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2022年高考化学一轮复习课件 第7章 第36讲 化学反应速率、平衡图像 (含解析)
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这是一份2022年高考化学一轮复习课件 第7章 第36讲 化学反应速率、平衡图像 (含解析)，共60页。PPT课件主要包含了复习目标，真题演练明确考向，课时精练巩固提高，内容索引，思维模型构建，典型图像示例，ACDF，n1－n3，n2－n3，题型特点分析等内容，欢迎下载使用。
1.系统掌握速率、平衡图像的分析方法。2.加深外因对化学反应速率影响的理解。3.能正确解答实际工业生产中有关图像的问题。
考点一 常规图像分类突破
考点二 复杂化学平衡图像分类突破
微专题19 化学反应速率、平衡原理在物质制备中的调控作用
1.瞬时速率—时间图像(1)当可逆反应达到一种平衡后，若某一时刻外界条件发生改变，都可能使速率—时间图像的曲线出现不连续的情况，根据出现“断点”前后的速率大小，即可对外界条件的变化情况作出判断。如图：
t1时刻改变的条件可能是使用了催化剂或增大压强(仅适用于反应前后气体物质的量不变的反应)。
(2)“渐变”类v－t图像
(3)利用图像“断点”判断影响速率的外因
在一密闭容器中发生反应N2＋3H2 2NH3 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～t2C.t2～t3 D.t3～t4E.t4～t5 F.t5～t6
解析 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______。
解析 t1时，v正、v逆同时增大，且v逆增大得更快，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逆同时增大且增大量相同，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，但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～t3C.t3～t4 D.t5～t6
解析 根据图示知，t1～t2、t4～t5时间段内平衡均向逆反应方向移动，NH3的含量均比t0～t1时间段的低，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。
解析 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。
2.全程速率—时间图像例如：Zn与足量盐酸的反应，化学反应速率随时间的变化出现如图所示情况。原因：(1)AB段(v增大)，__________________________________。(2)BC段(v减小)，____________________________。
反应放热，溶液温度逐渐升高，v增大
溶液中c(H＋)逐渐减小，v减小
向绝热恒容密闭容器中通入SO2和NO2，一定条件下使反应SO2(g)＋NO2(g) SO3(g)＋NO(g)达到平衡，正反应速率随时间变化的示意图如下所示。由图可得出的正确结论是A.反应在c点达到平衡状态B.反应物浓度：a点小于b点C.反应物的总能量低于生成物的总能量D.Δt1＝Δt2时，SO2的转化率：a～b段小于b～c段
解析 A项，化学平衡状态的标志是各物质的浓度不再改变，其实质是正反应速率等于逆反应速率，c点对应的正反应速率显然还在改变，一定未达平衡，错误；B项，a到b时正反应速率增加，反应物浓度随时间不断减小，错误；C项，从a到c正反应速率增大，之后正反应速率减小，说明反应刚开始时温度升高对正反应速率的影响大于浓度减小对正反应速率的影响，说明该反应为放热反应，即反应物的总能量高于生成物的总能量，错误；D项，随着反应的进行，正反应速率越快，消耗的二氧化硫就越多，SO2的转化率将逐渐增大，正确。
3.物质的量(或浓度)—时间图像例如：某温度时，在定容(V L)容器中，X、Y、Z三种物质的物质的量随时间的变化曲线如图所示。(1)由图像得出的信息①______是反应物，___是产物。②t3 s时反应达到_____状态，X、Y并没有全部反应，该反应是_____反应。③0～t3 s时间段：Δn(X)＝_______ml，Δn(Y)＝_______ml，Δn(Z)＝___ml。
(2)根据图像可进行如下计算①某物质的平均速率、转化率，如v(X)＝__________________；Y的转化率＝________×100%。②确定化学方程式中的化学计量数之比，如X、Y、Z三种物质的化学计量数之比为_____________________。
(n1－n3)∶(n2－n3)∶n2
1.100 ℃时，向某恒容密闭容器加入1.6 ml·L－1的Q后会发生如下反应：2Q(g) M(g)。其中M的物质的量浓度随时间的变化如图所示：下列说法错误的是A.从反应开始到刚达到平衡的时间段内，v(Q)＝ 0.02 ml·L－1·s－1B.a、b两时刻生成Q的速率：v(a)v(bc)＝0D.其他条件相同，起始时将0.2 ml·L－1氦气与Q混合，则反应达到平衡 所需时间少于60 s
解析 根据分析，从反应开始到刚达到平衡的时间段内，v(Q)＝ ＝0.02 ml·L－1·s－1，故A正确；Q为反应物，初始时浓度最大，消耗速率最大，生成速率最小，随着反应的进行，Q的浓度逐渐减小，消耗速率逐渐减慢，生成速率逐渐增大，则a、b两时刻生成Q的速率：v(a)
0～10 min内的平均反应速率v(A)＝___________________。
2.向一容积不变的密闭容器中充入一定量A和B，发生如下反应：xA(g)＋2B(s) yC(g) ΔH<0。在一定条件下，容器中A、C的物质的量浓度随时间变化的曲线如图所示。请回答下列问题：(1)用A的浓度变化表示该反应在
0.02 ml·L－1·min－1
(2)根据图示可确定x∶y＝______。
解析 根据图像可知，0～10 min内A的物质的量浓度减少量为0.2 ml·L－1，C的物质的量浓度增加量为0.4 ml·L－1，x、y之比等于A、C的浓度的变化量之比，故x∶y＝0.2 ml·L－1∶0.4 ml·L－1＝1∶2。
(3)0～10 min容器内压强________(填“变大”“不变”或“变小”)。
解析 该反应是气体分子数增大的反应，而容器容积不变，因此0～10 min容器内压强变大。
(4)推测第10 min引起曲线变化的反应条件可能是_______(填编号，下同)；第16 min引起曲线变化的反应条件可能是______。①减压 ②增大A的浓度 ③增大C的量 ④升温 ⑤降温 ⑥加催化剂
解析 根据图像可知，10 min时改变条件后，A、C的浓度瞬时不变且随后反应速率加快，故改变的条件可能是升温或加入催化剂；12～16 min，反应处于平衡状态，16 min时改变条件后，A、C的浓度瞬时不变，且随后A的浓度逐渐增大，C的浓度逐渐减小，说明平衡逆向移动，故改变的条件可能是升温。
(5)若平衡Ⅰ的平衡常数为K1，平衡Ⅱ平衡常数为K2，则K1_____K2(填“>”“＝”或“<”)。
解析 升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小。由于16 min时升高温度，则K1>K2。
4.浓度(转化率、百分含量)—时间图像(1)识图技巧分析反应由开始(起始物质相同时)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，反应达平衡所需时间短。②若为压强变化引起，压强较大时，反应达平衡所需时间短。③若为是否使用催化剂，使用适宜催化剂时，反应达平衡所需时间短。
(2)应用举例①浓度—时间如A(g)＋B(g) AB(g)②含量—时间—温度(压强)(C%指产物的质量分数，B%指某反应物的质量分数)
5.恒压(或恒温)线(α表示反应物的转化率，n表示反应物的平衡物质的量)
图①，若p1>p2>p3，则正反应为气体体积_____的反应，ΔH___0；图②，若T1>T2，则正反应为_____反应，气体体积增大。
6.几种特殊图像(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(如下图)；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的百分含量减少，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.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。
2.如图是温度和压强对反应X＋Y 2Z影响的示意图。图中横坐标表示温度，纵坐标表示平衡混合气体中Z的体积分数。下列叙述正确的是A.上述可逆反应的正反应为放热反应B.X、Y、Z均为气态C.X和Y中最多只有一种为气态，Z为气态D.上述反应的逆反应的ΔH＞0
解析 由图像可知，随温度升高Z的体积分数增大，正反应为吸热反应，逆反应为放热反应，故A、D错误；相同温度下，压强越大，Z的体积分数越小，说明增大压强平衡左移，则Z为气态，X、Y中最多只有一种气态物质，故B错误、C正确。
3.一定条件下，合成氨反应：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)。图甲表示在此反应过程中的能量变化，图乙表示在2 L的密闭容器中反应时N2的物质的量随时间的变化曲线。图丙表示在其他条件不变的情况下，改变起始物氢气的物质的量对此反应平衡的影响。
下列说法正确的是A.升高温度，该反应的平衡常数增大B.由图乙信息，从11 min起其他条件不变，压缩容器的体积，则n(N2)的变化 曲线为dC.由图乙信息，10 min内该反应的平均速率v(H2)＝0.09 ml·L－1·min－1D.图丙中温度T1
分析图像乙可知，在2 L的密闭容器中，v(N2)＝ ＝0.015 ml·L－1·min－1，v(H2)＝0.045 ml·L－1·min－1，C错误；图丙表示平衡时氨气含量与氢气起始物质的量关系，曲线上各点都处于平衡状态，达平衡后，增大氢气用量，氮气的转化率增大，故a、b、c三点中，c点氮气的转化率最高，D错误。
4.工业上，常采用氧化还原方法处理尾气中的CO、NO。氧化法：沥青混凝土可作为反应2CO(g)＋O2(g) 2CO2(g)的催化剂。下图表示在相同的恒容密闭容器、相同起始浓度、相同反应时间段下，使用同质量的不同沥青混凝土(α型、β型)催化时，CO的转化率与温度的关系。(1)在a、b、c、d四点中，未达到平衡状态的是_____。
解析 CO和O2的反应是放热反应，当达到平衡后升高温度，CO的转化率降低，所以，b、c、d点表示平衡状态，a点对应的状态不是平衡状态。
(2)已知c点时容器中O2浓度为0.04 ml·L－1，则50 ℃时，在α型沥青混凝土中CO转化反应的平衡常数K＝________(用含x的代数式表示)。
解析 令CO起始浓度为a ml·L－1。 2CO(g)＋O2(g) 2CO2(g)起始浓度(ml·L－1) a 0转化浓度(ml·L－1) ax ax平衡浓度(ml·L－1) a(1－x) 0.04 ax
(3)下列关于题图的说法正确的是______(填字母)。A.CO转化反应的平衡常数：K(a)＜K(c)B.在均未达到平衡状态时，同温下β型沥青混凝土中CO转化速率比α型要大C.b点时CO与O2分子之间发生有效碰撞的几率在整个实验过程中最高D.e点转化率出现突变的原因可能是温度升高后催化剂失去活性
解析 CO和O2的反应是放热反应，达到平衡后，温度升高，平衡向左移动，平衡常数K减小，A项错误；观察图像知，β型催化剂作用下CO的转化速率大于α型催化剂，B项正确；有效碰撞几率与反应速率有关，温度越高，反应速率越大，有效碰撞几率越高，故在图像中e点有效碰撞几率最高，C项错误；催化剂需要一定活性温度，转化率出现突变，可能是因温度高而使催化剂失去活性，D项正确。
化学平衡图像题，除以常规图像形式(如c—t图、含量—时间—温度图、含量—时间—压强图、恒压线图、恒温线图等)考查平衡知识外，又出现了很多新型图像。这些图像常与生产生活中的实际问题相结合，从反应时间、投料比值、催化剂的选择、转化率等角度考查。图像形式看似更加难辨，所涉问题看似更加复杂，但只要仔细分析，抓住图像中的关键点(常为最高点、最低点、转折点)、看清横坐标、纵坐标代表的条件、弄清曲线的变化趋势，即可将复杂图像转化为常规图像。进而运用化学平衡知识进行解答即可。
1.转化率—投料比—温度图像例1 将燃煤废气中的CO2转化为甲醚的反应原理为
已知在压强为a MPa下，该反应在不同温度、不同投料比时，CO2的转化率见图：此反应______(填“放热”或“吸热”)；若温度不变，提高投料比[n(H2)/n(CO2)]，则K将_____(填“增大”“减小”或“不变”)。
解析 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。平衡常数只与温度有关，不随投料比的变化而变化。
2.根据图像判断投料比例2 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。
3.选择最佳反应条件例3 汽车尾气是雾霾形成的原因之一。研究氮氧化物的处理方法可有效减少雾霾的形成，可采用氧化还原法脱硝：4NO(g)＋4NH3(g)＋O2(g) 4N2(g)＋6H2O(g) ΔH<0根据右图判断提高脱硝效率的最佳条件是___________________________________；氨氮比一定时，在400 ℃时，脱硝效率最大，其可能的原因是__________________________________________________________________________。
氨氮物质的量之比为1，温度为
400 ℃时催化剂的活性最好，催化效率最高，同时400 ℃温度较高，反应速率快
4.解释曲线发生某种变化的原因例4 汽车使用乙醇汽油并不能减少NOx的排放，某研究小组在实验室以耐高温试剂Ag－ZSW－5催化，测得NO转化为N2的转化率随温度变化情况如图所示。(1)在 ＝1条件下，最佳温度应控制在_______________________________左右。(2)若不使用CO，温度超过775 K，发现NO的分解率降低，其可能的原因为____________________________________________。
870 K(860～880 K范围内都
该反应放热，升高温度，反应
(3)用平衡移动原理解释为什么加入CO后NO转化为N2的转化率增大：__________________________________________________________________________________________。
加入的CO会与NO的分解产物O2发生反应，促进NO分解平衡向生成N2的方向移动，导致NO转化率升高
1.如图是在一定时间内，使用不同催化剂Mn和Cr在不同温度下对应的脱氮率，由图可知工业使用的最佳催化剂为_____、相应温度为__________；使用Mn作催化剂时，脱氮率b～a段呈现如图变化的可能原因是_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
开始温度较低，催化剂活性较低，脱氮反应速率较慢，反应还没达到化学平衡，随着温度升高反应速率变大，一定时间参与反应的氮氧化物变多，导致脱氮率逐渐增大
2.采用一种新型的催化剂(主要成分是Cu—Mn的合金)，利用CO和H2制备二甲醚，反应为4H2(g)＋2CO(g) CH3OCH3(g)＋H2O(g)。有研究者在压强为5.00 MPa的条件下，将H2和CO反应直接制备二甲醚，结果如右图所示，其中CO的转化率随温度升高而降低的原因是_____________________________________________________________。
该反应为放热反应，温度升高，平
衡逆向移动，导致CO的转化率降低
3.丙烷氧化脱氢法制备丙烯的主要反应如下：C3H8(g)＋ C3H6(g)＋H2O(g) ΔH2＝－118 kJ·ml－1在催化剂作用下，C3H8氧化脱氢除生成C3H6外，还生成CO、CO2等物质。C3H8的转化率和C3H6的产率随温度变化关系如图所示。(1)图中C3H8的转化率随温度升高而上升的原因是__________________________。
温度升高，催化剂的活性增大
解析 该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，C3H8的转化率应该降低，但实际上C3H8的转化率随温度升高而上升，可能是升高温度催化剂的活性增大导致的。
(2)575 ℃时，C3H6的选择性为_______。(C3H6的选择性＝ ×100%)
解析 根据图像，575 ℃时，C3H8的转化率为33%，C3H6的产率为17%，假设参加反应的C3H8为100 ml，生成的C3H6为17 ml，C3H6的选择性为 ×100%≈51.5%。
(3)基于本研究结果，能提高C3H6选择性的措施是____________________。
4.在一定条件下，向恒容密闭容器中充入1.0 ml CO2和3.0 ml H2，在一定温度范围内发生如下转化：CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＝－x kJ·ml－1(x>0)。在不同催化剂作用下，相同时间内CO2的转化率随温度的变化如图所示。(1)催化效果最佳的是催化剂________(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)；b点v正____(填“>”“<”或“＝”)v逆。
解析 根据图示可知，相同温度时，在催化剂Ⅰ的作用下，反应相同时间CO2的转化率最大，因此催化剂Ⅰ的效果最好；b点时反应还未达到平衡状态，CO2的转化率还会继续增加，反应正向进行，因此v正＞v逆。
(2)此反应在a点时已达到平衡状态，a点的转化率比c点高的原因是__________________________________________。
为放热反应，升高温度，平衡逆向移动
解析 该反应为放热反应，a点时达到平衡，从a点到c点，温度升高，平衡逆向移动，CO2的转化率下降。
1.(2020·全国卷Ⅲ，28)二氧化碳催化加氢合成乙烯是综合利用CO2的热点研究领域。回答下列问题：(1)CO2催化加氢生成乙烯和水的反应中，产物的物质的量之比n(C2H4)∶n(H2O)＝________。当反应达到平衡时，若增大压强，则n(C2H4)______(填“变大”“变小”或“不变”)。
解析 CO2催化加氢生成乙烯和水的化学方程式为2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)，产物的物质的量之比n(C2H4)∶n(H2O)＝1∶4，该反应是气体体积减小的反应，增大压强平衡右移，则n(C2H4)变大。
(2)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”)。
解析 由平衡图像知，390 K时四种组分的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，结合反应方程式2CO2(g)＋6H2(g) C2H4(g)＋4H2O(g)和原始投料n(CO2)∶n(H2)＝1∶3可得，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。
(3)根据图中点A(440 K,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)。
解析 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 p(H2)＝ p(H2O)＝0.1 ×0.39，
平衡时压强： ×0.39 0.1 ×0.39 ×0.39 0.1×0.39
(4)二氧化碳催化加氢合成乙烯反应往往伴随副反应，生成C3H6、C3H8、C4H8等低碳烃。一定温度和压强条件下，为了提高反应速率和乙烯选择性，应当_________________。
解析 在一定温度和压强下，为了提高反应速率和乙烯的选择性，减少副反应的发生，应当选择合适催化剂等。
2.[2019·全国卷Ⅲ，28(1)(3)]近年来，随着聚酯工业的快速发展，氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。因此，将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。回答下列问题：(1)Deacn发明的直接氧化法为：4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)。如图为刚性容器中，进料浓度比c(HCl)∶c(O2)分别等于1∶1、4∶1、7∶1时HCl平衡转化率随温度变化的关系：
可知反应平衡常数K(300 ℃)______K(400 ℃)(填“大于”或“小于”)。设HCl初始浓度为c0，根据进料浓度比c(HCl)∶c(O2)＝1∶1的数据计算K(400 ℃)＝_______________________(列出计算式)。按化学计量比进料可以保持反应物高转化率，同时降低产物分离的能耗。进料浓度比c(HCl)∶c(O2)过低、过高的不利影响分别是_____________________、_______________。
解析 由题给HCl平衡转化率随温度变化的关系图可知，随温度升高，HCl平衡转化率降低，则此反应为放热反应，温度越高，平衡常数越小，即K(300 ℃)大于K(400 ℃)。结合题图可知，c(HCl)∶c(O2)＝1∶1、400 ℃时HCl的平衡转化率为84%，列出三段式： 4HCl(g) ＋ O2(g) === 2Cl2(g)＋2H2O(g)起始 c0 c0 0 0转化 0.84c0 0.21c0 0.42c0 0.42c0平衡 (1－0.84)c0 (1－0.21)c0 0.42c0 0.42c0
进料浓度比c(HCl)∶c(O2)过低会使O2和Cl2分离的能耗较高，过高则会造成HCl转化率较低。
解析 题述反应是气体体积减小的反应，增大反应体系压强可使反应正向移动，提高HCl的转化率，及时分离出产物也能提高HCl的转化率。
(3)在一定温度的条件下，进一步提高HCl的转化率的方法是________________________________。(写出2种)
3.[2019·全国卷Ⅰ，28(1)(2)(4)]水煤气变换[CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g) ΔH<0]是重要的化工过程，主要用于合成氨、制氢以及合成气加工等工业领域中。回答下列问题：(1)Shibata曾做过下列实验：①使纯H2缓慢地通过处于721 ℃下的过量氧化钴CO(s)，氧化钴部分被还原为金属钴C(s)，平衡后气体中H2的物质的量分数为0.025 0。②在同一温度下用CO还原CO(s)，平衡后气体中CO的物质的量分数为0.019 2。根据上述实验结果判断，还原CO(s)为C(s)的倾向是CO______H2(填“大于”或“小于”)。
解析 由题给信息①可知，H2(g)＋CO(s) C(s)＋H2O(g)(i)
相同温度下，平衡常数越大，反应倾向越大，故CO还原氧化钴的倾向大于H2。
(2)721 ℃时，在密闭容器中将等物质的量的CO(g)和H2O(g)混合，采用适当的催化剂进行反应，则平衡时体系中H2的物质的量分数为_____(填标号)。A.<0.25 ～0.50 E.>0.50
解析 第(1)问和第(2)问的温度相同，且K1
又反应可逆，则x<0.67，φ(H2)<0.34。氢气的物质的量分数介于0.25与0.34之间，故选C。
(4)Shichi研究了467 ℃、489 ℃时水煤气变换中CO和H2分压随时间变化关系(如图所示)，催化剂为氧化铁，实验初始时体系中的 和pCO相等、 和 相等。计算曲线a的反应在30～90 min内的平均速率 (a)＝_______ kPa·min－1。467 ℃时 和pCO随时间变化关系的曲线分别是_____、______。489 ℃时 和pCO随时间变化关系的曲线分别是____、____。
时pCO随时间变化关系的曲线，b曲线代表467 ℃时 随时间变化关系的曲线，c曲线代表467 ℃时pCO随时间变化关系的曲线。
水煤气变换中CO是反应物，H2是产物，又该反应是放热反应，升高温度，平衡向左移动，重新达到平衡时，H2的压强减小，CO的压强增大。故a曲线代表489 ℃时 随时间变化关系的曲线，d曲线代表489 ℃
解析 由题图可知，30～90 min内，
4.[2020·天津，16(3)(4)]用H2还原CO2可以在一定条件下合成CH3OH(不考虑副反应)CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH(3)某温度下，恒容密闭容器中，CO2和H2的起始浓度分别为a ml·L－1和3a ml·L－1，反应平衡时，CH3OH的产率为b，该温度下反应平衡常数的值为___________。
解析 恒温恒容条件下进行反应，平衡时，CH3OH的产率为b，则反应物转化率为b，按“三段式”法计算： CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)起始浓度/(ml·L－1) a 3a 0 0转化浓度/(ml·L－1) ab 3ab ab ab平衡浓度/(ml·L－1) a(1－b) 3a(1－b) ab ab
(4)恒压下，CO2和H2的起始物质的量比为1∶3时，该反应在无分子筛膜时甲醇的平衡产率和有分子筛膜时甲醇的产率随温度的变化如图所示，其中分子筛膜能选择性分离出H2O。①甲醇平衡产率随温度升高而降低的原因为______________________________________________________。
该反应为放热反应，温度升高，
平衡逆向移动(或平衡常数减小)
解析 图中有分子筛膜时，P点甲醇产率最大，达到平衡状态，P点后甲醇的产率降低，其原因是合成甲醇的反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，甲醇产率降低。
解析 P点有分子筛膜，T点无分子筛膜，而分子筛膜能选择性分离出H2O，使平衡正向移动，提高甲醇的产率。
②P点甲醇产率高于T点的原因为__________________________________________________________________。
分子筛膜从反应体系中不断分离出H2O，
有利于反应正向进行，甲醇产率升高
解析 由题图2可知，当有分子筛膜，温度为210 ℃时，甲醇产率最大，故该分子筛膜的最佳反应温度为210 ℃
③根据题图，在此条件下采用该分子筛膜时的最佳反应温度为______ ℃。
1.反应CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) ΔH2＝－41.2 kJ·ml－1的v－t图像如图1所示，若其他条件不变，只是在反应前增大容器体积使压强减小，则其v－t图像如图2所示。下列说法正确的是①a1>a2 ②a1b2 ④b1t2 ⑥t1＝t2 ⑦t1
解析 由图甲分析可知，各物质发生变化的物质的量等于化学方程式的化学计量数之比，此温度下该反应的化学方程式为2A(g)＋E(g) 2B(g)＋F(g)，故A正确；平衡常数K只与温度有关，平衡状态①和②的温度相同，故K相等，故B正确；该反应前后气体的体积不变，若改变压强，平衡不会发生移动，故t2时刻不可能是增大压强，故C错误；根据方程式知，反应前后气体体积不变，故不可能是压强的变化，t4时刻速率减小，且变化的点不连续，因此是降低温度的结果，故D正确。
3.氨的催化氧化是硝酸工业中的重要反应：4NH3(g)＋5O2(g) 4NO(g)＋6H2O(g) ΔH<0，T1时，将NH3和O2的混合气体充入20 L恒容密闭容器中发生上述反应，各物质的物质的量随时间变化关系如图所示：下列说法正确的是A.0～4 min，v(NH3)＝0.25 ml·L－1·min－1B.加催化剂或缩小容积均可降低反应的 活化能，提高反应速率C.T1时，K＝0.075D.5 min时，改变的条件可能为降低温度
加催化剂可降低反应的活化能，提高反应速率；缩小容积不能改变反应的活化能，故B错误；由图像可知，反应至4 min时反应达到平
5 min时，改变条件，由各组分量的变化的比例关系可知平衡逆向移动，而该反应为放热反应，降低温度平衡正向移动，故D错误。
4.CO2经催化加氢可合成乙烯：2CO2(g)＋6H2(g) C2H4(g)＋4H2O(g)。0.1 MPa时，按n(CO2)∶n(H2)＝1∶3投料，测得不同温度下平衡时体系中各物质浓度的关系如图，下列叙述不正确的是A.该反应的ΔH＜0B.曲线b代表H2O的浓度变化C.N点和M点所处的状态c(H2)不一样D.其他条件不变，T1 ℃、0.2 MPa下 反应达平衡时c(H2)比M点大
解析 温度升高，H2的浓度增大，平衡左移，故逆向吸热，正向放热，ΔH＜0，则曲线a为CO2的浓度变化，根据方程式的比例关系，可知曲线b为H2O的浓度变化，曲线c为C2H4的浓度变化，故A、B正确；N点和M点均处于同一温度T1 ℃下，所处的状态c(H2)是一样的，C错误；其他条件不变，T1 ℃、0.2 MPa相对0.1 MPa，增大了压强，体积减小，c(H2)增大，反应达平衡时c(H2)比M点大，D正确。
5.在某密闭恒容容器中发生反应：X(g) Y(g)＋nZ(g) ΔH＝Q kJ·ml－1(Q>0)。反应体系2 min时达到平衡后，各物质的浓度在不同条件下的变化如图所示(第12 min到16 min的X浓度变化曲线未标出)。下列说法不正确的是A.反应方程式中n＝1B.12～14 min内，用Y表示的平均速率 为0.005 ml·L－1·min－1C.在6～10 min内，反应吸收的热量为 0.015Q kJD.第12 min时，Z曲线发生变化的原因是移走一部分Z
解析 根据图像可知6～12 min时X减少了0.055 ml·L－1－0.04 ml·L－1＝0.015 ml·L－1，Z增加了0.085 ml·L－1－0.07 ml·L－1＝0.015 ml·L－1，因此反应方程式中n＝1，A正确；12～14 min内，用Y表示的平均速率为 ＝0.005 ml·L－1·min－1，B正确；在6～10 min内X减少了0.055 ml·L－1－0.04 ml·L－1＝0.015 ml·L－1，但容器容积未知，因此不能计算反应吸收的热量，C错误；
第12 min时Z的浓度瞬间减小，随后逐渐增大，这说明Z曲线发生变化的原因是移走一部分Z，D正确。
6.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如图所示。下列说法中错误的是A.250 ℃时，催化剂的活性最大B.250～300 ℃时，温度升高而乙 酸的生成速率降低的原因是催 化剂的催化效率降低C.300～400 ℃时，乙酸的生成速率升高的原因是催化剂效率增大D.300～400 ℃时，乙酸的生成速率升高的原因是温度升高
解析 由图可知，250 ℃时，催化剂的活性最大，A项正确；250～300 ℃时，温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是温度超过250 ℃时，催化剂的催化效率降低，B项正确；
300～400 ℃时， 乙酸的生成速率升高的原因是温度升高，故C项错误、D项正确。
7.一定条件下，利用CO2合成CH3OH 的反应如下：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1，研究发现，反应过程中会有副反应：CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g) ΔH2，温度对CH3OH、CO产率的影响如图所示。下列说法不正确的是A.ΔH1<0，ΔH2>0B.增大压强有利于加快合成反应的速率C.生产过程中，温度越高越有利于提高CH3OH 的产率D.合成CH3OH反应的平衡常数表达式是K＝
解析 根据图示，升高温度CH3OH的产率降低，CO2(g)＋3H2(g)CH3OH (g)＋H2O(g)平衡向逆反应方向移动，ΔH1<0，升高温度CO的产率增大，CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)平衡向正反应方向移动，ΔH2>0，A项正确；反应有气体参与，增大压强有利于加快合成反应的速率，B项正确；由图像可见，温度越高CH3OH的产率越低，C项错误；
根据化学平衡常数的概念，合成CH3OH反应的平衡常数表达式是K＝
8.(NH4)2SO3氧化是氨法脱硫的重要过程。某小组在其他条件不变时，分别研究了一段时间内温度和(NH4)2SO3初始浓度对空气氧化(NH4)2SO3速率的影响，结果如图。下列说法不正确的是A.60 ℃之前，氧化速率增大与温 度升高化学反应速率加快有关B.60 ℃之后，氧化速率降低可能 与O2的溶解度下降及(NH4)2SO3 受热易分解有关C.(NH4)2SO3初始浓度增大到一定程度，氧化速率变化不大，与 水解程度 增大有关D.(NH4)2SO3初始浓度增大到一定程度，氧化速率变化不大，可能与O2的溶解 速率有关
解析 温度越高，氧化速率越快，60 ℃之前，氧化速率增大与温度升高化学反应速率加快有关，故A正确；反应物浓度降低，反应速率降低，温度升高后O2的溶解度下降及(NH4)2SO3受热易分解，均使反应物浓度降低，故B正确； 水解不影响溶液中＋4价硫的总浓度，故C错误；当亚硫酸铵的浓度增大到一定程度后，亚硫酸根离子被氧化的速率大于氧气的溶解速率，因氧气的溶解速率较小导致亚硫酸根离子的氧化速率变化不大，故D正确。
9.炼铁的还原剂CO是由焦炭和CO2反应而得。现将焦炭和CO2放入体积为2 L的密闭容器中，高温下进行下列反应：C(s)＋CO2(g) 2CO(g) ΔH＝Q kJ·ml－1。图为CO2、CO的物质的量n随时间t的变化关系图。下列说法正确的是A.0～1 min，v(CO)＝1 ml·L－1·min－1；1～ 3 min时，v(CO)＝v(CO2)B.当容器内的压强不变时，反应一定达到平 衡状态，且 <1C.3 min时温度由T1升高到T2，则Q＞0，再达平衡时 ≈4.7D.5 min时再充入一定量的CO，a、d曲线分别表示n(CO)、n(CO2)的变化
解析 依据图像分析单位时间段内一氧化碳和二氧化碳物质的量的变化，0～1 min，一氧化碳物质的量增加2 ml，反应速率v(CO)＝＝1 ml·L－1·min－1,1～3 min时，平衡不发生移动，反应速率之比等于化学计量数之比，v(CO)＝2v(CO2)，故A错误；反应是气体体积增大的反应，压强不变，说明反应达到平衡，反应气体物质的量之比等于压强之比，p(平衡)＞p(起始)，故B错误；
依据图像3 min时升高温度，一氧化碳增多说明反应是吸热反应，T1反应达平衡时，一氧化碳物质的量为2 ml，二氧化碳物质的量为7 ml，平衡常数K(T1)＝ ，T2反应达平衡时，一氧化碳物质的量为4 ml，二氧化碳物质的量为6 ml，平衡常数K(T2)＝
增加一氧化碳，瞬间一氧化碳物质的量增大，然后反应平衡逆向进行，一氧化碳减小，二氧化碳增大，b为二氧化碳，c为一氧化碳，故D错误。
10.反应为CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g) ΔH<0。在一定条件下，将1 ml CO和2 ml H2通入密闭容器中进行反应，当改变某一外界条件(温度或压强)时，CH3OH的体积分数φ(CH3OH)变化趋势如图所示：(1)平衡时，M点CH3OH的体积分数为10%，则CO的转化率为______。
解析 设反应中消耗x ml CO，由题意建立如下三段式： CO(g) ＋ 2H2(g) CH3OH(g)起始/ml 1 2 0转化/ml x 2x x平衡/ml 1－x 2－2x x
解析 该反应为气态物质分子数减小的放热反应，增大压强，φ(CH3OH)增大，升高温度，φ(CH3OH)减小，则由图可知，X轴代表压强，Y轴表示温度。
(2)X轴上a点的数值比b点_____(填“大”或“小”)。某同学认为题图中Y轴表示温度，你认为他判断的理由是_________________________________________________________________________________________。
随着Y值的增大，c(CH3OH)减小，平衡CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)向逆反应方向移动，故Y为温度
解析 温度越高，反应速率越快，d点温度高，则c点的逆反应速率和d点的正反应速率的大小关系为v逆(c)＜v正(d)。
11.用(NH4)2CO3捕碳的反应：(NH4)2CO3(aq)＋H2O(l)＋CO2(g) 2NH4HCO3(aq)。为研究温度对(NH4)2CO3捕获CO2效率的影响，将一定量的(NH4)2CO3溶液置于密闭容器中，并充入一定量的CO2气体，保持其他初始实验条件不变，分别在不同温度下，经过相同时间测得CO2气体浓度，得到趋势图：(1)c点的逆反应速率和d点的正反应速率的大小关系为v逆(c)_____v正(d)(填“＞”“＝”或“＜”，下同)。
解析 根据图像，温度为T3时反应达平衡，此后温度升高，c(CO2)增大，平衡逆向移动，说明反应是放热反应，升高温度，平衡逆向进行，平衡常数减小，Kb＞Kc＞Kd。
(2)b、c、d三点的平衡常数Kb、Kc、Kd从大到小的顺序为____________。
解析 T3～T4区间，化学反应已达到平衡，由于正反应是放热反应，温度升高，平衡向逆反应方向移动，不利于CO2的捕获，所以容器内CO2气体浓度呈现增大的变化趋势。
(3)T3～T4温度区间，容器内CO2气体浓度呈现增大的变化趋势，其原因是_____________________________________________________________________________________________________。
T3～T4区间，化学反应已达到平衡，由于正反应是放热反应，温度升高平衡向逆反应方向移动，不利于CO2 的捕获
12.回收利用硫和氮的氧化物是保护环境的重要举措。(1)在模拟回收硫的实验中，向某恒容密闭容器中通入2.8 ml CO和1 ml SO2气体，反应在不同条件下进行，反应体系总压强随时间的变化如图所示。①与实验a相比，实验c改变的实验条件可能是__________。
解析 a、c开始均通入2.8 ml CO和1 ml SO2，容器的容积相同，而起始时c的压强大于a，物质的量与体积一定，压强与温度呈正比关系，故c组改变的实验条件可能是升高温度。
②请利用体积分数计算该条件下实验b的平衡常数K＝________________。(列出计算式即可)(注：某物质的体积分数＝ )
解析 设消耗二氧化硫的物质的量为x ml， 2CO(g)＋SO2(g) 2CO2(g)＋S(s)，起始量/ml 2.8 1 0变化量/ml 2x x 2x平衡量/ml 2.8－2x 1－x 2x
(2)用NH3消除NO污染的反应原理为：4NH3(g)＋6NO(g) 5N2(g)＋6H2O(l) ΔH＝－1 807.98 kJ·ml－1。不同温度条件下，NH3与NO的物质的量之比分别为4∶1、3∶1、1∶3，得到NO脱除率曲线如图所示。①曲线a中NH3的起始浓度为4×10－5ml·L－1，从A点到B点经过1 s，该时间段内NO的脱除速率为________________mg·L－1·s－1。
6×10－2(或0.06)
解析 曲线a中NH3的起始浓度为4×10－5ml·L－1，即NO的起始浓度为1×10－5ml·L－1，从A点到B点经过1 s，根据图像，NO的脱除率从55%上升到75%，则该段时间内NO的脱除量为Δc＝1×10－5ml·L－1×(75%－55%)＝2×10－6ml·L－1，时间间隔为Δt＝1 s，所以该段时间内NO的脱除速率为 ＝2×10－6ml·L－1·s－1，NO的相对分子质量为30，即6×10－2mg·L－1·s－1。
②不论以何种比例混合，温度超过900 ℃，NO脱除率骤然下降，除了在高温条件下氮气与氧气发生反应生成NO，可能的原因还有(一条即可)__________________________________________________________。
该反应的正反应是放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动
解析 n(H2)∶n(CO)越大，CO的转化率越大，故曲线a表示n(H2)∶n(CO)＝3∶1的变化曲线。
13.甲醇是一种可再生能源，具有广阔的开发和应用前景，可用Pt/Al2O3、Pd/C、Rh/SiO2等作催化剂，采用如下反应来合成甲醇：2H2 (g)＋CO(g) CH3OH(g)。(1)某科研小组用Pd/C作催化剂，在450 ℃时，研究了n(H2)∶n(CO)分别为2∶1、3∶1时CO转化率的变化情况(如图1)，则图中表示n(H2)∶n(CO)＝3∶1的变化曲线为________(填“曲线a”或“曲线b”)。
则从反应开始到20 min时，CO的平均反应速率为_____________________，该温度下的平衡常数K为____。
(2)某化学研究性学习小组模拟工业合成甲醇的反应，在2 L的恒容密闭容器内充入1 ml CO和2 ml H2，加入合适催化剂后在某温度下开始反应，并用压力计监测容器内压强的变化如下：
0.012 5 ml·L－1·min－1
设反应中参加反应的CO的物质的量为x ml，则： 2H2 (g)＋CO(g) CH3OH(g)起始/ml 2 1 0变化/ml 2x x x平衡/ml 2－2x 1－x x故(2－2x)＋(1－x)＋x＝2，解得x＝0.5，
解析 反应进行到20 min时达到平衡，在恒温恒容容器中压强与气体的物质的量成正比，起始时总物质的量为3 ml，压强为12.6 MPa，平衡时压强为8.4 MPa，
则从反应开始到20 min时，
(3)将CO和H2加入密闭容器中，在一定条件下发生反应：CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g) ΔH<0。平衡时CO的体积分数(%)与温度和压强的关系如图2所示(虚线框表示没有测定该条件下的数据)。T1、T2、T3由大到小的关系是________，判断理由是_________________________________________________________________________________________________。
越大，CO的体积分数越小，T1、T2、T3对应的CO的体积分数逐渐增大，该平衡向左移动，则T3>T2>T1
1.系统掌握速率、平衡图像的分析方法。2.加深外因对化学反应速率影响的理解。3.能正确解答实际工业生产中有关图像的问题。
考点一 常规图像分类突破
考点二 复杂化学平衡图像分类突破
微专题19 化学反应速率、平衡原理在物质制备中的调控作用
1.瞬时速率—时间图像(1)当可逆反应达到一种平衡后，若某一时刻外界条件发生改变，都可能使速率—时间图像的曲线出现不连续的情况，根据出现“断点”前后的速率大小，即可对外界条件的变化情况作出判断。如图：
t1时刻改变的条件可能是使用了催化剂或增大压强(仅适用于反应前后气体物质的量不变的反应)。
(2)“渐变”类v－t图像
(3)利用图像“断点”判断影响速率的外因
在一密闭容器中发生反应N2＋3H2 2NH3 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～t2C.t2～t3 D.t3～t4E.t4～t5 F.t5～t6
解析 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______。
解析 t1时，v正、v逆同时增大，且v逆增大得更快，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逆同时增大且增大量相同，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，但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～t3C.t3～t4 D.t5～t6
解析 根据图示知，t1～t2、t4～t5时间段内平衡均向逆反应方向移动，NH3的含量均比t0～t1时间段的低，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。
解析 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。
2.全程速率—时间图像例如：Zn与足量盐酸的反应，化学反应速率随时间的变化出现如图所示情况。原因：(1)AB段(v增大)，__________________________________。(2)BC段(v减小)，____________________________。
反应放热，溶液温度逐渐升高，v增大
溶液中c(H＋)逐渐减小，v减小
向绝热恒容密闭容器中通入SO2和NO2，一定条件下使反应SO2(g)＋NO2(g) SO3(g)＋NO(g)达到平衡，正反应速率随时间变化的示意图如下所示。由图可得出的正确结论是A.反应在c点达到平衡状态B.反应物浓度：a点小于b点C.反应物的总能量低于生成物的总能量D.Δt1＝Δt2时，SO2的转化率：a～b段小于b～c段
解析 A项，化学平衡状态的标志是各物质的浓度不再改变，其实质是正反应速率等于逆反应速率，c点对应的正反应速率显然还在改变，一定未达平衡，错误；B项，a到b时正反应速率增加，反应物浓度随时间不断减小，错误；C项，从a到c正反应速率增大，之后正反应速率减小，说明反应刚开始时温度升高对正反应速率的影响大于浓度减小对正反应速率的影响，说明该反应为放热反应，即反应物的总能量高于生成物的总能量，错误；D项，随着反应的进行，正反应速率越快，消耗的二氧化硫就越多，SO2的转化率将逐渐增大，正确。
3.物质的量(或浓度)—时间图像例如：某温度时，在定容(V L)容器中，X、Y、Z三种物质的物质的量随时间的变化曲线如图所示。(1)由图像得出的信息①______是反应物，___是产物。②t3 s时反应达到_____状态，X、Y并没有全部反应，该反应是_____反应。③0～t3 s时间段：Δn(X)＝_______ml，Δn(Y)＝_______ml，Δn(Z)＝___ml。
(2)根据图像可进行如下计算①某物质的平均速率、转化率，如v(X)＝__________________；Y的转化率＝________×100%。②确定化学方程式中的化学计量数之比，如X、Y、Z三种物质的化学计量数之比为_____________________。
(n1－n3)∶(n2－n3)∶n2
1.100 ℃时，向某恒容密闭容器加入1.6 ml·L－1的Q后会发生如下反应：2Q(g) M(g)。其中M的物质的量浓度随时间的变化如图所示：下列说法错误的是A.从反应开始到刚达到平衡的时间段内，v(Q)＝ 0.02 ml·L－1·s－1B.a、b两时刻生成Q的速率：v(a)
解析 根据分析，从反应开始到刚达到平衡的时间段内，v(Q)＝ ＝0.02 ml·L－1·s－1，故A正确；Q为反应物，初始时浓度最大，消耗速率最大，生成速率最小，随着反应的进行，Q的浓度逐渐减小，消耗速率逐渐减慢，生成速率逐渐增大，则a、b两时刻生成Q的速率：v(a)
0～10 min内的平均反应速率v(A)＝___________________。
2.向一容积不变的密闭容器中充入一定量A和B，发生如下反应：xA(g)＋2B(s) yC(g) ΔH<0。在一定条件下，容器中A、C的物质的量浓度随时间变化的曲线如图所示。请回答下列问题：(1)用A的浓度变化表示该反应在
0.02 ml·L－1·min－1
(2)根据图示可确定x∶y＝______。
解析 根据图像可知，0～10 min内A的物质的量浓度减少量为0.2 ml·L－1，C的物质的量浓度增加量为0.4 ml·L－1，x、y之比等于A、C的浓度的变化量之比，故x∶y＝0.2 ml·L－1∶0.4 ml·L－1＝1∶2。
(3)0～10 min容器内压强________(填“变大”“不变”或“变小”)。
解析 该反应是气体分子数增大的反应，而容器容积不变，因此0～10 min容器内压强变大。
(4)推测第10 min引起曲线变化的反应条件可能是_______(填编号，下同)；第16 min引起曲线变化的反应条件可能是______。①减压 ②增大A的浓度 ③增大C的量 ④升温 ⑤降温 ⑥加催化剂
解析 根据图像可知，10 min时改变条件后，A、C的浓度瞬时不变且随后反应速率加快，故改变的条件可能是升温或加入催化剂；12～16 min，反应处于平衡状态，16 min时改变条件后，A、C的浓度瞬时不变，且随后A的浓度逐渐增大，C的浓度逐渐减小，说明平衡逆向移动，故改变的条件可能是升温。
(5)若平衡Ⅰ的平衡常数为K1，平衡Ⅱ平衡常数为K2，则K1_____K2(填“>”“＝”或“<”)。
解析 升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小。由于16 min时升高温度，则K1>K2。
4.浓度(转化率、百分含量)—时间图像(1)识图技巧分析反应由开始(起始物质相同时)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，反应达平衡所需时间短。②若为压强变化引起，压强较大时，反应达平衡所需时间短。③若为是否使用催化剂，使用适宜催化剂时，反应达平衡所需时间短。
(2)应用举例①浓度—时间如A(g)＋B(g) AB(g)②含量—时间—温度(压强)(C%指产物的质量分数，B%指某反应物的质量分数)
5.恒压(或恒温)线(α表示反应物的转化率，n表示反应物的平衡物质的量)
图①，若p1>p2>p3，则正反应为气体体积_____的反应，ΔH___0；图②，若T1>T2，则正反应为_____反应，气体体积增大。
6.几种特殊图像(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(如下图)；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的百分含量减少，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.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。
2.如图是温度和压强对反应X＋Y 2Z影响的示意图。图中横坐标表示温度，纵坐标表示平衡混合气体中Z的体积分数。下列叙述正确的是A.上述可逆反应的正反应为放热反应B.X、Y、Z均为气态C.X和Y中最多只有一种为气态，Z为气态D.上述反应的逆反应的ΔH＞0
解析 由图像可知，随温度升高Z的体积分数增大，正反应为吸热反应，逆反应为放热反应，故A、D错误；相同温度下，压强越大，Z的体积分数越小，说明增大压强平衡左移，则Z为气态，X、Y中最多只有一种气态物质，故B错误、C正确。
3.一定条件下，合成氨反应：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)。图甲表示在此反应过程中的能量变化，图乙表示在2 L的密闭容器中反应时N2的物质的量随时间的变化曲线。图丙表示在其他条件不变的情况下，改变起始物氢气的物质的量对此反应平衡的影响。
下列说法正确的是A.升高温度，该反应的平衡常数增大B.由图乙信息，从11 min起其他条件不变，压缩容器的体积，则n(N2)的变化 曲线为dC.由图乙信息，10 min内该反应的平均速率v(H2)＝0.09 ml·L－1·min－1D.图丙中温度T1
分析图像乙可知，在2 L的密闭容器中，v(N2)＝ ＝0.015 ml·L－1·min－1，v(H2)＝0.045 ml·L－1·min－1，C错误；图丙表示平衡时氨气含量与氢气起始物质的量关系，曲线上各点都处于平衡状态，达平衡后，增大氢气用量，氮气的转化率增大，故a、b、c三点中，c点氮气的转化率最高，D错误。
4.工业上，常采用氧化还原方法处理尾气中的CO、NO。氧化法：沥青混凝土可作为反应2CO(g)＋O2(g) 2CO2(g)的催化剂。下图表示在相同的恒容密闭容器、相同起始浓度、相同反应时间段下，使用同质量的不同沥青混凝土(α型、β型)催化时，CO的转化率与温度的关系。(1)在a、b、c、d四点中，未达到平衡状态的是_____。
解析 CO和O2的反应是放热反应，当达到平衡后升高温度，CO的转化率降低，所以，b、c、d点表示平衡状态，a点对应的状态不是平衡状态。
(2)已知c点时容器中O2浓度为0.04 ml·L－1，则50 ℃时，在α型沥青混凝土中CO转化反应的平衡常数K＝________(用含x的代数式表示)。
解析 令CO起始浓度为a ml·L－1。 2CO(g)＋O2(g) 2CO2(g)起始浓度(ml·L－1) a 0转化浓度(ml·L－1) ax ax平衡浓度(ml·L－1) a(1－x) 0.04 ax
(3)下列关于题图的说法正确的是______(填字母)。A.CO转化反应的平衡常数：K(a)＜K(c)B.在均未达到平衡状态时，同温下β型沥青混凝土中CO转化速率比α型要大C.b点时CO与O2分子之间发生有效碰撞的几率在整个实验过程中最高D.e点转化率出现突变的原因可能是温度升高后催化剂失去活性
解析 CO和O2的反应是放热反应，达到平衡后，温度升高，平衡向左移动，平衡常数K减小，A项错误；观察图像知，β型催化剂作用下CO的转化速率大于α型催化剂，B项正确；有效碰撞几率与反应速率有关，温度越高，反应速率越大，有效碰撞几率越高，故在图像中e点有效碰撞几率最高，C项错误；催化剂需要一定活性温度，转化率出现突变，可能是因温度高而使催化剂失去活性，D项正确。
化学平衡图像题，除以常规图像形式(如c—t图、含量—时间—温度图、含量—时间—压强图、恒压线图、恒温线图等)考查平衡知识外，又出现了很多新型图像。这些图像常与生产生活中的实际问题相结合，从反应时间、投料比值、催化剂的选择、转化率等角度考查。图像形式看似更加难辨，所涉问题看似更加复杂，但只要仔细分析，抓住图像中的关键点(常为最高点、最低点、转折点)、看清横坐标、纵坐标代表的条件、弄清曲线的变化趋势，即可将复杂图像转化为常规图像。进而运用化学平衡知识进行解答即可。
1.转化率—投料比—温度图像例1 将燃煤废气中的CO2转化为甲醚的反应原理为
已知在压强为a MPa下，该反应在不同温度、不同投料比时，CO2的转化率见图：此反应______(填“放热”或“吸热”)；若温度不变，提高投料比[n(H2)/n(CO2)]，则K将_____(填“增大”“减小”或“不变”)。
解析 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。平衡常数只与温度有关，不随投料比的变化而变化。
2.根据图像判断投料比例2 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。
3.选择最佳反应条件例3 汽车尾气是雾霾形成的原因之一。研究氮氧化物的处理方法可有效减少雾霾的形成，可采用氧化还原法脱硝：4NO(g)＋4NH3(g)＋O2(g) 4N2(g)＋6H2O(g) ΔH<0根据右图判断提高脱硝效率的最佳条件是___________________________________；氨氮比一定时，在400 ℃时，脱硝效率最大，其可能的原因是__________________________________________________________________________。
氨氮物质的量之比为1，温度为
400 ℃时催化剂的活性最好，催化效率最高，同时400 ℃温度较高，反应速率快
4.解释曲线发生某种变化的原因例4 汽车使用乙醇汽油并不能减少NOx的排放，某研究小组在实验室以耐高温试剂Ag－ZSW－5催化，测得NO转化为N2的转化率随温度变化情况如图所示。(1)在 ＝1条件下，最佳温度应控制在_______________________________左右。(2)若不使用CO，温度超过775 K，发现NO的分解率降低，其可能的原因为____________________________________________。
870 K(860～880 K范围内都
该反应放热，升高温度，反应
(3)用平衡移动原理解释为什么加入CO后NO转化为N2的转化率增大：__________________________________________________________________________________________。
加入的CO会与NO的分解产物O2发生反应，促进NO分解平衡向生成N2的方向移动，导致NO转化率升高
1.如图是在一定时间内，使用不同催化剂Mn和Cr在不同温度下对应的脱氮率，由图可知工业使用的最佳催化剂为_____、相应温度为__________；使用Mn作催化剂时，脱氮率b～a段呈现如图变化的可能原因是_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
开始温度较低，催化剂活性较低，脱氮反应速率较慢，反应还没达到化学平衡，随着温度升高反应速率变大，一定时间参与反应的氮氧化物变多，导致脱氮率逐渐增大
2.采用一种新型的催化剂(主要成分是Cu—Mn的合金)，利用CO和H2制备二甲醚，反应为4H2(g)＋2CO(g) CH3OCH3(g)＋H2O(g)。有研究者在压强为5.00 MPa的条件下，将H2和CO反应直接制备二甲醚，结果如右图所示，其中CO的转化率随温度升高而降低的原因是_____________________________________________________________。
该反应为放热反应，温度升高，平
衡逆向移动，导致CO的转化率降低
3.丙烷氧化脱氢法制备丙烯的主要反应如下：C3H8(g)＋ C3H6(g)＋H2O(g) ΔH2＝－118 kJ·ml－1在催化剂作用下，C3H8氧化脱氢除生成C3H6外，还生成CO、CO2等物质。C3H8的转化率和C3H6的产率随温度变化关系如图所示。(1)图中C3H8的转化率随温度升高而上升的原因是__________________________。
温度升高，催化剂的活性增大
解析 该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，C3H8的转化率应该降低，但实际上C3H8的转化率随温度升高而上升，可能是升高温度催化剂的活性增大导致的。
(2)575 ℃时，C3H6的选择性为_______。(C3H6的选择性＝ ×100%)
解析 根据图像，575 ℃时，C3H8的转化率为33%，C3H6的产率为17%，假设参加反应的C3H8为100 ml，生成的C3H6为17 ml，C3H6的选择性为 ×100%≈51.5%。
(3)基于本研究结果，能提高C3H6选择性的措施是____________________。
4.在一定条件下，向恒容密闭容器中充入1.0 ml CO2和3.0 ml H2，在一定温度范围内发生如下转化：CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＝－x kJ·ml－1(x>0)。在不同催化剂作用下，相同时间内CO2的转化率随温度的变化如图所示。(1)催化效果最佳的是催化剂________(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)；b点v正____(填“>”“<”或“＝”)v逆。
解析 根据图示可知，相同温度时，在催化剂Ⅰ的作用下，反应相同时间CO2的转化率最大，因此催化剂Ⅰ的效果最好；b点时反应还未达到平衡状态，CO2的转化率还会继续增加，反应正向进行，因此v正＞v逆。
(2)此反应在a点时已达到平衡状态，a点的转化率比c点高的原因是__________________________________________。
为放热反应，升高温度，平衡逆向移动
解析 该反应为放热反应，a点时达到平衡，从a点到c点，温度升高，平衡逆向移动，CO2的转化率下降。
1.(2020·全国卷Ⅲ，28)二氧化碳催化加氢合成乙烯是综合利用CO2的热点研究领域。回答下列问题：(1)CO2催化加氢生成乙烯和水的反应中，产物的物质的量之比n(C2H4)∶n(H2O)＝________。当反应达到平衡时，若增大压强，则n(C2H4)______(填“变大”“变小”或“不变”)。
解析 CO2催化加氢生成乙烯和水的化学方程式为2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)，产物的物质的量之比n(C2H4)∶n(H2O)＝1∶4，该反应是气体体积减小的反应，增大压强平衡右移，则n(C2H4)变大。
(2)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”)。
解析 由平衡图像知，390 K时四种组分的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，结合反应方程式2CO2(g)＋6H2(g) C2H4(g)＋4H2O(g)和原始投料n(CO2)∶n(H2)＝1∶3可得，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。
(3)根据图中点A(440 K,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)。
解析 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 p(H2)＝ p(H2O)＝0.1 ×0.39，
平衡时压强： ×0.39 0.1 ×0.39 ×0.39 0.1×0.39
(4)二氧化碳催化加氢合成乙烯反应往往伴随副反应，生成C3H6、C3H8、C4H8等低碳烃。一定温度和压强条件下，为了提高反应速率和乙烯选择性，应当_________________。
解析 在一定温度和压强下，为了提高反应速率和乙烯的选择性，减少副反应的发生，应当选择合适催化剂等。
2.[2019·全国卷Ⅲ，28(1)(3)]近年来，随着聚酯工业的快速发展，氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。因此，将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。回答下列问题：(1)Deacn发明的直接氧化法为：4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)。如图为刚性容器中，进料浓度比c(HCl)∶c(O2)分别等于1∶1、4∶1、7∶1时HCl平衡转化率随温度变化的关系：
可知反应平衡常数K(300 ℃)______K(400 ℃)(填“大于”或“小于”)。设HCl初始浓度为c0，根据进料浓度比c(HCl)∶c(O2)＝1∶1的数据计算K(400 ℃)＝_______________________(列出计算式)。按化学计量比进料可以保持反应物高转化率，同时降低产物分离的能耗。进料浓度比c(HCl)∶c(O2)过低、过高的不利影响分别是_____________________、_______________。
解析 由题给HCl平衡转化率随温度变化的关系图可知，随温度升高，HCl平衡转化率降低，则此反应为放热反应，温度越高，平衡常数越小，即K(300 ℃)大于K(400 ℃)。结合题图可知，c(HCl)∶c(O2)＝1∶1、400 ℃时HCl的平衡转化率为84%，列出三段式： 4HCl(g) ＋ O2(g) === 2Cl2(g)＋2H2O(g)起始 c0 c0 0 0转化 0.84c0 0.21c0 0.42c0 0.42c0平衡 (1－0.84)c0 (1－0.21)c0 0.42c0 0.42c0
进料浓度比c(HCl)∶c(O2)过低会使O2和Cl2分离的能耗较高，过高则会造成HCl转化率较低。
解析 题述反应是气体体积减小的反应，增大反应体系压强可使反应正向移动，提高HCl的转化率，及时分离出产物也能提高HCl的转化率。
(3)在一定温度的条件下，进一步提高HCl的转化率的方法是________________________________。(写出2种)
3.[2019·全国卷Ⅰ，28(1)(2)(4)]水煤气变换[CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g) ΔH<0]是重要的化工过程，主要用于合成氨、制氢以及合成气加工等工业领域中。回答下列问题：(1)Shibata曾做过下列实验：①使纯H2缓慢地通过处于721 ℃下的过量氧化钴CO(s)，氧化钴部分被还原为金属钴C(s)，平衡后气体中H2的物质的量分数为0.025 0。②在同一温度下用CO还原CO(s)，平衡后气体中CO的物质的量分数为0.019 2。根据上述实验结果判断，还原CO(s)为C(s)的倾向是CO______H2(填“大于”或“小于”)。
解析 由题给信息①可知，H2(g)＋CO(s) C(s)＋H2O(g)(i)
相同温度下，平衡常数越大，反应倾向越大，故CO还原氧化钴的倾向大于H2。
(2)721 ℃时，在密闭容器中将等物质的量的CO(g)和H2O(g)混合，采用适当的催化剂进行反应，则平衡时体系中H2的物质的量分数为_____(填标号)。A.<0.25 ～0.50 E.>0.50
解析 第(1)问和第(2)问的温度相同，且K1
又反应可逆，则x<0.67，φ(H2)<0.34。氢气的物质的量分数介于0.25与0.34之间，故选C。
(4)Shichi研究了467 ℃、489 ℃时水煤气变换中CO和H2分压随时间变化关系(如图所示)，催化剂为氧化铁，实验初始时体系中的 和pCO相等、 和 相等。计算曲线a的反应在30～90 min内的平均速率 (a)＝_______ kPa·min－1。467 ℃时 和pCO随时间变化关系的曲线分别是_____、______。489 ℃时 和pCO随时间变化关系的曲线分别是____、____。
时pCO随时间变化关系的曲线，b曲线代表467 ℃时 随时间变化关系的曲线，c曲线代表467 ℃时pCO随时间变化关系的曲线。
水煤气变换中CO是反应物，H2是产物，又该反应是放热反应，升高温度，平衡向左移动，重新达到平衡时，H2的压强减小，CO的压强增大。故a曲线代表489 ℃时 随时间变化关系的曲线，d曲线代表489 ℃
解析 由题图可知，30～90 min内，
4.[2020·天津，16(3)(4)]用H2还原CO2可以在一定条件下合成CH3OH(不考虑副反应)CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH(3)某温度下，恒容密闭容器中，CO2和H2的起始浓度分别为a ml·L－1和3a ml·L－1，反应平衡时，CH3OH的产率为b，该温度下反应平衡常数的值为___________。
解析 恒温恒容条件下进行反应，平衡时，CH3OH的产率为b，则反应物转化率为b，按“三段式”法计算： CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)起始浓度/(ml·L－1) a 3a 0 0转化浓度/(ml·L－1) ab 3ab ab ab平衡浓度/(ml·L－1) a(1－b) 3a(1－b) ab ab
(4)恒压下，CO2和H2的起始物质的量比为1∶3时，该反应在无分子筛膜时甲醇的平衡产率和有分子筛膜时甲醇的产率随温度的变化如图所示，其中分子筛膜能选择性分离出H2O。①甲醇平衡产率随温度升高而降低的原因为______________________________________________________。
该反应为放热反应，温度升高，
平衡逆向移动(或平衡常数减小)
解析 图中有分子筛膜时，P点甲醇产率最大，达到平衡状态，P点后甲醇的产率降低，其原因是合成甲醇的反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，甲醇产率降低。
解析 P点有分子筛膜，T点无分子筛膜，而分子筛膜能选择性分离出H2O，使平衡正向移动，提高甲醇的产率。
②P点甲醇产率高于T点的原因为__________________________________________________________________。
分子筛膜从反应体系中不断分离出H2O，
有利于反应正向进行，甲醇产率升高
解析 由题图2可知，当有分子筛膜，温度为210 ℃时，甲醇产率最大，故该分子筛膜的最佳反应温度为210 ℃
③根据题图，在此条件下采用该分子筛膜时的最佳反应温度为______ ℃。
1.反应CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) ΔH2＝－41.2 kJ·ml－1的v－t图像如图1所示，若其他条件不变，只是在反应前增大容器体积使压强减小，则其v－t图像如图2所示。下列说法正确的是①a1>a2 ②a1
解析 由图甲分析可知，各物质发生变化的物质的量等于化学方程式的化学计量数之比，此温度下该反应的化学方程式为2A(g)＋E(g) 2B(g)＋F(g)，故A正确；平衡常数K只与温度有关，平衡状态①和②的温度相同，故K相等，故B正确；该反应前后气体的体积不变，若改变压强，平衡不会发生移动，故t2时刻不可能是增大压强，故C错误；根据方程式知，反应前后气体体积不变，故不可能是压强的变化，t4时刻速率减小，且变化的点不连续，因此是降低温度的结果，故D正确。
3.氨的催化氧化是硝酸工业中的重要反应：4NH3(g)＋5O2(g) 4NO(g)＋6H2O(g) ΔH<0，T1时，将NH3和O2的混合气体充入20 L恒容密闭容器中发生上述反应，各物质的物质的量随时间变化关系如图所示：下列说法正确的是A.0～4 min，v(NH3)＝0.25 ml·L－1·min－1B.加催化剂或缩小容积均可降低反应的 活化能，提高反应速率C.T1时，K＝0.075D.5 min时，改变的条件可能为降低温度
加催化剂可降低反应的活化能，提高反应速率；缩小容积不能改变反应的活化能，故B错误；由图像可知，反应至4 min时反应达到平
5 min时，改变条件，由各组分量的变化的比例关系可知平衡逆向移动，而该反应为放热反应，降低温度平衡正向移动，故D错误。
4.CO2经催化加氢可合成乙烯：2CO2(g)＋6H2(g) C2H4(g)＋4H2O(g)。0.1 MPa时，按n(CO2)∶n(H2)＝1∶3投料，测得不同温度下平衡时体系中各物质浓度的关系如图，下列叙述不正确的是A.该反应的ΔH＜0B.曲线b代表H2O的浓度变化C.N点和M点所处的状态c(H2)不一样D.其他条件不变，T1 ℃、0.2 MPa下 反应达平衡时c(H2)比M点大
解析 温度升高，H2的浓度增大，平衡左移，故逆向吸热，正向放热，ΔH＜0，则曲线a为CO2的浓度变化，根据方程式的比例关系，可知曲线b为H2O的浓度变化，曲线c为C2H4的浓度变化，故A、B正确；N点和M点均处于同一温度T1 ℃下，所处的状态c(H2)是一样的，C错误；其他条件不变，T1 ℃、0.2 MPa相对0.1 MPa，增大了压强，体积减小，c(H2)增大，反应达平衡时c(H2)比M点大，D正确。
5.在某密闭恒容容器中发生反应：X(g) Y(g)＋nZ(g) ΔH＝Q kJ·ml－1(Q>0)。反应体系2 min时达到平衡后，各物质的浓度在不同条件下的变化如图所示(第12 min到16 min的X浓度变化曲线未标出)。下列说法不正确的是A.反应方程式中n＝1B.12～14 min内，用Y表示的平均速率 为0.005 ml·L－1·min－1C.在6～10 min内，反应吸收的热量为 0.015Q kJD.第12 min时，Z曲线发生变化的原因是移走一部分Z
解析 根据图像可知6～12 min时X减少了0.055 ml·L－1－0.04 ml·L－1＝0.015 ml·L－1，Z增加了0.085 ml·L－1－0.07 ml·L－1＝0.015 ml·L－1，因此反应方程式中n＝1，A正确；12～14 min内，用Y表示的平均速率为 ＝0.005 ml·L－1·min－1，B正确；在6～10 min内X减少了0.055 ml·L－1－0.04 ml·L－1＝0.015 ml·L－1，但容器容积未知，因此不能计算反应吸收的热量，C错误；
第12 min时Z的浓度瞬间减小，随后逐渐增大，这说明Z曲线发生变化的原因是移走一部分Z，D正确。
6.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如图所示。下列说法中错误的是A.250 ℃时，催化剂的活性最大B.250～300 ℃时，温度升高而乙 酸的生成速率降低的原因是催 化剂的催化效率降低C.300～400 ℃时，乙酸的生成速率升高的原因是催化剂效率增大D.300～400 ℃时，乙酸的生成速率升高的原因是温度升高
解析 由图可知，250 ℃时，催化剂的活性最大，A项正确；250～300 ℃时，温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是温度超过250 ℃时，催化剂的催化效率降低，B项正确；
300～400 ℃时， 乙酸的生成速率升高的原因是温度升高，故C项错误、D项正确。
7.一定条件下，利用CO2合成CH3OH 的反应如下：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1，研究发现，反应过程中会有副反应：CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g) ΔH2，温度对CH3OH、CO产率的影响如图所示。下列说法不正确的是A.ΔH1<0，ΔH2>0B.增大压强有利于加快合成反应的速率C.生产过程中，温度越高越有利于提高CH3OH 的产率D.合成CH3OH反应的平衡常数表达式是K＝
解析 根据图示，升高温度CH3OH的产率降低，CO2(g)＋3H2(g)CH3OH (g)＋H2O(g)平衡向逆反应方向移动，ΔH1<0，升高温度CO的产率增大，CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)平衡向正反应方向移动，ΔH2>0，A项正确；反应有气体参与，增大压强有利于加快合成反应的速率，B项正确；由图像可见，温度越高CH3OH的产率越低，C项错误；
根据化学平衡常数的概念，合成CH3OH反应的平衡常数表达式是K＝
8.(NH4)2SO3氧化是氨法脱硫的重要过程。某小组在其他条件不变时，分别研究了一段时间内温度和(NH4)2SO3初始浓度对空气氧化(NH4)2SO3速率的影响，结果如图。下列说法不正确的是A.60 ℃之前，氧化速率增大与温 度升高化学反应速率加快有关B.60 ℃之后，氧化速率降低可能 与O2的溶解度下降及(NH4)2SO3 受热易分解有关C.(NH4)2SO3初始浓度增大到一定程度，氧化速率变化不大，与 水解程度 增大有关D.(NH4)2SO3初始浓度增大到一定程度，氧化速率变化不大，可能与O2的溶解 速率有关
解析 温度越高，氧化速率越快，60 ℃之前，氧化速率增大与温度升高化学反应速率加快有关，故A正确；反应物浓度降低，反应速率降低，温度升高后O2的溶解度下降及(NH4)2SO3受热易分解，均使反应物浓度降低，故B正确； 水解不影响溶液中＋4价硫的总浓度，故C错误；当亚硫酸铵的浓度增大到一定程度后，亚硫酸根离子被氧化的速率大于氧气的溶解速率，因氧气的溶解速率较小导致亚硫酸根离子的氧化速率变化不大，故D正确。
9.炼铁的还原剂CO是由焦炭和CO2反应而得。现将焦炭和CO2放入体积为2 L的密闭容器中，高温下进行下列反应：C(s)＋CO2(g) 2CO(g) ΔH＝Q kJ·ml－1。图为CO2、CO的物质的量n随时间t的变化关系图。下列说法正确的是A.0～1 min，v(CO)＝1 ml·L－1·min－1；1～ 3 min时，v(CO)＝v(CO2)B.当容器内的压强不变时，反应一定达到平 衡状态，且 <1C.3 min时温度由T1升高到T2，则Q＞0，再达平衡时 ≈4.7D.5 min时再充入一定量的CO，a、d曲线分别表示n(CO)、n(CO2)的变化
解析 依据图像分析单位时间段内一氧化碳和二氧化碳物质的量的变化，0～1 min，一氧化碳物质的量增加2 ml，反应速率v(CO)＝＝1 ml·L－1·min－1,1～3 min时，平衡不发生移动，反应速率之比等于化学计量数之比，v(CO)＝2v(CO2)，故A错误；反应是气体体积增大的反应，压强不变，说明反应达到平衡，反应气体物质的量之比等于压强之比，p(平衡)＞p(起始)，故B错误；
依据图像3 min时升高温度，一氧化碳增多说明反应是吸热反应，T1反应达平衡时，一氧化碳物质的量为2 ml，二氧化碳物质的量为7 ml，平衡常数K(T1)＝ ，T2反应达平衡时，一氧化碳物质的量为4 ml，二氧化碳物质的量为6 ml，平衡常数K(T2)＝
增加一氧化碳，瞬间一氧化碳物质的量增大，然后反应平衡逆向进行，一氧化碳减小，二氧化碳增大，b为二氧化碳，c为一氧化碳，故D错误。
10.反应为CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g) ΔH<0。在一定条件下，将1 ml CO和2 ml H2通入密闭容器中进行反应，当改变某一外界条件(温度或压强)时，CH3OH的体积分数φ(CH3OH)变化趋势如图所示：(1)平衡时，M点CH3OH的体积分数为10%，则CO的转化率为______。
解析 设反应中消耗x ml CO，由题意建立如下三段式： CO(g) ＋ 2H2(g) CH3OH(g)起始/ml 1 2 0转化/ml x 2x x平衡/ml 1－x 2－2x x
解析 该反应为气态物质分子数减小的放热反应，增大压强，φ(CH3OH)增大，升高温度，φ(CH3OH)减小，则由图可知，X轴代表压强，Y轴表示温度。
(2)X轴上a点的数值比b点_____(填“大”或“小”)。某同学认为题图中Y轴表示温度，你认为他判断的理由是_________________________________________________________________________________________。
随着Y值的增大，c(CH3OH)减小，平衡CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)向逆反应方向移动，故Y为温度
解析 温度越高，反应速率越快，d点温度高，则c点的逆反应速率和d点的正反应速率的大小关系为v逆(c)＜v正(d)。
11.用(NH4)2CO3捕碳的反应：(NH4)2CO3(aq)＋H2O(l)＋CO2(g) 2NH4HCO3(aq)。为研究温度对(NH4)2CO3捕获CO2效率的影响，将一定量的(NH4)2CO3溶液置于密闭容器中，并充入一定量的CO2气体，保持其他初始实验条件不变，分别在不同温度下，经过相同时间测得CO2气体浓度，得到趋势图：(1)c点的逆反应速率和d点的正反应速率的大小关系为v逆(c)_____v正(d)(填“＞”“＝”或“＜”，下同)。
解析 根据图像，温度为T3时反应达平衡，此后温度升高，c(CO2)增大，平衡逆向移动，说明反应是放热反应，升高温度，平衡逆向进行，平衡常数减小，Kb＞Kc＞Kd。
(2)b、c、d三点的平衡常数Kb、Kc、Kd从大到小的顺序为____________。
解析 T3～T4区间，化学反应已达到平衡，由于正反应是放热反应，温度升高，平衡向逆反应方向移动，不利于CO2的捕获，所以容器内CO2气体浓度呈现增大的变化趋势。
(3)T3～T4温度区间，容器内CO2气体浓度呈现增大的变化趋势，其原因是_____________________________________________________________________________________________________。
T3～T4区间，化学反应已达到平衡，由于正反应是放热反应，温度升高平衡向逆反应方向移动，不利于CO2 的捕获
12.回收利用硫和氮的氧化物是保护环境的重要举措。(1)在模拟回收硫的实验中，向某恒容密闭容器中通入2.8 ml CO和1 ml SO2气体，反应在不同条件下进行，反应体系总压强随时间的变化如图所示。①与实验a相比，实验c改变的实验条件可能是__________。
解析 a、c开始均通入2.8 ml CO和1 ml SO2，容器的容积相同，而起始时c的压强大于a，物质的量与体积一定，压强与温度呈正比关系，故c组改变的实验条件可能是升高温度。
②请利用体积分数计算该条件下实验b的平衡常数K＝________________。(列出计算式即可)(注：某物质的体积分数＝ )
解析 设消耗二氧化硫的物质的量为x ml， 2CO(g)＋SO2(g) 2CO2(g)＋S(s)，起始量/ml 2.8 1 0变化量/ml 2x x 2x平衡量/ml 2.8－2x 1－x 2x
(2)用NH3消除NO污染的反应原理为：4NH3(g)＋6NO(g) 5N2(g)＋6H2O(l) ΔH＝－1 807.98 kJ·ml－1。不同温度条件下，NH3与NO的物质的量之比分别为4∶1、3∶1、1∶3，得到NO脱除率曲线如图所示。①曲线a中NH3的起始浓度为4×10－5ml·L－1，从A点到B点经过1 s，该时间段内NO的脱除速率为________________mg·L－1·s－1。
6×10－2(或0.06)
解析 曲线a中NH3的起始浓度为4×10－5ml·L－1，即NO的起始浓度为1×10－5ml·L－1，从A点到B点经过1 s，根据图像，NO的脱除率从55%上升到75%，则该段时间内NO的脱除量为Δc＝1×10－5ml·L－1×(75%－55%)＝2×10－6ml·L－1，时间间隔为Δt＝1 s，所以该段时间内NO的脱除速率为 ＝2×10－6ml·L－1·s－1，NO的相对分子质量为30，即6×10－2mg·L－1·s－1。
②不论以何种比例混合，温度超过900 ℃，NO脱除率骤然下降，除了在高温条件下氮气与氧气发生反应生成NO，可能的原因还有(一条即可)__________________________________________________________。
该反应的正反应是放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动
解析 n(H2)∶n(CO)越大，CO的转化率越大，故曲线a表示n(H2)∶n(CO)＝3∶1的变化曲线。
13.甲醇是一种可再生能源，具有广阔的开发和应用前景，可用Pt/Al2O3、Pd/C、Rh/SiO2等作催化剂，采用如下反应来合成甲醇：2H2 (g)＋CO(g) CH3OH(g)。(1)某科研小组用Pd/C作催化剂，在450 ℃时，研究了n(H2)∶n(CO)分别为2∶1、3∶1时CO转化率的变化情况(如图1)，则图中表示n(H2)∶n(CO)＝3∶1的变化曲线为________(填“曲线a”或“曲线b”)。
则从反应开始到20 min时，CO的平均反应速率为_____________________，该温度下的平衡常数K为____。
(2)某化学研究性学习小组模拟工业合成甲醇的反应，在2 L的恒容密闭容器内充入1 ml CO和2 ml H2，加入合适催化剂后在某温度下开始反应，并用压力计监测容器内压强的变化如下：
0.012 5 ml·L－1·min－1
设反应中参加反应的CO的物质的量为x ml，则： 2H2 (g)＋CO(g) CH3OH(g)起始/ml 2 1 0变化/ml 2x x x平衡/ml 2－2x 1－x x故(2－2x)＋(1－x)＋x＝2，解得x＝0.5，
解析 反应进行到20 min时达到平衡，在恒温恒容容器中压强与气体的物质的量成正比，起始时总物质的量为3 ml，压强为12.6 MPa，平衡时压强为8.4 MPa，
则从反应开始到20 min时，
(3)将CO和H2加入密闭容器中，在一定条件下发生反应：CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g) ΔH<0。平衡时CO的体积分数(%)与温度和压强的关系如图2所示(虚线框表示没有测定该条件下的数据)。T1、T2、T3由大到小的关系是________，判断理由是_________________________________________________________________________________________________。
越大，CO的体积分数越小，T1、T2、T3对应的CO的体积分数逐渐增大，该平衡向左移动，则T3>T2>T1
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