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专题二　速率与平衡的影响因素、图像及归因分析
热点一　化学反应速率与平衡的影响因素
1.(2025·甘肃卷)CO2加氢转化成甲烷,是综合利用CO2实现“碳中和”和“碳达峰”的重要方式。525 ℃、101 kPa下,CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)　ΔH=-185 kJ·mol-1。反应达到平衡时,能使平衡向正反应方向移动的是(　　)
A.减小体系压强 B.升高温度
C.增大H2浓度 D.恒容下充入惰性气体
答案　C
解析　该反应为气体分子数减小的反应,减小体系压强,平衡向气体分子数增大的方向移动,即平衡向逆反应方向移动,A错误;该反应为放热反应,升高温度,平衡向吸热反应方向移动,即平衡向逆反应方向移动,B错误;增大H2浓度,反应物浓度增大,平衡向正反应方向移动,C正确;恒容下充入惰性气体,各物质浓度不变,平衡不移动,D错误。
2.(2025·浙江1月选考)下列说法正确的是(　　)
A.常温常压下H2(g)和O2(g)混合无明显现象,则反应2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)在该条件下不自发
B.N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0,升高温度,平衡逆移,则反应的平衡常数减小
C.CO(g)+H2(g)C(s)+H2O(g)　ΔH<0,则正反应的活化能大于逆反应的活化能
D.Na(s)+Cl2(g)===NaCl(s)　ΔH1<0,Na+(g)+Cl-(g)===NaCl(s)　ΔH2<0,则Na(s)+Cl2(g)===Na+(g)+Cl-(g)　ΔH<0
答案　B
解析　A项,根据复合判据ΔH-TΔS,该反应ΔH<0、ΔS<0,温度较低时ΔH-TΔS<0,故低温能自发进行,A错误;B项,该反应为放热反应,升高温度,平衡逆移,平衡常数减小,B正确;C项,该反应为放热反应,则E正-E逆<0,则正反应的活化能小于逆反应的活化能,C错误;D项,①Na(s)+Cl2(g)===NaCl(s)　ΔH1<0,②Na+(g)+Cl-(g)===NaCl(s)　ΔH2<0,根据盖斯定律,反应①-反应②得到目标反应Na(s)+Cl2(g)===Na+(g)+Cl-(g),则ΔH=ΔH1-ΔH2,由于不能明确ΔH1、ΔH2相对大小,则ΔH不能确定,D错误。
3.(2024·浙江6月选考)二氧化碳氧化乙烷制备乙烯,主要发生如下两个反应:
Ⅰ.C2H6(g)+CO2(g)C2H4(g)+CO(g)+H2O(g)　ΔH1>0
Ⅱ.C2H6(g)+2CO2(g)4CO(g)+3H2(g)　ΔH2>0
向容积为10 L的密闭容器中投入2 mol C2H6和3 mol CO2,不同温度下,测得5 min时(反应均未平衡)的相关数据见下表,下列说法不正确的是(　　)
温度(℃) 400 500 600
乙烷转化率(%) 2.2 9.0 17.8
乙烯选择性(%) 92.6 80.0 61.8
注:乙烯选择性=×100%
A.反应活化能: Ⅰ < Ⅱ
B.500 ℃时,0~5 min反应 Ⅰ 的平均速率为v(C2H4)=2.88×10-3 mol·L-1·min-1
C.其他条件不变,平衡后及时移除H2O(g),可提高乙烯的产率
D.其他条件不变,增大投料比[n(C2H6)/n(CO2)]投料,平衡后可提高乙烷转化率
答案　D
解析　A.由表可知,相同温度下,乙烷在发生转化时,反应 Ⅰ 更易发生,则反应活化能:Ⅰ<Ⅱ,A正确;B.由表可知,500 ℃时,乙烷的转化率为9.0%,可得转化的乙烷的总物质的量为2 mol×9.0%=0.18 mol,而此温度下乙烯的选择性为80%,则转化为乙烯的乙烷的物质的量为0.18 mol×80%=0.144 mol,根据方程式可得,生成乙烯的物质的量为0.144 mol,则0~5 min反应Ⅰ的平均速率为:v(C2H4)==2.88×10-3 mol·L-1·min-1,B正确;C.其他条件不变,平衡后及时移除H2O(g),反应 Ⅰ 正向进行,可提高乙烯的产率,C正确;D.其他条件不变,增大投料比[n(C2H6)/n(CO2)]投料,平衡后CO2转化率提高,C2H6转化率降低,D错误。
高考热点:纵观近年高考试题,化学反应速率、化学平衡及其的影响因素的考查角度:
(1)从宏观与微观相结合视角(实验探究或生活现象)
注重真实情境下外界条件如温度、催化剂、压强等对反应速率和化学平衡的影响,能从宏观(如反应条件、反应现象等)角度进行描述或判断,同时能从微观角度进行分析和解释。
(2)定性与定量相结合视角
①对化学反应快慢的描述或比较从定性进阶到定量,从粗略的估计进阶到精确的表示。在复杂情况(如多种因素同时发生变化)下,如果从定性角度无法判断或比较化学反应的快慢时,还可以从定量角度进行分析。
②利用平衡常数K与Q的关系判断反应是否达到平衡及平衡移动的方向,是分析等温条件下平衡移动问题的基本思路,越来越受到重视。
(3)速率、平衡双重因素影响下转化率变化的原因,反应达到平衡与未达到平衡时,反应速率、转化率与平衡移动的关系分析。
1.化学反应速率有关概念之间的关系
2.从反应速率方程定量分析化学反应速率影响因素
反应 CO(g)+NO2(g)===CO2(g)+NO(g),反应速率方程v=kc2(NO2)
温度 升高温度,k增大,反应速率(v)增大
浓度 c(NO2)增大,反应速率(v)增大
压强 增大压强(减小容器的容积),反应速率(v)增大
催化剂 使用催化剂,活化能(Ea)减小,k增大,反应速率(v)增大
3.化学平衡移动方向的判断方法
(1)依据平衡破坏瞬时的正、逆反应速率的相对大小判断
①若外界条件改变,引起v正>v逆,则化学平衡向正反应方向移动;
②若外界条件改变,引起v正③若外界条件改变,虽能引起v正和v逆变化,但变化后新的仍保持相等,则化学平衡没有发生移动。
(2)依据浓度商(Q)规则判断
通过比较浓度商(Q)与平衡常数(K)的大小来判断平衡移动的方向。
①若Q>K,平衡逆向移动;
②若Q=K,平衡不移动;
③若Q1. (2025·浙江杭州高三联考)硫酰氯常用作氯化剂和氯磺化剂,工业上制备原理如下:SO2(g)+Cl2(g)SO2Cl2(g)　ΔH<0。关于该反应,下列说法正确的是(　　)
A.恒温恒压下,充入稀有气体,重新达到平衡时Cl2的物质的量减少
B.其他条件不变,升高温度,SO2Cl2平衡产率升高
C.恒温恒容条件下相比恒温恒压更有利于提高SO2平衡转化率
D.恒温恒压下,进料比[n(SO2)∶n(Cl2)]=1∶1,平衡时产物SO2Cl2的物质的量分数最大
答案　D
解析　A项,恒温恒压下,充入稀有气体,等效于减压,减压平衡左移,重新达到平衡时Cl2的物质的量增加,故A错误;B项,正反应放热,其他条件不变,升高温度,平衡左移,SO2Cl2平衡产率降低,故B错误;C项,正反应为气体体积减小的反应,恒温恒容条件下相比恒温恒压平衡向左移动,不利于提高SO2平衡转化率,故C错误;D项,恒温恒压下,按化学计量数之比投料,平衡时产物SO2Cl2的物质的量分数最大,即进料比[n(SO2)∶n(Cl2)]=1∶1,平衡时产物SO2Cl2的物质的量分数最大,故D正确。
2.一定温度下,在三个体积均为1 L的恒容密闭容器中发生反应:2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)
容器 编号 温度 (℃) 起始物质的量(mol) 平衡物质的量(mol)
CH3OH(g) CH3OCH3(g) H2O(g)
① 387 0.20 0.080 0.080
② 387 0.40
③ 207 0.20 0.090 0.090
下列说法正确的是(　　)
A.该反应的正反应为吸热反应
B.达到平衡时,容器①中的CH3OH体积分数比容器②中的小
C.若容器①中反应达到平衡时增大压强,则各物质浓度保持不变
D.若起始向容器①中充入CH3OH 0.10 mol、CH3OCH3 0.10 mol、H2O 0.10 mol,则反应将向正反应方向进行
答案　D
解析　A项,对比①、③知,其他条件不变时,升高温度,平衡时生成物的量减少,说明升高温度平衡逆向移动,则正反应为放热反应,故A错误;B项,①、②温度相同,但由于反应前后体积不变,增大反应物浓度相当于是增大压强,平衡不移动。因此容器①中的CH3OH体积分数和容器②中的相同,故B错误;C项,若容器①中反应达到平衡时增大压强,平衡不移动,但容器容积减小,则各物质浓度均增大,故C错误;D项,387 ℃时,根据三段式可知:
容器容积为1 L,化学平衡常数K==4,若起始时向容器①中充入CH3OH 0.10 mol、CH3OCH3 0.10 mol、H2O 0.10 mol,浓度商Q==13.(2025·重庆一诊)某温度下,在刚性密闭容器中模拟用FeO冶炼Fe涉及如下反应:
①FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g)　=1,
②FeO(s)+C(s)Fe(s)+CO(g),反应达到平衡时,测得容器内的压强1 600 kPa。下列说法不正确的是(　　)
A.该温度下,反应②的平衡常数为800 kPa
B.容器内气体密度不再发生变化时,反应①达到平衡
C.通入CO,再次达到平衡,容器内总压强不变
D.若温度不变,缩小容器体积,则CO的平衡分压增大
答案　D
解析　由于=1,容器中CO和CO2的分压是相等的,都为800 kPa。反应②的平衡常数为Kp=p(CO)=800 kPa,A正确;容器体积始终不变,而气体总质量为变量,则混合气体的密度不变时,说明反应已达平衡,B正确;温度不变,Kp不变,CO和CO2的平衡分压均为800 kPa不变,容器内总压强不变,C正确,D错误。
4.(2025·安徽黄山二模)由γ-羟基丁酸生成γ-丁内酯的反应如下:HOCH2CH2CH2COOH+H2O,在298 K下,γ-羟基丁酸水溶液的初始浓度为0.180 mol·L-1,随着反应的进行,测得γ-丁内酯的浓度随时间变化的数据如下表所示。下列说法错误的是(　　)
t/min 21 50 80 100
c/(mol·L-1) 0.024 0.050 0.071 0.081
t/min 120 160 220 ∞
c/(mol·L-1) 0.090 0.104 0.116 0.132
A.其他条件相同时,升高温度,化学反应速率加快
B.在80~100 min内,以γ-丁内酯的浓度变化表示的反应速率为5.0×10-4 mol·L-1·min-1
C.120 min时γ-羟基丁酸的转化率为60%
D.298 K时该反应的平衡常数K=2.75
答案　C
解析　其他条件相同时,升高温度,化学反应速率加快,A正确;80~100 min内用γ-丁内酯的浓度变化表示的反应速率v(γ-丁内酯)=
=5.0×10-4 mol·L-1·min-1,B正确;反应至120 min时,反应产生0.090 mol·L-1的γ-丁内酯,则反应消耗γ-羟基丁酸的浓度为0.090 mol·L-1,故γ-羟基丁酸转化率为50%,C错误;298 K时,平衡时c(γ-丁内酯)=0.132 mol·L-1,c(γ-羟基丁酸)=(0.180-0.132) mol·L-1=0.048 mol·L-1,该反应的平衡常数K==2.75,D正确。
热点二　化学反应速率与平衡图像
1.(2025·安徽卷)恒温恒压密闭容器中,t=0时加入A(g),各组分物质的量分数x随反应时间t变化的曲线如图(反应速率v=kx,k为反应速率常数)。
下列说法错误的是(　　)
A.该条件下
B.0~t1时间段,生成M和N的平均反应速率相等
C.若加入催化剂,k1增大,k2不变,则x1和xM,平衡均变大
D.若A(g)—→M(g)和A(g)—→N(g)均为放热反应,升高温度则xA,平衡变大
答案　C
解析　反应达到平衡时,正、逆反应速率相等,则对于反应M(g)A(g)存在关系式:k-1·xM,平衡=k1·xA,平衡,对于反应A(g)N(g)存在关系式:k-2·xN,平衡=k2·xA,平衡,两式联立可得,A正确;起始时,xM和xN均为0,t1时,xM=xN,则0~t1时间段,生成M和N的平均反应速率相等,B正确;催化剂不影响平衡移动,故xM,平衡不变,C错误;A(g)→M(g)和A(g)→N(g)均为放热反应,则升高温度,平衡均逆向移动,故xA,平衡变大,D正确。
2.(2025·山东卷)在恒容密闭容器中,Na2SiF6(s)热解反应所得固相产物和气相产物均为含氟化合物。平衡体系中各组分物质的量随温度的变化关系(实线部分)如图所示。已知:T2温度时,Na2SiF6(s)完全分解;体系中气相产物在T1、T3温度时的分压分别为p1、p3。下列说法错误的是(　　)
A.a线所示物种为固相产物
B.T1温度时,向容器中通入N2,气相产物分压仍为p1
C.p3小于T3温度时热解反应的平衡常数Kp
D.T1温度时,向容器中加入b线所示物种,重新达平衡时逆反应速率增大
答案　D
解析　Na2SiF6(s)受热分解生成NaF和SiF4两种氟化物,NaF为离子晶体,SiF4为分子晶体,熔点:NaF>SiF4,因此NaF为固相产物,SiF4为气相产物,则热解反应的化学方程式为Na2SiF6(s)2NaF(s)+SiF4(g),根据曲线的变化趋势及变化比例,结合方程式可判断曲线a、b、c分别为NaF(s)、SiF4(g)、Na2SiF6(s)。由上述分析知,A正确;N2不与体系中任何物质反应,由于容器恒容,因此SiF4的分压不变,仍为p1,B正确;该反应的平衡常数Kp=p(SiF4),由题图可知,温度越高,Na2SiF6分解程度越大,平衡时p(SiF4)越大,即Kp越大,由于T2温度下Na2SiF6已完全分解,因此升温至T3时,无法释放更多的SiF4,故p3小于T3温度时热解反应的平衡常数Kp,C正确;T1温度时,加入SiF4的瞬间其分压增大,平衡逆向移动,由Kp=p(SiF4)知,重新平衡后SiF4的分压仍为p1,SiF4的浓度不变,故逆反应速率不变,D错误。
3.(双选)(2024·山东卷)逆水气变换反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH>0。一定压力下,按CO2、H2物质的量之比n(CO2)∶n(H2)=1∶1 投料,T1、T2温度时反应物摩尔分数随时间变化关系如图所示。已知该反应的速率方程为v=k·c0.5(H2)·c(CO2),T1、T2温度时反应速率常数k分别为k1、k2。下列说法错误的是(　　)
A.k1>k2
B.T1、T2温度下达平衡时反应速率的比值:
C.温度不变,仅改变体系初始压力,反应物摩尔分数随时间的变化曲线不变
D.T2温度下,改变初始投料比例,可使平衡时各组分摩尔分数与T1温度时相同
答案　CD
解析　由图可知,T1比T2反应速率快,则T1>T2;T1温度下达到平衡时反应物的摩尔分数低于T2温度下平衡时;由于起始CO2与H2的物质的量之比为1∶1,则达到平衡时CO2和H2的摩尔分数相等。A.根据分析,T1比T2反应速率快,反应速率常数与温度有关,结合反应速率方程知k1>k2,A项正确;B.反应的速率方程为v=k·c0.5(H2)·c(CO2),则,T1温度下达到平衡时反应物的摩尔分数低于T2温度下平衡时,则,B项正确;C.温度不变,仅改变体系初始压力,虽然平衡不移动,但反应物的浓度改变,反应速率改变,反应达到平衡的时间改变,反应物摩尔分数随时间的变化曲线变化,C项错误;D.T2温度下,改变初始投料比,相当于改变某一反应物的浓度,达到平衡时H2和CO2的摩尔分数不可能相等,故不能使平衡时各组分摩尔分数与T1温度时相同,D项错误。
高考热点
(1)近年来化学反应速率和化学平衡图像分析类试题,通常都是以化工生产中所涉及的化学反应为背景,但其考查的基本原理和方法一般均来自教材中,或给出新的信息,多重反应(连续反应、竞争反应)是命题的热点方向。
(2)常涉及图像有:v-t全程速率变化图像,c-t进程图像,c-t/p(浓度-温度或压强)平衡图像等,注重考查从图像中获取有效信息,分析解决化学反应速率、化学平衡影响因素,平衡常数、转化率、产率的计算与判断等。
1.转化率(选择性)—温度综合图像
[例1]　CO2和H2在某种催化剂作用下可同时发生以下两个反应:
Ⅰ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH1=-48.5 kJ·mol-1
Ⅱ.2CO2(g)+5H2(g)C2H2(g)+4H2O(g)　ΔH2=+37.1 kJ·mol-1
在压强为p,CO2、H2的起始投料比为1∶3的条件下,发生反应Ⅰ、Ⅱ。实验测得CO2的平衡转化率和平衡时CH3OH的选择性随温度的变化如图所示。
已知:CH3OH的选择性=×100%
曲线 图像解读
b (1)升高温度反应Ⅰ逆向移动:CH3OH与反应的CO2物质的量均减小; (2)升高温度反应Ⅱ正向移动:反应的CO2物质的量增大; 由(1)与(2)可知,CH3OH的减小程度会大于反应的CO2物质的量减小程度,所以CH3OH的选择性会随着温度升高而降低,因此b代表CH3OH的选择性随温度的变化曲线
a a表示CO2的平衡转化率: (1)300 ℃之前,升高温度反应Ⅰ逆向移动,反应Ⅱ正向移动。且反应Ⅰ逆向移动的程度大于反应Ⅱ正向移动的程度,导致了CO2的平衡转化率降低。 (2)300 ℃之后,升高温度反应Ⅰ逆向移动,反应Ⅱ正向移动。且反应Ⅰ逆向移动的程度小于反应Ⅱ正向移动的程度,导致了CO2的平衡转化率升高
注意:①当曲线变化不单一时,先将温度分段,再分段描述温度对转化率或选择性的影响。
②当温度改变对转化率或选择性的影响出现矛盾时,解决问题抓主要矛盾。
2.多坐标图像
[例2]　先进的甲醇低压羰基合成乙酸工艺的普及推广,导致我国乙酸产能过剩。使用特定催化剂进行乙酸直接加氢制备乙醇的反应原理如下:主反应:CH3COOH(g)+2H2(g)CH3CH2OH(g)+H2O(g)　ΔH1<0
副反应:CH3COOH(g)+CH3CH2OH(g)CH3CH2OOCCH3(g)+H2O(g)　ΔH2<0
其中副反应的反应热绝对值远远小于主反应的反应热绝对值。在n(H2)/n(CH3COOH)=10时:
2 MPa下,平衡时S(乙醇)和S(乙酸乙酯)随温度的变化;250 ℃下,平衡时S(乙醇)和S(乙酸乙酯)随压强的变化均如图所示。
已知:S(乙醇)=×100%
图像解读
(1)根据图像中的箭头指向可知,c是S随温度的变化曲线,d是S随压强的变化曲线。 (2)由于主反应是气体计量数之和减小的反应,增大压强主反应正向移动,S(乙醇)增大,且两种产物的选择性存在此消彼长的关系,因此a为250 ℃时S(乙醇)随压强的变化曲线、d为250 ℃时S(乙酸乙酯)随压强的变化曲线。 (3)主反应、副反应的ΔH<0,升高温度,平衡均逆向移动,但副反应的反应热绝对值远远小于主反应的反应热绝对值,温度对主反应的影响程度更大,因此主反应逆向程度大于副反应。因此S(乙醇)随温度升高而降低,S(乙酸乙酯)随温度升高增大。c为2 MPa下S(乙酸乙酯)随温度的变化曲线、b为2 MPa下S(乙醇)随温度的变化曲线
注:①主反应产物的选择性一般高于副反应产物的选择性。所以上图选择性大的曲线a、b为S(乙醇)的选择性曲线,c、d为S(乙酸乙酯)的选择性曲线。 ②主反应和副反应产物的选择性存在此消彼长的关系
1.(2025·河北承德一模)某密闭容器中含有X和Y,同时发生以下两个反应:①X+YM+Q;②X+YN+Q。反应①的正反应速率v1(正)=k1·c(X)·c(Y),反应②的正反应速率v2(正)=k2·c(X)·c(Y),其中k1、k2为速率常数。某温度下,体系中生成物浓度(c)随时间(t)变化的曲线如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.10 s时,正反应速率v1(正)>v2(正)
B.0~6 s内,X的平均反应速率v(X)=0.5 mol·L-1·s-1
C.若升高温度,4 s时容器中c(N)∶c(M)的比值减小
D.反应①的活化能高于反应②
答案　A
解析　A.由图可知,初始生成M的速率大于N,则k1>k2,10 s时两个反应均达到平衡状态,X、Y浓度相同,由于v1(正)=k1·c(X)·c(Y)、v2(正)=k2·c(X)·c(Y),则正反应速率v1(正)>v2(正),正确;B.①②反应中X、Q的系数均为1,则0~6 s内,X的平均反应速率v(X)=v(Q)= mol·L-1·s-1=1 mol·L-1·s-1,错误;C.4 s后M浓度减小,可能为Q浓度增大导致①逆向移动所致,不确定2个反应的吸热放热情况,不能确定升高温度,4 s时容器中c(N)∶c(M)的比值变化情况,错误;D.由图可知,初始生成M的速率大于N,则反应①的活化能小于反应②,错误。
2.(2025·安徽合肥三模)SCl2可用作有机合成的氯化剂,在体积为V L的密闭容器中充入0.2 mol SCl2(g),发生反应:2SCl2(g)S2Cl2(g)+Cl2(g)。图中所示曲线分别表示反应在a min时和平衡时SCl2的转化率与温度的关系。下列说法正确的是(　　)
A.2SCl2(g)S2Cl2(g)+Cl2(g)的ΔH<0
B.当容器中气体密度恒定不变时,反应达到平衡状态
C.55 ℃时,向体积为0.5V L的容积中充入0.2 mol SCl2(g),a min时SCl2(g)的转化率大于50%
D.82 ℃时,起始时在该密闭容器中充入SCl2、S2Cl2和Cl2各0.1 mol,此时v(逆)>v(正)
答案　C
解析　升高温度,平衡时SCl2的转化率增大,故该反应为吸热反应,ΔH>0,A错误;该反应在恒容密闭容器中进行,且反应物和生成物均为气体,气体总质量不变,则密度恒定不变,所以当容器中气体密度恒定不变时,该反应不一定达到平衡状态,B错误;55 ℃时,在体积为V L的密闭容器中充入0.2 mol SCl2(g),a min时SCl2(g)的转化率等于50%,但反应未达到平衡,若体积缩小为0.5V L,气体浓度增大,反应速率加快,所以55 ℃时,向体积为0.5V L的容器中充入0.2 mol SCl2(g),a min时SCl2(g)的转化率大于50%,C正确;82 ℃时,SCl2(g)的转化率为90%,
82 ℃时该反应的平衡常数K=,在该密闭容器中充入SCl2、S2Cl2和Cl2各0.1 mol,此时浓度商Q=13.(2025·河北石家庄阶段练)利用环戊二烯()加氢制备环戊烯(),按n(H2)∶n(C5H6)=1∶1加入恒压密闭容器中,若仅发生如下反应:
①(g)+H2(g)—→(g)
②
实验测得环戊二烯转化率(曲线b)和环戊烯选择性(曲线a)随温度变化曲线如下(已知:选择性=转化为目标产物的反应物在总转化量中的占比)。下列说法错误的是(　　)
A.70 ℃时,H2的转化率为87.4%
B.由图可知,反应的活化能①<②
C.相同条件下,若增大,选择性降低
D.升高温度,生成速率增大,生成速率也增大
答案　C
解析　A.由图可知,70 ℃时,环戊二烯的转化率为92%,环戊烯的选择性为95%,则H2的转化量n(H2)=n(环戊烯)=1 mol×92%×95%=0.874 mol,H2的转化率为87.4%,正确;B.由图可知,环戊烯选择性较高,相同时间内,反应①的速率较快,说明反应的活化能①<②,正确;C.相同条件下,若增大,相当于增大H2的物质的量,反应①中环戊二烯转化率增大,环戊烯选择性增大,错误;D.升高温度,生成速率增大,生成速率也增大,正确。
热点三　多平衡体系图像中的归因问题分析
1.(2024·山东卷)水煤气是H2的主要来源,研究CaO对C-H2O体系制H2的影响,涉及主要反应如下:
C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g)(Ⅰ)　ΔH1>0
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)(Ⅱ)
ΔH2<0
CaO(s)+CO2(g)CaCO3(s)(Ⅲ)　ΔH3<0
压力p下,C-H2O-CaO体系达平衡后,图示温度范围内C(s)已完全反应,CaCO3(s)在T1温度时完全分解。气相中CO、CO2和H2摩尔分数随温度的变化关系如图所示,则a线对应物种为　　　　(填化学式)。当温度高于T1时,随温度升高c线对应物种摩尔分数逐渐降低的原因是　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
答案　H2　当温度高于T1,CaCO3(s)已完全分解,只发生反应 Ⅱ,温度升高,反应 Ⅱ 逆向移动,所以CO2的摩尔分数减小
解析　图示温度范围内C(s)已完全反应,则反应 Ⅰ 已经进行完全,反应 Ⅱ 和 Ⅲ 均为放热反应,从开始到T1,温度不断升高,反应 Ⅱ 和 Ⅲ 逆向移动,依据反应 Ⅱ,n(H2)减小,摩尔分数减小,n(CO)升高,摩尔分数增大,且二者摩尔分数变化斜率相同,所以a曲线代表H2的摩尔分数的变化,则c曲线代表CO2的摩尔分数随温度的变化,开始到T1,CO2的摩尔分数升高,说明在这段温度范围内,反应Ⅲ占主导,当温度高于T1,CaCO3(s)已完全分解,只发生反应 Ⅱ,所以CO2的摩尔分数减小。
2.(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)
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下图(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　　　　。
(2)1 823 K下,反应速率的变化特点为　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　,
其原因是　　　　　　　　　　　　。
答案　(1)BaO　(2)t1~t2阶段净反应速率为正值且恒定不变,t2后反应达到平衡,净反应速率恒为0　反应物均为固体,固体的浓度为定值,不会随着消耗而发生改变
解析　(1)由题图可知,1 823 K下,BaC2产率随着时间的延长不断增加至接近100%,而1 400 K下,BaC2产率始终为0,说明反应 Ⅱ 在1 400 K以下没有发生,而BaCO3全部消耗,说明反应 Ⅰ 已完全进行,生成BaO,故此时体系中含Ba物种为BaO。(2)图的横坐标为时间,纵坐标为BaC2产率,则图像的斜率可代表反应速率,由图可知,1 823 K下,t1~t2阶段净反应速率不变,t2后反应达到平衡,净反应速率恒为0。该体系中的反应物均为固体,固体的浓度为定值,不会随着反应消耗而发生改变,因此出现上述特点。
高考热点:纵观近几年高考化学试题,涉及化学反应速率和化学平衡类的题目,往往结合图像来呈现。试题利用数形结合的三维曲线图,将影响化学反应速率和化学平衡的外界因素(如温度、浓度、压强等)融入其中,特别是化学探究图像中归因分析题更是考查重点。由于该题目新颖、难度大,部分学生难以找到答题突破口,导致得分率不高。解决此类题的关键是要抓住曲线中的关键点和曲线的变化趋势,运用速率和平衡理论解答图像中所反映出的具体问题。
(一)依据图像判断(评价)最佳反应条件
确定适宜条件需要综合考虑如下几个方面
(1)速率方面:反应速率尽可能大。
(2)平衡方面:反应物的转化率尽可能大,产物的选择性尽可能高。
(3)绿色环保方面:污染物尽可能的少产生或少排放。
(4)升高温度或增大压强后,速率、转化率或产率增大不多的情况,综合考虑经济效益下,不再升高温度或增大压强。
(5)从图中选择最适宜条件时,要首先弄清楚纵坐标的含义,明确图中曲线变化趋势的意义,选择适宜条件时,一般选择在曲线斜率的变化点处。
(二)工业生产图像中转化率(产率)变化趋势文字说题
解答该类试题,应通过审题确定是否是平衡状态,再选择合适的理论进行推理分析
1.非平衡状态的转化率问题:侧重分析温度、压强、浓度对反应快慢,催化剂对反应快慢及选择性(主副反应)的影响
2.平衡转化率问题:侧重分析温度、压强、浓度对化学平衡的影响,有时也涉及温度、某物质对催化活性的影响
平衡移动类文字说理解答题模板
叙特点(反应特点或容器特点)→变条件→定方向→得结论(或结果)
(1)温度:该反应正向为×××(放热或吸热)反应,其他条件不变,升高(或降低)温度,平衡×××(正向或逆向)移动,因此×××(得结论)。
(2)压强:反应的正反应是气体分子数减小(或增大)的反应,当温度一定时,增大压强,平衡正向(或逆向)移动,因此×××(得结论)。
1.利用NaClO2/H2O2酸性复合吸收剂可同时对NO、SO2进行氧化得到硝酸和硫酸而除去。在温度一定时,、溶液pH对脱硫脱硝的影响如图所示:
由图所示可知脱硫脱硝最佳条件是　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
答案　pH在5.5~6.0、=6
2.CO2催化加氢直接合成二甲醚的反应为2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)　ΔH=-122.54 kJ·mol-1。有时还会发生副反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH=+41.2 kJ·mol-1,其他条件相同时,反应温度对CO2平衡总转化率及反应2.5小时的CO2实际总转化率影响如图1所示;反应温度对二甲醚的平衡选择性及反应2.5小时的二甲醚实际选择性影响如图2所示。(已知CH3OCH3的选择性=×100%)
(1)图1中,温度高于290 ℃,CO2平衡总转化率随温度升高而上升的原因可能是　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
(2)图2中,在240~300 ℃范围内,相同温度下,二甲醚的实际选择性高于其平衡值,从化学反应速率的角度解释原因:　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
答案　(1)温度高于290 ℃,随着温度升高,CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)平衡向右移动的程度大于2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)平衡向左移动的程度,使CO2的平衡总转化率上升　(2)CO2催化加氢直接合成二甲醚的反应活化能较低,而合成二甲醚时的副反应CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)活化能较高,所以二甲醚的实际选择性高于其平衡值
3.通过生物柴油副产物甘油制取H2正成为将其高值化利用的一个重要研究方向。生物甘油水蒸气重整制氢的主要反应原理如下(反应Ⅱ是水汽变换反应):
Ⅰ.C3H8O3(g)3CO(g)+4H2(g) ΔH1=+251 kJ·mol-1
Ⅱ.CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH2=-41 kJ·mol-1
甘油水蒸气重整制氢时,其他条件不变,在不同水醇比m[m=n(H2O)∶n(C3H8O3)]时H2的平衡产率与温度的关系如图所示。
(1)水醇比从大到小的顺序是　　　　　　;在水醇比不变时H2的平衡产率随温度的升高先增大后又减小的主要原因是　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
(2)该工艺中CO、CO2与H2反应生成甲烷是主要副反应(均为放热反应),实际生产中为抑制CH4的生成,提高氢气的产率,可采取的措施有(不考虑压强的影响)　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　(列举2条)。
答案　(1)m1>m2>m3　甘油的分解(反应Ⅰ)是吸热反应,升高温度有利于H2生成,会使H2的净含量增加,约900 K左右达到极值,但升高温度,有利于水汽变换反应(反应Ⅱ)的逆向进行,会使H2的净含量减小　(2)适当增大水醇比;适当升高温度;使用H2选择性高的催化剂
解析　(1)当C3H8O3(g)的物质的量固定,水的量越多,反应Ⅱ正向进行程度越大,氢气的产率越高,即水醇比越大,氢气产率越高,故水醇比的大小顺序为m1>m2>m3。(2)该工艺中CO、CO2与H2反应生成甲烷是主要副反应(均为放热反应),重整反应为吸热反应,所以可以升高温度,有利于发生重整反应生成氢气,还可以使用H2选择性高的催化剂、适当增大水醇比都有利于提高氢气的产率。
专题突破练(八)　速率与平衡的影响因素、图像及归因分析
1.以Cu-ZnO-Al2O3作催化剂发生反应2CH3CHO(g)+H2O(g)C2H5OH(g)+CH3COOH(g)　ΔH<0,下列说法正确的是(　　)
A.该反应的平衡常数K=
B.反应物的键能总和小于生成物的键能总和
C.该反应中每消耗1 mol H2O(g),转移电子数约为6.02×1023
D.将C2H5OH移出一段时间后,v正增大
答案　B
解析　A.气态水的浓度会发生变化,应写入表达式中,该反应的平衡常数K=
,A错误;B.ΔH=反应物的键能总和-生成物的键能总和<0,可得反应物的键能总和小于生成物的键能总和,B正确;C.CH3CHO转化为CH3COOH相当于增加一个O原子,转移2个电子,该反应中每消耗1 mol H2O(g),转移2 mol电子,转移电子数约为2×6.02×1023,C错误; D.将C2H5OH移出,生成物浓度减小,逆反应速率减小,平衡正向移动,一段时间后,反应物浓度减小,则v正减小,D错误。
2.(2024·江苏卷)催化剂有选择性,如C2H4与O2反应用Ag催化生成(环氧乙烷)、用CuCl2/PdCl2催化生成CH3CHO。下列说法正确的是(　　)
A.豆科植物固氮过程中,固氮酶能提高该反应的活化能
B.C2H4与O2反应中,Ag催化能提高生成CH3CHO的选择性
C.H2O2制O2反应中,MnO2能加快化学反应速率
D.SO2与O2反应中,V2O5能减小该反应的焓变
答案　C
解析　固氮酶属于催化剂,作用是降低反应的活化能,A错误;由材料信息知,C2H4与O2在Ag作催化剂的条件下主要生成环氧乙烷,B错误;H2O2分解生成O2,MnO2是该反应的催化剂,可以加快化学反应速率,C正确;V2O5是SO2与O2反应生成SO3的催化剂,催化剂不改变反应的焓变,D错误。
3.下列事实能用平衡移动原理解释的是(　　)
A.H2O2溶液中加入少量MnO2固体,促进H2O2分解
B.制备乙酸乙酯的实验中将酯蒸出
C.工业合成氨选择500 ℃左右的条件进行
D.锌片与稀H2SO4反应过程中,加入少量CuSO4固体,促进H2的产生
答案　B
解析　A.H2O2溶液中加入少量MnO2固体,促进H2O2分解,MnO2做催化剂只能加快反应速率,A不能用平衡移动原理解释;B.制备乙酸乙酯的实验中将酯蒸出,减小生成物浓度,平衡正向移动,可以提高乙酸乙酯的产率, B能用平衡移动原理解释;C.工业合成氨反应是放热反应,升高温度平衡逆向移动,从平衡角度分析低温有利于平衡正向移动、有利于合成氨,选择500 ℃左右的条件进行不能用平衡移动原理解释,C不能用平衡移动原理解释;D.锌片与稀H2SO4反应过程中,加入少量CuSO4固体,促进H2的产生,是因为锌置换出铜,形成铜锌原电池反应加快反应速率,D不能用平衡移动原理解释。
4.(2023·河北卷)在恒温恒容密闭容器中充入一定量W(g),发生如下反应:
反应②和③的速率方程分别为v2=k2c2(X)和v3=k3c(Z),其中k2、k3分别为反应②和③的速率常数,反应③的活化能大于反应②。测得W(g)的浓度随时间的变化如下表。
t/min 0 1 2 3 4 5
c(W)/(mol·L-1) 0.160 0.113 0.080 0.056 0.040 0.028
下列说法正确的是(　　)
A.0~2 min内,X的平均反应速率为0.080 mol·L-1·min-1
B.若增大容器容积,平衡时Y的产率增大
C.若k2=k3,平衡时c(Z)=c(X)
D.若升高温度,平衡时c(Z)减小
答案　D
解析　由表知0~2 min内Δc(W)=(0.16-0.08) mol·L-1=0.08 mol·L-1,生成Δc(X)=2Δc(W)=0.16 mol·L-1,但一部分X转化为Z,造成Δc(X)<0.16 mol·L-1,则v(X)<=0.080 mol·L-1·min-1,A错误;过程①是完全反应,过程②是可逆反应,若增大容器容积相当于减小压强,只对过程②有影响,生成Y的反应是过程①,完全反应,平衡时Y的产率不变,B错误;由速率之比等于系数比,平衡时v逆(X)=2v正(Z),即v3=2v2,k3c(Z)=2k2c2(X),若k2=k3,平衡时c(Z)=2c2(X),C错误;反应③的活化能大于反应②,ΔH=正反应活化能-逆反应活化能<0,则4X(g)2Z(g)　ΔH<0,该反应是放热反应,升高温度,平衡逆向移动,则平衡时c(Z)减小,D正确。
5.(2024·重庆卷)醋酸甲酯制乙醇的反应为CH3COOCH3(g)+2H2(g)CH3CH2OH(g)+CH3OH(g)。三个10 L恒容密闭容器中分别加入1 mol醋酸甲酯和9.8 mol氢气,在不同温度下,反应t分钟时醋酸甲酯物质的量n如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.该反应的ΔH>0
B.容器甲中平均反应速率v(H2)= mol·L-1·min-1
C.容器乙中当前状态下反应速率v正D.容器丙中乙醇的体积分数为8%
答案　D
解析　A项,温度越高反应速率越快,比较乙、丙可知,丙反应升高温度,醋酸甲酯量增大,则反应逆向进行,正反应为放热反应,焓变小于0,即ΔH<0,A错误;B项,容器甲中平均反应速率v(H2)=2v(CH3COOCH3)=2× mol·L-1·min-1,B错误;C项,温度越高反应速率越快,比较乙、丙可知,丙达到平衡状态,但不确定乙是否平衡,不能确定正、逆反应速率相对大小,C错误;D项,对丙而言:
容器丙中乙醇的体积分数为×100%=8%,D正确。
6.(2024·黑吉辽卷)异山梨醇是一种由生物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　3 h时异山梨醇的浓度仍在增大,1,4-失水山梨醇的浓度仍在减小,说明此刻反应②未达到平衡状态,即正、逆反应速率不相等,A错误;由题图可知,3 h时山梨醇的浓度已为0,副产物的浓度不变,说明反应①、③均是不可逆反应,15 h后异山梨醇的浓度不再变化,1,4-失水山梨醇的浓度大于0,说明反应②是可逆反应,则该温度下的平衡常数:①>②,B正确;0~3 h内平均速率v(异山梨醇)==0.014 mol·kg-1·h-1,C正确;反应②使用催化剂能加快反应速率,缩短达到化学平衡状态的时间,但是催化剂对化学平衡移动无影响,故加入催化剂不改变其平衡转化率,D正确。
7.(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(　　)
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)
答案　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。
8.(2025·辽宁高三期末)CO2与H2合成甲醇的反应为3H2(g)+CO2(g)CH3OH(g)+H2O(g)。在恒压密闭容器中,测得平衡体系中CH3OH的体积分数与温度、投料比[用表示]的关系如图所示。已知该反应的速率方程为v=k·c(CO2)·c3(H2),300 ℃、400 ℃时反应速率常数分别为k1、k2。下列说法错误的是(　　)
A.该反应的ΔH<0
B.M点和N点反应速率的比值:
C.加入合适催化剂有利于提高单位时间内CH3OH的产量
D.M点CO2的平衡转化率为80%
答案　B
解析　A.由图像可知,在投料比相同时,温度越高,CH3OH的体积分数越小,该反应为放热反应,ΔH<0,故A正确; B.在恒压密闭容器中,M点和N点投料比相同,温度不同,N点CH3OH的体积分数小于M点,则N点反应物的体积分数大于M点,可知N点反应物的浓度(用c2表示)大于M点(用c1表示),则,故B错误;C.催化剂能加快反应速率,可以提高单位时间内CH3OH的产量,故C正确;D.M点投料比=3,设H2为3 mol、CO2为1 mol,列三段式:
平衡时混合气体总物质的量为(4-2x),平衡体系中CH3OH的体积分数,解得x=0.8,M点CO2的平衡转化率为80%,故D正确。
9.(2024·安徽卷)室温下,为探究纳米铁去除水样中Se的影响因素,测得不同条件下Se浓度随时间变化关系如图。
实验 序号 水样体积/mL 纳米铁质量/mg 水样初始pH
① 50 8 6
② 50 2 6
③ 50 2 8
下列说法正确的是(　　)
A.实验①中,0~2小时内平均反应速率v(Se)=2.0 mol·L-1·h-1
B.实验③中,反应的离子方程式为2Fe+Se+8H+===2Fe3++Se+4H2O
C.其他条件相同时,适当增加纳米铁质量可加快反应速率
D.其他条件相同时,水样初始pH越小,Se的去除效果越好
答案　C
解析　实验①中,0~2小时内平均反应速率v(Se)==2.0×10-5 mol·L-1·h-1,A项错误;实验③中水样初始pH=8,溶液呈弱碱性,结合氧化还原反应规律可得离子方程式为2Fe+Se+4H2O===2Fe(OH)3+Se+2OH-,B项错误;由实验①、②可知,其他条件相同时,适当增加纳米铁质量,反应速率加快,C项正确;由实验②、③可知,其他条件相同时,适当减小水样初始pH,Se的去除效果更好,但若水样初始pH太小,与H+反应的纳米铁的量增多,从而影响Se的去除效果,D项错误。
10.(2025·山东济南二模)CS2是一种重要的化工原料。工业上可以利用硫(S8)与CH4制备CS2,在2 L恒容密闭容器中S8(s)受热分解成气态S2,并发生反应2S2(g)+CH4(g)CS2(g)+2H2S(g)　ΔH1,一定条件下,平衡时S2的体积分数、CH4的平衡转化率与温度的关系如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.ΔH1>0
B.某温度下,S8(g)分解成气态S2,当混合气体密度不变时,CH4(g)与S2(g)的反应达到平衡状态
C.若容器内只发生反应S8(s)4S2(g),平衡后恒温压缩体积,S2(g)的浓度不变
D.若起始加入2 mol CH4,2 min达到平衡时甲烷转化率为30%,则0~2 min内H2S的平均反应速率为0.6 mol·L-1·min-1
答案　C
解析　升高温度,甲烷的平衡转化率降低,说明升高温度S2与CH4的反应平衡逆向移动,则CH4(g)与S2(g)的正反应为放热反应,A项错误。反应前后气体总质量不变、容器体积不变,则反应前后气体密度始终不变,不能据此判断该反应是否达到平衡状态,B项错误。温度不变,平衡常数不变,K=c4(S2),平衡后恒温压缩体积,S2(g)的浓度不变,C项正确。0~2 min内H2S的平均反应速率为=0.3 mol·L-1·min-1,D项错误。
11.(2025·甘肃卷)乙炔加氢是除去乙烯中少量乙炔杂质、得到高纯度乙烯的重要方法。该过程包括以下两个主要反应:
反应1:C2H2(g)+H2(g)===C2H4(g) ΔH1=-175 kJ·mol-1(25 ℃,101 kPa)
反应2:C2H2(g)+2H2(g)===C2H6(g) ΔH2=-312 kJ·mol-1(25 ℃,101 kPa)
(1)25 ℃,101 kPa时,反应C2H4(g)+H2(g)===C2H6(g)　ΔH=　　　　 kJ·mol-1。
(2)一定条件下,使用某含Co催化剂,在不同温度下测得乙炔转化率和产物选择性(指定产物的物质的量/转化的乙炔的物质的量)如图所示(反应均未达平衡)。
在60~220 ℃范围内,乙炔转化率随温度升高而增大的原因为　　　　　　　　　　　
(任写一条),当温度由220 ℃升高至260 ℃。乙炔转化率减小的原因可能为　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
在120~240 ℃范围内,反应1和反应2乙炔的转化速率大小关系为v1　　　　v2(填“>”“<”或“=”),理由为　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
答案　(1)-137　(2)升高温度,反应速率加快(或升高温度,催化剂活性增强)　220~260 ℃时,催化剂活性降低　>　乙烯的选择性高于乙烷的选择性,反应1的转化速率大
解析　(1)根据盖斯定律可知,目标反应=反应2-反应1,故ΔH=ΔH2-ΔH1=-137 kJ·mol-1。(2)在60~220 ℃范围内,反应未达到平衡状态,升高温度,反应速率加快,故乙炔转化率随温度的升高而增大,另外催化剂活性增强也可加快反应速率,提高乙炔转化率;而温度由220 ℃升高至260 ℃时,催化剂活性降低,故乙炔转化率减小;由图中产物选择性曲线可知,在120~240 ℃范围内,乙烯的选择性高于乙烷的选择性,故反应1的转化速率大,即v1>v2。
12.(2025·山东泰安质检)探究CH3OH合成反应的化学平衡影响因素,有利于提高CH3OH的产率。CO2和H2在某种催化剂作用下可同时发生以下两个反应:
Ⅰ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH=-48.5 kJ·mol-1
Ⅱ.2CO2(g)+5H2(g)C2H2(g)+4H2O(g)　ΔH=+37.1 kJ·mol-1
在压强为p,CO2、H2的起始投料比为1∶3的条件下,发生反应Ⅰ、Ⅱ。实验测得CO2的平衡转化率和平衡时CH3OH的选择性随温度的变化如图所示。
已知:CH3OH的选择性=×100%。
(1)有利于提高CH3OH的选择性的措施有　　　　(填字母)。
A.适当降温　B.适当升温　C.选择合适的催化剂
(2)温度高于350 ℃时,体系中发生的反应以　　　　(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)为主,并说明理由:　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
(3)其中表示平衡时CH3OH的选择性的曲线是　　　　(填“a”或“b”)。
答案　(1)AC　(2)Ⅱ　升高温度时,反应Ⅰ平衡逆向移动,反应Ⅱ平衡正向移动,350 ℃后CO2平衡转化率上升,因此体系中发生的反应以反应Ⅱ为主
(3)b
解析　(1)由反应Ⅰ可知生成CH3OH的反应为放热反应,根据勒夏特列原理,温度降低,有利于平衡正向移动,因此降温可以提高CH3OH的选择性;选择有利于反应Ⅰ进行的催化剂,可以让反应更大程度甚至只进行反应Ⅰ,有利于提高甲醇的选择性。(2)升高温度时,反应Ⅰ平衡逆向移动,反应Ⅱ平衡正向移动,350 ℃后CO2平衡转化率上升,因此体系中发生的反应以反应Ⅱ为主。(3)反应Ⅰ是生成CH3OH的反应,该反应是放热反应,温度升高,平衡逆向移动,CH3OH的选择性降低,因此b为平衡时CH3OH的选择性曲线,a为CO2的平衡转化率曲线。
13.(2025·西北工业大学附中模拟)工业上可采用乙苯()气体催化脱氢法制取H2,同时生成苯乙烯()气体。其他条件不变时,在不同催化剂(n、m、p)作用下,反应进行相同时间后,乙苯的转化率随反应温度的变化如图所示。相同温度下,三种催化剂(n、m、p)的催化活性由高到低的顺序为　　　　　　;b点乙苯的转化率高于a点的原因是　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
答案　n>m>p　a、b点都未达到平衡,b点温度高,反应速率快,消耗的乙苯量多,因此转化率大
解析　相同条件下,乙苯的转化率n>m>p,可知催化剂(n、m、p)的催化活性由高到低的顺序为n>m>p;根据催化剂只影响反应速率不影响转化率,则c点时反应达到平衡状态,a、b点都未达到平衡,b点温度高,反应速率快,消耗的乙苯量多,因此转化率大。专题二　速率与平衡的影响因素、图像及归因分析
热点一　化学反应速率与平衡的影响因素
1.(2025·甘肃卷)CO2加氢转化成甲烷,是综合利用CO2实现“碳中和”和“碳达峰”的重要方式。525 ℃、101 kPa下,CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)　ΔH=-185 kJ·mol-1。反应达到平衡时,能使平衡向正反应方向移动的是(　　)
A.减小体系压强 B.升高温度
C.增大H2浓度 D.恒容下充入惰性气体
2.(2025·浙江1月选考)下列说法正确的是(　　)
A.常温常压下H2(g)和O2(g)混合无明显现象,则反应2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)在该条件下不自发
B.N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0,升高温度,平衡逆移,则反应的平衡常数减小
C.CO(g)+H2(g)C(s)+H2O(g)　ΔH<0,则正反应的活化能大于逆反应的活化能
D.Na(s)+Cl2(g)===NaCl(s)　ΔH1<0,Na+(g)+Cl-(g)===NaCl(s)　ΔH2<0,则Na(s)+Cl2(g)===Na+(g)+Cl-(g)　ΔH<0
3.(2024·浙江6月选考)二氧化碳氧化乙烷制备乙烯,主要发生如下两个反应:
Ⅰ.C2H6(g)+CO2(g)C2H4(g)+CO(g)+H2O(g)　ΔH1>0
Ⅱ.C2H6(g)+2CO2(g)4CO(g)+3H2(g)　ΔH2>0
向容积为10 L的密闭容器中投入2 mol C2H6和3 mol CO2,不同温度下,测得5 min时(反应均未平衡)的相关数据见下表,下列说法不正确的是(　　)
温度(℃) 400 500 600
乙烷转化率(%) 2.2 9.0 17.8
乙烯选择性(%) 92.6 80.0 61.8
注:乙烯选择性=×100%
A.反应活化能: Ⅰ < Ⅱ
B.500 ℃时,0~5 min反应 Ⅰ 的平均速率为v(C2H4)=2.88×10-3 mol·L-1·min-1
C.其他条件不变,平衡后及时移除H2O(g),可提高乙烯的产率
D.其他条件不变,增大投料比[n(C2H6)/n(CO2)]投料,平衡后可提高乙烷转化率
高考热点:纵观近年高考试题,化学反应速率、化学平衡及其的影响因素的考查角度:
(1)从宏观与微观相结合视角(实验探究或生活现象)
注重真实情境下外界条件如温度、催化剂、压强等对反应速率和化学平衡的影响,能从宏观(如反应条件、反应现象等)角度进行描述或判断,同时能从微观角度进行分析和解释。
(2)定性与定量相结合视角
①对化学反应快慢的描述或比较从定性进阶到定量,从粗略的估计进阶到精确的表示。在复杂情况(如多种因素同时发生变化)下,如果从定性角度无法判断或比较化学反应的快慢时,还可以从定量角度进行分析。
②利用平衡常数K与Q的关系判断反应是否达到平衡及平衡移动的方向,是分析等温条件下平衡移动问题的基本思路,越来越受到重视。
(3)速率、平衡双重因素影响下转化率变化的原因,反应达到平衡与未达到平衡时,反应速率、转化率与平衡移动的关系分析。
1.化学反应速率有关概念之间的关系
2.从反应速率方程定量分析化学反应速率影响因素
反应 CO(g)+NO2(g)===CO2(g)+NO(g),反应速率方程v=kc2(NO2)
温度 升高温度,k增大,反应速率(v)增大
浓度 c(NO2)增大,反应速率(v)增大
压强 增大压强(减小容器的容积),反应速率(v)增大
催化剂 使用催化剂,活化能(Ea)减小,k增大,反应速率(v)增大
3.化学平衡移动方向的判断方法
(1)依据平衡破坏瞬时的正、逆反应速率的相对大小判断
①若外界条件改变,引起v正>v逆,则化学平衡向正反应方向移动;
②若外界条件改变,引起v正③若外界条件改变,虽能引起v正和v逆变化,但变化后新的仍保持相等,则化学平衡没有发生移动。
(2)依据浓度商(Q)规则判断
通过比较浓度商(Q)与平衡常数(K)的大小来判断平衡移动的方向。
①若Q>K,平衡逆向移动;
②若Q=K,平衡不移动;
③若Q1. (2025·浙江杭州高三联考)硫酰氯常用作氯化剂和氯磺化剂,工业上制备原理如下:SO2(g)+Cl2(g)SO2Cl2(g)　ΔH<0。关于该反应,下列说法正确的是(　　)
A.恒温恒压下,充入稀有气体,重新达到平衡时Cl2的物质的量减少
B.其他条件不变,升高温度,SO2Cl2平衡产率升高
C.恒温恒容条件下相比恒温恒压更有利于提高SO2平衡转化率
D.恒温恒压下,进料比[n(SO2)∶n(Cl2)]=1∶1,平衡时产物SO2Cl2的物质的量分数最大
2.一定温度下,在三个体积均为1 L的恒容密闭容器中发生反应:2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)
容器 编号 温度 (℃) 起始物质的量(mol) 平衡物质的量(mol)
CH3OH(g) CH3OCH3(g) H2O(g)
① 387 0.20 0.080 0.080
② 387 0.40
③ 207 0.20 0.090 0.090
下列说法正确的是(　　)
A.该反应的正反应为吸热反应
B.达到平衡时,容器①中的CH3OH体积分数比容器②中的小
C.若容器①中反应达到平衡时增大压强,则各物质浓度保持不变
D.若起始向容器①中充入CH3OH 0.10 mol、CH3OCH3 0.10 mol、H2O 0.10 mol,则反应将向正反应方向进行
3.(2025·重庆一诊)某温度下,在刚性密闭容器中模拟用FeO冶炼Fe涉及如下反应:
①FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g)　=1,
②FeO(s)+C(s)Fe(s)+CO(g),反应达到平衡时,测得容器内的压强1 600 kPa。下列说法不正确的是(　　)
A.该温度下,反应②的平衡常数为800 kPa
B.容器内气体密度不再发生变化时,反应①达到平衡
C.通入CO,再次达到平衡,容器内总压强不变
D.若温度不变,缩小容器体积,则CO的平衡分压增大
4.(2025·安徽黄山二模)由γ-羟基丁酸生成γ-丁内酯的反应如下:HOCH2CH2CH2COOH+H2O,在298 K下,γ-羟基丁酸水溶液的初始浓度为0.180 mol·L-1,随着反应的进行,测得γ-丁内酯的浓度随时间变化的数据如下表所示。下列说法错误的是(　　)
t/min 21 50 80 100
c/(mol·L-1) 0.024 0.050 0.071 0.081
t/min 120 160 220 ∞
c/(mol·L-1) 0.090 0.104 0.116 0.132
A.其他条件相同时,升高温度,化学反应速率加快
B.在80~100 min内,以γ-丁内酯的浓度变化表示的反应速率为5.0×10-4 mol·L-1·min-1
C.120 min时γ-羟基丁酸的转化率为60%
D.298 K时该反应的平衡常数K=2.75
热点二　化学反应速率与平衡图像
1.(2025·安徽卷)恒温恒压密闭容器中,t=0时加入A(g),各组分物质的量分数x随反应时间t变化的曲线如图(反应速率v=kx,k为反应速率常数)。
下列说法错误的是(　　)
A.该条件下
B.0~t1时间段,生成M和N的平均反应速率相等
C.若加入催化剂,k1增大,k2不变,则x1和xM,平衡均变大
D.若A(g)—→M(g)和A(g)—→N(g)均为放热反应,升高温度则xA,平衡变大
2.(2025·山东卷)在恒容密闭容器中,Na2SiF6(s)热解反应所得固相产物和气相产物均为含氟化合物。平衡体系中各组分物质的量随温度的变化关系(实线部分)如图所示。已知:T2温度时,Na2SiF6(s)完全分解;体系中气相产物在T1、T3温度时的分压分别为p1、p3。下列说法错误的是(　　)
A.a线所示物种为固相产物
B.T1温度时,向容器中通入N2,气相产物分压仍为p1
C.p3小于T3温度时热解反应的平衡常数Kp
D.T1温度时,向容器中加入b线所示物种,重新达平衡时逆反应速率增大
3.(双选)(2024·山东卷)逆水气变换反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH>0。一定压力下,按CO2、H2物质的量之比n(CO2)∶n(H2)=1∶1 投料,T1、T2温度时反应物摩尔分数随时间变化关系如图所示。已知该反应的速率方程为v=k·c0.5(H2)·c(CO2),T1、T2温度时反应速率常数k分别为k1、k2。下列说法错误的是(　　)
A.k1>k2
B.T1、T2温度下达平衡时反应速率的比值:
C.温度不变,仅改变体系初始压力,反应物摩尔分数随时间的变化曲线不变
D.T2温度下,改变初始投料比例,可使平衡时各组分摩尔分数与T1温度时相同
高考热点
(1)近年来化学反应速率和化学平衡图像分析类试题,通常都是以化工生产中所涉及的化学反应为背景,但其考查的基本原理和方法一般均来自教材中,或给出新的信息,多重反应(连续反应、竞争反应)是命题的热点方向。
(2)常涉及图像有:v-t全程速率变化图像,c-t进程图像,c-t/p(浓度-温度或压强)平衡图像等,注重考查从图像中获取有效信息,分析解决化学反应速率、化学平衡影响因素,平衡常数、转化率、产率的计算与判断等。
1.转化率(选择性)—温度综合图像
[例1]　CO2和H2在某种催化剂作用下可同时发生以下两个反应:
Ⅰ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH1=-48.5 kJ·mol-1
Ⅱ.2CO2(g)+5H2(g)C2H2(g)+4H2O(g)　ΔH2=+37.1 kJ·mol-1
在压强为p,CO2、H2的起始投料比为1∶3的条件下,发生反应Ⅰ、Ⅱ。实验测得CO2的平衡转化率和平衡时CH3OH的选择性随温度的变化如图所示。
已知:CH3OH的选择性=×100%
曲线 图像解读
b (1)升高温度反应Ⅰ逆向移动:CH3OH与反应的CO2物质的量均减小; (2)升高温度反应Ⅱ正向移动:反应的CO2物质的量增大; 由(1)与(2)可知,CH3OH的减小程度会大于反应的CO2物质的量减小程度,所以CH3OH的选择性会随着温度升高而降低,因此b代表CH3OH的选择性随温度的变化曲线
a a表示CO2的平衡转化率: (1)300 ℃之前,升高温度反应Ⅰ逆向移动,反应Ⅱ正向移动。且反应Ⅰ逆向移动的程度大于反应Ⅱ正向移动的程度,导致了CO2的平衡转化率降低。 (2)300 ℃之后,升高温度反应Ⅰ逆向移动,反应Ⅱ正向移动。且反应Ⅰ逆向移动的程度小于反应Ⅱ正向移动的程度,导致了CO2的平衡转化率升高
注意:①当曲线变化不单一时,先将温度分段,再分段描述温度对转化率或选择性的影响。
②当温度改变对转化率或选择性的影响出现矛盾时,解决问题抓主要矛盾。
2.多坐标图像
[例2]　先进的甲醇低压羰基合成乙酸工艺的普及推广,导致我国乙酸产能过剩。使用特定催化剂进行乙酸直接加氢制备乙醇的反应原理如下:主反应:CH3COOH(g)+2H2(g)CH3CH2OH(g)+H2O(g)　ΔH1<0
副反应:CH3COOH(g)+CH3CH2OH(g)CH3CH2OOCCH3(g)+H2O(g)　ΔH2<0
其中副反应的反应热绝对值远远小于主反应的反应热绝对值。在n(H2)/n(CH3COOH)=10时:
2 MPa下,平衡时S(乙醇)和S(乙酸乙酯)随温度的变化;250 ℃下,平衡时S(乙醇)和S(乙酸乙酯)随压强的变化均如图所示。
已知:S(乙醇)=×100%
图像解读
(1)根据图像中的箭头指向可知,c是S随温度的变化曲线,d是S随压强的变化曲线。 (2)由于主反应是气体计量数之和减小的反应,增大压强主反应正向移动,S(乙醇)增大,且两种产物的选择性存在此消彼长的关系,因此a为250 ℃时S(乙醇)随压强的变化曲线、d为250 ℃时S(乙酸乙酯)随压强的变化曲线。 (3)主反应、副反应的ΔH<0,升高温度,平衡均逆向移动,但副反应的反应热绝对值远远小于主反应的反应热绝对值,温度对主反应的影响程度更大,因此主反应逆向程度大于副反应。因此S(乙醇)随温度升高而降低,S(乙酸乙酯)随温度升高增大。c为2 MPa下S(乙酸乙酯)随温度的变化曲线、b为2 MPa下S(乙醇)随温度的变化曲线
注:①主反应产物的选择性一般高于副反应产物的选择性。所以上图选择性大的曲线a、b为S(乙醇)的选择性曲线,c、d为S(乙酸乙酯)的选择性曲线。 ②主反应和副反应产物的选择性存在此消彼长的关系
1.(2025·河北承德一模)某密闭容器中含有X和Y,同时发生以下两个反应:①X+YM+Q;②X+YN+Q。反应①的正反应速率v1(正)=k1·c(X)·c(Y),反应②的正反应速率v2(正)=k2·c(X)·c(Y),其中k1、k2为速率常数。某温度下,体系中生成物浓度(c)随时间(t)变化的曲线如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.10 s时,正反应速率v1(正)>v2(正)
B.0~6 s内,X的平均反应速率v(X)=0.5 mol·L-1·s-1
C.若升高温度,4 s时容器中c(N)∶c(M)的比值减小
D.反应①的活化能高于反应②
2.(2025·安徽合肥三模)SCl2可用作有机合成的氯化剂,在体积为V L的密闭容器中充入0.2 mol SCl2(g),发生反应:2SCl2(g)S2Cl2(g)+Cl2(g)。图中所示曲线分别表示反应在a min时和平衡时SCl2的转化率与温度的关系。下列说法正确的是(　　)
A.2SCl2(g)S2Cl2(g)+Cl2(g)的ΔH<0
B.当容器中气体密度恒定不变时,反应达到平衡状态
C.55 ℃时,向体积为0.5V L的容积中充入0.2 mol SCl2(g),a min时SCl2(g)的转化率大于50%
D.82 ℃时,起始时在该密闭容器中充入SCl2、S2Cl2和Cl2各0.1 mol,此时v(逆)>v(正)
3.(2025·河北石家庄阶段练)利用环戊二烯()加氢制备环戊烯(),按n(H2)∶n(C5H6)=1∶1加入恒压密闭容器中,若仅发生如下反应:
①(g)+H2(g)—→(g)
②
实验测得环戊二烯转化率(曲线b)和环戊烯选择性(曲线a)随温度变化曲线如下(已知:选择性=转化为目标产物的反应物在总转化量中的占比)。下列说法错误的是(　　)
A.70 ℃时,H2的转化率为87.4%
B.由图可知,反应的活化能①<②
C.相同条件下,若增大,选择性降低
D.升高温度,生成速率增大,生成速率也增大
热点三　多平衡体系图像中的归因问题分析
1.(2024·山东卷)水煤气是H2的主要来源,研究CaO对C-H2O体系制H2的影响,涉及主要反应如下:
C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g)(Ⅰ)　ΔH1>0
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)(Ⅱ)
ΔH2<0
CaO(s)+CO2(g)CaCO3(s)(Ⅲ)　ΔH3<0
压力p下,C-H2O-CaO体系达平衡后,图示温度范围内C(s)已完全反应,CaCO3(s)在T1温度时完全分解。气相中CO、CO2和H2摩尔分数随温度的变化关系如图所示,则a线对应物种为　　　　(填化学式)。当温度高于T1时,随温度升高c线对应物种摩尔分数逐渐降低的原因是　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
2.(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)
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下图(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　　　　。
(2)1 823 K下,反应速率的变化特点为　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　,
其原因是　　　　　　　　　　　　。
高考热点:纵观近几年高考化学试题,涉及化学反应速率和化学平衡类的题目,往往结合图像来呈现。试题利用数形结合的三维曲线图,将影响化学反应速率和化学平衡的外界因素(如温度、浓度、压强等)融入其中,特别是化学探究图像中归因分析题更是考查重点。由于该题目新颖、难度大,部分学生难以找到答题突破口,导致得分率不高。解决此类题的关键是要抓住曲线中的关键点和曲线的变化趋势,运用速率和平衡理论解答图像中所反映出的具体问题。
(一)依据图像判断(评价)最佳反应条件
确定适宜条件需要综合考虑如下几个方面
(1)速率方面:反应速率尽可能大。
(2)平衡方面:反应物的转化率尽可能大,产物的选择性尽可能高。
(3)绿色环保方面:污染物尽可能的少产生或少排放。
(4)升高温度或增大压强后,速率、转化率或产率增大不多的情况,综合考虑经济效益下,不再升高温度或增大压强。
(5)从图中选择最适宜条件时,要首先弄清楚纵坐标的含义,明确图中曲线变化趋势的意义,选择适宜条件时,一般选择在曲线斜率的变化点处。
(二)工业生产图像中转化率(产率)变化趋势文字说题
解答该类试题,应通过审题确定是否是平衡状态,再选择合适的理论进行推理分析
1.非平衡状态的转化率问题:侧重分析温度、压强、浓度对反应快慢,催化剂对反应快慢及选择性(主副反应)的影响
2.平衡转化率问题:侧重分析温度、压强、浓度对化学平衡的影响,有时也涉及温度、某物质对催化活性的影响
平衡移动类文字说理解答题模板
叙特点(反应特点或容器特点)→变条件→定方向→得结论(或结果)
(1)温度:该反应正向为×××(放热或吸热)反应,其他条件不变,升高(或降低)温度,平衡×××(正向或逆向)移动,因此×××(得结论)。
(2)压强:反应的正反应是气体分子数减小(或增大)的反应,当温度一定时,增大压强,平衡正向(或逆向)移动,因此×××(得结论)。
1.利用NaClO2/H2O2酸性复合吸收剂可同时对NO、SO2进行氧化得到硝酸和硫酸而除去。在温度一定时,、溶液pH对脱硫脱硝的影响如图所示:
由图所示可知脱硫脱硝最佳条件是　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
2.CO2催化加氢直接合成二甲醚的反应为2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)　ΔH=-122.54 kJ·mol-1。有时还会发生副反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH=+41.2 kJ·mol-1,其他条件相同时,反应温度对CO2平衡总转化率及反应2.5小时的CO2实际总转化率影响如图1所示;反应温度对二甲醚的平衡选择性及反应2.5小时的二甲醚实际选择性影响如图2所示。(已知CH3OCH3的选择性=×100%)
(1)图1中,温度高于290 ℃,CO2平衡总转化率随温度升高而上升的原因可能是　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
(2)图2中,在240~300 ℃范围内,相同温度下,二甲醚的实际选择性高于其平衡值,从化学反应速率的角度解释原因:　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
3.通过生物柴油副产物甘油制取H2正成为将其高值化利用的一个重要研究方向。生物甘油水蒸气重整制氢的主要反应原理如下(反应Ⅱ是水汽变换反应):
Ⅰ.C3H8O3(g)3CO(g)+4H2(g) ΔH1=+251 kJ·mol-1
Ⅱ.CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH2=-41 kJ·mol-1
甘油水蒸气重整制氢时,其他条件不变,在不同水醇比m[m=n(H2O)∶n(C3H8O3)]时H2的平衡产率与温度的关系如图所示。
(1)水醇比从大到小的顺序是　　　　　　;在水醇比不变时H2的平衡产率随温度的升高先增大后又减小的主要原因是　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
(2)该工艺中CO、CO2与H2反应生成甲烷是主要副反应(均为放热反应),实际生产中为抑制CH4的生成,提高氢气的产率,可采取的措施有(不考虑压强的影响)　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　(列举2条)。
专题突破练(八)　速率与平衡的影响因素、图像及归因分析
1.以Cu-ZnO-Al2O3作催化剂发生反应2CH3CHO(g)+H2O(g)C2H5OH(g)+CH3COOH(g)　ΔH<0,下列说法正确的是(　　)
A.该反应的平衡常数K=
B.反应物的键能总和小于生成物的键能总和
C.该反应中每消耗1 mol H2O(g),转移电子数约为6.02×1023
D.将C2H5OH移出一段时间后,v正增大
2.(2024·江苏卷)催化剂有选择性,如C2H4与O2反应用Ag催化生成(环氧乙烷)、用CuCl2/PdCl2催化生成CH3CHO。下列说法正确的是(　　)
A.豆科植物固氮过程中,固氮酶能提高该反应的活化能
B.C2H4与O2反应中,Ag催化能提高生成CH3CHO的选择性
C.H2O2制O2反应中,MnO2能加快化学反应速率
D.SO2与O2反应中,V2O5能减小该反应的焓变
3.下列事实能用平衡移动原理解释的是(　　)
A.H2O2溶液中加入少量MnO2固体,促进H2O2分解
B.制备乙酸乙酯的实验中将酯蒸出
C.工业合成氨选择500 ℃左右的条件进行
D.锌片与稀H2SO4反应过程中,加入少量CuSO4固体,促进H2的产生
4.(2023·河北卷)在恒温恒容密闭容器中充入一定量W(g),发生如下反应:
反应②和③的速率方程分别为v2=k2c2(X)和v3=k3c(Z),其中k2、k3分别为反应②和③的速率常数,反应③的活化能大于反应②。测得W(g)的浓度随时间的变化如下表。
t/min 0 1 2 3 4 5
c(W)/(mol·L-1) 0.160 0.113 0.080 0.056 0.040 0.028
下列说法正确的是(　　)
A.0~2 min内,X的平均反应速率为0.080 mol·L-1·min-1
B.若增大容器容积,平衡时Y的产率增大
C.若k2=k3,平衡时c(Z)=c(X)
D.若升高温度,平衡时c(Z)减小
5.(2024·重庆卷)醋酸甲酯制乙醇的反应为CH3COOCH3(g)+2H2(g)CH3CH2OH(g)+CH3OH(g)。三个10 L恒容密闭容器中分别加入1 mol醋酸甲酯和9.8 mol氢气,在不同温度下,反应t分钟时醋酸甲酯物质的量n如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.该反应的ΔH>0
B.容器甲中平均反应速率v(H2)= mol·L-1·min-1
C.容器乙中当前状态下反应速率v正D.容器丙中乙醇的体积分数为8%
6.(2024·黑吉辽卷)异山梨醇是一种由生物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
7.(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(　　)
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)
8.(2025·辽宁高三期末)CO2与H2合成甲醇的反应为3H2(g)+CO2(g)CH3OH(g)+H2O(g)。在恒压密闭容器中,测得平衡体系中CH3OH的体积分数与温度、投料比[用表示]的关系如图所示。已知该反应的速率方程为v=k·c(CO2)·c3(H2),300 ℃、400 ℃时反应速率常数分别为k1、k2。下列说法错误的是(　　)
A.该反应的ΔH<0
B.M点和N点反应速率的比值:
C.加入合适催化剂有利于提高单位时间内CH3OH的产量
D.M点CO2的平衡转化率为80%
9.(2024·安徽卷)室温下,为探究纳米铁去除水样中Se的影响因素,测得不同条件下Se浓度随时间变化关系如图。
实验 序号 水样体积/mL 纳米铁质量/mg 水样初始pH
① 50 8 6
② 50 2 6
③ 50 2 8
下列说法正确的是(　　)
A.实验①中,0~2小时内平均反应速率v(Se)=2.0 mol·L-1·h-1
B.实验③中,反应的离子方程式为2Fe+Se+8H+===2Fe3++Se+4H2O
C.其他条件相同时,适当增加纳米铁质量可加快反应速率
D.其他条件相同时,水样初始pH越小,Se的去除效果越好
10.(2025·山东济南二模)CS2是一种重要的化工原料。工业上可以利用硫(S8)与CH4制备CS2,在2 L恒容密闭容器中S8(s)受热分解成气态S2,并发生反应2S2(g)+CH4(g)CS2(g)+2H2S(g)　ΔH1,一定条件下,平衡时S2的体积分数、CH4的平衡转化率与温度的关系如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.ΔH1>0
B.某温度下,S8(g)分解成气态S2,当混合气体密度不变时,CH4(g)与S2(g)的反应达到平衡状态
C.若容器内只发生反应S8(s)4S2(g),平衡后恒温压缩体积,S2(g)的浓度不变
D.若起始加入2 mol CH4,2 min达到平衡时甲烷转化率为30%,则0~2 min内H2S的平均反应速率为0.6 mol·L-1·min-1
11.(2025·甘肃卷)乙炔加氢是除去乙烯中少量乙炔杂质、得到高纯度乙烯的重要方法。该过程包括以下两个主要反应:
反应1:C2H2(g)+H2(g)===C2H4(g) ΔH1=-175 kJ·mol-1(25 ℃,101 kPa)
反应2:C2H2(g)+2H2(g)===C2H6(g) ΔH2=-312 kJ·mol-1(25 ℃,101 kPa)
(1)25 ℃,101 kPa时,反应C2H4(g)+H2(g)===C2H6(g)　ΔH=　　　　 kJ·mol-1。
(2)一定条件下,使用某含Co催化剂,在不同温度下测得乙炔转化率和产物选择性(指定产物的物质的量/转化的乙炔的物质的量)如图所示(反应均未达平衡)。
在60~220 ℃范围内,乙炔转化率随温度升高而增大的原因为　　　　　　　　　　　
(任写一条),当温度由220 ℃升高至260 ℃。乙炔转化率减小的原因可能为　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
在120~240 ℃范围内,反应1和反应2乙炔的转化速率大小关系为v1　　　　v2(填“>”“<”或“=”),理由为　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
12.(2025·山东泰安质检)探究CH3OH合成反应的化学平衡影响因素,有利于提高CH3OH的产率。CO2和H2在某种催化剂作用下可同时发生以下两个反应:
Ⅰ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH=-48.5 kJ·mol-1
Ⅱ.2CO2(g)+5H2(g)C2H2(g)+4H2O(g)　ΔH=+37.1 kJ·mol-1
在压强为p,CO2、H2的起始投料比为1∶3的条件下,发生反应Ⅰ、Ⅱ。实验测得CO2的平衡转化率和平衡时CH3OH的选择性随温度的变化如图所示。
已知:CH3OH的选择性=×100%。
(1)有利于提高CH3OH的选择性的措施有　　　　(填字母)。
A.适当降温　B.适当升温　C.选择合适的催化剂
(2)温度高于350 ℃时,体系中发生的反应以　　　　(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)为主,并说明理由:　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
(3)其中表示平衡时CH3OH的选择性的曲线是　　　　(填“a”或“b”)。
13.(2025·西北工业大学附中模拟)工业上可采用乙苯()气体催化脱氢法制取H2,同时生成苯乙烯()气体。其他条件不变时,在不同催化剂(n、m、p)作用下,反应进行相同时间后,乙苯的转化率随反应温度的变化如图所示。相同温度下,三种催化剂(n、m、p)的催化活性由高到低的顺序为　　　　　　;b点乙苯的转化率高于a点的原因是　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。

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