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热点强化19 化学反应速率和化学平衡简答题
文字描述代表一种开放性思维与能力，一般从速率问题、平衡(转化率)问题、安全问题、节
能减排等角度作答(考查前两个角度居多)，实际上就是效益最大化的问题。
1．条件选择类
(1)实验最佳条件的选择或控制就是为了又“快”又“好”地生产，即主要是从反应速率与
转化率(化学平衡)两个角度来分析。“快”就是提高反应速率，“好”就是提高转化率，原
料利用率高，而影响速率与转化率的主要因素就是浓度、温度、压强与催化剂，其中温度与
压强是试题中经常考查的因素。
(2)从速率、转化率、产率、纯度等角度分析，选择最佳条件。如针对反应速率时，思考方
向为如何提高浸出速率、如何提高反应速率等；针对平衡转化率、产率时，可运用平衡移动
原理解释(其他条件不变的情况下，改变××条件，可逆反应平衡向××方向移动，导致
××发生变化)；针对综合生产效益时，可从原料成本，原料来源是否广泛、是否可再生，
能源成本，对设备的要求，环境保护，绿色化学等方面作答。
(3)选择当前条件的优势，其他条件的不足，往往不足的描述比较容易疏忽，如温度过高或
过低，压强过小或过大，也要进行分析。
2．原因分析类
(1)依据化学反应速率和平衡移动原理，分析造成图像曲线变化的原因。
(2)催化剂对反应的影响、不同反应的选择性问题是这类题目的难点，解题时要多加关注，
不同的条件会有不同的选择性。
(3)这类题目一般都是多因素影响，需要多角度分析原因。
题组一 曲线上特殊点的分析
1．用(NH4)2CO3捕碳的反应：(NH4)2CO3(aq)＋H2O(l)＋CO2(g)2NH4HCO3(aq)。为研究温
度对(NH4)2CO3捕获CO2效率的影响，将一定量的(NH4)2CO3溶液置于密闭容器中，并充入一
定量的CO2气体，保持其他初始实验条件不变，分别在不同温度下，经过相同时间测得CO2
气体浓度，得到趋势图：
(1)c 点的逆反应速率和d 点的正反应速率的大小关系为v 逆(c)________(填“＞”“＝”或
“＜”)v 正(d)。
1
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(2)b、c、d 三点的平衡常数Kb、Kc、Kd从大到小的顺序为________。
(3)T3 ～T4 温度区间，容器内CO2 气体浓度呈现增大的变化趋势，其原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)＜ (2)Kb＞Kc＞Kd (3)T3～T4温度区间，化学反应已达到平衡，由于正反应是放
热反应，温度升高平衡向逆反应方向移动，不利于CO2 的捕获
解析 (1)温度越高，反应速率越快，d 点温度高，则c 点的逆反应速率和d 点的正反应速率
的大小关系为v 逆(c)＜v 正(d)。(2)根据图像，温度为T3 时反应达平衡，此后温度升高，
c(CO2)增大，平衡逆向移动，说明正反应是放热反应。升高温度，平衡逆向移动，平衡常数
减小，故Kb＞Kc＞Kd。
2．[2020·天津，16(4)]用H2还原CO2可以在一定条件下合成CH3OH(不考虑副反应)：CO2(g)
＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH<0
恒压下，CO2和H2的起始物质的量之比为1∶3 时，该反应在无分子筛膜时甲醇的平衡产率
和有分子筛膜时甲醇的产率随温度的变化如图所示，其中分子筛膜能选择性分离出H2O。
①甲醇平衡产率随温度升高而降低的原因为_________________________________
________________________________________________________________________。
②P 点甲醇产率高于T 点的原因为__________________________________________
________________________________________________________________________。
③根据上图，在此条件下采用该分子筛膜时的最佳反应温度为____________℃。
答案 ①该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动(或平衡常数减小) ②分子筛膜从反
应体系中不断分离出H2O，有利于反应正向进行，甲醇产率升高 ③210
解析 ①图中有分子筛膜时，P 点甲醇产率最大，达到平衡状态，P 点后甲醇的产率降低，
其原因是合成甲醇的反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，甲醇产率降低。②P 点
有分子筛膜，T 点无分子筛膜，而分子筛膜能选择性分离出H2O，使平衡正向移动，提高甲
醇的产率。③由图可知，当有分子筛膜，温度为210 ℃时，甲醇产率最大，故该分子筛膜
的最佳反应温度为210 ℃。
3．[2020·山东，18(3)]探究CH3OH 合成反应化学平衡的影响因素，有利于提高CH3OH 的产
率。以CO2、H2为原料合成CH3OH 涉及的主要反应如下：
Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)
ΔH1＝－49.5 kJ·mol－1
2
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Ⅱ.CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)
ΔH2＝－90.4 kJ·mol－1
Ⅲ.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH3
不同压强下，按照n(CO2)∶n(H2)＝1∶3 投料，实验测定CO2的平衡转化率和CH3OH 的平衡
产率随温度的变化关系如下图所示。
已知：CO2的平衡转化率＝×100%
CH3OH 的平衡产率＝×100%
其中纵坐标表示CO2平衡转化率的是图________(填“甲”或“乙”)；压强p1、p2、p3由大
到小的顺序为__________；图乙中T1温度时，三条曲线几乎交于一点的原因是___________
_______________________________________________________________________________
。
答案 乙 p1＞p2＞p3 T1时以反应Ⅲ为主，反应Ⅲ前后气体分子数相等，压强改变对平衡
没有影响
解析 由反应Ⅰ、Ⅱ可知，随着温度的升高，甲醇的平衡产率逐渐降低，因此图甲的纵坐标
表示的是甲醇的平衡产率，图乙的纵坐标表示的是CO2的平衡转化率。同温度下，随着压强
的增大，甲醇的平衡产率应增大，因此压强由大到小的顺序为p1＞p2＞p3。图乙中，当升温
到T1时，CO2的平衡转化率与压强的大小无关，说明以反应Ⅲ为主，因为反应Ⅲ前后气体分
子数相等。
(1)对于化学反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，M 点前，表示从反应物开始，v 正>v 逆；M
点为刚达到平衡点(如图)；M 点后为平衡受温度的影响情况，即升温，A 的百分含量增加或
C 的百分含量减少，平衡左移，故ΔH＜0。
(2)对于化学反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，L 线上所有的点都是平衡点(如图)。L 线的
3
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左上方(如E 点)，A 的百分含量大于此压强时平衡体系的A 的百分含量，所以，E 点：v 正>v
逆；则L 线的右下方(如F 点)：v 正＜v 逆。
题组二 曲线变化趋势的分析
4．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，如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
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 p4>p3>p2>p1 该反应正向是气体分子数减小的反应，相同温度下，压强升高乙烯转化
率升高
5．汽车使用乙醇汽油并不能减少NOx 的排放，某研究小组在实验室以耐高温试剂Ag-
ZSW-5 催化，测得NO 转化为N2的转化率随温度变化情况如图所示。
(1)在＝1 条件下，最佳温度应控制在______左右。
(2) 若不使用CO ，温度超过775 K ，发现NO 的分解率降低，其可能的原因为
________________________________________________________________________。
(3) 用平衡移动原理解释为什么加入CO 后NO 转化为N2 的转化率增大：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)870 K(860～880 K 范围内都可以)
(2)该反应放热，升高温度，反应向逆反应方向进行
(3)加入的CO 会与NO 的分解产物O2发生反应，促进NO 分解平衡向生成N2的方向移动，
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导致NO 的转化率增大
6．下图是在一定时间内，使用不同催化剂Mn 和Cr 在不同温度下对应的脱氮率，由图可知
工业使用的最佳催化剂为________，相应温度为________；使用Mn 作催化剂时，脱氮率在
b～a 段呈现如图变化的可能原因是__________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 Mn 200 ℃ b～a 段，开始温度较低，催化剂活性较低，脱氮反应速率较慢，反应
还没达到化学平衡，随着温度升高反应速率变大，一定时间参与反应的氮氧化物变多，导致
脱氮率逐渐增大
7．丙烯腈(
)是一种重要的化工原料，广泛应用在合成纤维、合成橡胶及合成树脂等
工业生产中。以3-羟基丙酸乙酯[
(g)]为原料合成丙烯腈，主要反应过程如
下：
反应Ⅰ：
(g)
(g)＋H2O(g) ΔH1
反应Ⅱ：
(g)＋NH3(g)
(g)＋H2O(g)＋
(g) ΔH2
在盛有催化剂TiO2、压强为200 kPa 的恒压密闭容器中按体积比2∶15 充入
(g)和NH3(g)发生反应，通过实验测得平衡体系中含碳物质(乙醇除外)的物质的量分数随温度
的变化如图所示。
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随着温度的升高，
(g) 的平衡物质的量分数先增大后减小的原因为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________，
N 点对应反应Ⅱ的平衡常数Kx＝________(x 代表物质的量分数)。
答案 温度较低时，反应Ⅰ进行的程度大，
(g)的物质的量分数增大；温度较高
时反应Ⅱ进行的程度增大，
(g)的物质的量分数减小
解析 根据图像可知，温度较低时，
(g)的物质的量分数很小，随温度升高
(g)的物质的量分数增大，
(g)是反应Ⅰ的生成物、反应Ⅱ的反应物，故随着温度
的升高，
(g)的平衡物质的量分数先增大后减小的原因为温度较低时，反应Ⅰ进行
的程度大，
(g)的物质的量分数增大；温度较高时反应Ⅱ进行的程度增大，
(g)的物质的量分数减小。N 点时，
(g)的物质的量分数为0，
(g) 完全消耗，
(g) 和
(g) 的物质的量分数相等，即
(g)和
(g)物质的量相等，设起始
(g)、NH3(g)物质的量依
次为2 mol、15 mol，平衡时
(g)物质的量为x mol，反应Ⅰ生成的
(g)和
H2O(g)的物质的量均为2 mol，则反应Ⅱ消耗的
(g)和NH3(g)、生成的H2O(g)和
(g)物质的量都为x mol，则2－x＝x，解得x＝1，平衡时
(g)、NH3(g)、
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(g)、H2O(g)、
(g)物质的量依次为1 mol、14 mol、1 mol、3 mol、1 mol，气
体总物质的量为20 mol，物质的量分数依次为、、、、，N 点对应反应Ⅱ的平衡常数Kx＝
＝。
8．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) ΔH<0。根据下图
判断提高脱硝效率的最佳条件是____________________________________________________；
氨氮物质的量之比一定时，在400 ℃时，脱硝效率最大，其可能的原因是__________
________________________________________________________________________。
答案 氨氮物质的量之比为1，温度为400 ℃ 在400 ℃时，催化剂的活性最好，催化效
率最高，同时400 ℃温度较高，反应速率快
9．一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·mol－1
副反应：
Ⅴ.C(s)＋2H2(g)CH4(g)
ΔH5＝－74.8 kJ·mol－1
Ⅵ.CO(g)＋3H2(g)CH4(g)＋H2O(g)
ΔH6＝－206.1 kJ·mol－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。
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①由反应Ⅴ和反应Ⅵ可知，ΔH1＝________；反应Ⅰ的ΔS________(填“>”或“<”)0。
②
温
度
小
于
800
℃
时
，
K1
＝
0
，
原
因
是
________________________________________________。
③为提高反应Ⅱ中CO 的转化率，可采取的措施是____________________________
_________________________________________________________________(写一条)。
④T ℃时，向密闭容器中充入1 mol CO(g)和3 mol H2O(g)，只发生反应Ⅱ ，此时该反应的
平衡常数K2＝1，CO 的平衡转化率为________。
(2)从环境保护角度分析，该制氢工艺中设计反应Ⅲ的优点是___________________________。
(3)起始时在气化炉中加入1 mol C、2 mol H2O 及1 mol CaO，在2.5 MPa 下，气体的组成与
温度的关系如图3 所示。
①200～725 ℃时，CH4的量不断减少的原因是________________________________
________________________________________________________________________。
②725～900 ℃时，H2的物质的量分数快速减小，其原因是_________________________。
③制氢生产中控制温度为750 ℃左右，不采用850 ℃以上温度的原因是
________________________________________________________________________。
答案 (1)①＋131.3 kJ·mol－1 ＞ ②未达到自发进行反应的温度 ③增大(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·mol－1－(－206.1
kJ·mol－1)＝＋131.3 kJ·mol－1；反应Ⅰ的气体分子数增多，ΔS>0。
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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、增大等方法。
④设容器体积为V L，
CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)
起始/mol 1 3 0 0
转化/mol x x x x
平衡/mol 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×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。
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