模板03 化学反应速率与平衡图像分析-2025年高考化学答题技巧与模板构建专练(新高考通用）

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化学反应速率和平衡图像题的呈现方式变得越来越新颖，如试题中涉及的图像已不仅仅是速率与简单的化学平衡，研究体系也已不是单纯的气相体系，往往根据实际工业生产，更多的是研究复杂液相反应体系，坐标参数也不再局限于时间、温度、压强、速率、转化率、百分含量，而是有更多的变量，像物质的量之比、气体分压或离子浓度的对数或负对数等，分析投料比、转化率、产率的变化。多变量图象题是高考考查的一个方向和趋势，它是指在一个图上存在多个变量的图象，此类题的特点是：一方面信息量大，考查了读图能力；另一方面多变量的存在，考查了分析推理能力，在新课标高考中受到命题者的青睐。
技法01 速率-时间图像
1．常见图像形式
(1)速率-时间图像
常见含“断点”的速率变化图像分析
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。
t1时刻改变的条件是使用催化剂或可能加压(仅适用于反应前后气体物质的量不变的反应)。
2．析图关键
①找平衡点：c（或n）保持不变的点。
②找出曲线变化的影响因素，若存在多种影响因素，根据曲线变化趋势确定哪种因素是主要因素。
技法02 含量/转化率-时间-压强/温度图像
1．常见图像形式
图Ⅰ．T2下先达到平衡，则T2＞T1，温度升高，生成物含量降低，平衡逆向移动，正反应是放热反应。
图Ⅱ．p2下先达到平衡，则p2＞p1，压强增大，反应物的转化率减小，说明正反应是反应前后分子数增大的反应。
图Ⅲ．生成物的百分含量不变，说明平衡不发生移动，但反应速率a＞b，故a可能使用了催化剂；若该反应是反应前后分子数相等的可逆反应，a也可能是增大压强(压缩体积)。
2．析图关键
1“先拐先平数值大”。在化学平衡图像中，先出现拐点的反应先达到平衡，先出现拐点的曲线表示的温度较高、压强较大或使用了催化剂。
2正确掌握图像中反应规律的判断方法。
技法03 转化率(或含量)—温度/压强图像
1．常见图像形式：
(1)恒压线图像
当压强相等（任意一条恒压线）时温度升高，A的转化率增大，平衡正向移动，这则正反应为吸热反应。
当温度相等时，即作垂直于横轴的辅助线，与三条恒压线交于三点，这三点自下而上压强增大，A的妆化率增大，平衡正向移动，则正反应为反应前后气体分子数减小的反应。
(2)恒温线图像
当温度相等(任意一条等温线)时，增大压强，A的转化率增大，说明增大压强平衡正向移动，即正反应是气体体积减小的反应。
当压强相等时，在图3中作直线，与两条等温线交于两点，这两点自下而上为降低温度，A的转化率增大，说明降低温度平衡正向移动，即正反应为放热反应。
(3)含量（转化率）—温度曲线
①对于反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g) ΔH＜0。
M点之前，温度越高，反应速率越大，反应物浓度减小或生成物浓度增大；M点时达到平衡状态；
M点之后，温度升高，反应物浓度增大或生成物浓度减小。发生变化的原因有：
a．反应放热，升温，平衡逆向移动；
b．温度升高，催化剂活性降低，反应速率减小，反应可能未达到平衡状态。
②平衡转化率-温度曲线
如图所示曲线是其他条件不变时，某反应物的平衡转化率与温度的关系曲线。图中标出的1、2、3、4四个点，表示v正＞v逆的是点3，表示v正＜v逆的是点1，而点2、4表示v正＝v逆。
图像曲线上的点全为对应条件下的平衡点。
2．析图关键——关注曲线变化趋势，采取“定一议二”法。
在化学平衡图像中，包括纵坐标、横坐标和曲线所表示的三个量。确定横坐标所表示的量，讨论纵坐标与曲线的关系，或者确定纵坐标所表示的量，讨论横坐标与曲线的关系，即“定一议二”。
技法04 工业生产中的速率和平衡图像
1．含量/转化率—投料比图像
以恒温恒容密闭容器中发生反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)，在不同温度平衡时生成物C的体积分数与投料比的关系为例：
曲线上的点均为不同温度下对应投料比下的平衡点，n(A)：n(B)=a时，平衡时C的体积分数最大。
一定条件下，用Fe2O3、NiO或Cr2O3作催化剂对燃煤烟气进行回收，使SO2转化生成S。催化剂不同，其2．温度—选择性图像
以一定条件下，使用不同催化剂在相同时间内2SO2+O22SO3，SO2的转化率随反应温度的变化图像为例。
340 ℃左右，催化剂的催化能力较大，二氧化硫的转化率也是较大，反应速率较快，所以选择Fe2O3作催化剂，最适宜温度为340 ℃左右；a点以后，催化剂催化能力需要维持在一定的温度下，温度太高，催化剂活性可能会降低。
类型01 时间图像
1．（2023·辽宁卷）一定条件下，酸性KMnO4溶液与H2C2O4发生反应，Mn(Ⅱ)起催化作用，过程中不同价态含Mn粒子的浓度随时间变化如下图所示。下列说法正确的是
A．Mn(Ⅲ)不能氧化H2C2O4
B．随着反应物浓度的减小，反应速率逐渐减小
C．该条件下，Mn(Ⅱ)和Mn(Ⅶ)不能大量共存
D．总反应为：2MnO4-+5C2O42-+16H+ = 2Mn2++10CO2↑+8H2O
【答案】C
【第一步 确定变量】该图像纵坐标为不同价态Mn的浓度，横坐标为时间。
【第二步 分析图像】
【第三步 综合判断】
H2C2O4为弱酸，在离子方程式中应以化学式保留，总反应为2MnO4-+5H2C2O4+6H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O，D错误。
1．（2023·山东卷）一定条件下，化合物E和TFAA合成H的反应路径如下：
已知反应初始E的浓度为0.10ml∙L-1，TFAA的浓度为0.08ml∙L-1，部分物种的浓度随时间的变化关系如图所示，忽略反应过程中的体积变化。下列说法正确的是
A．t1时刻，体系中有E存在
B．t2时刻，体系中无F存在
C．E和TFAA反应生成F的活化能很小
D．反应达平衡后，TFAA的浓度为0.08ml∙L-1
【答案】AC
【第一步 确定变量】该图像为部分物种的浓度随时间的变化关系。
【第二步 分析图像】
【第三步 综合判断】
t1时刻，H的浓度小于0.02 ml∙L-1，此时反应③生成F的浓度小于0.02 ml∙L-1，参加反应①的H的浓度小于0.1 ml∙L-1，则参加反应E的浓度小于0.1 ml∙L-1，所以体系中有E存在，A正确；
B．t2时刻，H为0.08ml∙L-1，TFAA为0.06ml∙L-1，G为0.01 ml∙L-1，则F为0.01 ml∙L-1，所以体系中有F存在，B不正确；
t1之后的某时刻，H为0.02 ml∙L-1，此时TFAA的浓度仍为0，表明此时E和TFAA完全反应生成F，所以E和TFAA生成F的反应速率快，反应的活化能很小，C正确；
D．在t2时刻，H为0.08ml∙L-1，TFAA为0.06ml∙L-1，G为0.01 ml∙L-1，F为0.01 ml∙L-1，只有F、G全部转化为H和TFAA时，TFAA的浓度才能为0.08ml∙L-1，而GH+TFAA为可逆反应，所以反应达平衡后，TFAA的浓度一定小于0.08ml∙L-1，D不正确；
2．（2024·黑吉辽卷）异山梨醇是一种由生物质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，15h后异山梨醇浓度不再变化。下列说法错误的是
A．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．平均速率(异山梨醇)
D．反应②加入催化剂不改变其平衡转化率
【答案】A
【解析】A．由图可知，3小时后异山梨醇浓度继续增大，15h后异山梨醇浓度才不再变化，所以3h时，反应②未达到平衡状态，即正、逆反应速率不相等，故A错误；
B．图像显示该温度下，15h后所有物质浓度都不再变化，且此时山梨醇转化完全，即反应充分，而1,4-失水山梨醇仍有剩余，即反应②正向进行程度小于反应①、反应限度小于反应①，所以该温度下的平衡常数：①>②，故B正确；
C．由图可知，在0~3h内异山梨醇的浓度变化量为0.042ml/kg，所以平均速率(异山梨醇)=，故C正确；
D．催化剂只能改变化学反应速率，不能改变物质平衡转化率，所以反应②加入催化剂不改变其平衡转化率，故D正确；
故答案为：A。
类型02 压强/温度图像
2．（2023·湖南卷）向一恒容密闭容器中加入和一定量的，发生反应：。的平衡转化率按不同投料比随温度的变化曲线如图所示。下列说法错误的是
A．
B．反应速率：
C．点a、b、c对应的平衡常数：
D．反应温度为，当容器内压强不变时，反应达到平衡状态
【答案】B
【第一步 确定变量】CH4的平衡转化率按不同投料比随温度的变化曲线。
【第二步 分析图像】
【第三步 综合判断】
该反应为气体分子数增大的反应，反应进行时压强发生改变，所以温度一定时，当容器内压强不变时，反应达到平衡状态，D正确。
1．（2022·广东卷）恒容密闭容器中，BaSO4(s)+4H2(g)BaS(s)+4H2O(g)在不同温度下达平衡时，各组分的物质的量(n)如图所示。下列说法正确的是
A．该反应的ΔHp2>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
【答案】A
【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，CH4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，压强越高，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 ml·L－1，c(CO2)＝0.02 ml·L－1，c(CO)＝0.16 ml·L－1，c(H2)＝0.16 ml·L－1，即平衡常数K＝ eq \f(0.162×0.162,0.02×0.02) ≈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。
类型03 工业生产中的速率和平衡图像
3．（2024·湖南卷）恒压下，向某密闭容器中充入一定量的和，发生如下反应：
主反应：
副反应：
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．，
D．L、M、N三点的平衡常数：K(L)=K(M)>K(N)
【答案】D
【第一步 确定变量】该图像为在不同温度下两种含碳产物的分布分数随投料比x(物质的量之比)的变化曲线。
【第二步 分析图像】
【第三步 综合判断】
L、M、N三点对应副反应ΔH2TM=TL，升高温度平衡逆向移动，K(L)=K(M)=K(N)，D正确。
1．（2022·江苏卷）乙醇-水催化重整可获得H2。其主要反应为C2H5OH(g)+3H2O(g)=2CO2(g)+6H2(g) ΔH=173.3kJ·ml-1；CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g) ΔH=41.2kJ·ml-1。
在1.0×105Pa、n始(C2H5OH)：n始(H2O)=1:3时，若仅考虑上述反应，平衡时CO2和CO的选择性及H2的产率随温度的变化如图所示。
CO的选择性，下列说法正确的是
A．图中曲线①表示平衡时H2产率随温度的变化
B．升高温度，平衡时CO的选择性增大
C．一定温度下，增大可提高乙醇平衡转化率
D．一定温度下，加入CaO(s)或选用高效催化剂，均能提高平衡时H2产率
【答案】B
【分析】根据已知反应①，反应②，且反应①的热效应更大，温度升高的时候对反应①影响更大一些，根据选择性的含义，升温时CO选择性增大，同时CO2的选择性减小，所以图中③代表CO的选择性，①代表CO2的选择性，②代表H2的产率，以此解题。
【解析】A．由分析可知②代表H2的产率，故A错误；
B．由分析可知升高温度，平衡时CO的选择性增大，故B正确；
C．一定温度下，增大，可以认为开始时水蒸气物质的量不变，增大乙醇物质的量，乙醇的平衡转化率降低，故C错误；
D．加入CaO(s)或者选用高效催化剂，不会影响平衡时H2产率，故D错误；
故选B。
【答案】D
【第一步 确定变量】该图像为平衡时CO2和CO的选择性及H2的产率随温度的变化。
【第二步 分析图像】
根据已知反应①C2H5OH(g)+3H2O(g)=2CO2(g)+6H2(g) ΔH=173.3kJ·ml-1；②CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g) ΔH=41.2kJ·ml-1。且反应①的热效应更大，温度升高时对反应①影响更大一些，根据选择性的含义，升温时CO选择性增大，同时CO2的选择性减小，所以图中③代表CO的选择性，①代表CO2的选择性，②代表H2的产率。故A错误，B错误。
【第三步 综合判断】
一定温度下，增大，可以认为开始时水蒸气物质的量不变，增大乙醇物质的量，乙醇的平衡转化率降低，故C错误；加入CaO(s)或者选用高效催化剂，不会影响平衡时H2产率，故D错误。
2．（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：
①
②
、下，将一定比例、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和的体积分数如图所示。下列说法正确的是
A．L4处与L5处反应①的平衡常数K相等
B．反应②的焓变
C．L6处的的体积分数大于L5处
D．混合气从起始到通过L1处，CO的生成速率小于的生成速率
【答案】C
【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，ΔH2KN
C．生成乙烯的速率：v(N)一定大于v(M)
D．当温度高于250 ℃，升高温度，催化剂的催化效率降低
【答案】C
【解析】升高温度，CO2的平衡转化率降低，说明平衡逆向移动，则逆反应为吸热反应，A正确；该反应的正反应是放热反应，升温平衡常数减小，B正确；化学反应速率随温度的升高而加快，催化剂在250 ℃时催化活性最高，温度继续升高，其催化效率降低，所以v(N)有可能小于v(M)，C错误，D正确。
3．一定条件下，用Fe2O3、NiO或Cr2O3作催化剂对燃煤烟气进行回收，使SO2转化生成S。催化剂不同，其他条件相同(浓度、温度、压强)情况下，相同时间内SO2的转化率随反应温度的变化如图，下列说法不正确的是( )
A．不考虑催化剂价格因素，选择Fe2O3作催化剂可以节约能源
B．选择Fe2O3作催化剂，最适宜温度为340 ℃左右
C．a点后SO2的转化率减小的原因可能是温度升高催化剂活性降低
D．其他条件相同的情况下，选择Cr2O3作催化剂，SO2的平衡转化率最小
【答案】D
【解析】根据图像可知，当温度在340 ℃时，在Fe2O3作催化剂条件下，SO2的转化率最大，可以节约能源，故A正确；340 ℃左右，催化剂的催化能力较大，二氧化硫的转化率也是较大，反应速率较快，所以选择Fe2O3作催化剂，最适宜温度为340 ℃左右，故B正确； 催化剂催化能力需要维持在一定的温度下，温度太高，催化剂活性可能会降低，故C正确；催化剂只对速率有影响，对平衡转化率没有影响，故D错误。
4．反应Si(s)＋3HCl(g)SiHCl3(g)＋H2(g) ΔH是工业上制备高纯硅的重要中间过程。一定压强下，起始投入原料 eq \f(n（HCl）,n（Si）) 的值和温度与SiHCl3的平衡产率的变化关系如图所示。下列说法错误的是( )
A．该反应为放热反应，ΔH＜0
B．M、N点SiHCl3的分压：M＞N
C． eq \f(n（HCl）,n（Si）) 的值越大SiHCl3平衡产率越高
D．M、N点的逆反应速率：vM＞vN
【答案】C
【解析】温度升高，SiHCl3的平衡产率减小，ΔH＜0，A项正确；对应气体压强之比等于物质的量之比，由题图可知，M、N点SiHCl3的平衡产率M＞N，所以M、N点SiHCl3的分压：M＞N，B项正确；由题图可知， eq \f(n（HCl）,n（Si）) 的值增大至7时，SiHCl3的平衡产率降低至接近于0，C项错误；M点温度较高，SiHCl3浓度较大，逆反应速率vM＞vN，D项正确。
5．一定条件下，6H2(g)＋2CO2(g)C2H5OH(g)＋3H2O(g)，CO2平衡转化率随温度变化如图所示，对a、b、c三点对应情况的分析，合理的是( )
A．CO2物质的量分数：a>b
B．C2H5OH体积分数：aKc>Kb
D．反应速率：va(CO2)Kb，故C错误；D.a、b点只有温度不同，温度越高、反应速率越快，则反应速率：va(CO2)0
B．氢碳比：①②>③，B错误；正反应是气体体积减小的反应，因此其他条件不变的情况下，缩小容器的体积，压强增大，平衡向正反应方向移动，可提高CO2的转化率，C错误；根据图像可知，400 K时曲线③中CO2的转化率是50%，这说明消耗CO2 1 ml·L－1，则消耗氢气3 ml·L－1，生成乙醇和水蒸气分别是0.5 ml·L－1、1.5 ml·L－1，剩余CO2和氢气分别是1 ml·L－1、1 ml·L－1，该温度下平衡常数K＝ eq \f(0.5×1.53,12×16) ≈1.7，D正确。
7．恒压下，NO和O2在起始浓度一定的条件下发生反应，在相同时间内，测得不同温度下NO转化为NO2的转化率如图中实线所示(图中虚线表示相同条件下NO的平衡转化率随温度的变化)。下列说法不正确的是( )
A．反应2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的ΔHT₂，该反应为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，则℃时n（环戊二烯）ml，假设双环戊二烯全部反应，则生成环戊二烯的物质的量为6 ml，但该反应为可逆反应，不能进行到底，因此n（环戊二烯）ml，D正确；
故选B。
12．（2024·北京师范大学附属中学三模）CH4和CO2联合重整能减少温室气体的排放。其主要反应为：
①
②
其他条件相同时，投料比为，不同温度下反应的结果如图。
下列说法不正确的是
A．由图中信息无法判断反应①、②哪个先达到平衡
B．始终低于1.0，与反应②有关
C．加压有利于增大CH4和CO2反应的速率但不利于提高二者的平衡转化率
D．若不考虑其他副反应，体系中存在：
【答案】D
【解析】A．图中横坐标为温度，与时间无关，仅从图中信息无法判断反应①、②哪个先达到平衡，A正确；
B．从反应①的方程式可知，生成的氢气和CO的物质的量之比为1：1，反应②中消耗氢气生成CO，使得氢气与CO的物质的量之比小于1.0，与反应②有关，B正确；
C．加压能增大反应速率，有利于增大CH4和CO2的反应速率，但是加压反应①化学平衡逆向移动，CH4和CO2的转化率减小，C正确；
D．不妨令初始时CH4物质的量为1ml，CO2物质的量为1.3ml，设反应①消耗CO2aml，反应②消耗CO2bml，则有，，则c(CH4)+c(CO)+c(CO2)=2.3ml，4c(CH4)+2c(H2)+2c(H2O)=4，则有，D错误；
故答案选D。
13．（2024·河北保定·三模）一定条件下，在甲、乙两个恒容密闭容器(容器容积)中投入等物质的量的X和Y，发生反应，达到平衡时，Q的物质的量浓度与温度和容器容积的关系如图所示。下列说法正确的是
A．x＋y>p＋qB．c(P)：b>2a
C．压强：2p(b)