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第40讲　化学反应速率及化学平衡图像分析
1．了解化学反应速率、化学平衡图像的常见类型。2.系统掌握化学平衡图像的分析方法，进一步构建解答化学反应速率、化学平衡相关图像问题的思维模型。
考点一　常规图像
1．速率—时间图像
(1)“渐变”类vt图像
图像 分析 结论
t1时v′正突然增大，v′逆逐渐增大；v′正＞v′逆，平衡向正反应方向移动 t1时其他条件不变，增大反应物的浓度
t1时v′正突然减小，v′逆逐渐减小；v′逆＞v′正，平衡向逆反应方向移动 t1时其他条件不变，减小反应物的浓度
t1时v′逆突然增大，v′正逐渐增大；v′逆＞v′正，平衡向逆反应方向移动 t1时其他条件不变，增大生成物的浓度
t1时v′逆突然减小，v′正逐渐减小；v′正＞v′逆，平衡向正反应方向移动 t1时其他条件不变，减小生成物的浓度
(2)常见含“断点”的速率变化图像分析
图像
t1时刻所改变的条件 温 度 升高 降低 升高 降低
正反应为放热的反应 正反应为吸热的反应
压 强 增大 减小 增大 减小
正反应为气体物质的量增大的反应 正反应为气体物质的量减小的反应
2.转化率—时间—温度(压强)图像
以mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)　ΔH＝Q kJ·mol-1为例
p一定时，ΔH＜0 T一定时，m＋n＞p＋q
T一定时，m＋n＜p＋q T一定时，m＋n＝p＋q
　纵坐标也可以表示某组分的含量。
3．转化率—压强—温度图像
以mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)　ΔH＝Q kJ·mol-1为例
m＋n＞p＋q，ΔH＞0 m＋n＜p＋q，ΔH＜0
m＋n＞p＋q，ΔH＜0 m＋n＜p＋q，ΔH＞0
　纵坐标也可以表示某组分的浓度。
题组一　速率—时间图像分析
1．(2024·海南海口高三模拟)工业制硫酸的重要步骤：2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)为放热反应。在固定容积的密闭容器中加入一定量的SO2和O2，在不增减物料的前提下，反应速率v随时间t的变化关系如图所示。下列说法正确的是(　D　)
A．O～t1时间段，容器内的气体密度先减小后保持不变
B．t1时刻改变条件后，QC．t2时刻，改变的条件是增大压强
D.t2～t3的任意时刻，单位时间内消耗1 mol SO2，同时消耗1 mol SO3
解析：ρ＝，根据质量守恒定律，容器内气体质量恒定，容器容积固定，即密度为定值，不随反应的进行发生变化，故A错误；t1时刻改变条件后，v逆＞v正，即平衡逆向移动，Q＞K，故B错误；t2时刻，正逆反应速率增大相同的量，平衡不发生移动，而反应为气体分子数减小的反应，增大压强平衡正向移动，不合题意，改变的条件应为加入催化剂(正催化剂)，故C错误；t2～t3正逆反应速率相同，已达到平衡状态，单位时间内消耗1 mol SO2，同时消耗1 mol SO3，证明其v正＝v逆，故D正确。
2．在某一恒温容积可变的密闭容器中发生反应：A(g)＋B(g) 2C(g)。反应速率随时间的变化如图所示。下列说法错误的是(　D　)
A．t1～t2时，v正＝v逆
B．t2时刻改变的条件是向密闭容器中加入C
C.Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时，A的体积分数：Ⅰ＝Ⅱ
D.Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时，平衡常数：KⅠ解析：在t1～t2时间段内，v逆保持不变，说明达到平衡，v正＝v逆，A正确；t2时刻v逆突然增大，且达到平衡时v逆和t1～t2时间段内速率相等，由于是气体分子数不变的反应，说明改变的条件是向密闭容器中加入C，容器容积发生了变化，B正确；Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时，由于反应前后气体分子数不变及平衡速率没有发生变化，说明A的体积分数：Ⅰ＝Ⅱ，C正确；平衡常数只与温度有关，根据题目中温度恒定，可知Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时，平衡常数：KⅠ＝KⅡ，D错误。
分清正反应速率、逆反应速率及二者的相对大小，分清“突变”和“渐变”；正确判断化学平衡的移动方向；熟记浓度、压强、温度、催化剂等对化学平衡移动的影响规律。
题组二　转化率—时间—温度(压强)图像分析
3．已知可逆反应：4NH3(g)＋5O2(g) 4NO(g)＋6H2O(g)　ΔH＝－1 025 kJ·mol-1。若反应物起始物质的量相同，下列关于该反应的示意图不正确的是(　D　)
　　
　　
解析：升高温度，平衡向逆反应方向移动，平衡时一氧化氮的含量小，且达到平衡时需要的时间短，故A正确，D错误；增大压强，平衡向逆反应方向移动，平衡时一氧化氮的含量小，且达到平衡时需要的时间短，故B正确；有无催化剂只影响到达平衡状态的时间，不影响平衡移动，故C正确。
4．已知某可逆反应mA(g)＋nB(g) pC(g)在密闭容器中进行，如图表示在不同反应时间(t)时，温度(T)和压强(p)与反应物B在混合气体中的体积分数[φ(B)]的关系曲线，由曲线分析，下列判断正确的是(　D　)
A．T1＜T2，p1＞p2，m＋n＞p，放热反应
B．T1＞T2，p 1＜p2，m＋n＞p，吸热反应
C．T1＜T2，p1＞p2，m＋n＜p，放热反应
D．T1＞T2，p1＜p2，m＋n＜p，吸热反应
解析：由题图可知，压强一定时，温度T1先达到平衡，故温度：T1＞T2，升高温度，B在混合气体中的体积分数减小，说明平衡正向移动，正反应为吸热反应；温度一定时，压强p2先达到平衡，故压强：p1＜p2，增大压强，B在混合气体中的体积分数增大，说明平衡逆向移动，正反应为气体体积增大的反应，则m＋n＜p。
解答“转化率—时间—温度(压强)”类图像的原则和方法
以mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)为例
“先拐先平，数值大”原则 分析反应由开始(起始物质相同时)至达到平衡所用时间的长短可推知反应条件的变化。 ①若为温度变化引起，温度较高时，反应达到平衡所需时间短。如图甲500 ℃时先达平衡。 ②若为压强变化引起，压强较大时，反应达到平衡所需时间短。如图乙、丙、丁1.01×107 Pa时先达到平衡
掌握图像中反应规律的判断方法 ①图甲中，升高温度，A的转化率降低，平衡逆向移动，正反应为放热反应。 ②图乙中，增大压强，A的转化率升高，平衡正向移动，则正反应为气体体积减小的反应。 ③若纵坐标表示A的百分含量，则图甲中正反应为吸热反应，图乙中正反应为气体体积增大的反应
题组三　转化率—压强—温度图像分析
5．在一恒容的密闭容器中充入0.1 mol·L-1 CO2、0.1 mol·L-1CH4，在一定条件下发生反应：CH4(g)＋CO2(g) 2CO(g)＋2H2(g)，测得CH4平衡转化率与温度、压强关系如图，下列有关说法不正确的是(　A　)
A．上述反应的ΔH＜0
B．压强：p4＞p3＞p2＞p1
C．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
解析：p1、p2、p3、p4是四条等压线，由图像可知，压强一定时，温度越高，甲烷的平衡转化率越高，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，即平衡常数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。
6．(2024·河南名校联盟11月联考)已知制备光气COCl2的反应为CO(g)＋Cl2(g) COCl2(g)　ΔH<0，将等物质的量的CO(g)和Cl2(g)充入密闭容器中，平衡体系中，平衡混合物的平均摩尔质量M在不同温度下随压强的变化曲线如图所示。下列说法正确的是(　D　)
A．温度：T1B．平衡常数：Ka＝KbC．Cl2的平衡转化率：c>b>a
D．b点时，若M＝66 g·mol-1，则CO的平衡转化率为50%
解析：CO(g)＋Cl2(g) COCl2(g)　ΔH<0，升高温度，平衡左移，n增大，M减小，T1>T2，A错误；a、c两点温度相同，平衡常数相同，Ka＝Kc，B错误；M越大，转化率越大，Cl2的平衡转化率：c>b＝a，C错误；CO与Cl2等物质的量混合，设起始时n(CO)＝n(Cl2)＝1 mol，设CO转化了x mol，则66＝，解得x＝0.5，D正确。
解答“转化率—压强—温度”类图的原则——“定一议二”
以mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)为例
通过分析相同温度下不同压强时 用反应物A的转化率大小来判断平衡移动的方向，从而确定化学方程式中反应物与产物气体物质间的化学计量数的大小关系。如图甲中任取一条温度曲线研究，压强增大，A的转化率增大，平衡正向移动，正反应为气体体积减小的反应，图丙中任取横坐标一点作横坐标轴的垂直线，也能得出相同结论
通过分析相同压强下不同温度时 用反应物A的转化率的大小来判断平衡移动的方向，从而确定反应的热效应。如图丙中任取一条压强曲线研究，温度升高，A的转化率减小，平衡逆向移动，正反应为放热反应，图乙中任取横坐标一点作横坐标轴的垂直线，也能得出相同结论
考点二　特殊图像
1．对于化学反应mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，M点前，表示从反应物开始，v正>v逆；M点为刚达到平衡点(如图)；M点后为平衡受温度的影响情况，即升温，A的百分含量增加或C的百分含量减小，平衡左移，故正反应ΔH＜0。
2．对于化学反应mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，L线上所有的点都是平衡点(如图)。L线的左上方(E点)，A的百分含量大于此压强时平衡体系的A的百分含量，所以，E点v正>v逆，则L线的右下方(F点)，v正＜v逆。
1．在容积一定的密闭容器中，置入一定量的NO(g)和足量C(s)，发生反应C(s)＋2NO(g) CO2(g)＋N2(g)，平衡状态时NO(g)的物质的量浓度与温度T的关系如图所示。则下列说法正确的是(　D　)
A．该反应的ΔH>0
B．若该反应在T1、T2时的平衡常数分别为K1、K2，则K1C．在T2 ℃时，若反应体系处于状态D，则此时一定有v(正)D．在T3 ℃时，若混合气体的密度不再变化，则可以判断反应达到平衡状态
解析：由图像可知，T1K2，A、B错误；T2 ℃时由D→B点需降低c平(NO)，即平衡向右移动，所以D点对应体系中，v(正)>v(逆)，C错误；由于密闭容器的容积一定，反应物C为固体，反应后气体质量增大，混合气体的密度增大，当密度不再变化时，可以判断反应达到平衡状态，D正确。
2．(2024·黑龙江哈师大附中三调)向恒容密闭容器中充入物质的量之比为1∶3的CO2和H2，发生反应CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)，反应相同时间，体系中甲醇的百分含量(α)和温度(T)的关系如图所示。下列说法正确的是(　D　)
A．该反应的ΔH>0
B．反应速率：vA＝vB
C．容器内总压强p：pA>pC
D．化学平衡常数K：KA>KB＝KC
解析：反应相同时间，体系中甲醇的百分含量(α)随着温度升高而增大，平衡后升温，甲醇百分含量减小，说明升温平衡逆向移动，该反应为放热反应，ΔH＜0，A错误；B点温度高，反应速率快，反应速率：vA＜vB，B错误；A、B甲醇含量相同，B点温度高，故容器内总压强：pB>pA，C点未达到平衡，且向B点移动，甲醇含量升高，移动方向为气体分子数减小的方向，故pC>pB，故pC>pA，C错误；该反应为放热反应，升温K值减小，化学平衡常数K：KA>KB＝KC，D正确。
考点三　实际生产中的陌生图像
1．催化效率(产物生成速率)—温度图像
不同的催化剂因选择性不同受温度的影响也会不同。一般来说，催化剂的活性在一定温度下最高，低于或高于这个温度都会下降。
如以二氧化钛表面覆盖Cu2Al2O4为催化剂，可以将CO2和CH4直接转化成乙酸。在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率关系如图所示。则根据两条曲线可以判断涉及影响反应速率的两个因素：催化剂和温度。250～300 ℃时，温度升高而乙酸的生成速率减小的原因是温度超过250 ℃时，催化剂的催化效率降低。
2．投料比图像
可以根据定一议二的方法，根据相同投料比时温度或压强的改变对产率的影响或相同温度或压强下改变投料比时平衡移动的方向进行判断，确定反应的吸、放热或气体物质化学计量数和的相对大小。
如将燃煤废气中的CO2转化为甲醚的反应原理为2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g)。已知在压强为a MPa下，该反应在不同温度、不同投料比时，CO2的转化率如图：
当投料比一定时，温度越高，CO2的转化率越低，所以升温，平衡左移，正反应为放热反应。若温度不变，提高投料比[n(H2)/n(CO2)]，则提高了二氧化碳的转化率。
3．多重平衡的复杂图像
同一体系中存在两个或多个竞争反应时的图像，纵坐标多变，除了常见的转化率、产率以外，还可能出现选择性(一种反应物同时发生多个反应产生多种产物时，其中一种产物的量所占总产物的量的比例)。对于这类图像，除了分离成为单个图进行分析之外，还需要根据不同反应的特征(ΔH等)判断可能存在的副反应。
如下图所示是某密闭容器中同一体系中存在两个反应时的平衡转化率、产物选择性与温度的关系。
①CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1<0；②CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)　ΔH2>0
(1)分析CH3OH的选择性(▲)：由于反应①为放热反应，反应②为吸热反应，温度升高，反应①的平衡逆向移动，反应②的平衡正向移动，故CH3OH的平衡选择性降低。
(2)分析CO2的平衡转化率()：温度升高，由图像可知CO2的平衡转化率不断升高，而反应①的平衡逆向移动，反应②的平衡正向移动，说明升高温度时反应②对CO2平衡转化率的影响更大。
1．(2024·辽宁五校协作体高三期末联考)一定条件下合成乙烯：6H2(g)＋2CO2(g)CH2===CH2(g)＋4H2O(g)。已知温度对CO2的平衡转化率和催化剂催化效率的影响如图。下列说法正确的是(　D　)
A．Q点：v逆B．生成乙烯的速率：v(N)>v(M)
C．X→Y，因平衡逆向移动，从而使催化剂的催化效率降低
D．若起始投料比n(H2)∶n(CO2)为5∶2时，M点乙烯的体积分数约为9.1%
解析：根据图像可知，Q点二氧化碳的转化率高于平衡转化率，则反应向逆反应方向进行，所以v逆＞v正，A错误；化学反应速率随温度的升高而加快，但催化剂的催化效率降低，所以v(M)不一定小于v(N)，B错误；根据图像可知，催化剂的催化效率降低是温度升高引起的，C错误；已知起始投料比n(H2)∶n(CO2)为5∶2，设开始投料n(H2)为5 mol，则n(CO2)为2 mol，在M点平衡时二氧化碳的转化率为50%，则根据三段式可知
　　　6H2(g)＋2CO2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)
始/mol 5 2 0 0
变/mol 3 1 0.5 2
平/mol 2 1 0.5 2
同温同压下体积分数等于物质的量分数，所以乙烯的体积分数等于×100%≈9.1%，D正确。
2．一定条件下，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(　D　)
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%
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错误；达平衡时，v正(H2)＝3v逆(CO2)，B错误；升温，平衡左移，b点温度高，其平衡常数小，C错误。
3．(2025·江西百师联盟开学考试)压强一定的条件下，将1 mol (COOCH3)2和4 mol H2按一定流速通过装有催化剂的反应管，利用(COOCH3)2催化加氢制乙二醇。主要发生如下反应：
ⅰ.(COOCH3)2(g)＋2H2(g) CH3OOCCH2OH(g)＋CH3OH(g)　ΔH1>0
ⅱ.(COOCH3)2(g)＋4H2(g) HOCH2CH2OH(g)＋2CH3OH(g)　ΔH2>0
测得(COOCH3)2的转化率及
CH3OOCCH2OH、HOCH2CH2OH的选择性与温度的关系如图所示。已知：选择性定义为×100%。下列说法正确的是(　D　)
A．曲线M表示(COOCH3)2的转化率随温度变化曲线
B．192～198 ℃范围内，CH3OOCCH2OH的选择性随温度升高而增大
C．保持其他条件不变，加快气体的流速可以提高(COOCH3)2的转化率
D.195 ℃时，生成CH3OH的物质的量为1.455 mol
解析：根据题意，随着温度升高，反应ⅰ、ⅱ均正向移动，(COOCH3)2的转化率增大，故曲线M不代表(COOCH3)2的转化率随温度变化曲线，A错误；曲线R是HOCH2CH2OH的选择性，195 ℃时曲线M与曲线R相交，则曲线M是CH3OOCCH2OH的选择性，根据图像，192～198 ℃范围内，CH3OOCCH2OH的选择性随温度升高而减小，B错误；加快气体的流速时，气体来不及在催化剂表面反应，(COOCH3)2的转化率会降低，C错误；195 ℃时(COOCH3)2的转化率为97%，即转化的n[(COOCH3)2]＝0.97 mol，由图像知，195 ℃时，CH3OOCCH2OH和HOCH2CH2OH的选择性相等，则n(CH3OOCCH2OH)＝n(HOCH2CH2OH)＝0.485 mol，此时n(CH3OH)＝n(CH3OOCCH2OH)＋2n(HOCH2CH2OH)＝1.455 mol，D正确。
(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。
1．(2023·海南卷改编)工业上苯乙烯的生产主要采用乙苯脱氢工艺：C6H5CH2CH3(g) C6H5CH===CH2(g)＋H2(g)。某条件下无催化剂存在时，该反应的正、逆反应速率v随时间t的变化关系如图所示。下列说法正确的是(　B　)
A．曲线①表示的是逆反应的vt关系
B．t2时刻体系处于平衡状态
C．反应进行到t1时，Q>K(Q为浓度商)
D．催化剂存在时，v1、v2都不变
解析：反应为乙苯制备苯乙烯的过程，开始反应物浓度最大，生成物浓度为0，所以曲线①表示的是正反应的vt关系，曲线②表示的是逆反应的vt关系，故A错误；t2时，正、逆反应速率相等，体系处于平衡状态，故B正确；反应进行到t1时，反应正向进行，故Q＜K，故C错误；催化剂能降低反应的活化能，使反应的v1、v2都增大，故D错误。
2．(2024·海南卷)已知298 K，101 kPa时，CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH＝－49.5 kJ·mol-1。该反应在密闭的刚性容器中分别于T1、T2温度下进行，CO2的初始浓度为0.4 mol·L-1，c(CO2)t关系如图所示。下列说法错误的是(　D　)
A．T1＞T2
B．T1温度下反应达到平衡时，c(CH3OH)＝0.15 mol·L-1
C．使用催化剂1的反应活化能比催化剂2的大
D．使用催化剂2和催化剂3的反应历程相同
解析：由题干图像信息可知，T1温度下CO2的平衡浓度比T2温度下CO2的平衡浓度大，即T1到T2平衡正向移动，而结合题干热化学方程式可知，该反应正反应是放热反应，即降低温度平衡正向移动，故T1＞T2，A正确；由题干图像信息可知，T1温度下反应达到平衡时CO2的浓度为0.25 mol·L-1，即CO2的浓度改变量为0.40 mol·L-1－0.25 mol·L-1＝0.15 mol·L-1，结合浓度变化量之比等于化学计量数之比可知，T1温度下反应达到平衡时，c(CH3OH)＝0.15 mol·L-1，B正确；由题干图像信息可知，在温度均为T1时，使用催化剂1达到平衡所需要的时间比催化剂2更长，即使用催化剂1的反应速率比催化剂2的慢，说明使用催化剂1的反应活化能比催化剂2的大，C正确；由题干信息可知，使用催化剂2和催化剂3分别在不同温度下达到平衡所需要的时间相同，说明使用催化剂2和催化剂3的反应历程不相同，D错误。
3．(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数δ[δ(CH3COOH)＝]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(　D　)
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)
解析：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，则由主、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A、B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)，A、B错误。由于主反应是气体分子数减小的反应，即ΔS＜0，主反应能自发进行，则ΔH1<0，由题图可知，当投料比一定时，升高温度，δ(CH3COOH)增大，但主反应逆向移动，n(CH3COOH)减小，则n(CH3COOCH3)减小的更多，副反应逆向移动，ΔH2<0，C错误。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)，D正确。
4．(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 ℃、8×106 Pa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(　C　)
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
解析：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；由题中图像可知，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；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(H2O)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；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。
5．(2024·湖北卷)用BaCO3和焦炭为原料，经反应Ⅰ、Ⅱ得到BaC2，再制备乙炔是我国科研人员提出的绿色环保新路线。
反应Ⅰ：BaCO3(s)＋C(s) BaO(s)＋2CO(g)
反应Ⅱ：BaO(s)＋3C(s) BaC2(s)＋CO(g)
回答下列问题：
(1)写出BaC2与水反应的化学方程式：BaC2＋2H2O―→Ba(OH)2＋HC≡CH↑。
(2)已知Kp＝(pCO)n、K＝(n是CO的化学计量数)。反应Ⅰ、Ⅱ的lg K与温度的关系曲线如图1。
①反应BaCO3(s)＋4C(s) BaC2(s)＋3CO(g)在1 585 K的Kp＝1016 Pa3。
②保持1 320 K不变，假定恒容容器中只发生反应Ⅰ，达到平衡时pCO＝105 Pa，若将容器体积压缩到原来的，重新建立平衡后pCO＝105 Pa。
(3)恒压容器中，焦炭与BaCO3的物质的量之比为4∶1，Ar为载气。1 400 K和1 823 K下，BaC2产率随时间的关系曲线依实验数据拟合得到图2(不考虑接触面积的影响)。
①初始温度为900 K，缓慢加热至1 400 K时，实验表明BaCO3已全部消耗，此时反应体系中含Ba物种为BaO。
②1 823 K下，反应速率的变化特点为速率不变至BaC2产率接近100%，其原因是容器中只有反应Ⅱ：BaO(s)＋3C(s) BaC2(s)＋CO(g)，反应条件恒温1 823 K、恒压，且该反应只有CO为气态，据K＝可知，CO的压强为定值，所以化学反应速率不变。
解析：(1)Ba、Ca元素同主族，所以BaC2与水的反应和CaC2与水的反应相似，其反应的化学方程式为BaC2＋2H2O―→Ba(OH)2＋HC≡CH↑。(2)①反应Ⅰ＋反应Ⅱ，得BaCO3(s)＋4C(s) BaC2(s)＋3CO(g)，所以其平衡常数K＝KⅠ×KⅡ＝，由图1可知，1 585 K时，KⅠ＝102.5，KⅡ＝10-1.5，即＝102.5×10-1.5＝10，所以p＝10×(105 Pa)3＝1016 Pa3，则Kp＝p＝1016 Pa3。②由图1可知，1 320 K时反应Ⅰ的KⅠ＝100＝1，即KⅠ＝＝1，所以p＝(105 Pa)2，即pCO＝105 Pa；若将容器体积压缩到原来的，由于温度不变，平衡常数不变，重新建立平衡后pCO应不变，即pCO＝105 Pa。(3)①由图2可知，1 400 K时，BaC2的产率为0，即没有BaC2，又实验表明BaCO3已全部消耗，所以此时反应体系中含Ba物种为BaO。②图像显示，1 823 K时BaC2的产率随时间由0开始呈直线增加到接近100%，说明该反应速率为一个定值，即速率保持不变；1 400 K时碳酸钡已全部消耗，此时反应体系的含钡物种只有氧化钡，即只有反应Ⅱ：BaO(s)＋3C(s) BaC2(s)＋CO(g)，反应条件恒温恒压，且该反应只有CO为气态，据K＝可知，CO的压强为定值，所以化学反应速率不变。
课时作业40
(总分：60分)
一、选择题(每小题5分，共45分。每小题只有1个选项符合题意)
1．某密闭容器中发生如下反应：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH<0。如图表示该反应的速率(v)随时间(t)变化的关系，t2、t3、t5时刻外界条件有所改变，但都没有改变各物质的初始加入量。下列说法中正确的是(　A　)
A．t2时加入催化剂
B．t3时降低了温度
C．t5时增大了压强
D．t4～t5时间内转化率一定最低
解析：t2时，v正和v逆均增大，且v正＝v逆，平衡不移动，说明t2时刻改变的条件是加入催化剂，加快了化学反应速率，但平衡不移动，A正确；t3时，v正和v逆均减小，且v正2．(2024·九省联考安徽卷)稀土被称为新材料的宝库。稀土中的镧系离子可用离子交换法分离，其反应可表示为Ln3+(aq)＋3RSO3H(s) (RSO3)3Ln(s)＋3H＋(aq)。某温度时，c(H＋)随时间变化关系如图所示。下列说法正确的是(　A　)
A．t1 s时的正反应速率大于t2 s时的逆反应速率
B．t1～t2 s时间段的平均反应速率为v(Ln3+)＝ mol·L-1·s-1
C．t3 s时增大c(H＋)，该平衡左移，平衡常数减小
D．t3 s时离子交换反应停止
解析：反应达到平衡之前正反应速率始终大于逆反应速率，A正确；化学反应速率之比等于化学计量数之比，即v(Ln3+)＝ mol·L-1·s-1，B错误；温度不变，平衡常数不变，C错误；t3 s时反应达到平衡，此时的平衡是一种动态平衡，v正＝v逆，反应并未停止，D错误。
3．(2024·河北廊坊高三期中)某温度下，在容积为2 L的密闭容器中，X(g)、Y(g)、Z(g)三种物质的物质的量随时间变化的曲线如图所示，已知4 min时改变了一个条件。下列说法错误的是(　D　)
A．反应进行到a点时，Z的转化率为14%
B．该反应的化学方程式为2Z(g)＋Y(g) 3X(g)
C．该温度下，反应的平衡常数为
D．4 min时改变的条件是压缩体积
解析：由图可知，随着时间的推移，Y、Z的物质的量减少，是反应物，X的物质的量增加，是生成物，X、Y、Z的物质的量变化量分别为0.6 mol、0.2 mol、0.4 mol，故反应的化学方程式为2Z(g)＋Y(g) 3X(g)，B正确；反应进行到a点时，生成0.42 mol X，由分析可知，反应的Z为0.28 mol，Z的转化率为×100%＝14%，A正确；该温度下，反应的平衡常数为＝，C正确；压缩体积不影响4 min时Z的物质的量，D错误。
4．(2025·广东六校高三期中)向一恒容密闭容器中加入1 mol CH4和一定量的H2O，发生反应：CH4(g)＋H2O(g) CO(g)＋3H2(g)。CH4的平衡转化率按不同投料比x随温度的变化曲线如图所示。下列说法不正确的是(　C　)
A．平衡时H2O(g)的浓度：a>c
B．b、c两点的正反应速率：vb>vc
C．此反应在任意温度下都可自发进行
D．当容器内气体的平均相对分子质量不变时，反应达平衡状态
解析：x＝越大，甲烷的转化率越小，相同温度下，x1甲烷的转化率大于x2，则x1＜x2，a、c两点的甲烷的转化率相同，则平衡时H2O(g)的浓度：a>c，A正确；据A的解析知x1＜x2，b点的甲烷的转化率大于c点，b、c两点都处于平衡态，则vb正>vc正，B正确；a、b两点投料比相同，升高温度，甲烷的转化率增大，说明升高温度平衡正向移动，正向反应ΔH＞0，气体分子数增大，则ΔS＞0，ΔG＝ΔH－TΔS＜0时，T较大，故该反应在高温下能自发进行，C错误；都是气体参加的反应，正向反应气体分子数增大，则平均相对分子质量是个变值，平均相对分子质量不变时各组分含量不再变化，达到平衡，D正确。
5．(2024·河南名校联盟11月联考)已知气相直接水合法可以制取乙醇：H2O(g)＋C2H4(g) CH3CH2OH(g)　ΔH。在n(H2O)∶n(C2H4)＝1∶1的条件下投料，乙烯的平衡转化率与温度(T)及压强(p)的关系如图所示。
下列有关说法错误的是(　C　)
A．ΔH<0
B．p1C．在p2、280 ℃条件下，C点的v逆>v正
D．A点对应条件下反应的平衡常数Kp＝
解析：H2O(g)＋C2H4(g) CH3CH2OH(g)，此反应为气体分子数减小的反应，因此相同温度下，增大压强，平衡正向移动，反应物转化率增大；同样可由图分析，温度升高，乙烯转化率减小，故升高温度，平衡逆向移动，此反应ΔH<0。由分析可知，ΔH<0，A正确；当温度相同时，从p1到p2，乙烯转化率增大，平衡正向移动，则p1v逆，C错误；设C2H4与H2O开始的物质的量均为“1”，列三段式：
　　　　　C2H4(g)＋H2O(g) C2H5OH(g)
开始/mol 1 1 0
转化/mol 0.2 0.2 0.2
平衡/mol 0.8 0.8 0.2
乙醇占＝，乙烯和水各占＝，Kp＝＝，D正确。
6．(2024·河南漯河高三期末)一定温度下，向三个容积分别为V1、V2、V3(V1A．bc曲线上反应均达到平衡状态
B．容器内的压强：pa∶pb>6∶7
C．a、c两点时气体的颜色相同
D．该温度下，a、b、c三点时反应的平衡常数：Ka＝Kc解析：该反应是气体化学计量数增大的反应，随着容器容积增大，压强会变小，平衡正向移动，二氧化氮的平衡转化率会变大，所以bc曲线上反应均未达到平衡状态，A错误。a点二氧化氮平衡转化率为40%，则此时二氧化氮反应了0.8 mol，剩余1.2 mol，氮气生成了0.4 mol，二氧化碳生成了0.8 mol，容器中气体总物质的量为(1.2＋0.4＋0.8) mol＝2.4 mol；b点二氧化氮平衡转化率为80%，则此时二氧化氮反应了1.6 mol，剩余0.4 mol，氮气生成了0.8 mol，二氧化碳生成了1.6 mol，容器中气体总物质的量为(0.4＋0.8＋1.6) mol＝2.8 mol；a、b两点容器内的气体物质的量比为6∶7，但a点容积小，根据公式pV＝nRT可知，a、b两点容器内的压强比大于6∶7，B正确。a、c两点二氧化氮的转化率相同，但c点容积大，浓度小，颜色应更浅，a、c两点时气体的颜色不相同，C错误。温度不变，平衡常数不变，Ka＝Kb＝Kc，D错误。
7．(2025·辽宁部分高中期末联考)T ℃时，向容积为2 L的刚性容器中充入1 mol CO2和一定量的H2发生反应：CO2(g)＋2H2(g) HCHO(g)＋H2O(g)，达到平衡时，HCHO的分压(分压＝总压×物质的量分数)与起始的关系如图所示。已知：初始加入2 mol H2时，容器内气体的总压强为1.2p kPa。下列说法正确的是(　A　)
A．a点时反应的平衡常数Kp＝ kPa-1
B．d点：v正C．10 min时反应达到c点，则0～10 min用CO2表示的平均反应速率为0.05 mol/(L·min)
D．c点时，再加入CO2(g)和H2O(g)，使二者分压均增大0.1p kPa，平衡正向移动
解析：根据c点的三段式分析：
　　　　　CO2(g)　＋　2H2(g) HCHO(g)＋H2O(g)
开始/mol 1 2 0 0
变化/mol x 2x x x
平衡/mol 1－x 2－2x x x
则平衡时容器气体的压强为p(平衡)＝×1.2p kPa，故有p(HCHO)＝×p(平衡)＝××1.2p kPa＝0.2p kPa，解得x＝0.5，故p(平衡)＝p kPa，温度不变，化学平衡常数不变，故a点时反应的化学平衡常数与c点时对应的化学平衡常数相等，由分析可知，c点平衡下，p(CO2)＝×p kPa＝0.2p kPa，同理，p(H2)＝0.4p kPa，p(HCHO)＝p(H2O)＝0.2p kPa，故Kp＝＝ (kPa)-1＝ (kPa-1)，A正确；d点达到b点，HCHO在增大，所以v正>v逆，B错误；v(CO2)＝＝ mol·L-1·min-1＝0.025 mol·L-1·min-1，C错误；c点时，再加入CO2(g)和H2O(g)，使二者分压均增大0.1p kPa，则此时Qp＝＝ (kPa)-1＝ (kPa)-1＝Kp，平衡不移动，D错误。
8．(2024·安徽黄山一模)室温下，某溶液初始时仅溶有A，同时发生两个反应：①A B＋C；②A B＋D，反应①的速率可表示为v1＝k1c(A)，反应②的速率可表示为v2＝k2c(A)(k1、k2为速率常数)，图1为T2温度时，该体系中A、B、C、D浓度随时间变化的曲线，图2为反应①和②的ln k～曲线，下列说法正确的是(　D　)
A．L4表示D浓度随时间变化的曲线
B．t1＝2时曲线L1表示的物质的化学反应速率为2 mol·L-1·s-1
C．T2时，反应①的活化能比反应②的活化能小
D．若图1的温度降低，t0 s时体系中值变大
解析：由化学方程式可知，两个反应中A都是反应物，B都是生成物，则L2表示A浓度随时间变化的曲线，L1表示B浓度随时间变化的曲线；由图2可知，温度为T2时，速率常数k1＜k2，则图1中对应曲线L3表示D浓度随时间变化的曲线，L4表示C浓度随时间变化的曲线，故A错误；由分析可知L1表示B浓度，在2 s内B的平均反应速度为＝2 mol·L-1·s-1，随反应的进行，浓度减小，反应速率减小，故2 s时B的反应速率小于2 mol·L-1·s-1，故B错误；反应的活化能越大，反应速率越小，由图2可知，T2温度时，反应①的反应速率慢于反应②，则反应①的活化能大于反应②，故C错误；由图2可知，温度降低时，体系中反应①的速率减小幅度大于反应②，则图1的温度降低时，t0 s时体系中值变大，故D正确。
9．(2025·八省联考河南卷)庚醛(N)与亚硫酸氢钠(P)可发生加成反应生成α 羟基磺酸钠(Q)，正、逆反应速率可以表示为v1＝k1c(N)·c(P)和v－1＝k－1c(Q)，k1和k－1分别为正、逆反应的速率常数，E1和E－1分别为正、逆反应的活化能。ln k与关系如图所示。下列说法正确的是(　B　)
OHN＋NaHSO3P OHSO3NaQ
A．E1>E－1
B．升高温度，平衡逆向移动
C．达到平衡时，＝
D．加入催化剂可以提高N的平衡转化率
解析：由ln k与关系图可知，随着温度升高，ln k逐渐增大，且ln k－1增大更多，说明升高温度，逆反应速率增大更多，平衡应逆向移动，则该反应正向应为放热反应，所以正反应活化能更小，即E1二、非选择题(共15分)
10．(15分)(2024·辽宁五校协作体高三联考)丙烯是重要的化工原料，可用于生产丙醇、卤代烃和塑料。
(1)工业上用丙烯加成法制备1，2二氯丙烷，主要副产物为3 氯丙烯。反应原理为
Ⅰ.CH2===CHCH3(g)＋Cl2(g) CH2ClCHClCH3(g)　ΔH1＝－134 kJ·mol-1
Ⅱ.CH2===CHCH3(g)＋Cl2(g) CH2===CHCH2Cl(g)＋HCl(g) ΔH2＝－102 kJ·mol-1
则CH2===CHCH2Cl(g)＋HCl(g) CH2ClCHClCH3(g)　ΔH3＝－32 kJ·mol-1。
(2)某研究小组向密闭容器中充入一定量的CH2===CHCH3和Cl2，分别在A、B两种不同催化剂作用下发生反应Ⅰ，一段时间后测得CH2ClCHClCH3的产率与温度的关系如下图所示。
①下列说法错误的是B(填字母)。
A．使用催化剂A的最佳温度约为250 ℃
B．相同条件下，改变压强不影响CH2ClCHClCH3的产率
C．两种催化剂均能降低反应的活化能，但ΔH不变
②在催化剂A作用下，温度低于200 ℃时，CH2ClCHClCH3的产率随温度升高变化不大，主要原因是温度较低，催化剂的活性较低，对化学反应速率影响小。
(3)C3H8(g) C3H6(g)＋H2(g)在不同温度下达到平衡，在总压强分别为p1和p2时，测得丙烷及丙烯的物质的量分数如图所示。
①a、d代表丙烷(填“丙烷”或“丙烯”)，该反应为吸热(填“放热”或“吸热”)反应。
②起始时充入一定量丙烷，在恒压p1条件下发生反应，Q点对应温度下丙烷的转化率为33.3%(保留一位小数)。该温度下反应的平衡常数Kp＝(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。
(4)丙烷氧化脱氢法制备丙烯的反应：C3H8(g)＋O2(g) C3H6(g)＋H2O(g)　ΔH＝－118 kJ·mol-1，该过程中还生成CO、CO2等副产物。C3H8的转化率和C3H6的产率随温度变化关系如图所示。由图可知，能提高C3H6选择性的措施是选择相对较低的温度(合理即可)(C3H6选择性＝×100%)。
解析：(1)根据盖斯定律可知，反应Ⅰ－Ⅱ得CH2===CHCH2Cl(g)＋HCl(g) CH2ClCHClCH3(g)　ΔH3＝ΔH1－ΔH2＝－134 kJ/mol－(－102) kJ/mol＝－32 kJ/mol。(2)①由图示可知，使用催化剂A时产率最高时的温度约为250 ℃，所以使用催化剂A的最佳温度约为250 ℃，A正确；反应Ⅰ是一个气体分子数减小的反应，改变压强可以使该反应的化学平衡发生移动，故CH2ClCHClCH3的产率会随着压强的改变而改变，B错误；催化剂能降低反应的活化能，但不影响ΔH，C正确。②在催化剂A作用下，温度低于200 ℃时，CH2ClCHClCH3的产率随温度升高变化不大，主要原因是温度较低，催化剂的活性较低，对化学反应速率影响小。(3)①由于C3H8、C3H6、H2的物质的量分数之和为1，且平衡时，C3H6和H2的物质的量分数相等，则由图中数据可知，a、d代表丙烷；丙烷平衡时物质的量分数随温度升高而减小，所以该反应为吸热反应。②由图像可知丙烷在Q点物质的量分数为50%，设丙烷物质的量为1 mol，消耗的物质的量为x mol，列出三段式可得：
　　　　　 　C3H8(g) C3H6(g)＋H2(g)
起始量/mol 　1 　 0 　0
变化量/mol 　x 　 x 　x
平衡量/mol 1－x 　x 　x
根据Q点数据可知×100%＝50%，解得x＝，Q点对应温度下丙烷的转化率为×100%≈33.3%；Q点时C3H8的物质的量分数为50%，C3H6和H2的物质的量分数为25%，Kp＝＝。(4)由图可知，随着温度的升高，C3H8的转化率和C3H6的产率都在增大，且C3H8的转化率增大程度较大，故选择相对较低的温度能提高C3H6选择性。

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