2027届高考化学一轮复习专项训练：化学平衡常数及转化率　化学反应的调控

**基本信息** 聚焦化学平衡常数及转化率计算，通过“三段式”模型建构与图像证据推理，系统整合反应速率、平衡移动与调控的科学思维方法。 **专项设计** |模块|题量/典例|方法提炼|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |基础计算|选择1-2（3道）|三段式浓度计算、平衡常数表达式推导、转化率与化学计量数关系|从反应速率计算到平衡状态判断，构建“量-效”关联| |图像分析|选择3-6（4道）|温度/压强对平衡影响的图像解读、平衡转化率与K值关联分析|通过多维图像建立外界条件与平衡移动的定性-定量关系| |综合应用|非选择7-8（2道）|热化学方程式叠加法、催化反应历程分析、多反应体系数据处理|从单一反应平衡到复杂体系调控，形成“计算-分析-应用”逻辑链|

20　化学平衡常数及转化率　化学反应的调控 一、选择题 1.把6 mol A气体和5 mol B气体混合放入4 L密闭容器中,在一定条件下发生反应:3A(g)+B(g)2C(g)+xD(g),5 min末该反应达到平衡,此时生成C的物质的量为2 mol,测定D的平均反应速率为0.1 mol·L-1·min-1,下列说法错误的是(　　)。 A.x=2 B.B的转化率为20% C.平衡时A的浓度为0.75 mol·L-1 D.反应在恒温达平衡时,容器内压强为开始时的85% 2.某温度下,将3 mol A和2 mol B充入一密闭容器中,发生反应:aA(g)+B(g)C(g)+D(g),5 min末反应达平衡,各物质的平衡浓度的关系为ca(A)·c(B)=c(C)·c(D)。若在温度不变的情况下将容器的容积扩大为原来的10倍,B的转化率不发生变化,则B的转化率为(　　)。 A.60%　　　 B.40% C.24% D.4% 3.浓度均为0.1 mol·L-1的CH4和CO2,在一定条件下发生反应CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g),测得CH4的平衡转化率与温度及压强的关系如图,下列说法不正确的是(　　)。 A.平衡时CO与H2的物质的量比为1∶1 B.p1、p2、p3、p4由大到小的顺序为p1<p2<p3<p4 C.1 100 ℃、p4条件下,该反应在10 min时达到平衡点X,则v(CO2)=0.008 mol·L-1·min-1 D.随着温度升高,CH4的转化率减小 4.温度为T1时,在容积为10 L的恒容密闭容器中充入一定量的M(g)和N(g),发生反应M(g)+N(g)2P(g)+Q(g)　ΔH>0。反应过程中的部分数据如表所示,下列说法正确的是(　　)。 t/min 0 5 10 n(M)/mol 6.0 4.0 n(N)/mol 3.0 1.0 A.若T2时该反应的化学平衡常数为0.64,则T1>T2 B.0~5 min内,用M表示的平均反应速率为0.4 mol·L-1·min-1 C.该反应在第8 min时v逆>v正 D.当M、N的转化率之比保持不变时,可判断该反应达到平衡状态 5.(2024吉林卷)异山梨醇是一种由生物质制备的高附加值化学品;150 ℃时其制备过程及相关物质浓度随时间变化如图所示,15 h后异山梨醇浓度不再变化。下列说法错误的是(　　)。 A.3 h时,反应②正、逆反应速率相等 B.该温度下的平衡常数:①>② C.0~3 h平均速率v(异山梨醇)=0.014 mol·kg-1·h-1 D.反应②加入催化剂不改变其平衡转化率 6.科学家研究以太阳能为热源分解Fe3O4,最终循环分解水制H2,其中一步重要反应为2Fe3O4(s)6FeO(s)+O2(g)　ΔH=a kJ·mol-1。在一定压强下,Fe3O4的平衡转化率随温度变化的α(Fe3O4)-T曲线如图所示。下列有关说法不正确的是(　　)。 A.a>0 B.压强p1>p2 C.升高温度,该反应的平衡常数增大 D.将体系中O2分离出去,能提高Fe3O4的转化率 二、非选择题 7.(2023全国甲卷改编)甲烷选择性氧化制备甲醇是一种原子利用率高的方法。回答下列问题。 (1)已知下列反应的热化学方程式: ①3O2(g)2O3(g)　K1　ΔH1=285 kJ·mol-1 ②2CH4(g)+O2(g)2CH3OH(l)　K2　ΔH2=-329 kJ·mol-1 反应③CH4(g)+O3(g)CH3OH(l)+O2(g)的ΔH3=　　　　 kJ·mol-1,平衡常数K3=　　　　　　　(用K1、K2表示)。  (2)电喷雾电离等方法得到的M+(Fe+、Co+、Ni+等)与O3反应可得MO+。MO+与CH4反应能高选择性地生成甲醇。分别在300 K和310 K下(其他反应条件相同)进行反应MO++CH4M++CH3OH,结果如下图所示。图中300 K的曲线是　　　　　(填“a”或“b”)。300 K、60 s时MO+的转化率为　　　　　　　　　　(列出算式)。  (3)MO+分别与CH4、CD4反应,体系的能量随反应进程的变化如下图所示(两者历程相似,图中以CH4示例)。 (ⅰ)步骤Ⅰ和Ⅱ中涉及氢原子成键变化的是　　　　　(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。  (ⅱ)直接参与化学键变化的元素被替换为更重的同位素时,反应会变慢,则MO+与CD4反应的能量变化应为图中曲线　　　　　(填“c”或“d”)。  (ⅲ)MO+与CH2D2反应,氘代甲醇的产量CH2DOD　　　　(填“>”“=”或“<”)CHD2OH。若MO+与CHD3反应,生成的氘代甲醇有　　　　　种。  8.(2025陕晋宁青卷)MgCO3/MgO循环在CO2捕获及转化等方面具有重要应用。科研人员设计了利用MgCO3与H2反应生成CH4的路线,主要反应如下: Ⅰ.MgCO3(s)MgO(s)+CO2(g)　ΔH1=+101 kJ·mol-1 Ⅱ.CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)　ΔH2=-166 kJ·mol-1 Ⅲ.CO2(g)+H2(g)H2O(g)+CO(g)　ΔH3=+41 kJ·mol-1 回答下列问题。 (1)计算MgCO3(s)+4H2(g)MgO(s)+2H2O(g)+CH4(g)　ΔH4=　　　　 kJ·mol-1。  (2)提高CH4平衡产率的条件是　　　　(填字母)。  A.高温高压 B.低温高压 C.高温低压 D.低温低压 (3)高温下MgCO3分解产生的MgO催化CO2与H2反应生成CH4,部分历程如图甲,其中吸附在催化剂表面的物种用*标注。所示步骤中最慢的基元反应是　　　　　　(填序号),生成水的基元反应方程式为　 。  甲 (4)100 kPa下,在密闭容器中H2(g)和MgCO3(s)各1 mol发生反应。反应物(H2、MgCO3)的平衡转化率和生成物(CH4、CO2)的选择性随温度变化关系如图乙、丙所示(反应Ⅲ在360 ℃以下不考虑)。 乙 该图为乙图内点M附近区域放大图 丙 注:含碳生成物选择性=×100%。 ①表示CH4选择性的曲线是　　　　(填字母)。  ②点M温度下,反应Ⅱ的Kp=　　　(kPa)-2(列出计算式即可)。  ③在550 ℃下达到平衡时,n(CO)=　　　　 mol。500~600 ℃,随温度升高H2平衡转化率下降的原因可能是　  　。  20　化学平衡常数及转化率　化学反应的调控 一、选择题 1.把6 mol A气体和5 mol B气体混合放入4 L密闭容器中,在一定条件下发生反应:3A(g)+B(g)2C(g)+xD(g),5 min末该反应达到平衡,此时生成C的物质的量为2 mol,测定D的平均反应速率为0.1 mol·L-1·min-1,下列说法错误的是(　　)。 A.x=2 B.B的转化率为20% C.平衡时A的浓度为0.75 mol·L-1 D.反应在恒温达平衡时,容器内压强为开始时的85% 答案:D 解析:D的平均反应速率为0.1 mol·L-1·min-1,则生成D的物质的量是0.1 mol·L-1·min-1×4 L×5 min=2 mol。根据物质的变化量之比等于方程式中各物质的化学计量数之比可知,x=2,A项正确。根据方程式可知,消耗A和B的物质的量分别是3 mol和1 mol,所以B的转化率是×100%=20%,B项正确。平衡时A的物质的量是6 mol-3 mol=3 mol,其浓度是=0.75 mol·L-1,C项正确。该反应前后气体分子总数不变,故无论反应是否达到平衡状态,混合气体的压强都不改变,D项错误。 2.某温度下,将3 mol A和2 mol B充入一密闭容器中,发生反应:aA(g)+B(g)C(g)+D(g),5 min末反应达平衡,各物质的平衡浓度的关系为ca(A)·c(B)=c(C)·c(D)。若在温度不变的情况下将容器的容积扩大为原来的10倍,B的转化率不发生变化,则B的转化率为(　　)。 A.60%　　　 B.40% C.24% D.4% 答案:A 解析:扩大容器容积为原来的10倍,B的转化率不变,则a=1。 设B的变化浓度为x mol·L-1,令容器的容积为1 L,则: 　　　　　 A(g) + B(g) C(g) + D(g) 起始浓度/(mol·L-1) 3 2 0 0 变化浓度/(mol·L-1) x x x x 平衡浓度/(mol·L-1) 3-x 2-x x x 根据平衡浓度的关系,(3-x)×(2-x)=x×x,解得x=1.2,则B的转化率为×100%=60%,A项正确。 3.浓度均为0.1 mol·L-1的CH4和CO2,在一定条件下发生反应CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g),测得CH4的平衡转化率与温度及压强的关系如图,下列说法不正确的是(　　)。 A.平衡时CO与H2的物质的量比为1∶1 B.p1、p2、p3、p4由大到小的顺序为p1<p2<p3<p4 C.1 100 ℃、p4条件下,该反应在10 min时达到平衡点X,则v(CO2)=0.008 mol·L-1·min-1 D.随着温度升高,CH4的转化率减小 答案:D 解析:因为生成物CO与H2的物质的量按1∶1生成,所以平衡时CO与H2的物质的量比为1∶1,A项正确。由图可知,温度一定时,甲烷的转化率α(p1)>α(p2)>α(p3)>α(p4),正反应是气体体积增大的反应,增大压强平衡向逆反应进行,甲烷的转化率降低,故压强p4>p3>p2>p1,B项正确。压强为p4、1 100 ℃的条件下,达到平衡X点时甲烷的转化率为80%,甲烷的浓度变化量为0.1 mol·L-1×80%=0.08 mol·L-1,则v(CO2)==0.008 mol·L-1·min-1,C项正确。由题图可知,当压强相同时,温度越高,CH4的平衡转化率越大,D项错误。 4.温度为T1时,在容积为10 L的恒容密闭容器中充入一定量的M(g)和N(g),发生反应M(g)+N(g)2P(g)+Q(g)　ΔH>0。反应过程中的部分数据如表所示,下列说法正确的是(　　)。 t/min 0 5 10 n(M)/mol 6.0 4.0 n(N)/mol 3.0 1.0 A.若T2时该反应的化学平衡常数为0.64,则T1>T2 B.0~5 min内,用M表示的平均反应速率为0.4 mol·L-1·min-1 C.该反应在第8 min时v逆>v正 D.当M、N的转化率之比保持不变时,可判断该反应达到平衡状态 答案:A 解析:该反应为吸热反应,升高温度,平衡正向进行,平衡常数增大,根据表中数据可知,5 min时反应已达到平衡,故T1时该反应的化学平衡常数为=0.8,T2时该反应的化学平衡常数为0.64,故T1>T2,A项正确,C项错误。根据“三段式”可知,0~5 min内,用M表示的平均反应速率为v==0.04 mol·L-1·min-1,B项错误。根据化学方程式M、N的化学计量数之比可知,两者的转化率之比始终保持不变,是个定值,故D项错误。 5.(2024吉林卷)异山梨醇是一种由生物质制备的高附加值化学品;150 ℃时其制备过程及相关物质浓度随时间变化如图所示,15 h后异山梨醇浓度不再变化。下列说法错误的是(　　)。 A.3 h时,反应②正、逆反应速率相等 B.该温度下的平衡常数:①>② C.0~3 h平均速率v(异山梨醇)=0.014 mol·kg-1·h-1 D.反应②加入催化剂不改变其平衡转化率 答案:A 解析:由题干结合图像可知,3 h时山梨醇的浓度基本为零,1,4-失水山梨醇的浓度先增加后减少,异山梨醇的浓度逐渐增加,在15 h时基本不变,反应达到平衡。3 h后,各物质的浓度还在变化,反应②未达平衡,正、逆反应速率不相等,A项错误;由图可知,反应①中的反应物山梨醇最终几乎完全消耗,所以反应①的平衡常数K1接近无穷大,而反应②中的反应物最终还有,故反应②的平衡常数K2<K1,B项正确;0~3 h时异山梨醇的浓度变化为0.042 mol·kg-1,所以其平均速率v==0.014 mol·kg-1·h-1,C项正确;催化剂只影响化学反应速率,不会改变平衡转化率,D项正确。 6.科学家研究以太阳能为热源分解Fe3O4,最终循环分解水制H2,其中一步重要反应为2Fe3O4(s)6FeO(s)+O2(g)　ΔH=a kJ·mol-1。在一定压强下,Fe3O4的平衡转化率随温度变化的α(Fe3O4)-T曲线如图所示。下列有关说法不正确的是(　　)。 A.a>0 B.压强p1>p2 C.升高温度,该反应的平衡常数增大 D.将体系中O2分离出去,能提高Fe3O4的转化率 答案:B 解析:根据图像分析,压强一定,温度升高,Fe3O4的平衡转化率升高,该反应为吸热反应,ΔH>0,即a>0,A项正确;温度一定时,压强增大,平衡逆向移动,Fe3O4的平衡转化率降低,故p1<p2,B项错误;升高温度,平衡正向移动,反应的平衡常数增大,C项正确;将体系中O2分离出去,平衡正向移动,能提高Fe3O4的转化率,D项正确。 二、非选择题 7.(2023全国甲卷改编)甲烷选择性氧化制备甲醇是一种原子利用率高的方法。回答下列问题。 (1)已知下列反应的热化学方程式: ①3O2(g)2O3(g)　K1　ΔH1=285 kJ·mol-1 ②2CH4(g)+O2(g)2CH3OH(l)　K2　ΔH2=-329 kJ·mol-1 反应③CH4(g)+O3(g)CH3OH(l)+O2(g)的ΔH3=　　　　 kJ·mol-1,平衡常数K3=　　　　　　　(用K1、K2表示)。  (2)电喷雾电离等方法得到的M+(Fe+、Co+、Ni+等)与O3反应可得MO+。MO+与CH4反应能高选择性地生成甲醇。分别在300 K和310 K下(其他反应条件相同)进行反应MO++CH4M++CH3OH,结果如下图所示。图中300 K的曲线是　　　　　(填“a”或“b”)。300 K、60 s时MO+的转化率为　　　　　　　　　　(列出算式)。  (3)MO+分别与CH4、CD4反应,体系的能量随反应进程的变化如下图所示(两者历程相似,图中以CH4示例)。 (ⅰ)步骤Ⅰ和Ⅱ中涉及氢原子成键变化的是　　　　　(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。  (ⅱ)直接参与化学键变化的元素被替换为更重的同位素时,反应会变慢,则MO+与CD4反应的能量变化应为图中曲线　　　　　(填“c”或“d”)。  (ⅲ)MO+与CH2D2反应,氘代甲醇的产量CH2DOD　　　　(填“>”“=”或“<”)CHD2OH。若MO+与CHD3反应,生成的氘代甲醇有　　　　　种。  答案:(1)-307　　(2)b　(1-10-0.1)×100%　(3)(ⅰ)Ⅰ　(ⅱ)c　(ⅲ)<　2 解析:(1)分析题给的两个热化学方程式,可知反应③可由得到,故ΔH3=(ΔH2-ΔH1)=×(-329-285) kJ·mol-1=-307 kJ·mol-1。反应③的平衡常数K3=。 (2)对于题述反应MO++CH4M++CH3OH,温度越高,MO+与CH4反应的速率越大,反应相同时间MO+的转化率越大,即温度越高,的值越小,则-lg的值就越大,因此图中310 K的曲线是a,300 K的曲线是b。300 K、60 s时图像的纵坐标数值为0.1,则-lg=0.1,=10-0.1,则MO+的转化率为×100%=(1-10-0.1)×100%。 (3)(ⅰ)观察分析图中反应进程知,步骤Ⅰ中甲烷中C—H发生变化,氧原子与氢原子间形成新的共价键。 (ⅱ)依据题目信息“元素被替换为更重的同位素时,反应会变慢”,当CH4被替换为CD4后,反应变慢,说明其反应的活化能变大,故选c。 (ⅲ)根据上述分析,当MO+与CH2D2反应时,H原子与O原子结合跟D原子与O原子结合相比较,反应更快,则产量更高。依据反应机理知,当MO+与CHD3反应时,实际参与替换的氢原子共两种类型(H和D),故生成的氘代甲醇有2种。 8.(2025陕晋宁青卷)MgCO3/MgO循环在CO2捕获及转化等方面具有重要应用。科研人员设计了利用MgCO3与H2反应生成CH4的路线,主要反应如下: Ⅰ.MgCO3(s)MgO(s)+CO2(g)　ΔH1=+101 kJ·mol-1 Ⅱ.CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)　ΔH2=-166 kJ·mol-1 Ⅲ.CO2(g)+H2(g)H2O(g)+CO(g)　ΔH3=+41 kJ·mol-1 回答下列问题。 (1)计算MgCO3(s)+4H2(g)MgO(s)+2H2O(g)+CH4(g)　ΔH4=　　　　 kJ·mol-1。  (2)提高CH4平衡产率的条件是　　　　(填字母)。  A.高温高压 B.低温高压 C.高温低压 D.低温低压 (3)高温下MgCO3分解产生的MgO催化CO2与H2反应生成CH4,部分历程如图甲,其中吸附在催化剂表面的物种用*标注。所示步骤中最慢的基元反应是　　　　　　(填序号),生成水的基元反应方程式为　 。  甲 (4)100 kPa下,在密闭容器中H2(g)和MgCO3(s)各1 mol发生反应。反应物(H2、MgCO3)的平衡转化率和生成物(CH4、CO2)的选择性随温度变化关系如图乙、丙所示(反应Ⅲ在360 ℃以下不考虑)。 乙 该图为乙图内点M附近区域放大图 丙 注:含碳生成物选择性=×100%。 ①表示CH4选择性的曲线是　　　　(填字母)。  ②点M温度下,反应Ⅱ的Kp=　　　(kPa)-2(列出计算式即可)。  ③在550 ℃下达到平衡时,n(CO)=　　　　 mol。500~600 ℃,随温度升高H2平衡转化率下降的原因可能是　  　。  答案:(1)-65　 (2)B (3)④　HO*+CC+H2O (4)①c　②　③0.2　温度越高,主要发生反应Ⅱ,且反应Ⅱ平衡逆向移动对H2的影响大于反应Ⅲ平衡正向移动对H2的影响 解析:(1)反应Ⅰ+反应Ⅱ可得:MgCO3(s)+4H2(g)MgO(s)+2H2O(g)+CH4(g)　ΔH4=ΔH1+ΔH2=(101-166) kJ·mol-1=-65 kJ·mol-1。 (2)反应Ⅱ是一个气体体积减小的放热反应,故低温高压有利于平衡正向移动,提高CH4平衡产率。 (3)基元反应的活化能越大,反应速率越小。观察图示知,基元反应④的活化能最大。生成水的基元反应是③,反应方程式为HO*+CC+H2O。 (4)①分析题中3个反应,360 ℃以下不考虑反应Ⅲ,根据选择性定义,此时CH4和CO2的选择性相加为100%,结合点M附近区域放大图可知曲线b、c表示CH4或CO2的选择性,随温度升高反应Ⅰ平衡正向移动,即MgCO3的平衡转化率增大至接近100%,则曲线a代表MgCO3的平衡转化率。反应Ⅱ为放热反应,随温度升高平衡逆移,CH4的选择性减小,反应Ⅰ吸热,随温度升高平衡正向移动,CO2的选择性升高,则曲线c表示CH4的选择性。 ②分析图丙知:点M温度下MgCO3的平衡转化率为49%,即此时MgCO3分解了0.49 mol,此时CH4、CO2的选择性均为50%,即n(CH4)=n(CO2)=0.49 mol×50%=0.245 mol。 依体系中碳元素守恒有: n(C)=n(CH4)+n(CO2)=0.49 mol,且n(CH4)=n(CO2)=0.245 mol。 依体系中氧元素守恒有: n(O)=n(CO2)×2+n(H2O)=0.49 mol×2,得n(H2O)=0.49 mol。 依体系中氢元素守恒有: n(H)=n(CH4)×4+n(H2O)×2+n(H2)×2=2.0 mol,得n(H2)=0.02 mol。 此时体系中气体总物质的量为n(CH4)+n(CO2)+n(H2O)+n(H2)=0.245 mol+0.245 mol+0.49 mol+0.02 mol=1.0 mol。 则反应Ⅱ的Kp== (kPa)-2。 ③分析图乙,在550 ℃下,MgCO3转化率为100%,CO2选择性为70%(生成CO2 0.7 mol),CH4选择性为10%(生成CH4 0.1 mol),依据碳元素守恒,反应Ⅲ生成CO 0.2 mol。 在500~600 ℃条件下,体系中只存在反应Ⅱ和反应Ⅲ,反应Ⅱ为放热反应,反应Ⅲ为吸热反应,温度升高反应Ⅱ平衡逆移,反应Ⅲ平衡正移。因为H2平衡转化率下降,说明主要发生反应Ⅱ,反应Ⅱ逆向移动对H2的影响大于反应Ⅲ正向移动对H2的影响。 3 学科网（北京）股份有限公司 $