2021版新高考化学一轮复习专题突破训练4化学平衡图像的分类突破鲁科版

专题突破训练4
化学平衡图像的分类突破
(建议用时：35分钟)
一、选择题(1～4题只有一个正确答案，5～6题有一个或两个正确答案)
1．(2019·合肥模拟)在恒温密闭容器中发生反应：CaCO3(s)CaO(s)＋CO2(g)
ΔH>0，反应达到平衡后，t1时缩小容器体积，x随时间(t)变化的关系如图所示。

x不可能是( )
A．v逆(逆反应速率)
B．ρ(容器内气体密度)
C．m(容器内CaO质量)
D．Q c(浓度商)
C[t1时缩小容器体积，压强增大，v逆瞬时增大，增大压强，平衡逆向移动，故v逆逐渐减小，A项不符合题意；容器内只有CO2一种气体，缩小容器体积，气体密度瞬时增大，随着平衡逆向移动，CO2的质量逐渐减小，容器内气体密度也逐渐减小，B项不符合题意；缩小容器体积，容器内CaO的质量瞬时不变，随着平衡逆向移动，CaO的质量逐渐减小，C 项符合题意；浓度商Q c＝c(CO2)，缩小容器体积，CO2的浓度瞬时增大，随着平衡逆向移动，CO2的浓度逐渐减小，则浓度商Q c也先瞬时增大，后逐渐减小，D项不符合题意。

] 2．(2019·湖北名校联考)工业上利用Ga与NH3在高温条件下合成固态半导体材料氮化镓(GaN)的同时有氢气生成。

反应中，每生成3 mol H2放出30.8 kJ的热量。

在恒温恒容密闭体系内进行上述反应，下列有关表达正确的是( )
A ．Ⅰ图像中如果纵轴为正反应速率，则t 时刻改变的条件可以为升温或加压
B ．Ⅱ图像中纵轴可以为镓的转化率
C ．Ⅲ图像中纵轴可以为化学反应速率
D ．Ⅳ图像中纵轴可以为体系内混合气体的平均相对分子质量
A [升温或加压均能加快化学反应速率，即升温或加压正反应速率均加快，A 项正确；增大压强，平衡逆向移动，Ga 的转化率降低，
B 项错误；镓是固体，增大镓的质量，对化学反应速率无影响，
C 项错误；温度相同时，加压，平衡逆向移动，混合气体的平均相对分子质量增大，压强相同时，升温，平衡逆向移动，混合气体的平均相对分子质量增大，
D 项错误。

]
3．丁烯(C 4H 8)是制备线性低密度聚乙烯(LLDPE)的原料之一，可由丁烷(C 4H 10)催化脱氢制备，C 4H 10(g)C 4H 8(g)＋H 2(g) ΔH ＝＋123 kJ·mol －1。

该工艺过程中生成的副产物有炭(C)、C 2H 6、C 2H 4、C 4H 6等。

进料比[n 氢气n 丁烷
]和温度对丁烯产率的影响如图1、图2所示。

已知原料气中氢气的作用是活化固体催化剂。

图1 图2
下列分析正确的是( )
A ．原料气中氢气的作用是活化固体催化剂，改变氢气的量不会影响丁烯的产率
B ．丁烷催化脱氢是吸热反应，丁烯的产率随温度升高而不断增大
C ．随温度升高丁烯裂解生成的副产物增多，会影响丁烯的产率
D ．一定温度下，控制进料比[n 氢气n 丁烷
]越小，越有利于提高丁烯的产率 C [由题图1可知，改变氢气的量会影响丁烯的产率，A 项错误；根据题图2可知，当温度在590 ℃左右时，再升高温度，副反应增多，导致丁烯产率降低，B 项错误；随温度升高，丁烯裂解为乙烯等副产物，会导致丁烯的产率降低，C 项正确；根据题图1可知，随着进料比[
n 氢气n 丁烷]的增大，丁烯的产率先增大后减小，故一定温度下，不是进料比[n 氢气n 丁烷
]越小，越有利于提高丁烯的产率，D 项错误。

] 4．煤气化的一种方法是在气化炉中给煤炭加氢，发生的主要反应为C(s)＋2H 2(g)CH 4(g)。

在V L 的密闭容器中投入a mol 碳(足量)，同时通入2a mol H 2，控制条件使其发生上述反应，实验测得碳的平衡转化率随压强及温度的变化关系如图所示。

下列说法正确的是 ( )
A ．上述正反应为吸热反应
B ．在4 MPa 、1 200 K 时，图中X 点v (H 2)正<v (H 2)逆
C ．在5 MPa 、800 K 时，该反应的平衡常数为V 2a 2
D ．工业上维持6 MPa 、1 000 K 而不采用10 MPa 、1 000 K ，主要是因为前者碳的转化率高
A [A 项，由图观察，温度越高，碳的平衡转化率越大，平衡正向移动，正反应为吸热反应，正确；
B 项，X 点是未平衡时，反应正向进行，正反应速率大于逆反应速率，错误；
C 项，此时碳转化率为50%
C(s)＋2H 2(g)CH 4(g)
起始量/mol a 2a 0
转化量/mol 0.5a a 0.5a
平衡量/mol 0.5ª a 0.5a
K ＝0.5a
V
a
V 2＝0.5V a
，错误；D 项，该选择的原因是两者转化率相差不大，但压强增大对设备要求高，能量需求大，错误。

]
5.(2019·试题调研)将一定量硫化氢气体加入密闭容器
中，发生反应2H 2S(g)S 2(g)＋2H 2(g)。

该反应的平衡常数
的负对数(－lg K )随温度(T )的变化曲线如图所示，下列说法
错误的是( )
A ．c 点对应的平衡常数K ＝1.0×10
－3.638 mol ·L －1
B ．该反应的ΔH >0
C ．a 、c 点反应速率：v a >v c
D ．30 ℃时，b 点对应状态的v 正>v 逆
D [A 项，c 点－lg K ＝3.638，则平衡常数K ＝1.0×10－3.638 mol·L －1
，正确。

B 项，－lg K 越大，则平衡常数K 越小，由题图可知，随温度的升高，平衡常数增大，则平衡向正反应方向移动，正反应为吸热反应，故该反应的ΔH >0，正确。

C 项，a 点温度高于c 点，v a >v c ，正确。

D 项，b 点c S 2·c 2H 2c 2H 2S 的值大于平衡常数的值，反应向逆反应方向进行，则b 点对应的v 正<v 逆，错误。

]
6．(2019·名校联考)某绝热恒容容器中充入
2 mol·L －1NO 2，发生反应2NO 2(g)
N 2O 4(g) ΔH ＝ －56.9 kJ·mol －1，下列分析不正确的是( )
A ．5 s 时NO 2的转化率为75%
B ．0～3 s 内v (NO 2)增大是因为体系温度升高
C ．3 s 时化学反应处于平衡状态
D ．9 s 时再充入N 2O 4，平衡后K 与第一次平衡时相等
CD [分析图像可知，0～5 s 内Δc (NO 2)＝2 mol·L －1－0.5 mol·L －1
＝
1.5 mol·L －1，结合转化率的概念计算出NO 2的转化率为1.5 mol·L －12 mol·L －1×100%＝75%，A 项正确；该反应的正反应是放热反应，在绝热恒容容器中，随着反应进行不断放出热量，体系温度升高，反应速率增大，故0～3 s 内v (NO 2)增大是因为体系温度升高，B 项正确；3 s 时二氧化氮反应速率最大，3～7 s 时v (NO 2)随时间减小，7 s 后v (NO 2)不变，反应才处于平衡状态，C 项错误；9 s 时反应处于平衡状态，再充入N 2O 4，平衡逆向进行，体系温度降低，平衡向放热方向进行，平衡常数增大，D 项错误。

]
二、非选择题
7．(2019·河南名校联考)血红蛋白(Hb)和肌红蛋白(Mb)分别存在于血液和肌肉中，都能与氧气结合，与氧气的结合度α(吸附O 2的Hb 或Mb 的量占总Hb 或Mb 的量的比值)和氧气分压p (O 2)密切相关。

回答下列问题：
(1)人体中的血红蛋白(Hb)能吸附O 2、H ＋，相关反应的热化学方程式及平衡常数如下： Ⅰ.Hb(aq)＋H ＋(aq)
HbH ＋
(aq) ΔH 1 K 1 Ⅱ.HbH ＋(aq)＋O 2(g)
HbO 2(aq)＋H ＋(aq) ΔH 2 K 2 Ⅲ.Hb(aq)＋O 2(g)HbO 2(aq) ΔH 3 K 3 ΔH 3＝________(用ΔH 1、ΔH 2表示)，K 3＝________(用K 1、K 2表示)。

(2)Hb 与氧气的结合能力受到[H ＋]的影响，相关反应如下：
HbO 2(aq)＋H ＋(aq)HbH ＋
(aq)＋O 2(g)。

37 ℃，pH 分别为7.2、7.4、7.6时氧气分压
p(O2)与达到平衡时Hb与氧气的结合度α的关系如图1所示，pH＝7.6时对应的曲线为
________(填“A”或“B”)。

图1 图2
(3)Mb与氧气结合的反应如下：Mb(aq)＋O2(g)MbO2(aq) ΔH,37 ℃时，氧气分压p(O2)与达平衡时Mb与氧气的结合度α的关系如图2所示。

①已知Mb与氧气结合反应的平衡常数的表达式K＝[MbO2]
[Mb]P O2
，计算37 ℃时K＝
________ kPa－1。

②人正常呼吸时，体温约为37 ℃，氧气分压约为20.00 kPa，计算此时Mb与氧气的最大结合度为______(结果保留3位有效数字)。

③经测定，体温升高，Mb与氧气的结合度降低，则该反应的ΔH________(填“>”或“<”)0。

④已知37 ℃时，上述反应的正反应速率v(正)＝k1·[Mb]·p(O2)，逆反应速率v(逆)＝k2·[MbO2]，若k1＝120 s－1·kPa－1，则k2＝________。

37 ℃时，图2中C点时，v(正)/v(逆)＝________。

[解析] (1)由盖斯定律可知，反应Ⅰ＋反应Ⅱ＝反应Ⅲ，所以ΔH3＝ΔH1＋ΔH2，K3＝K1·K2。

(2)其他条件一定，pH＝7.6时与pH＝7.4相比，氢离子浓度减小，该反应的平衡逆向移动，增大了血红蛋白与氧气的结合度，因此A曲线符合。

(3)①当p(O2)＝2.00 kPa
时，此时Mb与氧气的结合度为80.0%，即[MbO2]＝4[Mb]，故K＝4
2.00 kPa
＝2.00 kPa－1。

②
根据平衡常数表达式K＝
[MbO2]
[Mb]·p O2
，代入数据得2.00＝
α
1－α×20.00
，解得α＝
97.6%。

③体温升高时，Mb与氧气的结合度降低，即升高温度平衡逆向移动，所以正反应为放热反应，ΔH<0。

④37 ℃反应达到平衡时，v(正)＝v(逆)，即k1·[Mb]·p(O2)＝k2·[MbO2]，
k 1＝k 2·K ，代入相关数据，解得k 2＝60 s －1。

C 点时v 正v 逆＝k 1·[Mb]·p O 2k 2·[MbO 2]＝12
×2.00＝1.00。

[答案] (1)ΔH 1＋ΔH 2 K 1·K 2 (2)A
(3)①2.00 ②97.6% ③< ④60 s －1 1.00
8．(2019·平顶山一模)处理、回收CO 是环境科学家研究的热点课题。

(1)CO 用于处理大气污染物N 2O 所发生的反应为N 2O(g)＋CO(g)
CO 2(g)＋N 2(g) ΔH 。

几种物质的相对能量如下：
物质
N 2O(g) CO(g) CO 2(g) N 2(g) 相对能量/
(kJ·mol －1) 475.5
283 0 393.5 ①Δ－1H ________(填代号)。

A ．温度
B ．反应物浓度
C ．催化剂
D ．系数
②有人提出上述反应可以用“Fe ＋”作催化剂。

其总反应分两步进行：
第一步：Fe ＋＋N 2O===FeO ＋
＋N 2；
第二步：____________________________________(写化学方程式)。

第二步反应不影响总反应达到平衡所用时间，由此推知，第二步反应速率________第一步反应速率(填“大于”或“等于”)。

(2)在实验室，采用I 2O 5测定空气中CO 的含量。

在密闭容器中充入足量的I 2O 5粉末和一定量的CO ，发生反应：I 2O 5(s)＋5CO(g)5CO 2(g)＋I 2(s)。

测得CO 的转化率如图1所示。

①相对曲线a ，曲线b 仅改变一个条件，改变的条件可能是________。

②在此温度下，该可逆反应的平衡常数K ＝________(用含x 的代数式表示)。

图1 图2
(3)工业上，利用CO 和H 2合成CH 3OH 。

在1 L 恒容密闭容器中充入1 mol CO(g)和n mol H 2，在250 ℃发生反应：CO(g)＋2H 2(g)CH 3OH(g)，测得混合气体中CH 3OH 的体积分数与H 2的物质的量的关系如图2所示。

在a 、b 、c 、d 点中，CO 的平衡转化率最大的点是________。

(4)有人提出，利用2CO(g)===2C(s)＋O 2(g)消除CO 对环境的污染，你的评价是
________(填“可行”或“不可行”)。

[解析] (1)①ΔH ＝生成物所具有的总能量－反应物所具有的总能量＝(393.5＋0－475.5－283) kJ·mol －1＝－365 kJ·mol －1；反应热只与具体反应的系数有关。

与温度、压强、催化剂、转化率、反应物浓度等无关。

②根据催化剂定义，第二步反应中，中间产物(FeO ＋)氧化CO 生成CO 2本身被还原成Fe ＋
，第二步反应对总反应速率没有影响，说明第一步是慢反应，控制总反应速率。

(2)①曲线b 和曲线a 的平衡状态相同，曲线b 反应速率较大，对于气体分子数相同的反应，加压可以增大浓度，正、逆反应速率同倍数增大；加入催化剂，正、逆反应速率同倍数增大，平衡不移动；
②设CO 的起始浓度为c (对于等气体分子数反应，体积始终不变)，平衡时，[CO]＝(1
－x )c mol·L －1，[CO 2]＝xc mol·L －1，K ＝[CO 2]5[CO]5＝x 5
1－x 5。

(3)图2中，b 点代表平衡点，增大H 2、CO 的投料比，CO 的平衡转化率增大。

(4)该反应是焓增、熵减反应，任何温度下不能自发进行，故不可行。

[答案] (1)①－365 D ②FeO ＋＋CO===Fe ＋＋CO 2 大于 (2)①加入催化剂(或增大压强) ②x 5
1－x 5 (3)d (4)不可行
9．(2019·长郡中学模拟)一定压强下，向密闭容器中充入一定量的CH 2===CHCH 3和Cl 2发生反应：CH 2===CHCH 3(g)＋Cl 2(g)CH 2===CHCH 2Cl(g)＋HCl(g) ΔH 2＝－102 kJ·mol －1。

设起始的n CH 2===CHCH 3n Cl 2
＝w ，平衡时Cl 2的体积分数(φ)与温度(T )、w 的关系如图甲所示。

w ＝1时，正、逆反应的平衡常数(K )与温度(T )的关系如图乙所示。

图甲 图乙
(1)图甲中，w 2________1(填“>”“<”或“＝”)。

(2)图乙中，表示正反应平衡常数的曲线为________(填“A”或“B”)，理由为 ________________________________________________________________
_______________________________________________________________。

(3)T 1 K 下，平衡时α(Cl 2)＝________。

[解析] (1)从题图甲可以看出，温度相同，w 2时φ(Cl 2)较小，在反应中，增大n CH 2===CHCH 3n Cl 2
，φ(Cl 2)减小，故w 2>1。

(2)反应的正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，则正反应平衡常数减小，故B 曲线表示正反应平衡常数的曲线。

(3)T 1 K 时正反应平衡常数与逆反应平衡常数相等，且
n CH 2===CHCH 3n Cl 2＝1，则平衡时反应中各物质浓度均相同，Cl 2的转化率为50%。

[答案] (1)> (2)B 反应的正反应为放热反应，温度升高，正反应平衡常数减小
(3)50%
10．(2019·试题调研)合成氨工艺是人工固氮最重要的途径。

2018年是合成氨工业先驱哈伯(F.Haber)获得诺贝尔奖100周年。

合成氨反应中有关化学键的键能数据如下表：
化学键 H —H
N ≡N N —H E /(kJ·mol －1)
436 946 391 (1)已知合成氨反应N 2(g)＋3H 2(g)2NH 3(g) ΔH 1的活化能E a ＝508
kJ·mol－1，则氨分解反应2NH3(g)N2(g)＋3H2(g) ΔH2的活化能E a＝_______。

(2)其他条件相同时，分别选用A、B、C三种催化剂进行合成氨实验，所得结果如图1所示：
图1
则生产中适宜选择的催化剂是________(填“A”“B”或“C”)，理由是________。

(3)向恒容密闭的反应容器中充入 1 mol N2、3 mol H2，在不同温度、不同压强下合成氨反应分别达平衡时，混合气体中NH3的物质的量分数如图2所示：
图2
①曲线A、B、C对应的温度由低到高的顺序是________(用代表曲线的字母表示)。

图中X、Y、Z三点的平衡常数大小关系：K(X)________(填“>”“<”或“＝”，下
同)K(Y)________K(Z)。

②Y点对应的H2的转化率是________；若仅将起始投料加倍，其他条件不变，反应达到
新平衡时，则H 2的转化率将会________(填“升高”“降低”或“不变”)。

[解析] (1)N 2(g)＋3H 2(g)
2NH 3(g) ΔH 1＝反应物总键能－生成物总键能＝(946＋436×3)kJ·mol －1－(6×391)kJ·mol －1＝－92 kJ·mol －1；正反应的活化能E a ＝508
kJ·mol －1，则逆反应的活化能E a ＝(508＋92)kJ·mol －1＝600 kJ·mol －1，即2NH 3(g)
N 2(g)＋3H 2(g) ΔH 2的活化能E a ＝600 kJ·mol －1。

(2)由图1可知，A 和B 的催化效率分别在T 1、
T 2温度下最高，T 1<T 2，A 在较低温度下具备较高的催化活性，一方面可节约能源，另一方面，合成氨是放热反应，低温对氨的合成有利，所以，生产中适宜选择的催化剂是A 。

(3)①因为合成氨的反应是放热反应，相同压强下，投料相同时，升高温度平衡逆向移动，氨气的含量减小，所以曲线A 、B 、C 对应的温度由低到高的顺序是A<B<C 。

因为K 只受温度影响，温度不变，化学反应的平衡常数不变，图2中X 、Y 点在同一条曲线上，所以两点对应的平衡常数相等，Z 点对应温度较高，因为正反应是放热反应，升高温度平衡逆向移动，平衡常数减小，所以X 、Y 、Z 三点的平衡常数大小关系为K (X)＝K (Y)>K (Z)。

②设反应达到Y 点对应平衡状态时，N 2转化了x mol ，根据反应：
N 2(g)＋3H 2(g)2NH 3(g)
起始(mol) 1 3 0
转化(mol) x 3x 2x
平衡(mol) 1－x 3－3x 2x
Y 点时氨气的物质的量分数为60%，所以2x /(1－x ＋3－3x ＋2x )×100%＝60%，解得x
＝0.75，Y 点对应的H 2的转化率为3×0.75 mol 3 mol
×100%＝75%。

若仅将起始投料加倍，压强增大平衡正向移动，则反应达到新平衡时，H 2的转化率将升高。

[答案] (1)600 kJ·mol －1
(2)A 催化剂A 在较低温度下具备较高的催化活性，一方面可节约能源，另一方面低温有利于氨的合成
(3)①A<B<C ＝ > ②75% 升高
11．(2019·专家原创)对于2NO 2(g)N 2O 4(g)反应体系，标准平衡常数K θ＝p N 2O 4/p θ
[p NO 2/p θ]
2，其中p θ为标准压强(1×105 Pa)，p (N 2O 4)和p (NO 2)为各组分平衡分压(平衡分压＝总压×物质的量分数)。

(1)若起始NO 2的物质的量为1 mol ，反应在恒定温度和标准压强下进行，N 2O 4的平衡产率为0.75，则K θ＝________。

(2)利用现代手持技术传感器可以探究压强对2NO 2(g)N 2O 4(g)化学平衡移动的影响。

在恒定温度和标准压强条件下，往针筒中充入一定体积的NO 2气体后密封并保持活塞位置不变，分别在t 1、t 2时刻迅速移动活塞后并保持活塞位置不变，测定针筒内气体压强变化如图所示。

①B 点时NO 2的转化率为________。

②E 、H 两点对应气体的平均相对分子质量M r (E)________M r (H)(填“<”“>”或“＝”)。

[解析] (1)起始NO 2的物质的量为1 mol ，则N 2O 4的理论产量为0.5 mol ，根据N 2O 4的平衡产率为0.75，可知平衡时N 2O 4为0.375 mol ，NO 2为0.25 mol ，则平衡时N 2O 4的分压为0.3750.375＋0.25p θ＝0.6p θ，NO 2的分压为0.250.375＋0.25p θ＝0.4p θ，故K θ＝0.6p θ/p θ0.4p θ/p θ2＝3.75。

(2)①设起始时NO 2为1 mol ，从A 点至B 点时NO 2转化x mol ，则B 点时NO 2为(1－x ) mol ，N 2O 4为0.5x mol ，根据阿伏加德罗推论可得1：(1－x ＋0.5x )＝100∶97，解得x ＝0.06，故B 点时NO 2的转化率为6%。

②根据图像可知t 2时移动活塞，压强先增大后减小，说明是压缩针筒，平衡向正反应方向移动，最终达到平衡时气体分子数减小，气体总质量不变，因此气体的平均相对分子质量增大，M r (E)<M r (H)。

[答案] (1)3.75 (2)①6% ②<。