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(共43张PPT)
选择题专攻
3.化学反应速率、化学平衡图像分析
核心精讲
01
化学平衡与平衡转化率
(1)转化率和平衡转化率
转化率有未达到平衡的转化率和已达到平衡的平衡转化率，在审题的时候一定要注意转化率是否为平衡转化率。
(2)转化率与温度的关系
可逆反应的焓变ΔH 升高温度
吸热反应，ΔH＞0 未达到平衡的转化率增大
已达到平衡的平衡转化率增大
放热反应，ΔH＜0 未达到平衡的转化率增大
已达到平衡的平衡转化率减小
(3)增大反应物的浓度与平衡转化率的关系(其中A、B、C均为气体)
可逆反应 改变条件 平衡移动方向 反应物转化率 备注
A＋B C 增大A的浓度 正向移动 α(A)减小 α(B)增大 －
A B＋C 增大A的浓度 正向移动 α(A)减小 反应物转
化率实际
是考虑压
强的影响
2A B＋C 增大A的浓度 正向移动 α(A)不变 3A B＋C 增大A的浓度 正向移动 α(A)增大 (4)如果两气体物质的投料比按照化学计量数投料，那么无论是否达到化学平衡，两者的转化率一直相等。
真题演练
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1.(2023·江苏，13)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)　ΔH＝－164.7 kJ·mol－1
CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝41.2 kJ·mol－1
在密闭容器中，1.01×105 Pa、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
图所示。CH4的选择性可表示为 ×100%。
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下列说法正确的是
A.反应2CO(g)＋2H2(g)===CO2(g)＋CH4(g)的焓变
　ΔH＝－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
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√
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由盖斯定律可知反应2CO(g)＋2H2(g)===CO2(g)
＋CH4(g)的焓变ΔH＝－2×41.2 kJ·mol－1－164.7 kJ·mol－1＝－247.1 kJ·mol－1，A错误；
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；
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450 ℃时，提高　　　　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。
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2.(2022·江苏，13)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＝173.3 kJ·mol－1，CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝41.2 kJ·mol－1，在1.0×105 Pa、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。
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根据已知反应①C2H5OH(g)＋3H2O(g)===2CO2(g)
＋6H2(g)　ΔH＝173.3 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，故温度升高对反应①
影响更大一些，即CO2选择性增大，同时CO的
选择性减小，根据CO的选择性的定义可知③代表CO2的选择性，①代表CO的选择性，②代表H2的产率，A、B错误；
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两种物质参加反应增大一种物质的浓度，会降低该物质的平衡转化率，C错误；
加入CaO(s)与水反应放热，对反应①影响较大，可以增大H2产率，或者选用对反应①影响较大的高效催化剂，也可以增大H2产率，D正确。
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3.(2021·江苏，14)NH3与O2作用分别生成N2、NO、N2O的反应均为放热反应。工业尾气中的NH3可通过催化氧化为N2除去。将一定比例的NH3、O2和N2的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应管，NH3的转化率、生成N2的选择性
[　　　　 ×100%]与温度的关系如图所示。
下列说法正确的是
A.其他条件不变，升高温度，NH3的平衡转化率增大
B.其他条件不变，在175～300 ℃范围，随温度的升
　高，出口处N2和氮氧化物的量均不断增大
C.催化氧化除去尾气中的NH3应选择反应温度高于250 ℃
D.高效除去尾气中的NH3，需研发低温下NH3转化率高和N2选择性高的催化剂
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NH3与O2作用分别生成N2、NO、N2O的反应
均为放热反应，根据勒夏特列原理，升高温
度，平衡向逆反应方向移动，氨气的平衡转
化率降低，故A错误；
根据图像，在175～300 ℃范围，随温度的升高，N2的选择性降低，即产生氮气的量减少，故B错误；
根据图像，温度高于250 ℃ N2的选择性降低，且氨气的转化率变化并不大，浪费能源，故温度应略小于225 ℃，此时氨气的转化率、氮气的选择性较大，故C错误；
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氮气对环境无污染，氮的氧化物污染环境，因此高效除去尾气中的NH3，需研发低温下NH3转化率高和N2选择性高的催化剂，故D正确。
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4.(2023·辽宁，12)一定条件下，酸性KMnO4溶液与H2C2O4发生反应，Mn(Ⅱ)起催化作用，过程中不同价态含Mn粒子的浓度随时间变化如图所示。下列说法正确的是
A.Mn(Ⅲ)不能氧化H2C2O4
B.随着反应物浓度的减小，反应速率
　逐渐减小
C.该条件下，Mn(Ⅱ)和Mn(Ⅶ)不能大量共存
√
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由图像可知，随着时间的推移Mn(Ⅲ)的浓度先增大后减小，说明开始反应生成Mn(Ⅲ)，后Mn(Ⅲ)被消耗生成Mn(Ⅱ)，Mn(Ⅲ)能氧化H2C2O4，A项错误；
随着反应物浓度的减小，到大约13 min时开始生成Mn(Ⅱ)，Mn(Ⅱ)对反应起催化作用，13 min后反应速率会增大，B项错误；
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Mn(Ⅶ)的浓度为0后才开始生成Mn(Ⅱ)，该条件下Mn(Ⅱ)和Mn(Ⅶ)不能大量共存，C项正确；
H2C2O4为弱酸，在离子方程式中不拆成离子，总反应为　　　＋
5H2C2O4＋6H＋===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O，D项错误。
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5.(2023·山东，14改编)一定条件下，化合物E和TFAA合成H的反应路径如下：
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已知反应初始E的浓度为0.10 mol·L－1，TFAA的浓度为0.08 mol·L－1，部分物种的浓度随时间的变化关系如图所示，忽略反应过程中的体积变化。下列说法正确的是
A.t1时刻，体系中有E存在
B.t2时刻，体系中无F存在
C.E和TFAA反应生成F的活化能很大
D.反应达平衡后，TFAA的浓度为0.08 mol·L－1
√
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t1时刻TFAA浓度为0，则TFAA完全反应，
消耗的E为0.08 mol·L－1，E剩余0.02 mol·
L－1，故体系中有E存在，A正确；
由题给反应路径和元素质量守恒知，体系
中TFAA、G、F的总浓度应为0.08 mol·L－1，由题图知，t2时刻TFAA和G的浓度之和小于0.08 mol·L－1，则体系中一定存在F，B错误；
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由图可知，反应刚开始TFAA的浓度迅速减
小为0，则E和TFAA的反应速率非常快，该
反应的活化能很小，C错误；
只有F、G全部转化为H和TFAA时，TFAA的
浓度才能为0.08 mol·L－1，而G　　H＋TFAA为可逆反应，所以反应达平衡后，TFAA的浓度一定小于0.08 mol·L－1，D错误。
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考向预测
03
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1.(2022·江苏苏北、苏中七市三模)优化焦炭水蒸气重整工艺可制得CO含量较低的氢燃料。0.1 MPa 下，　　 ＝4，向容器中加入一定量的焦炭和水蒸气。体系中发生如下反应：
反应Ⅰ.C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH＝＋131.3 kJ·mol－1
反应Ⅱ.CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝－41.2 kJ·mol－1
反应Ⅲ.2CO(g)＋2H2(g)===CH4(g)＋CO2(g)　ΔH＝－205.8 kJ·mol－1
达到平衡时，H2的产率和CO、CO2、CH4干态体积分数
( )随温度变
化如图所示。下列说法正确的是
A.曲线B表示CO2干态体积分数随温度变化
B.制备CO含量低的氢燃料应选择200～600 ℃
C.800～1 400 ℃，随温度升高H2的产率降低，是因为反应Ⅲ正向进行程
　度增大
D.1 200 ℃，向平衡体系中通入水蒸气，再次达到平衡时，c(CO)·c(H2)的
　值比原平衡的大
√
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由CH4干态体积分数变化可知升高温度反应Ⅲ平衡逆向移动，故升高温度CO的量增加，即升高的曲线B代表CO，曲线A代表CO2，A错误；
由图像分析，制备CO含量低的氢燃料应
选择H2产率高且CO干态体积分数低的温度范围，即600～800 ℃，B错误；
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由CH4的干态体积分数线可知，当温度高于800 ℃时，反应Ⅲ几乎不发生，故H2产量降低与反应Ⅲ无关，C错误；
由反应Ⅰ的K＝ 　 ，温度不变，平衡常数K不变，通入c(H2O)增大，故 c(CO)·c(H2)数值变大，D正确。
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2.(2023·海安高级中学高三下学期月考)CO2催化加氢合成甲醇是重要的碳捕获利用与封存技术。CO2催化加氢主要反应有：
反应Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1＝－49.4 kJ·mol－1
反应Ⅱ.CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)　ΔH2＝＋41.2 kJ·mol－1
压强分别为p1、p2时，将　　　　＝1∶3的混
合气体置于密闭容器中反应，不同温度下体系
中CO2的平衡转化率和CH3OH、CO的选择性如
图所示。
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下列说法正确的是
A.反应CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g)为吸热
　反应
B.曲线③④表示CO的选择性，且p1＞p2
C.相同温度下，反应Ⅰ、Ⅱ的平衡常数：
　K(Ⅰ)＞K(Ⅱ)
D.一定温度下，调整　　　　＝1∶2，可提高CO2的平衡转化率
√
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CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g)可由反应Ⅰ
－反应Ⅱ得到，ΔH＝－49.4 kJ·mol－1－
41.2 kJ·mol－1<0，故该反应为放热反应，
A错误；
随着温度的升高，反应Ⅰ平衡逆向移动，
反应Ⅱ平衡正向移动，则CH3OH的选择性随温度的升高而减小，CO的选择性随温度的升高而增大，故曲线③④表示CO的选择性，压强增大，反应Ⅰ平衡正向移动，反应物浓度减小，促使反应Ⅱ化学平衡逆向移动，使CO选择性减小，故p1>p2，B正确；
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未给定具体温度，无法比较反应Ⅰ、Ⅱ的
化学平衡常数大小，C错误；
调整　　　　 ＝1∶2，CO2的起始浓度
增大，则CO2的平衡转化率减小，D错误。
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3.在恒压、NO和O2的起始浓度一定的条件下，催化反应2NO(g)＋O2(g)
2NO2(g)在相同时间内测得不同温度下NO转化率如图中实线所示(虚线表示相同条件下NO的平衡转化率随温度的变化)。下列说法正确的是
A.平衡常数：KMB.M点条件下，反应恰好达到平衡
C.N点条件下，增加O2浓度能提高NO转化率
D.若P点条件下，O2起始浓度为a mol·L－1，则其
　平衡常数K＝
√
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由图可知，在相同时间内，随着温度的升高，
NO的转化率先升高后降低，说明温度较低时
反应未达到平衡，温度较高时反应速率加快，
再升高温度时，NO转化率反而降低，平衡逆
向移动，所以该反应为放热反应，即ΔH<0，升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小，则平衡常数：KM>KN>KP，故A错误；
由图可知，M点NO的转化率低于相同温度下的平衡转化率，所以M点不是平衡点，故B错误；
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P点条件下，NO的转化率为50%，O2起始浓度为a mol·L－1，设NO的浓度为x mol·L－1，列三段式如下：
　　　　　 2NO(g)＋O2(g) 2NO2(g)
起始/(mol·L－1)　 x　 　a　 　　 0
转化/(mol·L－1)　 0.5x 　0.25x　　 0.5x
平衡/(mol·L－1)　 0.5x 　a－0.25x　 0.5x
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4.(2023·海安高级中学高三下学期模拟)飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层。如何有效消除NO成为环保领域的重要课题。某研究小组用新型催化剂对CO、NO催化转化进
行研究，测得一段时间内NO的转化率、
CO剩余的百分率随温度变化情况如图所示。
已知NO可发生下列反应：
反应Ⅰ：2CO(g)＋2NO(g) 2CO2(g)＋
N2(g)　ΔH1
反应Ⅱ：2NO(g) N2(g)＋O2(g)　ΔH2
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下列叙述不正确的是
A.ΔH1＜0，ΔH2＜0
B.温度大于775 K时，催化剂活性降低
C. ＝1时，控制温度875 K已可较好的
　去除NO
D.775 K，　　 ＝1时，不考虑其他反应，
　该时刻n(CO2)∶n(N2)≈3∶2
√
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根据反应Ⅱ的图像可以看出在775 K时达到平衡状态，后随温度的升高NO的转化率下降，因此ΔH2＜0，而反应Ⅰ曲线走势来看应该是先升高后降低，因此ΔH1＜0，A正确；
　　 ＝1的条件下，在温度大于775 K时，NO转化为N2的转化率仍增大，说明催化剂活性没有降低，B错误；
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根据图像可以看出 ＝1时，温度875 K
时NO的转化率已经很高，已经能够较好的
去除NO，C正确；
根据表中数据775 K时，CO转化率为30%，
＝1，设起始加入NO和CO各1 mol，
利用三段式处理数据如下：
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　　　　　2CO　＋　2NO　 　2CO2　＋　N2
转化/mol 0.3 0.3 0.3 0.15
又NO的转化率为40%，说明共消耗0.4 mol
NO，则有0.1 mol NO参与反应Ⅱ：
2NO N2　　＋ O2
转化/mol 0.1 0.05 0.05
n(CO2)＝0.3 mol，n(N2)＝(0.15＋0.05) mol＝
0.2 mol，因此n(CO2)∶n(N2)≈3∶2，D正确。
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5.(2023·海安高级中学高三下学期阶段考试)CO2热还原制CH4和CO。在常压、Ru/TiO2催化下，CO2和H2混合气体(体积比1∶4)进行反应，测得CO2转化率、CH4和CO的选择性随温度变化如图所示。
反应Ⅰ：CO2(g)＋4H2(g) CH4(g)＋2H2O(g)　ΔH1
反应Ⅱ：CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)　ΔH2
下列说法正确的是
A.温度为320 ℃至370 ℃，CH4的产率降低
B.一定温度下，加入CaO(s)能提高CO的平衡产率
C.其他条件不变，升高温度，CH4的平衡产率增大
D.改变压强，对CO产率没有影响
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从图中可以看出，升高温度，反应Ⅰ中CH4的选择性降低，则平衡逆向移动，ΔH1＜0；升高温度，反应Ⅱ中CO的选择性增大，则平衡正向移动，ΔH2＞0。由图可知，温度升高，甲烷的选择性降低，则温度为320 ℃至370 ℃，反应Ⅰ平衡逆向移动，CH4的产率降低，A正确；
一定温度下，加入CaO(s)，与CO2反应生成
CaCO3，使反应Ⅱ的平衡逆向移动，从而降
低CO的平衡产率，B不正确；
ΔH1＜0，则其他条件不变，升高温度，反应
Ⅰ平衡逆向移动，CH4的平衡产率减小，C不正确。
本课结束

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