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微專題4　陌生平衡圖像的理解與分析 專題集訓(xùn) 1.二氧化碳的捕集、利用與封存是我國(guó)能源領(lǐng)域的一個(gè)重要戰(zhàn)略方向,發(fā)展成一項(xiàng)重要的新興產(chǎn)業(yè)。二氧化碳催化加氫合成低碳烯烴,起始時(shí)以 0.1 MPa,n(H2)∶n(CO2)=3∶1的投料比充入反應(yīng)器中,發(fā)生反應(yīng):2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)　ΔH。 (1)溫度對(duì)CO2的平衡轉(zhuǎn)化率和催化效率的影響如圖1所示。 圖中M點(diǎn)時(shí),乙烯的體積分?jǐn)?shù)為　　　　(保留兩位有效數(shù)字);為提高CO2的平衡轉(zhuǎn)化率,除改變溫度外,還可采取的措施有　 　(任寫(xiě)兩條)。 (2)不同溫度下平衡時(shí)的四種氣態(tài)物質(zhì)的物質(zhì)的量如圖2所示: b曲線代表的物質(zhì)是　　　　;T1溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率為　　　　,相對(duì)于起始狀態(tài),平衡時(shí)氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量增大的百分率為　　　　(保留三位有效數(shù)字)。 解析:(1)設(shè)H2的物質(zhì)的量為3n mol,則CO2的物質(zhì)的量為n mol,由圖知,M點(diǎn)時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率為50%,則有: 　　　　6H2(g)+2CO2(g)C2H4(g)+4H2O(g) n(起始) /mol 3n n 0 0 n(變化) /mol 1.5n 0.5n 0.25n n n(M點(diǎn)) /mol 1.5n 0.5n 0.25n n 乙烯的體積分?jǐn)?shù)為0.25n1.5n+0.5n+0.25n+n100%=7.7%;提高CO2平衡轉(zhuǎn)化率的措施還有:增大壓強(qiáng)、增大n(H2)∶n(CO2)的值、將產(chǎn)物乙烯氣體分離出來(lái)等。 (2)由圖1可知,升高溫度,CO2的平衡轉(zhuǎn)化率降低,則正反應(yīng)為放熱反應(yīng),圖2表示的是不同溫度下平衡時(shí)的四種氣態(tài)物質(zhì)的物質(zhì)的量隨溫度的升高而變化的情況,b曲線隨溫度的升高物質(zhì)的量減小,則為生成物,且變化趨勢(shì)大,應(yīng)該是化學(xué)計(jì)量數(shù)大的H2O(g),即b曲線代表的物質(zhì)是H2O(g);起始時(shí)以H2和CO2投料,T1時(shí)n(H2)=6 mol,n(H2O)=4 mol,生成4 mol H2O,需反應(yīng)6 mol H2,則開(kāi)始投料時(shí)n(H2)=6 mol+6 mol=12 mol,轉(zhuǎn)化率為6mol12mol100%=50%。 　　　　　　6H2(g)+2CO2(g)C2H4(g)+4H2O(g) n(起始)/mol 12 4 0 0 n(變化)/mol 6 2 1 4 n(T1點(diǎn))/mol 6 2 1 4 平衡時(shí)氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量與氣體的物質(zhì)的量成反比,則增大的百分率為26+442+281+18413-212+44416212+44416100%=23.1%。 答案:(1)7.7%(或0.077)　增大壓強(qiáng)或提高H2和CO2的物質(zhì)的量的比值,或?qū)a(chǎn)物乙烯氣體分離出來(lái)等(任選兩條) (2)H2O(g)　50%　23.1% 2.在容積可變的密閉容器中投入1 mol CO和2 mol H2,在不同條件下發(fā)生反應(yīng):CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。實(shí)驗(yàn)測(cè)得平衡時(shí)CH3OH的物質(zhì)的量隨溫度、壓強(qiáng)變化如圖1所示。 (1)M點(diǎn)時(shí),H2的轉(zhuǎn)化率為　　　　 ;壓強(qiáng):p1　　　 　(填“>”“<”或“=”)p2。 (2)反應(yīng)速率:N點(diǎn)v正(CO)　　　　(填“>”“<”或“=”)M點(diǎn)v逆(CO)。 (3)若壓強(qiáng)為p1、在1 L恒容密閉容器中進(jìn)行上述反應(yīng)(起始投料不變),在不同溫度下上述反應(yīng)的平衡常數(shù)的對(duì)數(shù)(lg K)如圖2所示。則溫度為506 K時(shí),平衡常數(shù)K=　　　　(保留三位小數(shù)),B、C、D、E四點(diǎn)中能正確表示該反應(yīng)的lg K與T的關(guān)系的點(diǎn)為　　　　。 (4)在2 L恒容密閉容器中充入a(a>0)mol H2、2 mol CO 和7.4 mol CH3OH(g),在506 K下進(jìn)行上述反應(yīng)。為了使該反應(yīng)逆向進(jìn)行,a的范圍為　　　　。 解析:(1)M點(diǎn)時(shí),生成的CH3OH為0.25 mol,消耗H2的物質(zhì)的量為0.25 mol2=0.50 mol,則H2的轉(zhuǎn)化率 α(H2)=0.50mol2mol100%=25%。此反應(yīng)的正反應(yīng)是氣體分子數(shù)減小的反應(yīng),增大壓強(qiáng),平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)。由題圖1知,在相同溫度下,p2到p1,CH3OH的物質(zhì)的量增大,說(shuō)明平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),即p1>p2。 (2)M、N點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度相同,但M點(diǎn)對(duì)應(yīng)的壓強(qiáng)較大,反應(yīng)速率較大。 (3)506 K時(shí), 　　　 　 　　　CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) 起始(molL-1) 1 2 0 轉(zhuǎn)化(molL-1) 0.25 0.50 0.25 平衡(molL-1) 0.75 1.50 0.25 K=c(CH3OH)c(CO)c2(H2)=0.250.751.502≈0.148。K越大,lg K越大,該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng),升高溫度,平衡常數(shù)K減小,所以,B、E點(diǎn)符合題意。 (4)溫度不變,平衡常數(shù)不變,K=0.148。為了使反應(yīng)逆向進(jìn)行,必須使Qc>K,即3.71(a2)2>0.148,解得a<10,又因?yàn)镠2的物質(zhì)的量必須大于0,所以a的范圍為 0　(2)<　(3)0.148　BE (4)0”“<”或“=”)vA(逆)。 ③圖中B點(diǎn)的壓強(qiáng)平衡常數(shù)Kp=　　　　(用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算,分壓=總壓物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。 (2)利用脫氮菌可凈化低濃度NO廢氣。當(dāng)廢氣在塔內(nèi)停留時(shí)間均為90 s的情況下,測(cè)得不同條件下NO的脫氮率如圖Ⅰ、Ⅱ所示。 ①由圖Ⅰ知,當(dāng)廢氣中的NO含量增加時(shí),宜選用　　　　　　　　法提高脫氮效率。 ②圖Ⅱ中,循環(huán)吸收液中加入Fe2+、Mn2+提高了脫氮的效率,其可能原因?yàn)? 　。 (3)研究表明:NaClO2/H2O2酸性復(fù)合吸收劑可同時(shí)有效脫硫、脫硝。圖Ⅲ所示為復(fù)合吸收劑組成一定時(shí),溫度對(duì)脫硫脫硝的影響。 ①寫(xiě)出廢氣中的SO2與NaClO2反應(yīng)的離子方程式: 　。 ②溫度高于60 ℃后,NO去除率隨溫度升高而下降的原因?yàn)? 　。 解析:(1)①依據(jù)三段式法計(jì)算,設(shè)消耗O2的物質(zhì)的量為x mol 　　　　　　　2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) 起始量(mol) 2a a 0 變化量(mol) 2x x 2x 平衡量(mol) 2a-2x a-x 2x 圖中A點(diǎn)時(shí),氣體壓強(qiáng)為0.085 MPa,則2a-2x+a-x+2x2a+a=0.0850.10,x=0.45a,SO2的轉(zhuǎn)化率=0.45a22a100%=45%。②由圖像分析可知,T2>T1,溫度越高,反應(yīng)速率越大,而且B、C點(diǎn)是平衡狀態(tài),vC(正)>vB(正)=vB(逆),A點(diǎn)反應(yīng)未達(dá)到平衡狀態(tài),vA(逆)比vB(逆)小,因此vC(正)與 vA(逆)的大小關(guān)系為vC(正)>vA(逆)。③對(duì)圖中B點(diǎn),依據(jù)三段式法計(jì)算,設(shè)消耗O2的物質(zhì)的量為y mol 　　　　　　2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) 起始量(mol) 2a a 0 變化量(mol) 2y y 2y 平衡量(mol) 2a-2y a-y 2y B點(diǎn)氣體壓強(qiáng)為0.07 MPa,則2a-2y+a-y+2y2a+a=0.070.10,y=0.9a,平衡時(shí),n(SO2)= 0.2a mol,n(O2)=0.1a mol,n(SO3)=1.8a mol,p(SO2)=0.22.10.07 MPa, p(O2)=0.12.10.07 MPa,p(SO3)=1.82.10.07 MPa,Kp=p2(SO3)p2(SO2)p(O2) =(1.82.10.07)2(0.22.10.07)2(0.12.10.07)=24 300。 (2)①由圖Ⅰ知,當(dāng)廢氣中的NO含量增加時(shí),脫氮率較高的是好氧硝化法,故宜選用好氧硝化法提高脫氮效率;②圖Ⅱ中,Fe2+、Mn2+對(duì)該反應(yīng)有催化作用,循環(huán)吸收液中加入Fe2+、Mn2+提高了脫氮的效率。 (3)①?gòu)U氣中的SO2與NaClO2反應(yīng)生成硫酸鈉和鹽酸,其離子方程式為2H2O+ClO2-+2SO2Cl-+2SO42-+4H+。②溫度高于60 ℃后,溫度升高,H2O2分解速率加快,NO去除率隨溫度升高而下降。 答案:(1)①45%?、?　③24 300 (2)①好氧硝化?、贔e2+、Mn2+對(duì)該反應(yīng)有催化作用 (3)①2H2O+ClO2-+2SO2Cl-+2SO42-+4H+ ②溫度升高,H2O2分解速率加快 4.(1)在某溫度下,2 L密閉容器中充入NO、CO各0.4 mol進(jìn)行反應(yīng),測(cè)得NO物質(zhì)的量變化如圖1所示,5 min末反應(yīng)達(dá)到平衡。第6 min繼續(xù)加入0.2 mol NO、0.2 mol CO、0.2 mol CO2和 0.3 mol N2,請(qǐng)?jiān)趫D1中畫(huà)出到 9 min末反應(yīng)達(dá)到平衡NO的物質(zhì)的量隨時(shí)間的變化曲線。 (2)沉淀物并非絕對(duì)不溶,且在水及各種不同的溶液中溶解度有所不同,同離子效應(yīng)、絡(luò)合物的形成等都會(huì)使沉淀物的溶解度有所改變。已知AgCl+Cl-[AgCl2]-,圖2是某溫度下AgCl在NaCl、AgNO3溶液中的溶解情況。 ①由圖知,該溫度下AgCl的溶度積常數(shù)為　　　　。 ②AgCl在NaCl溶液中的溶解度出現(xiàn)如圖2所示情況(先變小后變大)的原因是 　 。 解析:(1)由題意知反應(yīng)為2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g),2 L密閉容器中充入NO、CO各0.4 mol,達(dá)到平衡時(shí)NO為0.2 mol。 　　　　　　　　2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) 起始(molL-1) 0.2 0.2 0 0 轉(zhuǎn)化(molL-1) 0.1 0.1 0.05 0.1 平衡(molL-1) 0.1 0.1 0.05 0.1 K=c(N2)c2(CO2)c2(NO)c2(CO)=0.050.120.120.12=5, 第6 min繼續(xù)加入0.2 mol NO、0.2 mol CO、0.2 mol CO2、0.3 mol N2,此時(shí),c(NO)=c(CO)=c(CO2)=c(N2)=0.2 molL-1, Q=c(N2)c2(CO2)c2(NO)c2(CO)=0.20.220.220.22=5=K,說(shuō)明是平衡狀態(tài),所以第6 min繼續(xù)加入0.2 mol NO、0.2 mol CO、0.2 mol CO2和0.3 mol N2,仍是平衡狀態(tài),但是NO的物質(zhì)的量變?yōu)樵瓉?lái)的2倍。 (2)①由題圖2可知,當(dāng)c(Ag+)=10-7 molL-1時(shí),c(Cl-)=10-5 molL-1, AgCl的溶度積常數(shù)Ksp=c(Ag+)c(Cl-)=10-510-7=10-12;②根據(jù)沉淀溶解平衡:AgCl(s)Cl-(aq)+Ag+(aq),將AgCl放在NaCl溶液中,Cl-抑制了AgCl的溶解,但隨c(Cl-)增大,發(fā)生反應(yīng)AgCl+Cl-[AgCl2]-,使AgCl的溶解度增大。 答案:(1)如圖所示 (2)①10-12　②開(kāi)始Cl-抑制了AgCl的溶解,AgCl的溶解度變小,但c(Cl-)增大使AgCl形成[AgCl2]-絡(luò)合物,所以AgCl的溶解度又變大