化學平衡圖像分析

第四課時化學平衡圖像分析1．用CO合成甲醇(CH3OH)的化學方程式為CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H<0，按照相同的物質(zhì)的量投料，測得CO在不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強的關(guān)系如圖所示。下列說法正確的是（）A．溫度：T1>T2>T3B．正反應(yīng)速率：v(b)>v(d)v(a)>v(c)C．平衡常數(shù)：K(a)>K(c)K(b)=K(d)D．平均摩爾質(zhì)量：M(b)>M(d)M(a)<M(c)2．在一定溫度下，改變反應(yīng)物中n(SO2)，對反應(yīng)2SO2(g)+O2(g)?2SO3(g)ΔH<0的影響如圖所示，下列說法正確的是（）A．反應(yīng)b?c點均為平衡點，a點未達到平衡且向正反應(yīng)方向進行B．a(chǎn)?b?c三點中，b點時SO2的轉(zhuǎn)化率最高C．a(chǎn)、b、c三點反應(yīng)速率大小為：vb>vc>vaD．b點時SO2與O2的物質(zhì)的之比約為2：13．工業(yè)上合成CH3OH的原理為：2H2(g)+CO(g)?CH3OH(g)，一定溫度下，向1L恒容密閉容器中充入H2和CO，反應(yīng)達平衡時CH3OH的體積分數(shù)與反應(yīng)物投料之比(n(H2)/n(CO))的關(guān)系如圖所示。下列說法錯誤的是A．相同條件下，達到平衡時混合氣體的密度與反應(yīng)前相同B．a(chǎn)、b、c、d四點中,c點CO的轉(zhuǎn)化率最大C．若投料時n(CO)不變，a、b、c、d四點中d處CH3OH的物質(zhì)的量最大D．圖像中c點到d點，平衡向正反應(yīng)方向移動4．工業(yè)上可通過甲醇羰基化法制取甲酸甲酯（HCOOCH3）：CH3OH（g）+CO（g）?HCOOCH3（g），在容積固定的密閉容器中，投入等物質(zhì)的量CH3OH和CO，測得相同時間內(nèi)CO的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化如右圖所示。下列說法不正確的是A．增大壓強甲醇轉(zhuǎn)化率增大B．b點反應(yīng)速率υ正=υ逆C．平衡常數(shù)K(75℃)＞K(85℃)，反應(yīng)速率υb＜υdD．生產(chǎn)時反應(yīng)溫度控制在80~85℃為宜5．一定量的CO2與足量的碳在體積可變的恒壓密閉容器中反應(yīng)：C(s)+CO2(g)2CO(g)。平衡時，體系中氣體體積分數(shù)與溫度的關(guān)系如下圖所示：已知：氣體分壓（P分）=氣體總壓（P總）×體積分數(shù)。下列說法正確的是A．550℃時，若充入惰性氣體，?正，?逆均減小，平衡不移動B．650℃時，反應(yīng)達平衡后CO2的轉(zhuǎn)化率為%C．T℃時，若充入等體積的CO2和CO，平衡向逆反應(yīng)方向移動D．925℃時，用平衡分壓代替平衡濃度表示的化學平衡常數(shù)KP=總6．（環(huán)戊二烯）容易發(fā)生聚合生成二聚體，該反應(yīng)為可逆反應(yīng)。不同溫度下，溶液中環(huán)戊二烯濃度與反應(yīng)時間的關(guān)系如圖所示，下列說法不正確的是（）A．T1小于T2B．a(chǎn)點的反應(yīng)速率小于c點的反應(yīng)速率C．a(chǎn)點的正反應(yīng)速率大于b點的逆反應(yīng)速率D．b點時二聚體的濃度為mol·L?17．丙烯腈（CH2=CHCN）是一種重要的化工原料，工業(yè)上可用“丙烯氨氧化法”生產(chǎn)，主要副產(chǎn)物有丙烯醛（CH2=CHCHO）和乙腈CH3CN等，回答下列問題：以丙烯、氨、氧氣為原料，在催化劑存在下生成丙烯睛（C3H3N）和副產(chǎn)物丙烯醛（CH2=CHCHO）的熱化學方程式如下：①C3H6(g)+NH3(g)＋O2(g)=C3H3N(g)+3H2O(g）△H=-515kJ/mol②C3H6(g)+O2(g)=C3H4O(g)＋H2O(g)△H=-353kJ/mol（1）圖（a）為丙烯腈產(chǎn)率與反應(yīng)溫度的關(guān)系曲線，最高產(chǎn)率對應(yīng)溫度為460℃。低于460℃時，丙烯腈的產(chǎn)率________（填“是”或者“不是”）對應(yīng)溫度下的平衡產(chǎn)率，判斷理由是_____；高于460℃時，丙烯腈產(chǎn)率降低的可能原因是________（雙選，填標號）。A．催化劑活性降低B．平衡常數(shù)變大C．副反應(yīng)增多D．反應(yīng)活化能增大（2）丙烯腈和丙烯醛的產(chǎn)率與n（氨）/n（丙烯）的關(guān)系如圖（b）所示。由圖可知，最佳n（氨）/n（丙烯）約為

_________，理由是_______。8．氮氧化物排放是形成臭氧層空洞、酸雨、霧霾的重要成因之一。SCR法是工業(yè)上消除氮氧化物的常用方法，反應(yīng)原理為：4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g)△H<0（1）氮氧化物破壞臭氧層原理為：①NO+O3NO2+O2②NO2+ONO+O2常溫下反應(yīng)①的平衡常數(shù)為K1，反應(yīng)②的平衡常數(shù)為K2，則反應(yīng)O3+O2O2的平衡常數(shù)K＝________（用K1、K2表示）。（2）SCR法除NO時，投料比一定時有利于提高NO平衡轉(zhuǎn)化率的反應(yīng)條件是________、________。該法可能發(fā)生副反應(yīng)4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)，減少副反應(yīng)的主要措施是________、________。（3）其他條件相同，在甲、乙兩種催化劑作用下，NO轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系如圖。①工業(yè)上選擇催化劑乙的原因是________；②在催化劑甲作用下，圖中M點處（對應(yīng)溫度為210℃）NO的轉(zhuǎn)化率_________（填“可能是”、“一定是”或“一定不是”）該溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率。高于210℃時，NO轉(zhuǎn)化率降低的原因可能是________。9．工業(yè)上制備丙烯的方法有多種，“丁烯裂解法”是其中一種方法，但生產(chǎn)過程中伴有生成乙烯的副反應(yīng)發(fā)生，具體反應(yīng)如下：主反應(yīng):3C4H84C3H6；副反應(yīng)：C4H82C2H4（1）從產(chǎn)物的純度考慮，丙烯和乙烯的質(zhì)量比越高越好。則從下表現(xiàn)的趨勢來看，下列反應(yīng)條件最適宜的是__________（填字母序號）?！妗妗妗妫?）下圖中，平衡體系中丙烯的百分含量隨壓強增大呈上升趨勢，從平衡角度解釋其可能的原因是_____。10．燃煤產(chǎn)生的煙氣中的氮氧化物NOx(主要為NO、NO2)易形成污染，必須經(jīng)脫除達標后才能排放。尿素[CO(NH2)2]在一定條件下能有效將NOx轉(zhuǎn)化為N2。CO(NH2)2與某種煙氣主要為N2、NO和O2)中的NO的物質(zhì)的量比值分別為1：2、2：1、3：1時，NO脫除率隨溫度變化的曲線如圖：已知：尿素在溫度較高的情況下可發(fā)生反應(yīng)：CO(NH2)2+H2O(l)2NH3+CO2(1)曲線a

對應(yīng)CO(NH2)2

與NO的物質(zhì)的量比值是______。(2)曲線a、b、c中，800℃～900℃區(qū)間內(nèi)發(fā)生主要反應(yīng)的化學方程式是______。(3)900℃～1200℃區(qū)間內(nèi)脫除率下降，NO濃度上升，發(fā)生的主要反應(yīng)是______。(4)曲線a中，NO的起始濃度為6×10-4mg/m3，從A點到B點經(jīng)過，該時間段內(nèi)NO的脫除速率為______

mg/(m3·s)。參考答案CA、該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度越低，CO的轉(zhuǎn)化率越大，則，故A錯誤；B、由圖可知，a、c兩點壓強相同，平衡時a點CO轉(zhuǎn)化率更高，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度越低，CO的轉(zhuǎn)化率越大，故溫度，溫度越高，反應(yīng)速率越快，故。b、d兩點溫度相同，壓強越大，反應(yīng)速率越大，b點大于d點壓強，則，故B錯誤；C、由圖可知，a、c兩點壓強相同，平衡時a點CO轉(zhuǎn)化率更高，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故溫度，降低溫度平衡向正反應(yīng)方向移動，則，平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，b、d兩點溫度相同，平衡常數(shù)相同，則，故C正確；D、CO轉(zhuǎn)化率的越大，越小，總質(zhì)量（m）不變，由可知，n總越小，M越大；a點小，則，，故D錯誤；A.圖像的橫坐標是起始時n(SO2)，縱坐標是平衡時SO3的體積分數(shù)，因此，曲線是平衡線，線上的每個點均為平衡點，A項錯誤；B.增加一種反應(yīng)物的用量，可以提高另一反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，而本身轉(zhuǎn)化率降低，因此a、b、c三點中，n(SO2)逐漸增大，平衡時SO2的轉(zhuǎn)化率逐漸減小，a點時SO2的轉(zhuǎn)化率最高，故B錯誤；C．濃度越大，反應(yīng)速率越快，則a、b、c三點反應(yīng)速率大小為：vc＞vb＞va，故C錯誤；D．由2SO2(g)+O2(g)?2SO3(g)可知，b點時SO2與O2的物質(zhì)的量之比約為2：1，SO3的體積分數(shù)最大，故D正確；A、容器為恒定，氣體體積不變，組分都是氣體，氣體質(zhì)量不變，因此任何時刻氣體密度都相等，即達到平衡時氣體的密度與反應(yīng)前相同，故A說法正確；B、投料比增大，增大氫氣的物質(zhì)的量，平衡向正反應(yīng)方向進行，CO的轉(zhuǎn)化率增大，即四個點中d點CO的轉(zhuǎn)化率最大，故B說法錯誤；C、根據(jù)B選項分析，增大H2的量，平衡向正反應(yīng)方向進行，甲醇的物質(zhì)的量增大，即四點中d處CH3OH的物質(zhì)的量最大，故C說法正確；D、c點到d點，增加了H2的量，平衡向正反應(yīng)方向進行，故D說法正確；A、溫度超過約83℃時，隨著溫度的升高，CO的轉(zhuǎn)化率降低，說明該反應(yīng)是可逆反應(yīng)；由于該反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強可以使平衡正向移動，即增大甲醇的轉(zhuǎn)化率，A正確；B、題中說明該曲線是測得相同時間內(nèi)CO的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化曲線，并非是在不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率；b點之后，仍有一段曲線表示CO的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而升高，說明b點不是平衡狀態(tài)，則此時正反應(yīng)速率不等于逆反應(yīng)速率，B錯誤；C、溫度超過約83℃時，隨著溫度的升高，CO的轉(zhuǎn)化率降低，則說明該反應(yīng)是放熱反應(yīng)；對于放熱反應(yīng)而言，溫度越高，平衡常數(shù)K越小，故K(75℃)＞K(85℃)；b點的溫度比d點的低，故υb＜υd，C正確；D、根據(jù)圖可知，溫度在80~85℃的范圍內(nèi)，CO的轉(zhuǎn)化率最高，超過該溫度范圍，隨著溫度的升高，CO的轉(zhuǎn)化率降低，說明反應(yīng)的最適溫度在80~85℃之間，故生產(chǎn)時反應(yīng)溫度控制在80~85℃為宜，D正確；A、由于反應(yīng)在體積可變的恒壓密閉容器中進行，當550℃時，若充入惰性氣體，容器的容積擴大，使反應(yīng)混合物的濃度減小，因此?正，?逆均減小，由于該反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng)，減小壓強，化學平衡向氣體體積最大的正反應(yīng)方向移動，A錯誤；B．根據(jù)圖像可知在650℃時，反應(yīng)達平衡后CO的體積分數(shù)是40%，則CO2的體積分數(shù)是60%，假設(shè)平衡時總物質(zhì)的量是1mol，則反應(yīng)產(chǎn)生COmol，其中含有CO2mol，反應(yīng)產(chǎn)生molCO消耗CO2的物質(zhì)的量是mol，因此CO2轉(zhuǎn)化率為mol÷(0．6mol+mol)×100%=%，B正確；C．T℃時，平衡時CO2和CO的體積分數(shù)都是50%，若充入等體積的CO2和CO，化學平衡不移動，C錯誤；D．925℃時，用平衡分壓代替平衡濃度表示的化學平衡常數(shù)KP=，D錯誤。BA．單位時間T2溫度下，環(huán)戊二烯濃度變化大，因此速率快，則反應(yīng)溫度高，因此T1小于T2，故A正確；B．a(chǎn)點濃度大，溫度低，c點濃度小，溫度高，因此a的反應(yīng)速率與c點的反應(yīng)速率不能比較，故B錯誤；C．a(chǎn)點環(huán)戊二烯濃度大于b點環(huán)戊二烯濃度，因此a點的正反應(yīng)速率大于b點的正反應(yīng)速率，而b點的正反應(yīng)速率大于b點的逆反應(yīng)速率，因此a點的正反應(yīng)速率大于b點的逆反應(yīng)速率，故C正確；D．b點時環(huán)戊二烯濃度濃度改變理論mol·L?1，因此二聚體的濃度為mol·L?1，故D正確；7.（1）不是該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，平衡產(chǎn)率應(yīng)隨溫度升高而降低AC（2）1該比例下丙烯腈產(chǎn)率最高，而副產(chǎn)物丙烯醛產(chǎn)率最低【解析】因為該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，平衡產(chǎn)率應(yīng)隨溫度升高而降低，反應(yīng)剛開始進行，尚未達到平衡狀態(tài)，460OC以前是建立平衡的過程，所以低于460OC時，丙烯腈的產(chǎn)率不是對應(yīng)溫度下的平衡產(chǎn)率；高于460OC時，丙烯腈產(chǎn)率降低，A．催化劑在一定溫度范圍內(nèi)活性較高，若溫度過高，活性降低，正確；B．平衡常數(shù)的大小不影響產(chǎn)率，錯誤；C．根據(jù)題意，副產(chǎn)物有丙烯醛，副反應(yīng)增多導致產(chǎn)率下降，正確；D．反應(yīng)活化能的大小不影響平衡，錯誤；答案選AC。根據(jù)圖像可知，當n（氨）/n（丙烯）約為1時，該比例下丙烯腈產(chǎn)率最高，而副產(chǎn)物丙烯醛產(chǎn)率最低。8.（1）K1·K2（2）降低溫度減小壓強；選擇合適的催化劑控制O2用量（3）低溫下有很強的催化活性（或在較大的溫度范圍內(nèi)有較高催化活性）一定不是催化劑活性降低、副反應(yīng)增多（任寫一個）【解析】（1）①NO+O3?NO2+O2

反應(yīng)①的平衡常數(shù)為K1=，②NO2+O?NO+O2反應(yīng)②的平衡常數(shù)為K2=，反應(yīng)O3+O?2O2的平衡常數(shù)K=，據(jù)此分析計算得到K=K1?K2；

（2）SCR法是工業(yè)上消除氮氧化物的常用方法，反應(yīng)原理為：4NH3（g）+4NO（g）+O2（g）?4N2（g）+6H2O（g）△H＜0，提高NO平衡轉(zhuǎn)化率改變條件使平衡正向進行；反應(yīng)為氣體體積增大的放熱反應(yīng)，可以降低溫度、減小壓強使平衡正向進行，減少副反應(yīng)應(yīng)使副反應(yīng)4NH3（g）+5O2（g）?4NO（g）+6H2O（g）平衡逆向進行，結(jié)合化學平衡移動原理分析，需要選擇合適的催化劑、控制氧氣用量促進4NH3（g）+4NO（g）+O2（g）?4N2（g）+6H2O（g）△H＜0反應(yīng)進行，避免副反應(yīng)4NH3（g）+5O2（g）?4NO（g）+6H2O（g）進行；

（3）①圖象中曲線變化可知低溫下乙的催化作用強，工業(yè)上選擇催化劑乙的原因是低溫下有很強的催化活性；

②甲催化劑隨溫度升高NO轉(zhuǎn)化率先增大后減小是因為催化劑在溫度高的條件下催化活性減小，在催化劑甲作用下，圖中M點處（對應(yīng)溫度為210℃）NO的轉(zhuǎn)化率一定不是該溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率，高于210℃時，NO轉(zhuǎn)化率降低是催化劑活性降低，副反應(yīng)增多

9.（1）c（2）壓強增大，生成乙烯的副反應(yīng)平衡逆向移動，丁烯濃度增大，導致主反應(yīng)的平衡正向移動，丙烯含量增大【解析】（1）根據(jù)溫度對丙烯和乙烯的質(zhì)量比的影響可知在300℃時丙烯和乙烯的質(zhì)量比較大；根據(jù)壓強對丙烯和乙烯的質(zhì)量比的影響可知在MPa時丙烯和乙烯的質(zhì)量比較大，因此選擇的條件是300℃、M