突破09 化学平衡图像说理题(一)——温度、压强对平衡的影响-备战2023年高考化学《反应原理综合大题》逐空突破系列

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化学平衡图像说理题(一)
——温度、压强对平衡的影响
【知识点归纳】
一、影响化学平衡移动的因素
1、浓度对化学平衡的影响
(1)结论：当其他条件不变时，增大反应物浓度或减小生成物浓度，化学平衡向正反应方向移动
增大生成物浓度或减小反应物浓度，化学平衡向逆反应方向移动
(2)微点拨：
①由于纯固体或纯液体的浓度为常数，改变纯固体或纯液体的量并不会影响v正 、v逆 的大小，所以化学平衡不移动。例：反应C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)增加或移去一部分炭固体，化学平衡不移动
②在溶液中进行，如果稀释溶液(加水)，反应物浓度减小，生成物浓度也减小，v正 减小，v逆 也减小，但减小的程度不同，总的结果是使化学平衡向反应方程式有关化学计量系数之和大的方向移动
2、压强对化学平衡的影响
(1)结论：当其他条件不变时，增大压强，化学平衡向气体体积减小的方向移动；
减小压强，化学平衡向气体体积增大的方向移动，体积相等的气体反应，压强改变，化学平衡不移动
(2)微点拨：固态物质或液态物质的体积，受压强的影响很小，可以忽略不计。因此，如果平衡混合物都是固体或液体 ，改变压强不能使化学平衡移动
3、温度对化学平衡的影响
(1)结论：当其他条件不变时，升高温度化学平衡向吸热反应的方向移动；降低温度化学平衡向放热反应的方向移动
(2)微点拨：任意可逆的化学平衡状态，都能受温度的影响而使化学平衡发生移动
4、催化剂对化学平衡的影响
(1)结论：催化剂能同等程度地增加正反应速率和逆反应速率，因此它对化学平衡的移动没有影响。即：催化剂不能使化学平衡发生移动；不能改变反应混合物含量；但可以改变达到平衡的时间
5、“惰性气体”对化学平衡移动的影响
(1)恒温、恒容下，加“惰气”，各反应物、生成物的浓度均未改变，V正、V逆均不变，故化学平衡不发生移动
(2)恒温、恒压下加入“惰气”，容器体积增大，V正、V逆均减小，等效于降压，故化学平衡向气体总体积增大的方向移动
二、掌握三类平衡移动图像：反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，m＋n＞p＋q，且ΔH＞0
1、速率—时间图——注意断点

t1时增大反应物的浓度，正反应速率瞬间增大，然后逐渐减小，而逆反应速率逐渐增大；t2时升高温度，对任何反应，正反应和逆反应速率均增大，吸热反应的正反应速率增大较快；t3时减小压强，容器容积增大，浓度变小，正反应速率和逆反应速率均减小；t4时使用催化剂，正反应速率和逆反应速率均瞬间增大
2、转化率(或含量)—时间图——先拐先平

甲表示压强对反应物转化率的影响，对于气体反应物化学计量数之和大于气体生成物化学计量数之和的反应，压强越大，反应物的转化率越大；乙表示温度对反应物转化率的影响，对于吸热反应，温度越高，反应物的转化率越大；丙表示催化剂对反应物转化率的影响，催化剂只能改变化学反应速率，不能改变反应物的转化率
3、恒压(温)线——定一议二

分析时可沿横轴作一条平行于纵轴的虚线，即：为等压线或等温线，然后分析另一条件变化对该反应的影响
【答题模板及剖析】
恒压线(恒温线)
答题策略
叙特点(反应特点或容器特点)→变条件→定方向→得结论(或结果)
答题模板
该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，平衡正向移动，因此×××(得结论)
经典例题
乙烯气相水合反应的热化学方程式为C2H4(g)＋H2O(g)===C2H5OH(g)　ΔH＝－45.5 kJ·mol－1，下图是乙烯气相水合法制乙醇中乙烯的平衡转化率与温度、压强的关系[其中n(H2O)∶n(C2H4)＝1∶1]。图中压强(p1、p2、p3、p4)的大小顺序为__________，理由是__________________________

标注答案
p1＜p2＜p3＜p4，反应正方向是分子数减少的反应，相同温度下，压强升高乙烯转化率提高
【真题感悟】
1、[2018·全国卷Ⅰ·节选] F. Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25℃时N2O5(g)分解反应：

其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡，体系的总压强p随时间t的变化如下表所示(t=∞时，N2O4(g)完全分解)：
t/min
0
40
80
160
260
1300
1700
∞
p/kPa
35.8
40.3
42.5.
45.9
49.2
61.2
62.3
63.1
已知：N2O5(g)=2NO2(g)+O2(g) ΔH =53.1kJ·mol−1
若提高反应温度至35℃，则N2O5(g)完全分解后体系压强p∞(35℃)____63.1 kPa(填“大于”“等于”或“小于”)，原因是__________________________________________________________

2、[2018·北京卷·节选] 对反应：3SO2(g)+2H2O (g)===2H2SO4 (l)+S(s) ΔH2=−254 kJ·mol−1，在某一投料比时，两种压强下，H2SO4在平衡体系中物质的量分数随温度的变化关系如图所示。p2_______p 1(填“＞”或“＜”)，得出该结论的理由是____________________


3、[2015·全国卷II·节选] 甲醇是重要的化工原料，又可称为燃料。利用合成气（主要成分为CO、CO2和H2）在催化剂的作用下合成甲醇，发生的主反应如下：
①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1
②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H2
③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H3
(1)图1中能正确反映平衡常数K随温度变化关系的曲线为 (填曲线标记字母)，其判断理由是


(2)合成气的组成n（H2）/n（CO+CO2）＝2.60时，体系中的CO平衡转化率（α）与温度和压强的关系如图2所示。α(CO)值随温度升高而 (填“增大”或“减小”)，其原因是
；图2中的压强由大到小为__ ，其判断理由是_____

4、[2015·北京卷·节选] 反应Ⅱ：2H2SO4(l)=2SO2(g)+O2(g)+2H2O(g) △H=+550kJ/mol
它由两步反应组成：i．H2SO4(l)=SO3(g) +H2O(g) △H=+177kJ/mol
ii．SO3(g)分解
L(L1、L2)，X可分别代表压强或温度。下图表示L一定时，ii中SO3(g)的平衡转化率随X的变化关系。

①X代表的物理量是
②判断L1、L2的大小关系，并简述理由
5、[2015·浙江卷·节选] 乙苯催化脱氢制苯乙烯反应：＋H2(g)　ΔH＝＋124 kJ·mol－1，工业上，通常在乙苯蒸气中掺混水蒸气(原料气中乙苯和水蒸气的物质的量之比为1∶9)，控制反应温度600 ℃，并保持体系总压为常压的条件下进行反应。在不同反应温度下，乙苯的平衡转化率和某催化剂作用下苯乙烯的选择性(指除了H2以外的产物中苯乙烯的物质的量分数)变化如图：

(1)掺入水蒸气能提高乙苯的平衡转化率，解释说明该事实_____________________________________
【经典训练】
1、在密闭容器中充入一定量H2S，发生反应2H2S(g)2H2(g)＋S2(g)　ΔH＝＋169.8 kJ·mol－1。下图为H2S气体的平衡转化率与温度、压强的关系。

(1)图中压强(p1、p2、p3)的大小顺序为________，理由是________________________________________________
______________________________________________________________________________________________
(2)该反应平衡常数大小：K(T1)________(填“>”“<”或“＝”)K(T2)，理由是_____________________________
2、已知CO2催化加氢合成乙醇的反应原理为：2CO2(g)＋6H2(g)C2H5OH(g)＋3H2O(g)　ΔH<0。
　
(1)图1、图2分别是CO2的平衡转化率随压强及温度的变化关系，已知m为起始时的投料比，即m＝
①图1中投料比相同，温度从高到低的顺序为____________________，判断依据是______________________
_____________________________________________________________________________________________
②图2中m1、m2、m3从大到小的顺序为____________，判断依据是_________________________________
3、在容积为1.00L的容器中，通入一定量的N2O4，发生反应N2O4(g)2NO2(g)，随温度升高，混合气体的颜色变深。回答下列问题：

(1)100℃时达到平衡后，改变反应温度为T，c(N2O4)以0.0020 mol·L-1·s-1的平均速率降低，经10s又达到平衡。
①T 100℃(填“大于”“小于”)，判断理由是
(2)温度T时反应达平衡后，将反应容器的容积减少一半，平衡向 (填“正反应”或“逆反应”)方向移动，判断理由是



4、二甲醚(CH3OCH3)是一种应用前景广阔的清洁燃科，以CO和氢气为原料生产二甲醚主要发生以下三个反应：
编号
热化学方程式
化学平衡常数
①


②


③


工艺中反应①和反应②分别在不同的反应器中进行，无反应③发生。该工艺中反应③的发生提高了CH3OCH3的产率，原因是___________________________________________________
5、科学家研究出了一种高效催化剂，可以将CO和NO2两者转化为无污染气体，反应方程式为：
2NO2(g)+4CO(g)4CO2(g)+N2(g) △H<0，某温度下，向10L密闭容器中分别充入0.1molNO2和0.2 molCO，发生上述反应，随着反应的进行，容器内的压强变化如下表所示，若将温度降低，再次平衡后，与原平衡相比体系压强(p总)如何变化？_______(填“增大”、“减小”或“不变”)，原因是__________
时间/min
0
2
4
6
8
10
12
压强/kPa
75
73.4
71.95
70.7
69.7
68.75
68.75
6、硒(Se)是第四周期ⅥA族元素，是人体内不可或缺的微量元素，其氢化物H2Se是制备新型光伏太阳能电池、半导体材料和金属硒化物的基础原料。T℃时，向一恒容密闭容器中加入3molH2和lmolSe，发生反应：H2(g)+Se(s)H2Se(g)，当反应达到平衡后，将平衡混合气体通入气体液化分离器使H2Se气体转化为液体H2Se，并将分离出的H2再次通入发生反应的密闭容器中继续与Se反应时，Se的转化率会提高。请用化学平衡理论解释__________________________________________________________________________________
7、运用化学反应原理研究碳、氮、硫的单质及其化合物的反应对缓解环境污染、能源危机具有重要意义。
CO 还原NO 的脱硝反应：2CO(g)＋2NO(g)2CO2(g)＋N2(g) △H=－750 kJ·mol-1
已知：CO(g)＋NO2(g)CO2(g)＋NO(g) △H1=－226 kJ·mol-1
N2(g)＋2O2(g)2NO2(g) △H2=＋68 kJ·mol-1
N2(g)＋O2(g)2NO(g) △H3=＋183 kJ·mol-1
汽车使用乙醇汽油并不能减少NOx的排放，这使NOx的有效消除成为环保领域的重要课题。某研究小组在实验室以Ag-ZSM-5为催化剂，对CO、NO催化转化进行研究，测得NO转化为N2的转化率随温度、CO混存量的变化情况如下图所示，若不使用CO，温度超过775℃，发现NO的分解率降低，其可能的原因为______
____________________________________________________________


8、氮氧化物是评价空气质量的控制标准之一，作为空气污染物的氮氧化物(NOx)常指NO和NO2。T1℃时，在刚性反应器中以投料比为1:3的NO(g)与O2(g)反应，其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡。体系的总压强p随时间t的变化如下表所示[t＝∞时，NO(g)完全反应]。
t/min
0
40
80
160
260
700
∞
p/kPa
32.8
30.7
29.9
29.4
29.2
28.8
26.9
若降低反应温度至T2℃，则NO(g)与O2(g)完全反应后体系压强p∞(T2℃)_________（填“大于”“等于”或“小于”）26.9kPa，原因是_____________________________________________________________________________
9、磷石膏是湿法生产磷酸排出的工业废渣，主要成分是CaSO4·2H2O。用不同的还原剂可以将CaSO4还原，所得SO2可用于工业生产硫酸。
(1)以CO作还原剂，改变反应温度可得到不同的产物。不同温度下反应后所得固体成分的物质的量如图1所示。在低于800 ℃时主要还原产物为________；高于800 ℃时CaS减少的原因是____________________________(用化学方程式表示)

(2)以高硫煤为还原剂焙烧2.5 h，不同条件对硫酸钙转化率的影响如图2所示。CaCl2的作用是_________；当温度高于1 200 ℃时，无论有无CaCl2存在，CaSO4的转化率趋于相同，其原因是____________________________
____________________________________________________________________________________________

(3)以C作还原剂，向密闭容器中加入相同质量的几组不同C/S值(C与CaSO4的物质的量比)的混合物在1 100 ℃加热，结果如图3所示。当C/S值为0.5时，反应产物为CaO、SO2、CO2；当C/S值大于0.7时，反应所得气体中SO2的体积分数不升反降，其可能原因是______________________________________________
10、在催化剂作用下NO和CO转化为无毒气体：2CO(g)＋2NO(g)2CO2(g)＋N2(g) ΔH=－748 kJ·mol-1
一定条件下，单位时间内不同温度下测定的氮氧化物转化率如图1所示。温度高于710K时，随温度的升
高氮氧化物转化率降低的原因可能是________________________________________________________

11、(1)在400 ℃时，向1 L的恒容反应器中充入1 mol CH4，发生反应2CH4(g)C2H4(g)＋2H2(g)　ΔH＝＋202.0 kJ·mol－1，测得平衡混合气体中C2H4的体积分数为20.0%。则在该温度下，其平衡常数K＝____。按化学平衡移动原理，在图1中画出CH4的平衡转化率与温度及压强(p1＞p2)的关系曲线

(2)在制备C2H4时，通常存在副反应：2CH4(g)C2H6(g)＋H2(g)。在常温下，向体积为1 L的恒容反应器中充入1 mol CH4，然后不断升高温度，得到图2所示C2H4与C2H6的体积分数关系。
①在200 ℃时，测出乙烷的量比乙烯多的主要原因是_________________________________________________
②在600 ℃后，乙烯的体积分数减少的主要原因是_____________________________________
12、甲醇是重要的化工原料。利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂的作用下合成甲醇，可能发生的反应如下：ⅰ、CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1＝－63kJ·mol－1
ⅱ、CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　　ΔH2==＋36 kJ·mol－1
ⅲ、CH3OH(g)CO(g)＋2H2(g)　ΔH3＝＋99 kJ·mol－1
一定比例的合成气在装有催化剂的反应器中反应12小时。体系中甲醇的产率和催化剂的催化活性与温度的关系如图1所示。温度为470 K时，图中P点________(填“是”或“不是”)处于平衡状态。在490 K之前，甲醇产率随着温度升高而增大的原因是________________________________________________________________________；
490 K之后，甲醇产率下降的原因是___________________________________________________________________

13、利用合成气(主要成分为CO和H2)合成甲醇，发生主要反应如下：
Ⅰ：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH1
Ⅱ：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH2
Ⅲ：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH3
上述反应对应的平衡常数分别为K1、K2、K3，它们随温度变化曲线如下图所示

则ΔH1________ΔH3(填“>”“<”或“＝”), 理由是_________________________________________
14、容积均为1 L的甲、乙两个容器，其中甲为绝热容器，乙为恒温容器。相同温度下，分别充入0.2 mol的NO2，发生反应：2NO2(g)N2O4(g)　ΔH<0，甲中NO2的相关量随时间变化如下图所示。0～3 s内，甲容器中NO2的反应速率增大的原因是______________________________________________

15、某实验室模拟反应2C(s)＋2NO2(g)N2(g)＋2CO2(g)　ΔH＝－64.2 kJ·mol－1，在密闭容器中加入足量的C和一定量的NO2气体，维持温度为T ℃，如图为不同压强下该反应经过相同时间NO2的转化率随着压强变化的示意图。请从动力学角度分析，1 050 kPa前，反应中NO2转化率随着压强增大而增大的原因____________
________________________________________；在1 100 kPa时，NO2的体积分数为__________



【化学平衡图像说理题(一)——温度、压强对平衡的影响】答案
【真题感悟】
1、大于 温度提高，体积不变，总压强提高；NO2二聚为放热反应，温度提高，平衡左移，体系物质的量增加，总压强提高
2、> 反应Ⅱ是气体物质的量减小的反应，温度一定时，增大压强使反应正向移动，H2SO4 的物质的量增大，体系总物质的量减小，H2SO4的物质的量分数增大
2、(1)a；反应①为放热反应，平衡常数应随温度升高变小
(2)减小；升高温度时，反应①为放热反应，平衡向向左移动，使得体系中CO的量增大；反应③为吸热反应，平衡向右移动，又产生CO的量增大；总结果，随温度升高，使CO的转化率降低；
P3＞P2＞P1；相同温度下，由于反应①为气体分子数减小的反应，加压有利于提升CO的转化率；而反应③为气体分子数不变的反应，产生CO的量不受压强影响，故增大压强时，有利于CO的转化率升高
4、①压强 ②L2>L1   2SO3（g）= 2SO2（g）+O2（g）△H=+196kJ/mol,压强一定时，温度升高，平衡转化率增大
5、正反应方向气体分子数增加，加入水蒸气稀释，相当于起减压的效果
【经典训练】
1、(1)p1 (2)<　该反应正向是吸热反应，升高温度，平衡正向移动，平衡常数增大
2、①T3>T2>T1　正反应放热，升高温度平衡逆向移动，温度越高，CO2的平衡转化率越小，所以T3>T2>T1　②m1>m2>m3　保持n(CO2)不变，增大n(H2)，平衡正向移动，CO2的平衡转化率增大，所以m1＞m2＞m3　
3、（1）①大于；反应正方向吸热，反应向吸热方向进行，故温度升高
（2）逆反应 对气体分子数增大的反应，增大压强平衡向逆反应方向移动
解析：（1）①根据题意知，改变反应温度为T后，c(N2O4)以0.0020 mol·L-1·s-1的平均速率降低，即平衡向正反应方向移动，又反应正方向吸热，反应向吸热方向进行，故为温度升高，T大于1000C，答案为：大于；反应正方向吸热，反应向吸热方向进行，故温度升高；（2）温度为T时，反应达平衡，将反应容器的体积减小一半，即增大压强，当其他条件不变时，增大压强，平衡向气体物质平衡向气体物质系数减小的方向移动，即向逆反应方向移动，答案为：逆反应 对气体分子数增大的反应，增大压强平衡向逆反应方向移动。
4、反应③消耗了反应②中的产物，使反应②的化学平衡向正反应方向移动，从而提高了的产率
解析：新工艺中③的发生提高了CH3OCH3的产率，是因反应③能消耗反应②中的产物水，从而使反应②的平衡右移，故能提高CH3OCH3的产率，故答案为：反应③消耗了反应②中的产物H2O，使反应②的化学平衡向正反方应向移动，从而提高了CH3OCH3的产率。
5、减小 若温度降低，体积不变，根据阿伏伽德罗定律，总压强减小；同时，降低温度，由于反应放热，所以平衡朝正方向移动，容器内分子数减少，总压强也减小
解析：降低温度，分子运动速率减慢，对容器的碰撞次数减小，压强降低；同时该反应的正反应为放热反应，降低温度，平衡正向移动，导致体系内气体分子数减小，所以总压强也会减小。
6、将分离出的H2重新通入容器中，平衡正向移动，Se的转化率提高
解析：将平衡混合气通入气体液化分离器气体H2Se转化为液体H2Se，并将分离出的H2重新通入反应容器，会增大反应物中H2的浓度，平衡正向移动，Se的转化率提高，故答案为：将分离出的H2重新通入容器中，平衡正向移动，Se的转化率提高。
7、该反应是放热反应，升高温度反应更有利于向逆反应方向进行
解析：应用反应是放热反应，升高温度反应更有利于向逆反应方向进行，所以NO的分解率降低。
8、小于 温度降低，体积不变，总压强降低，NO2二聚为放热反应，温度降低，平衡右移，体系中气体物质的量减少，总压强降低
解析：若降低反应温度至T2℃，则NO(g)与O2(g)完全反应后体系压强p∞(T2℃)小于26.9kPa，原因是温度降低，体积不变，总压强降低，NO2二聚为放热反应，温度降低，平衡右移，体系中气体物质的量减少，总压强降低。
9、(1)CaS　CaS＋3CaSO4高温,4CaO＋4SO2↑
(2)作催化剂　两种情况下反应均达到平衡状态，催化剂CaCl2不改变平衡状态
(3)CO2高温下与过量C反应生成CO，使气体总体积增大(或部分转化为其他含S物质)
解析：(1)由图示可知，在低于800 ℃时，还原的主要产物为CaS，在高于800 ℃ 时，得到的主要产物为CaO，则此时是CaS与CaSO4反应生成CaO。(2)由图2可看出，在高于1 200 ℃时，加入CaCl2与不加入CaCl2时CaSO4的转化率相同，但较低温度下加入CaCl2时转化率高，故CaCl2的作用为催化剂。(3)当C/S值大于0.7时，原料中的还原剂C的含量增加，则高温下过量的C与CO2发生反应CO2＋C高温,2CO，从而使得气体总体积增大。
10、温度升高到710K时，反应达到平衡状态，由于该反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，氮氧化物转化率降低
11、(1)0.25　如图所示

(2)①在200 ℃时，乙烷的生成速率比乙烯的快
②在600 ℃后，乙烯开始分解为碳和氢气
解析：(1)设平衡时转化的CH4的物质的量为2x mol，根据三段式法进行计算：
　　　　　2CH4(g)C2H4(g)＋2H2(g)
起始/mol 1 0 0
转化/mol 2x x 2x
平衡/mol 1－2x x 2x
则×100%＝20.0%，解得x＝0.25，则平衡时CH4、C2H4、H2的物质的量浓度分别为0.50 mol·L－1、0.25 mol·L－1和0.50 mol·L－1，则K＝＝0.25。该反应为吸热反应，升高温度，CH4的平衡转化率增大；该反应为气体分子数增大的反应，温度相同时增大压强，CH4的平衡转化率降低，据此画出图像。(2)①题图中200 ℃时乙烷的量比乙烯多，这是因为该条件下乙烷的生成速率比乙烯的快。②在600 ℃后，乙烯的体积分数减少，主要是因为乙烯发生了分解反应。
12、不是　温度越高化学反应速率越快；升高温度，反应ⅰ逆向移动、催化剂活性降低　
解析：温度为470 K时，图中P点不是处于平衡状态。在490 K之前，甲醇产率随着温度升高而增大的原因是温度越高化学反应速率越快；490 K之后，甲醇产率下降的原因是升高温度，反应ⅰ逆向移动、催化剂活性降低
13、＜，由图可知，随着温度升高，K2增大，则ΔH2＞0，根据盖斯定律又得ΔH3＝ΔH1＋ΔH2，所以ΔH1＜ΔH3。
14、0～3 s内温度升高对速率的影响大于浓度降低的影响　
15、1 050 kPa前反应未达平衡状态，随着压强增大，反应速率加快，NO2转化率提高　50%
解析：根据示意图，1 050 kPa前，反应未达到平衡，随着压强增大，反应速率增大，NO2的转化率加快；假设通入1 mol NO2，
　　　 2C(s)＋2NO2(g)N2(g)＋2CO2(g)
起始/mol　　 1　　 0　　　0
变化/mol 0.4 0.2 0.4
平衡/mol 0.6 0.2 0.4
1 100 kPa时，NO2的体积分数为×100%＝50%。