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(共88张PPT)
第50讲
化学反应速率与化学平衡图像分类突破
1.了解化学反应速率、化学平衡图像的常见类型。
2.通过解答不同类型图像问题，初步建立解答化学反应速率、化学平衡相关图像问题的思维模型。
复
习
目
标
分析、解答化学反应速率与化学平衡图像题的三个步骤
第一步：看图像
一看面——横坐标、纵坐标代表的量(如纵坐标是反应物百分含量，还是反应物的转化率等)，确定坐标值与化学量的正变与负变关系。
二看线——曲线的走向、变化趋势(斜率大小、升与降、平与陡、渐变与突变、连续与断变、转折等)，同时对走势有转折变化的曲线，要分段进行分析，找出各段曲线的变化趋势及含义。例如，升高温度，v吸增加得多，v放增加得少；增大反应物浓度，v正突变，v逆渐变。
三看点——起点(分清反应物、生成物。浓度减小的是反应物，浓度增大的是生成物，一般生成物多数以原点为起点)，终点(终点是否达到平衡)，转折点(转折点前后影响的主要因素不同)等；此外还有顶点、拐点、交叉点、平衡点等都要认真分析。
四看辅助线——要不要作等温线、等压线，讨论单变量。
五看量——一般标出具体数值的量在解题中都会用到。
第二步：想规律
在看清图的基础上，根据坐标x轴的变化，确定y轴的变化，结合外因对化学反应速率、化学平衡的影响因素分析变化的本质原因。
第三步：作判断
看条件(T，p，c)
1.在一密闭容器中发生反应：N2(g)＋3H2(g)　　2NH3(g)　ΔH＜0，达到平衡后，只改变某一个条件时，反应速率与反应时间的关系如图所示。
回答下列问题：
(1)处于平衡状态的时间段是______(填字母，下同)。
A.t0～t1　　　　　　 B.t1～t2
C.t2～t3 D.t3～t4
E.t4～t5 F.t5～t6
一、反应进程类图像(横坐标为时间t)
ACDF
根据图示可知，t0～t1、t2～t3、t3～t4、t5～t6时间段内，v正、v逆相等，反应处于平衡状态。
(2)判断t1、t3、t4时刻分别改变的一个条件。
A.增大压强 B.减小压强
C.升高温度 D.降低温度
E.加催化剂 F.充入氮气
t1时刻_____；t3时刻_____；t4时刻______。
C
E
B
t1时，v正、v逆同时增大，且v逆增大的更快，平衡向逆反应方向移动，所以t1时改变的条件是升温；t3时，v正、v逆同时增大且增大程度相同，平衡不移动，所以t3时改变的条件是加催化剂；t4时，v正、v逆同时减小，且v正减小的更快，平衡向逆反应方向移动，所以t4时改变的条件是减小压强。
(3)依据(2)中的结论，下列时间段中，氨的百分含量最高的是____。
A.t0～t1 B.t2～t3
C.t3～t4 D.t5～t6
A
根据图示知，t1～t2、t4～t5时间段内平衡均向逆反应方向移动，则NH3的含量均比t0～t1时间段内的低，所以t0～t1时间段内NH3的百分含量最高。
(4)如果在t6时刻，从反应体系中分离出部分氨，t7时刻反应达到平衡状态，请在图中画出反应速率的变化曲线。
答案　
t6时刻分离出部分NH3，v逆立刻减小，而v正逐渐减小，在t7时刻二者相等，反应重新达到平衡，据此可画出反应速率的变化曲线。
在分析v－t图像时，要特别注意反应速率的变化，即v正、v逆是都增大了还是都减小了(条件改变的瞬间，v正、v逆的起点与原平衡点不重合)，还是一个增大(或减小)而另一个不变(条件改变的瞬间，v正、v逆中不变的那个，起点与原平衡点重合)。
2.已知：反应为mA(g)＋nB(g)　　pC(g)＋qD(g)。
(1)
T1 T2，正反应为 反应。
<
放热
(2)
p1 p2，正反应为气体体积 的反应。
<
增大
(3)
图中 使用催化剂；或者增大压强，此时m＋n p＋q。
a
＝
3.现将一定量N2O4气体充入恒容密闭容器中，控制反应温度为T1 ℃[N2O4(g)
2NO2(g)　ΔH>0]，c(N2O4)随t(时间)变化曲线如图，画出0～t2时段，c(NO2)随t变化曲线。保持其他条件不变，改变反应温度为T2(T2＞T1)，再次画出0～t2时段，c(NO2)随t变化趋势的曲线。
答案
根据反应N2O4(g)　　2NO2(g)，NO2的改变量是N2O4的两倍，从N2O4的曲线可知其达到平衡时减少了0.03 mol·L－1，则NO2从0升高到平衡时的0.06 mol·L－1，即可画出曲线；该反应ΔH>0，保持其他条件不变，随着温度的升高，平衡正向移动，且反应速率增大，达到平衡的时间缩短，即可画出曲线。
4.对于反应2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)，采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂，在323 K和343 K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。
(1)343 K时反应的平衡转化率α＝____%。平衡常数K343 K＝________(保留2位小数)。
22
0.02
温度越高，反应速率越快，达到平衡的时间越短，则a点所在曲线代表343 K时SiHCl3的转化率变化，b点所在曲线代表323 K时SiHCl3的转化率变化。343 K时反应的平衡转化率α＝22%。设起始时SiHCl3(g)的浓度为1 mol·L－1，则有
　　　　　　　2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)
起始/(mol·L－1)　1　　　　　　0　　　　 0
转化/(mol·L－1)　0.22　　　　 0.11　　　0.11
平衡/(mol·L－1)　0.78　　　　 0.11　　　0.11
(2)在343 K下：要提高SiHCl3转化率，可采取的措施是_______________；要缩短反应达到平衡的时间，可采取的措施有____________、_________________。
及时移去产物
改进催化剂
提高反应物压强
(3)比较a、b处反应速率大小：va_______vb(填“大于”“小于”或“等于”)。反应速率v＝v正－v逆＝
－　　　　　　，k正、k逆分别为正、逆反应速率常数，x为物质的量分数，计算a处的　 ＝______(保留1位小数)。
大于
1.3
温度越高，反应速率越快，a点温度为343 K，b点温度为323 K，故反应速率：va>vb。反应速率v＝v正－v逆＝
　　　　－　　　　　　，则有v正＝　　　　，v逆＝
　　　　　 ，343 K下反应达到平衡状态时v正＝v逆，即　　　 ＝　 　　　　，经计算可得SiHCl3、SiH2Cl2、
SiCl4的物质的量分数分别为0.78、0.11、0.11，则有k正×0.782＝k逆×0.112，
a处SiHCl3的平衡转化率α＝20%，此时SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4的物质的量分数分别为0.8、0.1、0.1，
此类图像一般纵坐标表示物质的量、浓度、百分含量、转化率，横坐标表示反应时间。解题的关键是找转折点。
(1)转折点之前，用外因对速率的影响分析问题，用“先拐先平数值大”的规律判断不同曲线表示温度或压强的大小。
(2)转折点之后是平衡状态或平衡移动，解题时要抓住量的变化，找出平衡移动的方向，利用化学平衡移动原理推理分析。
5.反应：aA(g)＋bB(g)　　cC(g)＋dD(g)　ΔH
二、恒温(恒压)线
图像
结论 a＋b c＋d，ΔH 0 a＋b c＋d，ΔH 0
>
>
>
>
6.在一恒容的密闭容器中充入0.1 mol·L－1 CO2、0.1 mol·L－1 CH4，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、压强的关系如图，下列有关说法不正确的是
A.上述反应的ΔH<0
B.压强：p4>p3>p2>p1
C.压强为p4、温度为1 100 ℃时该反应的平衡
　常数约为1.64
D.压强为p4时，在y点：v正>v逆
√
由图像可知，压强一定时，温度越高，CH4的平衡转化率越高，故正反应为吸热反应，ΔH>0，A项错误；
该反应为气体分子总数增加的反应，压强越大，甲烷的平衡转化率越小，故压强：p4>p3>p2>p1，B项正确；
压强为p4、温度为1 100 ℃时，甲烷的平衡转化率为80.00%，故平衡时各物质的浓度分别为c(CH4)＝0.02 mol·L－1，c(CO2)＝0.02 mol·L－1，c(CO)＝0.16 mol·L－1，c(H2)＝0.16 mol·L－1，
平衡常数K＝ 　　　　≈1.64，C项正确；
压强为p4时，y点未达到平衡，此时v正>v逆，D项正确。
此类图像的纵坐标为某物质的平衡浓度或转化率，横坐标为温度或压强，解答此类问题，要关注曲线的变化趋势，有多个变量时，注意控制变量，即“定一议二”。
7.一定条件下，反应：6H2(g)＋2CO2(g)　　C2H5OH(g)＋3H2O(g)的数据如图所示。
下列说法正确的是
A.该反应的ΔH＞0
B.达平衡时，v正(H2)＝v逆(CO2)
C.b点对应的平衡常数K值大于c点
D.a点对应的H2的平衡转化率为90%
三、投料比—转化率相关图像
√
升高温度，CO2的平衡转化率减小，平衡向左移动，正反应为放热反应，ΔH＜0，A项错误；
达平衡时，v正(H2)＝3v逆(CO2)，B项错误；
升温，平衡左移，b点温度高，其平衡常数小，C项错误。
8.采用一种新型的催化剂(主要成分是Cu-Mn合金)，利用CO和H2制备二甲醚(DME)。
主反应：2CO(g)＋4H2(g)　　CH3OCH3(g)＋H2O(g)
副反应：CO(g)＋H2O(g)　　CO2(g)＋H2(g)
CO(g)＋2H2(g)　　CH3OH(g)
测得反应体系中各物质的产率或转化率与催化剂的
关系如图所示。
2.0
(1)改变投料比相当于增加一种反应物的浓度，另一种反应物的转化率升高，而自身的转化率降低。
(2)当按化学反应方程式的计量数之比投入反应物，各组分的平衡转化率相同，平衡时产物的体积分数最大。
在反应过程中，断裂
和形成的化学键相同
(6)下列措施既能提高反应物的平衡转化率，又能增大生成C40H10的反应速率的是____(填标号)。
a.升高温度　　b.增大压强　　c.加入催化剂
a
由反应历程可知，该反应为吸热反应，升温，反应正向进行，提高了平衡转化率，反应速率也加快，a符合题意；
该反应为正向体积增大的反应，加压，反应逆向进行，降低了平衡转化率，b不符合题意；
加入催化剂，平衡不移动，不能提高平衡转化率，c不符合题意。
10.[2021·全国乙卷，28(3)]McMorris测定和计算了在136～180 ℃范围内下列反应的平衡常数Kp。
2NO(g)＋2ICl(g)　　2NOCl(g)＋I2(g)　Kp1
2NOCl(g)　　2NO(g)＋Cl2(g)　Kp2
①由图可知，NOCl分解为NO和Cl2，反应的ΔH______0
(填“大于”或“小于”)。
大于
结合图可知，温度越高， 越小，lg Kp2越大，即Kp2越大，说明升高温度平衡2NOCl(g)
2NO(g)＋Cl2(g)正向移动，则NOCl分解为NO和Cl2反应的ΔH大于0。
②反应2ICl(g)===Cl2(g)＋I2(g)的K＝________(用Kp1、Kp2表示)；该反应的ΔH________0(填“大于”或“小于”),写出推理过程：__________________。
Kp1·Kp2
大于
由图可知：lg Kp2(T′)－lg Kp2(T)>|lg Kp1(T′)－lg Kp1(T)|
＝lg Kp1(T)－lg Kp1(T′)，则：lg[Kp2(T′)·Kp1(T′)]>lg[Kp2(T)·Kp1(T)]，
即K(T′)>K(T)，因此该反应正反应为吸热反应，即ΔH大于0
五、多重平衡的复杂图像
11.二甲醚(CH3OCH3)是一种极具发展潜力的有机化工产品和洁净燃料。CO2加氢制二甲醚的反应体系中，主要发生反应的热化学方程式为
反应Ⅰ：CO2(g)＋H2(g)　　CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝＋41.2 kJ·mol－1
反应Ⅱ：CO2(g)＋3H2(g)　　CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH＝－49.5 kJ·mol－1
反应Ⅲ：2CH3OH(g)　　CH3OCH3(g)＋H2O(g)　ΔH＝－23.5 kJ·mol－1
在2 MPa，起始投料　　　＝3时，CO2的平衡转化率及CO、CH3OCH3、CH3OH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.反应2CO2(g)＋6H2(g)　　CH3OCH3(g)＋
　3H2O(g)的ΔH＝－73.0 kJ·mol－1
B.图中X表示CO
C.为提高二甲醚的产率，需要研发在低温区
　的高效催化剂
D.温度从553 K上升至573 K时，反应Ⅰ消耗
　的CO2少于反应Ⅱ生成的CO2
√
由盖斯定律知：反应Ⅱ×2＋Ⅲ得反应：2CO2(g)＋6H2(g)　　CH3OCH3(g)＋3H2O(g)　ΔH＝2×(－49.5 kJ·mol－1)＋(－23.5 kJ·mol－1)＝
－122.5 kJ·mol－1，A错误；
升高温度，反应Ⅰ正向进行，则CO的平衡体积分数应增大，故Y表示CO，B错误；
由图可知，温度从553 K上升至573 K时，反应Ⅰ消耗的CO2大于反应Ⅱ生成的CO2，D错误。
(1)在多重平衡体系中，某物质的平衡浓度，是所有有关反应的平衡浓度，对各相关反应的平衡常数都满足。
(2)在计算某反应的平衡常数时，要善于选特殊点计算。只要温度不变，这个平衡常数值可以运用于平衡曲线上的任何一点，选取多曲线的交点，往往能简化计算。
课时精练
1.(2022·广东，13)恒容密闭容器中，BaSO4(s)＋4H2(g)　　BaS(s)＋4H2O(g)在不同温度下达平衡时，各组分的物质的量(n)如图所示。
下列说法正确的是
A.该反应的ΔH<0
B.a为n(H2O)随温度的变化曲线
C.向平衡体系中充入惰性气体，平衡不移动
D.向平衡体系中加入BaSO4，H2的平衡转化率增大
√
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从图示可以看出，平衡时升高温度，氢气的物质的量减少，则平衡正向移动，说明该反应的正反应是吸热反应，即ΔH＞0，故A错误；
由A项分析知随着温度升高平衡正向移动，水蒸气的物质的量增加，而a曲线表示的物质的物质的量几乎不随温度变化而变化，故B错误；
容器体积固定，向容器中充入惰性气体，没有改变各物质的浓度，平衡不移动，故C正确；
BaSO4是固体，向平衡体系中加入BaSO4，不能改变其浓度，因此平衡不移动，氢气的平衡转化率不变，故D错误。
2.(2022·浙江1月选考，19)在恒温恒容条件下，发生反应A(s)＋2B(g)　　3X(g)，c(B)随时间的变化如图中曲线甲所示。下列说法不正确的是
A.从a、c两点坐标可求得从a到c时间间隔内该化学反应的平均速率
B.从b点切线的斜率可求得该化学反应在反应开始时的瞬时速率
C.在不同时刻都存在关系：2v(B)＝3v(X)
D.维持温度、容积、反应物起始的量不变，向反应体系中加入催
　化剂，c(B)随时间变化关系如图中曲线乙所示
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3.将4 mol H2和2 mol CO通入1 L的反应器中，一定条件下发生反应：2CO(g)＋4H2(g)===CH3OCH3(g)＋H2O(g)　ΔH，其中CO的平衡转化率随温度、压强的变化关系如图所示，下列说法正确的是
A.ΔH>0
B.p1C.X点和Y点对应的化学平衡常数K(X)D.在p2和316 ℃时，若将6 mol H2和2 mol CO通入容
　器中，则平衡时CO的平衡转化率大于50%
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由图可知，压强一定时，温度越高，CO的平衡转化率越低，说明升高温度，平衡向逆反应方向移动，则正反应为放热反应，即ΔH＜0，故A错误；
正反应为气体体积减小的反应，温度一定时，增大压强，平衡向正反应方向移动，CO的平衡转化率增大，故压强：p1＞p2，故B错误；
X点和Y点对应的温度相同，则化学平衡常数K(X)＝K(Y)，故C错误；
在p2和316 ℃时，若将6 mol H2和2 mol CO通入容器中，相当于在原平衡的基础上增大氢气的浓度，平衡向正反应方向移动，CO的转化率增大，故CO的平衡转化率应大于50%，故D正确。
4.还原CoO制备Co可通过下列两个反应实现：
Ⅰ.CoO(s)＋H2(g)　　Co(s)＋H2O(g)
Ⅱ.CoO(s)＋CO(g)　　Co(s)＋CO2(g)
723 K下，在初始压强相同(均为12.0 kPa)的
甲、乙两密闭容器中分别发生反应Ⅰ、反
应Ⅱ，得到部分气体的分压随时间的变化关系如图所示。下列说法错误的是
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A.甲容器中，10～40 min内用H2表示的平均反应速率v(H2)＝0.15 kPa·min－1
B.增大起始时容器的压强，CoO的平衡转化率增大
C.此条件下，选择CO还原CoO的效率更高
D.723 K时，反应Ⅱ的平衡常数Kp＝119
√
根据题给反应方程式，反应前后气体系数之和相等，增大起始时压强，平衡不移动，CoO的平衡转化率不变，故B错误；
根据两个图像可知，CO还原CoO的速率
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更快，达到平衡时间更短，CO还原CoO
达到平衡时，CO2分压为11.9 kPa，起始压强为12.0 kPa，说明CO还原CoO转化更彻底，因此选择CO还原CoO的效率更高，故C正确；
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5.某温度下，在容积为2 L的刚性固定容器中加入1 mol环戊烯(　　)和1 mol I2发生可
逆反应　　 (g)＋I2(g)　　　　(g)＋2HI(g)　ΔH>0，实验测得容器内压强随时间的
变化关系如图所示。下列说法错误的是
A.0～2 min内，环戊烯的平均反应速率为
　0.10 mol·L－1· min－1
B.环戊烯的平衡转化率为50%
C.高温低压有利于提高环戊烯的平衡转化率
D.该温度下，反应的平衡常数为K＝2
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平衡时，压强增大0.25倍，消耗0.5 mol环戊烯，其平衡转化率为50%，B正确；
该反应为吸热反应，且生成物中气体的系数之和大于反应物中气体系数之和，升高温度、减小压强有利于提高环戊烯的平衡转化率，C正确；
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6.在密闭容器中充入1 mol CO和1 mol NO，在一定条件下发生反应2NO(g)＋2CO(g)　　
　　N2(g)＋2CO2(g)，测得NO的平衡转化率与温度及压强的关系如图所示。实验测得，v正＝k正c2(NO)·c2(CO)，v逆＝k逆c(N2)·c2(CO2)(k正、k逆为速率常数)，下列说法错误的是
A.达到平衡后，仅升高温度，k正增大的倍数小于k逆
　增大的倍数
B.若密闭容器体积为1 L，在p1压强下，b点
C.NO的物质的量：b点>a点
D.逆反应速率：a点>c点
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7.(2024·合肥模拟)25 ℃时，向恒容容器中加入A发生反应：①2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)；②2NO2(g)　　N2O4(g)。反应体系中N2O5、NO2、O2的分压随时间t的变化曲线如图所示。下列说法正确的是
A.曲线C表示NO2的分压随时间的变化曲线
B.25 ℃时，反应②的压强平衡常数Kp＝
C.当O2、N2O4的分压相等时，反应②中的NO2转化率
　为12.5%
D.t1 min后，保持温度和体积不变，再充入NO2(g)，则O2(g)的分压增大
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起始时刻N2O5分压为40 kPa，发生反应①完全转化为二氧化氮和氧气，氧气分压为20 kPa，二氧化氮发生反应②部分转化为四氧化二氮，平衡时二氧化氮分压为16 kPa，A、B、C分别为N2O5、NO2、O2的分压随时间t的变化曲线，A错误；
　　　　　　　2NO2(g)　　N2O4(g)
起始分压/kPa　　80　　　　0
变化分压/kPa　　64　　　　32
平衡分压/kPa　　16　　　　32
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某时刻O2、N2O4的分压相等为20 kPa时：
　　　　　　　2NO2(g)　　N2O4(g)
起始分压/kPa　　80　　　　0
变化分压/kPa　　40　　　　20
平衡分压/kPa　　40　　　　20
二氧化氮的转化率为50%，C错误；
t1 min后，保持温度和体积不变，再充入NO2(g)引起②化学平衡发生移动，由勒夏特列原理知体系中总的物质的量依然增大，O2(g)的物质的量不变，氧气分压减小，D错误。
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8.含氮化合物在生活、生产、研究领域至关重要。我国学者在容积不变的刚性容器中按投料比　　　＝1发生反应2H2(g)＋2NO(g)　　N2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－664.1 kJ·mol－1，不同催化剂条件下，反应相同时间测得NO转化率与温度的关系如图所示。且研究表明该反应v＝kcm(H2)·c2(NO)，其中k为速率常数。下列说法错误的是
A.当使用催化剂乙时，温度高于350 ℃ NO转化率下降
　是由于反应放热，达到平衡后，升高温度使平衡逆
　向移动
B.使用催化剂甲比使用催化剂乙正反应的活化能更低
C.对于反应2H2(g)＋2NO(g)　　N2(g)＋2H2O(g)，其他
　条件不变，加压使平衡正向移动
D.T1 ℃的初始速率为v0，当H2转化率为60%时，反应速率为0.064v0，由此可知m＝1
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当使用催化剂乙时，温度低于350 ℃时，催化剂的活性随温度升高逐渐增强，反应速率加快，NO转化率也增大，温度高于350 ℃时，催化剂活性降低甚至失去活性，反应速率下降，导致NO转化率下降，A错误；
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单位时间内，使用催化剂甲比使用催化剂乙反应速率
快，NO转化率高，则使用催化剂甲比使用催化剂乙正反应的活化能更低，B正确；
设初始一氧化氮和氢气的物质的量均为1 mol，容器体积为1 L，则初始一氧化氮和氢气的浓度均为1 mol·L－1，v0＝k×1m×12＝k，当H2转化率为60%时，c(H2)＝0.4 mol·L－1，c(NO)＝0.4 mol·L－1，此时的反应速率为0.064v0，则有0.064v0＝k×0.4m×0.42＝v0×0.4m×0.42，解得m＝1，D正确。
9.(2023·湖南校联考模拟)向1 L的恒容密闭容器中加入1 mol X和2 mol Y，发生反应：X(g)＋2Y(g)　　2Z(g)，X的转化率α随温度T的变化如图所示(图中不同温度下的转化率是第5 min数据)。下列说法正确的是
A.300 ℃时，0～5 min内平均反应速率v(Z)＝
　0.3 mol·L－1· min－1
B.b、c点对应的v逆(Y)大小关系：b>c
C.c点时，反应消耗p mol X(p<1)，同时消耗2p mol Z
D.若将容器体积缩小为0.5 L，则c点温度下的α(X)减小
√
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2
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a点时，X的转化率为30%，此时生成的Z为0.6 mol，Z的平均反应速率为0.12 mol·L－1·min－1，A错误；
c点达平衡，反应消耗p mol X，同时消耗2p mol Z，C正确；
c点温度下，压缩体积，即增大压强，平衡正向移动，α(X)增大，D错误。
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10.(2023·江苏盐城统考模拟)焦炉煤气(主要成分：CH4、CO2、H2、CO)在炭催化下，使CH4与CO2重整生成H2和CO。其主要反应为
反应Ⅰ：CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)　ΔH1＝＋247.1 kJ·mol－1
反应Ⅱ：H2(g)＋CO2(g)===CO(g)＋H2O(g)　ΔH2＝＋41.2 kJ·mol－1
反应Ⅲ：C(s)＋CO2(g)===2CO(g)　ΔH3＝＋172 kJ·mol－1
反应Ⅳ：C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)
ΔH4＝＋131.29 kJ·mol－1
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在1×105Pa下、将焦炉煤气以一定流速通过装有炭催化剂的反应管，CH4、CO、H2的相对体积和CO2的转化率随温度变化的曲线如图所示。
A.温度低于900 ℃时，反应Ⅰ基本不发生
B.850～900 ℃时，主要发生反应Ⅳ
C.增大焦炉煤气流速一定能提高CO的相对体积
D.工业生产上需要研发低温下CH4转化率高的
　催化剂
√
1
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从图中可以看出，温度低于900 ℃时，CH4的相对体积基本上是100%，所以反应Ⅰ基本不发生，所以工业生产上需要研发低温下CH4转化率高的催化剂，A、D正确；
1
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850～900 ℃时，H2、CO的相对体积都增大，
且增大的幅度相近，而CH4的相对体积变化不大，所以主要发生反应Ⅳ，B正确；
从图中可以看出，4个反应均为生成CO的反应，且都为吸热反应，所以若想提高CO的相对体积，应选择升高温度，与增大焦炉煤气的流速无关，C不正确。
11.(1)CO2催化加氢生成乙烯和水的反应中，主要反应为2CO2＋6H2　　C2H4＋4H2O，理论计算表明，原料初始组成n(CO2)∶n(H2)＝1∶3，在体系压强为0.1 MPa，反应达到平衡时，四种组分的物质的量分数x随温度T的变化如图所示。
1
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图中，表示C2H4、CO2变化的曲线分别是____、_____。
CO2催化加氢合成C2H4反应的ΔH________0(填“大于”或“小于”)。
d
c
小于
由平衡图像结合反应方程式和原始投料n(CO2)∶
n(H2)＝1∶3可得，390 K时物质的量分数之比满足1∶3的是c曲线和a曲线，物质的量分数之比满足1∶4的是d曲线和b曲线，则曲线c表示CO2，曲线a表示H2，曲线d表示C2H4，曲线b表示H2O；由图像的变化趋势可知，升高温度，曲线a、c增大，曲线b、d减小，说明平衡左移，所以正反应放热，ΔH＜0。
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(2)根据图中点A(440,0.39)，计算该温度时反应的平衡常数Kp＝___________(MPa)－3
(列出计算式，以分压表示，分压＝总压×物质的量分数)。
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起始投料比n(CO2)∶n(H2)＝1∶3，平衡时总压为0.1 MPa，结合反应方程式可知p(CO2)∶p(H2)＝1∶3，p(C2H4)∶p(H2O)＝1∶4，由图像可知平衡时p(H2)＝p(H2O)＝0.1 ×0.39 MPa，所以p(CO2)＝
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12.在T1 ℃和T2 ℃时(T11 000
1 000　
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13.[2023·湖南，16(1)(3)(4)(5)(6)]聚苯乙烯是一类重要的高分子材料，可通过苯乙烯聚合制得。
Ⅰ.苯乙烯的制备
(1)已知下列反应的热化学方程式：
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计算反应④C6H5C2H5(g)　　C6H5CH==CH2(g)＋H2(g)的ΔH4＝________kJ·mol－1。
＋118
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根据盖斯定律，将①－②－③可得C6H5C2H5(g)　　C6H5CH==CH2(g)＋H2(g)　ΔH4＝－4 386.9 kJ·mol－1－(－4 263.1 kJ·mol－1)－(－241.8 kJ·mol－1)＝＋118 kJ·
mol－1。
(3)在913 K、100 kPa下，以水蒸气作稀释气、Fe2O3作催化剂，乙苯除脱氢生成苯乙烯外，还会发生如下两个副反应：
⑤C6H5C2H5(g)　　C6H6(g)＋CH2==CH2(g)
⑥C6H5C2H5(g)＋H2(g)　　C6H5CH3(g)＋CH4(g)
1
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14
曲线如图所示，其中曲线b代表的产物是______，理由是________________________
___________________________________________________。
随乙苯转化率的变化
甲苯
主反应生成的H2能使副反
应⑥的平衡正向移动，甲苯的选择性大于苯的选择性
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生成苯乙烯的反应为主反应，则苯乙烯的选择性最高，主反应生成的氢气能使副反应⑥的平衡正向移动，则甲苯的选择性大于苯的选择性，故b代表的产物为甲苯。
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(4)关于本反应体系中催化剂Fe2O3的描述错误的是______。
A.X射线衍射技术可测定Fe2O3晶体结构
B.Fe2O3可改变乙苯平衡转化率
C.Fe2O3降低了乙苯脱氢反应的活化能
D.改变Fe2O3颗粒大小不影响反应速率
BD
测定晶体结构最常用的仪器是X射线衍射仪，A项正确；
催化剂不能使平衡发生移动，不能改变乙苯的平衡转化率，B项错误；
催化剂能降低反应的活化能，加快反应速率，C项正确；
催化剂颗粒大小会影响接触面积，会影响反应速率，D项错误。
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Ⅱ.苯乙烯的聚合
苯乙烯聚合有多种方法，其中一种方法的关键步骤是某Cu(Ⅰ)的配合物促进C6H5CH2X(引发剂，X表示卤素)生成自由基　　　　，实现苯乙烯可控聚合。
(5)引发剂C6H5CH2Cl、C6H5CH2Br、C6H5CH2I中活性最高的是___________。
C6H5CH2I
(6)室温下，①Cu＋在配体L的水溶液中形成[Cu(L)2]＋，其反应平衡常数为K；②CuBr在水中的溶度积常数为Ksp。由此可知，CuBr在配体L的水溶液中溶解反应的平衡常数为_______(所有方程式中计量系数关系均为最简整数比)。
K·Ksp
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14.(2023·辽宁，18)硫酸工业在国民经济中占有重要地位。
(1)我国古籍记载了硫酸的制备方法——“炼石胆(CuSO4·5H2O)取精华法”。借助现代仪器分析，该制备过程中CuSO4·5H2O分解的TG曲线(热重)及DSC曲线(反映体系热量变化情况，数值已省略)如图1所示。700 ℃左右有两个吸热峰，则此时分解生成的氧化物有SO2、_______和_______(填化学式)。
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CuO
SO3
由图可知，起始时有2.5 mg CuSO4·5H2O，其物质的量是0.01 mmol，所含结晶水的质量为0.9 mg，则固体质量剩余1.6 mg时所得固体为CuSO4，加热过程中Cu元素的质量不变，则固体质量剩余0.8 mg时所得的固体是
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CuO，结合题图DSC曲线有两个吸热峰可知，700 ℃发生的反应为CuSO4―→CuO＋SO3、SO3―→SO2＋O2，则生成的氧化物除SO2外，还有CuO、SO3。
(2)铅室法使用了大容积铅室制备硫酸(76%以下)，副产物为亚硝基硫酸，主要反应如下：
NO2＋SO2＋H2O===NO＋H2SO4
2NO＋O2===2NO2
ⅰ.上述过程中NO2的作用为__________。
ⅱ.为了适应化工生产的需求，铅室法最终被接触法所代替，其主要原因是________
__________________________________________________________________(答出两点即可)。
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催化剂
铅室法
制得的产品中存在亚硝基硫酸杂质，生产过程中需使用有毒的氮氧化物
(3)接触法制硫酸的关键反应为SO2的催化氧化：SO2(g)＋ O2(g)　　SO3(g)　ΔH＝－98.9 kJ·mol－1
ⅰ.为寻求固定投料比下不同反应阶段的最佳生产温度，绘制相应转化率(α)下反应速率(数值已略去)与温度的关系如图2所示，下列说法
正确的是_____。
a.温度越高，反应速率越大
b.α＝0.88的曲线代表平衡转化率
c.α越大，反应速率最大值对应温度越低
d.可根据不同α下的最大速率，选择最佳生产温度
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cd
根据不同转化率下的反应速率曲线可以看出，随着温度的升高反应速率先加快后减慢，a错误；
随着转化率的增大，最大反应速率不断减小，最大反应速率出现的温度也逐渐降低，c正确。
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ⅱ.为提高钒催化剂的综合性能，我国科学家对其进行了改良。不同催化剂下，温度和转化率关系如图3所示，催化性能最佳的是___(填标号)。
ⅲ.设O2的平衡分压为p，SO2的平衡转化率为αe，用含p和αe的代数式表示上述催化氧化反应的Kp＝
________________(用平衡分压代替平衡浓度计算)。
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d
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利用平衡分压代替平衡浓度计算平衡常数，反应的平衡常数Kp＝　　　　　　　
＝　　　　　　　　　＝　　　　　　　；
设SO2初始量为m，则平衡时n(SO2)＝m－m·αe＝
m(1－αe)，n(SO3)＝m·αe，Kp＝
＝　　　　　 。1．(2022·广东，13)恒容密闭容器中，BaSO4(s)＋4H2(g) BaS(s)＋4H2O(g)在不同温度下达平衡时，各组分的物质的量(n)如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．该反应的ΔH<0
B．a为n(H2O)随温度的变化曲线
C．向平衡体系中充入惰性气体，平衡不移动
D．向平衡体系中加入BaSO4，H2的平衡转化率增大
2.(2022·浙江1月选考，19)在恒温恒容条件下，发生反应A(s)＋2B(g) 3X(g)，c(B)随时间的变化如图中曲线甲所示。下列说法不正确的是(　　)
A．从a、c两点坐标可求得从a到c时间间隔内该化学反应的平均速率
B．从b点切线的斜率可求得该化学反应在反应开始时的瞬时速率
C．在不同时刻都存在关系：2v(B)＝3v(X)
D．维持温度、容积、反应物起始的量不变，向反应体系中加入催化剂，c(B)随时间变化关系如图中曲线乙所示
3．将4 mol H2和2 mol CO通入1 L的反应器中，一定条件下发生反应：2CO(g)＋4H2(g)
===CH3OCH3(g)＋H2O(g)　ΔH，其中CO的平衡转化率随温度、压强的变化关系如图所示，下列说法正确的是(　　)
A．ΔH>0
B．p1C．X点和Y点对应的化学平衡常数K(X)D．在p2和316 ℃时，若将6 mol H2和2 mol CO通入容器中，则平衡时CO的平衡转化率大于50%
4．还原CoO制备Co可通过下列两个反应实现：
Ⅰ.CoO(s)＋H2(g) Co(s)＋H2O(g)
Ⅱ.CoO(s)＋CO(g) Co(s)＋CO2(g)
723 K下，在初始压强相同(均为12.0 kPa)的甲、乙两密闭容器中分别发生反应Ⅰ、反应Ⅱ，得到部分气体的分压随时间的变化关系如图所示。下列说法错误的是(　　)
A．甲容器中，10～40 min内用H2表示的平均反应速率v(H2)＝0.15 kPa·min－1
B．增大起始时容器的压强，CoO的平衡转化率增大
C．此条件下，选择CO还原CoO的效率更高
D．723 K时，反应Ⅱ的平衡常数Kp＝119
5.某温度下，在容积为2 L的刚性固定容器中加入1 mol环戊烯()和1 mol I2发生可逆反应(g)＋I2(g) ?(g)＋2HI(g)　ΔH>0，实验测得容器内压强随时间的变化关系如图所示。下列说法错误的是(　　)
A．0～2 min内，环戊烯的平均反应速率为0.10 mol·L－1· min－1
B．环戊烯的平衡转化率为50%
C．高温低压有利于提高环戊烯的平衡转化率
D．该温度下，反应的平衡常数为K＝2
6.在密闭容器中充入1 mol CO和1 mol NO，在一定条件下发生反应2NO(g)＋2CO(g) N2(g)＋2CO2(g)，测得NO的平衡转化率与温度及压强的关系如图所示。实验测得，v正＝k正c2(NO)·c2(CO)，v逆＝k逆c(N2)·c2(CO2)(k正、k逆为速率常数)，下列说法错误的是(　　)
A．达到平衡后，仅升高温度，k正增大的倍数小于k逆增大的倍数
B．若密闭容器体积为1 L，在p1压强下，b点＝160
C．NO的物质的量：b点>a点
D．逆反应速率：a点>c点
7.(2024·合肥模拟)25 ℃时，向恒容容器中加入A发生反应：①2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)；②2NO2(g) N2O4(g)。反应体系中N2O5、NO2、O2的分压随时间t的变化曲线如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．曲线C表示NO2的分压随时间的变化曲线
B．25 ℃时，反应②的压强平衡常数Kp＝ kPa－1
C．当O2、N2O4的分压相等时，反应②中的NO2转化率为12.5%
D．t1 min后，保持温度和体积不变，再充入NO2(g)，则O2(g)的分压增大
8．含氮化合物在生活、生产、研究领域至关重要。我国学者在容积不变的刚性容器中按投料比＝1发生反应2H2(g)＋2NO(g) N2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－664.1 kJ·mol－1，不同催化剂条件下，反应相同时间测得NO转化率与温度的关系如图所示。且研究表明该反应v＝kcm(H2)·c2(NO)，其中k为速率常数。下列说法错误的是(　　)
A．当使用催化剂乙时，温度高于350 ℃ NO转化率下降是由于反应放热，达到平衡后，升高温度使平衡逆向移动
B．使用催化剂甲比使用催化剂乙正反应的活化能更低
C．对于反应2H2(g)＋2NO(g) N2(g)＋2H2O(g)，其他条件不变，加压使平衡正向移动
D．T1 ℃的初始速率为v0，当H2转化率为60%时，反应速率为0.064v0，由此可知m＝1
9．(2023·湖南校联考模拟)向1 L的恒容密闭容器中加入1 mol X和2 mol Y，发生反应：X(g)＋2Y(g)??2Z(g)，X的转化率α随温度T的变化如图所示(图中不同温度下的转化率是第5 min数据)。下列说法正确的是(　　)
A．300 ℃时，0～5 min内平均反应速率v(Z)＝0.3 mol·L－1· min－1
B．b、c点对应的v逆(Y)大小关系：b>c
C．c点时，反应消耗p mol X(p<1)，同时消耗2p mol Z
D．若将容器体积缩小为0.5 L，则c点温度下的α(X)减小
10．(2023·江苏盐城统考模拟)焦炉煤气(主要成分：CH4、CO2、H2、CO)在炭催化下，使CH4与CO2重整生成H2和CO。其主要反应为
反应Ⅰ：CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)　ΔH1＝＋247.1 kJ·mol－1
反应Ⅱ：H2(g)＋CO2(g)===CO(g)＋H2O(g)　ΔH2＝＋41.2 kJ·mol－1
反应Ⅲ：C(s)＋CO2(g)===2CO(g)　ΔH3＝＋172 kJ·mol－1
反应Ⅳ：C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH4＝＋131.29 kJ·mol－1
在1×105Pa下、将焦炉煤气以一定流速通过装有炭催化剂的反应管，CH4、CO、H2的相对体积和CO2的转化率随温度变化的曲线如图所示。
相对体积V(CH4)＝、相对体积V(CO或H2)＝，下列说法不正确的是(　　)
A．温度低于900 ℃时，反应Ⅰ基本不发生
B．850～900 ℃时，主要发生反应Ⅳ
C．增大焦炉煤气流速一定能提高CO的相对体积
D．工业生产上需要研发低温下CH4转化率高的催化剂
11．(1)CO2催化加氢生成乙烯和水的反应中，主要反应为2CO2＋6H2C2H4＋4H2O，理论计算表明，原料初始组成n(CO2)∶n(H2)＝1∶3，在体系压强为0.1 MPa，反应达到平衡时，四种组分的物质的量分数x随温度T的变化如图所示。
图中，表示C2H4、CO2变化的曲线分别是______、________。CO2催化加氢合成C2H4反应的ΔH________0(填“大于”或“小于”)。
(2)根据图中点A(440,0.39)，计算该温度时反应的平衡常数Kp＝__________(MPa)－3(列出计算式，以分压表示，分压＝总压×物质的量分数)。
12.在T1 ℃和T2 ℃时(T113．[2023·湖南，16(1)(3)(4)(5)(6)]聚苯乙烯是一类重要的高分子材料，可通过苯乙烯聚合制得。
Ⅰ.苯乙烯的制备
(1)已知下列反应的热化学方程式：
①C6H5C2H5(g)＋O2(g)===8CO2(g)＋5H2O(g)　ΔH1＝－4 386.9 kJ·mol－1
②C6H5CH===CH2(g)＋10O2(g)===8CO2(g)＋4H2O(g)　ΔH2＝－4 263.1 kJ·mol－1
③H2(g)＋O2(g)===H2O(g)　ΔH3＝－241.8 kJ·mol－1
计算反应④C6H5C2H5(g)??C6H5CH===CH2(g)＋H2(g)的ΔH4＝____________kJ·mol－1。
(3)在913 K、100 kPa下，以水蒸气作稀释气、Fe2O3作催化剂，乙苯除脱氢生成苯乙烯外，还会发生如下两个副反应：
⑤C6H5C2H5(g) C6H6(g)＋CH2===CH2(g)
⑥C6H5C2H5(g)＋H2(g) C6H5CH3(g)＋CH4(g)
以上反应体系中，芳香烃产物苯乙烯、苯和甲苯的选择性S(S＝×100%)随乙苯转化率的变化曲线如图所示，其中曲线b代表的产物是________，理由是____________________________________________________。
(4)关于本反应体系中催化剂Fe2O3的描述错误的是__________。
A．X射线衍射技术可测定Fe2O3晶体结构
B．Fe2O3可改变乙苯平衡转化率
C．Fe2O3降低了乙苯脱氢反应的活化能
D．改变Fe2O3颗粒大小不影响反应速率
Ⅱ.苯乙烯的聚合
苯乙烯聚合有多种方法，其中一种方法的关键步骤是某Cu(Ⅰ)的配合物促进C6H5CH2X(引发剂，X表示卤素)生成自由基C6H5H2，实现苯乙烯可控聚合。
(5)引发剂C6H5CH2Cl、C6H5CH2Br、C6H5CH2I中活性最高的是________________。
(6)室温下，①Cu＋在配体L的水溶液中形成[Cu(L)2]＋，其反应平衡常数为K；②CuBr在水中的溶度积常数为Ksp。由此可知，CuBr在配体L的水溶液中溶解反应的平衡常数为________(所有方程式中计量系数关系均为最简整数比)。
14．(2023·辽宁，18)硫酸工业在国民经济中占有重要地位。
(1)我国古籍记载了硫酸的制备方法——“炼石胆(CuSO4·5H2O)取精华法”。借助现代仪器分析，该制备过程中CuSO4·5H2O分解的TG曲线(热重)及DSC曲线(反映体系热量变化情况，数值已省略)如图1所示。700 ℃左右有两个吸热峰，则此时分解生成的氧化物有SO2、________和________(填化学式)。
(2)铅室法使用了大容积铅室制备硫酸(76%以下)，副产物为亚硝基硫酸，主要反应如下：
NO2＋SO2＋H2O===NO＋H2SO4
2NO＋O2===2NO2
ⅰ.上述过程中NO2的作用为__________。
ⅱ.为了适应化工生产的需求，铅室法最终被接触法所代替，其主要原因是______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
(答出两点即可)。
(3)接触法制硫酸的关键反应为SO2的催化氧化：SO2(g)＋O2(g)??SO3(g)　ΔH＝－98.9 kJ·
mol－1
ⅰ.为寻求固定投料比下不同反应阶段的最佳生产温度，绘制相应转化率(α)下反应速率(数值已略去)与温度的关系如图2所示，下列说法正确的是__________。
a．温度越高，反应速率越大
b．α＝0.88的曲线代表平衡转化率
c．α越大，反应速率最大值对应温度越低
d．可根据不同α下的最大速率，选择最佳生产温度
ⅱ.为提高钒催化剂的综合性能，我国科学家对其进行了改良。不同催化剂下，温度和转化率关系如图3所示，催化性能最佳的是__________(填标号)。
ⅲ.设O2的平衡分压为p，SO2的平衡转化率为αe，用含p和αe的代数式表示上述催化氧化反应的Kp＝__________(用平衡分压代替平衡浓度计算)。
1．C　2.C
3．D　[由图可知，压强一定时，温度越高，CO的平衡转化率越低，说明升高温度，平衡向逆反应方向移动，则正反应为放热反应，即ΔH＜0，故A错误；正反应为气体体积减小的反应，温度一定时，增大压强，平衡向正反应方向移动，CO的平衡转化率增大，故压强：p1＞p2，故B错误；X点和Y点对应的温度相同，则化学平衡常数K(X)＝K(Y)，故C错误；在p2和316 ℃时，若将6 mol H2和2 mol CO通入容器中，相当于在原平衡的基础上增大氢气的浓度，平衡向正反应方向移动，CO的转化率增大，故CO的平衡转化率应大于50%，故D正确。]
4．B　[甲容器中，10～40 min内，氢气分压变化为(7.5－3.0) kPa＝4.5 kPa，用氢气表示的平均反应速率为＝0.15 kPa·min－1，故A正确；根据题给反应方程式，反应前后气体系数之和相等，增大起始时压强，平衡不移动，CoO的平衡转化率不变，故B错误；根据两个图像可知，CO还原CoO的速率更快，达到平衡时间更短，CO还原CoO达到平衡时，CO2分压为11.9 kPa，起始压强为12.0 kPa，说明CO还原CoO转化更彻底，因此选择CO还原CoO的效率更高，故C正确；达到平衡时，CO2分压为11.9 kPa，该反应前后气体系数之和相等，总压强不变，即CO的分压为0.1 kPa，Kp＝＝＝119，故D正确。]
5．D　6.B
7．B　[起始时刻N2O5分压为40 kPa，发生反应①完全转化为二氧化氮和氧气，氧气分压为20 kPa，二氧化氮发生反应②部分转化为四氧化二氮，平衡时二氧化氮分压为16 kPa，A、B、C分别为N2O5、NO2、O2的分压随时间t的变化曲线，A错误；
　　　　　　 2NO2(g)??N2O4(g)
起始分压/kPa　　80　　　　0
变化分压/kPa　　64　　　　32
平衡分压/kPa　　16　　　　32
Kp＝＝＝ kPa－1，B正确；某时刻O2、N2O4的分压相等为20 kPa时：
　　　　　 2NO2(g)??N2O4(g)
起始分压/kPa　　80　　　　0
变化分压/kPa　　40　　　　20
平衡分压/kPa　　40　　　　20
二氧化氮的转化率为50%，C错误；t1 min后，保持温度和体积不变，再充入NO2(g)引起②化学平衡发生移动，由勒夏特列原理知体系中总的物质的量依然增大，O2(g)的物质的量不变，氧气分压减小，D错误。]
8．A　[当使用催化剂乙时，温度低于350 ℃时，催化剂的活性随温度升高逐渐增强，反应速率加快，NO转化率也增大，温度高于350 ℃时，催化剂活性降低甚至失去活性，反应速率下降，导致NO转化率下降，A错误；单位时间内，使用催化剂甲比使用催化剂乙反应速率快，NO转化率高，则使用催化剂甲比使用催化剂乙正反应的活化能更低，B正确；设初始一氧化氮和氢气的物质的量均为1 mol，容器体积为1 L，则初始一氧化氮和氢气的浓度均为1 mol·L－1，v0＝k×1m×12＝k，当H2转化率为60%时，c(H2)＝0.4 mol·L－1，c(NO)＝0.4 mol·L－1，此时的反应速率为0.064v0，则有0.064v0＝k×0.4m×0.42＝v0×0.4m×0.42，解得m＝1，D正确。]
9．C
10．C　[从图中可以看出，温度低于900 ℃时，CH4的相对体积基本上是100%，所以反应Ⅰ基本不发生，所以工业生产上需要研发低温下CH4转化率高的催化剂，A、D正确；850～900 ℃时，H2、CO的相对体积都增大，且增大的幅度相近，而CH4的相对体积变化不大，所以主要发生反应Ⅳ，B正确；从图中可以看出，4个反应均为生成CO的反应，且都为吸热反应，所以若想提高CO的相对体积，应选择升高温度，与增大焦炉煤气的流速无关，C不正确。]
11．(1)d　c　小于　(2)×
12．1 000　1 000　
解析　反应HN==C==O(g)＋NH3(g)??CO(NH2)2(g)为放热反应，因为T113．(1)＋118　(3)甲苯　主反应生成的H2能使副反应⑥的平衡正向移动，甲苯的选择性大于苯的选择性　(4)BD　(5)C6H5CH2I　(6)K·Ksp　
14．(1)CuO　SO3　(2)ⅰ.催化剂　ⅱ.铅室法制得的产品中存在亚硝基硫酸杂质，生产过程中需使用有毒的氮氧化物　(3)ⅰ.cd　ⅱ.d　ⅲ.
解析　(1)由图可知，起始时有2.5 mg CuSO4·5H2O，其物质的量是0.01 mmol，所含结晶水的质量为0.9 mg，则固体质量剩余1.6 mg时所得固体为CuSO4，加热过程中Cu元素的质量不变，则固体质量剩余0.8 mg时所得的固体是CuO，结合题图DSC曲线有两个吸热峰可知，700 ℃发生的反应为CuSO4―→CuO＋SO3、SO3―→SO2＋O2，则生成的氧化物除SO2外，还有CuO、SO3。(3)ⅰ.根据不同转化率下的反应速率曲线可以看出，随着温度的升高反应速率先加快后减慢，a错误；随着转化率的增大，最大反应速率不断减小，最大反应速率出现的温度也逐渐降低，c正确。ⅲ.利用平衡分压代替平衡浓度计算平衡常数，反应的平衡常数Kp＝＝＝；设SO2初始量为m，则平衡时n(SO2)＝m－m·αe＝m(1－αe)，n(SO3)＝m·αe，Kp＝＝。第50讲　化学反应速率与化学平衡图像分类突破
[复习目标]　1.了解化学反应速率、化学平衡图像的常见类型。2.通过解答不同类型图像问题，初步建立解答化学反应速率、化学平衡相关图像问题的思维模型。
分析、解答化学反应速率与化学平衡图像题的三个步骤
第一步：看图像
一看面——横坐标、纵坐标代表的量(如纵坐标是反应物百分含量，还是反应物的转化率等)，确定坐标值与化学量的正变与负变关系。
二看线——曲线的走向、变化趋势(斜率大小、升与降、平与陡、渐变与突变、连续与断变、转折等)，同时对走势有转折变化的曲线，要分段进行分析，找出各段曲线的变化趋势及含义。例如，升高温度，v吸增加得多，v放增加得少；增大反应物浓度，v正突变，v逆渐变。
三看点——起点(分清反应物、生成物。浓度减小的是反应物，浓度增大的是生成物，一般生成物多数以原点为起点)，终点(终点是否达到平衡)，转折点(转折点前后影响的主要因素不同)等；此外还有顶点、拐点、交叉点、平衡点等都要认真分析。
四看辅助线——要不要作等温线、等压线，讨论单变量。
五看量——一般标出具体数值的量在解题中都会用到。
第二步：想规律
在看清图的基础上，根据坐标x轴的变化，确定y轴的变化，结合外因对化学反应速率、化学平衡的影响因素分析变化的本质原因。
第三步：作判断
看条件(T，p，c)
→同结果正确，不同则错。
一、反应进程类图像(横坐标为时间t)
1．在一密闭容器中发生反应：N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g)　ΔH＜0，达到平衡后，只改变某一个条件时，反应速率与反应时间的关系如图所示。
回答下列问题：
(1)处于平衡状态的时间段是____________(填字母，下同)。
A．t0～t1　　　　　　 B．t1～t2
C．t2～t3 D．t3～t4
E．t4～t5 F．t5～t6
(2)判断t1、t3、t4时刻分别改变的一个条件。
A．增大压强 B．减小压强
C．升高温度 D．降低温度
E．加催化剂 F．充入氮气
t1时刻__________；t3时刻________；t4时刻______。
(3)依据(2)中的结论，下列时间段中，氨的百分含量最高的是__________。
A．t0～t1 B．t2～t3
C．t3～t4 D．t5～t6
(4)如果在t6时刻，从反应体系中分离出部分氨，t7时刻反应达到平衡状态，请在图中画出反应速率的变化曲线。
答案　(1)ACDF　(2)C　E　B　(3)A
(4)
解析　(1)根据图示可知，t0～t1、t2～t3、t3～t4、t5～t6时间段内，v正、v逆相等，反应处于平衡状态。
(2)t1时，v正、v逆同时增大，且v逆增大的更快，平衡向逆反应方向移动，所以t1时改变的条件是升温；t3时，v正、v逆同时增大且增大程度相同，平衡不移动，所以t3时改变的条件是加催化剂；t4时，v正、v逆同时减小，且v正减小的更快，平衡向逆反应方向移动，所以t4时改变的条件是减小压强。
(3)根据图示知，t1～t2、t4～t5时间段内平衡均向逆反应方向移动，则NH3的含量均比t0～t1时间段内的低，所以t0～t1时间段内NH3的百分含量最高。
(4)t6时刻分离出部分NH3，v逆立刻减小，而v正逐渐减小，在t7时刻二者相等，反应重新达到平衡，据此可画出反应速率的变化曲线。
在分析v－t图像时，要特别注意反应速率的变化，即v正、v逆是都增大了还是都减小了(条件改变的瞬间，v正、v逆的起点与原平衡点不重合)，还是一个增大(或减小)而另一个不变(条件改变的瞬间，v正、v逆中不变的那个，起点与原平衡点重合)。
2．已知：反应为mA(g)＋nB(g)??pC(g)＋qD(g)。
(1)
T1(2)
p1(3)
图中a使用催化剂；或者增大压强，此时m＋n＝p＋q。
3．现将一定量N2O4气体充入恒容密闭容器中，控制反应温度为T1 ℃[N2O4(g)??2NO2(g)　ΔH>0]，c(N2O4)随t(时间)变化曲线如图，画出0～t2时段，c(NO2)随t变化曲线。保持其他条件不变，改变反应温度为T2(T2＞T1)，再次画出0～t2时段，c(NO2)随t变化趋势的曲线。
答案
解析　根据反应N2O4(g)??2NO2(g)，NO2的改变量是N2O4的两倍，从N2O4的曲线可知其达到平衡时减少了0.03 mol·L－1，则NO2从0升高到平衡时的0.06 mol·L－1，即可画出曲线；该反应ΔH>0，保持其他条件不变，随着温度的升高，平衡正向移动，且反应速率增大，达到平衡的时间缩短，即可画出曲线。
4．对于反应2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)，采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂，在323 K和343 K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。
(1)343 K时反应的平衡转化率α＝________%。平衡常数K343 K＝________(保留2位小数)。
(2)在343 K下：要提高SiHCl3转化率，可采取的措施是________；要缩短反应达到平衡的时间，可采取的措施有________、________。
(3)比较a、b处反应速率大小：va________vb(填“大于”“小于”或“等于”)。反应速率v＝v正－v逆＝－，k正、k逆分别为正、逆反应速率常数，x为物质的量分数，计算a处的＝________(保留1位小数)。
答案　(1)22　0.02　(2)及时移去产物　改进催化剂　提高反应物压强　(3)大于　1.3
解析　(1)温度越高，反应速率越快，达到平衡的时间越短，则a点所在曲线代表343 K时SiHCl3的转化率变化，b点所在曲线代表323 K时SiHCl3的转化率变化。343 K时反应的平衡转化率α＝22%。设起始时SiHCl3(g)的浓度为1 mol·L－1，则有
　　　　　　　　2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)
起始/(mol·L－1)　　1　　　　　　0　　　　　0
转化/(mol·L－1)　　0.22　　　　　0.11　　　0.11
平衡/(mol·L－1)　　0.78　　　　　0.11　　　0.11
则343 K时该反应的平衡常数K343 K＝＝≈0.02。
(3)温度越高，反应速率越快，a点温度为343 K，b点温度为323 K，故反应速率：va>vb。反应速率v＝v正－v逆＝－，则有v正＝，v逆＝，343 K下反应达到平衡状态时v正＝v逆，即＝，经计算可得SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4的物质的量分数分别为0.78、0.11、0.11，则有k正×0.782＝k逆×0.112，＝≈0.02。a处SiHCl3的平衡转化率α＝20%，此时SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4的物质的量分数分别为0.8、0.1、0.1，则有＝＝≈1.3。
此类图像一般纵坐标表示物质的量、浓度、百分含量、转化率，横坐标表示反应时间。解题的关键是找转折点。
(1)转折点之前，用外因对速率的影响分析问题，用“先拐先平数值大”的规律判断不同曲线表示温度或压强的大小。
(2)转折点之后是平衡状态或平衡移动，解题时要抓住量的变化，找出平衡移动的方向，利用化学平衡移动原理推理分析。
二、恒温(恒压)线
5．反应：aA(g)＋bB(g)??cC(g)＋dD(g)　ΔH
图像
结论 a＋b>c＋d，ΔH>0 a＋b>c＋d，ΔH>0
6.在一恒容的密闭容器中充入0.1 mol·L－1 CO2、0.1 mol·L－1 CH4，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、压强的关系如图，下列有关说法不正确的是(　　)
A．上述反应的ΔH<0
B．压强：p4>p3>p2>p1
C．压强为p4、温度为1 100 ℃时该反应的平衡常数约为1.64
D．压强为p4时，在y点：v正>v逆
答案　A
解析　由图像可知，压强一定时，温度越高，CH4的平衡转化率越高，故正反应为吸热反应，ΔH>0，A项错误；该反应为气体分子总数增加的反应，压强越大，甲烷的平衡转化率越小，故压强：p4>p3>p2>p1，B项正确；压强为p4、温度为1 100 ℃时，甲烷的平衡转化率为80.00%，故平衡时各物质的浓度分别为c(CH4)＝0.02 mol·L－1，c(CO2)＝0.02 mol·L－1，c(CO)＝0.16 mol·L－1，c(H2)＝0.16 mol·L－1，平衡常数K＝≈1.64，C项正确；压强为p4时，y点未达到平衡，此时v正>v逆，D项正确。
此类图像的纵坐标为某物质的平衡浓度或转化率，横坐标为温度或压强，解答此类问题，要关注曲线的变化趋势，有多个变量时，注意控制变量，即“定一议二”。
三、投料比—转化率相关图像
7．一定条件下，反应：6H2(g)＋2CO2(g)??C2H5OH(g)＋3H2O(g)的数据如图所示。
下列说法正确的是(　　)
A．该反应的ΔH＞0
B．达平衡时，v正(H2)＝v逆(CO2)
C．b点对应的平衡常数K值大于c点
D．a点对应的H2的平衡转化率为90%
答案　D
解析　升高温度，CO2的平衡转化率减小，平衡向左移动，正反应为放热反应，ΔH＜0，A项错误；达平衡时，v正(H2)＝3v逆(CO2)，B项错误；升温，平衡左移，b点温度高，其平衡常数小，C项错误。
8．采用一种新型的催化剂(主要成分是Cu-Mn合金)，利用CO和H2制备二甲醚(DME)。
主反应：2CO(g)＋4H2(g)??CH3OCH3(g)＋H2O(g)
副反应：CO(g)＋H2O(g)??CO2(g)＋H2(g)
CO(g)＋2H2(g)??CH3OH(g)
测得反应体系中各物质的产率或转化率与催化剂的关系如图所示。
则催化剂中约为________时最有利于二甲醚的合成。
答案　2.0
解析　由图可知当催化剂中约为2.0时，CO的转化率最大，生成的二甲醚最多。
(1)改变投料比相当于增加一种反应物的浓度，另一种反应物的转化率升高，而自身的转化率降低。(2)当按化学反应方程式的计量数之比投入反应物，各组分的平衡转化率相同，平衡时产物的体积分数最大。
四、平衡常数K(lg K)与T()关系曲线
9．[2023·湖北，19(5)(6)](5)40H19(g)??C40H18(g)＋H·(g)及40H11(g)??C40H10(g)＋H·(g)反应的ln K(K为平衡常数)随温度倒数的关系如图所示。已知本实验条件下，ln K＝－＋c(R为理想气体常数，c为截距)。图中两条线几乎平行，从结构的角度分析其原因是________。
(6)下列措施既能提高反应物的平衡转化率，又能增大生成C40H10的反应速率的是________(填标号)。
a．升高温度　　b．增大压强　　c．加入催化剂
答案　(5)在反应过程中，断裂和形成的化学键相同　(6)a
解析　(5)图中两条线几乎平行，说明斜率几乎相等，根据ln K＝－＋c(R为理想气体常数，c为截距)可知，斜率相等，则说明焓变相等，因为在反应过程中，断裂和形成的化学键相同。(6)由反应历程可知，该反应为吸热反应，升温，反应正向进行，提高了平衡转化率，反应速率也加快，a符合题意；该反应为正向体积增大的反应，加压，反应逆向进行，降低了平衡转化率，b不符合题意；加入催化剂，平衡不移动，不能提高平衡转化率，c不符合题意。
10．[2021·全国乙卷，28(3)]McMorris测定和计算了在136～180 ℃范围内下列反应的平衡常数Kp。
2NO(g)＋2ICl(g)??2NOCl(g)＋I2(g)　Kp1
2NOCl(g)??2NO(g)＋Cl2(g)　Kp2
得到lg Kp1～和lg Kp2～均为线性关系，如下图所示：
①由图可知，NOCl分解为NO和Cl2，反应的ΔH______0(填“大于”或“小于”)。
②反应2ICl(g)===Cl2(g)＋I2(g)的K＝____________(用Kp1、Kp2表示)；该反应的ΔH____0(填“大于”或“小于”),写出推理过程：_____________________________________。
答案　①大于　②Kp1·Kp2　大于　设T′>T，即<，由图可知：lg Kp2(T′)－lg Kp2(T)>|lg Kp1(T′)－lg Kp1(T)|＝lg Kp1(T)－lg Kp1(T′)，则：lg[Kp2(T′)·Kp1(T′)]>lg[Kp2(T)·Kp1(T)]，即K(T′)>K(T)，因此该反应正反应为吸热反应，即ΔH大于0
解析　①结合图可知，温度越高，越小，lg Kp2越大，即Kp2越大，说明升高温度平衡2NOCl(g)??2NO(g)＋Cl2(g)正向移动，则NOCl分解为NO和Cl2反应的ΔH大于0。
五、多重平衡的复杂图像
11．二甲醚(CH3OCH3)是一种极具发展潜力的有机化工产品和洁净燃料。CO2加氢制二甲醚的反应体系中，主要发生反应的热化学方程式为
反应Ⅰ：CO2(g)＋H2(g)??CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝＋41.2 kJ·mol－1
反应Ⅱ：CO2(g)＋3H2(g)??CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH＝－49.5 kJ·mol－1
反应Ⅲ：2CH3OH(g)??CH3OCH3(g)＋H2O(g)　ΔH＝－23.5 kJ·mol－1
在2 MPa，起始投料＝3时，CO2的平衡转化率及CO、CH3OCH3、CH3OH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．反应2CO2(g)＋6H2(g)??CH3OCH3(g)＋3H2O(g)的ΔH＝－73.0 kJ·mol－1
B．图中X表示CO
C．为提高二甲醚的产率，需要研发在低温区的高效催化剂
D．温度从553 K上升至573 K时，反应Ⅰ消耗的CO2少于反应Ⅱ生成的CO2
答案　C
解析　由盖斯定律知：反应Ⅱ×2＋Ⅲ得反应：2CO2(g)＋6H2(g)??CH3OCH3(g)＋3H2O(g)　ΔH＝2×(－49.5 kJ·mol－1)＋(－23.5 kJ·mol－1)＝－122.5 kJ·mol－1，A错误；升高温度，反应Ⅰ正向进行，则CO的平衡体积分数应增大，故Y表示CO，B错误；由图可知，温度从553 K上升至573 K时，反应Ⅰ消耗的CO2大于反应Ⅱ生成的CO2，D错误。
(1)在多重平衡体系中，某物质的平衡浓度，是所有有关反应的平衡浓度，对各相关反应的平衡常数都满足。
(2)在计算某反应的平衡常数时，要善于选特殊点计算。只要温度不变，这个平衡常数值可以运用于平衡曲线上的任何一点，选取多曲线的交点，往往能简化计算。
课时精练
1．(2022·广东，13)恒容密闭容器中，BaSO4(s)＋4H2(g)??BaS(s)＋4H2O(g)在不同温度下达平衡时，各组分的物质的量(n)如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．该反应的ΔH<0
B．a为n(H2O)随温度的变化曲线
C．向平衡体系中充入惰性气体，平衡不移动
D．向平衡体系中加入BaSO4，H2的平衡转化率增大
答案　C
解析　从图示可以看出，平衡时升高温度，氢气的物质的量减少，则平衡正向移动，说明该反应的正反应是吸热反应，即ΔH＞0，故A错误；由A项分析知随着温度升高平衡正向移动，水蒸气的物质的量增加，而a曲线表示的物质的物质的量几乎不随温度变化而变化，故B错误；容器体积固定，向容器中充入惰性气体，没有改变各物质的浓度，平衡不移动，故C正确；BaSO4是固体，向平衡体系中加入BaSO4，不能改变其浓度，因此平衡不移动，氢气的平衡转化率不变，故D错误。
2.(2022·浙江1月选考，19)在恒温恒容条件下，发生反应A(s)＋2B(g)??3X(g)，c(B)随时间的变化如图中曲线甲所示。下列说法不正确的是(　　)
A．从a、c两点坐标可求得从a到c时间间隔内该化学反应的平均速率
B．从b点切线的斜率可求得该化学反应在反应开始时的瞬时速率
C．在不同时刻都存在关系：2v(B)＝3v(X)
D．维持温度、容积、反应物起始的量不变，向反应体系中加入催化剂，c(B)随时间变化关系如图中曲线乙所示
答案　C
3．将4 mol H2和2 mol CO通入1 L的反应器中，一定条件下发生反应：2CO(g)＋4H2(g)===CH3OCH3(g)＋H2O(g)　ΔH，其中CO的平衡转化率随温度、压强的变化关系如图所示，下列说法正确的是(　　)
A．ΔH>0
B．p1C．X点和Y点对应的化学平衡常数K(X)D．在p2和316 ℃时，若将6 mol H2和2 mol CO通入容器中，则平衡时CO的平衡转化率大于50%
答案　D
解析　由图可知，压强一定时，温度越高，CO的平衡转化率越低，说明升高温度，平衡向逆反应方向移动，则正反应为放热反应，即ΔH＜0，故A错误；正反应为气体体积减小的反应，温度一定时，增大压强，平衡向正反应方向移动，CO的平衡转化率增大，故压强：p1＞p2，故B错误；X点和Y点对应的温度相同，则化学平衡常数K(X)＝K(Y)，故C错误；在p2和316 ℃时，若将6 mol H2和2 mol CO通入容器中，相当于在原平衡的基础上增大氢气的浓度，平衡向正反应方向移动，CO的转化率增大，故CO的平衡转化率应大于50%，故D正确。
4．还原CoO制备Co可通过下列两个反应实现：
Ⅰ.CoO(s)＋H2(g)??Co(s)＋H2O(g)
Ⅱ.CoO(s)＋CO(g)??Co(s)＋CO2(g)
723 K下，在初始压强相同(均为12.0 kPa)的甲、乙两密闭容器中分别发生反应Ⅰ、反应Ⅱ，得到部分气体的分压随时间的变化关系如图所示。下列说法错误的是(　　)
A．甲容器中，10～40 min内用H2表示的平均反应速率v(H2)＝0.15 kPa·min－1
B．增大起始时容器的压强，CoO的平衡转化率增大
C．此条件下，选择CO还原CoO的效率更高
D．723 K时，反应Ⅱ的平衡常数Kp＝119
答案　B
解析　甲容器中，10～40 min内，氢气分压变化为(7.5－3.0) kPa＝4.5 kPa，用氢气表示的平均反应速率为＝0.15 kPa·min－1，故A正确；根据题给反应方程式，反应前后气体系数之和相等，增大起始时压强，平衡不移动，CoO的平衡转化率不变，故B错误；根据两个图像可知，CO还原CoO的速率更快，达到平衡时间更短，CO还原CoO达到平衡时，CO2分压为11.9 kPa，起始压强为12.0 kPa，说明CO还原CoO转化更彻底，因此选择CO还原CoO的效率更高，故C正确；达到平衡时，CO2分压为11.9 kPa，该反应前后气体系数之和相等，总压强不变，即CO的分压为0.1 kPa，Kp＝＝＝119，故D正确。
5.某温度下，在容积为2 L的刚性固定容器中加入1 mol环戊烯()和1 mol I2发生可逆反应(g)＋I2(g)??(g)＋2HI(g)　ΔH>0，实验测得容器内压强随时间的变化关系如图所示。下列说法错误的是(　　)
A．0～2 min内，环戊烯的平均反应速率为0.10 mol·L－1· min－1
B．环戊烯的平衡转化率为50%
C．高温低压有利于提高环戊烯的平衡转化率
D．该温度下，反应的平衡常数为K＝2
答案　D
解析　同温同体积下，压强之比等于物质的量之比，根据图中信息及方程式可知，压强增大0.20倍，消耗0.4 mol环戊烯，所以0～2 min内，环戊烯的平均反应速率为＝0.10 mol·L－1· min－1，A正确；平衡时，压强增大0.25倍，消耗0.5 mol环戊烯，其平衡转化率为50%，B正确；该反应为吸热反应，且生成物中气体的系数之和大于反应物中气体系数之和，升高温度、减小压强有利于提高环戊烯的平衡转化率，C正确；平衡时n(I2)＝n(环戊烯)＝n()＝0.5 mol、n(HI)＝1 mol，该反应的平衡常数为K＝＝1，D错误。
6.在密闭容器中充入1 mol CO和1 mol NO，在一定条件下发生反应2NO(g)＋2CO(g)??N2(g)＋2CO2(g)，测得NO的平衡转化率与温度及压强的关系如图所示。实验测得，v正＝k正c2(NO)·c2(CO)，v逆＝k逆c(N2)·c2(CO2)(k正、k逆为速率常数)，下列说法错误的是(　　)
A．达到平衡后，仅升高温度，k正增大的倍数小于k逆增大的倍数
B．若密闭容器体积为1 L，在p1压强下，b点＝160
C．NO的物质的量：b点>a点
D．逆反应速率：a点>c点
答案　B
7.(2024·合肥模拟)25 ℃时，向恒容容器中加入A发生反应：①2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)；②2NO2(g)??N2O4(g)。反应体系中N2O5、NO2、O2的分压随时间t的变化曲线如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．曲线C表示NO2的分压随时间的变化曲线
B．25 ℃时，反应②的压强平衡常数Kp＝ kPa－1
C．当O2、N2O4的分压相等时，反应②中的NO2转化率为12.5%
D．t1 min后，保持温度和体积不变，再充入NO2(g)，则O2(g)的分压增大
答案　B
解析　起始时刻N2O5分压为40 kPa，发生反应①完全转化为二氧化氮和氧气，氧气分压为20 kPa，二氧化氮发生反应②部分转化为四氧化二氮，平衡时二氧化氮分压为16 kPa，A、B、C分别为N2O5、NO2、O2的分压随时间t的变化曲线，A错误；
　　　　　　　2NO2(g)??N2O4(g)
起始分压/kPa　　80　　　　0
变化分压/kPa　　64　　　　32
平衡分压/kPa　　16　　　　32
Kp＝＝＝ kPa－1，B正确；某时刻O2、N2O4的分压相等为20 kPa时：
　　　　　　　2NO2(g)??N2O4(g)
起始分压/kPa　　80　　　　0
变化分压/kPa　　40　　　　20
平衡分压/kPa　　40　　　　20
二氧化氮的转化率为50%，C错误；t1 min后，保持温度和体积不变，再充入NO2(g)引起②化学平衡发生移动，由勒夏特列原理知体系中总的物质的量依然增大，O2(g)的物质的量不变，氧气分压减小，D错误。
8．含氮化合物在生活、生产、研究领域至关重要。我国学者在容积不变的刚性容器中按投料比＝1发生反应2H2(g)＋2NO(g)??N2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－664.1 kJ·mol－1，不同催化剂条件下，反应相同时间测得NO转化率与温度的关系如图所示。且研究表明该反应v＝kcm(H2)·c2(NO)，其中k为速率常数。下列说法错误的是(　　)
A．当使用催化剂乙时，温度高于350 ℃ NO转化率下降是由于反应放热，达到平衡后，升高温度使平衡逆向移动
B．使用催化剂甲比使用催化剂乙正反应的活化能更低
C．对于反应2H2(g)＋2NO(g)??N2(g)＋2H2O(g)，其他条件不变，加压使平衡正向移动
D．T1 ℃的初始速率为v0，当H2转化率为60%时，反应速率为0.064v0，由此可知m＝1
答案　A
解析　当使用催化剂乙时，温度低于350 ℃时，催化剂的活性随温度升高逐渐增强，反应速率加快，NO转化率也增大，温度高于350 ℃时，催化剂活性降低甚至失去活性，反应速率下降，导致NO转化率下降，A错误；单位时间内，使用催化剂甲比使用催化剂乙反应速率快，NO转化率高，则使用催化剂甲比使用催化剂乙正反应的活化能更低，B正确；设初始一氧化氮和氢气的物质的量均为1 mol，容器体积为1 L，则初始一氧化氮和氢气的浓度均为1 mol·L－1，v0＝k×1m×12＝k，当H2转化率为60%时，c(H2)＝0.4 mol·L－1，c(NO)＝0.4 mol·L－1，此时的反应速率为0.064v0，则有0.064v0＝k×0.4m×0.42＝v0×0.4m×0.42，解得m＝1，D正确。
9．(2023·湖南校联考模拟)向1 L的恒容密闭容器中加入1 mol X和2 mol Y，发生反应：X(g)＋2Y(g)??2Z(g)，X的转化率α随温度T的变化如图所示(图中不同温度下的转化率是第5 min数据)。下列说法正确的是(　　)
A．300 ℃时，0～5 min内平均反应速率v(Z)＝0.3 mol·L－1· min－1
B．b、c点对应的v逆(Y)大小关系：b>c
C．c点时，反应消耗p mol X(p<1)，同时消耗2p mol Z
D．若将容器体积缩小为0.5 L，则c点温度下的α(X)减小
答案　C
解析　a点时，X的转化率为30%，此时生成的Z为0.6 mol，Z的平均反应速率为0.12 mol·L－1·min－1，A错误；c点达平衡，反应消耗p mol X，同时消耗2p mol Z，C正确；c点温度下，压缩体积，即增大压强，平衡正向移动，α(X)增大，D错误。
10．(2023·江苏盐城统考模拟)焦炉煤气(主要成分：CH4、CO2、H2、CO)在炭催化下，使CH4与CO2重整生成H2和CO。其主要反应为
反应Ⅰ：CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)　ΔH1＝＋247.1 kJ·mol－1
反应Ⅱ：H2(g)＋CO2(g)===CO(g)＋H2O(g)　ΔH2＝＋41.2 kJ·mol－1
反应Ⅲ：C(s)＋CO2(g)===2CO(g)　ΔH3＝＋172 kJ·mol－1
反应Ⅳ：C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH4＝＋131.29 kJ·mol－1
在1×105Pa下、将焦炉煤气以一定流速通过装有炭催化剂的反应管，CH4、CO、H2的相对体积和CO2的转化率随温度变化的曲线如图所示。
相对体积V(CH4)＝、相对体积V(CO或H2)＝，下列说法不正确的是(　　)
A．温度低于900 ℃时，反应Ⅰ基本不发生
B．850～900 ℃时，主要发生反应Ⅳ
C．增大焦炉煤气流速一定能提高CO的相对体积
D．工业生产上需要研发低温下CH4转化率高的催化剂
答案　C
解析　从图中可以看出，温度低于900 ℃时，CH4的相对体积基本上是100%，所以反应Ⅰ基本不发生，所以工业生产上需要研发低温下CH4转化率高的催化剂，A、D正确；850～900 ℃时，H2、CO的相对体积都增大，且增大的幅度相近，而CH4的相对体积变化不大，所以主要发生反应Ⅳ，B正确；从图中可以看出，4个反应均为生成CO的反应，且都为吸热反应，所以若想提高CO的相对体积，应选择升高温度，与增大焦炉煤气的流速无关，C不正确。
11．(1)CO2催化加氢生成乙烯和水的反应中，主要反应为2CO2＋6H2??C2H4＋4H2O，理论计算表明，原料初始组成n(CO2)∶n(H2)＝1∶3，在体系压强为0.1 MPa，反应达到平衡时，四种组分的物质的量分数x随温度T的变化如图所示。
图中，表示C2H4、CO2变化的曲线分别是______、________。CO2催化加氢合成C2H4反应的ΔH________0(填“大于”或“小于”)。
(2)根据图中点A(440,0.39)，计算该温度时反应的平衡常数Kp＝________(MPa)－3(列出计算式，以分压表示，分压＝总压×物质的量分数)。
答案　(1)d　c　小于
(2)×
解析　(1)由平衡图像结合反应方程式和原始投料n(CO2)∶n(H2)＝1∶3可得，390 K时物质的量分数之比满足1∶3的是c曲线和a曲线，物质的量分数之比满足1∶4的是d曲线和b曲线，则曲线c表示CO2，曲线a表示H2，曲线d表示C2H4，曲线b表示H2O；由图像的变化趋势可知，升高温度，曲线a、c增大，曲线b、d减小，说明平衡左移，所以正反应放热，ΔH＜0。
(2)起始投料比n(CO2)∶n(H2)＝1∶3，平衡时总压为0.1 MPa，结合反应方程式可知p(CO2)∶p(H2)＝1∶3，p(C2H4)∶p(H2O)＝1∶4，由图像可知平衡时p(H2)＝p(H2O)＝0.1 ×0.39 MPa，所以p(CO2)＝×0.39 MPa，p(C2H4)＝×0.39 MPa，该温度下的平衡常数Kp＝＝(MPa)－3＝×(MPa)－3。
12.在T1 ℃和T2 ℃时(T1答案　1 000　1 000　
解析　反应HN==C==O(g)＋NH3(g)??CO(NH2)2(g)为放热反应，因为T113．[2023·湖南，16(1)(3)(4)(5)(6)]聚苯乙烯是一类重要的高分子材料，可通过苯乙烯聚合制得。
Ⅰ.苯乙烯的制备
(1)已知下列反应的热化学方程式：
①C6H5C2H5(g)＋O2(g)===8CO2(g)＋5H2O(g)　ΔH1＝－4 386.9 kJ·mol－1
②C6H5CH===CH2(g)＋10O2(g)===8CO2(g)＋4H2O(g)　ΔH2＝－4 263.1 kJ·mol－1
③H2(g)＋O2(g)===H2O(g)　ΔH3＝－241.8 kJ·mol－1
计算反应④C6H5C2H5(g)??C6H5CH==CH2(g)＋H2(g)的ΔH4＝____________kJ·mol－1。
(3)在913 K、100 kPa下，以水蒸气作稀释气、Fe2O3作催化剂，乙苯除脱氢生成苯乙烯外，还会发生如下两个副反应：
⑤C6H5C2H5(g)??C6H6(g)＋CH2==CH2(g)
⑥C6H5C2H5(g)＋H2(g)??C6H5CH3(g)＋CH4(g)
以上反应体系中，芳香烃产物苯乙烯、苯和甲苯的选择性S(S＝×100%)随乙苯转化率的变化曲线如图所示，其中曲线b代表的产物是____________________，理由是_________________________________。
(4)关于本反应体系中催化剂Fe2O3的描述错误的是______________。
A．X射线衍射技术可测定Fe2O3晶体结构
B．Fe2O3可改变乙苯平衡转化率
C．Fe2O3降低了乙苯脱氢反应的活化能
D．改变Fe2O3颗粒大小不影响反应速率
Ⅱ.苯乙烯的聚合
苯乙烯聚合有多种方法，其中一种方法的关键步骤是某Cu(Ⅰ)的配合物促进C6H5CH2X(引发剂，X表示卤素)生成自由基C6H5H2，实现苯乙烯可控聚合。
(5)引发剂C6H5CH2Cl、C6H5CH2Br、C6H5CH2I中活性最高的是____________________
________________________________________________________________________。
(6)室温下，①Cu＋在配体L的水溶液中形成[Cu(L)2]＋，其反应平衡常数为K；②CuBr在水中的溶度积常数为Ksp。由此可知，CuBr在配体L的水溶液中溶解反应的平衡常数为__________(所有方程式中计量系数关系均为最简整数比)。
答案　(1)＋118　(3)甲苯　主反应生成的H2能使副反应⑥的平衡正向移动，甲苯的选择性大于苯的选择性　(4)BD　(5)C6H5CH2I　(6)K·Ksp　
解析　(1)根据盖斯定律，将①－②－③可得C6H5C2H5(g)??C6H5CH==CH2(g)＋H2(g)　ΔH4＝－4 386.9 kJ·mol－1－(－4 263.1 kJ·mol－1)－(－241.8 kJ·mol－1)＝＋118 kJ·mol－1。(3)生成苯乙烯的反应为主反应，则苯乙烯的选择性最高，主反应生成的氢气能使副反应⑥的平衡正向移动，则甲苯的选择性大于苯的选择性，故b代表的产物为甲苯。(4)测定晶体结构最常用的仪器是X射线衍射仪，A项正确；催化剂不能使平衡发生移动，不能改变乙苯的平衡转化率，B项错误；催化剂能降低反应的活化能，加快反应速率，C项正确；催化剂颗粒大小会影响接触面积，会影响反应速率，D项错误。(6)Cu＋在配体L的水溶液中形成[Cu(L)2]＋，则Cu＋＋2L??[Cu(L)2]＋的平衡常数K＝；CuBr在水溶液中的溶度积常数Ksp＝c(Cu＋)·c(Br－)；CuBr在配体L的水溶液中溶解反应为CuBr＋2L??[Cu(L)2]＋＋Br－，该反应的平衡常数为＝＝K·Ksp。
14．(2023·辽宁，18)硫酸工业在国民经济中占有重要地位。
(1)我国古籍记载了硫酸的制备方法——“炼石胆(CuSO4·5H2O)取精华法”。借助现代仪器分析，该制备过程中CuSO4·5H2O分解的TG曲线(热重)及DSC曲线(反映体系热量变化情况，数值已省略)如图1所示。700 ℃左右有两个吸热峰，则此时分解生成的氧化物有SO2、__________和__________(填化学式)。
(2)铅室法使用了大容积铅室制备硫酸(76%以下)，副产物为亚硝基硫酸，主要反应如下：
NO2＋SO2＋H2O===NO＋H2SO4
2NO＋O2===2NO2
ⅰ.上述过程中NO2的作用为__________。
ⅱ.为了适应化工生产的需求，铅室法最终被接触法所代替，其主要原因是_______
________________________________________________________________________(答出两点即可)。
(3)接触法制硫酸的关键反应为SO2的催化氧化：SO2(g)＋O2(g)??SO3(g)　ΔH＝－98.9 kJ·mol－1
ⅰ.为寻求固定投料比下不同反应阶段的最佳生产温度，绘制相应转化率(α)下反应速率(数值已略去)与温度的关系如图2所示，下列说法正确的是__________。
a．温度越高，反应速率越大
b．α＝0.88的曲线代表平衡转化率
c．α越大，反应速率最大值对应温度越低
d．可根据不同α下的最大速率，选择最佳生产温度
ⅱ.为提高钒催化剂的综合性能，我国科学家对其进行了改良。不同催化剂下，温度和转化率关系如图3所示，催化性能最佳的是__________(填标号)。
ⅲ.设O2的平衡分压为p，SO2的平衡转化率为αe，用含p和αe的代数式表示上述催化氧化反应的Kp＝__________(用平衡分压代替平衡浓度计算)。
答案　(1)CuO　SO3　(2)ⅰ.催化剂　ⅱ.铅室法制得的产品中存在亚硝基硫酸杂质，生产过程中需使用有毒的氮氧化物　(3)ⅰ.cd　ⅱ.d　ⅲ.
解析　(1)由图可知，起始时有2.5 mg CuSO4·5H2O，其物质的量是0.01 mmol，所含结晶水的质量为0.9 mg，则固体质量剩余1.6 mg时所得固体为CuSO4，加热过程中Cu元素的质量不变，则固体质量剩余0.8 mg时所得的固体是CuO，结合题图DSC曲线有两个吸热峰可知，700 ℃发生的反应为CuSO4―→CuO＋SO3、SO3―→SO2＋O2，则生成的氧化物除SO2外，还有CuO、SO3。(3)ⅰ.根据不同转化率下的反应速率曲线可以看出，随着温度的升高反应速率先加快后减慢，a错误；随着转化率的增大，最大反应速率不断减小，最大反应速率出现的温度也逐渐降低，c正确。ⅲ.利用平衡分压代替平衡浓度计算平衡常数，反应的平衡常数Kp＝＝＝；设SO2初始量为m，则平衡时n(SO2)＝m－m·αe＝m(1－αe)，n(SO3)＝m·αe，Kp＝＝。第50讲　化学反应速率与化学平衡图像分类突破
[复习目标]　1.了解化学反应速率、化学平衡图像的常见类型。2.通过解答不同类型图像问题，初步建立解答化学反应速率、化学平衡相关图像问题的思维模型。
分析、解答化学反应速率与化学平衡图像题的三个步骤
第一步：看图像
一看面——横坐标、纵坐标代表的量(如纵坐标是反应物百分含量，还是反应物的转化率等)，确定坐标值与化学量的正变与负变关系。
二看线——曲线的走向、变化趋势(斜率大小、升与降、平与陡、渐变与突变、连续与断变、转折等)，同时对走势有转折变化的曲线，要分段进行分析，找出各段曲线的变化趋势及含义。例如，升高温度，v吸增加得多，v放增加得少；增大反应物浓度，v正突变，v逆渐变。
三看点——起点(分清反应物、生成物。浓度减小的是反应物，浓度增大的是生成物，一般生成物多数以原点为起点)，终点(终点是否达到平衡)，转折点(转折点前后影响的主要因素不同)等；此外还有顶点、拐点、交叉点、平衡点等都要认真分析。
四看辅助线——要不要作等温线、等压线，讨论单变量。
五看量——一般标出具体数值的量在解题中都会用到。
第二步：想规律
在看清图的基础上，根据坐标x轴的变化，确定y轴的变化，结合外因对化学反应速率、化学平衡的影响因素分析变化的本质原因。
第三步：作判断
看条件(T，p，c)
→同结果正确，不同则错。
一、反应进程类图像(横坐标为时间t)
1．在一密闭容器中发生反应：N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g)　ΔH＜0，达到平衡后，只改变某一个条件时，反应速率与反应时间的关系如图所示。
回答下列问题：
(1)处于平衡状态的时间段是____________(填字母，下同)。
A．t0～t1　　　　B．t1～t2　　　　C．t2～t3
D．t3～t4 　　　E．t4～t5 　　　F．t5～t6
(2)判断t1、t3、t4时刻分别改变的一个条件。
A．增大压强 　B．减小压强
C．升高温度 　D．降低温度
E．加催化剂 　F．充入氮气
t1时刻__________；t3时刻________；t4时刻______。
(3)依据(2)中的结论，下列时间段中，氨的百分含量最高的是__________。
A．t0～t1 B．t2～t3
C．t3～t4 D．t5～t6
(4)如果在t6时刻，从反应体系中分离出部分氨，t7时刻反应达到平衡状态，请在图中画出反应速率的变化曲线。
在分析v－t图像时，要特别注意反应速率的变化，即v正、v逆是都增大了还是都减小了(条件改变的瞬间，v正、v逆的起点与原平衡点不重合)，还是一个增大(或减小)而另一个不变(条件改变的瞬间，v正、v逆中不变的那个，起点与原平衡点重合)。
2．已知：反应为mA(g)＋nB(g)??pC(g)＋qD(g)。
(1)T1____T2，正反应为______反应。
(2)p1____p2，正反应为气体体积______的反应。
(3)图中____使用催化剂；或者增大压强，此时m＋n____p＋q。
3．现将一定量N2O4气体充入恒容密闭容器中，控制反应温度为T1 ℃[N2O4(g)??2NO2(g)
ΔH>0]，c(N2O4)随t(时间)变化曲线如图，画出0～t2时段，c(NO2)随t变化曲线。保持其他条件不变，改变反应温度为T2(T2＞T1)，再次画出0～t2时段，c(NO2)随t变化趋势的曲线。
4．对于反应2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)，采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂，在323 K和343 K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。
(1)343 K时反应的平衡转化率α＝________%。平衡常数K343 K＝________(保留2位小数)。
(2)在343 K下：要提高SiHCl3转化率，可采取的措施是__________________；要缩短反应达到平衡的时间，可采取的措施有____________、______________。
(3)比较a、b处反应速率大小：va________vb(填“大于”“小于”或“等于”)。反应速率v＝v正－v逆＝－，k正、k逆分别为正、逆反应速率常数，x为物质的量分数，计算a处的＝________(保留1位小数)。
此类图像一般纵坐标表示物质的量、浓度、百分含量、转化率，横坐标表示反应时间。解题的关键是找转折点。
(1)转折点之前，用外因对速率的影响分析问题，用“先拐先平数值大”的规律判断不同曲线表示温度或压强的大小。
(2)转折点之后是平衡状态或平衡移动，解题时要抓住量的变化，找出平衡移动的方向，利用化学平衡移动原理推理分析。
二、恒温(恒压)线
5．反应：aA(g)＋bB(g)??cC(g)＋dD(g)　ΔH
图像
结论 a＋b____c＋d，ΔH____0 a＋b____c＋d，ΔH____0
6.在一恒容的密闭容器中充入0.1 mol·L－1 CO2、0.1 mol·L－1 CH4，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、压强的关系如图，下列有关说法不正确的是(　　)
A．上述反应的ΔH<0
B．压强：p4>p3>p2>p1
C．压强为p4、温度为1 100 ℃时该反应的平衡常数约为1.64
D．压强为p4时，在y点：v正>v逆
此类图像的纵坐标为某物质的平衡浓度或转化率，横坐标为温度或压强，解答此类问题，要关注曲线的变化趋势，有多个变量时，注意控制变量，即“定一议二”。
三、投料比—转化率相关图像
7．一定条件下，反应：6H2(g)＋2CO2(g)??C2H5OH(g)＋3H2O(g)的数据如图所示。
下列说法正确的是(　　)
A．该反应的ΔH＞0
B．达平衡时，v正(H2)＝v逆(CO2)
C．b点对应的平衡常数K值大于c点
D．a点对应的H2的平衡转化率为90%
8．采用一种新型的催化剂(主要成分是Cu-Mn合金)，利用CO和H2制备二甲醚(DME)。
主反应：2CO(g)＋4H2(g)??CH3OCH3(g)＋H2O(g)
副反应：CO(g)＋H2O(g)??CO2(g)＋H2(g)
CO(g)＋2H2(g)??CH3OH(g)
测得反应体系中各物质的产率或转化率与催化剂的关系如图所示。
则催化剂中约为________时最有利于二甲醚的合成。
(1)改变投料比相当于增加一种反应物的浓度，另一种反应物的转化率升高，而自身的转化率降低。(2)当按化学反应方程式的计量数之比投入反应物，各组分的平衡转化率相同，平衡时产物的体积分数最大。
四、平衡常数K(lg K)与T()关系曲线
9．[2023·湖北，19(5)(6)](5)40H19(g)??C40H18(g)＋H·(g)及40H11(g)??C40H10(g)＋H·(g)反应的ln K(K为平衡常数)随温度倒数的关系如图所示。已知本实验条件下，ln K＝－＋c(R为理想气体常数，c为截距)。图中两条线几乎平行，从结构的角度分析其原因是________________________________________________________________________。
(6)下列措施既能提高反应物的平衡转化率，又能增大生成C40H10的反应速率的是________(填标号)。
a．升高温度　　b．增大压强　　c．加入催化剂
10．[2021·全国乙卷，28(3)]McMorris测定和计算了在136～180 ℃范围内下列反应的平衡常数Kp。
2NO(g)＋2ICl(g)??2NOCl(g)＋I2(g)　Kp1
2NOCl(g)??2NO(g)＋Cl2(g)　Kp2
得到lg Kp1～和lg Kp2～均为线性关系，如下图所示：
①由图可知，NOCl分解为NO和Cl2，反应的ΔH______0(填“大于”或“小于”)。
②反应2ICl(g)===Cl2(g)＋I2(g)的K＝______________(用Kp1、Kp2表示)；该反应的ΔH______0(填“大于”或“小于”),写出推理过程：________________________________
______________________________________________________________________________。
五、多重平衡的复杂图像
11．二甲醚(CH3OCH3)是一种极具发展潜力的有机化工产品和洁净燃料。CO2加氢制二甲醚的反应体系中，主要发生反应的热化学方程式为
反应Ⅰ：CO2(g)＋H2(g)??CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝＋41.2 kJ·mol－1
反应Ⅱ：CO2(g)＋3H2(g)??CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH＝－49.5 kJ·mol－1
反应Ⅲ：2CH3OH(g)??CH3OCH3(g)＋H2O(g)　ΔH＝－23.5 kJ·mol－1
在2 MPa，起始投料＝3时，CO2的平衡转化率及CO、CH3OCH3、CH3OH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．反应2CO2(g)＋6H2(g)??CH3OCH3(g)＋3H2O(g)的ΔH＝－73.0 kJ·mol－1
B．图中X表示CO
C．为提高二甲醚的产率，需要研发在低温区的高效催化剂
D．温度从553 K上升至573 K时，反应Ⅰ消耗的CO2少于反应Ⅱ生成的CO2
(1)在多重平衡体系中，某物质的平衡浓度，是所有有关反应的平衡浓度，对各相关反应的平衡常数都满足。
(2)在计算某反应的平衡常数时，要善于选特殊点计算。只要温度不变，这个平衡常数值可以运用于平衡曲线上的任何一点，选取多曲线的交点，往往能简化计算。

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