題型強化練十四多平衡體系圖像的分析應用1．CO2催化加氫合成二甲醚是一種CO2轉化方法，其過程中主要發(fā)生下列反應：反應Ⅰ：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH1反應Ⅱ：2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g)ΔH2恒壓，投入1molCO2和適當過量的H2，CO2平衡轉化率和平衡時CH3OCH3的選擇性隨溫度的變化如圖。其中：CH3OCH3的選擇性＝eq\f(生成的2×CH3OCH3的物質的量,反應的CO2的物質的量)×100%。下列說法不正確的是()A．ΔH1＞0，ΔH2＜0B．溫度高于300℃，反應Ⅰ正移程度超過反應Ⅱ逆移程度C．220℃時，反應一段時間后，測得CH3OCH3的選擇性為48%(即圖中A點)，此時反應Ⅰ和Ⅱ均未達到平衡狀態(tài)D．若平衡時CH3OCH3的選擇性為48%，則體系中c(CH3OCH3)∶c(CO)＝48∶52答案D解析根據圖像分析可知：反應達到平衡狀態(tài)后，升高溫度，CH3OCH3的選擇性減小，CO2的平衡轉化率增大，說明升溫反應Ⅰ正向進行，反應為吸熱反應，ΔH1＞0，反應Ⅱ逆向進行，正反應為放熱反應，ΔH2＜0，A正確；反應Ⅰ的ΔH1＞0，反應Ⅱ的ΔH2＜0，溫度升高使CO2轉化為CO的平衡轉化率上升，CO2轉化為CH3OCH3的平衡轉化率下降，溫度高于300℃時，上升幅度超過下降幅度，B正確；2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g)ΔH2＜0，CH3OCH3的選擇性＝eq\f(2×nCH3OCH3,ΔnCO2)×100%，化學平衡正向進行，二甲醚物質的量增大，二甲醚選擇性增大，A點對于反應Ⅱ是未達到平衡狀態(tài)，反應Ⅰ是吸熱反應，隨著溫度升高，平衡正向進行，二氧化碳轉化率增大，則A點對于反應Ⅰ也未達到平衡狀態(tài)，C正確；CH3OCH3的選擇性＝eq\f(2×nCH3OCH3,ΔnCO2)×100%，設生成CH3OCH3物質的量為xmol，生成CO物質的量為ymol，反應的二氧化碳為(2x＋y)mol，得到eq\f(2x,2x＋y)×100%＝48%，eq\f(x,y)＝eq\f(6,13)，則體系中c(CH3OCH3)∶c(CO)＝6∶13，D錯誤。2．(2023·河北保定高三二模)二氧化碳加氫合成二甲醚(CH3OCH3)具有重要的現實意義和廣闊的應用前景。該方法主要涉及下列反應：反應Ⅰ：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH1＝－49.0kJ·mol－1反應Ⅱ：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH2＝＋41.2kJ·mol－1反應Ⅲ：2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)ΔH3＝－24.5kJ·mol－1向恒壓密閉容器中按n(CO2)∶n(H2)＝1∶3通入CO2和H2，平衡時各含碳物質的體積分數隨溫度的變化如圖所示。下列有關說法錯誤的是()A．反應Ⅰ的平衡常數表達式為K＝eq\f(cCH3OH·cH2O,cCO2·c3H2)B．圖中曲線a表示CO2的平衡體積分數隨溫度的變化C．510K時，反應至CH3OCH3的體積分數為X時，延長反應時間，CH3OCH3的體積分數升高D．增大壓強有利于提高平衡時CH3OCH3的選擇性(CH3OCH3的選擇性＝eq\f(2×CH3OCH3的物質的量,反應的CO2的物質的量)×100%)答案C解析反應Ⅲ是放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，則CH3OCH3體積分數隨著溫度升高而降低，所以曲線b表示CH3OCH3的平衡體積分數隨溫度的變化，則曲線a表示CO2的平衡體積分數隨溫度的變化，故B正確；510K時，反應至CH3OCH3的體積分數達到X點的值，X點位于曲線b的上方，說明CH3OCH3的體積分數大于平衡時CH3OCH3的體積分數，則此時反應未達到平衡狀態(tài)，反應Ⅲ逆向進行，延長反應時間能降低CH3OCH3的體積分數，故C錯誤；反應Ⅰ為氣體體積減小反應，反應Ⅱ、Ⅲ均為氣體體積不變的反應，增大壓強，反應Ⅰ平衡正向移動，CH3OH濃度增大，H2O的濃度也增大，反應Ⅱ平衡逆向移動，雖然H2O的濃度也增大，但CH3OH的系數為2，所以反應Ⅲ平衡正向移動，CH3OCH3的選擇性增大，故D正確。3．(2023·河北省部分示范性高中高三三模)乙烯(C2H4)、丙烯(C3H6)、丁烯(C4H8)都是基礎化工原料，這三種烯烴之間存在下列三個反應：反應Ⅰ：3C4H8(g)4C3H6(g)ΔH1＝＋78kJ·mol－1反應Ⅱ：2C3H6(g)3C2H4(g)ΔH2＝＋117kJ·mol－1反應Ⅲ：C4H8(g)2C2H4(g)ΔH3在恒壓密閉容器中，反應達到平衡時，三種組分的物質的量分數隨溫度T的變化關系如圖所示。下列說法錯誤的是()A．反應Ⅲ的ΔH3＝＋104kJ·mol－1B．700K時，反應Ⅱ的物質的量分數的平衡常數K≈2.22×10－2(以物質的量分數代替平衡濃度)C．提高C4H8的物質的量分數，需研發(fā)低溫條件下活性好且耐高壓的催化劑D．超過700K后曲線a下降的原因可能是隨著溫度升高反應Ⅰ逆向移動，反應Ⅱ正向移動答案D解析根據蓋斯定律可知，反應Ⅲ＝eq\f(1,3)×(反應Ⅰ＋反應Ⅱ×2)，得到C4H8(g)2C2H4(g)ΔH3＝＋104kJ·mol－1，A正確；反應達到平衡時，升高溫度，反應Ⅰ、反應Ⅱ和反應Ⅲ的化學平衡均正向移動，即丁烯(C4H8)的物質的量分數在不斷減少，丙烯(C3H6)的物質的量分數先增加后減少，乙烯(C2H4)的物質的量分數在不斷增加，故曲線a代表丙烯，曲線b代表丁烯，曲線c代表乙烯；700K時，丁烯和乙烯的物質的量分數均為0.2，丙烯的物質的量分數為0.6，反應Ⅱ的物質的量分數的平衡常數K＝eq\f(0.23,0.62)≈2.22×10－2，B正確；降低溫度或增大壓強，反應Ⅰ、反應Ⅱ和反應Ⅲ的化學平衡均逆向移動，C4H8的物質的量分數增大，故提高C4H8的物質的量分數，需研發(fā)低溫條件下活性好且耐高壓的催化劑，C正確；根據圖中信息丁烯在不斷減小，則超過700K后曲線a下降的原因可能是隨著溫度升高反應Ⅰ正向移動，反應Ⅱ正向移動，反應Ⅱ正向移動的程度大于反應Ⅰ正向移動的程度，D錯誤。4．(2023·石家莊市部分學校高三下期中)利用氣態(tài)甲醇在催化劑條件下脫氫制備甲醛的主反應為CH3OH(g)HCHO(g)＋H2(g)ΔH1>0，副反應為CH3OH(g)CO(g)＋2H2(g)ΔH2。在體積為2L的剛性容器中，通入1mol氣態(tài)CH3OH，在一定催化劑作用下，反應時間為5min時，分別測得甲醇的平衡轉化率和甲醛的選擇性(甲醛的選擇性＝eq\f(生成的HCHO的物質的量,轉化的CH3OH的物質的量)×100%)與溫度的關系如圖所示。下列有關說法錯誤的是()A．600℃時，5min內生成甲醛的平均反應速率是0.04mol·L－1·min－1B．由圖可知副反應的ΔH2>0C．600℃以前，溫度升高，平衡正向移動，使得甲醛的選擇性增大D．600℃以后，甲醛的選擇性下降的可能原因為溫度升高，催化劑對主反應的催化活性降低答案C解析600℃時5min內甲醇的平衡轉化率為50%，甲醛的選擇性為80%，n(HCHO)A項正確；由圖可知甲醇的平衡轉化率隨溫度升高一直增大，甲醛的選擇性在600℃以后下降，故副反應的ΔH2>0，B項正確；600℃以前，溫度升高，平衡正向移動，主反應移動的程度大于副反應移動的程度，使得甲醛的選擇性增大，C項錯誤。5．(2023·湖南省部分學校高三下學期5月聯考)某溫度下，向VL恒容密閉容器中通入4molX(g)，發(fā)生反應：①2X(g)=Y(g)＋4Z(g)，②2Z(g)M(g)。反應體系中X、Y、Z的物質的量隨時間t的變化曲線如圖所示。下列說法錯誤的是()A．25min時，氣體X反應完全B．0～10min內，氣體X的平均反應速率為eq\f(0.32,V)mol·L－1·min－1C．25min時，向該體系中僅通入1molY(g)后，反應②的平衡不發(fā)生移動(保持其他條件不變)D．該溫度下，反應②的平衡常數K＝2V答案D解析由題干圖像可知，25min時，生成了2molY，根據反應方程式①可知，消耗4molX，則氣體X反應完全，A正確；由題干圖像可知，0～10min內生成了1.6molY，則消耗3.2molX，故氣體X的平均反應速率為eq\f(3.2mol,VL×10min)＝eq\f(0.32,V)mol·L－1·min－1，B正確；由A項分析可知，反應①為不可逆反應，故25min時反應①進行完全，恒溫恒容下向該體系中僅通入1molY(g)后，反應②的平衡不發(fā)生移動(保持其他條件不變)，C正確；由題干圖像信息可知，25min時生成了2molY，同時反應①生成了8molZ，而Z的物質的量最終為1.6mol，說明反應②消耗了6.4mol，生成了3.2molM，該溫度下，反應②的平衡常數K＝eq\f(cM,c2Z)＝eq\f(\f(3.2,V),\f(1.6,V)2)＝1.25V，D錯誤。6．(2023·長沙雅禮中學高三模擬考試)CO2-H2催化重整可獲得CH3OH。其主要反應為反應Ⅰ：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH1＝－49.0kJ·mol－1反應Ⅱ：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH2＝＋41.2kJ·mol－1若僅考慮上述反應，在5.0MPa、n始(CO2)∶n始(H2)＝1∶3時，原料按一定流速通過反應器，CO2的平衡轉化率和CH3OH的選擇性隨溫度變化如圖所示。CH3OH的選擇性＝eq\f(n生成CH3OH,n消耗CO2)×100%。下列說法正確的是()A．其他條件不變，升高溫度，CO2的平衡轉化率增大B．其他條件不變，T>236℃時，曲線下降的可能原因是反應Ⅰ正反應程度減弱C．一定溫度下，增大n始(CO2)∶n始(H2)可提高CO2平衡轉化率D．研發(fā)高溫高效催化劑可提高平衡時CH3OH的選擇性答案B解析從圖中可知，升高溫度，CO2的平衡轉化率下降，A錯誤；溫度升高，反應Ⅰ化學平衡逆向移動，反應Ⅱ化學平衡正向移動，反應Ⅰ使CO2的轉化率減小的程度大于反應Ⅱ增大的程度，導致CO2的轉化率有所下降，B正確；增大n始(CO2)∶n始(H2)，CO2物質的量增大，平衡轉化率減小，C錯誤；溫度越高甲醇的選擇性越低，應研發(fā)低溫催化劑，D錯誤。7．(2023·湖南師范大學附屬中學高三下學期模擬)1889年，Arrhenius提出了反應速率常數k隨溫度的變化關系：lnk＝－eq\f(Ea,RT)＋C(R、C均為常數)。已知2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)，經歷反應1和反應2兩步：反應1：2NO(g)N2O2(g)ΔH1＝－46.3kJ·mol－1反應2：N2O2(g)＋O2(g)2NO2(g)ΔH2＝－65.7kJ·mol－1兩步反應的活化能Ea1<Ea2。某課題組通過實驗繪制出兩步反應lnK、lnk隨eq\f(1,T)的變化曲線如圖所示(K表示平衡常數)，下列說法不正確的是()A．2molNO與1molO2充分反應，放出熱量小于112kJB．③表示的是k2隨eq\f(1,T)的變化關系C．溫度越高，單位時間內NO的轉化率可能越低D．相同條件下，O2濃度的變化比NO濃度的變化對反應速率影響更顯著答案B解析反應1、2均為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，平衡常數減小，故①②為lnK曲線；升高溫度，反應速率增大，lnk變大，故③④為lnk曲線；lnk＝－eq\f(Ea,RT)＋C＝－eq\f(Ea,R)×eq\f(1,T)＋C，兩步反應的活化能Ea1<Ea2，則反應2斜率更大，故④為k2隨eq\f(1,T)的變化關系，故B錯誤；由蓋斯定律可知，反應1＋2得：2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)ΔH＝－112kJ·mol－1，反應為可逆反應，故2molNO與1molO2充分反應，放出熱量小于112kJ，故A正確；反應為放熱反應，溫度越高，平衡逆向移動，則單位時間內NO的轉化率可能越低，故C正確；活化能越小反應越快，活化能越大反應越慢，決定總反應速率的是慢反應，兩步反應的活化能Ea1<Ea2，相同條件下，O2濃度的變化比NO濃度的變化對反應速率影響更顯著，故D正確。8．(2023·湖南岳陽高三下學期2月月考)恒壓條件下，密閉容器中將CO2、H2按照體積比為1∶3合成CH3OH，其中涉及的主要反應如下：Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH1＝－49.0kJ·mol－1Ⅱ.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH2＝＋41.2kJ·mol－1在不同催化劑作用下發(fā)生反應Ⅰ和反應Ⅱ，在相同的時間段內CH3OH的選擇性和產率隨溫度的變化如圖：已知：CH3OH的選擇性＝eq\f(生成的CH3OH的物質的量,反應的CO2的物質的量)×100%。下列說法正確的是()A．反應CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)ΔH＝＋90.2kJ·mol－1B．合成甲醇的適宜工業(yè)條件是290℃，催化劑選擇CZ(Zr-1)TC．230℃以上，升高溫度CO2的轉化率增大，但甲醇的產率降低，原因是230℃以上，