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化学平衡图像疑难问题:最高点一定是平衡点吗?

来源:未知作者:化学自习室 点击:所属专题: 化学平衡图像

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【思考】 最高 点一定就是平衡点吗? 最高 点后一定是平衡移动吗?先来看几道高考题 1 .( 2019 江苏)在恒压、 NO 和 O 2 的起始浓度一定的条件下,催化反应相同时间,测得不同温度下 NO 转化为 NO 2 的转化率如图中实线所示 ( 图中虚线表示相同条件下 NO 的平衡转化

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【思考】最高点一定就是平衡点吗?最高点后一定是平衡移动吗?先来看几道高考题

1.(2019江苏)在恒压、NO和O2的起始浓度一定的条件下,催化反应相同时间,测得不同温度下NO转化为NO2的转化率如图中实线所示(图中虚线表示相同条件下NO的平衡转化率随温度的变化)。下列说法正确的是

化学平衡图像疑难问题:最高点一定是平衡点吗?

A.反应2NO(g)+O2(g)=2NO2(g)的ΔH>0

B.图中X点所示条件下,延长反应时间能提高NO转化率

C.图中Y点所示条件下,增加O2的浓度不能提高NO转化率

D.380℃下,c起始(O2)=5.0×10−4mol·L−1,NO平衡转化率为50%,则平衡常数K>2000

【思考】最高点是平衡点吗?分析实线和虚线变化的原因是什么?

从题目信息可以看出,最高点不是平衡点,虚线与实线重合的点才是平衡点,重合点后才是平衡的移动。相同时间,转化率减低,可能是催化剂降低活性(注意区别失活与减低活性),转化率分平衡前的转化率和平衡转化率,平衡前的转化率只与速率有关,速率越快,转化率越高;

【答案】BD

【解析】A.随温度升高NO的转化率先升高后降低,说明温度较低时反应较慢,一段时间内并未达到平衡,分析温度较高时,已达到平衡时的NO转化率可知,温度越高NO转化率越低,说明温度升高平衡向逆方向移动,根据勒夏特列原理分析该反应为放热反应,∆H<0,故A错误;B.根据上述分析,X点时,反应还未到达平衡状态,反应正向进行,所以延长反应时间能提高NO的转化率,故B正确;C.Y点,反应已经达到平衡状态,此时增加O2的浓度,使得正反应速率大于逆反应速率,平衡向正反应方向移动,可以提高NO的转化率,故C错误;D.设NO起始浓度为amol/L,NO的转化率为50%,则平衡时NO、O2和NO2的浓度分别为0.5amol/L、(5×10-4-0.25a)mol/L、0.5amol/L,根据平衡常数表达式K>2000,故D正确;故选BD。

2.(2017·天津高考·10) H2S和SO2会对环境和人体健康带来极大的危害,工业上采取多种方法减少这些有害气体的排放,回答下列各方法中的问题。

Ⅰ.H2S的除去

方法1:生物脱H2S的原理为:

H2S+Fe2(SO4)3==S↓+2FeSO4+H2SO4

4FeSO4+O2+2H2SO4==2Fe2(SO4)3+2H2O

(2)由图1和图2判断使用硫杆菌的最佳条件为       。若反应温度过高,反应速率下降,其原因是        

化学平衡图像疑难问题:最高点一定是平衡点吗?

化学平衡图像疑难问题:最高点一定是平衡点吗?

【答案】30℃、pH=2.0。温度过高时,会导致蛋白质变性,使得硫杆菌失去原有的生理活性,导致催化效果大大降低,反应速率下降。

从题目可以看出,最高点不是平衡点

【解析】(2)根据图1可知,当30℃左右时,Fe2+氧化速率最大;根据图2可知,当pH=2.0时,Fe2+氧化速率最大,所以硫杆菌使用的最佳条件是温度为30℃、pH=2.0。由于硫杆菌是蛋白质,所以温度过高时,会导致蛋白质变性,使得硫杆菌失去原有的生理活性,导致催化效果大大降低,反应速率下降。

3.(2017•Ⅱ卷•27)图(A)是反应①平衡转化率与反应温度及压强的关系图,X  0.1(填“大于”或“小于”);欲使丁烯的平衡产率提高,应采取的措施是    (填标号)。

A.升高温度  B.降低温度  C.增大压强  D.降低压强

化学平衡图像疑难问题:最高点一定是平衡点吗?

(3)图(C)为反应产率和反应温度的关系曲线,副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。丁烯产率在590℃之前随温度升高而增大的原因可能是                 ;590℃之后,丁烯产率快速降低的主要原因可能是

【答案】X<0.1; AD是吸热反应,升高温度平衡正向移动   温度升高时反应速率加快温度超过590℃时,由于丁烷高温会裂解生成短链烃类

从题目给出答案可以看出,最高点不是平衡点,

【解析】图(A)中,温度相同时,压强为XMPa的转化率大于压强为0.1 MPa的转化率,所以X<0.1;除减小压强外,因正反应为吸热反应,升高温度平衡向正反应方向移动,也能使丁烯的平衡产率提高。

(2)H2是①的生成物,随着n(氢气)/n(丁烷)增大,H2的物质的量浓度增大,逆反应速率增大,从而导致平衡向逆反应方向移动,使丁烯产率下降。

(3)590℃之前,温度升高时反应速率加快,生成的丁烯会更多,同时由于反应①是吸热反应,升高温度平衡正向移动,平衡体系中会含有更多的丁烯。而温度超过590℃时,由于丁烷高温会裂解生成短链烃类,所以参加反应①的丁烷也就相应减少。

分析:

一、从以上三道高考题可以看出,转化率--温度图像,或产量--温度图像,该图中最高点不一定是平衡点。

如果题中信息使用了催化剂,特别是题目给出,测的是相同时间的转化率或产率,转化率或产率减低,就可能是温度高,催化剂失活(或减低活性),导致速率慢;如果题目中明确给出了副反应,也有可能是是副反应发生(如果考虑副反应,一般应该是产率--温度图像);如果二者都没有,再去考虑平衡的移动。

二、如果是反应物的百分含量--温度图像(如图1),最低点M为平衡点;如果是生成物百分含量--温度图像(如图2),则最高点M不一定是平衡点,要分析是不是催化剂或副反应引起生成物含量减小。

对于化学反应mA(g)+nB(g)===c(g)+qD(g)

三、对于图2,如果纵坐标是反应物转化率或生产物产率,该反应又是吸热反应,则M点或M点前某一点有可能是平衡点,M点后一定不是平衡点,前半段增加可能是因为温度升高,速率加快,也可能是平衡移动,后半段一般就是催化剂失活或有副反应发生。如果该反应是放热反应,前半段不可能是平衡点,M点或M点后某一点可能是平衡点,再参考分析一。

化学平衡图像疑难问题:最高点一定是平衡点吗?

图1         图2

分析清楚反应是吸热还是放热反应

【真题练习】

1.一定条件下,用Fe2O3、NiO或Cr2O3作催化剂对燃煤烟气进行回收。反应为2CO(g)SO2(g)===2CO2(g)S(l) ΔH=-270 kJ·mol1,图中a点可能是平衡点么?为什么?

化学平衡图像疑难问题:最高点一定是平衡点吗?

【答案】不可能,因为催化剂不影响平衡转化率,在a点对应温度下,三种催化剂的转化率不相同

2.(2018·北京高考·26)(4)H2O2将粗磷酸中的有机碳氧化为CO2脱除,同时自身也会发生分解。相同投料比、相同反应时间,不同温度下的有机碳脱除率如图所示。80 ℃后脱除率变化的原因:          

化学平衡图像疑难问题:最高点一定是平衡点吗?

【答案】(4)80 ℃后,H2O2分解速率大,浓度显著降低

3.(2019·全国卷Ⅲ·28)(1)Deacon发明的直接氧化法为:4HCl(g)+O2(g)==2Cl2(g)+2H2O(g)。下图为刚性容器中,进料浓度比c(HCl) ∶c(O2)分别等于1∶1、4∶1、7∶1时HCl平衡转化率随温度变化的关系:


化学平衡图像疑难问题:最高点一定是平衡点吗?

可知反应平衡常数K(300 ℃)            K(400 ℃)(填“大于”或“小于”)。

答案:(1)大于 

4.(2010·广东高考·T31·16分)硼酸(H3BO3)在食品、医药领域应用广泛。

(2)在其他条件相同时,反应H3BO3+3CH3OH==B(OCH3)3+3H2O中,H3BO3的转化率()在不同温度下随反应时间(t)的变化如图所示,由此图可得出:

化学平衡图像疑难问题:最高点一定是平衡点吗?

①温度对该反应的反应速率和平衡移动的影响是____。

②该反应的_____0(填“<”、“=”或“>”)。

【答案】(2) ①升高温度,反应速率加快,平衡正向移动 ②ΔH>0

5.(2013·新课标全国卷Ⅰ·28)(4)有研究者在催化剂(含Cu-Zn-Al-O和Al2O3),压强为5.0 MPa的条件下,由H2和CO直接制备二甲醚(2CO(g)+4H2(g)==CH3OCH3(g)+H2O(g)ΔH=-204.7 kJ·mol-1),结果如下图所示,其中CO转化率随温度升高而降低的原因是          

化学平衡图像疑难问题:最高点一定是平衡点吗?

【答案】(4)反应放热,温度升高,平衡左移

6.(2016·全国卷Ⅱ·27)(2)图(A)为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线,最高产率对应的温度为460℃。低于460℃时,丙烯腈的产率     (填“是”或“不是”)对应温度下的平衡产率,判断理由是                     高于460°时,丙烯腈产率降低的可能原因是     (双选,填标号)。

A.催化剂活性降低  

B.平衡常数变大

C.副反应增多  

D.反应活化能增大

化学平衡图像疑难问题:最高点一定是平衡点吗?

【答案】(2)不是 该反应为放热反应,平衡产率应随温度升高而降低 A、C

(责任编辑:化学自习室)
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