2025版高考化学一轮总复习第7章化学反应速率和化学平衡第26讲化学反应速率和平衡图像及分析提能训练

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这是一份2025版高考化学一轮总复习第7章化学反应速率和化学平衡第26讲化学反应速率和平衡图像及分析提能训练，共12页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。

1．反应mA(g)＋nB(g)pC(g)的速率和平衡图像如下，下列判断正确的是( C )
A．由图1可知，T1B．由图2可知，该反应m＋nC．图3中，表示反应速率v正>v逆的是点3
D．图4中，若m＋n＝p，则a曲线一定使用了催化剂
[解析] 由图1可知，温度在T2时首先达到平衡，故T1p，B项错误；图3曲线上的点表示的是平衡状态，v正＝v逆，点3低于平衡转化率，说明点3未达到平衡，反应向正反应方向进行，此时表示的反应速率：v正>v逆，C项正确；图4中，若m＋n＝p，则a曲线达到平衡所需要的时间比b短，可能是使用了催化剂，也可能是增大了压强，D项错误。
2．在2 L恒容密闭容器中充入1 ml CO、2 ml H2，在一定条件下发生如下反应：2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g) ΔH＝－90.1 kJ·ml－1；CO的平衡转化率与温度、压强之间的关系如图所示。下列推断正确的是( C )
A．工业上，利用上述反应合成甲醇，温度越高越好
B．图像中X代表压强，M1与M2代表不同温度，且M2>M1
C．图像中P点代表的平衡常数K的数值为4
D．若维持温度和容器容积不变，再充入1 ml CO、2 ml H2，达到平衡时CO的转化率不变
[解析] 该反应的正反应为放热反应，升高温度，虽然化学反应速率加快，但平衡逆向移动，甲醇的产率减小，故利用该反应合成甲醇时温度不是越高越好，A项错误；该反应的正反应为气体体积减小的放热反应，温度一定时，增大压强，平衡正向移动，CO的平衡转化率增大，压强一定时升高温度，平衡逆向移动，CO的平衡转化率减小，图像中X代表压强，M1与M2代表温度且M2 CO(g) ＋ 2H2(g)CH3OH(g)
eq \(\s\up7(c起始),\s\d5(ml·L－1)) 0.5 1 0
eq \(\s\up7(c转化),\s\d5(ml·L－1)) 0.5×0.5 0.5 0.25
eq \(\s\up7(c平衡),\s\d5(ml·L－1)) 0.25 0.5 0.25
平衡常数K＝eq \f(cCH3CH,cCO·c2H2)＝eq \f(0.25,0.25×0.52)＝4，C项正确；该反应的正反应气体体积减小，若维持温度和容器容积不变，再充入1 ml CO、2 ml H2，相当于增大压强，平衡正向移动，达到平衡时，CO的转化率增大，D项错误。
3．(2024·重庆模拟)已知：2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的反应历程分两步：
第1步：2NO(g)N2O2(g)(快) ΔH1<0
第2步：N2O2(g)＋O2(g)2NO2(g)(慢) ΔH2<0
在固定容积的容器中充入一定量NO和O2发生上述反应，测得体系中部分物质的物质的量(n)随温度(T)的变化如图所示。下列说法错误的是( D )
A．第1步、第2步正反应活化能分别为E1、E2，则E1B．a点后，n(N2O2)迅速减小的原因是第1步平衡逆向移动，第2步速率加快
C．b点后，n(N2O2)增加的原因是第2步平衡逆向移动的程度比第1步的大
D．若其他条件不变，仅将容器变为恒压状态，则体系建立平衡的时间不变
[解析] 第2步是慢反应，由活化能越大反应速率越慢，可知第2步正反应活化能较大，则E14．以表面覆盖Cu2Al2O4的二氧化钛为催化剂，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。下列说法错误的是( C )
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的催化效率增大
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，C项错误，D项正确。
5．(2023·陕西渭南一模)羰基硫(COS)是以煤、石油、天然气为原料生产的化工原料气中有机硫的主要形式。COS催化水解的反应为COS(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2S(g) ΔH<0，在相同投料比、相同气流速度、相同时间内，测得不同温度及不同催化剂下COS水解反应的转化率如图所示：
下列说法正确的是( B )
A．N点为该反应达到平衡状态的点
B．正反应的平均反应速率：P>N>M
C．任何温度下，γ-Al2O3的催化效果都比TiO2好
D．150 ℃时，用γ-Al2O3作催化剂，达到平衡时CO2的体积分数最大
[解析] 由题图可知，在N点对应温度下，由TiO2作催化剂时COS的转化率更高，可知N点并未达到平衡状态，A项错误；相同时间内COS的转化率越大催化效率越高，正反应的平均反应速率P>N>M，B项正确；低温时γ-Al2O3对COS水解反应的催化效果好，C项错误；在相同温度下，无论用哪种催化剂，达到平衡时CO2的体积分数都一样，D项错误。
6．(2023·北师大实验中学一模)在一定条件下，利用CO2合成CH3OH的反应为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的平衡产率影响如图所示。下列说法中，不正确的是( C )
A．ΔH1<0，ΔH2>0
B．增大压强有利于加快合成反应的速率
C．实际生产过程中，升高温度一定降低CH3OH的产率
D．实际生产过程中，可以通过使用合适的催化剂提高CH3OH的选择性
[解析] 由题干图像信息可知，升高温度CO的平衡产率增大，即副反应正向移动，则ΔH2>0，CH3OH的平衡产率减小，即合成反应逆向移动，则ΔH1<0，A正确；增大压强即压缩体积，反应物浓度增大，故有利于加快合成反应的速率，B正确；实际生产过程中，往往保持一定流速通入气体反应物，故在反应未达到平衡之前，温度越高反应速率越快，则CH3OH的产率越大，反应达到平衡后再升高温度平衡逆向移动，则CH3OH的产率反而降低，故升高温度不一定降低CH3OH的产率，C不正确；实际生产过程中，可以通过使用合适的催化剂提高CH3OH的选择性，减少副反应的发生而提高原料的利用率和CH3OH的产率，D正确。
7．(2023·广东汕头期末)某实验小组研究CO2和CH4反应得到合成气的原理为CO2(g)＋CH4(g)2CO(g)＋2H2(g)。向容积为1 L的密闭容器中充入1 ml CH4和1 ml CO2，反应过程中CO2的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。
下列有关说法正确的是( C )
A．该反应的ΔH<0
B．压强：p2>p1
C．1 100 ℃时，该反应的平衡常数为12.96
D．反应达到平衡后在容器内再充入1 ml CH4和1 ml CO2，此时CO2的平衡转化率会增大
[解析] 由题图可知，压强相同时，温度升高，CO2的平衡转化率增大，说明升高温度平衡正向移动，故题给反应的ΔH>0，A错误；由题图可知，温度相同时，p2压强下CO2的平衡转化率更大，结合反应CO2(g)＋CH4(g)2CO(g)＋2H2(g)可知，增大压强，化学平衡逆向移动，CO2的平衡转化率减小，故压强：p2 CO2(g)＋CH4(g)2CO(g)＋2H2(g)
eq \(\s\up7(起始浓度),\s\d5(ml/L)) 1 1 0 0
eq \(\s\up7(转化浓度),\s\d5(ml/L)) 0.6 0.6 1.2 1.2
eq \(\s\up7(平衡浓度),\s\d5(ml/L)) 0.4 0.4 1.2 1.2
该反应的平衡常数K＝eq \f(c2CO·c2H2,cCO2·cCH4)＝eq \f(1.22×1.22,0.4×0.4)＝12.96，C正确；反应达到平衡后在容器内再充入1 ml CH4和1 ml CO2，相当于对容器加压，化学平衡逆向移动，故此时CO2的平衡转化率会减小，D错误。
8．(2024·辽宁铁岭联考)某实验团队研究在不同条件下合成氨，平衡时氨的含量与起始氢氮比eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(nH2,nN2)))之间的关系如图所示。
下列说法正确的是( C )
A．T0<420
B．b点时的转化率：α(N2)>α(H2)
C．a、b、c、d四点对应的平衡常数：Kb＝Kc>Ka>Kd
D．工业合成氨一般以α-铁触媒为催化剂，400～500 ℃条件下反应，选取该温度的主要原因是氨的平衡产率更高
[解析] 已知合成氨的反应N2＋3H2eq \(,\s\up7(高温、高压),\s\d5(催化剂))2NH3是一个放热反应，升高温度，平衡逆向移动，NH3的百分含量减小，由曲线①④可知，T0>420，A错误；由题图可知，b点时eq \f(nH2,nN2)＝3.0，故平衡时转化率：α(N2)＝α(H2)，B错误；已知合成氨的反应是一个放热反应，升高温度，平衡逆向移动，化学平衡常数减小，温度不变，平衡常数不变，由A项分析可知，T0>420，故a、b、c、d四点对应的平衡常数：Kb＝Kc>Ka>Kd，C正确；催化剂不能使化学平衡发生移动，工业合成氨一般以α-铁触媒为催化剂，400～500 ℃条件下反应，选取该温度的主要原因不是氨的平衡产率更高，而是该温度条件下催化剂的活性最强，D错误。
9．(2024·山东临沂期中)常温下，某溶液初始时仅溶有P和Q且浓度相等，同时发生以下两个反应：①P＋QX＋Z、②P＋QY＋Z，反应①的速率可表示为v1＝k1c2(P)，反应②的速率可表示为v2＝k2c2(P)(k1、k2为速率常数)。反应体系中组分Q、X的浓度随时间变化情况如图所示(溶液体积变化忽略不计)。
下列说法不正确的是( B )
A．反应①的活化能比反应②的活化能大
B．0～20 min内，Z的平均反应速率为6.0×10－3 ml·L－1·min－1
C．反应30 min时，v1∶v2＝2∶3
D．45 min时，Y的浓度为0.24 ml·L－1
[解析] 由题图可知P、Q的初始浓度均为0.6 ml·L－1，v1＝k1c2(P)＝eq \f(ΔcX,Δt)，v2＝k2c2(P)＝eq \f(ΔcY,Δt)，则eq \f(v1,v2)＝eq \f(k1,k2)＝eq \f(ΔcX,ΔcY)为定值，20 min时，由题图可知，Δc(X)＝0.12 ml·L－1，Δc(Q)＝0.3 ml·L－1＝Δc(X)＋Δc(Y)，则Δc(Y)＝0.3 ml·L－1－0.12 ml·L－1＝0.18 ml·L－1，即eq \f(v1,v2)＝eq \f(0.12 ml·L－1,0.18 ml·L－1)＝eq \f(2,3)，相同条件下反应①的速率小于反应②，所以反应①的活化能大于反应②，故A正确；0～20 min内，Z的浓度变化量与Q的浓度变化量相同，所以Δc(Z)＝Δc(Q)＝0.3 ml·L－1，Z的平均反应速率为eq \f(ΔcZ,Δt)＝eq \f(0.3 ml·L－1,20 min)＝0.015 ml·L－1·min－1，故B错误；温度不变时，eq \f(v1,v2)＝eq \f(k1,k2)始终为定值，即eq \f(v1,v2)＝eq \f(2,3)，故C正确；45 min时，Q的浓度为0.2 ml·L－1，Δc(Q)＝Δc(X)＋Δc(Y)＝0.6 ml·L－1－0.2 ml·L－1＝0.4 ml·L－1，根据eq \f(v1,v2)＝eq \f(ΔcX,ΔcY)＝eq \f(2,3)，可得Y的浓度为0.4 ml·L－1×eq \f(3,5)＝0.24 ml·L－1，故D正确。
10．(2024·湖南湘西州模拟改编)工业上用C6H5Cl和H2S的高温气相反应制备苯硫酚(C6H5SH)，同时有副产物C6H6生成：
Ⅰ.C6H5Cl(g)＋H2S(g)C6H5SH(g)＋HCl(g) ΔH1
Ⅱ.C6H5Cl(g)＋H2S(g)C6H6(g)＋HCl(g)＋eq \f(1,8)S8(g) ΔH2
使C6H5Cl和H2S按物质的量1∶1进入反应器，定时测定反应器尾端出来的混合气体中各产物的量，得到单程收率eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(生产目的产物所消耗的原料量,进入反应器的原料量)×100%))与温度的关系如图所示。下列说法正确的是( B )
A．ΔH1<0，ΔH2<0
B．反应Ⅱ的活化能较大
C．590 ℃以上，随温度升高，反应Ⅰ消耗H2S增多
D．645 ℃时，反应Ⅰ的化学平衡常数K＝eq \f(1,9)
[解析] 温度大于590 ℃时，随温度升高，苯硫酚的单程收率降低，说明ΔH1<0；随温度升高，苯的单程收率增大，则ΔH2>0，A错误；温度较低时，苯的单程收率小，说明Ⅱ反应速率小，Ⅱ的活化能较大，B正确；590 ℃以上，随温度升高，苯硫酚的单程收率降低，反应Ⅰ消耗H2S减少，C错误；设通入氯苯、H2S的物质的量各为1 ml,645 ℃时，苯硫酚的单程收率为20%、苯的单程收率为20%，则反应Ⅰ消耗0.2 ml C6H5Cl和0.2 ml H2S，生成0.2 ml C6H5SH和0.2 ml HCl；反应Ⅱ消耗0.2 ml C6H5Cl和0.2 ml H2S，生成0.2 ml C6H6、0.2 ml HCl及0.025 ml S8；容器中含有0.6 ml C6H5Cl、0.6 ml H2S、0.2 ml C6H5SH、0.4 ml HCl；反应Ⅰ的化学平衡常数为K＝eq \f(\f(0.2,V)×\f(0.4,V),\f(0.6,V)×\f(0.6,V))＝eq \f(2,9)，D错误。
二、非选择题：本题共3小题。
11．将甲醇转化耦合到丁烯裂解过程中生产丙烯，主要涉及下列反应：
①2C4H8(g)―→2C3H6(g)＋C2H4(g) ΔH>0
②2CH3OH(g)―→C2H4(g)＋2H2O(g) ΔH<0
③C2H4(g)＋C4H8(g)2C3H6(g) ΔH<0
已知：甲醇吸附在催化剂上，可以活化催化剂；甲醇浓度过大也会抑制丁烯在催化剂上的转化。
(1)图1是C3H6及某些副产物的产率与eq \f(nCH3OH,nC4H8)的关系曲线，最佳的eq \f(nCH3OH,nC4H8)约为 1.0 。
(2)图2是某压强下，将CH3OH和C4H8按一定的物质的量之比投料，反应达到平衡时C3H6的体积分数随温度的变化曲线。由图可知平衡时C3H6的体积分数随温度的升高呈现先升高后降低，其原因可能是 300～500 ℃时，丁烯裂解(反应①)为主要反应，是吸热反应，升高温度，平衡正移，使C3H6的体积分数增大；温度高于500 ℃时，反应②③均为主要反应，是放热反应，升高温度，平衡逆移，使C3H6的体积分数降低，同时温度升高易发生副反应，C3H6可能转化为C2H4、C3H8、C4H10、Ceq \\al(＋,5)等，使C3H6的体积分数降低。
[解析] (1)由题图1可知，当eq \f(nCH3OH,nC4H8)约为1.0时，C3H6的产率最高。
(2)略。
12．(2023·山西太原期末)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)将一定量的CO(g)和H2O(g)充入某恒容密闭容器中，测得在不同催化剂作用下，相同时间内CO的转化率与温度的变化如图1所示，点1～3中，达到平衡状态的点是 3 ；降低水煤气变换反应活化能效果最差的催化剂是 Ⅲ (填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)。
(2)对于反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，采用催化剂Ⅰ，在1 073 K和973 K时，在恒容密闭容器中充入等物质的量的CO(g)、H2O(g)，CO的转化率随时间变化的结果如图2所示。
①下列能表示该反应达到化学平衡状态的是 D (填字母)。
A．容器内压强不再变化
B．容器内气体的密度不再变化
C．混合气体的平均摩尔质量不再变化
D．v正(CO)＝v逆(CO2)
②973 K时CO的平衡转化率α＝ 27 %，1 073 K时该反应的平衡常数K＝ eq \f(1,9) (写成分数形式，下同)。
③已知反应速率v＝v(正)－v(逆)＝k(正)x(CO)·x(H2O)－k(逆)x(CO2)·x(H2)，k(正)、k(逆)分别为正、逆向反应速率常数，x为物质的量分数，计算点a处的eq \f(v正,v逆)＝ eq \f(16,9) 。
[解析] (1)从题图中可知，同等条件下，在催化剂Ⅰ的作用下，相同时间内CO的转化率是最高的，所以催化剂Ⅰ的催化效果是最好的，催化剂Ⅲ效果最差，速率最慢，所以降低活化能的效果最差；该反应在点3达到平衡状态。
(2)①该反应为气体分子数不变的反应，故反应过程中，容器内压强始终不变，A项错误；恒容则容器容积不变，容器内气体的质量不变，故混合气体的密度始终不变，B项错误；气体的质量不变，气体的物质的量也不变，混合气体的平均摩尔质量也一直保持不变，C项错误；该反应过程中始终存在v正(CO)＝v正(CO2)，所以v正(CO2)＝v逆(CO2)时，同一种物质的反应速率v(正)＝v(逆)，反应达到平衡状态，故v正(CO)＝v逆(CO2)可以作为反应达到平衡的标志，D项正确。②该反应为放热反应，降低温度，平衡正向移动，CO的平衡转化率增大，973 K时反应的平衡转化率是27%。设CO(g)、H2O(g)的起始浓度均为1 ml·L－1，由题图知，1 073 K时CO的平衡转化率为25%。由三段式可知：
CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)
eq \f(起始浓度,ml·L－1) 1 1 0 0
eq \f(转化浓度,ml·L－1) 0.25 0.25 0.25 0.25
eq \f(平衡浓度,ml·L－1) 0.75 0.75 0.25 0.25
K＝eq \f(0.25×0.25,0.75×0.75)＝eq \f(1,9)。
③由v＝v(正)－v(逆)＝k(正)x(CO)·x(H2O)－k(逆)x(CO2)·x(H2)可知，v(正)＝k(正)x(CO)·x(H2O)，v(逆)＝k(逆)x(CO2)·x(H2)。平衡时有v(正)＝v(逆)，即eq \f(k正,k逆)＝eq \f(xCO2·xH2,xCO·xH2O)＝K＝eq \f(1,9)，点a处CO的转化率为20%。由三段式可知：
CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)
eq \f(起始浓度,ml·L－1) 1 1 0 0
eq \f(转化浓度,ml·L－1) 0.20 0.20 0.20 0.20
eq \f(a点浓度,ml·L－1) 0.80 0.80 0.20 0.20
点a处的eq \f(v正,v逆)＝eq \f(K×0.80×0.80,0.20×0.20)＝eq \f(16,9)。
13．(2024·广东惠州期中)减少氮的氧化物和碳的氧化物在大气中的排放是环境保护的重要内容之一。
(1)已知：N2(g)＋O2(g)===2NO(g) ΔH＝＋180.5 kJ/ml
C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝－393.5 kJ/ml
2C(s)＋O2(g)===2CO(g) ΔH＝－221 kJ/ml
若某反应的平衡常数表达式为eq \f(cN2c2CO2,c2NOc2CO)，请写出此反应的热化学方程式： 2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g) ΔH＝－746.5 kJ/ml 。
(2)利用H2和CO2在一定条件下可以合成乙烯：6H2(g)＋2CO2(g)eq \(,\s\up7(催化剂))CH2===CH2(g)＋4H2O(g)，已知不同温度对CO2的平衡转化率及催化剂的效率影响如图所示。下列有关说法正确的是 ②⑤ (填序号)。
①不同条件下反应，N点的速率最大
②M点时平衡常数比N点时平衡常数大
③温度低于250 ℃时，随温度升高乙烯的产率增大
④实际反应中应尽可能在较低的温度下进行，以提高CO2的平衡转化率
⑤该反应ΔH<0
(3)在密闭容器中充入5 ml CO和4 ml NO，发生上述(1)中某反应，如图为平衡时NO的体积分数与温度、压强的关系。
①温度：T1 > (填“<”或“>”)T2。
②某温度下，若反应进行到10分钟达到平衡状态D点时，容器的容积为2 L，则此时的平衡常数K＝ 0.22 (保留两位有效数字)；用CO的浓度变化表示的平均反应速率v(CO)＝ 0.1ml/(L·min) 。
③若在D点对反应容器升温的同时扩大容积至体系压强减小，重新达到的平衡状态可能是图中A～G点中的 A 点。
[解析] (1)由平衡常数表达式知目标方程式为2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)，根据盖斯定律，可知ΔH＝－746.5 kJ/ml。
(2)①随着温度的升高，化学反应速率增大，但催化剂的催化效率先升高后降低，所以N点的反应速率不一定最大，错误；②随温度升高CO2的平衡转化率减小，说明温度升高平衡逆向移动，所以该反应的ΔH<0，M点时温度低于N点，故M点时平衡常数比N点时平衡常数大，正确；③温度低于250 ℃时，随温度升高乙烯的产率减小，错误；④该反应在较低的温度下进行能提高CO2的平衡转化率，但温度低，反应速率小，实际反应中应尽可能在250 ℃下进行，错误；⑤随温度升高CO2的平衡转化率减小，说明温度升高平衡逆向移动，所以该反应的ΔH<0，正确。
(3)①2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g) ΔH＝－746.5 kJ/ml，升高温度平衡逆向移动，NO的体积分数增大，所以T1>T2。
②在2 L密闭容器中充入5 ml CO和4 ml NO，则CO和NO的起始浓度分别为2.5 ml/L和2 ml/L。设NO浓度的变化量为2x ml/L，
2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)
eq \(\s\up7(起始/),\s\d5(ml/L)) 2 2.5 0 0
eq \(\s\up7(转化/),\s\d5(ml/L)) 2x 2x x 2x
eq \(\s\up7(平衡/),\s\d5(ml/L)) 2－2x 2.5－2x x 2x
eq \f(2－2x,2－2x＋2.5－2x＋x＋2x)＝0.25，解得x＝0.5，K＝eq \f(0.5×12,12×1.52)≈0.22；根据v＝eq \f(Δc,Δt)，用CO的浓度变化表示的平均反应速率v(CO)＝eq \f(1 ml/L,10 min)＝0.1 ml/(L·min)。
③若在D点对反应容器升温的同时扩大容积至体系压强减小，平衡逆向移动，NO体积分数增大，故重新达到的平衡状态可能是图中的A点。