专题08 化学反应速率与化学平衡-备战2025年高考化学真题题源解密（江苏专用）

专题八 化学反应速率与化学平衡综合分析 考情概览：解读近年命题思路和内容要求，统计真题考查情况。 2024年真题研析：分析命题特点，探寻常考要点，真题分类精讲。 近年真题精选：分类精选近年真题，把握命题趋势。 必备知识速记：归纳串联解题必备知识，总结易错易混点。 最新模拟探源：精选适量最新模拟题，发掘高考命题之源。 命题解读 考向 考查统计 江苏卷对化学反应速率、化学平衡知识的考查，往往根据工业生产实际，并结合陌生图象，分析投料比、转化率、产率的变化。该类题目信息量较大，综合性较强，能够充分考查学生读图、提取信息、解决问题的能力以及原理分析、规范描述的表达能力，该类题目在高考中常受到命题者的青睐。试题新颖，信息量大的同时，也增大了试题的难度，读懂图形变得更困难。 考向一 化学反应速率与化学平衡综合分析 2024·江苏卷，13 2023·江苏卷，13 2022·江苏卷，13 2021·江苏卷，14 命题分析 试题中涉及的图像已不仅仅是速率与简单的化学平衡，研究体系也已不是单纯的气相体系，往往根据实际工业生产，更多的是研究复杂液相反应体系，坐标参数也不再局限于时间、温度、压强、速率、转化率、百分含量，而是有更多的变量，像物质的量之比、气体分压或离子浓度的对数或负对数等，分析投料比、转化率、产率的变化。预计2025年的高考化学平衡图像的呈现方式变得越来越新颖，主要涉及：盖斯定律，外界条件(包括 温度、催化剂、压强、投料比等)改变对平衡转化率、平衡选择性的影响，非平衡状态如何 提高转化率，反应条件的选择等。多变量图象题是高考考查的一个方向和趋势，它是指在一个图上存在多个变量的图象，多变量的存在，考查了分析推理能力。 试题精讲 考向一 化学反应速率与化学平衡综合分析 1.（2024·江苏卷第13题） 二氧化碳加氢制甲醇的过程中的主要反应(忽略其他副反应)为： ① ② 、下，将一定比例、混合气匀速通过装有催化剂的绝热反应管。装置及L1、L2、L3…位点处(相邻位点距离相同)的气体温度、CO和的体积分数如图所示。下列说法正确的是 A. L4处与L5处反应①的平衡常数K相等 B. 反应②的焓变 C. L6处的的体积分数大于L5处 D. 混合气从起始到通过L1处，CO的生成速率小于的生成速率 考向一 化学反应方程式的正误判断 1.（2023·江苏卷第13题）二氧化碳加氢制甲烷过程中的主要反应为 在密闭容器中，、时，平衡转化率、在催化剂作用下反应相同时间所测得的实际转化率随温度的变化如题图所示。的选择性可表示为。下列说法正确的是 A. 反应的焓变 B. 的平衡选择性随着温度的升高而增加 C. 用该催化剂催化二氧化碳反应的最佳温度范围约为480~530℃ D. 450℃时，提高的值或增大压强，均能使平衡转化率达到X点的值 2.（2022·江苏卷第13题）乙醇-水催化重整可获得。其主要反应为，，在、时，若仅考虑上述反应，平衡时和CO的选择性及的产率随温度的变化如图所示。 CO的选择性，下列说法正确的是 A. 图中曲线①表示平衡时产率随温度的变化 B. 升高温度，平衡时CO的选择性增大 C. 一定温度下，增大可提高乙醇平衡转化率 D. 一定温度下，加入或选用高效催化剂，均能提高平衡时产率 3.（2021·江苏卷第14题） NH3与O2作用分别生成N2、NO、N2O的反应均为放热反应。工业尾气中的NH3可通过催化氧化为N2除去。将一定比例的NH3、O2和N2的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应管，NH3的转化率、生成N2的选择性[100%]与温度的关系如图所示。 下列说法正确的是 A. 其他条件不变，升高温度，NH3的平衡转化率增大 B. 其他条件不变，在175～300 ℃范围，随温度的升高，出口处N2和氮氧化物的量均不断增大 C. 催化氧化除去尾气中的NH3应选择反应温度高于250 ℃ D. 高效除去尾气中的NH3，需研发低温下NH3转化率高和N2选择性高的催化剂 一、化学平衡图像题的解题步骤 第一步：识别图象类型。即明确横坐标和纵坐标的含义，理清线和点(平台、折线、拐点等)的关系。 第二步：把握反应特点。即分析可逆反应化学方程式，观察物质的状态、气态物质分子数的变化(正反应是气体分子数增大的反应，还是气体分子数减小的反应)、反应热(正反应是放热反应，还是吸热反应)等。 第三步：联想平衡原理。联想化学反应速率、化学平衡移动原理，特别是影响因素及使用前提条件等。 第四步：数形结合解答。图表与原理整合，逐项分析图表，重点看图表是否符合可逆反应的特点、化学反应速率和化学平衡原理。 二、复杂(竞争、连续)反应图象的解题流程 三、化学反应速率和化学平衡的考查方向如下 (1)条件变量－转化率类曲线图解题策略： 厘清转化率和平衡转化率：一定时间内的转化率(如一定流速下的转化率)取决于化学 反应速率，而平衡转化率是特定条件下(一定浓度、温度、压强)的最大转化率。 (2)平衡常数 K 与温度的关系 温度变化 可逆反应的 ΔH 平衡常数 K 升温 吸热反应， ΔH＞0 增大 降温 减小 升温 放热反应， ΔH＜0 减小 降温 增大 (3)化学平衡与平衡转化率 ①一般转化率和平衡转化率 转化率有未达到平衡时的“一般转化率”和已达到平衡时的“平衡转化率”，在审题时一 定要注意转化率是不是“平衡转化率”。 ②转化率与温度的关系 可逆反应的 ΔH 升高温度 吸热反应，ΔH＞0 未达到平衡时，升温转化率增大 已达到平衡时，升温平衡转化率增大 放热反应，ΔH＜0 未达到平衡时，升温转化率增大 已达到平衡时，升温平衡转化率减小 (4)有关多重平衡及选择性的问题：在多重平衡中，几个可逆反应是相互影响的。 ①如果主反应的生成物又与主反应的某一反应物发生另一个可逆反应，那么该反应物的平 衡转化率就会增大。 ②在一定温度下，特定的混合体系，多重平衡选择性为定值。因为平衡常数不变，催化剂 的选用与品种无关。催化剂不能提高某一物质的平衡转化率。 ③如果在同一条件下，两个物质同时可以发生几个可逆反应，那么催化剂的选用就可以使 其中某一反应的选择性提高(如 2021·江苏卷 14 题) 。 ④多重平衡体系中随着温度的升高，如果两个物质的选择之和等于 100%，那么两者的选 择性变化曲线呈镜像对称(如 2022·江苏卷 13 题) 。 四、多重因素对产物选择性的影响分析 1.如果主反应的生成物又与主反应的某一反应物发生另一个可逆反应,那么该反应物的平衡转化率就会增大。 2.在一定温度下,特定的混合体系,多重平衡选择性为定值。因为平衡常数不变,催化剂的选用与品种无关。催化剂不能提高某一物质的平衡转化率。 3.如果在同一条件下,两种物质可以同时发生几个可逆反应,那么催化剂的选用就可以使其中某一反应的选择性提高。 4.多重平衡体系中随着温度的升高,如果两种物质的选择性之和等于100%,那么两者的选择性变化曲线呈镜像对称。 五、多因素影响化学反应速率图像分析 1.影响反应速率的主要因素:浓度、温度、压强、催化剂的活性、接触面积、原电池原理、副反应等。 如,H2O2在催化剂α-FeOOH的表面分解产生·OH,·OH较H2O2和O2更易与烟气中的NO、SO2发生反应。当H2O2浓度一定时,NO的脱除效率与温度的关系如图所示。升温至80 ℃以上,大量汽化的H2O2能使NO的脱除效率显著提高的原因是H2O2与催化剂的接触更好,产生更多的·OH,·OH浓度增大,与NO混合更充分,温度高于180 ℃,NO的脱除效率降低的原因是180 ℃以后,·OH分解成O2和H2O,NO的脱除效率下降。 2.随着时间的推移,反应物浓度减小,反应速率减小。 如,向绝热恒容密闭容器中通入SO2和NO2,一定条件下使反应SO2(g)+NO2(g)SO3(g)+NO(g)达到平衡,正反应速率(v正)随时间变化如图所示。正反应速率先增大后减小的原因是反应放热,在绝热容器中反应使温度升高,v正增大,b点后,温度上升已不明显,反应物浓度降低,导致v正减小。 3.催化剂有活性温度范围,温度太低时,催化剂的活性很小,反应速率很慢,随温度升高,反应速率逐渐增大,温度过高又会影响催化剂的活性。 如,以TiO2/Cu2Al2O4为催化剂,可以将CO2和CH4直接转化为乙酸。在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率的关系如图所示。在温度为250 ℃时,催化剂的活性最好,效率最高。250~400 ℃时,催化剂效率下降是影响乙酸生成速率的主要原因;300~400 ℃时,温度升高是影响乙酸生成速率的主要原因。 六、催化剂与活化能、焓变和平衡转化率 1.催化剂 (1)一般我们所说的催化剂都是正催化剂。催化剂能改变反应的历程,降低反应的活化能,使更多的分子变为活化分子,即提高活化分子的百分数,所以催化剂使反应速率大大增加。但是,催化剂不能改变反应的焓变(图中E1表示正反应的活化能,E2表示逆反应的活化能。该反应为放热反应,正反应的活化能小于逆反应的活化能)。 图中:E1为正反应的活化能,E2为逆反应的活化能,使用催化剂时的活化能为E3,反应热为E1-E2。 (2)一个反应若是可逆反应,如果对正反应是一个良好的催化剂,那么对逆反应来说也是一个良好的催化剂。也就是说,催化剂能同时增大正、逆反应的速率,能缩短到达平衡的时间。但是,要特别注意的是催化剂不能改变同一条件下可逆反应的平衡转化率,催化剂不能使化学平衡发生移动。 2.不同催化剂的催化效率的比较 (1)通过比较几种不同的催化剂的催化效率:选择在较低温度下催化效率高的催化剂;选择催化效率高且不易失活的催化剂。 如,在相同条件下,在甲、乙两种催化剂作用下进行下列反应。 主反应:4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g) 副反应:4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) 由图可知,催化剂乙在低温下具有很强的催化活性,故选择催化剂乙。图中M点(对应温度为210 ℃)NO的转化率低于同温度下乙作催化剂时的转化率,所以M点一定不是该温度下的平衡转化率。 (2)用不同催化剂的催化产率曲线来比较催化效率的大小:可在规定的区域内作垂线。 如,利用光能和光催化剂,可将CO2和H2O(g)转化为CH4和O2。紫外光照射时,在不同催化剂(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)作用下,CH4产量随光照时间的变化如图所示。 在0~15 h内,CH4的平均生成速率Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ从大到小的顺序的确定方法:选择横坐标在0~15 h内一点作横轴的垂线,则CH4产量越高,CH4平均生成速率越大,故速率:Ⅱ>Ⅲ>Ⅰ。 3.催化剂的活性与温度 催化剂的活性与温度的一般规律:随着温度升高,催化剂的催化活性会增加。但是往往会出现拐点,即到达一定的温度之后,温度增加,催化剂的活性下降。 如,在有氧条件下,新型催化剂M能催化NH3与NOx反应生成N2。将一定比例的O2、NH3和NOx的混合气体,匀速通入装有催化剂M的反应器中反应(装置见图1)。 图1 图2 反应相同时间NOx的去除率随反应温度的变化曲线如图2所示,由图像知: (1)反应在50~250 ℃范围内,随着温度的升高,NOx的去除率先迅速上升,在此阶段催化剂活性随温度升高而增大,与温度升高共同使NOx去除反应速率迅速增大。 (2)反应在250~380 ℃上升缓慢,在该温度范围内,催化剂的活性变化不大,此阶段主要是因温度升高引起的NOx去除反应速率增大。 (3)反应温度高于380 ℃时,NOx的去除率迅速下降,在此阶段可能是因催化剂活性下降,NH3与O2反应生成了NO。 1．（2024届高考·江苏省南京市、盐城市·统考一模）乙醇-水催化重整可获得。其主要反应为        在密闭容器中，、起始时，若仅考虑上述反应，平衡时的体积分数随温度的变化如题图所示。下列说法正确的是 A．一定温度下，增大可提高乙醇平衡转化率 B．反应的 C．研发高效催化剂可提高的平衡产率 D．控制反应的最佳温度约为 2．（2024届高考·江苏省连云港市·统考一模）二氧化碳加氢制甲醇过程中的主要反应为       在密闭容器中，起始时，分别在、条件下测得平衡时甲醇的物质的量分数与压强、甲醇的物质的量分数与温度的关系如图所示。 下列说法正确的是 A．反应的焓变 B．在、条件下，平衡时甲醇的物质的量分数为0.10 C．当甲醇的物质的量分数为0.03时，的平衡转化率为 D．其他条件相同，高压和低温可以提高的平衡产率 3．（2024届高考·江苏省南通市·统考一模）催化重整可获得合成气。重整过程中主要反应的热化学方程式为 反应① 反应② 反应③ 反应④ 研究发现在密闭容器中下，，平衡时各含碳物种的物质的量随温度的变化如图所示。下列说法正确的是 A．图中a表示 B．的 C．其他条件不变，在范围，随着温度的升高，平衡时不断增大 D．当，其他条件不变时，提高的值，能减少平衡时积碳量 4．（2024届高考·江苏省南通市如皋市·统考一模）利用和反应生成的过程中主要涉及的反应如下： 反应Ⅰ   反应Ⅱ   向密闭容器中充入一定量和发生上述反应，保持温度和容器体积一定，平衡时和的转化率、和的产率及随起始的变化情况如下图所示。 [的产率的选择性]。 下列说法不正确的是 A．当容器内气体总压强保持不变时，反应Ⅰ、Ⅱ均达到平衡状态 B．曲线表示的产率随的变化 C．，反应达平衡时，的选择性为 D．随着增大，的选择性先增大后减小 5．（2024届高考·江苏省南京市、盐城市·统考一模）可作大型船舶的绿色燃料。工业上用制备的原理如下： 反应1： 反应2： 分别在下，将的混合气体置于密闭容器中，若仅考虑上述反应，不同温度下反应体系达到平衡时，转化率、产物选择性的变化如图所示。 已知：或。下列说法不正确的是 A．反应 B．后，不同压强下接近相等的原因为制备过程以反应1为主 C．时，反应2的平衡常数 D．下，的混合气体在催化下反应一段时间达到点的值，延长反应时间可能达到 6．（2024届高考·江苏省苏锡常镇四市·统考一模）采用热分解法脱除沼气中的过程中涉及的主要反应为 反应Ⅰ：   kJ⋅mol 反应Ⅱ：   kJmol 保持100kPa不变，将与按2∶1体积比投料，并用稀释，在不同温度下反应达到平衡时，所得、与的体积分数如题13图所示。下列说法正确的是 A．反应的 kJ⋅mol B．曲线Y代表的是的平衡体积分数 C．高于1050℃时，平衡转化率与平衡转化率的差值随温度升高减小 D．1050℃下反应，增大体系的压强，平衡后H₂的体积分数可能达到0.07 7．（2024届高考·江苏省南通·统考二模）逆水煤气变换反应是一种转化和利用的重要途径，发生的反应有 反应Ⅰ： kJ·mol 反应Ⅱ： kJ⋅mol 反应Ⅲ： 常压下，向密闭容器中投入1 mol 和2 mol ，达平衡时和含碳物质的物质的量随温度的变化如题图所示。下列说法正确的是 A. kJ⋅mol B. 649℃时，反应Ⅰ的平衡常数 C. 其他条件不变，在250℃~900℃范围内，随着温度的升高，平衡时不断增大 D. 800℃时，适当增大体系压强，保持不变 8．（2024届高考·江苏省南京、盐城市·统考二模）利用管状透氧膜反应器实现乙醇-水重整制氢，具有无需额外热源、氧气可协助消除积碳等优点。其主要反应为： 反应Ⅰ： 反应Ⅱ： 反应Ⅲ： 反应Ⅳ： 一定温度下，将一定比例的、、Ar气体通过装有催化剂的管状透氧膜反应器。经计算机仿真模拟，控制，平衡时氢醇比随水醇比、膜管长度的变化如题13图所示。若仅考虑上述反应，下列说法正确的是 A. B. 水醇比为0时，管长度超过10cm后氢醇比下降的原因可能为氧化 C. 水醇比为1、管长度为2cm，若、转化率为100%且，则管状透氧膜透过氧气0.1mol D. 实际生产中，水醇比越大、管长度越短，氢气产率越高 9．（2024届高考·江苏省苏锡常镇·统考二模）利用可实现对石膏中元素的脱除，涉及的主要反应如下： 在、和均为时，若仅考虑上述反应，平衡时各固体物质的物质的量随温度的变化关系如图所示。石膏中元素的脱除效果可用脱硫率表示。下列说法不正确的是 A. 反应的平衡常数 B. 图中曲线表示平衡时固体的物质的量随温度的变化 C. 一定温度下，加入固体或增大体系压强，均可提高平衡时的脱硫率 D. 其他条件不变，下，时，越多，平衡时的脱硫率越高 10．（2024届高考·江苏省南通如皋·二模模拟）苯乙烯是制备高分子的原料．乙苯脱氢制苯乙烯的反应如下： 反应I： 制备过程中会发生如下两个副反应： 反应Ⅱ： 反应Ⅲ： 在下，将质量比为的水蒸气和乙苯在催化剂作用下反应，测得乙苯的转化率、苯乙烯、苯、甲苯的选择性与时间的关系如下图所示． 苯乙烯的选择性 苯的选择性 甲苯的选择性 下列说法不正确的是 A. 曲线a表示乙苯的转化率 B. 时，所得的物质的量逐渐减少 C. 其他条件不变，增大水蒸气与乙苯的质量比，可以提高乙苯的平衡转化率 D. 时，苯乙烯选择性下降的原因之一是反应I生成的促进了反应Ⅲ的进行 11．（2024届高考·江苏省南通海安·二模模拟）肼()是一种含氢量高的燃料。向恒容密闭容器内加入3 mol，一定条件下体系中催化分解存在以下平衡： ．； ．。 不同温度下达到平衡时，均几乎完全分解，分解产物的物质的量如图。 下列说法正确的是 A. 曲线a对应的物质是 B. 低于M点对应温度时，以反应Ⅰ为主 C. 体系中一定不存反应： D. N点时，体系内：为2∶3 12．（2024届高考·江苏省南通市·5月模拟）在催化剂作用下，以、为原料合成，其主要反应有： 反应1 kJ·mol 反应2 kJ·mol 将体积比为1∶1的、混合气体按一定流速通过催化反应管，测得、的转化率随温度变化的关系如图所示。 已知的选择性 下列说法正确的是 A. 图中曲线①表示转化率随温度的变化 B. 720~800℃范围内，随温度的升高，出口处及的量均增大 C. 720~800℃范围内，随温度的升高，的选择性不断增大 D. 其他条件不变，加入或选用高效催化剂，均能提高平衡时产率 13．（2024届高考·江苏前黄高级中学·二模模拟）在50%负载型金属催化作用下，可实现低温下甲烷化。发生的反应有： 反应Ⅰ： 反应Ⅱ： 反应Ⅲ： 将与按照一定流速通过催化氧化管，测得的转化率与的选择性[选择性]随温度变化如图所示。下列说法正确的是 A. 反应Ⅱ的平衡常数可表示为 B. 其他条件不变，增大压强可提高的选择性 C. 其他条件不变，升高温度，出口处甲烷的量一直增大 D. 在X点所示条件下，延长反应时间不能提高的转化率 14．（2024届高考·江苏苏锡常镇·二模模拟）二甲醚是一种极具发展潜力的有机化工产品和洁净燃料。加氢制二甲醚的反应体系中，主要发生的热化学方程式为 反应Ⅰ： 反应Ⅱ： 反应Ⅲ： 在，起始投料时，的平衡转化率及、、的平衡体积分数随温度变化如图所示。下列有关说法正确的是(    ) A. 图中表示 B. 反应Ⅲ中反应物所含化学键的键能之和大于生成物所含化学键的键能之和 C. 温度从上升至时，反应Ⅰ消耗的少于反应Ⅱ生成的 D. 其他条件不变，将压强增大到，可提高平衡时的体积分数 15．(2024·江苏省扬州中学高三下学期月考)用草酸二甲酯 (H3COOCCOOCH3)和氢气为原料制备乙二醇的反应原理如下： H3COOCCOOCH3(g)＋2H2(g)=H3COOCCH2OH(g，乙醇酸甲酯)＋CH3OH(g) ΔH＝-16.3kJ·mol−1 H3COOCH2OH(g)＋2H2(g)=HOCH2CH2OH(g)＋CH3OH(g) ΔH＝-14.8kJ·mol−1 在条件下，将氢气和草酸二甲酯体积比(氢酯比)为80：1的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应管，草酸二甲酯的转化率、产物的选择性与温度的关系如下图所示。产物的选择性。下列说法不正确的是( ) A．曲线I表示草酸二甲酯的转化率随温度的变化 B．其他条件不变，增大压强或升高温度，草酸二甲酯的平衡转化率均增大 C．其他条件不变，在温度范围，随着温度升高，出口处乙醇酸甲酯的量不断增大 D．其他条件不变，在温度范围，随着温度升高，出口处甲醇和乙二醇的物质的量之比逐渐减小且大于2 16．(2023·江苏省百校联考高三第一次考试)CO2催化加氢合成甲醇是重要的碳捕获利用与封存技术，该过程主要发生下列反应： 反应①：CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-49.5kJ•mol-1 反应②：CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g) ΔH=41.2kJ•mol-1 在0.5MPa条件下，将n(CO2)∶n(H2)为1∶3的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应器，实验测得CO2的转化率、CH3OH的选择性[×100%]与温度的关系如图所示。下列有关说法正确的是( ) A．图中曲线②表示CH3OH的选择性随温度的变化 B．一定温度下，增大起始n(CO2)∶n(H2)的比值，可提高H2的平衡转化率 C．升高温度时，CO的选择性降低 D．一定温度下，选用高效催化剂可提高CH3OH的平衡产率 17．(2023·江苏省南通市高三阶段检测)HCOOCH3是一种重要的化工产品，被公认为“万能中间体”。甲醇脱氢法制HCOOCH3是工业上的一种重要方法，具有工艺流程短、原料单一、反应条件温和等优点。其工艺过程涉及如下反应： 反应I： 2CH3OH(g)HCOOCH3(g) + 2H2(g) △H1=+135.4 kJ·mol-1 反应Ⅱ： CH3OH(g)CO(g) + 2H2(g) △H2=+106.0 kJ·mol-1 一定条件下，在容积为10L的恒容密闭容器中通入1.0molCH3OH气体发生上述反应，在不同温度下连续反应4h。测得甲醇的总转化率(α，图中实线表示)和HCOOCH3的选择性(λ，图中虚线表示)随温度变化如图所示。(已知： HCOOCH3的选择性=)，下列说法正确的是( ) A．温度超过553K后，反应I平衡逆向移动 B．553K 下，HCOOCH3的产量为0.1mol C．反应Ⅲ： HCOOCH3(g)2CO(g) + 2H2(g) ΔH3= +76.6kJ·mol-1 D．其他条件不变，随着温度升高，出口处HCOOCH3、H2、CO的量均不断增大 18．(2023·江苏省常州市高三统考)利用CO2—CH4超干法重整制合成气(CO＋H2)，主要反应如下。 反应Ⅰ：CH4(g)＋CO2(g)⇌2CO(g)＋2H2(g)；ΔH1＝＋247 kJ·mol－1。 反应Ⅱ： CH4(g)＋3CO2(g)⇌4CO(g)＋2H2O(g)；ΔH2＝＋330 kJ·mol－1。 反应Ⅲ： CO(g)＋H2O(g)⇌CO2(g)＋H2(g)；ΔH3＝－41 kJ·mol－1。 恒压条件下，n始(CO2)∶n始(CH4)＝3．3时， 若仅考虑上述反应，平衡时CO2、CH4、CO、H2的体积分数和CH4的还原能力随温度的变化如图所示。已知：工业上将干重整反应中CH4的还原能力(MRC)定义为一个CH4分子消耗的CO2分子的数量。数量越大，还原能力越强。下列说法正确的是( ) A．反应Ⅱ的平衡常数为K＝ B．图中曲线X表示平衡时H2的体积分数随温度的变化 C．温度在600～1 000 ℃间，升高温度对反应Ⅰ的影响程度大于反应Ⅱ D．其他条件不变，增大压强或选择合适的催化剂均能提高CO的平衡产率 19．(2023·江苏省苏州市高三统测)乙醇水蒸气重整释氢过程中主要反应的热化学方程式为： 反应Ⅰ：     反应Ⅱ：       反应Ⅲ：       以H2O和C2H5OH为原料气，通过装有催化剂的反应器，反应相同时间，乙醇转化率、、、CO2选择性随温度变化的曲线如图所示。下列说法不正确的是( ) A．向乙醇水蒸气重整反应体系中通入适量O2，可以为重整反应提供热量 B．其他条件不变，升高温度乙醇的平衡转化率增大 C．300～450℃时，随温度升高，H2的产率增大 D．增加原料气中水的比例，可以增大CO 的选择性 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！11 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题八 化学反应速率与化学平衡综合分析 考情概览：解读近年命题思路和内容要求，统计真题考查情况。 2024年真题研析：分析命题特点，探寻常考要点，真题分类精讲。 近年真题精选：分类精选近年真题，把握命题趋势。 必备知识速记：归纳串联解题必备知识，总结易错易混点。 最新模拟探源：精选适量最新模拟题，发掘高考命题之源。 命题解读 考向 考查统计 江苏卷对化学反应速率、化学平衡知识的考查，往往根据工业生产实际，并结合陌生图象，分析投料比、转化率、产率的变化。该类题目信息量较大，综合性较强，能够充分考查学生读图、提取信息、解决问题的能力以及原理分析、规范描述的表达能力，该类题目在高考中常受到命题者的青睐。试题新颖，信息量大的同时，也增大了试题的难度，读懂图形变得更困难。 考向一 化学反应速率与化学平衡综合分析 2024·江苏卷，13 2023·江苏卷，13 2022·江苏卷，13 2021·江苏卷，14 命题分析 试题中涉及的图像已不仅仅是速率与简单的化学平衡，研究体系也已不是单纯的气相体系，往往根据实际工业生产，更多的是研究复杂液相反应体系，坐标参数也不再局限于时间、温度、压强、速率、转化率、百分含量，而是有更多的变量，像物质的量之比、气体分压或离子浓度的对数或负对数等，分析投料比、转化率、产率的变化。预计2025年的高考化学平衡图像的呈现方式变得越来越新颖，主要涉及：盖斯定律，外界条件(包括 温度、催化剂、压强、投料比等)改变对平衡转化率、平衡选择性的影响，非平衡状态如何 提高转化率，反应条件的选择等。多变量图象题是高考考查的一个方向和趋势，它是指在一个图上存在多个变量的图象，多变量的存在，考查了分析推理能力。 试题精讲 考向一 化学反应速率与化学平衡综合分析 1.（2024·江苏卷第13题） 二氧化碳加氢制甲醇的过程中的主要反应(忽略其他副反应)为： ① ② 、下，将一定比例、混合气匀速通过装有催化剂的绝热反应管。装置及L1、L2、L3…位点处(相邻位点距离相同)的气体温度、CO和的体积分数如图所示。下列说法正确的是 A. L4处与L5处反应①的平衡常数K相等 B. 反应②的焓变 C. L6处的的体积分数大于L5处 D. 混合气从起始到通过L1处，CO的生成速率小于的生成速率 【答案】C 【解析】A．L4处与L5处温度不同，故反应①的平衡常数K不相等，A错误； B．由图像可知，L1-L3温度在升高，该装置为绝热装置，反应①为吸热反应，所以反应②为放热反应，ΔH2<0，B错误； C．从L5到L6，甲醇的体积分数逐渐增加，说明反应②在向右进行，反应②消耗 CO，而 CO 体积分数没有明显变化，说明反应①也在向右进行，反应①为气体分子数不变的反应，其向右进行时，n(H2O) 增大，反应②为气体分子数减小的反应，且没有H2O的消耗与生成，故 n总减小而n(H₂O)增加，即H2O的体积分数会增大，故L6处的 H2O的体积分数大于L5处，C正确； D．L1处CO 体积分数大于 CH3OH，说明生成的 CO 的物质的量大于CH3OH，两者反应时间相同，说明CO的生成速率大于 CH3OH的生成速率，D错误； 故选C。 考向一 化学反应方程式的正误判断 1.（2023·江苏卷第13题）二氧化碳加氢制甲烷过程中的主要反应为 在密闭容器中，、时，平衡转化率、在催化剂作用下反应相同时间所测得的实际转化率随温度的变化如题图所示。的选择性可表示为。下列说法正确的是 A. 反应的焓变 B. 的平衡选择性随着温度的升高而增加 C. 用该催化剂催化二氧化碳反应的最佳温度范围约为480~530℃ D. 450℃时，提高的值或增大压强，均能使平衡转化率达到X点的值 【答案】D 【解析】A．由盖斯定律可知反应的焓变，A错误； B．为放热反应，升高温度平衡逆向移动，的含量降低，故的平衡选择性随着温度的升高而降低，B错误； C．由图可知温度范围约为450~550℃时二氧化碳实际转化率趋近于平衡转化率，此时为最适温度，温度继续增加，催化剂活性下降，C错误； D．450℃时，提高的值可提高二氧化碳的平衡转化率，增大压强反应I平衡正向移动，可提高二氧化碳的平衡转化率，均能使平衡转化率达到X点的值，D正确。 故选D。 2.（2022·江苏卷第13题）乙醇-水催化重整可获得。其主要反应为，，在、时，若仅考虑上述反应，平衡时和CO的选择性及的产率随温度的变化如图所示。 CO的选择性，下列说法正确的是 A. 图中曲线①表示平衡时产率随温度的变化 B. 升高温度，平衡时CO的选择性增大 C. 一定温度下，增大可提高乙醇平衡转化率 D. 一定温度下，加入或选用高效催化剂，均能提高平衡时产率 【答案】D 【分析】根据已知反应①，反应②，且反应①的热效应更大，故温度升高的时候对反应①影响更大一些，即CO2选择性增大，同时CO的选择性减小，根据CO的选择性的定义可知③代表CO2的选择性，①代表CO的选择性，②代表H2的产率，以此解题。 【解析】A．由分析可知②代表H2的产率，A错误； B．由分析可知升高温度，平衡时CO的选择性减小，B错误； C．两种物质参加反应增大一种物质的浓度，会降低该物质的平衡转化率，C错误； D．加入与水反应放热，对反应①影响较大，可以增大产率，或者选用对反应①影响较大的高效催化剂，也可以增大产率，D正确； 故选D。 3.（2021·江苏卷第14题） NH3与O2作用分别生成N2、NO、N2O的反应均为放热反应。工业尾气中的NH3可通过催化氧化为N2除去。将一定比例的NH3、O2和N2的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应管，NH3的转化率、生成N2的选择性[100%]与温度的关系如图所示。 下列说法正确的是 A. 其他条件不变，升高温度，NH3的平衡转化率增大 B. 其他条件不变，在175～300 ℃范围，随温度的升高，出口处N2和氮氧化物的量均不断增大 C. 催化氧化除去尾气中的NH3应选择反应温度高于250 ℃ D. 高效除去尾气中的NH3，需研发低温下NH3转化率高和N2选择性高的催化剂 【答案】D 【解析】A．NH3与O2作用分别生成N2、NO、N2O的反应均为放热反应，根据勒夏特列原理，升高温度，平衡向逆反应方向进行，氨气的平衡转化率降低，故A错误； B．根据图像，在175～300 ℃范围，氮气量先增后减，因为转化率低温区升高更快，故B错误； C．根据图像，温度高于250℃ N2的选择率降低，且氨气的转化率变化并不大，浪费能源，根据图像，温度应略小于225℃，此时氨气的转化率、氮气的选择率较大，故C错误； D．氮气对环境无污染，氮的氧化物污染环境，因此高效除去尾气中的NH3，需研发低温下NH3转化率高和N2选择性高的催化剂，故D正确； 答案为D。 一、化学平衡图像题的解题步骤 第一步：识别图象类型。即明确横坐标和纵坐标的含义，理清线和点(平台、折线、拐点等)的关系。 第二步：把握反应特点。即分析可逆反应化学方程式，观察物质的状态、气态物质分子数的变化(正反应是气体分子数增大的反应，还是气体分子数减小的反应)、反应热(正反应是放热反应，还是吸热反应)等。 第三步：联想平衡原理。联想化学反应速率、化学平衡移动原理，特别是影响因素及使用前提条件等。 第四步：数形结合解答。图表与原理整合，逐项分析图表，重点看图表是否符合可逆反应的特点、化学反应速率和化学平衡原理。 二、复杂(竞争、连续)反应图象的解题流程 三、化学反应速率和化学平衡的考查方向如下 (1)条件变量－转化率类曲线图解题策略： 厘清转化率和平衡转化率：一定时间内的转化率(如一定流速下的转化率)取决于化学 反应速率，而平衡转化率是特定条件下(一定浓度、温度、压强)的最大转化率。 (2)平衡常数 K 与温度的关系 温度变化 可逆反应的 ΔH 平衡常数 K 升温 吸热反应， ΔH＞0 增大 降温 减小 升温 放热反应， ΔH＜0 减小 降温 增大 (3)化学平衡与平衡转化率 ①一般转化率和平衡转化率 转化率有未达到平衡时的“一般转化率”和已达到平衡时的“平衡转化率”，在审题时一 定要注意转化率是不是“平衡转化率”。 ②转化率与温度的关系 可逆反应的 ΔH 升高温度 吸热反应，ΔH＞0 未达到平衡时，升温转化率增大 已达到平衡时，升温平衡转化率增大 放热反应，ΔH＜0 未达到平衡时，升温转化率增大 已达到平衡时，升温平衡转化率减小 (4)有关多重平衡及选择性的问题：在多重平衡中，几个可逆反应是相互影响的。 ①如果主反应的生成物又与主反应的某一反应物发生另一个可逆反应，那么该反应物的平 衡转化率就会增大。 ②在一定温度下，特定的混合体系，多重平衡选择性为定值。因为平衡常数不变，催化剂 的选用与品种无关。催化剂不能提高某一物质的平衡转化率。 ③如果在同一条件下，两个物质同时可以发生几个可逆反应，那么催化剂的选用就可以使 其中某一反应的选择性提高(如 2021·江苏卷 14 题) 。 ④多重平衡体系中随着温度的升高，如果两个物质的选择之和等于 100%，那么两者的选 择性变化曲线呈镜像对称(如 2022·江苏卷 13 题) 。 四、多重因素对产物选择性的影响分析 1.如果主反应的生成物又与主反应的某一反应物发生另一个可逆反应,那么该反应物的平衡转化率就会增大。 2.在一定温度下,特定的混合体系,多重平衡选择性为定值。因为平衡常数不变,催化剂的选用与品种无关。催化剂不能提高某一物质的平衡转化率。 3.如果在同一条件下,两种物质可以同时发生几个可逆反应,那么催化剂的选用就可以使其中某一反应的选择性提高。 4.多重平衡体系中随着温度的升高,如果两种物质的选择性之和等于100%,那么两者的选择性变化曲线呈镜像对称。 五、多因素影响化学反应速率图像分析 1.影响反应速率的主要因素:浓度、温度、压强、催化剂的活性、接触面积、原电池原理、副反应等。 如,H2O2在催化剂α-FeOOH的表面分解产生·OH,·OH较H2O2和O2更易与烟气中的NO、SO2发生反应。当H2O2浓度一定时,NO的脱除效率与温度的关系如图所示。升温至80 ℃以上,大量汽化的H2O2能使NO的脱除效率显著提高的原因是H2O2与催化剂的接触更好,产生更多的·OH,·OH浓度增大,与NO混合更充分,温度高于180 ℃,NO的脱除效率降低的原因是180 ℃以后,·OH分解成O2和H2O,NO的脱除效率下降。 2.随着时间的推移,反应物浓度减小,反应速率减小。 如,向绝热恒容密闭容器中通入SO2和NO2,一定条件下使反应SO2(g)+NO2(g)SO3(g)+NO(g)达到平衡,正反应速率(v正)随时间变化如图所示。正反应速率先增大后减小的原因是反应放热,在绝热容器中反应使温度升高,v正增大,b点后,温度上升已不明显,反应物浓度降低,导致v正减小。 3.催化剂有活性温度范围,温度太低时,催化剂的活性很小,反应速率很慢,随温度升高,反应速率逐渐增大,温度过高又会影响催化剂的活性。 如,以TiO2/Cu2Al2O4为催化剂,可以将CO2和CH4直接转化为乙酸。在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率的关系如图所示。在温度为250 ℃时,催化剂的活性最好,效率最高。250~400 ℃时,催化剂效率下降是影响乙酸生成速率的主要原因;300~400 ℃时,温度升高是影响乙酸生成速率的主要原因。 六.催化剂与活化能、焓变和平衡转化率 1、催化剂 (1)一般我们所说的催化剂都是正催化剂。催化剂能改变反应的历程,降低反应的活化能,使更多的分子变为活化分子,即提高活化分子的百分数,所以催化剂使反应速率大大增加。但是,催化剂不能改变反应的焓变(图中E1表示正反应的活化能,E2表示逆反应的活化能。该反应为放热反应,正反应的活化能小于逆反应的活化能)。 图中:E1为正反应的活化能,E2为逆反应的活化能,使用催化剂时的活化能为E3,反应热为E1-E2。 (2)一个反应若是可逆反应,如果对正反应是一个良好的催化剂,那么对逆反应来说也是一个良好的催化剂。也就是说,催化剂能同时增大正、逆反应的速率,能缩短到达平衡的时间。但是,要特别注意的是催化剂不能改变同一条件下可逆反应的平衡转化率,催化剂不能使化学平衡发生移动。 2.不同催化剂的催化效率的比较 (1)通过比较几种不同的催化剂的催化效率:选择在较低温度下催化效率高的催化剂;选择催化效率高且不易失活的催化剂。 如,在相同条件下,在甲、乙两种催化剂作用下进行下列反应。 主反应:4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g) 副反应:4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) 由图可知,催化剂乙在低温下具有很强的催化活性,故选择催化剂乙。图中M点(对应温度为210 ℃)NO的转化率低于同温度下乙作催化剂时的转化率,所以M点一定不是该温度下的平衡转化率。 (2)用不同催化剂的催化产率曲线来比较催化效率的大小:可在规定的区域内作垂线。 如,利用光能和光催化剂,可将CO2和H2O(g)转化为CH4和O2。紫外光照射时,在不同催化剂(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)作用下,CH4产量随光照时间的变化如图所示。 在0~15 h内,CH4的平均生成速率Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ从大到小的顺序的确定方法:选择横坐标在0~15 h内一点作横轴的垂线,则CH4产量越高,CH4平均生成速率越大,故速率:Ⅱ>Ⅲ>Ⅰ。 3.催化剂的活性与温度 催化剂的活性与温度的一般规律:随着温度升高,催化剂的催化活性会增加。但是往往会出现拐点,即到达一定的温度之后,温度增加,催化剂的活性下降。 如,在有氧条件下,新型催化剂M能催化NH3与NOx反应生成N2。将一定比例的O2、NH3和NOx的混合气体,匀速通入装有催化剂M的反应器中反应(装置见图1)。 图1 图2 反应相同时间NOx的去除率随反应温度的变化曲线如图2所示,由图像知: (1)反应在50~250 ℃范围内,随着温度的升高,NOx的去除率先迅速上升,在此阶段催化剂活性随温度升高而增大,与温度升高共同使NOx去除反应速率迅速增大。 (2)反应在250~380 ℃上升缓慢,在该温度范围内,催化剂的活性变化不大,此阶段主要是因温度升高引起的NOx去除反应速率增大。 (3)反应温度高于380 ℃时,NOx的去除率迅速下降,在此阶段可能是因催化剂活性下降,NH3与O2反应生成了NO。 1．（2024届高考·江苏省南京市、盐城市·统考一模）乙醇-水催化重整可获得。其主要反应为        在密闭容器中，、起始时，若仅考虑上述反应，平衡时的体积分数随温度的变化如题图所示。下列说法正确的是 A．一定温度下，增大可提高乙醇平衡转化率 B．反应的 C．研发高效催化剂可提高的平衡产率 D．控制反应的最佳温度约为 【答案】D 【解析】A．，增大，相当于减少H2O的投入，平衡逆向移动，乙醇平衡转化率减小，故A错误； B．已知①   ，② ，所以反应可为②-①，，故B错误； C．催化剂不影响平衡的移动，故C错误； D．由图可知，温度在约为时，H2的物质的体积分数最大，而且温度继续升高变化不大，所以反应的最佳温度约为，故D正确； 故答案选D。 2．（2024届高考·江苏省连云港市·统考一模）二氧化碳加氢制甲醇过程中的主要反应为       在密闭容器中，起始时，分别在、条件下测得平衡时甲醇的物质的量分数与压强、甲醇的物质的量分数与温度的关系如图所示。 下列说法正确的是 A．反应的焓变 B．在、条件下，平衡时甲醇的物质的量分数为0.10 C．当甲醇的物质的量分数为0.03时，的平衡转化率为 D．其他条件相同，高压和低温可以提高的平衡产率 【答案】D 【解析】A．根据盖斯定律，①  ，②  ，将反应①+②整理可得： ，A不符合题意； B．b为等压线，曲线a为等温线，升高温度平衡逆向移动，在、条件下平衡时甲醇的物质的量分数为0.10，那么在、条件下，平衡时甲醇的物质的量分数为应该小于0.10，B不符合题意； C．没有给出指定的温度与压强，不能计算的平衡转化率，C不符合题意；     D．根据A选项可知为放热反应，要提高由CH3OH的产率，需要平衡正向移动，根据平衡移动原理可知反应应该在低温高压下进行，D符合题意； 故选D。 3．（2024届高考·江苏省南通市·统考一模）催化重整可获得合成气。重整过程中主要反应的热化学方程式为 反应① 反应② 反应③ 反应④ 研究发现在密闭容器中下，，平衡时各含碳物种的物质的量随温度的变化如图所示。下列说法正确的是 A．图中a表示 B．的 C．其他条件不变，在范围，随着温度的升高，平衡时不断增大 D．当，其他条件不变时，提高的值，能减少平衡时积碳量 【答案】D 【解析】A．根据图可知，温度升高，a的物质的量增大，根据反应①和③可知，温度升高，平衡正向移动，CH4减小，所以a一定不是CH4，A错误； B．通过反应②＋④得到，所以的ΔH=+131kJ⋅mol−1，B错误； C．根据反应为吸热反应，其他条件不变，在500∼1000℃范围，随着温度的升高，平衡正向移动，n(H2O)不断减小，C错误； D．当n始(CO2)+n始(CH4)=1mol，其他条件不变时，提高的值，二氧化碳物质的量增大，甲烷物质的量减小，平衡③④逆向移动，消耗C，能减少平衡时积碳量，D正确； 故选D。 4．（2024届高考·江苏省南通市如皋市·统考一模）利用和反应生成的过程中主要涉及的反应如下： 反应Ⅰ   反应Ⅱ   向密闭容器中充入一定量和发生上述反应，保持温度和容器体积一定，平衡时和的转化率、和的产率及随起始的变化情况如下图所示。 [的产率的选择性]。 下列说法不正确的是 A．当容器内气体总压强保持不变时，反应Ⅰ、Ⅱ均达到平衡状态 B．曲线表示的产率随的变化 C．，反应达平衡时，的选择性为 D．随着增大，的选择性先增大后减小 【答案】D 【分析】反应Ⅰ、Ⅱ的总反应为：2CO(g)+2H2(g)=CH4(g)+CO2(g)，起始越大，反应正向进行程度越大，CO转化率越大，直到接近100%，而H2的转化率减小，则曲线a表示CO的转化率，曲线b表示H2的转化率；同时随着起始的增大，CH4的产率也逐渐增大，因生成的CO2与H2会发生反应，导致CO2产率先增大后减小，则曲线c表示CH4的产率，曲线d表示CO2的产率，据此解答。 【解析】A．反应Ⅰ、Ⅱ的总反应为：2CO(g)+2H2(g)=CH4(g)+CO2(g)，该反应气体分子数减少，当容积固定的密闭容器内气体总压强保持不变时，气体分子总数也不变，说明反应Ⅰ、Ⅱ均达到平衡状态，A正确； B．由分析可知，曲线c表示CH4的产率随的变化，B正确； C．反应Ⅰ、Ⅱ的总反应为：2CO(g)+2H2(g)=CH4(g)+CO2(g)，当时，CO过量，生成物n(CH4)=n(CO2)，则CH4的选择性为50%，C正确； D．曲线c、d分别表示CH4、CO2的产率，由图可知，随着增大，CH4和CO2产率的比值逐渐增大，导致  一直减小，即CO2的选择性一直减小，D错误； 故选D。 5．（2024届高考·江苏省南京市、盐城市·统考一模）可作大型船舶的绿色燃料。工业上用制备的原理如下： 反应1： 反应2： 分别在下，将的混合气体置于密闭容器中，若仅考虑上述反应，不同温度下反应体系达到平衡时，转化率、产物选择性的变化如图所示。 已知：或。下列说法不正确的是 A．反应 B．后，不同压强下接近相等的原因为制备过程以反应1为主 C．时，反应2的平衡常数 D．下，的混合气体在催化下反应一段时间达到点的值，延长反应时间可能达到 【答案】B 【解析】A．气态转化为气态会放出热量，放热反应的焓变小于0，故反应，A正确； B．反应1是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，减小，反应2是吸热反应，升高温度，平衡正向移动，增大，后，不同压强下接近相等的原因为制备过程以反应2为主，B错误； C．由图可知，250℃、3MPa时下生成CH3OH、CO的选择性(S)均为50%，平衡时CO2的转化率为20%，设n起始(CO2)=1mol，n起始(H2)=3mol，则平衡时CO2的转化量为，生成，建立三段式： ，，设体积为V，则此时反应2的平衡常数，C正确； D．下，的混合气体在催化下反应一段时间达到点的值，由于反应未达到平衡，平衡正向移动，故延长反应时间可能达到，D正确； 故选B。 6．（2024届高考·江苏省苏锡常镇四市·统考一模）采用热分解法脱除沼气中的过程中涉及的主要反应为 反应Ⅰ：   kJ⋅mol 反应Ⅱ：   kJmol 保持100kPa不变，将与按2∶1体积比投料，并用稀释，在不同温度下反应达到平衡时，所得、与的体积分数如题13图所示。下列说法正确的是 A．反应的 kJ⋅mol B．曲线Y代表的是的平衡体积分数 C．高于1050℃时，平衡转化率与平衡转化率的差值随温度升高减小 D．1050℃下反应，增大体系的压强，平衡后H₂的体积分数可能达到0.07 【答案】C 【分析】根据反应Ⅰ和反应Ⅱ，利用盖斯定律可得： kJ⋅mol，将与按2∶1体积比投料，并用稀释，在不同温度下反应达到平衡时，由于是反应Ⅰ的生成物同时又是反应Ⅱ的反应物，因此曲线Y是。950℃-1050℃时，以反应Ⅰ为主，随着温度升高，反应Ⅰ速率大于反应Ⅱ，所以的体积分数会增大，1050℃-1150℃之间，反应Ⅱ速率增大的幅度大于反应Ⅰ，的体积分数会减小。根据方程式中的数量关系，曲线Z为，曲线X为。 【解析】A．根据反应Ⅰ和反应Ⅱ，利用盖斯定律可得： kJ⋅mol，A错误； B．由分析可知曲线Y代表的是的平衡体积分数，B错误； C．1050℃-1150℃之间，与的体积分数差值越来越小，所以平衡转化率与平衡转化率的差值随温度升高减小，C正确； D．1050℃下反应，反应Ⅰ和反应Ⅱ都是气体体积增大的反应，增大体系的压强，平衡会逆向移动，平衡后H₂的体积分数小于0.07，D错误； 故选C。 7．（2024届高考·江苏省南通·统考二模）逆水煤气变换反应是一种转化和利用的重要途径，发生的反应有 反应Ⅰ： kJ·mol 反应Ⅱ： kJ⋅mol 反应Ⅲ： 常压下，向密闭容器中投入1 mol 和2 mol ，达平衡时和含碳物质的物质的量随温度的变化如题图所示。下列说法正确的是 A. kJ⋅mol B. 649℃时，反应Ⅰ的平衡常数 C. 其他条件不变，在250℃~900℃范围内，随着温度的升高，平衡时不断增大 D. 800℃时，适当增大体系压强，保持不变 【答案】D 【解析】A．根据盖斯定律，反应Ⅲ=反应Ⅱ－反应Ⅰ，则，A错误； B．温度升高，反应Ⅰ正向移动，反应Ⅱ和Ⅲ逆向移动，可知c线为CO，a为CO2，b为CH4，649℃时，反应平衡时，转换为氢气为0.8mol，生成的H2O小于0.8mol，，平衡常数：，B错误； C．由图像可知，250℃~649℃范围内，随着温度的升高，平衡时增大，平衡逆向移动，则平衡时不断减小；649℃~900℃范围内，随着温度的升高，平衡时减小，平衡正向移动，则平衡时不断增大，C错误； D．高温时反应I进行程度很大，反应II、III程度很小，CH4含量很少，平衡不受压强影响，适当增大体系压强，保持不变，D正确； 答案选D。 8．（2024届高考·江苏省南京、盐城市·统考二模）利用管状透氧膜反应器实现乙醇-水重整制氢，具有无需额外热源、氧气可协助消除积碳等优点。其主要反应为： 反应Ⅰ： 反应Ⅱ： 反应Ⅲ： 反应Ⅳ： 一定温度下，将一定比例的、、Ar气体通过装有催化剂的管状透氧膜反应器。经计算机仿真模拟，控制，平衡时氢醇比随水醇比、膜管长度的变化如题13图所示。若仅考虑上述反应，下列说法正确的是 A. B. 水醇比为0时，管长度超过10cm后氢醇比下降的原因可能为氧化 C. 水醇比为1、管长度为2cm，若、转化率为100%且，则管状透氧膜透过氧气0.1mol D. 实际生产中，水醇比越大、管长度越短，氢气产率越高 【答案】B 【解析】A根据盖斯定律，，A错误； B．水醇比为0时，发生反应Ⅱ：，管状透氧膜长度越长，与氧气接触越多，氢醇比下降的原因可能为氧化，B正确； C．，水醇比为1，n投料(H2O)=1mol，由图可知，平衡时氢醇比=3.6，生成的，根据H守恒，平衡时H2O为mol=0.4mol，=9，根据C守恒，n生成(CO)=1.8mol、n生成(CO2)=0.2mol，根据O守恒，则管状透氧膜透过氧气0.3mol ，C错误； D．实际生产中需要实现题干中要求的无需热源，需要一定的氧气供热实现自热，水醇比越大会挤占氧气参与反应导致氢气产率降低；管长度减少易反应不充分，也会导致氢气产率降低，D错误； 故选B。 9．（2024届高考·江苏省苏锡常镇·统考二模）利用可实现对石膏中元素的脱除，涉及的主要反应如下： 在、和均为时，若仅考虑上述反应，平衡时各固体物质的物质的量随温度的变化关系如图所示。石膏中元素的脱除效果可用脱硫率表示。下列说法不正确的是 A. 反应的平衡常数 B. 图中曲线表示平衡时固体的物质的量随温度的变化 C. 一定温度下，加入固体或增大体系压强，均可提高平衡时的脱硫率 D. 其他条件不变，下，时，越多，平衡时的脱硫率越高 【答案】CD 【分析】设反应①： ，反应②： ，反应①是吸热反应，反应②是放热反应，随着温度的升高，反应①正向移动，反应②逆向移动，则Z代表CaO含量的变化，再结合变化趋势可知X为CaSO4含量的变化，Y为CaS含量的变化； 【解析】A．反应①，，反应② ，则按盖斯定律，反应=4①-②，则，故A正确； B．据分析，X为CaSO4含量的变化，故B正确； C．一定温度下，加入氢氧化钠固体，消耗二氧化硫，促进硫元素的脱除；温度不变时平衡常数不变，结合选项A可知，不变，则温度不变增大压强时二氧化硫的平衡浓度不变，通过压缩容器增压时，平衡时二氧化硫的物质的量减小，按信息脱硫率减小，或：增压时反应①逆向移动，导致氢气和水蒸气浓度发生变化使反应②右移，但反应②中CaS仍留在固体中，故增压不利于硫元素的脱除，故C错误； D．结合选项C可知，其他条件不变，下若温度不变时二氧化硫的平衡浓度不变，二氧化硫的物质的量不变，则时，越多，也不会影响脱硫率，故D错误。 故选CD。 10．（2024届高考·江苏省南通如皋·二模模拟）苯乙烯是制备高分子的原料．乙苯脱氢制苯乙烯的反应如下： 反应I： 制备过程中会发生如下两个副反应： 反应Ⅱ： 反应Ⅲ： 在下，将质量比为的水蒸气和乙苯在催化剂作用下反应，测得乙苯的转化率、苯乙烯、苯、甲苯的选择性与时间的关系如下图所示． 苯乙烯的选择性 苯的选择性 甲苯的选择性 下列说法不正确的是 A. 曲线a表示乙苯的转化率 B. 时，所得的物质的量逐渐减少 C. 其他条件不变，增大水蒸气与乙苯的质量比，可以提高乙苯的平衡转化率 D. 时，苯乙烯选择性下降的原因之一是反应I生成的促进了反应Ⅲ的进行 【答案】B 【分析】苯乙烯是主反应产物，选择性最大，随着反应的进行，主反应生成的氢气促使副反应Ⅲ正向移动，使得甲苯的选择性大于苯的选择性，乙苯转化率增大，曲线a表示乙苯的转化率，b为甲苯选择性，据此回答。 【解析】A．根据分析可知，曲线a表示乙苯的转化率，A正确； B．主反应Ⅰ生成氢气，反应Ⅲ消耗氢气，反应Ⅰ生成的氢气用于反应Ⅲ，氢气的物质的量应为先增大后减小，而不是一直减小，B错误； C．其他条件不变，恒压条件下，增大水蒸气与乙苯的质量比，相当于减小压强，乙苯的平衡转化率增大，C正确； D．根据分析可知，t1~t4时，苯乙烯选择性下降的原因之一是反应I生成的H2促进了反应Ⅲ的进行，D正确； 故选B。 11．（2024届高考·江苏省南通海安·二模模拟）肼()是一种含氢量高的燃料。向恒容密闭容器内加入3 mol，一定条件下体系中催化分解存在以下平衡： ．； ．。 不同温度下达到平衡时，均几乎完全分解，分解产物的物质的量如图。 下列说法正确的是 A. 曲线a对应的物质是 B. 低于M点对应温度时，以反应Ⅰ为主 C. 体系中一定不存反应： D. N点时，体系内：为2∶3 【答案】D 【解析】A．图中为分解产物的物质的量，当温度升高时，NH3趋于0，此时以反应Ⅰ为主，根据反应可知，曲线a对应的物质是H2，故A错误； B．低于M点对应温度时，NH3含量最高，以反应Ⅱ为主，故B错误； C．由图可知，不同温度下达到平衡时，均几乎完全分解，温度升高时，NH3趋于0，所以体系中还存在，故C错误； D．由图可知，N点时，，由H元素守恒知，，体系内为2：3，故D正确； 故答案选D。 12．（2024届高考·江苏省南通市·5月模拟）在催化剂作用下，以、为原料合成，其主要反应有： 反应1 kJ·mol 反应2 kJ·mol 将体积比为1∶1的、混合气体按一定流速通过催化反应管，测得、的转化率随温度变化的关系如图所示。 已知的选择性 下列说法正确的是 A. 图中曲线①表示转化率随温度的变化 B. 720~800℃范围内，随温度的升高，出口处及的量均增大 C. 720~800℃范围内，随温度的升高，的选择性不断增大 D. 其他条件不变，加入或选用高效催化剂，均能提高平衡时产率 【答案】B 【分析】将体积比为1∶1的、混合气体按一定流速通过催化反应管，其主要反应有：、，则的转化率应该大于的转化率，图中曲线①表示转化率随温度的变化，曲线②表示的转化率，以此解答。 【解析】A．由分析可知，图中曲线①表示转化率随温度的变化，故A错误； B．720~800℃范围内，随温度的升高，、的转化率都增大，则生成、的物质的量增大，出口处及的量均增大，故B正确； C．720~800℃范围内，随温度的升高，、的转化率都增大，但的转化率程度大于，说明反应2正向进行的程度增大大于反应1，的选择性不断减小，故C错误； D．催化剂虽然不能改变平衡转化率，但是催化剂有选择性，可以提升目标产物的产率；CaO会吸收水和二氧化碳，但是无法判断平衡如何移动，因此不能判断平衡时C2H4的产率如何变化，故D错误； 故选B。 13．（2024届高考·江苏前黄高级中学·二模模拟）在50%负载型金属催化作用下，可实现低温下甲烷化。发生的反应有： 反应Ⅰ： 反应Ⅱ： 反应Ⅲ： 将与按照一定流速通过催化氧化管，测得的转化率与的选择性[选择性]随温度变化如图所示。下列说法正确的是 A. 反应Ⅱ的平衡常数可表示为 B. 其他条件不变，增大压强可提高的选择性 C. 其他条件不变，升高温度，出口处甲烷的量一直增大 D. 在X点所示条件下，延长反应时间不能提高的转化率 【答案】B 【解析】A．反应Ⅱ的平衡常数可表示为，故A错误； B．反应Ⅰ为气体体积不变的反应，增大压强，平衡不移动，反应Ⅱ正向气体分子数减小，增大压强，平衡正向移动，CH4的选择性提高，故B正确； C．生成甲烷的反应Ⅱ和Ⅲ正向均为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，出口处甲烷的量减小，故C错误； D．由图可知，在X点二氧化碳的转化率未达到最大值，说明此时反应未达到平衡，延长反应时间，反应达到平衡，二氧化碳的转化率增大，故D错误； 故选：B。 14．（2024届高考·江苏苏锡常镇·二模模拟）二甲醚是一种极具发展潜力的有机化工产品和洁净燃料。加氢制二甲醚的反应体系中，主要发生的热化学方程式为 反应Ⅰ： 反应Ⅱ： 反应Ⅲ： 在，起始投料时，的平衡转化率及、、的平衡体积分数随温度变化如图所示。下列有关说法正确的是(    ) A. 图中表示 B. 反应Ⅲ中反应物所含化学键的键能之和大于生成物所含化学键的键能之和 C. 温度从上升至时，反应Ⅰ消耗的少于反应Ⅱ生成的 D. 其他条件不变，将压强增大到，可提高平衡时的体积分数 【答案】  【解析】A.反应Ⅰ为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，则的体积分数增大，则图中表示，故A错误； B.反应物键能总和生成物键能总和，反应Ⅲ为放热反应，则反应Ⅲ中反应物所含化学键的键能之和小于生成物所含化学键的键能之和，故B错误； C.由图可知，温度从上升至时，的平衡转化率增大，说明反应Ⅰ消耗的量大于反应Ⅱ生成的量，故C错误； D.反应Ⅰ为气体体积不变的反应，其他条件不变，将压强增大到，反应Ⅰ不移动，而反应Ⅱ为气体体积减小的反应，将压强增大到，平衡正向移动，甲醇的浓度增大，而甲醇又是反应Ⅲ的反应物，导致反应Ⅲ正向移动，可提高平衡时的体积分数，故D正确； 故选：。 15．(2024·江苏省扬州中学高三下学期月考)用草酸二甲酯 (H3COOCCOOCH3)和氢气为原料制备乙二醇的反应原理如下： H3COOCCOOCH3(g)＋2H2(g)=H3COOCCH2OH(g，乙醇酸甲酯)＋CH3OH(g) ΔH＝-16.3kJ·mol−1 H3COOCH2OH(g)＋2H2(g)=HOCH2CH2OH(g)＋CH3OH(g) ΔH＝-14.8kJ·mol−1 在条件下，将氢气和草酸二甲酯体积比(氢酯比)为80：1的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应管，草酸二甲酯的转化率、产物的选择性与温度的关系如下图所示。产物的选择性。下列说法不正确的是( ) A．曲线I表示草酸二甲酯的转化率随温度的变化 B．其他条件不变，增大压强或升高温度，草酸二甲酯的平衡转化率均增大 C．其他条件不变，在温度范围，随着温度升高，出口处乙醇酸甲酯的量不断增大 D．其他条件不变，在温度范围，随着温度升高，出口处甲醇和乙二醇的物质的量之比逐渐减小且大于2 【答案】B 【解析】A项， 当曲线乙醇酸甲酯选择性为50%时，曲线Ⅱ对应的选择性恰好为50%，而乙二醇的选择性此时应为50%，故曲线Ⅱ表示乙二醇的选择性随温度的变化，则曲线I表示草酸二甲酯的转化率随温度的变化，故A正确；B项，两个反应△H均小于0，即两反应均为放热反应，当升高温度时，平衡向逆反应方向移动，草酸二甲酯的平衡转化率减小，故B说法错误；C项，由图可知，在190-195℃温度范围，随着温度升高，草酸二甲酯的转化率升高，乙醇酸甲酯的选择性几乎不变，故出口乙醇酸甲酯的量会不断增多，故C说法正确；D项，在190-210℃温度范围，随着温度升高，由图可知，草酸二甲酯的转化率不断增大，乙二醇的选择性不断增大，出口处的值减小且大于2，故D正确；故选B。 16．(2023·江苏省百校联考高三第一次考试)CO2催化加氢合成甲醇是重要的碳捕获利用与封存技术，该过程主要发生下列反应： 反应①：CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-49.5kJ•mol-1 反应②：CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g) ΔH=41.2kJ•mol-1 在0.5MPa条件下，将n(CO2)∶n(H2)为1∶3的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应器，实验测得CO2的转化率、CH3OH的选择性[×100%]与温度的关系如图所示。下列有关说法正确的是( ) A．图中曲线②表示CH3OH的选择性随温度的变化 B．一定温度下，增大起始n(CO2)∶n(H2)的比值，可提高H2的平衡转化率 C．升高温度时，CO的选择性降低 D．一定温度下，选用高效催化剂可提高CH3OH的平衡产率 【答案】B 【解析】A项，反应①为放热反应，升高温度后平衡逆向移动，CH3OH的选择性降低；反应②为吸热反应，平衡正向移动生成CO，CH3OH的选择性也降低，所以升高温度之后，CH3OH的总的选择性降低，曲线①表示CH3OH的选择性随温度的变化，A错误；B项，一定温度下，增大n(CO2)∶n(H2)的比值，平衡正向移动，氢气的转化率提高，B正确；C项，升高温度，反应反应②为吸热反应，平衡正向移动生成CO，CO的选择性升高，C错误；D项，选用催化剂只能改变反应堆速率，不能改变转化率，D错误；故选B。 17．(2023·江苏省南通市高三阶段检测)HCOOCH3是一种重要的化工产品，被公认为“万能中间体”。甲醇脱氢法制HCOOCH3是工业上的一种重要方法，具有工艺流程短、原料单一、反应条件温和等优点。其工艺过程涉及如下反应： 反应I： 2CH3OH(g)HCOOCH3(g) + 2H2(g) △H1=+135.4 kJ·mol-1 反应Ⅱ： CH3OH(g)CO(g) + 2H2(g) △H2=+106.0 kJ·mol-1 一定条件下，在容积为10L的恒容密闭容器中通入1.0molCH3OH气体发生上述反应，在不同温度下连续反应4h。测得甲醇的总转化率(α，图中实线表示)和HCOOCH3的选择性(λ，图中虚线表示)随温度变化如图所示。(已知： HCOOCH3的选择性=)，下列说法正确的是( ) A．温度超过553K后，反应I平衡逆向移动 B．553K 下，HCOOCH3的产量为0.1mol C．反应Ⅲ： HCOOCH3(g)2CO(g) + 2H2(g) ΔH3= +76.6kJ·mol-1 D．其他条件不变，随着温度升高，出口处HCOOCH3、H2、CO的量均不断增大 【答案】C 【解析】A项，反应I为吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，故A错误；B项，由图可知，553K 下，甲醇的总转化率为20.0%、甲酸甲酯的选择性为50.0%，由公式可知，甲酸甲酯的物质的量为=0.05mol，故B错误；C项，由盖斯定律可知，反应Ⅱ×2—反应I得到反应Ⅲ：HCOOCH3(g)2CO(g) + 2H2(g)，则ΔH3=(+106.0 kJ·mol-1)×2—(+135.4 kJ·mol-1) =+76.6kJ·mol-1，故C正确；D项，由图可知，温度超过553K后，甲酸甲酯的选择性降低，出口处甲酸甲酯的量减小，故D错误；故选C。 18．(2023·江苏省常州市高三统考)利用CO2—CH4超干法重整制合成气(CO＋H2)，主要反应如下。 反应Ⅰ：CH4(g)＋CO2(g)⇌2CO(g)＋2H2(g)；ΔH1＝＋247 kJ·mol－1。 反应Ⅱ： CH4(g)＋3CO2(g)⇌4CO(g)＋2H2O(g)；ΔH2＝＋330 kJ·mol－1。 反应Ⅲ： CO(g)＋H2O(g)⇌CO2(g)＋H2(g)；ΔH3＝－41 kJ·mol－1。 恒压条件下，n始(CO2)∶n始(CH4)＝3．3时， 若仅考虑上述反应，平衡时CO2、CH4、CO、H2的体积分数和CH4的还原能力随温度的变化如图所示。已知：工业上将干重整反应中CH4的还原能力(MRC)定义为一个CH4分子消耗的CO2分子的数量。数量越大，还原能力越强。下列说法正确的是( ) A．反应Ⅱ的平衡常数为K＝ B．图中曲线X表示平衡时H2的体积分数随温度的变化 C．温度在600～1 000 ℃间，升高温度对反应Ⅰ的影响程度大于反应Ⅱ D．其他条件不变，增大压强或选择合适的催化剂均能提高CO的平衡产率 【答案】B 【解析】反应I中一个CH4分子消耗一个CO2分子，反应II中一个CH4分子消耗三个CO2分子；低于600℃，随着温度的升高CH4的还原能力减小，说明此过程中升高温度对反应I的影响大于反应II；温度在600~1000℃之间，随着温度的升高CH4的还原能力增大，说明此过程中升高温度对反应I的影响小于反应II。A项，反应CH4(g)＋3CO2(g)⇌4CO(g)＋2H2O(g)的平衡常数K=，A项错误；B项，升高温度，反应I、II都正向移动，反应III逆向移动，CH4、CO2的平衡体积分数随温度升高而减小，CO的平衡体积分数随温度升高而增大，结合分析和反应的特点，低于600℃，升高温度对反应I的影响大于反应III，随温度升高H2的平衡体积分数增大，温度在600~1000℃之间，升高温度对反应I的影响小于反应III，随温度升高H2的平衡体积分数减小，故图中曲线X表示平衡时H2的体积分数随温度的变化，B项正确；C项，反应I中一个CH4分子消耗一个CO2分子，反应II中一个CH4分子消耗三个CO2分子，温度在600~1000℃，随着温度的升高CH4的还原能力增强，结合CH4还原能力的定义，温度在600~1000℃，升高温度对反应I的影响小于反应II，C项错误；D项，其他条件不变，增大压强，反应I、II都逆向移动，CO的平衡产率减小，选择合适的催化剂，平衡不移动，CO的平衡产率不变，D项错误；故选B。 19．(2023·江苏省苏州市高三统测)乙醇水蒸气重整释氢过程中主要反应的热化学方程式为： 反应Ⅰ：     反应Ⅱ：       反应Ⅲ：       以H2O和C2H5OH为原料气，通过装有催化剂的反应器，反应相同时间，乙醇转化率、、、CO2选择性随温度变化的曲线如图所示。下列说法不正确的是( ) A．向乙醇水蒸气重整反应体系中通入适量O2，可以为重整反应提供热量 B．其他条件不变，升高温度乙醇的平衡转化率增大 C．300～450℃时，随温度升高，H2的产率增大 D．增加原料气中水的比例，可以增大CO 的选择性 【答案】D 【解析】A项，向乙醇水蒸气重整反应体系中通入适量O2，乙醇可以和氧气反应放出热量，从而为重整反应提供热量，A正确；B项，根据题给信息可知，乙醇水蒸气重整释氢过程中涉及的反应为吸热反应，故升温后平衡正向移动，平衡转化率增大，B正确；C项，由图可知，300～450℃时，随温度升高一氧化碳和甲烷的选择性降低，此时主要发生反应I，H2的产率增大，C正确；D项，增加原料气中水的比例，则反应I进行的较多，不利于生成一氧化碳，D错误；故选D。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！11 学科网（北京）股份有限公司 $$