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专题 06 化学反应速率与平衡
1．（2022·河北衡水中学高三调研） 催化加氢能生成乙烯和 ，按 投
料，保持压强为 ，反应达到平衡时，四种气体组分的物质的量分数 随温度 的变化如图所示。
下列说法正确的是( )
A．表示 变化的曲线是
B． 催化加氢合成 和 反应的 大于0
C．当反应达到平衡时，若增大压强，则 变小
D．图中点 对应的平衡常数 为
2．（2022·广东茂名高三模拟）如图表示使用不同催化剂( 和 )时 催化转化为 过程中的能量变
化。下列说法错误的是( )
(注：其中吸附在催化剂表面的物种用“· ”表示)
A．在 催化剂催化过程中，· 是最稳定的中间产物
B．· 转化为 的过程吸热
C．吸附在 表面的同种中间产物的能量高于吸附在 表面的
D．其他条件相同时，分别使用 、 两种催化剂， 转化为 ，其转化率相同3．（2022·山东济南高三模拟）如图表示反应 ， 在
时间段内反应速率的变化图，已知在 、 、 时改变外界条件，每次外界条件的改变都是单一条
件的改变。下列有关说法正确的是( )
A． 时改变的条件是压缩反应容器
B． 时改变条件后反应的正活化能和 均下降
C．平衡常数
D．氨气的体积外数
4．（2022·辽宁大连市高三模拟）氮及其化合物的转化过程如图所示。下列分析合理的是
A．催化剂a降低了N 的键能，加快了反应速率
2
B．N 与H 反应生成NH 的原子利用率为100%
2 2 3
C．在催化剂b表面形成氮氧键时，不涉及电子转移
D．催化剂a、b能提高反应的平衡转化率
5．（2022·福建宁德市高三一模）在金属Pt、Cu和Ir(铱)的催化作用下，密闭容器中的H 可高效转化酸性
2
溶液中的硝态氮( )以达到消除污染的目的，其工作原理如图所示。下列说法错误的是( )A．Ir表面反应的反应物是H 和NO气体
2 2
B．导电基体中Pt上既发生氧化反应又发生还原反应
C．若导电基体上只有Cu，难以消除含氮污染物
D．若导电基体上的Cu颗粒增多，能提高硝态氮( )的平衡转化率
6．（2022·河北廊坊高三模拟）80℃时，向1L恒容密闭容器中充入 ，发生反应
，实验测得如下数据：
时间 0 20 40 60 80 100
0.00 0. 12 0.20 0.26 0.30 0. 30
下列有关说法错误的是( )
A． 内，
B．升高温度，该反应的平衡常数 增大
C．其他条件不变， 时再充入 ，达新平衡时 的转化率减小
D．升高温度可使正反应速率增大，逆反应速率减小，故平衡正移
1．（2022·湖北高三零模）甲烷和水蒸气催化制氢主要有如下两个反应：
① ΔH=+206kJ/mol
② ΔH=-41kJ/mol
恒定压强为 时，将n(CH)∶n(H O)=1∶3的混合气体投入反应器中，平衡时，各组分的物质的量分数
4 2
与温度的关系如图所示。回答下列问题：
(1)写出 与 生成 和 的热化学方程式：_____________________。
(2)关于甲烷和水蒸气催化制氢反应，下列叙述正确的是_______(填标号)。
A．恒温、恒容条件下，加入惰性气体，压强增大，反应速率加快
B．恒温、恒容条件下，加入水蒸气，活化分子百分数增大，反应速率加快
C．升高温度，活化分子百分数增大，有效碰撞频率增大，反应速率加快
D．加入合适的催化剂，降低反应温度也能实现单位时间转化率不变
(3)系统中 的含量，在700℃左右出现峰值，试从化学平衡的角度解释出现峰值的原因：
①低于700℃，______________；
②高于700℃，______________。
(4)已知投料比为n(CH)∶n(H O)=1∶3的混合气体， 。600℃时， 的平衡转化率为_______，
4 2
反应①的平衡常数的计算式为 _______( 是以分压表示的平衡常数，分压=总压×物质的量分数)。
2.（2022·广东高三零模）温室气体的利用是当前环境和能源领域的研究热点。
I.CH 与CO 重整可以同时利用两种温室气体，其工艺过程中涉及如下反应：
4 2
反应①CH
4
(g) + CO
2
(g)⇌2CO(g)+2H
2
(g) ΔH
1
反应②CO
2
(g)+ H
2
(g)⇌CO(g) + H
2
O(g) ΔH
2
= +41.2 kJ·mol-1
反应③CH
4
(g)+ O
2
(g)⇌CO(g) + 2H
2
(g) ΔH
3
= -35.6 kJ·mol-1
(1)已知： O (g)+H(g)= H O(g) ΔH = -241.8 kJ·mol-1，则ΔH =______ kJ·mol-1。
2 2 2 1
(2)一定条件下，向体积为VL的密闭容器中通入CH、CO 各1.0 mol及少量O，测得不同温度下反应平衡
4 2 2时各产物产量如图所示。
①图中a和b分别代表产物______和______，当温度高于900 K， HO的含量随温度升高而下降的主要原
2
因是______。
②1100 K时，CH 与CO 的转化率分别为95%和90%，反应①的平衡常数K=______ ( 写出计算式)。
4 2
II．Ni-CeO 催化CO 加H 形成CH 的反应历程如图1所示(吸附在催化剂表面的物种用*标注)，含碳产物
2 2 2 4
中CH 的物质的量百分数(Y)及CO 的转化率随温度的变化如图2所示。
4 2
(3)下列对CO 甲烷化反应体系的说法合理的有______。
2
A．含碳副产物的产率均低于CH
4
B．存在反应CO
2
+4H 2⇌CH
4
+ 2H
2
O
C．存在副反应CO
2
+ H 2⇌CO+ H
2
O
D．CO 转化为CH 的过程中发生了能量转化
2 4
E.温度高于260℃后，升高温度，甲烷产率几乎不变
(4) CO 甲烷化的过程中，保持CO 与H 的体积比为1：4，反应气的总流量控制在40 mL·min-1，320 ℃时
2 2 2
测得CO 转化率为80%，则CO 反应速率为______mL·min-1。
2 2
【答案】(1)+247.4 kJ·mol-1 (2) H CO 反应 O (g)+H(g)= H O(g)是放热反应，升高温度，平衡
2 2 2 2
逆行移动，HO的含量减小 (3) ABCDE (4)6.4
2
【解析】I. (1)记反应 O (g)+H(g)= H O(g)为反应④，由盖斯定律反应①=②+③-④，故ΔH=ΔH+ΔH-ΔH
2 2 2 1 2 3=41.2-35.6+241.8= +247.4 kJ·mol-1
(2) ①由反应①②③可知，反应产物有CO、H 和HO，生成的H 会在反应②中与CO 反应生成CO，CO
2 2 2 2
的产量高于H，故a曲线表示产物H，b曲线表示CO；反应②是吸热反应，升高温度，有利于反应的正
2 2
向进行，HO的含量增大，但反应 O (g)+H(g)= H O(g)为放热反应，升高温度，不利于反应的正向进
2 2 2 2
行，HO的含量减小；
2
②1100 K时，CH 与CO 的转化率分别为95%、 90%，则计算得平衡时c(CH)= =
4 2 4
mol/L，c(CO)= = mol/L，由图可知，c(H )= mol/L，c(CO)= mol/L，则
2 2
反应①的平衡常数K= = = ；
II．(3)由图可知，含碳产物中CH 的物质的量百分数Y 70%，则含碳副产物的产率 30%，故含碳副产物
4
的产率均低于CH
4
，A正确；由题意及图Ni-CeO
2
催化CO
2
加H
2
形成CH
4
，故存在反应CO
2
+4H 2⇌CH
4
+
2HO，B正确；由图可知，存在CO 和 H 反应生成CO+和HO，C正确；化学反应伴随着物质变化和能
2 2 2 2
量变化，D正确；由图2可知，当温度高于260℃时，CO2的转化率还在增大，但CH 的百分含量几乎不
4
在变化，则继续升高温度甲烷产率几乎不变，E正确，故答案为ABCDE；
(4) CO 甲烷化的过程中，CO 与H 的体积比为1：4，反应气的总流量为40 mL·min-1，则1min内初始时
2 2 2
CO 的体积为40× mL=8 mL，320 ℃时CO 转化率为80%，则CO 反应速率为v = mL·min-1=6.4
2 2 2
mL·min-1。
3.(2022·上海市控江中学高三月考)对燃煤烟气和汽车尾气进行脱硝、脱碳和脱硫等处理，可实现绿色环
保、节能减排等目的。汽车尾气脱硝脱碳的主要原理为：
2NO(g)+2CO(g) N(g)+2CO (g)+Q (Q＞0)。
2 2
一定条件下，在一密闭容器中，用传感器测得该反应在不同时间的NO和CO浓度如下表：
时间/s 0 1 2 3 4 5
c(NO)/mol·L-1 1.00 ×10-3 4.50 × 10-4 2.50 × 10-4 1.50 × 10-4 1.00 × 10-4 1.00 ×10-4
c(CO)/mol·L-1 3.60 × 10-3 3.05 ×10-3 2.85 × 10-3 2.75 ×10-3 2.70 ×10-3 2.70 × 10-3
(1)根据表格中数据计算该反应的平衡常数K=___________。
(2)前2s内的平均反应速率 (N ) =___________ ； 达到平衡时， CO的转化率为___________。
2
(3)采用低温臭氧氧化脱硫脱硝技术，同时吸收SO 和NO ，获得(NH )SO 的稀溶液。
2 x 4 2 4
①检验溶液中阳离子的方法是___________。②往(NH )SO 溶液中再加入少量(NH )SO 固体， 的值将___________(填“变大”、“不变”或
4 2 4 4 2 4
“变小”)
用NaOH溶液吸收SO ，并用CaO使NaOH再生：NaOH溶液 NaSO 溶液
2 2 3
(4)写出过程①的离子方程式：___________。
(5)CaO在水中存在如下转化： CaO(s)+ H O(1) →Ca(OH) (s) Ca2+ (aq)+ 2OH-(aq) 从平衡移动的角
2 2
度，简述过程②)NaOH再生的原理___________。
(6)如图是NaSO 溶液中各离子浓度的相对大小关系示意图，其中，③是___________ ( 填微粒符号)。
2 3
【答案】(1)5000 (2)1.88×10-4 25%
(3)取少量溶液于一小试管，滴加氢氧化钠溶液，微热，用湿润的红色石蕊试纸放在试管口，如果变蓝，则
证明滤液中含有铵根离子 变大
(4)2OH-+SO=SO2-+H O
2 3 2
(5)SO 2-与Ca2+生成CaSO 沉淀，平衡向正向移动，有NaOH生成
3 3
(6)OH-
【解析】(1)根据表中数据可知，三段式分析为：
故平衡常数为：K= = =5000；(2)前2s内的平均反应速率 (N )=
2
(CO)= × =1.88×10-4mol/(L•s)，CO的平衡转化率=
×100%=25%；(3)①检验溶液中阳离子即H+的方法是取少量溶液于一小
4
试管，滴加氢氧化钠溶液，微热，用湿润的红色石蕊试纸放在试管口，如果变蓝，则证明滤液中含有铵根
离子；②在(NH
4
)
2
SO
4
溶液中存在水解反应，2NH
4
++H
2
O⇌NH
3
•H
2
O+H+，往(NH
4
)
2
SO
4
溶液中再加入少量 (
NH )SO 固体，水解平衡向正方向进行，但铵根的水解率减小，所以 的值将变大；(4)用NaOH
4 2 4溶液吸收SO ，并用CaO使NaOH再生：NaOH溶液 NaSO 溶液，故过程①即NaOH吸收SO 生成
2 2 3 2
NaSO 和HO，该反应的离子方程式为：2OH-+SO= SO 2-+H O；(5)过程②加入CaO，存在CaO(s)+H O
2 3 2 2 3 2 2
(l)═Ca(OH)
2
(s)⇌Ca2+(aq)+2OH-(aq)，因SO
3
2-与Ca2+生成CaSO
3
沉淀，平衡向正向移动，有NaOH生成；
(6)Na SO 溶液中由于SO 2-+H O HSO -+OH-，HSO -+H O HSO +OH-，溶液显碱性，故
2 3 3 2 3 3 2 2 3
NaSO 溶液中各离子浓度的相对大小关系为：c(Na+)＞c(SO 2-)＞c(OH-)＞c(HSO -)＞c(H+)，故图中③是OH-
2 3 3 3
-。
4.(2022·重庆市高三第四次质量检测考试)国家主席习近平指出，为推动实现碳达峰碳中和目标，我国将陆
续发布重点领域和行业碳达峰实施方案和一系列支撑保障措施，构建起碳达峰、碳中和“ ”政策体
系。二氧化碳加氢可转化为二甲醚，既可以降低二氧化碳排放量，也可以得到性能优良的汽车燃料。
回答下列问题：
(1)制取二甲醚的热化学方程式为：2CO(g)＋6H(g) CHOCH (g)＋3HO(g) ∆H，则
2 2 3 3 2
∆H=___________。
已知：①CO(g)＋3H(g) CHOH(g)＋HO(g) ∆H=-49.0kJ∙mol-1
2 2 3 2 1
②2CHOH(g) CHOCH (g)＋HO(g) ∆H=-23.5kJ∙mol-1
3 3 3 2 2
(2)往一容积为 的恒容密闭容器中通入2molCO和6molH ，一定温度下发生反应：：2CO(g)＋6H(g)
2 2 2
CHOCH (g)＋3HO(g)，起始总压为p，20 min时达到化学平衡状态，测得CHOCH 的物质的量分
3 3 2 0 3 3
数为12.5%。
①达到化学平衡状态时，下列有关叙述正确的是___________(填字母序号)。
a．容器内气体压强不再发生改变
b．正、逆反应速率相等且均为零
c．向容器内再通入1molCO和3molH ，重新达平衡后CHOCH 体积分数增大
2 3 3
d．向容器内通入少量氦气，则平衡向正反应方向移动
②0-20 min内，用H 表示的平均反应速率v(H ) =___________，CO 的平衡转化率α(CO)=___________；
2 2 2 2
该温度下，反应的平衡常数K =___________(用含p 的式子表达，用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总
P 0
压×物质的量分数)。
③升高温度，二甲醚的平衡产率___________(填“增大”、“减小”或“不变”)，简述理由：
___________。
④工业上，CO 与H 混合气体以一定的比例和一定流速分别通过填充有催化剂I、II的反应器，CO 转化率
2 2 2
与温度的关系如下图。在催化剂II作用下，温度高于T 时，CO 转化率下降的原因可能是_______。
1 2【答案】(1)-121.5kJ∙mol-1
(2)ac 0.1 mol·L－1·min－1 66.7% 减小 二甲醚的合成反应为放热反应，升高温度，平
衡逆向移动，二甲醚产率降低 催化剂的活性降低
【解析】(1)①CO(g)＋3H(g) CHOH(g)＋HO(g) ∆H=-49.0kJ∙mol-1
2 2 3 2 1
②2CHOH(g) CHOCH (g)＋HO(g) ∆H=-23.5kJ∙mol-1
3 3 3 2 2
利用盖斯定律，将反应①+反应②，即得2CO(g)＋6H(g) CHOCH (g)＋
2 2 3 3
3HO(g)∆H=2×∆H+∆H=2×(-49.0kJ∙mol-1)+( -23.5kJ∙mol-1)= -121.5kJ∙mol-1；(2)①对于反应2CO(g)＋6H(g)
2 1 2 2 2
CHOCH (g)＋3HO(g)，达到化学平衡状态时：a项，容器内各气体的物质的量不变，容器的体积不
3 3 2
变，压强不变，a正确；b项，达平衡时，各物质的量不变，正、逆反应速率相等但都大于零，b不正确；
c项，向容器内再通入1molCO和3molH ，相当于加压，平衡正向移动，重新达平衡后CHOCH 体积分数
2 3 3
增大，c正确；d项，向容器内通入少量氦气，反应混合气体的浓度不变，平衡不发生移动，d不正确；故
选ac；②往一容积为2L的恒容密闭容器中通入2molCO和6molH ，一定温度下发生反应：2CO(g)＋
2 2
6H(g) CHOCH (g)＋3HO(g)，起始总压为p，20 min时达到化学平衡状态，测得CHOCH 的物
2 3 3 2 0 3 3
质的量分数为12.5%。设参加反应的CO 的物质的量为x，则可建立如下三段式：
2
则 ，x= mol。0-20 min内，用H 表示的平均反应速率v(H ) = =
2 2
，CO 的平衡转化率 ≈66.7%；达平衡时，总压强为 = ，该温度下，反应的
2
平衡常数K = = 。③依据平衡移动原理，对于放热反应，升高温度，平衡逆向移
P
动，二甲醚的平衡产率减小，理由：二甲醚的合成反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，二甲醚产率降低。④从图中可以看出，在催化剂II作用下，温度高于T 时，CO 转化率下降，可能是催化剂对此反
1 2
应的催化效率降低，或有其它副反应发生，即原因可能是催化剂的活性降低。
5．(2022·山东省青岛第五十八中学高三期中)我国的能源消费结构以燃煤为主，将煤气化可减少环境污
染。
(1)将煤与水蒸气在恒容密闭容器中反应，可制合成气。制备过程中的主要反应(I)、(II)的lg K (K 为以分
P P
压表示的平衡常数)与温度T的关系如下图所示。
在容积为1L的密闭容器中充入1molCO、1molH O只发生反应(Ⅱ)，反应5分钟到达图中a点，请计算
2
0~5min时间内，v(H )___________；已知反应速率
2
分别为正、逆反应速率常数， 为物质的
量分数， ___________。
(2)煤气化过程中产生的有害气体HS可用足量的NaCO 溶液吸收，该反应的离子方程式为___________(已
2 2 3
知：K (H S)=9.1×10-8，K (H S)=11×10-12；K (H CO )=4.30×10-7，K (H CO)=5.61×10-11)
a1 2 a2 2 a1 2 3 a2 2 3
(3)已知：CO(g)＋3HO(g) CO(g)＋H(g) △H=+ akJ·mol-1
2 2 2 1
2CO (g)＋O(g) 2CO(g) △H= -b kJ·mol-1
2 2 2
CH(g)＋CO(g) 2CO(g)＋2H(g) △H=+ckJ·mol-1 (a、b、c均为正值)
4 2 2 3
则CO(g)＋2HO(g) CH(g)＋2O(g)的△H=___________ kJ·mol－1············· (用a、b、c表示)。
2 2 4 2 4
(4)CO 还可制取CHOH(g)和水蒸气。将1molCO 和3molH 充入0.5L恒容密闭容器中，在两种不同催化剂
2 3 2 2
下发生反应，相同时间内CO 的转化率随温度变化曲线如图3所示：
2
①随温度的升高，CO 的转化率先增大后减小，理由是___________。
2②已知c点容器内压强为P，在T 温度反应的平衡常数K 为___________(用含P的关系式表示)
5 p
【答案】(1)0.1mol·L-1·min-1 100 (2)CO 2-+H S=HCO -+HS-
3 2 3
(3)(2a+2b-c)kJ∙mol-1
(4)b点前，反应未达平衡，随温度升高，反应速率加快，CO 转化率增大；b点后，反应已达平衡，随温度
2
升高，平衡左移，CO 转化率降低
2
【解析】(1)在容积为1L的密闭容器中充入1molCO、1molH O只发生反应(II)，反应5分钟到达图中a点此
2
时lgKp=0，Kp=1。 根据化学反应速率与物质反应关系，由于加入1molCO、1molH O,反应是按1: 1物质
2
的量关系进行，剩余的CO、HO也是1: 1物质的量的关系，则反应产生的CO、H 物质的量相等，则每种
2 2 2
气体的物质的量及浓度都相同，此时n(CO)=0.5mol，c(CO)=c(H )=c(CO)=c(H O)=0.5mol/L，所以0~5min
2 2 2
时间内，v(H )= =0.1mol/(L·min)；由于反应速率v=v -v =
2 (正) (逆)
，反应达到平衡时v =v ，所以K= =1 10-2，
(正) (逆)
b处的lgKp=-2，Kp=1 10-2，由于反应时c(CO)=c(H O)=1mol/L, c(CO )=c(H )=0；假设反应产生的
2 2 2
c(CO)=c(H )=bmol/L ,则平衡时c(CO)=c(H O)=(1-b)mol/L，c(CO)=c(H )=bmol/L，该反应前后体积不变，
2 2 2 2 2
则Kp= =1 10-2， 解得b= mol/L，c (CO) =c (H O)= mol/L，根据图像所知，此温度下达到平
2
衡时Kp=1，所以b处的 = =100；(2)已知：
，所以HS与 足量的NaCO 反应生成HCO -和HS-，则其离子方
2 2 3 3
程式为：CO2-+H S=HCO -+HS-；(3)已知：①CO(g)＋3HO(g) CO(g)＋H(g) △H=+ akJ·mol-1
3 2 3 2 2 2 1
②2CO (g)＋O(g) 2CO(g) △H= -b kJ·mol-1
2 2 2
③ CH(g)＋CO(g) 2CO(g)＋2H(g) △H=+ckJ·mol-1 (a、b、c均为正值)
4 2 2 3
根据盖斯定律，由2 ①-2 ②-③得反应CO(g)＋2HO(g) CH(g)＋2O(g) △H= (2a+2b-c)kJ∙mol-1；
2 2 4 2 4
(4)①b点前，反应未达平衡，随温度升高，反应速率加快，CO 转化率增大； b点后，反应已达平衡，随
2
温度升高，平衡左移，CO 转化率降低;随温度的升高，CO 的转化率先增大后减小；②c点时容器内的压
2 2
强为P，二氧化碳的转化率为50%，列出三段式：
平衡时各物质的物质的总量为0.5mol+1.5mol+0.5mol+0.5mol=3mol，在T 温度下该反应的平衡常数K为
5。
