05 第31讲 化学反应速率与平衡图像分析-（配套练习）【高考快车道】2027年高考化学大一轮总复习

**基本信息** 聚焦化学反应速率与平衡图像分析，精选湖北、山东等地2025年联考真题，覆盖平衡移动、速率计算等核心知识点，适配一轮复习。 **题型特征** |题型|题量/分值|知识覆盖|命题特色| |----|-----------|----------|----------| |选择题|6题|化学平衡图像、反应速率、平衡常数、转化率|结合典型图像，考查平衡移动原理，注重科学思维| |填空题|2题|实际生产平衡应用、反应自发性、速率计算|联系炼铁、CO₂甲烷化等生产情境，综合考查分析与计算能力|

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.C　[解析] 根据图像中Z在不同温度下的平衡产率随温度的变化关系可知,随着温度升高,平衡产率逐渐降低,说明升温平衡逆向移动,得到ΔH<0,该反应是放热反应,A错误;据图像可知,Q点Z的产率小于平衡产率,未达到平衡,B错误;M、N点产率相同,但温度不同,故反应物分子的有效碰撞概率不同,C正确;图中M点未达到平衡,原因是温度低、速率慢、反应时间不够,可通过加入催化剂或延长时间使其达到平衡,但分离Z会使反应速率降低,达不到目的,D错误。 3.D　[解析] 常温为25 ℃即298.15 K,ΔH=+15.2 kJ·mol-1,ΔS=+440 J·mol-1·K-1,代入ΔG=ΔH-TΔS=+15.2 kJ·mol-1-298.15 K×440×10-3 kJ·mol-1·K-1=-115.986 kJ·mol-1,ΔG<0,该反应在常温下能自发进行,A错误;242~384 s,总压强增大(71.6-66.3)kPa=5.3 kPa,据“差量法”判断: 则x=5.3 kPa,v(CH3CHO)==≈0.037 kPa·s-1,B错误;催化剂影响化学反应速率,不能影响化学反应的限度,即平衡不移动,曲线a不能表示p总随t的变化关系,C错误;由题可知,该反应为吸热反应,升高温度,平衡正向移动,气体分子数增多,当t=1070 s时,p总>83.6 kPa,D正确。 4.D　[解析] 反应Ⅰ为吸热反应,升高温度平衡向正反应方向移动,CO的体积分数减小,由图可知,570 ℃之前,平衡时CO的体积分数随温度升高而增大,说明反应Ⅱ是放热反应,ΔH<0,温度高于570 ℃时,随着温度的升高,CO的体积分数减小,说明以反应Ⅰ为主,即反应温度越高,Fe3O4主要还原产物中铁元素的价态越高,A、B错误;反应Ⅰ、Ⅱ均为反应前后气体分子数不变的反应,因此在恒温、恒容的反应器中,无论反应是否达到平衡,体系的压强始终不变,因此不能根据压强保持不变来判断反应Ⅰ、Ⅱ 达到平衡状态,C错误;1040 ℃时,Fe3O4(s)和CO(g)主要发生反应Ⅰ,此时K===4,反应①是吸热反应,随着温度的升高,化学平衡正向移动,K增大,故温度高于1040 ℃时,反应Ⅰ的K>4,D正确。 5.B　[解析] 该反应为气体分子数减小的放热反应,增大压强,平衡正向移动,HCl平衡转化率增大,升高温度,平衡逆向移动,HCl平衡转化率减小,故X代表压强,L代表温度。L代表温度,升高温度,平衡逆向移动,HCl平衡转化率减小,则有L3>L2>L1,A正确;点a、b、c位于同一曲线上,表示温度相同,压强越大,体系内气体浓度越大,反应速率越大,则正反应速率:c>b>a,B错误;若HCl的初始浓度为c0 mol·L-1,图中M点,进料比=1,O2的初始浓度为c0 mol·L-1,HCl平衡转化率为76%,列三段式: 　　　　　　　 4HCl(g) + O2(g) 2Cl2(g) + 2H2O(g) 初始/(mol·L-1)　　　c0　　　　c0　　　　0　　　　0 转化/(mol·L-1)　　0.76c0　　0.19c0　　0.38c0　　0.38c0 平衡/(mol·L-1)　　0.24c0　　0.81c0　　0.38c0　　0.38c0 平衡常数为K=,C正确;在实际生产中,若进料比太小,氧气过量,不利于Cl2和O2的分离,D正确。 6.B　[解析] 速率常数随温度升高而增大,故随增大表现出先增大后减小的曲线表示H2的转化率,T>T3时,在给定时间内反应达到平衡,在较高温度下,随着增大(即温度T降低),H2的平衡转化率增大,说明平衡正向移动,根据勒夏特列原理,正反应是放热反应,则有ΔH<0,A错误;正反应是放热反应,温度降低,k正、k逆均减小,且平衡正向移动(v正>v逆),则k正减小的幅度比k逆小,故曲线NG代表的是lg k正,B正确;温度越高,化学反应速率越快,达到平衡所需要的时间越短,则ab段为平衡状态,c点时不是平衡状态,则此时v正≠v逆,C错误;反应在T3 K温度下达到平衡时H2、CO2转化率均为40%,CO2、H2分别转化了0.4 mol、1.6 mol,根据反应CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g),则平衡时n(CO2)=(1-0.4) mol=0.6 mol,n(H2)=(4-1.6) mol=2.4 mol,n(CH4)= 0.4 mol,n(H2O)=0.8 mol,总物质的量n总=(0.6+2.4+0.4+0.8) mol=4.2 mol,CO2的物质的量分数为=,CO2的分压为p(CO2)=p≠,D错误。 7.(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CH4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,H2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,H2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,H2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。 8.(1)-217.1 (2)CC　C原子半径大于O,所以CC的稳定性弱于CO,键能更低,更易断裂 (3)①ab　②　p0　③增大　不变 [解析] (1)根据盖斯定律,反应ⅰ-反应ⅱ可得:CH3COCH3(g)+H2O(g)CH3COOH(g)+CH4(g) 　ΔH=-48.1 kJ· mol-1,由ΔH=-Δf(丙酮)-Δf(H2O)+Δf(甲烷)+Δf(乙酸)=-48.1 kJ·mol-1,Δf(丙酮)=-217.1 kJ· mol-1。(2)由于C原子半径大于O,所以CC的稳定性弱于CO,CC键能更低,更易断裂。(3)①气体的总质量不变,容器中气体的物质的量不断变化,恒压下容器中气体体积是个变量,故容器中气体密度不再变化时,可以说明反应达到平衡状态,a正确;OCCH2(g)和CH4(g)在反应ⅰ中按1∶1生成,但反应ⅱ中又涉及 OCCH2(g)的变化,则二者的浓度比保持不变,可以说明反应达到平衡状态,b正确;由b项分析可知, OCCH2(g)消耗速率与CH4(g)生成速率相等,不能说明v正=v逆,即不能说明反应达到平衡状态,c错误。②由题意可知,根据CH3COOH(g)OCCH2(g)+H2O(g)逆反应(反应ⅲ)计算。T0时,平衡时丙酮的分解率为90%,设反应中生成CH3COOH的物质的量为x mol,根据题意列三段式: 　　　　　　CH3COCH3(g)OCCH2(g)+CH4(g) 起始量/mol　　 　1　　　　　　　　0　　 　　　　0 转化量/mol　　　0.9　　　　　　　0.9　　　　　　0.9 平衡量/mol　　　0.1　　　　　　　0.9　　　　　　0.9 　反应ⅲ　　OCCH2(g)+H2O(g)CH3COOH(g) 起始量/mol　　　0.9　　　　　　2　　　　　　0 转化量/mol　　　x　　　　　　x　　　　　 　x 平衡量/mol　　0.9-x　　 　　2-x　　　　　x 根据“OCCH2(g)与CH3COOH(g)的体积分数之比为1∶2”,可得=,x=0.6,即平衡时CH3COOH(g)的物质的量为0.6 mol,OCCH2的物质的量为(0.9-0.6) mol=0.3 mol,H2O的物质的量为(2-0.6) mol=1.4 mol;平衡时混合气体的总物质的量为3.3 mol,CH3COOH(g)的体积分数为,OCCH2(g)的体积分数为,CH4的体积分数为,CH3COCH3的体积分数为,反应ⅰ的压强平衡常数Kp== kPa=p0 kPa。③保持反应体系温度和压强不变,起始时多通入Ar(g),相当于减小压强,反应ⅰ是气体分子数增大的反应,减小压强平衡正向移动,平衡时丙酮的分解率增大;压强平衡常数只与温度有关,保持温度和压强不变,反应ⅰ的压强平衡常数Kp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 　 　　　　　 　　　　　 　　　　 考点一　化学平衡基本图像 1.[2025·湖北荆州、宜昌等地重点高中联考] 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.[2025·山东潍坊一模] 以物质的量之比为1∶2向恒压密闭容器中充入X、Y,发生反应X(g)+Y(g)2Z(g)　ΔH,相同时间内测得Z的产率和Z在不同温度下的平衡产率随温度的变化关系如图所示。下列说法正确的是 (　) A.据图像分析,该反应是吸热反应 B.Q点是最高点,Q点为平衡状态 C.M、N点反应物分子的有效碰撞概率不同 D.从M点到P点,可通过加入催化剂或分离产物Z而达到平衡点 3.[2025·辽宁省实验中学等校联考] 791 K时,在密闭刚性容器中乙醛发生分解: CH3CHO(g)CH4(g)+CO(g)　ΔH=+15.2 kJ·mol-1,ΔS=+440 J·mol-1·K-1。容器内总压强p总随反应时间t的变化如图所示。 下列说法正确的是 (　) A.该反应在常温下不能自发进行 B.242~384 s,CH3CHO的平均消耗速率约为0.037 Pa·s-1 C.若添加催化剂,p总随t的变化关系可能如曲线a所示 D.若在891 K下进行该反应(其他条件不变),t=1070 s时p总>83.6 kPa 考点二　实际生产中的平衡图像 4.[2025·湖北宜昌一中等校联考] 以Fe3O4为原料炼铁,在生产过程中主要发生如下反应: 反应Ⅰ　Fe3O4(s)+CO(g)3FeO(s)+CO2(g)　ΔH=+19.3 kJ·mol-1 反应Ⅱ　Fe3O4(s)+4CO(g)3Fe(s)+4CO2(g)　ΔH 为研究温度对还原产物的影响,将一定体积CO气体通入装有Fe3O4粉末的反应器,保持其他条件不变,反应达平衡时,测得CO的体积分数随温度的变化关系如图所示。下列说法正确的是 (　) A.反应Ⅱ的ΔH>0,ΔS>0 B.反应温度越高,Fe3O4主要还原产物中铁元素的价态越低 C.在恒温、恒容的反应器中,当压强保持不变时,反应Ⅰ、Ⅱ均达到平衡状态 D.温度高于1040 ℃时,反应Ⅰ的化学平衡常数K>4 5.[2025·湖北随州、黄石等地重点高中联考] 现模拟HCl催化氧化制Cl2,发生反应:4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)　ΔH=-116 kJ·mol-1。在密闭容器中,充入一定量HCl和O2发生反应,HCl平衡转化率与X和L的变化关系如图甲所示,其中L(L1、L2、L3)、X可分别代表压强或温度。恒温恒容时,HCl平衡转化率与进料比的变化关系如图乙所示。下列说法错误的是 (　) 甲 乙 A.L代表温度,且L3>L2>L1 B.点a、b、c的正反应速率大小关系:a>b>c C.若图乙中HCl的初始浓度为c0 mol·L-1,则M点的平衡常数K为 D.在实际生产中,若进料比太小,会增加Cl2和O2的分离成本 6.[2025·河北邯郸示范高中联考] CO2甲烷化是目前研究的热点方向之一,在环境保护方面显示出较大潜力。其主要反应如下:CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)　ΔH,在容积相同的多个恒容密闭容器中,分别充入1 mol CO2和4 mol H2发生上述反应,在不同温度下反应相同时间,测得lg k正、lg k逆、H2的转化率与温度关系如图所示。已知该反应的速率方程为v正=k正c(CO2)·c4(H2)、v逆=k逆c(CH4)·c2(H2O),其中k正、k逆为速率常数,只受温度影响。下列说法正确的是 (　) A.ΔH>0 B.曲线NG代表的是lg k正 C.c点时,v正=v逆 D.T3 K温度下反应达到平衡,此时体系压强为p,则CO2的分压为 7.[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,H2的体积分数快速下降,原因是　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  8.[2025·河北邯郸二模] 乙烯酮(OCCH2)是一种重要的有机中间体,主要用于化工基本原料及试剂的合成。制备乙烯酮的原理有如下两种: ⅰ.CH3COCH3(g)OCCH2(g)+CH4(g)　ΔH1=+84 kJ·mol-1 ⅱ.CH3COOH(g)OCCH2(g)+H2O(g)　ΔH2=+132.1 kJ·mol-1 请回答下列问题: (1)标准摩尔生成焓(Δf)是指一定条件下,由稳定的单质生成1 mol该物质的焓变。稳定单质的Δf=0。根据下表数据计算a=　　　 　。  物质 CH3COCH3(g) CH4(g) CH3COOH(g) H2O(g) Δf/(kJ·mol-1) a -74.8 -432.2 -241.8 (2)氯乙酰氯()是合成各类除草剂的主要原材料,可由乙烯酮(CH2CO)与Cl2反应生成,该反应说明乙烯酮分子中较易断裂的是　　　　(填“CC”或“CO”),试解释其原因:　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　。  (3)向压强为p0 kPa的恒压容器中通入1 mol CH3COCH3(g)和2 mol H2O(g),仅发生反应ⅰ和ⅱ,平衡时丙酮的分解率随反应温度T的变化如图所示。 ①下列叙述可以判断反应ⅰ和ⅱ达到平衡状态的是　　　 　(填标号)。  a.容器内气体密度不再变化 b.OCCH2(g)和CH4(g)的浓度比保持不变 c.OCCH2(g)消耗速率与CH4生成速率相等 ②T0时,若OCCH2(g)与CH3COOH(g)的平衡体积分数之比为1∶2,则CH3COOH(g)的体积分数为　　　　(用分数表示);T0下,反应ⅰ的压强平衡常数Kp=　　　　kPa(用含p0的代数式表示)。  ③保持温度和压强不变,若起始时多通入3 mol Ar(g),平衡时丙酮的分解率　　　　(填“增大”“减小”或“不变”,下同),反应ⅰ的压强平衡常数Kp　 　　　。  学科网（北京）股份有限公司 $