应速率v(SO2)＝____________________。
②实验丙中，达到平衡时，NO2的转化率为________。
③由表中数据可推知，T1________T2(填“>”“<”或“＝”)，判断的理由是_________。
解析：(1)分析图像知曲线b首先达平衡，则反应速率快，而且平衡时的压强比曲线a大，应该是升高温度，与a相比，反应速率快，平衡向逆反应方向移动。
(2)①实验甲中，若2 min时测得放出的热量是4.2 kJ，则消耗二氧化硫0.1 mol,0～2 min时间内，v(SO2)＝＝0.05 mol·L－1·min－1。
②实验乙的各物质的平衡浓度是c(SO2)＝(0.20－0.16)mol·L－1＝0.04 mol·L－1，c(NO2)＝(0.80－0.16)mol·L－1＝0.64 mol·L－1，c(NO)＝0.16 mol·L－1＝c(SO3)mol·L－1，平衡常数为0.162/0.64×0.04＝1，由于丙的温度与乙相同，因此丙实验达平衡时，平衡常数也是1，
　 SO2(g)＋NO2(g)SO3(g)＋NO(g)
起始： 0.2 0.3 0 0
变化： a a a a
平衡： 0.2－a 0.3－a a a
K＝a2/(0.2－a)(0.3－a)＝1，a＝0.12，则NO2的转化率为0.12/0.30＝40%。甲实验平衡常数为
＝2.613，比T2时的平衡常数大，而该反应的正向是放热反应，故T1<T2。
答案：(1)升高温度　实验b与a相比，压强增大，反应速率快，平衡向逆反应方向移动(其他合理答案也可)
(2)①0.05 mol·L－1·min－1　②40%　③<
T1时，该反应的平衡常数K1＝2.613，T2时，该反应的平衡常数K2＝1，该反应正反应为放热反应，所以T1<T2(其他合理答案也可)
13．煤的气化可以减少环境污染，而且生成的CO和H2被称作合成气，能合成很多基础有机化工原料。
(1)工业上可利用CO生产乙醇：
2CO(g)＋4H2(g)CH3CH2OH(g)＋H2O(g)　ΔH1
又已知：H2O(l)===H2O(g)　ΔH2
CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH3
工业上也可利用CO2(g)与H2(g)为原料合成乙醇：2CO2(g)＋6H2(g)CH3CH2OH(g)＋3H2O(l)　ΔH
则：ΔH与ΔH1、ΔH2、ΔH3之间的关系是：ΔH＝______________________________。
(2)一定条件下，H2、CO在体积固定的绝热密闭容器中发生如下反应：4H2(g)＋2CO(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)，下列选项能判断该反应达到平衡状态的依据的有________。

A．v(H2)＝2v(CO)
B．平衡常数K不再随时间而变化
C．混合气体的密度保持不变
D．混合气体的平均相对分子质量不随时间而变化
(3)工业可采用CO与H2反应合成再生能源甲醇，反应：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)，在一容积可变的密闭容器中充有10 mol CO和20 mol H2，在催化剂作用下发生反应生成甲醇。CO的平衡转化率(α)与温度(T)、压强(p)的关系如图1所示。
①合成甲醇的反应为________(填“放热”或“吸热”)反应。
②A、B、C三点的平衡常数KA、KB、KC的大小关系为________，p1和p2的大小关系为________。
③若达到平衡状态A时，容器的体积为10 L，则在平衡状态B时容器的体积为________ L。
④CO的平衡转化率(α)与温度(T)、压强(p)的关系如图2所示，实际生产时条件控制在250 ℃、1.3×104 kPa左右，选择此压强的理由是__________________________。

解析：(1)由已知把反应依次编号为①②③，根据盖斯定律，则①－②×3－③×2得2CO2(g)＋6H2(g)CH3CH2OH(g)＋3H2O(l)，则：ΔH＝ΔH1－3ΔH2－2ΔH3；
(2)2v(H2)＝v(CO)中未指明正逆速率，不能说明是否达到平衡，故A错误；平衡常数与浓度、压强无关，只与温度有关，温度一定时平衡常数为定值，绝热密闭容器中，容器中的温度随着反应进行不断变化，则平衡常数不断变化，当平衡常数不变时说明达到了平衡状态，故B正确；容器体积不变，混合气体总质量不变，混合气体密度始终保持不变，不能说明达到平衡，故C错误；混合气体总质量不变，随反应进行气体物质的量减小，混合气体平均相对分子质量增大，当混合气体的平均相对分子质量不随时间而变化，说明反应到达平衡，故D正确；
(3)①由图1可知，压强一定时，温度越高CO的转化率越小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，即正反应为放热反应；
②平衡常数与压强无关，只与温度有关，A、B温度相等，则KA＝KB，相同压强下，温度越高CO的转化率越小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，则平衡常数减小，故KB>KC，故KA＝KB>KC；增大压强平衡正移，CO的转化率增大，已知p2条件下，CO的转化率大，则p1<p2；
③A、B两点温度相等，压强不同，平衡常数相同，对应A点，CO转化率为0.5，参加反应CO为10 mol×0.5＝5 mol，
　　　　 CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)
开始(mol): 10 20 0
转化(mol): 5 10 5
平衡(mol): 5 10 5
故T1温度下，平衡常数K＝＝1
对应B点，CO转化率为0.8，参加反应CO为10 mol×0.8＝8 mol，
　　　　 CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)
开始(mol): 10 20 10
转化(mol): 8 16 8
平衡(mol): 2 4 8
设平衡时的体积为V L，则，解得V＝2。
④由图2可知，在250 ℃、1.3×104 kPa左右，CO的转化率已较高，再增大压强CO转化率提高不大，且增大生成成本，得不偿失，故选择250 ℃、1.3×104 kPa左右。
答案：(1)ΔH1－3ΔH2－2ΔH3　(2)BD
(3)①放热　②KA＝KB>KC　p1<p2　③2
④在1.3×104 kPa下，CO的转化率已较高，再增大压强，CO的转化率提高不大，生产成本却增加