化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡圖像綜合分析典例訓(xùn)練：題組一速率—時間圖像1.向絕熱恒容密閉容器中通入SO2和NO2，一定條件下使反應(yīng)SO2(g)＋NO2(g)?SO3(g)＋NO(g)達(dá)到平衡，正反應(yīng)速率隨時間變化的示意圖如下所示。由圖可得出的正確結(jié)論是()A.反應(yīng)在c點達(dá)到平衡狀態(tài)B.反應(yīng)物濃度：a點小于b點C.反應(yīng)物的總能量低于生成物的總能量D.Δt1＝Δt2時，SO2的轉(zhuǎn)化率：a～b段小于b～c段2.在一密閉容器中發(fā)生反應(yīng)N2(g)＋3H2(g)?2NH3(g)ΔH＜0，達(dá)到平衡后，只改變某一個條件時，反應(yīng)速率與反應(yīng)時間的關(guān)系如圖所示。回答下列問題：(1)處于平衡狀態(tài)的時間段是________(填字母，下同)。A.t0～t1 B.t1～t2C.t2～t3 D.t3～t4E.t4～t5F.t5～t6(2)判斷t1、t3、t4時刻分別改變的一個條件。A.增大壓強B.減小壓強C.升高溫度D.降低溫度E.加催化劑F.充入氮氣t1時刻________；t3時刻________；t4時刻________。(3)依據(jù)(2)中的結(jié)論，下列時間段中，氨的百分含量最高的是________。A.t0～t1 B.t2～t3C.t3～t4 D.t5～t6(4)如果在t6時刻，從反應(yīng)體系中分離出部分氨，t7時刻反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，請在圖中畫出反應(yīng)速率的變化曲線。題組二物質(zhì)的量(或濃度)—時間圖像1.100℃時，向某恒容密閉容器加入1.6mol·L－1的Q后會發(fā)生如下反應(yīng)：2Q(g)?M(g)。其中M的物質(zhì)的量濃度隨時間的變化如圖所示：下列說法錯誤的是()A.從反應(yīng)開始到剛達(dá)到平衡的時間段內(nèi)，v(Q)＝0.02mol·L－1·s－1B.a、b兩時刻生成Q的速率：v(a)<v(b)C.用Q濃度變化值表示的ab、bc兩個時間段內(nèi)的反應(yīng)速率：v(ab)>v(bc)＝0D.其他條件相同，起始時將0.2mol·L－1氦氣與Q混合，則反應(yīng)達(dá)到平衡所需時間少于60s2.向一容積不變的密閉容器中充入一定量A和B，發(fā)生如下反應(yīng)：xA(g)＋2B(s)?yC(g)ΔH<0。在一定條件下，容器中A、C的物質(zhì)的量濃度隨時間變化的曲線如圖所示。請回答下列問題：(1)用A的濃度變化表示該反應(yīng)在0～10min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v(A)＝________。(2)根據(jù)圖示可確定x∶y＝________。(3)0～10min容器內(nèi)壓強________(填“變大”“不變”或“變小”)。(4)推測第10min引起曲線變化的反應(yīng)條件可能是________(填編號，下同)；第16min引起曲線變化的反應(yīng)條件可能是________。①減壓②增大A的濃度③增大C的量④升溫⑤降溫⑥加催化劑(5)若平衡Ⅰ的平衡常數(shù)為K1，平衡Ⅱ平衡常數(shù)為K2，則K1________K2(填“>”“＝”或“<”)。題組三濃度(轉(zhuǎn)化率、百分含量)—時間圖像1.(2021·安徽宣城中學(xué)月考)在其他條件不變時，只改變某一條件，化學(xué)反應(yīng)aA(g)＋B(g)?cC(g)的平衡的變化圖像如下(圖中p表示壓強，T表示溫度，n表示物質(zhì)的量，α表示平衡轉(zhuǎn)化率)，據(jù)此分析下列說法正確的是()A.在圖像反應(yīng)Ⅰ中，說明正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)B.在圖像反應(yīng)Ⅰ中，若p1>p2，則此反應(yīng)的ΔS>0C.在圖像反應(yīng)Ⅱ中，說明該正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)D.在圖像反應(yīng)Ⅲ中，若T1>T2，則該反應(yīng)能自發(fā)進行2.SO2的催化氧化是硫酸工業(yè)中的重要反應(yīng)：2SO2(g)＋O2(g)?2SO3(g)ΔH<0，圖中L(L1、L2)、X可分別代表壓強或溫度。下列說法正確的是()A.X代表壓強B.L2>L1C.Ka＝KbD.若c點的溫度或壓強分別為L2、X1，則c點v(SO2)正>v(SO2)逆3.工業(yè)上，常采用氧化還原方法處理尾氣中的CO、NO。氧化法：瀝青混凝土可作為反應(yīng)2CO(g)＋O2(g)?2CO2(g)的催化劑。下圖表示在相同的恒容密閉容器、相同起始濃度、相同反應(yīng)時間段下，使用同質(zhì)量的不同瀝青混凝土(α型、β型)催化時，CO的轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系。(1)在a、b、c、d四點中，未達(dá)到平衡狀態(tài)的是________。(2)已知c點時容器中O2濃度為0.04mol·L－1，則50℃時，在α型瀝青混凝土中CO轉(zhuǎn)化反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝________(用含x的代數(shù)式表示)。(3)下列關(guān)于上圖的說法正確的是________(填字母)。A.CO轉(zhuǎn)化反應(yīng)的平衡常數(shù)：K(a)＜K(c)B.在均未達(dá)到平衡狀態(tài)時，同溫下β型瀝青混凝土中CO轉(zhuǎn)化速率比α型要大C.b點時CO與O2分子之間發(fā)生有效碰撞的幾率在整個實驗過程中最高D.e點轉(zhuǎn)化率出現(xiàn)突變的原因可能是溫度升高后催化劑失去活性典例四實際生產(chǎn)中的陌生圖像1、將燃煤廢氣中的CO2轉(zhuǎn)化為二甲醚的反應(yīng)原理為2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g)已知在壓強為aMPa下，該反應(yīng)在不同溫度、不同投料比時，CO2的轉(zhuǎn)化率見下圖：此反應(yīng)________(填“放熱”或“吸熱”)；若溫度不變，提高投料比[n(H2)/n(CO2)]，則K將________(填“增大”“減小”或“不變”)。2、采用一種新型的催化劑(主要成分是Cu—Mn合金)，利用CO和H2制備二甲醚(DME)。主反應(yīng)：2CO(g)＋4H2(g)?CH3OCH3(g)＋H2O(g)副反應(yīng)：CO(g)＋H2O(g)?CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋2H2(g)?CH3OH(g)測得反應(yīng)體系中各物質(zhì)的產(chǎn)率或轉(zhuǎn)化率與催化劑的關(guān)系如圖所示。則催化劑中eq\f(n（Mn）,n（Cu）)約為________時最有利于二甲醚的合成。3、汽車尾氣是霧霾形成的原因之一。研究氮氧化物的處理方法可有效減少霧霾的形成，可采用氧化還原法脫硝：4NO(g)＋4NH3(g)＋O2(g)?4N2(g)＋6H2O(g)ΔH<0根據(jù)下圖判斷提高脫硝效率的最佳條件是_______________________________；氨氮比一定時，在400℃時，脫硝效率最大，其可能的原因是__________________________________________________________________________________________________________________。4、汽車使用乙醇汽油并不能減少NOx的排放，某研究小組在實驗室以耐高溫試劑Ag－ZSW－5催化，測得NO轉(zhuǎn)化為N2的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化情況如下圖所示。(1)在eq\f(n（NO）,n（CO）)＝1條件下，最佳溫度應(yīng)控制在________左右。(2)若不使用CO，溫度超過775K，發(fā)現(xiàn)NO的分解率降低，其可能的原因為__________________________________________________________________________________________________________________。(3)用平衡移動原理解釋為什么加入CO后NO轉(zhuǎn)化為N2的轉(zhuǎn)化率增大：________________。典例五陌生圖像的原因分析1.下圖是在一定時間內(nèi)，使用不同催化劑Mn和Cr在不同溫度下對應(yīng)的脫氮率，由圖可知工業(yè)使用的最佳催化劑為________、相應(yīng)溫度為________；使用Mn作催化劑時，脫氮率b～a段呈現(xiàn)如圖變化的可能原因是__________________________________________________________________________________________________________________。2.采用一種新型的催化劑(主要成分是Cu—Mn的合金)，利用CO和H2制備二甲醚，反應(yīng)為4H2(g)＋2CO(g)?CH3OCH3(g)＋H2O(g)。有研究者在壓強為5.00MPa的條件下，將H2和CO反應(yīng)直接制備二甲醚，結(jié)果如下圖所示，其中CO的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而降低的原因是___________________________________。3.丙烷氧化脫氫法制備丙烯的主要反應(yīng)如下：C3H8(g)＋eq\f(1,2)O2(g)?C3H6(g)＋H2O(g)ΔH＝－118kJ·mol－1在催化劑作用下，C3H8氧化脫氫除生成C3H6外，還生成CO、CO2等物質(zhì)。C3H8的轉(zhuǎn)化率和C3H6的產(chǎn)率隨溫度變化關(guān)系如圖所示。(1)圖中C3H8的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而上升的原因是_________________________________________________________。(2)575℃時，C3H6的選擇性為________。(C3H6的選擇性＝eq\f(C3H6的物質(zhì)的量,反應(yīng)的C3H8的物質(zhì)的量)×100%)(3)基于本研究結(jié)果，能提高C3H6選擇性的措施是_________________________________________________________。4.乙烯是一種重要的基本化工原料，乙烯的產(chǎn)量可以衡量一個國家的石油化工發(fā)展水平，研究工業(yè)制取乙烯有重要的意義。(1)工業(yè)用H2和CO2在一定條件下合成乙烯：6H2(g)＋2CO2(g)eq\o(,\s\up7(催化劑))CH2=CH2(g)＋4H2O(g)ΔH＝－127.8kJ/mol。在密閉容器中充入體積比為3∶1的H2和CO2，不同溫度對CO2的平衡轉(zhuǎn)化率和催化劑催化效率的影響如圖所示，下列說法正確的是________。A.為了提高乙烯的產(chǎn)率應(yīng)盡可能選擇低溫B.生成乙烯的速率：v(M)可能小于v(N)C.平衡常數(shù)：KM<KND.M點時的壓強一定小于N點時的壓強(2)工業(yè)用甲烷催化法制取乙烯：2CH4(g)?C2H4(g)＋2H2(g)ΔH>0，T℃時，向4L的恒容反應(yīng)器中充入2molCH4，僅發(fā)生上述反應(yīng)，反應(yīng)過程中CH4的物質(zhì)的量隨時間變化如圖所示：實驗測得v正＝k正c2(CH4)，v逆＝k逆c(C2H4)·c2(H2)，k正、k逆為速率常數(shù)，只與溫度有關(guān)，T℃時k正與k逆的比值為________(用含x的代數(shù)式表示)；若將溫度升高，速率常數(shù)增大的倍數(shù)：k正________(填“>”“＝”或“<”)k逆。真題訓(xùn)練：1.(2022·廣東卷)在相同條件下研究催化劑Ⅰ、Ⅱ?qū)Ψ磻?yīng)X→2Y的影響，各物質(zhì)濃度c隨反應(yīng)時間t的部分變化曲線如圖，則()A.無催化劑時，反應(yīng)不能進行B.與催化劑Ⅰ相比，Ⅱ使反應(yīng)活化能更低C.a曲線表示使用催化劑Ⅱ時X的濃度隨t的變化D.使用催化劑Ⅰ時，0～2min內(nèi)，v(X)＝1.0mol·L－1·min－12.(2022·全國乙卷節(jié)選)已知H2S的熱分解反應(yīng)：2H2S(g)=2H2(g)＋S2(g)ΔH＝＋170kJ·mol－1在1373K，100kPa反應(yīng)條件下，對于n(H2S)∶n(Ar)分別為4∶1，1∶1，1∶4，1∶9，1∶19的H2S—Ar混合氣，熱分解反應(yīng)過程中H2S轉(zhuǎn)化率隨時間的變化如圖所示。①n(H2S)∶n(Ar)越小，H2S平衡轉(zhuǎn)化率__________，理由是___________________________________________________________________。②n(H2S)∶n(Ar)＝1∶9對應(yīng)圖中曲線__________________________，計算其在0～0.1s之間，H2S分壓的平均變化率為__________kPa·s－1。3.(2021·全國甲卷節(jié)選)二氧化碳加氫制甲醇的總反應(yīng)可表示為：CO2(g)＋3H2(g)?CH3OH(g)＋H2O(g)合成總反應(yīng)在起始物n(H2)/n(CO2)＝3時，在不同條件下達(dá)到平衡，設(shè)體系中甲醇的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為x(CH3OH)，在t＝250℃下的x(CH3OH)～p、在p＝5×105Pa下的x(CH3OH)～t如圖所示。(1)用各物質(zhì)的平衡分壓表示總反應(yīng)的平衡常數(shù)，表達(dá)式Kp＝_________________________________________________________；(2)圖中對應(yīng)等壓過程的曲線是________，判斷的理由是_________________________________________________________；(3)當(dāng)x(CH3OH)＝0.10時，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率α＝____________，反應(yīng)條件可能為____________或____________。能力提升：1.已知2NO2(g)＋O3(g)?N2O5(g)＋O2(g)ΔH<0，在一定溫度下將2molNO2和1molO3充入一恒容密閉容器中進行反應(yīng)，直至t1時達(dá)到平衡狀態(tài)。下列圖像正確的是()2.下列圖示與對應(yīng)的敘述相符的是()A.圖1表示反應(yīng)mA(s)＋nB(g)?pC(g)在一定溫度下達(dá)到平衡時B的轉(zhuǎn)化率與壓強變化的關(guān)系，x點的反應(yīng)速率比y點的快B.圖2表示反應(yīng)A(g)＋B(s)?C(s)＋D(g)的速率－時間圖像，在t1時刻改變的條件可能是加入催化劑或增大壓強C.圖3表示反應(yīng)mA(g)＋nB(g)?pC(g)＋qD(g)中A的百分含量與溫度(T)的變化情況，則該反應(yīng)的ΔH>0D.圖4所示圖中的陰影部分面積的含義是(v正－v逆)3.有一反應(yīng)：2A＋B?2C，其中A、B、C均為氣體，如圖中的曲線是該反應(yīng)在不同溫度下的平衡曲線，x軸表示溫度，y軸表示B的轉(zhuǎn)化率，圖中有a、b、c三點，則下列描述正確的是()A.該反應(yīng)是放熱反應(yīng)B.b點時混合氣體的平均摩爾質(zhì)量不再變化C.T1溫度下若由a點達(dá)到平衡，可以采取增大壓強的方法D.c點v正＜v逆4.在某2L恒容密閉容器中充入2molX(g)和1molY(g)，發(fā)生反應(yīng)：2X(g)＋Y(g)?3Z(g)。反應(yīng)過程持續(xù)升高溫度，測得混合體系中X的體積分?jǐn)?shù)與溫度的關(guān)系如圖所示。下列推斷不正確的是()A.該反應(yīng)為放熱反應(yīng)B.升高溫度，平衡右移，正反應(yīng)速率減小，逆反應(yīng)速率增大C.Q點時Z的體積分?jǐn)?shù)最大D.W、M兩點Y的正反應(yīng)速率W點小于M點5、合成氣是一種重要的化工原料氣，主要組分為CO和H2。用甲烷、二氧化碳自熱重整可制備合成氣，反應(yīng)原理如下：反應(yīng)Ⅰ：CH4(g)＋2O2(g)?CO2(g)＋2H2O(g)ΔH1＝－820.6kJ·mol－1反應(yīng)Ⅱ：CH4(g)＋CO2(g)?2CO(g)＋2H2(g)ΔH2＝＋247.1kJ·mol－1反應(yīng)Ⅲ：CH4(g)＋H2O(g)?CO(g)＋3H2(g)ΔH3＝＋205.9kJ·mol－1反應(yīng)Ⅳ：CO2(g)＋H2(g)?CO(g)＋H2O(g)ΔH4不同溫度下，向體積為VL的含少量O2的恒壓容器按照n(CO2)∶n(CH4)＝1投料，實驗測得不同壓強下平衡時eq\f(n（H2）,n（CO）)隨溫度的變化關(guān)系如圖所示。下列說法正確的是()A.ΔH4＝－41.2kJ·mol－1B.某溫度下，反應(yīng)Ⅱ的平衡常數(shù)隨壓強增大而減小C.由圖可知，p1>p2>p3D.壓強為p2時，T>Tm后，升高溫度對反應(yīng)Ⅳ的促進作用更大6、甲醛在木材加工、醫(yī)藥等方面有重要用途。甲醇利用脫氫法可制備甲醛，主要反應(yīng)為：CH3OH(g)?HCHO(g)＋H2(g)ΔH＝＋85.2kJ·mol－1。Na2CO3是甲醇脫氫制甲醛的催化劑，有研究指出，催化反應(yīng)的部分機理如下：歷程ⅰ：CH3OH→·H＋·CH2OH歷程ⅱ：·CH2OH→·H＋HCHO歷程ⅲ：·CH2OH→3·H＋CO歷程ⅳ：·H＋·H→H2如圖所示為在體積2L的恒容容器中，投入1molCH3OH，在碳酸鈉催化劑作用下，經(jīng)過5min反應(yīng)，測得甲醇轉(zhuǎn)化率與甲醛的選擇性與溫度的關(guān)系(甲醛的選擇性：轉(zhuǎn)化的CH3OH中生成HCHO的百分比)，下列有關(guān)說法正確的是()A.600℃時，前5min內(nèi)生成甲醛的平均速率v(HCHO)＝0.055mol·L－1·min－1B.700℃時，反應(yīng)歷程ⅱ的速率大于反應(yīng)歷程ⅲ的速率C.脫氫法制甲醛中，在高溫高壓條件下更有利于提高平衡產(chǎn)率D.反應(yīng)歷程ⅰ的活化能小于CH3OH(g)?HCHO(g)＋H2(g)的活化能7.異丁醇催化脫水制備異丁烯主要涉及以下2個反應(yīng)。ΔH2＝－72kJ/molK2(190℃)＝0.1研究一定壓強下不同含水量的異丁醇在恒壓反應(yīng)器中的脫水反應(yīng)，得到了異丁烯的平衡產(chǎn)率隨溫度的變化結(jié)果如下圖。下列說法不正確的是()A.其他條件不變時，在催化劑的活性溫度內(nèi)，升高溫度有利于異丁烯的制備B.若只有異丁烯、水和二聚異丁烯生成，則初始物質(zhì)濃度c0與流出物質(zhì)濃度c之間存在：c0(異丁醇)＝c(異丁烯)＋2c(二聚異丁烯)C.190℃時，增大n(H2O)∶n(異丁醇)，不利于反應(yīng)②的進行D.高于190℃時，溫度對異丁烯的平衡產(chǎn)率影響不大的原因是K1>104、K2<0.18.將金紅石(TiO2)轉(zhuǎn)化為TiCl4是生產(chǎn)金屬鈦的關(guān)鍵步驟。在1.0×105Pa，將TiO2、C、Cl2以物質(zhì)的量之比為1∶2∶2進行反應(yīng)，平衡體系中主要物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)(x)隨溫度變化理論計算結(jié)果如圖所示。下列說法不正確的是()A.200～1600℃反應(yīng)達(dá)到平衡時，TiO2的轉(zhuǎn)化率均已接近100%B.將400℃時的平衡體系加熱至800℃，平衡C(s)＋CO2(g)?2CO(g)向正反應(yīng)方向移動C.1000℃時，測得某時刻x(TiCl4)＝0.2。其他條件不變，延長反應(yīng)時間能使x(TiCl4)超過該溫度下平衡時的x(TiCl4)D.實際生產(chǎn)時反應(yīng)溫度選擇900℃而不選擇200℃，其主要原因是900℃比200℃時化學(xué)反應(yīng)速率更快，生產(chǎn)效益更高9.氨是一種重要化工產(chǎn)品，研究有關(guān)氨反應(yīng)規(guī)律具有重要意義。已知100kPa、298K時：4NH3(g)＋3O2(g)?2N2(g)＋6H2O(g)ΔH＝－1268kJ·mol－12NO(g)?N2(g)＋O2(g)ΔH＝－180.5kJ·mol－1研究人員以RuOx－Fe2O3為催化劑研究將工業(yè)廢氣中的氨轉(zhuǎn)化為N2的方案。實驗將NH3－O2及載氣(惰性氣體)以一定流速通過催化反應(yīng)床，研究了不同RuOx含量對NH3催化氧化的影響，實驗結(jié)果如圖(Ru－Fe代表相應(yīng)氧化物)。已知：N2的選擇性＝(生成N2消耗的NH3的物質(zhì)的量÷消耗NH3的總物質(zhì)的量)分析上述實驗結(jié)果，下列說法不正確的是()A.RuOx的加入，降低了催化劑的活化溫度B.RuOx含量越大，催化劑的活性越好C.運用該技術(shù)消除廢氣中NH3的最佳條件為：1.5%Ru－Fe、230℃D.一定溫度范圍，RuOx的加入使得生成副產(chǎn)物反應(yīng)活化能降低更為顯著10.戴口罩是防控新型冠狀病毒的重要手段，口罩生產(chǎn)的主要原料聚丙烯由丙烯聚合而來。丙烷脫氫是丙烯工業(yè)生產(chǎn)的重要途徑。(1)已知：①2C3H8(g)＋O2(g)=2C3H6(g)＋2H2O(g)ΔH＝－238kJ·mol－1②2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g)ΔH＝－484kJ·mol－1則丙烷脫氫制丙烯反應(yīng)C3H8(g)?C3H6(g)＋H2(g)的ΔH為________kJ·mol－1。(2)一定溫度下，恒容密閉容器中充入1molC3H8，發(fā)生C3H8(g)?C3H6(g)＋H2(g)反應(yīng)。①下列可判斷反應(yīng)達(dá)到平衡的是________(填字母)。A.該反應(yīng)的焓變保持不變B.氣體平均摩爾質(zhì)量保持不變C.氣體密度保持不變D.C3H8分解速率與C3H6消耗速率相等②若初始壓強為pkPa，反應(yīng)過程中C3H8的氣體體積分?jǐn)?shù)與反應(yīng)時間的關(guān)系如圖1所示。此溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp＝________kPa(用含字母p的代數(shù)式表示，Kp是用反應(yīng)體系中氣體物質(zhì)的平衡分壓表示的平衡常數(shù)，平衡分壓＝平衡總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。③已知上述反應(yīng)中，v正＝k正·p(C3H8)，v逆＝k逆·p(C3H6)·p(H2)，其中k正、k逆為速率常數(shù)，只與溫度有關(guān)，則圖1中m點處eq\f(v正,v逆)＝________。④在壓強分別為10kPa、100kPa下，丙烷和丙烯的平衡體積分?jǐn)?shù)隨溫度變化關(guān)系如圖2所示。圖中表示10kPa時丙烯的曲線是__________，表示100kPa時丙烷的曲線是________(均填字母)。(3)科學(xué)家探索出在無機膜反應(yīng)器中進行丙烷脫氫制丙烯的技術(shù)。在膜反應(yīng)器中，利用特定功能膜將生成的氫氣從反應(yīng)區(qū)一側(cè)有選擇性地及時移走。與丙烷直接脫氫法相比，該方法的優(yōu)點是_________________________________________________________。(4)利用CO2的弱氧化性，開發(fā)了丙烷氧化脫氫制丙烯的新工藝。該工藝可采用Cr2O3為催化劑，反應(yīng)機理如圖，其總反應(yīng)方程式為__________________________________________________________________________________________________________________。該工藝可以有效消除催化劑表面的積炭，維持催化劑活性，原因是______________________________________________________________________________