专题22平衡图像专练教师版备战2020高考化学二轮主观题必刷题集

专题22平衡图像专练1．二甲醚(CH3OCH3)重整制取H2，具有无毒、无刺激性等优点。回答下列问题：(1)CH3OCH3和O2发生反应I：CH3OCH3(g)+1/2O2(g)=2CO(g)+3H2(g)△H已知：CH3OCH3(g)CO(g)+H2(g)+CH4(g)△H1CH4(g)+3/2O2(g)=CO(g)+2H2O(g)△H2H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g)△H3①保持温度和压强不变，分别按不同进料比通入CH3OCH3和O2，发生反应I。测得平衡时H2的体积百分含量与进料气中n(O2)/n(CH3OCH3)的关系如图所示。当n(O2)/n(CH3OCH3)＞0.6时，H2的体积百分含量快速降低，其主要原因是____(填标号)。A．过量的O2起稀释作用B．过量的O2与H2发生副反应生成H2OC．n(O2)/n(CH3OCH3)＞0.6平衡向逆反应方向移动(2)T℃时，在恒容密闭容器中通入CH3OCH3，发生反应II：CH3OCH3(g)CO(g)+H2(g)+CH4(g)，测得容器内初始压强为41.6kPa，反应过程中反应速率v(CH3OCH3)时间t与CH3OCH3分压P(CH3OCH3)的关系如图所示。①t=400s时，CH3OCH3的转化率为____(保留2位有效数字)；反应速率满足v(CH3OCH3)=kPn(CH3OCH3),k=_____s-1；400s时v(CH3OCH3)=_____kPa．s-1。【答案】B16%4.410-41.6510-2【解析】(1)①反应I：CH3OCH3(g)+1/2O2(g)2CO(g)+3H2(g)，由信息可知，过量的O2与H2发生副反应生成H2O，使H2的体积百分含量快速降低，A、C选项不能说明H2的体积百分含量快速降低，故选B；故答案为：B；(2)①设起始时CH3OCH3的物质的量为n，则CH3OCH3(g)CO(g)+H2(g)+CH4(g)，起始量（mol）n000转化量（mol）nnnn400s时（mol）n-nnnn总物质的量：n+2n根据等温等容条件下，压强之比等于物质的量之比，有=，解得=0.16=16%；由图象可知，当P(CH3OCH3)=10.0kPa时，v(CH3OCH3)=4.4×10-3kPa·s-1，根据v(CH3OCH3)=kPn(CH3OCH3)，n=1，则k=s-1=4.410-4s-1；由图象可知，400s时P(CH3OCH3)=35.0kPa，则v(CH3OCH3)==1.65×10-2kPa．s-1。故答案为：16%；4.410-4；1.6510-2。2．中科院大连化学物理研究所的一项最新成果实现了甲烷高效生产乙烯，甲烷在催化作用下脱氢，在气相中经自由基偶联反应生成乙烯，如图所示。（1）已知相关物质的燃烧热如上表，写出甲烷制备乙烯的热化学方程式_____________。（2）在400℃时，向初始体积1L的恒压反应器中充入1molCH4，发生上述反应，测得平衡混合气体中C2H4的体积分数为20.0%。则：①若容器体积固定，不同压强下可得变化如下图，则压强的关系是__________。②实际制备C2H4时，通常存在副反应：2CH4(g)→C2H6(g)＋H2(g)。反应器和CH4起始量不变，不同温度下C2H6和C2H4的体积分数与温度的关系曲线如图。A．在200℃时，测出乙烷的量比乙烯多的主要原因可能是_____________。B．400℃时，C2H4、C2H6的体积分数分别为20.0%、6.0%，则体系中CH4的体积分数是_________。【答案】2CH4（g）C2H4（g）+2H2（g）△H=+202.0kJ/molp1＞p2在200℃时，乙烷的生成速率比乙烯的快28%【解析】(1)根据表格中数据有：①H2(g)+12O2(g)═H2O(l)△H1=-285.8kJ/mol，②CH4(g)+2O2(g)→CO2(g)+2H2O(l)△H2=-890.3kJ/mol，③C2H4(g)+3O2(g)→2CO2(g)+2H2O(l)△H3=-1411.5kJ/mol，甲烷制备乙烯的化学方程式为：2CH4(g)→C2H4(g)+2H2(g)，根据盖斯定律，将②×2-③-①×2得到，2CH4(g)→C2H4(g)+2H2(g)△H=2△H2-△H3-2△H1=+202.5kJ/mol，故答案为：2CH4(g)→C2H4(g)+2H2(g)△H=+202.5kJ/mol；(2)①若容器体积固定，2CH4(g)→C2H4(g)+2H2(g)，反应为气体分子数增多的反应，温度相同时，压强增大不利于反应正向进行，CH4的平衡转化率降低，因此p1＞p2，故答案为：p1＞p2；②A.根据图象，200℃时，测出乙烷的量比乙烯多，是因为生成乙烷的反应速率较快，故答案为：在200℃时，乙烷的生成速率比乙烯的快；B.设最终气体的总物质的量为x，则C2H4为0.2x、C2H6为0.06x，根据2CH4(g)→C2H4(g)+2H2(g)和2CH4(g)→C2H6(g)＋H2(g)可知，生成的氢气为0.4x+0.06x=0.46x，则含有的甲烷为x-(0.2x+0.06x+0.46x)=0.28x，因此体系中CH4的体积分数=×100%=28%，故答案为：28%。3．随着科技的进步，合理利用资源、保护环境成为当今社会关注的焦点。甲胺铅碘(CH3NH3PI3)引用作新敏化太阳能电池的敏化剂，可由CH3NH2、PbI2及HI为原料合成。回答下列问题：制取甲胺的反应为CH3OH(g)+NH3(g)CH3NH2(g)+H2O(g)△H1。（1）上述反应中所需的甲醇可以利用甲烷为原料在催化剂作用下直接氧化来合成。煤炭中加氢气可发生反应：C(s)+2H2(g)CH4(g)△H2。在密闭容器中投入碳和H2，控制条件使其发生该反应，测得碳的平衡转化率随压强及温度的变化关系如图中曲线所示。①该反应的△H2_______0(填“”、“”或“=”)，判断理由是_______。②在4MPa、1100K时，图中X点v正(H2)____v逆(H2)(填“”、“”或“=”)。该条件下，将1molC和2molH2通入密闭容器中进行反应，平衡时测得的转化率为80%，CH4的体积分数为______。若维持容器体积不变，向其中再加入0.5mo1C和1mo1H2，再次达到平衡后，平衡常数K_____(填“增大”、“减小”或“不变”)。③某化学兴趣小组提供下列四个条件进行上述反应，比较分析后，你选择的反应条件是______(填字母序号)。A．5MPa800KB．6MPa1000KC．10MPa1000KD．10MPa1100K【答案】随着温度升高，碳的平衡转化率增大，平衡向正反应方向移动，故该反应为吸热反应66.7%不变B【解析】（1）①由图可知，随着反应温度升高，碳的平衡转化率增大，说明平衡向正反应方向移动，该反应为吸热反应，故答案为：；随着温度升高，碳的平衡转化率增大，平衡向正反应方向移动，故该反应为吸热反应；②在4MPa、1100K时，图中X点没有达到平衡，碳的转化率有增大趋势，说明反应向正反应方向进行，则v正(H2)v逆(H2)；由题给数据建立如下三段式：C(s)+2H2(g)CH4(g)起（mol）120变（mol）0.81.60.8平（mol）0.40.8由三段式可得CH4的体积分数为；温度不变，平衡常数不变，故答案为：；66.7%；不变；③由图可知条件为6MPa1000K时，碳的转化率高于5MPa800K，与10MPa1000K和10MPa1100K相差不大，从节约能源的角度考虑6MPa1000K是较好的选择，故答案为：B。4．以高纯H2为燃料的质子交换膜燃料电池具有能量效率高、无污染等优点，但燃料中若混有CO将显著缩短电池寿命。(1)工业上用CH4与水蒸气在一定条件下制取H2，原理为：CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)ΔH=+203kJ•mol－1①该反应逆反应速率表达式为：v逆=k•c(CO)•c3(H2)，k为速率常数，在某温度下测得实验数据如表：CO浓度(mol•L－1)H2浓度(mol•L－1)逆反应速率(mol•L－1•min－1)0.05c14.8c2c119.2c20.158.1由上述数据可得该温度下，该反应的逆反应速率常数k为_________L3•mol－3•min－1。②在体积为3L的密闭容器中通入物质的量均为3mol的CH4和水蒸气，在一定条件下发生上述反应，测得平衡时H2的体积分数与温度及压强的关系如图所示：则压强Pl_______P2（填“大于”或“小于”）；N点v正_______M点v逆（填“大于”或“小于”）；求Q点对应温度下该反应的平衡常数K=________。平衡后再向容器中加入1molCH4和1molCO，平衡_______移动（填“正反应方向”或“逆反应方向”或“不”）。【答案】1.2×104大于小于48(mol/L)2正反应方向【解析】(1)①根据v逆=k•c(CO)•c3(H2)，由表中数据，c13=mol3/L3，则c2==0.2mol/L，所以k=L3•mol−3•min−1=1.2×104L3•mol−3•min−1；②反应为气体分子数增多的反应，随着反应的进行，体系压强增大，增大压强不利于反应正向进行，所以压强p1大于p2；M、N都处于平衡状态，该点的正反应速率等于逆反应速率。由于温度：MN，压强：MN，升高温度或增大压强都会使化学反应速率加快，因此N点v正M点v逆；CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)起始(mol)3300转化(mol)-x-xx3x平衡(mol)3-x3-xx3x所以可得=60%，解得x=2，所以平衡时c(CH4)==mol/L，c(H2O)=mol/L，c(CO)=mol/L，c(H2)=2mol/L，则化学平衡常数为K==48mol2/L2；若平衡后再向容器中加入1molCH4和1molCO，则c(CH4)=mol/L，c(CO)=1mol/L，Qc=K，所以化学平衡正向移动直至达到化学平衡。5．镓(Ga)与铝位于同一主族，金属镓的熔点是29.8℃，沸点是2403℃，是一种广泛用于电子工业和通讯领域的重要金属。(1)在密闭容器中充入一定量的Ga与NH3发生反应，实验测得反应平衡体系中NH3的体积分数与压强P和温度T的关系曲线如图所示。①图中A点和C点化学平衡常数的大小关系是：KA_____KC，(填“”、“=”或“”)，理由是___________________。②在T1和P6条件下反应至3min时达到平衡，此时改变条件并于D点处重新达到平衡，H2的浓度随反应时间的变化如下图所示(3〜4min的浓度变化未表示出来），则改变的条件为___________(仅改变温度或压强中的一种）。【答案】＜该反应是放热反应，其他条件一定时，温度升高，平衡逆向移动，NH3的体积分数增大，K减小，所以KA＜KC增大容器体积（或减小压强）【解析】(1)①2Ga(s)+2NH3(g)⇌2GaN(s)+3H2(g)△H=-30.9kJ/mol，为放热反应，对于放热反应而言，温度升高，平衡逆向移动，K减小，A点平衡常数小于C点平衡常数，故答案为：＜；该反应是放热反应，其他条件一定时，温度升高，平衡逆向移动，NH3的体积分数增大，K减小，所以KA＜KC；②根据图2，4min是氢气的浓度降低，则改变的外界条件是降低压强，或增大容器体积，使气体的体积增大，氢气的浓度减小，平衡向气体体积增大的方向进行，随后氢气的浓度又逐渐增大，但会小于原平衡的浓度，故答案为：增大容器体积（或减小压强）。6．在容积为2L的密闭容器中，进行如下反应：A(g)+2B(g)C(g)+D(g)，最初加入1.0molA和2.2molB，在不同温度下，D的物质的量n(D)和时间t的关系如图。试回答下列问题：(1)800℃时,0—5min内，以B表示的平均反应速率为__________