第8单元 第31讲 化学反应速率与平衡图像分析(Word练习)-【高考快车道】2026年高考化学大一轮专题复习总复习

第31讲　化学反应速率与平衡图像分析 考点一　化学平衡基本图像 1.[2025·湖北新高考协作体联考] 一定条件下,在恒容密闭容器中发生反应4NH3(g)+6NO(g)5N2(g)+6H2O(g)　ΔH<0,并建立平衡,在t1和t3时分别改变一个条件,在t2和t4时反应达到新的平衡状态。图甲是正反应速率随时间变化的图像,图乙是NO的浓度随时间变化的图像,下列说法错误的是(　) 甲 　　　　　　　　　乙 A.t1时改变的条件是减小生成物浓度 B.t3时正、逆反应速率均增大 C.t3时改变的条件可能是加压或升温 D.t4时的平衡常数小于t1时的平衡常数 2. 有关下列图像的分析正确的是 (　) 甲　　　　　　　　　乙 丙　　　　　　　　　丁 A.图甲所示图中的阴影部分面积的含义是某物质的物质的量的变化量 B.图乙表示在N2+3H22NH3达到平衡后,减少NH3浓度时速率的变化 C.图丙表示铝片与稀硫酸反应的速率随反应时间变化的曲线,说明t1时刻溶液的温度最高 D.图丁表示反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)　ΔH<0,a、b、c三点中,a点时SO2的转化率最高 3.[2024·河北沧州三模] 工业上用Na2CO3固体作固硫剂,氢气还原辉钼矿(MoS2)获得钼(Mo)的反应原理为MoS2(g)+4H2(g)+2Na2CO3(s)Mo(s)+2CO(g)+4H2O(g)+2Na2S(s)　ΔH。在恒容密闭容器中进行该反应,平衡时气体的体积分数与温度的关系如图所示。下列说法错误的是 (　) A.X、Y、Z分别代表H2、H2O、CO B.该反应在高温下可以自发进行 C.图中a=30 D.升高温度,反应体系中混合气体的平均相对分子质量增大 4.向容积为 10 L 的恒容密闭容器中通入 1.5 mol CH4(g)和 1.5 mol H2O(g),发生反应CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)。在不同温度(Ta、Tb)下测得容器中 n(CO) 随时间的变化曲线如图所示。下列说法正确的是 (　) A.Ta<Tb B.该反应是放热反应 C.Tb时,CH4的平衡转化率是 60% D.Ta时,平衡后体系的压强为起始压强的 考点二　实际生产中的平衡图像 5.[2024·河北邢台一模] CO2的回收和利用是实现“碳中和”的有效途径。在一恒容密闭反应器中充入体积之比为1∶1的CO2和H2,发生反应:①CO2(g)+H2(g)HCOOH(g)　ΔH1=+31.2 kJ·mol-1,②CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH2=+41.2 kJ·mol-1。在相同时间内,CO2的转化率、HCOOH的选择性[HCOOH的选择性=×100%]与温度的关系如图所示。下列叙述错误的是 (　) A.温度高于673 K时,主要发生反应② B.温度低于673 K时,HCOOH的选择性随温度升高而增大 C.平衡时,再充入0.1 mol CO2和0.1 mol H2,再次达到平衡时,HCOOH的物质的量增大 D.673 K下反应相同时间时,CO2、HCOOH、CO的浓度之比为5∶57∶133 6.已知CO2催化加氢的主要反应如下: 反应Ⅰ　CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH1　ΔS1<0 反应Ⅱ　CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH2>0　ΔS2 在恒温恒压反应器中通入1 mol CO2、3 mol H2气体,CO2的平衡转化率及CH3OH的平衡产率随温度变化关系如图所示。已知:CH3OH产率=×100%;CH3OH的选择性=×100%。下列说法不正确的是 (　) A.ΔH1<0,ΔS2>0 B.CH3OH的平衡选择性随温度的升高而减小 C.525 K后,升高温度对反应Ⅰ的影响大于对反应Ⅱ的影响 D.525 K时,增大的值或增大压强均能使CO2的平衡转化率达到b点的值 7.[2024·河北邢台二模] 逆水煤气变换体系中存在以下两个反应: 反应Ⅰ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g); 反应Ⅱ:CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)。 在恒压条件下,按V(CO2)∶V(H2)=1∶1投料比进行反应,含碳物质的平衡体积分数随温度的变化如图所示。下列说法正确的是 (　) A.反应CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g)　ΔH>0 B.M点反应Ⅰ的平衡常数K约为1 C.加入合适的催化剂可由N点到P点 D.500 ℃后,温度升高,反应Ⅰ的改变程度大于反应Ⅱ导致CO2转化率明显减小 8.[2024·湖南师大附中二模] 在600 K下,按初始投料比n(CO)∶n(H2)分别为1∶1、1∶2、1∶3投料,发生反应为CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　ΔH<0。测得不同压强下,CO平衡转化率如图所示。下列说法错误的是 (　) A.曲线Z代表起始投料比为1∶1 B.m点对应的转化率:α(H2)=α(CO) C.若其他条件不变,降低温度会使对应的曲线上移 D.若其他条件不变,通过压缩体积增大压强,达到平衡后,的值减小 考点三　化学平衡图像综合考查 9.[2025·福建百校联考] 天然气中含有H2S,综合利用天然气制氢是实现“碳中和”的重要途径,CH4和H2S重整制氢的主要反应如下: 反应Ⅰ:CH4(g)+2H2S(g)CS2(g)+4H2(g)　ΔH1=+234 kJ·mol-1 反应Ⅱ:CH4(g)C(s)+2H2(g)　ΔH2=+75 kJ·mol-1 反应Ⅲ:2H2S(g)S2(g)+2H2(g)　ΔH3=+170 kJ·mol-1 回答下列问题: (1)反应Ⅰ在　　　　(填“高温”或“低温”)下可自发进行,理由是　 　 。  (2)保持反应器进料口总压强为100 kPa。分别以8 kPa CH4、24 kPa H2S、68 kPa He与25 kPa CH4、75 kPa H2S进料,只发生反应Ⅰ和反应Ⅱ。CH4的平衡转化率与温度的关系如图所示,含有He的曲线为　　　　(填“M”或“N”),理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (3)向10 L恒温刚性容器中通入0.3 mol CH4和0.15 mol H2S,发生反应Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ,起始总压强为p0 kPa CH4和H2S的转化率与时间的关系如图所示。0~5 min内,H2的平均反应速率为 　　　　mol·L-1·min-1;5 min时,容器内总压为　　　　kPa(用含p0的最简分数表示)。  (4)反应Ⅱ是甲烷裂解制氢反应,金属Ni可作该反应的催化剂。CH4在催化剂Ni的孔道表面反应时,若碳沉积太多,造成孔道堵塞,会导致催化剂快速失活。其他条件相同时,随时间增加,温度对Ni催化剂催化效果的影响如图所示。考虑综合因素,使用催化剂的最佳温度为　　　　;650 ℃条件下,1000 s后,氢气的体积分数快速下降,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  10.[2024·河北沧州一模] 丙烯是一种用途广泛的有机原料,可制备多种化工产品。请回答: 已知:CH2CHCH3与H2O发生加成反应的化学反应如下(a、b均大于0): Ⅰ:CH2CHCH3(g)+H2O(g)HOCH2CH2CH3(g)　ΔH1=-a kJ·mol-1 Ⅱ:CH2CHCH3(g)+H2O(g) CH3CH(OH)CH3(g)　ΔH2=-b kJ·mol-1 “反应Ⅰ”和“反应Ⅱ”均满足范特霍夫方程ln Kp=-×+C(R为热力学常数,C为不同反应常数),其平衡常数与温度的关系如图甲所示,T1 ℃时,在初始压强为400 kPa的恒容密闭容器中,按1∶1的物质的量之比充入CH2CHCH3(g)和H2O(g)发生反应Ⅰ和反应Ⅱ,产物的分压随时间变化如图乙所示: 甲　　　　　　　　　　　乙 (1)由图可知“反应Ⅰ”和“反应Ⅱ”的焓变ΔH1　　(填“>”“=”或“<”)ΔH2。  (2)表示CH3CH(OH)CH3(g)转化为HOCH2CH2CH3(g)的热化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (3)若反应Ⅱ的熵变为ΔS(Ⅱ),则反应Ⅲ: CH2CHCH3(g)+H2O(g)CH3CH(OH)CH3(l)的熵变ΔS(Ⅲ)　　　(填“>”“=”或“<”)ΔS(Ⅱ)。  (4)若在绝热恒容容器中发生反应Ⅰ、Ⅱ,则下列事实能说明反应达到平衡状态的是　　　　(填标号)。  A.容器内气体的压强不变 B.容器内温度不变 C.容器内气体的密度不再改变 D.容器内n(CH2CHCH3)∶n(H2O)的比值不变 (5)①图乙中表示CH3CH(OH)CH3对应曲线为　　　　(填“M”或“N”)。  ②CH2CHCH3(g)的平衡转化率为　　　　%。  ③T1 ℃时,反应Ⅱ的压强平衡常数Kp=　　　　kPa-1(Kp为以分压表示的平衡常数)。  ④若其他条件不变,T1 ℃时,向压强为400 kPa的恒压密闭容器中,充入n(CH2CHCH3)∶n(H2O)=1∶1的混合气体,达到新平衡时,CH3CH(OH)CH3(g)的平衡产率将　　　(填“变大”“变小”或“不变”)。  学科网（北京）股份有限公司 $ 第31讲　化学反应速率与平衡图像分析 1.C　[解析] 由图甲可知,t1改变条件时,正反应速率在原来基础上逐渐减小,由图乙可知,t1改变条件时,NO的浓度在原来基础上逐渐减小,说明改变条件后平衡正向移动,只有减小生成物浓度才能与两个图像的变化情况吻合,A正确;由图甲可知,t3改变条件时,正反应速率在原来基础上突增,由图乙可知,NO的浓度在原来基础上逐渐增大,即化学平衡逆向移动,说明t3改变条件时,逆反应速率大于正反应速率,即逆反应速率在原来基础上也是突增的,B正确;t3改变条件时正、逆反应速率均突增,但由图乙可知,NO的浓度在原来基础上是逐渐增大的,因此所改变的条件只能是升温而不是加压,C错误;t4时的温度高于t3时的,t3时的温度等于t1时的,因此t4时的温度高于t1时的温度,升温平衡逆向移动,平衡常数减小,D正确。 2.D　[解析] Δc=vΔt,故阴影部分面积表示物质的量浓度变化量,A错误;减少NH3浓度,正反应速率不可能突然增大,正反应速率瞬时不变再逐渐减小,逆反应速率瞬时减小再逐渐增大,平衡正向移动,B错误;铝片与稀硫酸反应为放热反应,体系温度升高,反应速率加快,但氢离子浓度不断减小,最高点后反应速率减慢,最高点以后,反应仍在放热,故t1时刻溶液的温度不是最高,C错误;起始时二氧化硫越少,氧气越多,则二氧化硫的转化率越大,a点SO2的转化率最大,D正确。 3.C　[解析] 该反应中,反应物只有一种是气体,生成物有两种是气体,由图可知,随着温度的升高,平衡时一种气体(X)的体积分数减小,两种气体(Y和Z)的体积分数增大,且Y的体积分数比Z的体积分数大,故可推知X、Y、Z分别代表H2、H2O、CO,A正确;由化学方程式可知该反应的ΔS>0,由图可知该反应为吸热反应,即ΔH>0,根据ΔG=ΔH-TΔS<0可知,该反应在高温下可以自发进行,B正确;由图可知,130 ℃时,该反应达到平衡时,H2和H2O的体积分数相等,H2O的体积分数是CO的体积分数的2倍,三种气体的体积分数之和等于100%,2a+0.5a=100,则a=40,C错误;升高温度,该反应的化学平衡正向移动,反应体系中混合气体的平均相对分子质量增大,D正确。 4.D　[解析] 根据“先拐先平数值大”可知温度:Ta>Tb,故A错误;其他条件不变,升高温度,达平衡时n(CO)增大,故平衡正向移动,则正反应为吸热反应,故B错误;由图可知Tb达平衡时n(CO)=0.6 mol,则CH4转化0.6 mol,CH4的平衡转化率为×100%=40%,故C错误;由图可知,Ta达平衡时n(CO)=1.0 mol,则n(CH4)=n(H2O)=1.5 mol-1.0 mol=0.5 mol,n(H2)=3n(CO)=3.0 mol,根据恒温恒容下,气体压强之比等于物质的量之比,==,故D正确。 5.D　[解析] 根据图像可知,当温度高于673 K时,CO2的转化率增加,但HCOOH的选择性降低,故以反应②为主,A正确;根据图像可知,当温度低于673 K时,HCOOH的选择性随温度升高而增大,B正确;平衡时再通入0.1 mol CO2和0.1 mol H2,平衡一定正向移动,HCOOH的物质的量一定增大,C正确;利用转化率和选择性表达式可知,673 K时CO2的转化率为95%,其中HCOOH的选择性为30%,那么CO的选择性为70%,设起始时二氧化碳的物质的量为a mol,根据化学方程式利用元素守恒,反应相同时间时二氧化碳为0.05a mol,HCOOH和CO物质的量之和为0.95a mol,那么HCOOH的物质的量为0.95a mol×30%=0.285a mol,CO的物质的量为0.95a mol×70%=0.665a mol,恒容密闭容器中CO2、HCOOH、CO的浓度之比为10∶57∶133,D错误。 6.C　[解析] 375~525 K,随温度升高,二氧化碳的平衡转化率减小,而反应Ⅱ为吸热反应,升温平衡正向移动,使二氧化碳平衡转化率增大,故反应Ⅰ应为放热反应,升温平衡逆移,使二氧化碳平衡转化率减小,故ΔH1<0;反应ⅡΔH2>0,因可自发进行,ΔH2-TΔS2<0,故ΔS2>0,A正确。随温度升高,反应Ⅰ平衡逆向移动,反应Ⅱ平衡正向移动,故CH3OH的平衡选择性随温度的升高而减小,B正确。525 K后,随温度升高,甲醇的平衡产率减小,说明反应Ⅰ平衡逆移,但二氧化碳的平衡转化率增大,使二氧化碳平衡转化率随温度升高而增大的反应为反应Ⅱ,说明525 K后,升高温度对反应Ⅱ的影响大于对反应Ⅰ的影响,C错误。525 K时,增大的值,相当于二氧化碳的量不变,增大氢气的浓度,平衡正向移动,可以增大二氧化碳的平衡转化率;增大压强,反应Ⅰ平衡正向移动,CO2的平衡转化率增大,均可以达到b点的值,D正确。 7.B　[解析] 根据盖斯定律可知,反应CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g)为反应Ⅱ-反应Ⅰ,由图可知,随着温度升高,甲烷含量减小,一氧化碳含量增大,则说明随着温度升高,反应Ⅱ平衡逆向移动,反应Ⅰ平衡正向移动,则反应Ⅰ为吸热反应,ΔH1>0,反应Ⅱ为放热反应,ΔH2<0,则,ΔH2-ΔH1<0,A错误;M点几乎没有甲烷产物,且二氧化碳、一氧化碳含量相等,投料比V(CO2)∶V(H2)=1∶1,说明CO2、H2都转化一半,则此时反应Ⅰ平衡时二氧化碳、氢气、一氧化碳、水蒸气的物质的量相等,反应Ⅰ的平衡常数K==1,B正确;催化剂不影响化学平衡,主要影响反应速率,故体积分数不会上升,C错误;500 ℃后,CO2在含碳物质中的平衡体积分数明显减小,CO2转化率明显增大,D错误。 8.D　[解析] 相同条件下,氢气投料越多,一氧化碳的平衡转化率越大,所以曲线X代表1∶3投料,则曲线Y代表1∶2投料,曲线Z代表1∶1投料,A正确;m点起始投料比为1∶2,正好是方程式中CO和H2的化学计量数之比,则反应过程中转化率:α(H2)=α(CO),B正确;该反应为放热反应,降低温度,平衡正向移动,CO的平衡转化率增大,对应的曲线上移,C正确;若其他条件不变,压缩体积压强增大,平衡将正向移动,但根据勒夏特列原理可知c(H2)增大,而平衡常数K=是定值,则=K×c(H2)的值增大,D错误。 9.(1) 高温　满足ΔG=ΔH-TΔS<0时,反应自发进行,反应Ⅰ的ΔH>0,ΔS>0,高温时ΔG<0 (2)M　恒温恒压下加入稀有气体,平衡向气体分子数增大的方向移动 (3)1.2×10-3　p0 (4)600 ℃　温度升高反应速率加快,催化剂内积碳量增加,催化剂快速失活 [解析] (1)满足ΔG=ΔH-TΔS<0时,反应自发进行,根据反应Ⅰ:CH4(g)+2H2S(g)CS2(g)+4H2(g)　ΔH1=+234 kJ·mol-1可知,该反应的ΔH>0,ΔS>0,则该反应在高温下能自发进行。(2)恒温恒压下加入稀有气体,相当于减压,平衡向气体分子数增大的方向移动,即向正反应方向移动,CH4的平衡转化率增大,故含有He的曲线为M。(3)根据三个反应可知,n生成(H2)=n转化(H2S)+2n转化(CH4),由图可知,0~5 min内n转化(H2S)=0.15 mol×20%=0.03 mol,n转化(CH4)=0.3 mol×5% =0.015 mol,则n(H2)=0.03 mol +0.015 mol×2=0.06 mol,故0~5 min内H2的平均反应速率为=1.2×10-3 mol·L-1·min-1;5 min时,设反应Ⅰ中CH4转化x mol,则反应Ⅱ中甲烷转化(0.015-x) mol,反应Ⅰ中H2S转化2x mol,反应Ⅲ中H2S转化(0.03-2x) mol,5 min时H2为0.06 mol,CS2为x mol,S2为(0.015-x) mol,CH4为0.285 mol,H2S为0.12 mol,气体总物质的量为0.48 mol,反应前气体总物质的量为0.45 mol,压强为p0 kPa,根据恒温恒容时气体的压强之比等于物质的量之比,5 min时容器内总压强为×p0 kPa=p0 kPa。(4)由图可知,550 ℃、650 ℃时,当反应时间大于1000 s,氢气的体积分数迅速下降,催化剂表面的积碳量增加,催化剂迅速失活,而600 ℃时,随着反应的进行,氢气的体积分数逐渐增大并保持在较高水平,因此使用催化剂的最佳温度为600 ℃;650 ℃条件下,1000 s后,氢气的体积分数快速下降的原因是温度升高反应速率加快,催化剂内积碳量增加,催化剂快速失活。 10.(1)>　(2)CH3CH(OH)CH3(g)HOCH2CH2CH3(g)　ΔH=+(b-a) kJ·mol-1 (3)<　 (4)AB (5)①M　②60　③　④变大 [解析] (1)根据图甲可知:降低温度,两个反应的化学平衡常数都增大,说明两个反应的正反应都是放热反应,反应Ⅱ斜率大于反应Ⅰ,根据范特霍夫方程,-ΔH1<-ΔH2,则有ΔH1>ΔH2。(2)根据盖斯定律,将反应Ⅰ-反应Ⅱ,整理可得CH3CH(OH)CH3(g)转化为HOCH2CH2CH3(g)的热化学方程式为CH3CH(OH)CH3(g)HOCH2CH2CH3(g)　ΔH=+(b-a) kJ·mol-1。(3)反应Ⅲ的气体分子数减小量大于反应Ⅱ气体分子数的减小量,故反应Ⅲ熵值减小的绝对值大于反应Ⅱ的熵值减小值,故熵变关系为ΔS(Ⅲ)<ΔS(Ⅱ)。(4)反应Ⅰ、Ⅱ都是气体分子数减小的放热反应,反应在绝热恒容容器中发生,若容器内气体的压强不变,则气体的物质的量不变,温度不变,反应达到平衡状态,A、B正确;反应混合物都是气体,气体的质量不变,反应在恒容容器中发生,气体的体积不变,则无论反应是否达到平衡状态,气体的密度始终不变,不能据此判断反应是否达到平衡状态,C错误;两个反应中CH2CHCH3与H2O反应的物质的量之比是1∶1,加入的n(CH2CHCH3)∶n(H2O)也是1∶1,则无论反应是否达到平衡状态,n(CH2CHCH3)∶n(H2O)的比值始终不变,因此不能据此判断反应是否达到平衡状态,D错误。(5)①根据(1)分析,两正反应均为放热反应,但反应Ⅱ放热更多,说明CH3CH(OH)CH3比HOCH2CH2CH3稳定,所以曲线变化程度大的曲线M表示反应Ⅱ的生成物CH3CH(OH)CH3(g)的分压变化,曲线N表示HOCH2CH2CH3(g)的分压变化。②加入的n(CH2CHCH3)∶n(H2O)是1∶1,CH2CHCH3与H2O反应时物质的量之比也是1∶1,开始时总压强为400 kPa,则p始(H2O)=p始(CH2CHCH3)=200 kPa,两个反应生成物总压强为120 kPa,所以反应的CH2CHCH3的压强为120 kPa,反应的H2O的压强也为120 kPa,平衡时, p平(H2O)=p平(CH2CHCH3)=200 kPa-120 kPa=80 kPa,则CH2CHCH3的平衡转化率为×100%=60%。③根据②计算可知:在T1℃下,反应Ⅱ达到平衡后,p平(H2O)=p平(CH2CHCH3)=80 kPa, p平[CH3CH(OH)CH3]=100 kPa,则反应Ⅱ的压强平衡常数Kp== kPa-1。④若其他条件不变,T1 ℃的恒容条件改为恒压条件,由于两个反应均为气体分子数减小的反应,恒容时反应达到平衡后气体压强比开始小,若改为恒压,相当于对恒容反应达到平衡后增大体系压强,增大压强化学平衡正向移动,在反应达到新平衡时, CH3CH(OH)CH3(g)的平衡产率将变大。 学科网（北京）股份有限公司 $