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多反应、多平衡图像分析
【方法与技巧】
1．多重平衡体系的分类
(1)竞争反应(平行反应)
平行反应指的是反应物相同，生成物不同的两个或多个反应(其中一个生成目标产物的反应是主反应，其余的是副反应)，此类反应被称为平行反应或竞争反应
(2)连续反应
连续反应是指有关的两个可逆反应有着关联，第一个反应的某一生成物，是第二个反应的反应物，此类反应被称为连续反应或分步反应
2．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。因为平衡常数只与温度有关，且催化剂不能改变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
3．多反应、多平衡图像分析方法
(1)第一步，审反应方程式
①找准竞争(或连续)反应在反应特点方面的异同
②分清主、副反应
(2)第二步，提取研究状态(平衡、非平衡)
①非平衡状态量，其变化与反应速率有关
②平衡状态量，则与平衡移动有关
(3)第三步，析图。依据图中横坐标、纵坐标的内容找出曲线中的“点”“线”的含义和变化趋势，并用平衡移动原理解答具体问题
【高考真题演练】
1．(2024·江苏卷)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：
①CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g) ΔH1＝41.2 kJ·mol－1
②CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g) ΔH2
225℃、8×106Pa下，将一定比例CO2、H2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CH3OH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ΔH2＞0
C．L6处的H2O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CH3OH的生成速率
2．(2024·湖南卷)恒压下，向某密闭容器中充入一定量的CH3OH(g)和CO(g)，发生如下反应：
主反应：CH3OH(g)＋CO(g)CH3COOH(g) ΔH1
副反应：CH3OH(g)＋CH3COOH(g)CH3COOCH3(g)＋H2O(g) ΔH2
在不同温度下，反应达到平衡时，测得两种含碳产物的分布分随投料比x(物质的量之比)的变化关系如图所示，下列说法正确的是( )
A．投料比x代表 B．曲线c代表乙酸的分布分数
C．ΔH1＜0，ΔH2＞0 D．L、M、N三点的平衡常数：K(L)＝K(M)＞K(N)
3．(2023·江苏卷)二氧化碳加氢制甲烷过程中的主要反应为
CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(g) H＝－164.7 kJ·mol－1
CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g) H＝41.2 kJ·mol－1
在密闭容器中，1.01×105Pa、n起始(CO2)∶n起始(H2)＝1∶4时，CO2平衡转化率、在催化剂作用下反应相同时间所测得的CO2实际转化率随温度的变化如题图所示。CH4的选择性可表示为×100%。下列说法正确的是( )
A．反应2CO(g)＋2H2(g)===CH4(g)＋CO2(g)的焓变 H＝－205.9 kJ·mol－1
B．CH4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CO2平衡转化率达到X点的值
4．(2023·重庆卷)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)
在恒容条件下，按V(CO2)∶V(H2)＝1∶1投料比进行反应，平衡时含碳物质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Ⅰ的ΔH＜0，反应Ⅱ的ΔH＞0 B．M点反应Ⅰ的平衡常数K＜1
C．N点H2O的压强是CH4的3倍 D．若按V(CO2)∶V(H2)＝1∶2投料，则曲线之间交点位置不变
5．(2022·江苏卷)乙醇－水催化重整可获得H2。其主要反应为
C2H5OH(g)＋3H2O(g)2CO2(g)＋6H2(g) ΔH＝177.3 kJ·mol－1，
CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH＝41.2 kJ·mol－1，在1.0×105Pa、n始(C2H5OH)：n始(H2O)＝1:3时，若仅考虑上述反应，平衡时CO2和CO的选择性及H2的产率随温度的变化如图所示。
CO的选择性＝×100%，下列说法正确的是(　　)
A．图中曲线①表示平衡时H2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CaO(s)或选用高效催化剂，均能提高平衡时时H2产率
6．(2022·河北卷)恒温恒容条件下，向密闭容器中加入一定量X，发生反应的方程式为①X===Y；②Y===Z。反应①的速率v1＝k1c(X)，反应②的速率v2＝k2c(Y)，式中k1、k2为速率常数。图甲为该体系中X、Y、Z浓度随时间变化的曲线，图乙为反应①和②的lnK～曲线。下列说法正确的是(　　)
A．随c(X)的减小，反应①、②的速率均降低 B．体系中v(X)＝v(Y)＋v(Z)
C．欲提高Y的产率，需提高反应温度且控制反应时间 D．温度低于T1时，总反应速率由反应②决定
【课时精练】
1．以Fe3O4为原料炼铁，主要发生如下反应：
反应Ⅰ：Fe3O4(s)＋CO(g)3FeO(s)＋CO2(g)　ΔH1＞0
反应Ⅱ：Fe3O4(s)＋4CO(g)3Fe(s)＋4CO2(g)　ΔH2
将一定体积CO通入装有Fe3O4粉末的反应器，其他条件不变，反应达到平衡，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．ΔH2>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
2．工业上可以利用水煤气(H2、CO)合成二甲醚(CH3OCH3)，同时生成CO2。合成过程中，主要发生三个反应，T ℃时，有关反应及相关数据如下：
2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g)　ΔH＝－91.8 kJ· mol－1
2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)　ΔH＝－23.5 kJ· mol－1
CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝－41.3 kJ· mol－1
保持原料气组成、压强、反应时间等因素不变，进行实验，测得CO转化率随温度变化曲线如下图。下列说法不正确的是(　　)
A．T ℃时，水煤气合成二甲醚的热化学方程式：3H2(g)＋3CO(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g)　
ΔH＝－248.4 kJ· mol－1
B．T ℃时，增大压强、加入催化剂均可提高CO的平衡转化率
C．220 ℃～240 ℃时，温度升高反应速率加快，CO转化率升高
D．温度高于240 ℃时，温度升高CO转化率降低的原因可能是平衡逆向移动
3．25 ℃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
4．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＝－49.5 kJ· mol－1
反应②：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝41.2 kJ· mol－1
在0.5 MPa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转化率、CH3OH的选择性[]与温度的关系如图所示。下列有关说法不正确的是(　　)
A．图中曲线①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的选择性升高
D．一定温度下，选用高效催化剂可提高CH3OH的平衡产率
5．工业上可用“氨催化氧化法”生产NO，以氨气、氧气为原料，在Pt—Rh合金催化剂存在下生成NO和副产物N2，两个竞争反应化学方程式如下：
Ⅰ .4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)
Ⅱ .4NH3(g)＋3O2(g)2N2(g)＋6H2O(g)
现将1 mol NH3、1.45 mol O2充入1 L恒容密闭容器中，在上述催化剂作用下反应，相同时间内有关生成物物质的量随温度变化曲线如图所示。已知：有效转化率＝×100%。下列说法不正确的是(　　)
A．400℃时，主要发生反应Ⅱ
B．由图分析工业上用氨催化氧化制备HNO3，最佳温度约为840 ℃
C．520℃时，NH3的有效转化率约为66.7%
D．840℃后，NO的物质的量下降，可能是反应Ⅰ平衡逆向移动所致
6．335 ℃时，在恒容密闭容器中，1 mol C10H18(l)催化脱氢的反应过程如下：
反应Ⅰ：C10H18(l)===C10H12(l)＋3H2(g)　ΔH1
反应Ⅱ：C10H12(l)===C10H8(l)＋2H2(g)　ΔH2
反应Ⅰ和反应Ⅱ的平衡常数分别为K1和K2，反应过程中能量的变化及C10H12和C10H8的产率(x)随时间的变化关系如图1和图2所示。下列说法正确的是(　　)
A．ΔH1＞0，ΔH2＜0
B．若温度高于335 ℃，则当x(C10H8)＝0.374时，所需时间可能小于8 h
C．更换更高效的催化剂，能提高C10H8的平衡产率
D．缩小容器体积，K1和K2均减小
7．将1 mol CO2(g)和3 mol H2(g)充入2 L恒容密闭容器中发生反应：
Ⅰ．CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　 ΔH1＜0(慢反应)
Ⅱ．CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　 ΔH2＞0(快反应)
测得相同时间内c(CO2)、v正(CO2)与温度的关系如图所示，下列说法错误的是(　　)
A．200 ℃前，加入催化剂可使a线转化为b线
B．300 ℃时，M点对应的反应体系中，v正(CO2)＞v逆(CO2)
C．400 ℃时，若5 min时达到平衡，则v(CO2)＝0.04 mol·L－1·min－1
D．400 ℃后，温度对正反应速率的影响比浓度大
8．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
9．甲烷－湿空气自热重整制氢过程中零耗能是该方法的一个重要优点，原理如下：
反应Ⅰ　CH4(g)＋O2(g)CO(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－519 kJ·mol－1
反应Ⅱ　CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)　ΔH＝＋206 kJ·mol－1
反应Ⅲ　CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝－41 kJ·mol－1
在1.0×105 Pa下，将n始(CH4)∶n始(空气)∶n始(H2O)＝1∶2∶1的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应管，平衡时CH4、O2的转化率及CO、CO2的选择性[CO的选择性＝×100%]与温度的关系如图所示。下列说法错误的是(　　)
A．图中曲线②表示平衡时O2的转化率随温度的变化关系
B．由图可知，温度升高，CO的选择性增大
C．975 K时，改用高效催化剂能提高平衡时CO2的选择性
D．其他条件不变，增大的值可提高CH4的平衡转化率
10．二甲醚(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
11．聚乙炔可用于制造导电塑料，广泛用于电子工业。工业上利用天然气制乙炔的化学反应原理如下：
2CH4(g)C2H4(g)＋2H2(g)　ΔH1＝＋340.39 kJ·mol－1
C2H4(g)C2H2(g)＋H2(g)　ΔH2＝＋35.50 kJ·mol－1
在1 L恒容密闭反应器中充入适量的CH4，发生上述反应，测得800 ℃时各含碳物质的物质的量随时间的变化如图所示。下列叙述正确的是(　　)
A．图中甲曲线代表甲烷、丙曲线代表乙烯 B．若70 min时升温，乙曲线下移，甲曲线上移
C．0～40 min内CH4平均反应速率为2.0 mol·L－1·min－1 D．M点正反应速率小于逆反应速率
12．通过反应Ⅰ：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)可以实现CO2捕获并资源化利用。密闭容器中，反应物起始物质的量之比＝3时，在不同条件下（分别在温度为250 ℃下压强变化和在压强为5×105 Pa下温度变化）达到平衡时CH3OH的物质的量分数的变化如图所示。主要反应有：
反应Ⅱ：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝＋42.5 kJ·mol－1
反应Ⅲ：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH＝－90.7 kJ·mol－1，下列说法正确的是(　　)
A．反应Ⅰ的ΔH＝－133.2 kJ·mol－1
B．曲线①表示CH3OH的物质的量分数随温度的变化
C．一定温度下，增大的值，可提高CO2平衡转化率
D．在5×105 Pa、250 ℃、起始＝3条件下，使用高效催化剂，能使CH3OH的物质的量分数从X点达到Y点
13．在压强、CO2和H2起始投料一定的条件下，发生反应Ⅰ、Ⅱ：
反应Ⅰ．CO2(g)＋3H2 (g)CH3OH(g)＋H2O(g) 　ΔH1＝－49.0 kJ·mol－1
反应Ⅱ．2CO2(g)＋5H2(g)C2H2(g)＋4H2O(g) 　ΔH2＝＋37.1 kJ·mol－1
实验测得CO2的平衡转化率和平衡时CH3OH的选择性(CH3OH的选择性＝×100％)随温度的变化如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．曲线②表示CO2的平衡转化率
B．其他条件不变，升高温度，C2H2的含量减小
C．温度高于280 ℃时，曲线①随温度升高而升高，说明此时主要发生反应Ⅱ
D．同时提高CO2的平衡转化率和平衡时CH3OH的选择性，应选择在低温低压条件下反应
14．乙烯(C2H4)、丙烯(C3H6)、丁烯(C4H8)都是基础化工原料，这三种烯烃之间存在下列三个反应。
反应Ⅰ：3C4H8(g)4C3H6(g)　ΔH1＝＋78 kJ·mol－1
反应Ⅱ：2C3H6(g)3C2H4(g)　ΔH2＝＋117 kJ·mol－1
反应Ⅲ：C4H8(g)2C2H4(g)　ΔH3
在恒压密闭容器中，反应达到平衡时，三种组分的物质的量分数随温度T的变化关系如图所示。下列说法错误的是(　　)
A．反应Ⅲ的ΔH3＝＋104 kJ·mol－1
B．700 K时，反应Ⅱ的物质的量分数的平衡常数K≈2.22×10－2(以物质的量分数代替平衡浓度)
C．提高C4H8的物质的量分数，需研发低温条件下活性好且耐高压的催化剂
D．超过700 K后曲线a下降的原因可能是随着温度升高反应Ⅰ逆向移动，反应Ⅱ正向移动
15．反应X→2Z经历两步：①XY；②Y2Z。反应体系中X、Y、Z的浓度c随时间t的变化曲线如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．a为c(Y)随t的变化曲线
B．t1时，反应体系达到平衡状态
C．0～t1时，体系中X的消耗速率等于Y的生成速率
D．反应体系中始终存在：c0＝c(X)＋c(Y)＋c(Z)
16．中国科学家在淀粉人工合成方面取得重大突破性进展，该实验方法首先将CO2催化还原为CH3OH。已知CO2催化加氢的主要反应有
①CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1＝－49.4 kJ·mol－1
②CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH2＝＋41.2 kJ·mol－1
其他条件不变，在相同时间内，温度对CO2催化加氢的影响如图。下列说法不正确的是(　　)
已知：CH3OH的选择性＝×100%
A．增大有利于提高CO2的平衡转化率
B．使用催化剂，能降低反应的活化能，增大活化分子百分数
C．其他条件不变，增大压强，有利于反应向生成CH3OH的方向进行
D．220～240 ℃，升高温度，对反应②速率的影响比对反应①的小
17．据《石油与天然气化工》报导：国家重点实验室在H2S与CH4重整制氢和Mo/Al2O3催化剂的稳定性研究中，取得了显著的成果。其主副反应分别为：
主反应：2H2S(g)＋CH4(g)CS2(g)＋4H2(g)　ΔH1＝－13.68 kJ·mol－1
副反应：CH4(g)C(s)＋2H2(g)　ΔH2＝＋74.9 kJ·mol－1
图1为CH4在两种Mo/Al2O3催化剂上的反应速率与时间的关系
图2为在Mo/Cluster Al2O3催化剂上H2的平衡浓度与温度的关系
已知1 mmol＝10－3 mol，下列有关说法正确的是(　　)
A．由图1可知，应选用Mo/Com Al2O3作反应的催化剂
B．由图2可知，催化剂的活性降低使氢气平衡浓度降低
C．当反应体系的密度为1 g/cm3时，1.2 mmol(g·min)－1的CH4的速率为1.2 mol(L·min)－1
D．由图2分析可知，温度升高，主反应平衡逆移程度小于副反应平衡正移程度
18．利用H2和CO反应生成CH4的过程中主要涉及的反应如下：
反应Ⅰ：CO(g)＋3H2(g)CH4(g)＋H2O(g)　ΔH1＝－206.2 kJ·mol-1
反应Ⅱ：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH2＝－41.2 kJ·mol-1
向密闭容器中充入一定量H2和CO发生上述反应，保持温度和容器体积一定，平衡时CO和H2的转化率、CH4和CO2的产率随起始的变化情况如下图所示。[CH4的产率＝×100%，CH4的选择性＝,n(CO2)生成＋n(CH4)生成) ×100%]。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c表示CH4的产率随的变化
C．＝0.5，反应达平衡时，CH4的选择性为50%
D．随着增大，CO2的选择性先增大后减小
19．某温度下，向恒容密闭容器中充入等物质的量浓度的X(g)和Y(g)，同时发生以下两个反应：①X(g)＋Y(g)Z(g)＋W(g)；②X(g)＋Y(g)Z(g)＋M(g)。反应①的速率可表示为v1＝k1c2(X)，反应②的速率可表示为v2＝k2c2(X)(k1，k2为速率常数)。反应体系中组分X(g)、W(g)的物质的量浓度c随时间的变化情况如图所示。下列说法错误的是(　　)
A．0～10 min内，Y(g)的平均反应速率为0.025 mol·L－1·min－1 B．平衡时，反应②的平衡常数K＝
C．体系中W和M的浓度之比保持不变，说明反应已平衡 D．反应①的活化能比反应②的活化能更大
20．肼(N2H4)是一种含氢量高的燃料。向恒容密闭容器内加入3 mol N2H4，一定条件下体系中存在以下平衡：
Ⅰ．N2H4(g)N2(g)＋2H2(g)
Ⅱ．3N2H4(g)N2(g)＋4NH3(g)
不同温度下达到平衡时，N2H4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N2 B．低于M点对应温度时，以反应Ⅰ为主
C．体系中还存在2NH3(g)3H2(g)＋N2(g) D．N点时，体系内n(N2)∶n(H2)为3∶4
【多反应、多平衡图像分析】答案
【高考真题演练】
1．C。解析：A项，图中白圈标记的曲线代表气体温度，L4处与L5处的温度不同，故反应①的平衡常数K不相等，A错误；B项，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项，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(H O)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项，L1处CO的体积分数大于 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。
2．D。解析：题干明确指出，图中曲线表示的是测得两种含碳产物的分布分数即分别为δ(CH3COOH)、δ(CH3COOCH3)，若投料比x代表，x越大，可看作是CH3OH的量增多，则对于主、副反应可知生成的CH3COOCH3越多，CH3COOCH3分布分数越高，则曲线a或曲线b表示CH3COOCH3分布分数，曲线c或曲线d表示CH3COOH分布分数，据此分析可知AB均正确，可知如此假设错误，则可知投料比x代表，曲线a或曲线b表示δ(CH3COOH)，曲线c或曲线d表示δ(CH3COOCH3)，据此作答。A．根据分析可知，投料比x代表，故A错误；B．根据分析可知，曲线c表示CH3COOCH3分布分数，故B错误；C．根据分析可知，曲线a或曲线b表示δ(CH3COOH)，当同一投料比时，观察图像可知T2时δ(CH3COOH)大于T1时δ(CH3COOH)，而T2＞T1可知，温度越高则δ(CH3COOH)越大，说明温度升高主反应的平衡正向移动，ΔH1＞0；曲线c或曲线d表示δ(CH3COOCH3)，当同一投料比时，观察可知T1时δ(CH3COOCH3)大于T2时δ(CH3COOCH3)，而T2＞T1可知，温度越高则δ(CH3COOCH3)越小，说明温度升高副反应的平衡逆向移动，ΔH2＜0，故C错误；D．L、M、N三点对应副反应ΔH2＜0，且TN＞TM＝TL，升高温度平衡逆向移动，K(L)＝K(M)＞K(N)，故D正确；故答案选D。
3．D。解析：A．由盖斯定律可知反应2CO(g)＋2H2(g)===CH4(g)＋CO2(g)的焓变 H＝－2×41.2 kJ·mol－1－164.7 kJ·mol－1＝－247.1 kJ·mol－1，A错误；B．CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(g)为放热反应，升高温度平衡逆向移动，CH4的含量降低，故CH4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，提高高的值可提高二氧化碳的平衡转化率，增大压强第一个反应平衡正向移动，可提高二氧化碳的平衡转化率，均能使CO2平衡转化率达到X点的值，D正确。 故选D。
4．C。解析：A．随着温度的升高，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逆向移动、反应Ⅰ正向移动，则反应Ⅱ为放热反应焓变小于零、反应Ⅰ为吸热反应焓变大于零，A错误；B．M点没有甲烷产物，且二氧化碳、一氧化碳含量相等，投料V(CO2)∶V(H2)＝1∶1，则此时反应Ⅰ平衡时二氧化碳、氢气、一氧化碳、水的物质的量相等，反应Ⅰ的平衡常数K＝＝1，B错误；C．N点一氧化碳、甲烷物质的量相等，结合反应方程式的系数可知，生成水的总的物质的量为甲烷的3倍，结合阿伏加德罗定律可知，H2O的压强是CH4的3倍，C正确；D．反应Ⅰ为气体分子数不变的反应、反应Ⅱ为气体分子数减小的反应；若按V(CO2)∶V(H2)＝1∶2投料，相当于增加氢气的投料，会使得甲烷含量增大，导致甲烷、一氧化碳曲线之间交点位置发生改变，D错误；
故选C。
5．B。解析：根据已知反应①C2H5OH(g)＋3H2O(g)2CO2(g)＋6H2(g) ΔH＝177.3 kJ·mol－1，反应②CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH＝41.2 kJ·mol－1，且反应①的热效应更大，温度升高的时候对反应①影响更大一些，根据选择性的含义，升温时CO选择性增大，同时CO2的选择性减小，所以图中③代表CO的选择性，①代表CO2的选择性，②代表H2的产率，以此解题。A．由分析可知②代表H2的产率，故A错误；B．由分析可知升高温度，平衡时CO的选择性增大，故B正确；C．一定温度下，增大，可以认为开始时水蒸气物质的量不变，增大乙醇物质的量，乙醇的平衡转化率降低，故C错误；D．加入CaO(s)或者选用高效催化剂，不会影响平衡时H2产率，故D错误；故选B。
6．D。解析：由图中的信息可知，浓度随时间变化逐渐减小的代表的是X，浓度随时间变化逐渐增大的代表的是Z，浓度随时间变化先增大后减小的代表的是Y；由图乙中的信息可知，反应①的速率常数随温度升高增大的幅度小于反应②的。A．由图甲中的信息可知，随c(X)的减小，c(Y) 先增大后减小，c(Z)增大，因此，反应①的速率随c(X)的减小而减小，而反应②的速率先增大后减小，A项错误；B．根据体系中发生的反应可知，在Y的浓度达到最大值之前，单位时间内X的减少量等于Y和Z的增加量，因此，v(X)＝v(Y)＋v(Z)，但是，在Y的浓度达到最大值之后，单位时间内Z的增加量等于Y和X的减少量，故v(X)＋v(Y)＝v(Z)，B项错误；C．由图可知，随着温度降低，k1、k2均减小，但k2减小的幅度更大且温度低于T1后k2小于k1，温度低于T1后继续降温，反应②速率降低的更多，因此，欲提高Y的产率，即要反应①的速率大于反应②，需降低反应温度并控制反应时间，C项错误；D．由图乙信息可知，温度低于T1时，k1＞k2，反应②为慢反应，因此，总反应速率由反应②决定，D项正确；答案选D。
【课时精练】
1．D。解析：反应Ⅰ是吸热反应，升高温度，平衡正向移动，CO体积分数减小，由题图可知，低于570 ℃时，平衡中CO的体积分数随温度升高是增大的，说明升高温度反应Ⅱ平衡逆向移动，则反应Ⅱ为放热反应，即ΔH2<0，A项错误；高于570 ℃时，CO的体积分数随温度升高不断减小，说明以反应Ⅰ为主，反应温度越高，Fe3O4主要还原产物中铁元素的价态越高，B项错误；反应Ⅰ、Ⅱ都是反应前后气体体积不变的反应，因此在恒温、恒容条件下，当压强保持不变时，不能说明反应Ⅰ、Ⅱ达到平衡，C项错误；在1040 ℃时，一氧化碳体积分数为20%，则对于反应Ⅰ，其平衡常数K＝＝4，反应Ⅰ是吸热反应，升高温度，平衡正向移动，平衡常数增大，所以当温度高于1040 ℃时，反应Ⅰ的化学平衡常数K>4，D项正确。
2．B。解析：已知：T ℃时，有关反应及相关数据如下：
①2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g) ΔH＝－91.8 kJ· mol－1
②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g) ΔH＝－23.5 kJ· mol－1
③CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH＝－41.3 kJ· mol－1
由盖斯定律可知，2×①＋②＋③得反应3H2(g)＋3CO(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g)，则其焓变为ΔH＝－248.4 kJ· mol－1，A项正确；加入催化剂可以加快反应速率，但是不能改变物质的平衡转化率，B项错误；升高温度反应速率加快，由图可知，220 ℃～240 ℃时，温度升高反应速率加快，且CO转化率升高，C项正确；反应均为放热反应，温度高于240 ℃时，温度升高导致平衡逆向移动，使得CO转化率降低，D项正确。
3．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。
4．D。解析：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正确；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；升高温度，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正确。选用催化剂只能改变反应速率，不能改变转化率，D错误。
5．C。解析：400 ℃时，氮气的物质的量更大，再结合关系式：4NH3～4NO,4NH3～2N2，说明主要发生反应Ⅱ，A项正确；840 ℃时一氧化氮的产率最高，副产物氮气产率最低，故工业上用氨催化氧化制备HNO3，选择的最佳温度是840 ℃，B项正确；由图知520 ℃时，生成氮气和一氧化氮的物质的量均为0.2 mol，则反应Ⅱ消耗的氨气的物质的量为0.4 mol，反应Ⅰ消耗的氨气的物质的量为0.2 mol，NH3的有效转化率为×100%≈33.3%，C项错误；840℃后，NO的物质的量下降，可能是反应Ⅰ为放热反应，升温使反应Ⅰ平衡逆向移动所致，D项正确。
6．B。解析：由图可知，反应Ⅰ和反应Ⅱ的反应物总能量都低于生成物总能量，都是吸热反应，则ΔH1>0、ΔH2>0，A错误；升高温度，化学反应速率增大，若温度高于335 ℃，当x(C10H8)＝0.374时，反应所需时间可能小于8 h，B正确；更换更高效的催化剂，化学反应速率增大，但化学平衡不移动，不能提高C10H8的平衡产率，C错误；化学平衡常数是温度的函数，温度不变，平衡常数不变，缩小容器体积，气体压强增大，但K1和K2均不变，D错误。
7．B。解析：A.由图可知，200 ℃前，升高温度，二氧化碳的浓度减小、反应速率加快，说明反应未达到平衡，则加入催化剂，二氧化碳的反应速率加快，反应消耗二氧化碳的浓度增大，可使a线转化为b线，故A正确；B.由图可知，300 ℃时，二氧化碳的浓度呈增大趋势，说明平衡向逆反应方向移动，则二氧化碳的正反应速率小于逆反应速率，故B错误；C.由图可知，400 ℃时，二氧化碳的浓度为0.3 mol/L，则5 min内二氧化碳的反应速率为＝0.04 mol/(L·min)，故C正确；D.由图可知，400 ℃后，二氧化碳正反应速率增大，而二氧化碳的浓度减小，说明温度对正反应速率的影响比浓度大，故D正确。
8．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。
9．C。解析：　
由以上分析可知，A、B项正确；催化剂只能缩短反应达平衡的时间，对平衡无影响，C项错误；其他条件不变，增大的值，可提高CH4的平衡转化率，D项正确。
10．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。
11．B。解析：根据题干反应方程式特点可知，随着反应进行，甲烷的物质的量逐渐减小，乙烯的物质的量先增大后减小，乙炔的物质的量逐渐增大，因此曲线甲代表乙炔、曲线乙代表甲烷、曲线丙代表乙烯，A错误；两反应均属于吸热反应，升高温度，平衡正向移动，甲烷的物质的量减少，乙炔的物质的量增大，B正确；0～40 min内CH4平均反应速率为×10－2 mol·L－1·min－1＝0.02 mol·L－1·min－1，C错误；M点后甲烷的物质的量继续减少，反应正向进行，因此正反应速率大于逆反应速率，D错误。
12．C。解析：利用盖斯定律，将反应Ⅱ＋反应Ⅲ可得反应Ⅰ，故反应Ⅰ的ΔH＝－48.2kJ·mol－1，A错误。反应Ⅰ的正反应为气体体积减小的放热反应，升高温度，平衡逆向移动，CH3OH的物质的量分数减小，则曲线②表示CH3OH的物质的量分数随温度的变化；增大压强，平衡正向移动，CH3OH的物质的量分数增大，则曲线①表示CH3OH的物质的量分数随压强的变化，B错误。使用高效催化剂，可以加快化学反应速率，但不能使平衡发生移动，D错误。
13．C。解析：　
其他条件不变，升高温度，反应Ⅱ平衡正向移动，C2H2的含量增大，B项错误。
14．D。解析：根据盖斯定律可知，反应Ⅲ＝×(反应Ⅰ＋反应Ⅱ×2)，得到C4H8(g) 2C2H4(g)　ΔH3＝＋104 kJ·mol－1，A正确；反应达到平衡时，升高温度，反应Ⅰ、反应Ⅱ和反应Ⅲ的化学平衡均正向移动，即丁烯(C4H8)的物质的量分数在不断减少，丙烯(C3H6)的物质的量分数先增加后减少，乙烯(C2H4)的物质的量分数在不断增加，故曲线a代表丙烯，曲线b代表丁烯，曲线c代表乙烯；700 K时，丁烯和乙烯的物质的量分数均为0.2，丙烯的物质的量分数为0.6，反应Ⅱ的物质的量分数的平衡常数K＝≈2.22×10－2，B正确；降低温度或增大压强，反应Ⅰ、反应Ⅱ和反应Ⅲ的化学平衡均逆向移动，C4H8的物质的量分数增大，故提高C4H8的物质的量分数，需研发低温条件下活性好且耐高压的催化剂，C正确；根据图中信息可知，丁烯在不断减小，则超过700 K后曲线a下降的原因可能是随着温度升高反应Ⅰ正向移动，反应Ⅱ正向移动，反应Ⅱ丙烯的消耗速率大于反应Ⅰ丙烯的生成速率，D错误。
15．D。由题中信息可知，反应X→2Z经历两步：①X→Y；②Y→2Z，因此，图中呈不断减小趋势的a线为X的浓度c随时间t的变化曲线，呈不断增加趋势的线为Z的浓度c随时间t的变化曲线，先增加后减小的线为Y的浓度c随时间t的变化曲线。由以上分析可知，a线为X的浓度c随时间t的变化曲线，故A错误；由图可知，分别代表3种不同物质的曲线相交于t1时刻，因此，t时c(X)＝c(Y)＝c(Z)，但之后X、Y、Z的物质的量还在变化，说明反应没有达到平衡状态，故B错误；由图中信息可知，0～t1时，Y的浓度在不断增大，说明体系中Y的生成速率大于Y的消耗速率，此时反应没有达到平衡，故X的消耗速率大于Y的生成速率，故C错误；反应X→2Z经历两步：①X→Y；②Y→2Z，反应刚开始时c(X)＝c0 mol/L，c(Z)＝c(Y)＝0 mol/L，由反应的系数关系可知，X的消耗量等于Y的生成量，Y的消耗量等于Z生成量的一半，则反应体系中始终存在c0＝c(X)＋c(Y)＋c(Z)，故D正确。
16．D。解析：增大，即增大H2的浓度，题给反应平衡正向移动，有利于提高CO2的平衡转化率，A正确；使用催化剂能降低反应的活化能，增大活化分子的百分数，加快反应速率，B正确；反应①是气体体积减小的反应，增大压强，平衡正向移动，即向生成CH3OH的方向移动，C正确；由图像信息可知，220～240 ℃，升高温度，二氧化碳的转化率增大，但甲醇的选择性下降，说明220～240 ℃，升高温度，对反应②速率的影响比对反应①的大，D错误。
17．C。解析：A．图1中Mo/Cluster Al2O3作催化剂时CH4的反应速率高，应选用Mo/Cluster Al2O3作反应的催化剂，故A错误；B.催化剂只能改变化学反应速率，不能改变平衡时的浓度，催化剂的活性降低不能使氢气平衡浓度降低，故B错误；C.当反应体系的密度为1 g/cm3时，1 g混合气体的体积V＝1 mL，由1.2 mmol(g·min)－1的CH4的速率＝＝1.2 mol(L·min)－1，故C正确；D.升高温度平衡向吸热反应方向移动，主反应逆移，H2的平衡浓度减小；副反应向正移，H2的平衡浓度增大；从图2知总的H2平衡浓度减小，说明主反应的平衡逆移程度大于副反应的平衡正移程度，故D错误；选C。
18．D。解析：起始越大，反应Ⅰ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，B正确；反应Ⅰ是气体分子数减小的反应，反应Ⅱ是气体分子数不变的反应，CO2(g)、H2O(g)、H2(g)同时参与两个反应，故气体总压强保持不变时，反应Ⅰ、Ⅱ均达到平衡状态，A正确；
＝0.5时，CH4和CO2的产率均为25%，则n(CH4)生成＝n(CO2)生成，则的选择性为50%，C正确；曲线c、d分别表示CH4、CO2的产率，由图可制，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。
19．C。解析：0～10 min内，X的浓度变化为(0.6－0.35) mol·L－1，由反应①和②可知，X和Y等物质的量进行反应，则0～10 min内，Y的浓度变化为(0.6－0.35) mol·L－1，Y(g)的平均反应速率为＝0.025 mol·L－1·min－1，A正确；平衡时c(X)＝0.28 mol·L－1，结合反应①、②及起始时充入的X和Y的物质的量浓度相等知，平衡时c(Y)＝0.28 mol·L－1，c(Z)＝(0.6－0.28) mol·L－1，结合平衡时W的浓度为0.15 mol·L－1可知，反应②生成的M为0.17 mol·L－1，则反应②的平衡常数K＝＝＝，B正确；相同时间内W和M的浓度之比等于两者的平均反应速率之比，W和M分别是反应①和反应②的产物，故＝＝，由于温度不变，k值不变，则为定值，即为定值，C错误；由平衡时W的浓度为0.15 mol·L－1，M的浓度为0.17 mol·L－1知，反应①的平均反应速率小于反应②的平均反应速率，活化能越大，化学反应速率越慢，故反应①的活化能比反应②的活化能更大，D正确。
20．C。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，以反应Ⅰ为主，根据反应N2H4(g)N2(g)＋2H2(g)，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，N2H4均几乎完全分解，温度升高时，NH3趋于0，所以体系中还存在2NH3(g)3H2(g)＋N2(g)，故C正确；D.N点时，n(N2)＝n(NH3)＝2 mol，n(H2)＝3 mol，体系内n(N2)∶n(H2)为2∶3，故D错误；故选C。
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