新高考化学一轮复习考点讲义+练习第7章专题05 化学反应速率和化学平衡图像（知识清单）（2份，原卷版+解析版）

这是一份新高考化学一轮复习考点讲义+练习第7章专题05 化学反应速率和化学平衡图像（知识清单）（2份，原卷版+解析版）

01 物质的量(或浓度)、速率-时间图像
1．速率-时间图像
(1)观察如图，分别找出甲、乙、丙t1时刻所改变的条件。
甲：增大反应物的浓度；乙：减小反应物浓度；丙：增大生成物浓度。
(2)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)。
(3)常见含“断点”的速率变化图像分析
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。
2．全程速率—时间图像
如Zn与足量盐酸反应，反应速率随时间的变化情况如图所示：
解释原因：AB段(v渐大)，因为该反应为放热反应，随着反应的进行，温度逐渐升高，导致反应速率逐渐增大；BC段(v渐小)，主要是因为随着反应的进行，溶液中c(H+)逐渐变小，导致反应速率逐渐变小。
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：
由图像得出的信息：
①X、Y是反应物，Z是产物；
②t3时反应达到平衡，X、Y没有全部反应。
根据图像可进行如下计算：
①某物质的平均反应速率、转化率
如v(X) = n1-n3V·t3 ml·L-1·s-1，Y的转化率 = n2-n3n2×100%。
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
【跟踪训练】
1．在一密闭容器中发生反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) 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～t4 E．t4～t5 F．t5～t6
(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___________。
(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
(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。
答案 (1)ACDF (2)C E B (3)A
(4)
解析 (1)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)t1时，v正、v逆同时增大，且v逆增大的更快，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逆同时增大且增大程度相同，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，且v正减小的更快，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)根据图示知，t1～t2、t4～t5时间段内平衡均向逆反应方向移动，则NH3的含量均比t0～t1时间段内的低，所以t0～t1时间段内NH3的百分含量最高。
(4)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．现将一定量N2O4气体充入恒容密闭容器中，控制反应温度为T1 ℃[N2O4(g)2NO2(g) ΔH>0]，c(N2O4)随t(时间)变化曲线如图，画出0～t2时段，c(NO2)随t变化曲线。保持其他条件不变，改变反应温度为T2(T2＞T1)，再次画出0～t2时段，c(NO2)随t变化趋势的曲线。
答案
解析 根据反应N2O4(g)2NO2(g)，NO2的改变量是N2O4的两倍，从N2O4的曲线可知其达到平衡时减少了0.03 ml·L－1，则NO2从0升高到平衡时的0.06 ml·L－1，即可画出曲线；该反应ΔH>0，保持其他条件不变，随着温度的升高，平衡正向移动，且反应速率增大，达到平衡的时间缩短，即可画出曲线。
02 含量(或转化率)-时间-温度(压强)图像
已知不同温度或压强下，反应物的转化率α(或百分含量)与时间的关系曲线，可推断温度的高低和反应的热效应或压强的大小及气体物质间的化学计量数的关系。[以aA(g)+bB(g)cC(g)中反应物的转化率αA为例进行说明]
【跟踪训练】
1．可逆反应：aA(g)＋bB(s)cC(g)＋dD(g)，当其他条件不变时，反应过程中某物质在混合物中的百分含量与温度(T)、压强(p)的关系如图，下列判断正确的是( )
A．T10 B．T1>T2 ΔH0，A项错误；该反应为气体分子总数增加的反应，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 ml·L－1，c(CO2)＝0.02 ml·L－1，c(CO)＝0.16 ml·L－1，c(H2)＝0.16 ml·L－1，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。
3．(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ΔHC
B．A、C两点气体的颜色：A深，C浅
C．A、C两点气体的平均相对分子质量：A>C
D．由状态B到状态A，可以用加热的方法
答案 D
解析 A、C点的温度相同，C点压强大于A点压强，增大压强，反应速率增大，故反应速率：AA，C错误；恒压下，提高NO2的体积分数，平衡向正反应方向移动，正反应是吸热反应，应升高温度，D正确。
02 工业生产中的速率和平衡图像
(1)改变投料比相当于增加一种反应物的浓度，另一种反应物的转化率升高，而自身的转化率降低。
(2)当按化学反应方程式的计量数之比投入反应物，各组分的平衡转化率相同，平衡时产物的体积分数最大。
【跟踪训练】
1．(1)采用一种新型的催化剂(主要成分是Cu­Mn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。则催化剂中n(Mn)/n(Cu)约为________时最有利于二甲醚的合成。
(2)将燃煤废气中的CO2转化为二甲醚的反应原理为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的转化率见如图：
此反应为________(填“放热”或“吸热”)反应；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”)。
答案： (1)2.0 (2)放热 不变
解析 (1)由图可知当催化剂中eq \f(nMn,nCu)约为2.0时，CO的转化率最大，生成的二甲醚最多。
(2)由图可知当投料比一定时，温度升高，CO2的转化率减小，说明此反应为放热反应；温度不变，K不变。
2．丙烯是制造一次性医用口罩的重要原料。丙烷催化脱氢法是工业生产丙烯的重要途径，丙烷催化脱氢技术主要分为氧化脱氢和直接脱氢两种。回答下列问题：
(1)丙烷催化氧化脱氢法制备丙烯的主要反应如下：
2C3H8(g)＋O2(g) 2C3H6(g)＋2H2O(g) ΔH1＝－236 kJ·ml－1(ⅰ)
反应过程中消耗的C3H8和 生成的C3H6 的物质的量随温度的变化关系见下表。
分析表中数据得到丙烯的选择性随温度的升高而______(填“不变”“升高”“降低”)；出现此结果的原因除生成乙烯等副产物外还可能是 ___________________________________________。(C3H6的选择性＝ eq \f(C3H6的物质的量,消耗C3H8的物质的量) ×100%)
(2)丙烷催化直接脱氢反应： C3H8(g)C3H6(g)＋H2(g) ΔH2＝＋124.3 kJ·ml －1(ⅱ) 副反应：C3H8 (g)C2H4 (g)＋CH4(g) ΔH3(ⅲ)
①反应ⅱ的平衡常数、产物丙烯选择性、副产物乙烯选择性与温度关系如图所示， 分析工业生产中采用的温度为650 ℃左右的原因是____________________________________________________。
②温度为670 ℃时，若在1 L的容器中投入8 ml C3H8，充分反应后，平衡混合气体中有2 ml CH4和一定量C3H8、C3H6、H2、C2H4，计算该条件下C3H6的选择性为________%。
③欲使丙烯的产率提高，下列措施可行的是______(填写字母)。
a．恒压条件下向原料气中掺杂水蒸气
b．增大氢气与丙烷的投料比
c．选择对脱氢反应更好选择性的催化剂
d．增大压强
答案 (1)降低 升高温度，反应ⅰ的化学平衡逆向移动
(2)① 温度控制在650 ℃ ，丙烯选择性高，反应速率快，平衡常数较大 ② 50 ③ ac
解析 (1)根据表格数据可知各温度下C3H6的选择性分别为 eq \f(4,6) 、 eq \f(8,13) 、 eq \f(17,33) ， eq \f(4,6) > eq \f(8,13) > eq \f(17,33) ，所以随温度升高丙烯的选择性降低；反应ⅰ为放热反应，升高温度，反应ⅰ的化学平衡逆向移动，也会导致丙烯的选择性下降；
(2)①据题图可知，温度控制在650 ℃，丙烯选择性高，且此时温度较高，反应速率快，而且该温度条件下平衡常数较大；
②平衡混合气体中有 2 ml CH4，则根据反应ⅲ可知平衡时该反应消耗的n1(C3H8)＝2 ml；设平衡时C3H6的物质的量为x，根据反应ⅱ可知平衡时n(H2)＝x，反应ⅱ消耗的n2(C3H8)＝x，则平衡时容器中n(C3H8)＝(8－2－x) ml，据图可知该温度下反应ⅱ的lg eq \f(1,K) ＝0，所以K＝1，容器体积为1 L，则有 eq \f(x×x,8－2－x) ＝1，解得x＝2 ml，C3H6的选择性＝ eq \f(C3H6的物质的量,消耗C3H8的物质的量) ×100%＝ eq \f(2 ml,2 ml＋2 ml) ×100%＝50%；
③a.恒压条件下向原料气中掺杂水蒸气，则反应物和生成物的分压减小，该反应的正反应为气体体积增大的反应，减小压强平衡正向移动，可以提高丙烯的产率，故a正确；b.氢气为产物，增大氢气的量会使平衡逆向移动，丙烯的产率降低，故b错误；c.选择对脱氢反应更好选择性的催化剂，增大丙烯的选择性，提高产率，故c正确；d.该反应的正反应为气体体积增大的反应，增大压强会使平衡逆向移动，降低产率，故d错误；综上所述选ac。
01 化工生产中的复杂图像分析
除通过图像获取有用信息和对获取的信息进行加工处理外，还需注意以下4点：
(1)曲线上的每个点是否都达到平衡
往往需要通过曲线的升降趋势或斜率变化来判断，如果还未达到平衡则不能使用平衡移动原理，只有达到平衡以后的点才能应用平衡移动原理。
如图中虚线表示单位时间内A的产率随温度的升高先增大后减小，先增大的原因是P点之前反应尚未达到平衡，随温度的升高，反应速率增大，故单位时间内A的产率增大。
(2)催化剂的活性是否受温度的影响
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。
如图，250～300 ℃时，温度升高而B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。
(3)不同的投料比对产率也会造成影响
可以采用定一议二的方法，根据相同投料比下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化学计量数之和的大小。
如图，对于反应2CO2(g)＋6H2(g)eq \(,\s\up7(催化剂))CH3OCH3(g)＋3H2O(g)。
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。
(4)考虑副反应的干扰或影响
往往试题会有一定的信息提示，尤其温度的改变影响较大。
【跟踪训练】
1．(1)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) ΔH0
反应Ⅱ：Fe3O4(s)＋4CO(g)3Fe(s)＋4CO2(g) ΔH2
将一定体积CO通入装有Fe3O4粉末的反应器，其他条件不变，反应达到平衡，测得CO的体积分数随温度的变化关系如图所示。下列说法正确的是( )
A．ΔH2>0
B．反应温度越高，Fe3O4主要还原产物中铁元素的价态越低
C．在恒温、恒容的反应器中，当压强保持不变时，反应Ⅰ、Ⅱ均达到平衡状态
D．温度高于1040 ℃时，反应Ⅰ的化学平衡常数K>4
答案 D
解析 反应Ⅰ是吸热反应，升高温度，平衡正向移动，CO体积分数减小，由题图可知，低于570 ℃时，平衡中CO的体积分数随温度升高是增大的，说明升高温度反应Ⅱ平衡逆向移动，则反应Ⅱ为放热反应，即ΔH24，D项正确。
2．工业上可用“氨催化氧化法”生产NO，以氨气、氧气为原料，在Pt—Rh合金催化剂存在下生成NO和副产物N2，两个竞争反应化学方程式如下：
Ⅰ .4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)
Ⅱ .4NH3(g)＋3O2(g)2N2(g)＋6H2O(g)
现将1 ml NH3、1.45 ml O2充入1 L恒容密闭容器中，在上述催化剂作用下反应，相同时间内有关生成物物质的量随温度变化曲线如图所示。已知：有效转化率＝eq \f(制备目标物质消耗原料的量,原料总的转化量)×100%。
下列说法不正确的是( )
A．400℃时，主要发生反应Ⅱ
B．由图分析工业上用氨催化氧化制备HNO3，最佳温度约为840 ℃
C．520℃时，NH3的有效转化率约为66.7%
D．840℃后，NO的物质的量下降，可能是反应Ⅰ平衡逆向移动所致
答案 C
解析 400 ℃时，氮气的物质的量更大，再结合关系式：4NH3～4NO，4NH3～2N2，说明主要发生反应Ⅱ，A项正确；840 ℃时一氧化氮的产率最高，副产物氮气产率最低，故工业上用氨催化氧化制备HNO3，选择的最佳温度是840 ℃，B项正确；由图知520 ℃时，生成氮气和一氧化氮的物质的量均为0.2 ml，则反应Ⅱ消耗的氨气的物质的量为0.4 ml，反应Ⅰ消耗的氨气的物质的量为0.2 ml，NH3的有效转化率为eq \f(0.2 ml,0.2 ml＋0.4 ml)×100%≈33.3%，C项错误；840℃后，NO的物质的量下降，可能是反应Ⅰ为放热反应，升温使反应Ⅰ平衡逆向移动所致，D项正确。
3．（2025·江苏卷）甘油水蒸气重整获得过程中的主要反应：
反应Ⅰ
反应Ⅱ
反应Ⅲ
条件下，和发生上述反应达平衡状态时，体系中和的物质的量随温度变化的理论计算结果如图所示。下列说法正确的是( )
A．时，的平衡转化率为20%
B．反应达平衡状态时，
C．其他条件不变，在范围，平衡时的物质的量随温度升高而增大
D．其他条件不变，加压有利于增大平衡时的物质的量
答案 A
【分析】550℃时，曲线①物质的量是5ml，根据原子守恒，n(C)=3ml，则其不可能是含碳微粒，故曲线①表示，升高温度，反应Ⅰ平衡正移，反应Ⅱ平衡逆向移动，CO物质的量增大，则曲线③代表CO，温度升高，反应Ⅲ逆向移动，物质的量降低，则曲线②代表，据此解答。
解析 A．时，，，，根据C原子守恒，可得，根据O原子守恒，可得(也可利用H原子守恒计算，结果相同)，则，A正确；B．时，，，则，B错误；C．范围，随温度升高，反应Ⅱ、Ⅲ平衡均逆向移动，增大，说明反应Ⅲ逆向移动程度更大，则的物质的量减小，C错误；D．增大压强，反应Ⅰ平衡逆向移动，反应Ⅱ平衡不移动，反应Ⅲ平衡正向移动，的物质的量减小，D错误；故选A。
4．（2025·北京昌平·二模）催化加氢直接合成二甲醚过程中有以下2个反应：
反应Ⅰ：2CO2(g)+6H2(g)  CH3OCH3(g)+3H2O(g)
反应Ⅱ(副反应)：CO2(g)+H2(g)  CO(g)+H2O(g)
其他条件相同时，反应温度对平衡总转化率及反应2.5小时的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。
资料：的选择性
下列说法正确的是( )
A．280℃后，平衡总转化率升高的原因是：温度升高，反应速率加快
B．240℃-300℃，实际总转化率升高的原因是：温度升高，反应速率加快，且温度对主反应的影响大于副反应
C．240℃-300℃，二甲醚实际选择性降低的原因是：副反应速率>主反应速率
D．由图可知：该条件下投入等物质的量时，产生二甲醚的物质的量：260℃>220℃
答案 D
解析 A．为吸热反应，升高温度平衡正向移动，为放热反应，升高温度平衡逆向移动，当温度高于280℃时，随着温度升高，平衡向右移动的程度大于平衡向左移动的程度，导致CO2的平衡总转化率上升，A错误；B．240℃-300℃，实际总转化率小于平衡总转化率，说明反应未达到平衡，实际总转化率升高的原因是：温度升高，主反应和副反应反应速率均加快，不能说明温度对主反应的影响大于副反应，B错误；C．240℃-300℃范围内，二甲醚实际选择性降低的原因是：升高温度，主反应和副反应速率均增大，但是副反应的增大程度大于主反应，不能说明副反应速率>主反应速率，C错误；D．由图可知，260℃时实际总转化率大于220℃，260℃时实际选择性小于220℃，但260℃时实际总转化率与实际选择性的乘积大于220℃，产生二甲醚的物质的量：260℃>220℃，D正确；故选D。
5．一种新型煤气化燃烧集成制氢发生的主要反应如下：
Ⅰ.C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g) ΔH1
Ⅱ.CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH2
Ⅲ.CaO(s)＋CO2(g)CaCO3(s) ΔH3
Ⅳ.C(s)＋2H2O(g)＋CaO(s)CaCO3(s)＋2H2(g) ΔH4＝－64.9 kJ·ml－1
副反应：
Ⅴ.C(s)＋2H2(g)CH4(g) ΔH5＝－74.8 kJ·ml－1
Ⅵ.CO(g)＋3H2(g)CH4(g)＋H2O(g) ΔH6＝－206.1 kJ·ml－1
回答下列问题：
(1)已知反应Ⅰ、Ⅱ的平衡常数K1、K2随温度的变化如图1、图2所示。
①由反应Ⅴ和反应Ⅵ可知，ΔH1＝__________；反应Ⅰ的ΔS__________(填“>”或“ ②未达到自发进行反应的温度 ③增大eq \f(n(H2O),n(CO))(或适当降低温度等合理答案) ④75%
(2)减少温室气体(CO2)的排放
(3)①反应Ⅴ和反应Ⅵ均为放热反应，温度升高，平衡逆向移动 ②CaCO3开始分解，生成的CO2与H2反应 ③气体中CO和CO2的含量高，不利于提纯(或其他合理答案)
解析 (1)①由盖斯定律知，反应Ⅴ－反应Ⅵ＝反应Ⅰ，ΔH1＝－74.8 kJ·ml－1－(－206.1 kJ·ml－1)＝＋131.3 kJ·ml－1；反应Ⅰ的气体分子数增多，ΔS>0。③由图2可知，反应Ⅱ的K2随温度升高而减小，该反应为放热反应，故为提高反应Ⅱ中CO的转化率可采取降低温度、增大eq \f(n(H2O),n(CO))等方法。
④设容器体积为V L，
CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)
起始/ml 1 3 0 0
转化/ml x x x x
平衡/ml 1－x 3－x x x
x2＝(1－x)(3－x)，解得x＝0.75。故CO的平衡转化率为eq \f(0.75 ml,1 ml)×100%＝75%。
(2)该制氢工艺中设计反应Ⅲ的优点是吸收二氧化碳，减少温室气体的排放。
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
(1)“先拐先平，数值大”原则
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，当温度较高时，反应达到平衡所需时间短，如图甲中T2>T1
②若为压强变化引起，当压强较大时，反应达到平衡所需时间短，如图乙中p1>p2
③若为是否使用催化剂引起，当使用适宜的催化剂时，反应达到平衡所需时间短，如图丙中a使用了催化剂
(2)正确掌握图像中反应规律的判断方法
①图甲中，T2>T1，升高温度，αA降低，平衡逆向移动，正反应为放热反应
②图乙中，p1>p2，增大压强，αA升高，平衡正向移动，则正反应为气体体积缩小的反应
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
解答速率平衡图像问题的两大方法
①“定一议二”
当图像中有三个变量时，先确定其中一个变量不变，再讨论另外两个变量的关系，有时还需要作辅助线
②“三步分析法”
一看反应速率是增大还是减小
二看v正、v逆的相对大小
三看化学平衡移动的方向
反应温度
n(消耗)或n(生成)/ml
535
550
575
C3H8
6
13
33
C3H6
4
8
17