高中化学练习：反应原理图像专题复习

v （正） 图3
图1
t 5 t 4 t 3 t 2 t 1 v （逆） t/s 图4 a c
b
t/min 图5
T 5 T 4 T 3 T 2 T 1 温度
C （
H 2）
万“变”不离其“宗”
——平衡图像微专题
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任务一：在各种“变”图中寻找“宗”：
例题1：一定条件下，由CO 2和H 2制备甲醇的过程中含有下列反应： 反应1：CO 2(g)＋H 2(g)CO(g)＋H 2O(g) ΔH 1 反应2：CO 2(g)＋3H 2(g)CH 3OH(g)＋H 2O(g) ΔH 2
（1）在温度为300℃时，使一定量合适体积比的H 2和CO 2在恒温恒容密闭容器内进行反应，反应1、2的能量变化如图1所示：
①研究表明，在其他条件都相同的情况下，在催化剂X 的作用下，可以显著提高甲醇的选择性（转化的CO 2中生成甲醇的百分比），试用过渡态理论解释其原因： 。

②请在图2中画出CH 3OH 浓度随时间变化的示意图；
（2）若只发生反应2，该反应的逆反应速率随时间变化的关系如图3所示。

℃从图中可看出，反应在t 2时达到平衡，在t 1时改变了某种条件，改变的条件不可能是（ ）
A.升高温度
B.加催化剂
C.增大H 2（g ）的浓度
D.增大压强
②向绝热恒容密闭容器中通入CO 2和H 2，在一定条件下使反应达到平衡，正反应速率随时间变化如图
4所示。

由图可得出的正确结论是________。

A.反应在c 点达到平衡状态
B.反应物浓度：a 点小于b 点
C.反应物的总能量低于生成物的总能量
D.℃t 1＝℃t 2时，CO 2的转化量：a ～b 段小于b ～c 段 请在下图4中画出逆反应速率随时间变化的示意图。

时间/min c （
CH 3OH ）
图2
图 4 α型 β型 T 1
T 6 T 5 T 4 T 3 T 2 温度/℃ d a c b CO 2转化率 图5 （3）在某温度T 1、压强P 1下，将一定量CO 2和H 2置于密闭容器中，发生反应CO 2(g)＋3H 2(g) CH 3OH(g)＋H 2O(g) ΔH 2；
在t 时刻，测定容器中H 2气体的浓度。

然后分别在温度为T 2、T 3、T 4、T 5下，保持其它初始实验条件不变，重复上述实验，经过相同时间测定H 2气体浓度，如图5所示。

则：℃△H 0(填“＞”、“＝”或“＜”)。

℃在T 1～T 2及T 4～T 5两个温度区间，容器内H 2气体浓度呈现如图5所示的变化趋势，其原因是 。

（4）反应2在不同颗粒间隙的沥青混凝土（ α、ß型）和不同温度下，实验进行相同一段时间(t s 秒)后测得的CO 2转化率变化如图5所示，下列叙述不正确的是（ ）
A.根据CO 2转化率由b 点到c 点随温度的升高而增大，可知反应2的平衡常数K b <K c
B.相同温度下ß型沥青混凝土中合成CH 3OH 速率比α型要大
C.a 点的数据反映出CO 2与H 2之间所发生的有效碰撞频率是整个实验过程中最高的
D.d 点CO 2转化率出现突变的原因可能是温度升高后催化剂失效
（5）水煤气变换获取的CO 2和H 2，经催化反应能合成二甲醚，主要发生下列反应： 反应1：CO 2(g)＋H 2(g) CO(g)＋H 2O(g) ΔH 1>0 反应2：2CO 2(g)＋6H 2(g) CH 3OCH 3(g)＋3H 2O(g) ΔH 2<0
在恒压、CO 2和H 2的起始量一定的条件下，CO 2的平衡转化率和平衡时CH 3OCH 3的选择性随温度的变
化如图6。

其中，CH 3OCH 3的选择性=
℃温度高于300℃，CO 2的平衡转化率随温度升高而上升的原因是 。

℃220℃时，在催化剂作用下CO 2与H 2反应一段时间后，测得CH 3OCH 3的选择性为48%（图中A 点）。

不改变反应时间和温度，一定能提高CH 3OCH 3选择性的措施有 。

任务二：建构解决平衡类图像问题的思维模型：
图6
2015年10月第30题图2 反应时
t
甲醇浓
2015年10月第30题图
温度150 200 250 300 1.0
0.1 0.01
10ˉ
3 平衡常
K
K
K 第30题图
10 20 30 40 50 60 t /min
0.7
0.6
0.5
c (H 2)/m o l ·L ˉ1
浙江省历年选考30题图像
——平衡图像微专题
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1.（2015.10部分）（1）一定条件下，由CO 2和H 2制备甲醇的过程中含有下列反应：
反应1： CO 2(g )＋H 2(g )CO (g )＋H 2O (g ) ΔH 1 反应2： CO (g )＋2H 2(g )CH 3OH (g ) ΔH 2 反应3： CO 2(g )＋3H 2(g )CH 3OH (g )＋H 2O (g ) ΔH 3
其对应的平衡常数分别为K 1、K 2、K 3，它们随温度变化的曲线如图l 所示。

则ΔH 2________ΔH 3(填“大于”、“小于”或“等于”)，理由是________。

（2）在温度T 1时，使体积比为3∶1的H 2和CO 2在体积恒定的密闭容器内进行反应。

T 1温度下甲醇浓度随时间变化曲线如图2所示；不改变其他条件，假定t 时刻迅速降温到T 2，一段时间后体系重新达到平衡。

试在图中画出t 时刻后甲醇浓度随时间变化至平衡的示意曲线。

2.（2016.4月部分）(1) 以铁为催化剂，0.6 mol 氮气和1.8 mol 氢气在恒
温、容积恒定为1 L 的密闭容器中反应生成氨气，20 min 后达到平衡，氮气的物质的量为0.3 mol 。

①在第25 min 时，保持温度不变，将容器体积迅速增大至2 L 并保持恒容，体系达到平衡时N 2的总转化率为38.2%，请画出从第25 min
起H 2的物质的量浓度随时间变化的曲线。

②该反应体系未达到平衡时，催化剂对逆反应速率的影响
是________(填增大、减少或不变)。

3.（2016.10部分）已知：4HCl(g)+O 2(g)2Cl 2(g)+2H 2O(g) ΔH 2<0 900K 时，体积比为4:1的HCl 和O 2在恒温恒容的密闭容器中发生反应，HCl 的平衡转化率α(HCl)随压强(P )变化曲线如图。

保持其他条件不变， 升温到T K （假定反应历程不变），请画出压强在1.5×105~
4.5×105 Pa 范围内，HCl 的平衡转化率α(HCl)随压强(P )变化曲线示意图。

4.（2017.4部分）在常压、Ru /TiO 2催化下，CO 2和H 2混和气体(体积比1∶4，总物质的量a mol )进行反应，测得CO 2转化率、CH 4和CO 选择性随温度变化情况分别如图1和图2所示(选择性：转化的CO 2中生成CH 4或CO 的百分比)。

反应Ⅰ CO 2(g )＋4H 2(g )CH 4(g )＋2H 2O (g ) ΔH 4
反应Ⅱ CO 2(g )＋H 2(g )CO (g )＋H 2O (g ) ΔH 5
(8,0.3740 2 4 6 8 10 12 14 16
0.5
0.
4
0.3
0.产率
时间x 2(C 10H 8(8,0.027x 1(C 10H 12能量
反应过程
（1）下列说法不正确．．．
的是________ A ．ΔH 4小于零 B ．温度可影响产物的选择性 C ．CO 2平衡转化率随温度升高先增大后减少
D ．其他条件不变，将CO 2和H 2的初始体积比改变为1∶3，可提高CO 2平衡转化率 （2）350℃下CH 4物质的量随时间的变化曲线如图3所示。

画出400℃下0～t 1时刻CH 4物质的量随时间的变化曲线。

5.（2017.11部分）(一)十氢萘是具有高储氢密度的氢能载体，经历“十氢萘(C 10H 18)→四氢萘(C 10H 12)→萘(C 10H 8)”的脱氢过程释放氢气。

已知：
C 10H 18(l )C 10H 12(l )＋3H 2(g ) ΔH 1 C 10H 12(l )C 10H 8(l )＋2H 2(g ) ΔH 2
ΔH 1＞ΔH 2＞0；C 10H 18→C 10H 12的活化能为E a1，C 10H 12→C 10H 8的活化能为E a2；十氢萘的常压沸点为192℃；在192℃，液态十氢萘脱氢反应的平衡转化率约为9％。

温度335℃，在恒容密闭反应器中进行高压液态十氢萘(1.00 mol )催化脱氢实验，测得C 10H 12和C 10H 8的产率x 1和x 2(以物质的量分数计)随时间的变化关系，如下图所示。

①在8 h 时，反应体系内氢气的量为________mol (忽略其他副反应)。

②x 1显著低于x 2的原因是________。

③在上右图中绘制“C 10H 18→C 10H 12→C 10H 8”的“能量～反应过程”示意图．．．。

6.（2018.4部分）乙酸乙酯一般通过乙酸和乙醇酯化合成：
CH 3COOH (l )＋C 2H 5OH (l )
浓H 2SO 4
CH 3COOC 2H 5(l )＋H 2O (l ) ΔH ＝－2.7 kJ ·molˉ1
已知纯物质和相关恒沸混合物的常压沸点如下表：
纯物质 沸点/℃ 恒沸混合物(质量分数) 沸点/℃ 乙醇 78.3 乙酸乙酯(0.92)＋水(0.08) 70.4 乙酸 117.9 乙酸乙酯(0.69)＋乙醇(0.31) 71.8 乙酸乙酯
77.1
乙酸乙酯(0.83)＋乙醇(0.08)＋水(0.09)
70.2
（1） 一定温度下该反应的平衡常数K ＝4.0。

若按化学方程式中乙酸和乙醇的化学计量数比例投料，则乙酸乙酯的平衡产率y ＝________；若乙酸和乙醇的物质的量之比为n ∶1，相应平衡体系中乙酸乙酯的物质的量分数为x ，请在图2中绘制x 随n 变化的示意图(计算时不计副反应)。

(2) 近年，科学家研究了乙醇催化合成乙酸乙酯的新方法：
2C 2H 5OH (g
)
催化剂
CH 3COOC 2H 5(g )＋2H 2(g )
在常压下反应，冷凝收集，测得常温下液态收集物中主要产物的质量分数如图3所示。

关于该方法，下列推测合理的是________。

A ．反应温度不宜超过300℃
B ．增大体系压强，有利于提高乙醇平衡转化率
C ．在催化剂作用下，乙醛是反应历程中的中间产物
D ．提高催化剂的活性和选择性，减少乙醚、乙烯等副产物是工艺的关键 7.（2018.11部分）2018年是合成氨工业先驱哈伯（P •Haber ）获得诺贝尔奖100周年。

N 2和H 2生成NH 3的反应为：1/2N 2（g ）+3/2H 2（g ） NH 3（g ） △H(298K)= - 46.2KJ •mol -1 在Fe 催化剂作用下的反应历程为（*表示吸附态） 化学吸附：N 2（g ）→2N*；H 2（g ）→2H*； 表面反应：N*+ H* NH*；NH*+ H* NH 2*；NH 2* + H*NH 3* 脱附：NH 3* NH 3（g ）
其中， N 2的吸附分解反应活化能高、速率慢，决定了合成氨的整体反应速率。

请回答：
（2）标准平衡常数K Θ=，其中p Θ为标准压强（1×105Pa ），
、
和
为各组
分的平衡分压，如p NH 3=
·p ，p 为平衡总压，
为平衡系统中NH 3的物质的量分数。

②下图中可以示意标准平衡常数K Θ随温度T 变化趋势的是 。

8.（2019.4部分）水是“生命之基质”，是“永远值得探究的物质”。

(2) ①根据H 2O 的成键特点，画出与图1中H 2O 分子直接相连的所有氢键(O －H …O )。

②将一定量水放入抽空的恒容密闭容器中，测定不同温度(T )下气态、液态水平衡共存[H 2O (l )
H 2O (g )]时的压强(p )。

在图2中画出从20℃开始经过100℃的p 随T 变化关系示意图(20℃时的平衡压强用p 1表示)。

3
NH p 2
N p 2
H p 3
NH x 3
NH x x →
n →
第30题图2
O
H
H
第30题图1
(3) 水在高温高压状态下呈现许多特殊的性质。

当温度、压强分别超过临界温度(374.2℃)、临界压强(22.1 MPa )时的水称为超临界水。

③超临界水能够与氧气等氧化剂以任意比例互溶，由此发展了超临界水氧化技术。

一定实验条件下，测得乙醇的超临界水氧化结果如图3、图4所示，其中x 为以碳元素计的物质的量分数，t 为反应时间。

下列说法合理的是________。

A ．乙醇的超临界水氧化过程中，一氧化碳是中间产物，二氧化碳是最终产物
B ．在550℃条件下，反应时间大于15 s 时，乙醇氧化为二氧化碳已趋于完全
C ．乙醇的超临界水氧化过程中，乙醇的消耗速率或二氧化碳的生成速率都可以用来表示反应的速率，而且两者数值相等
D ．随温度升高，x CO 峰值出现的时间提前，且峰值更高，说明乙醇的氧化速率比一氧化碳氧化速率的增长幅度更大。