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微考点 化学反应速率与化学平衡图像
目录
............................................................................................................................................. 1
1.高考真题考点分布................................................................................................................................... 1
2.命题规律及备考策略............................................................................................................................... 1
............................................................................................................................................. 2
考法01 反应速率图像...............................................................................................................................2
考法02 化学平衡图像...............................................................................................................................9
考法03 工业生产中速率与平衡图像.....................................................................................................14
........................................................................................................................................... 17
1.高考真题考点分布
考点内容
考点分布
化学反应速率图像
2024·辽宁卷,3 分;2024·安徽卷,3 分;2023 辽宁卷12 题,3 分;2023 山东卷14
题,4 分;2022 浙江1 月选考19 题,2 分;2022 湖南卷14 题,4 分;2022 广东卷
15 题,4 分;2022 河北卷11 题,4 分;
化学平衡图像
2024·湖南卷,3 分;2024·辽宁卷,3 分;2023·重庆卷,3 分;2023 湖南卷13 题,
4 分;2023 浙江6 月选考14 题,3 分;2022 江苏卷13 题,3 分;2022 广东卷13
题,4 分;
2.命题规律及备考策略
【命题规律】
高频考点从近几年全国高考试题来看,反应速率图像与平衡移动图像综合考查仍是高考命题的热点。
【备考策略】解答化学反应速率与化学平衡图像题的三个步骤
第一步:看图像
一看面——横坐标、纵坐标代表的量(如纵坐标是反应物百分含量,还是反应物的转化率等),确定坐标值
与化学量的正变与负变关系。
二看线——曲线的走向、变化趋势(斜率大小、升与降、平与陡、渐变与突变、连续与断变、转折等),同
时对走势有转折变化的曲线,要分段进行分析,找出各段曲线的变化趋势及含义。例如,升高温度,v 吸增
加得多,v 放增加得少;增大反应物浓度,v 正突变,v 逆渐变。
三看点——起点(分清反应物、生成物。浓度减小的是反应物,浓度增大的是生成物,一般生成物多数以原
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点为起点),终点(终点是否达到平衡),转折点(转折点前后影响的主要因素不同)等;此外还有顶点、拐点、
交叉点、平衡点等都要认真分析。
四看辅助线——要不要作等温线、等压线,讨论单变量。
五看量——一般标出具体数值的量在解题中都会用到。
第二步:想规律
在看清图的基础上,根据坐标x 轴的变化,确定y 轴的变化,结合外因对化学反应速率、化学平衡的影响
因素分析变化的本质原因。
第三步:作判断
看条件(T,p,c)→同结果正确,不同则错。
【命题预测】
预计2025 年高考会以新的图像、新的真实情境等为载体,主要涉及反应速率的影响因素及相关计算、平衡
常数的计算和应用等知识,重点考查考生提取信息、分析问题、解决问题的能力,题目难度一般较大。
考法01 反应速率图像
1.速率—时间图像(vt 图像):
由图像变化分析外界条件对其影响,已知反应为mA(g)+nB(g)
pC(g)+qD(g) ΔH=Q kJ·mol-1。
(1)“渐变”类vt 图像
图像
分析
结论
t1时v′正突然增大,v′逆逐渐增大;v′正>v′逆,平
衡向正反应方向移动
t1时其他条件不变,增大反应物的浓度
t1时v′正突然减小,v′逆逐渐减小;v′逆>v′正,平
衡向逆反应方向移动
t1时其他条件不变,减小反应物的浓度
t1时v′逆突然增大,v′正逐渐增大;v′逆>v′正,平
衡向逆反应方向移动
t1时其他条件不变,增大生成物的浓度
t1时v′逆突然减小,v′正逐渐减小;v′正>v′逆,平
衡向正反应方向移动
t1时其他条件不变,减小生成物的浓度
(2)“断点”类vt 图像
图像
分析
结论
2
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t1时v′正、v′逆均突然增大,且
v′正>v′逆;平衡向正反应方
向进行
t1时其他条件不变,增大反应体系的压强且m+n>p+
q(正反应为体积减小的反应)
t1时其他条件不变,升高温度且Q>0(吸热反应)
t1时v′正、v′逆均突然增大,且
v′逆>v′正;平衡向逆反应方
向进行
t1时其他条件不变,增大反应体系的压强且m+n<p+
q(正反应为体积增大的反应)
t1时其他条件不变,升高温度且Q<0(放热反应)
t1时v′正、v′逆均突然减小,且
v′正>v′逆;平衡向正反应方
向进行
t1时其他条件不变,减小反应体系的压强且m+n<p+
q(正反应为体积增大的反应)
t1时其他条件不变,降低温度且Q<0(放热反应)
t1时v′逆、v′正均突然减小,且
v′逆>v′正;平衡向逆反应方
向进行
t1时其他条件不变,减小反应体系的压强且m+n>p+
q(正反应为体积减小的反应)
t1时其他条件不变,降低温度且Q>0(吸热反应)
(3)“平台”类vt 图像
图像
分析
结论
t1时v′正、v′逆均突然增大且
v′正=v′逆,平衡不移动
t1时其他条件不变使用催化剂
t1时其他条件不变增大反应体系的压强且m+n=p+q(反应
前后气体体积无变化)
t1时v′正、v′逆均突然减小且
v′正=v′逆,平衡不移动
t1时其他条件不变,减小反应体系的压强且m+n=p+q(反
应前后气体体积无变化)
2.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。
(1)由图像得出的信息
X
①、Y 是反应物,Z 是产物。
②t3 s 时反应达到平衡状态,X、Y 并没有全部反应,该反应是可逆反应。
0
③~t3 s 时间段:Δn(X)=n1-n3 mol,Δn(Y)=n2-n3 mol,Δn(Z)=n2 mol。
3
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(2)根据图像可进行如下计算
①某物质的平均速率、转化率,如
v(X)= mol·L-1·s-1;
Y 的转化率=×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。
3.含量—时间—温度(压强)(C%指产物的质量分数,B%指某反应物的质量分数)
【方法技巧】“先拐先平,数值大”。即曲线先出现拐点的首先达到平衡,反应速率快,以此判断温度或
压强的高低。再依据外界条件对平衡的影响分析判断反应的热效应及反应前后气体体积的变化。
4.恒压(或恒温)线(α 表示反应物的转化率,c 表示反应物的平衡浓度)
图①,若p1>p2>p3,则正反应为气体体积减小的反应,ΔH<0;
图②,若T1>T2,则正反应为放热反应。
【方法技巧】“定一议二”。即把自变量(温度、压强)之一设为恒量,讨论另外两个变量的关系
5.几种特殊图像
(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(如下图);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,故正反应ΔH<0。
4
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(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(如下图)。L 线的左上方(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(F 点),v
正<
v 逆。
考向01 考查速率—时间图像
【例1】(2024·辽宁抚顺·模拟)向绝热恒容密闭容器中通入SO2和NO2,一定条件下使反应SO2(g)+
NO2(g)
SO3(g)+NO(g)达到平衡,正反应速率随时间变化的示意图如下所示。由图可得出的正确结论是(
)
A.反应在c 点达到平衡状态
B.反应物浓度:a 点小于b 点
C.反应物的总能量低于生成物的总能量
D.Δt1=Δt2时,SO2的转化率:a~b 段小于b~c 段
【答案】D
【解析】A 项,化学平衡状态的标志是各物质的浓度不再改变,其实质是正反应速率等于逆反应速率,c
点对应的正反应速率显然还在改变,一定未达平衡,错误;B 项,a 到b 时正反应速率增加,反应物浓度随
时间不断减小,错误;C 项,从a 到c 正反应速率增大,之后正反应速率减小,说明反应刚开始时温度升
高对正反应速率的影响大于浓度减小对正反应速率的影响,说明该反应为放热反应,即反应物的总能量高
于生成物的总能量,错误;D 项,随着反应的进行,正反应速率越快,消耗的二氧化硫就越多,SO2的转
化率将逐渐增大,正确。
考向02 考查物质的量(或浓度)—时间图像
【例2】(2024·河南洛阳·模拟)100 ℃时,向某恒容密闭容器加入1.6 mol·L-1的Q 后会发生如下反应:
2Q(g)
M(g)。其中M 的物质的量浓度随时间的变化如图所示:
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下列说法错误的是( )
A.从反应开始到刚达到平衡的时间段内,v(Q)=0.02 mol·L-1·s-1
B.a、b 两时刻生成Q 的速率:v(a)<v(b)
C.用Q 浓度变化值表示的ab、bc 两个时间段内的反应速率:v(ab)>v(bc)=0
D.其他条件相同,起始时将0.2 mol·L-1氦气与Q 混合,则反应达到平衡所需时间少于60 s
【答案】D
【解析】根据分析,从反应开始到刚达到平衡的时间段内,v(Q)===0.02 mol·L-1·s-1,故A 正确;Q 为
反应物,初始时浓度最大,消耗速率最大,生成速率最小,随着反应的进行,Q 的浓度逐渐减小,消耗速
率逐渐减慢,生成速率逐渐增大,则a、b 两时刻生成Q 的速率:v(a)<v(b),故B 正确;ab 段M 的浓度变
化量为(0.6-0.3) mol·L-1=0.3 mol·L-1,则Q 的物质的量浓度变化量为M 的两倍,为0.3 mol·L-1×2=0.6
mol·L-1,反应时间为60 s-20 s=40 s,v(ab)==0.015 mol·L-1·s-1,bc 段反应达到平衡状态,M、Q 的物
质的量浓度变化量为0,则v(bc)=0,则用Q 浓度变化值表示的ab、bc 两个时间段内的反应速率:
v(ab)>v(bc)=0,故C 正确;其他条件相同,向某恒容密闭容器中通入0.2 mol·L-1氦气与Q 混合,容器体积
不变,Q、M 的浓度不变,与原平衡体系等效,则反应达到平衡所需时间等于60 s,故D 错误。
考向03 考查浓度(转化率、百分含量)—时间图像
【例3】(2024·湖北孝感·模拟)在其他条件不变时,只改变某一条件,化学反应aA(g)+B(g)
cC(g)的
平衡的变化图像如下(图中p 表示压强,T 表示温度,n 表示物质的量,α 表示平衡转化率),据此分析下列
说法正确的是( )
A.在图像反应Ⅰ中,说明正反应为吸热反应
B.在图像反应Ⅰ中,若p1>p2,则此反应的ΔS>0
C.在图像反应Ⅱ中,说明该正反应为吸热反应
D.在图像反应Ⅲ中,若T1>T2,则该反应能自发进行
【答案】D
【解析】A 项,图像反应Ⅰ中任取一曲线,图中随着温度的升高反应物的平衡转化率减小,升高温度平衡
向逆反应方向移动,则正反应为放热反应,错误;B 项,在图像反应Ⅰ的横坐标上任取一点,作横坐标的
垂直线与两曲线相交,若p1>p2,增大压强反应物的平衡转化率增大,增大压强平衡向正反应方向移动,则
a+1>c,ΔS<0,错误;C 项,图像反应Ⅱ中T1先出现拐点,T1反应速率快,T1>T2,T1平衡时n(C)小于T2
平衡时n(C),升高温度平衡向逆反应方向移动,正反应为放热反应,错误;D 项,图像反应Ⅲ增大压强平
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衡不移动,则a+1=c,若T1>T2,升高温度A 的转化率减小,升高温度平衡向逆反应方向移动,则
ΔH<0,该反应能自发进行,正确。
【对点1】(2024·山东济南·模拟)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~t2 C.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~t3 C.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 逆增大得更快,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 逆同时增大且增大量相同,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,
但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,NH3的含量均比t0~t1时间段的低,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。
【对点2】(2024·安徽铜陵·模拟)向一容积不变的密闭容器中充入一定量A 和B,发生如下反应:xA(g)
+2B(s)
yC(g) ΔH<0。在一定条件下,容器中A、C 的物质的量浓度随时间变化的曲线如图所示。请回
答下列问题:
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(1)用A 的浓度变化表示该反应在0~10 min 内的平均反应速率v(A)=________。
(2)根据图示可确定x∶y=________。
(3)0~10 min 容器内压强________(填“变大”“不变”或“变小”)。
(4)推测第10 min 引起曲线变化的反应条件可能是________(填编号,下同);第16 min 引起曲线变化的反应
条件可能是________。
①减压 ②增大A 的浓度 ③增大C 的量 ④升温 ⑤降温 ⑥加催化剂
(5)若平衡Ⅰ的平衡常数为K1,平衡Ⅱ平衡常数为K2,则K1________K2(填“>”“=”或“<”)。
【答案】(1)0.02 mol·L-1·min-1 (2)1 2∶ (3)变大 (4)④⑥ ④ (5)>
【解析】(1)0~10 min 内v(A)==0.02 mol·L-1·min-1。(2)根据图像可知,0~10 min 内A 的物质的量浓度减
少量为0.2 mol·L-1,C 的物质的量浓度增加量为0.4 mol·L-1,x、y 之比等于A、C 的浓度的变化量之比,
故x∶y=0.2 mol·L-1 0.4 mol·L
∶
-1=1 2∶。(3)该反应是气体分子数增大的反应,而容器容积不变,因此0~10
min 容器内压强变大。(4)根据图像可知,10 min 时改变条件后,A、C 的浓度瞬时不变且随后反应速率加快
故改变的条件可能是升温或加入催化剂;12~16 min,反应处于平衡状态,16 min 时改变条件后,A、C 的
浓度瞬时不变,且随后A 的浓度逐渐增大,C 的浓度逐渐减小,说明平衡逆向移动,故改变的条件可能是
升温。(5)升高温度,平衡逆向移动,平衡常数减小。由于16 min 时升高温度,则K1>K2。
【对点3】(2024·广东中山·模拟)SO2的催化氧化是硫酸工业中的重要反应:2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g)
ΔH<0,图中L(L1、L2)、X 可分别代表压强或温度。下列说法正确的是( )
A.X 代表压强
B.L2>L1
C.Ka=Kb
D.若c 点的温度或压强分别为L2、X1,则c 点v(SO2)正>v(SO2)逆
【答案】D
【解析】A.X 如为压强,增大压强,平衡正向移动,转化率增大,正反应为放热反应,升高温度平衡逆向
移动,转化率减小,则X 表示温度,故A 错误;B.该反应为气体体积减小的反应,增大压强平衡正向移动,
转化率增大,L 表示压强,应该L1>L2,故B 错误;C.X 表示温度,则a、b 点温度不同,则平衡常数不同,
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故C 错误;D.c 点反应未达到平衡状态,平衡正向移动,则c 点v(SO2)正>v(SO2)逆,故D 正确。
考法02 化学平衡图像
对于反应mA(g)+nB(g)
pC(g)+qD(g),m+n>p+q,且ΔH>0。
1.转化率-时间图像
【方法技巧】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,
不能改变平衡时反应物的转化率。
2.转化率(或质量分数)与(压强或温度)图像
(1)恒压线图像
(2)恒温线图像
【方法技巧】图3 中,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.化学平衡中的其他图像
(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;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,
故正反应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。L 线的左上方(E 点),
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A 的百分含量大于此压强时平衡体系中A 的百分含量,所以E 点满足v 正>v 逆;同理L 线的右下方(F 点)满
足v 正<v 逆。
考向01 考查转化率(或含量)-时间图像
【例1】(2024·福建龙岩·模拟)含氮化合物是化工、能源、环保等领域的研究热点。合成尿素[CO
(NH2)2]的反应为2NH3(g)+CO2(g)
H2O(l)+CO(NH2)2(s) ΔH=-134 kJ/mol。向恒容
密闭容器中按物质的量之比4 1∶充入NH3和CO2,保持温度不变,测得CO2的转化率随时间的变化情况如
图所示。
(1)A 点的逆反应速率B 点的正反应速率(填“>”“<”或“=”)。
(2)下列叙述中不能说明该反应达到平衡状态的是 (填字母,下同)。
A.体系压强不再变化
B.混合气体平均摩尔质量不再变化
C.NH3的消耗速率和CO2的消耗速率之比为2 1∶
D.固体质量不再发生变化
(3)工业上合成尿素时,既能加快反应速率,又能提高平衡转化率的措施有。
A.升高温度
B.加入催化剂
C.将尿素及时分离出去
D.增大反应体系的压强(缩小容器体积)
【答案】(1)< (2)C (3)D
【解析】(1)由题图可知,A 点时反应未达平衡,在形成平衡的过程中,逆反应速率增大,平衡时正、逆
反应速率相等,则A 点的逆反应速率小于B 点的正反应速率。(2)该反应为气体分子数减小的反应,恒
温恒容条件下,体系压强不再变化说明正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态,故A 不符合题意;该反
应的反应物均是气体,生成物均不是气体,且反应物不是按方程式比例投放,所以平衡前混合气体平均摩
尔质量是变量,当混合气体平均摩尔质量不再变化说明正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态,故B 不
符合题意;NH3的消耗速率和CO2的消耗速率之比始终为2 1∶,无法判断反应是否达到平衡状态,故C 符合
题意;固体质量不再发生变化说明正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态,故D 不符合题意。(3)该
反应的正反应为放热反应,升高温度,反应速率加快,平衡向逆反应方向移动,平衡转化率减小,故A 错
误;加入催化剂,反应速率加快,化学平衡不移动,平衡转化率不变,故B 错误;尿素是固体,将尿素及
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时分离出去,反应速率不变,化学平衡不移动,平衡转化率不变,故C 错误;该反应为气体分子数减小的
反应,增大反应体系的压强(缩小容器体积),反应速率加快,平衡向正反应方向移动,平衡转化率增大,
故D 正确。
【思维建模】解答化学平衡图像题四步骤
考向02 考查转化率与(压强或温度)图像
【例2】(2024·浙江温州·模拟)在一恒容的密闭容器中充入0.1 mol·L-1 CO2、0.1 mol·L-1CH4,在一定条
件下发生反应:CH4(g)+CO2(g)
2CO(g)+2H2(g),测得CH4平衡转化率与温度、压强关系如图,下列有
关说法不正确的是( )
A.上述反应的ΔH<0
B.压强:p4>p3>p2>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 mol·L-1,c(CO2)=0.02 mol·L-1,c(CO)=0.16 mol·L-1,c(H2)=0.16
mol·L-1,即平衡常数K=≈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。
【对点1】(2024·重庆·三模)工业制氢,反应Ⅰ:
11
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,
反应Ⅱ:
。
维持T℃、560kPa 不变,向容积可变的密闭容器中投入10mol
和10mol
,
、CO 的转
化率随时间的变化分别对应如图甲、乙曲线。下列说法错误的是
A.开始时,
的分压
B.50min 后反应到达平衡,平均反应速率可表达为
为2.24kPa/min
C.保持温度不变,若增大压强,
的转化率变化曲线将是丙
D.保持压强不变,若降低温度,CO 的转化率变化曲线将是戊
【答案】C
【解析】A.开始时,总压强为560kPa ,
的分压
,故A 正确;
B.50min 后反应到达平衡,根据图中甲曲线为
的转化率随时间的变化,可得此时甲烷转化率为
40%,
,故B 正确;
C.保持温度不变,
为反应前后气体计量数不变的反应,因此若增大压强,平衡不移
动,
为反应气体计量数增大的反应,若增大压强,平衡逆向移动,
转化率降低,
且压强增大会导致反应速率加快,达到平衡的时间减少,因此
的转化率变化曲线将是丁,故C 错误;
D.保持压强不变,
为放热反应,若降低温度,平衡正向移动,CO 的转化率增大,
为吸热反应,若降低温度,平衡逆向移动,CO 的转化率增大,降低温度会导致速率
减慢,达到平衡的时间增加,因此CO 的转化率变化曲线将是戊,故D 正确;
故答案选C。
【对点2】(2024·江苏无锡·模拟)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( )
12
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A.反应2NO(g)+O2(g)
2NO2(g)的ΔH<0
B.图中X 点所示条件下,由于测定时间较短,反应未达到平衡
C.从X→Y 过程中,平衡逆向移动,O2的质量减少
D.380 ℃下,c 平衡(O2)=5.0×10-4 mol·L-1,NO 平衡转化率为50%,则平衡常数K=2 000
【答案】C
【解析】依据图中虚线,NO 的平衡转化率随温度升高而下降,说明升高温度,平衡向逆反应方向移动,
则该反应是放热反应,ΔH<0,故A 正确;点X 在虚线下面,说明反应未达到化学平衡,故B 正确;从
X→Y 过程中,NO 转化率下降,说明平衡向逆反应方向移动,O2的质量应该增大,故C 错误;
2NO(g)+O2(g)
2NO2(g)
起始(mol·L-1) x y 0
转化(mol·L-1) 0.5x 0.25x 0.5x
平衡(mol·L-1) 0.5x 5.0×10-4 0.5x
K===2 000,故D 正确。
考法03 工业生产中速率与平衡图像
1.化工生产适宜条件选择的一般原则
条件
原则
从化学反应速率分析
既不能过快,又不能过慢
从化学平衡移动分析
既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性,又要注意对二者影响的
矛盾性
从原料利用率分析
增加廉价易得原料,提高高价难得原料的利用率,从而降低生产成本
从实际生产能力分析
如设备承受高温、高压能力等
从催化剂的使用活性分析
注意催化剂的活性对温度的限制
2.平衡类问题需考虑的几个方面
(1)原料的来源、除杂,尤其考虑杂质对平衡的影响。
(2)原料的循环利用。
(3)产物的污染处理。
(4)产物的酸碱性对反应的影响。
(5)参加反应的物质的压强对平衡造成的影响。
(6)改变外界条件对多平衡体系的影响。
考向01 考查转化率—选择性图像
13
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【例1】(2024·湖南娄底·模拟) NH3与O2作用分别生成N2、NO、N2O 的反应均为放热反应。工业尾气
中的NH3可通过催化氧化为N2除去。将一定比例NH3、O2和N2的混合气体以一定流速通过装有催化剂的
反应管,NH3的转化率、N2的选择性[ 2n生成(N 2)
n总转化(N H 3)×100%]与温度的关系如图所示。下列说法正确的是
( )
A.其他条件不变,升高温度,NH3的平衡转化率增大
B.其他条件不变,在175~300 ℃范围,随着温度的升高,出口处氮气、氮氧化物的量均不断增大
C.催化氧化除去尾气中的NH3应选择反应温度高于250 ℃
D.高效除去尾气中的NH3,需研发低温下NH3转化率高和N2选择性高的催化剂
【答案】D
【解析】A 项,图示中NH3的转化率并不是平衡转化率,由“NH3与O2作用分别生成N2、NO、N2O 的反
应均为放热反应”,知升高温度,平衡逆向移动,NH3的平衡转化率减小,错误;B 项,由图像知,其他
条件不变,在175~300 ℃范围,随着温度的升高,NH3的转化率逐渐增大至几乎不变,N2的选择性逐渐减
小,则低温时,NH3的转化率为影响N2产量的主要因素,高温时,N2的选择性为影响N2产量的主要因素,
故出口处N2的量先增大后减小,错误;C 项,温度高于250 ℃时,N2的选择性减小较快,NH3更易转化成
NO 或N2O,仍会污染环境,错误;D 项,N2对环境无污染,由题图知,低温下,N2的选择性高,但低温
下反应速率慢,所以单位时间内NH3的转化率不高,故需要研发低温下NH3转化率高且N2选择性高的催化
剂,正确。
考向02 考查转化率—投料比图像
【例2】(2024·河北廊坊·模拟)在恒容密闭容器中进行反应:2CO2(g)+6H2(g)
C2H5OH(g)+3H2O(g)
ΔH。在某压强下起始时按不同氢碳比投料(如图中曲线①②③),测得CO2的平衡转化率与温度的关系如图
所示,下列有关说法正确的是( )
A.该反应的ΔH>0
B.氢碳比:①<
<
②③
C.其他条件不变的情况下,增大容器的体积可提高CO2的转化率
D.若起始CO2的浓度为2 mol·L-1、H2为4 mol·L-1,在图中曲线③氢碳比条件下进行,则400 K 时该反应
的平衡常数数值约为1.7
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【答案】D
【解析】根据图像可知,在氢碳比相等的条件下,随着温度的升高,CO2的转化率降低,说明升高温度,
平衡向逆反应方向移动,因此正反应是放热反应,ΔH<0,A 错误;氢碳比越大,CO2的转化率越高,根据
图像可知,在温度相等的条件下,CO2的转化率:①>
>
②③,则氢碳比:①>
>
②③,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
mol·L-1,则消耗氢气3 mol·L-1,生成乙醇和水蒸气分别是0.5 mol·L-1、1.5 mol·L-1,剩余CO2和氢气分
别是1 mol·L-1、1 mol·L-1,该温度下平衡常数K=≈1.7,D 正确。
【思维建模】
(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。
【对点1】(2024·山西忻州·模拟) 在催化剂作用下,用乙醇制乙烯,乙醇转化率和乙烯选择性(生成乙
烯的物质的量与乙醇转化的物质的量的比值)随温度、乙醇进料量(单位:mL·min-1)的关系如图所示
(保持其他条件相同)。
在410~440 ℃温度范围内,下列说法不正确的是( )
A.当乙醇进料量一定,随乙醇转化率增大,乙烯选择性升高
B.当乙醇进料量一定,随温度的升高,乙烯选择性不一定增大
C.当温度一定,随乙醇进料量增大,乙醇转化率减小
D.当温度一定,随乙醇进料量增大,乙烯选择性增大
【答案】A
【解析】分析题图可知,当乙醇进料量一定,随着乙醇转化率增大,乙烯的选择性先增大后减小,A 项错
误;由乙烯选择性变化曲线可知,当乙醇进料量一定,随温度的升高,乙烯的选择性先增大后减小,B 项
正确;由乙醇转化率变化曲线可知,当温度一定时,乙醇的进料量增大,乙醇转化率减小,C 项正确;由
乙烯选择性变化曲线可知,当温度一定时,乙醇的进料量增大,乙烯选择性增大,D 项正确。
【对点2】(2024·黑龙江鸡西·模拟) 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( )
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A.该反应为放热反应,ΔH<0
B.M、N 点SiHCl3的分压:M>N
C.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,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。
1.(2024·河北衡水·模拟预测)储氢合金M 的吸放氢反应式为:xH2(g)+2M(s)
2M-Hx(s),现将100gM
置于恒容容器中,通入氢气并维持容器内压强恒定,在不同温度下M 的最大吸氢量与氢气压强的关系如图
所示,下列说法错误的是
A.压强越小,温度对最大吸氢量的影响越大
B.若到达P 点的时间为3min,则吸氢速率v=0.35g/min
C.在相同条件下,若氢气中含有氩气,则最大吸氢量减小
D.若到达N 点所用时间小于P 点,则吸氢速率v(N)<v(P)
【答案】D
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【解析】A.由图可知,压强越小,温度对最大吸氢量的影响越大,故A 正确;
B.由图可知,到达P 点的时间为3min 时,M 的最大吸氢量为1.05g,则反应速率为
=0.35g/min,故
B 正确;
C.恒压条件下若氢气中含有氩气,相当于氢气的分压减小,该反应是气体体积减小的反应,平衡向逆反
应方向移动,吸氢量减小,故C 正确;
D.由图可知,压强相同时,N 点反应温度高于P 点,温度越高,反应速率越快,则N 点反应速率小于P
点,故D 错误;
故选D。
2.(2024·重庆·二模)研究发现燃煤脱硫过程中生成的
与
在密闭体系中将发生如下反
应:
Ⅰ.
Ⅱ.
已知图为反应Ⅰ和反应Ⅱ的平衡常数(
)与温度(
)的变化关系。现维持温度为
,往某2L 刚性密闭反应
器中投入足量的
和
,经小时反应体系达到平衡,此时体系压强为原来的1.4 倍。下
列说法正确的是
A.若用生石灰固硫的反应为
,则
B.提高反应体系的温度能降低反应体系中
的生成量
C.反应体系中CO 的消耗速率为
D.
【答案】D
【解析】A.根据盖斯定律Ⅰ-4Ⅱ可得
,
,A 错误;
B.二氧化硫在反应Ⅱ中生成,反应Ⅱ是吸热反应,升高温度,反应正向进行,会增大二氧化硫的生成
量,B 错误;
C.设反应Ⅰ中消耗CO 的物质的量为xmol,则生成CO2 的物质的量为xmol,设反应Ⅱ中消耗CO 的物质
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的量为ymol,则生成SO2、CO2 都为ymol,相同条件下,气体压强之比等于其物质的量之比,因此有
,解得y=0.4,在T1 温度下,由图可知反应Ⅰ的平衡常数
,解得
,
,C
错误;
D.反应Ⅱ的平衡常数
,由图可知
,D 正确;
故选D。
3.(2024·浙江衢州·模拟预测)通过反应I:4HCl(g)+O2(g)=2Cl2(g)+2H2O(g)可将有机氯化工业的副产品
HC1 转化为Cl2.在0.2MPa、反应物起始物质的量比
=2 条件下,不同温度时HC1 平衡转化率如图所
示。向反应体系中加入CuCl2,能加快反应速率。
反应II:2CuCl2(s)+O2(g)=2CuO(s)+2Cl2(g) ΔH=125.6 kJ·mol−1
反应III:CuO(s)+2HCl(g)=CuCl2(s)+H2O(g) ΔH=-120.0 kJ·mol−1
下列说法正确的是
A.反应I 的 ΔH=5.6 kJ·mol−1
B.升高温度和增大压强均能提高反应I 中HCl 的平衡转化率
C.0.2MPa、500℃时,向反应体系中加入CuCl2,延长反应时间,能使HCl 转化率从X 点的值升至Y 点的
值
D.在0.2MPa、500℃条件下,若起始
<2,充分反应,HCl 的转化率可能达到Y 点的值
【答案】D
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【解析】A.根据盖斯定律,由Ⅱ+Ⅲ2 得4HCl(g) +O2(g)=2Cl2(g) +2H2O(g),ΔH=+125.6 kJ·mol−1+(-120.0
kJ·mol−1)×2 =-114.4 kJ·mol−1
A 错误;
B.反应Ⅰ为气体体积减小的放热反应,升高温度平衡逆向移动,HCl 的平衡转化率降低,B 错误;
C. CuCl2为固体不能影响平衡移动,反应时间也不能影响平衡移动,HCl 转化率不变,C 错误;
D.在0.2MPa、500℃条件下,若起始
<2,增加了O2的相对含量,能提高HCl 的转化率,HCl 的转
化率可能达到Y 点的值,D 正确;
故选D。
4.(2024·北京·模拟预测)金属铁(Ti)在航空航天、医疗器械等工业领域有着重要用途,目前生产铁的方
法之一是将金红石(
)转化为
,再进一步还原得到铁。
转化为
有直接氯化法和碳氯化
法。在1000℃时反应的热化学方程式如下:
(ⅰ)直接氯化:
(ⅱ)碳氯化:
在
,将
、C、
以物质的量比1 2.2 2
∶
∶进行反应。体系中气体平衡组成比例(物质的量分数)
随温度变化的理论计算结果如图所示。
下列选项中正确的是
A.
为吸热反应
B.反应
的
C.随温度升高,1400℃时
在平衡混合物中的比例下降,主要原因是碳氯化反应为放热反应,随温度
升高平衡常数减小,反应程度降低
D.综合考虑反应速率和平衡,进行碳氯化反应合适的生产温度为1000~1200℃之间
【答案】C
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【分析】根据盖斯定律:
由反应(ⅱ)- 反应(ⅰ)得来,故
。
【解析】A.根据分析,
,该反应为放热反应,故A 项错误;
B.根据分析,
,故B 项错误;
C.根据图示,1400℃时TiCl4在平衡混合物中的比例下降,主要原因是碳氯化反应为放热反应,随温度升
高平衡常数减小,反应程度降低,故C 项正确;
D.根据图示,综合考虑反应速率和平衡,进行碳氯化反应合适的生产温度为1200°C~1400°C 之间,故D
项错误。
故本题选C。
5.(2024·江苏泰州·模拟预测)用一碘甲烷
热裂解制取低碳烯烃的主要反应有:
反应I:
反应Ⅱ:
反应Ⅲ:
在体积为
的恒容密闭容器中,投入
,不同温度下平衡体系中
、
、
物质的量
分数随温度变化如图所示。
下列说法不正确的是
A.
B.曲线X 表示
的物质的量分数
C.
以前,温度对反应Ⅱ的影响是
物质的量分数变化的主要因素
D.
的平衡体系中,
的物质的量分数为
【答案】C
【解析】A.根据盖斯定律:
得
,A
正确;
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B.由热化学方程式可知,反应I 为吸热反应,升高温度平衡正向移动,
物质的量分数增大;反应Ⅱ
和反应Ⅲ为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,则曲线X 表示
的物质的量分数,B 正确;
C.
时,
物质的量分数最大,说明反应达平衡,
后随着温度升高,平衡逆向移动,说明温
度对反应Ⅱ的影响主要因素,则
时之前,浓度是对反应Ⅱ的影响主要因素,C 错误;
D.根据图像可知,
,设
,
,
,则
,根据C 守恒得:
,
物质的量分数为4%得
,联立两式解得:
,
,则
的物质的量分数为
,D 正确;
答案选C。
6.(2024·江苏扬州·模拟预测)丙烷催化脱氢制备丙烯的主要反应为
反应1
反应2
反应3
在
时,将
与
的混合气体[
]按一定流速通过催化反应管,测得
的
转化率、
的收率[
]与
的选择性[
]随温度变化的关系如图所示。下列说法不正确的是
A.图中曲线②表示
的收率
B.其他条件相同,630℃时生成的
物质的量比580℃时的多
C.
中混入
的主要目的是为了延长催化剂的使用寿命
D.升高温度对反应2 和反应3 的影响比对反应1 的影响更显著
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【答案】A
【分析】反应1:
和反应2:
均为吸热反应,升温平衡右移,
的收率增大,且
<
=
的转化率,即
的转化率增大,即曲线②、③分别为
的转化率和
的收率随温度变化的关系图,曲线①为
的选择性随温度变化的关系图。
【解析】A.据以上分析可知,图中曲线②表示
的转化率,故A 错误;
B.由图可知,其他条件相同,630℃时生成的
物质的量比580℃时的多,故B 正确;
C.
中混入
可以抑制反应3 生成的C 附着在催化剂上,即其主要目的是为了延长催化剂的使用寿
命,故C 正确;
D.据以上分析可知,曲线②为
的转化率随温度变化的关系图,曲线①为
的选择性随温度变化的
关系图,图像显示
的选择性随温度的升高而降低,而
的转化率随温度的升高而升高,所以升高
温度对反应2 和反应3 的影响比对反应1 的影响更显著,故D 正确;
故答案为:A。
7.(2024·北京海淀·三模)“丁烯裂解法”是一种重要的丙烯生产法,生产过程中会有生成乙烯的副反应
发生。发生的反应为:主反应:
;副反应:
。测得上述两反应的平
衡体系中,各组分的质量分数(w%)随温度(T)变化的趋势如图所示,下列说法正确的是
A.300℃~400℃范围内,温度升高,压强减小,丙烯的平衡产率提高
B.主副反应的正反应方向均为吸热过程
C.450℃时,主反应的催化剂活性最好
D.将乙烯分离出去有助于增大丙烯的平衡产率
【答案】B
【解析】A.300℃~400℃范围内,温度升高,丙烯和乙烯的质量分数均增大,说明平衡正向移动,根据主
副反应原理可知,体系压强增大,A 错误;
B.在300℃~400℃范围内,温度升高,丙烯和乙烯的质量分数均增大,平衡正向移动,则根据勒夏特列
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原理可知,主副反应的正反应方向均为吸热过程,B 正确;
C.450℃时,丁烯转化为丙烯的转化率高,因此催化剂的选择性最好,C 错误;
D.将乙烯分离出去,生成乙烯副反应的平衡会正向移动,丁烯浓度减小,导致主反应的平衡逆向移动,
丙烯的平衡产率下降,D 错误;
答案选B。
8.(2024·湖南·二模)已知制备
的反应为
,保持总压强不
变,向反应器充入一定量
和
,发生上述反应.测得
平衡转化率与投料比[
](温度不变)、温度倒数
(投料比不变)关系如图所示,下列叙述错误的是
A.其他条件不变,达平衡后充入氩气,平衡不移动
B.曲线①代表
平衡转化率与投料比关系
C.一定条件下,达到平衡时气体平均摩尔质量不变
D.若当投料比为2、温度为
时
平衡转化率为
,则
体积分数为
【答案】B
【解析】A.该反应是气体分子数不变的反应,总压强不变,充入惰性气体,体积增大,相当于减压,平
衡不移动,故A 正确;
B.温度不变,投料比越大,
平衡转化率越小,曲线②代表
平衡转化率与投料比关系,投料比不
变,降低温度,
平衡转化率越大,曲线①代表
平衡转化率与
的关系,故B 错误;
C.气体平均摩尔质量为
,根据反应可知,反应后有固体存在,因此气体总质量发生改变,则气体平
均摩尔质量在改变,因此当气体平均摩尔质量保持不变时,达到平衡,故C 正确;
D.用三段式计算:投料比为2,平衡转化率为40%,则计算如下:
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平衡时
体积分数为
,故D 正确;
故答案选B。
9.(2024·江苏苏州·二模)利用
和CO 反应生成
的过程中主要涉及的反应如下:
反应I
反应II
向密闭容器中充入一定量
和CO 发生上述反应,保持温度和容器体积一定,平衡时CO 和
的转化率、
和
的产率及随起始
的变化情况如下图所示。 [
的产率
,
的选
择性
]。
下列说法正确的是
A.随着
增大,
的选择性一直在减小
B.曲线d 表示
的产率随
的变化
C.
,反应达平衡时,
的选择性为
D.当容器内气体总压强保持不变时,反应I、II 不一定达到平衡状态
【答案】A
【解析】A.随着
增大,反应II 的生成物氢气浓度增大会抑制二氧化碳的生成,故
的选择性一
直在减小,A 正确;
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B.随
增大,反应I 正向移动,反应II 逆向移动,故
的产率增大,曲线c 表示
的产率,B
错误;
C.曲线c 表示
的产率,曲线d 表示
的产率,当
时,根据图像可知,
和
的
产率相等即
,甲烷的选择性为50%,C 错误;
D.反应I 为气体体积减小的反应,在同一个容器内当容器内气体总压强保持不变时,反应I、II 都达到平
衡状态,D 错误;
故选A。
10.(2024·辽宁松原·模拟预测)某工业废气中含有硫化氢,需要回收处理并加以利用。目前较好的处理
方法是光解法,原理为
。保持温度和压强(100kPa)不变,将硫化氢和氩气按照
物质的量之比分别为4 1∶、1 1∶、1 4∶、1 9∶、1 19
∶
混合,测得光解过程中硫化氢的转化率随时间的变化如图所
示。下列说法错误的是
A.图中表示硫化氢和氩气按照物质的量之比为1 1∶混合的曲线为④
B.温度、压强不变,通过添加硫化氢可提高硫化氢的平衡转化率
C.其他条件不变,若将原恒压容器改为恒容容器,起始压强为100kPa,则平衡时
的百分含量将减
小
D.起始反应速率的大小顺序:⑤>③
【答案】B
【分析】由于正反应是气体体积增大的可逆反应,
越小,
的分压越小,相当于降低压
强,平衡向正反应方向移动,因此比值越小,
的平衡转化率越高,所以曲线①为1 19
∶
对应的曲线,曲
线⑤是4 1∶对应的曲线。
【解析】A.由以上分析,曲线④表示硫化氢和氩气按照物质的量之比为1 1∶混合的曲线,A 正确;
B.该反应是气体体积增大的反应,增加硫化氢,相当于增大硫化氢的分压,平衡逆向移动,硫化氢的平
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衡转化率下降,B 错误;
C.其他条件不变时,若将恒压容器改为恒容容器,起始压强为100kPa,随着反应的进行,气体压强逐渐
增大,促使反应逆向进行,平衡时
的百分含量将减小,C 正确;
D.压强不变,说明硫化氢和氩气按照物质的量之比为4 1(
∶
对应曲线⑤)和1 4(
∶
对应曲线③)混合时气体的总
物质的量也相同,则硫化氢和氩气按照物质的量之比为4 1∶混合时,反应物硫化氢的起始浓度更大,起始
反应速率更大,D 正确;
故选:B。
11.(2024·辽宁丹东·二模)乙烷裂解制乙烯的主反应为:
,副反
应为:
。分别在
和
时,向同一密闭容器中充入一
定量的
,平衡时
和
的物质的量分数随温度变化如图。
反应达到平衡时
的转化率为60%,
与
的体积比为
。下列说法正确的是
A.曲线Y 表示
时平衡体系中乙烯的物质的量分数
B.
,反应达到平衡时
的体积分数近似为26.7%
C.为提高
产率,实际生产中可使用主反应的选择性催化剂
D.为提高乙烯的产率,实际生产中应尽可能降低压强促进平衡正移
【答案】C
【分析】正反应吸热,升高温度平衡正向移动,C2H6(g)物质的量减小,
物质的量增大,增大压
强,平衡逆向移动,C2H6 (g)含量增大,
含量减小,所以X 代表压强为
时C2H6(g)的物质的
量分数变化的曲线,Z 代表
时C2H6(g),Y 代表
时
,W 代表
时
的物
质的量分数变化的曲线;
【解析】A.根据分析可知,增大压强,平衡逆向移动,
物质的量减小,曲线Y 表示
时平
衡体系中乙烯的物质的量分数,故A 错误;
B.
反应达到平衡时
的转化率为60%,恒温恒压下,气体的体积与物质的量成正比,
与
的体积比为
即物质的量比为2:1,假设生成2mol
与1mol
,需消耗3mol
,生成
26
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2.5mol
,则起始投入
,平衡时剩余5-3=2mol
,平衡时总物质的量为
2+2.5+2+1=7.5mol,平衡时
的体积分数即物质的量分数近似为
,故B 错误;
C.为提高
产率,则可提高主反应的反应速率,实际生产中可使用主反应的选择性催化剂,故C 正
确;
D.降低压强平衡正向移动,可提高乙烯的产率,但压强减小也会造成反应速率减慢,实际生产中应尽可
能降低压强会影响反应速率,单位时间内乙烯的产率可能降低,故D 错误;
故选C。
12.(2024·北京通州·一模)以煤和水蒸气为原料制备合成气(CO、
、
)的体系发生的主要反应
为:
①
②
③
在一定压强反应达平衡时气体组成随温度的变化如图所示。下列说法不正确的是
A.高温利于反应③逆向进行
B.由不同温度下反应的结果变化可知
,
C.欲制得甲烷含量高的高热值燃气应在低温下进行
D.向制备合成气体系中加入一定量CaO 更有利于增大
的体积分数
【答案】B
【解析】A.CH4只由反应③产生,温度升高,CH4减少说明反应③逆向移动,故高温利于反应③逆向进
行,A 正确;
B.温度升高,CO2减少说明反应②逆向移动,故反应②是正向放热的反应,ΔH2<0,B 错误;
C.由图知,温度较低时,气体组成中CH4占比更多,故欲制得甲烷含量高的高热值燃气应在低温下进
行,C 正确;
D.向制备合成气体系中加入一定量CaO,CaO 优先消耗CO2,CO2浓度减小,使反应①②正向移动,有利
于增大H2的体积分数,D 正确;
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本题选B。
13.(2024·江苏南通·模拟预测)利用甲醇(CH3OH)和甲苯(Tol)发生甲基化反应可以获得对二甲苯(p-X)、
间二甲苯(m-X)和邻二甲苯(o-X),反应过程中还有乙烯生成,涉及的反应有
反应I
反应II
反应III
反应IV
研究发现,在密闭容器中,101kPa、
,平衡时甲苯的转化率、反应I 的选
择性
及反应IV 的选择性
随温度的变化如图所示。
下列说法正确的是
A.
B.随着温度的升高,反应IV 的平衡常数先增大后减小
C.在400~600K 范围内,随着温度的升高,
基本不变
D.800K 下反应达平衡后,增大压强,
保持不变
【答案】C
【解析】A.由盖斯定律可知,反应III-反应II 可得
,A 错误;
B.反应IV 的
<0,为放热反应,升高温度,平衡常数一直减小,B 错误;
C.在400~600K 范围内,随着温度的升高,甲苯的转化率基本不变,说明反应II-IV 平衡基本上不发生移
动,反应I 的选择性也基本不变,则
基本不变,C 正确;
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D.800K 下反应达平衡后,若通过等比例增加甲苯和甲醇的物质的量来增大压强,平衡会发生移动,
n(Tol)会增大,D 错误;
故选C。
14.(2024·广西贵港·模拟预测)中国积极推动技术创新,力争2060 年实现碳中和。
催化还原的主要
反应有:
①
②
向恒温恒压的密闭容器中通入
和
进行上述反应。
的平衡产率
、
的平衡转化率
随温度的变化关系如图所示。下列说法错误的是
A.反应②在较高温度下才能自发进行
B.若气体平均摩尔质量不再变化,则反应①和②均达到平衡状态
C.任意温度下的平衡转化率:
D.平衡时
随温度升高先减小后增大
【答案】A
【解析】A.由图像信息可知,随着温度的升高
的平衡产率减小,即升高温度反应②平衡逆向移
动,故反应②的
,又因为该反应是气体分子数减少的反应,
,故该反应在较低的温度下能
自发进行,A 错误;
B.由题干信息可知,反应物质全部为气体,其中反应②为非等体积反应,故若气体平均摩尔质量不再变
化,则反应①和②均达到平衡状态,B 正确;
C.由题干方程式可知,若只发生反应②,则
和
的平衡转化率相等,若只发生反应①,则
的平
衡转化率小于
的,现同时发生反应①和反应②,故任一温度下的平衡转化率:
,C 正
确;
D.由题干图像信息可知,
的平衡产率随温度的升高一直在减小,而
的平衡转化率先减小后增
大,说明温度较低时以反应②为主,随着温度升高平衡逆向移动,
的物质的量减小,而温度较高时,
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以反应①为主,温度升高平衡正向移动,
的物质的量增大,即平衡时
随温度升高先减小后增
大,D 正确;
故选A。
15.(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+q
B.c(P):b>2a
C.压强:2p(b)<p(c)
D.平衡常数:
【答案】D
【分析】由于容器容积V 甲:V 乙=1:2 但投入的是等物质的量的X 和Y,故甲中Q 的浓度更大,但是小于乙
中Q 的浓度的2 倍,说明容器体积减小,平衡逆向移动,反应是气体体积数增大的反应,随温度升高,Q
浓度增大,说明正反应吸热;
【解析】A.由分析,x+y<p+q,A 错误;
B.a、b 两点Q 的浓度相等,由于反应起始物是X 和Y,产生的P 和Q 物质的量之比等于化学计量数之
比,故a、b 两点P 的浓度也相等,B 错误;
C.起始反应物是X 和Y,甲的体积是乙的一半,由于体积缩小平衡逆向移动,使总压强减小,故压强
p(c)<2p(b),C 错误;
D.b、c 两点温度相同,K 相等,正反应吸热,a 温度更低平衡逆向移动,K 更小,故平衡常数:
Ka<Kb=Kc,D 正确;
本题选D。
1.(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
30
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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:
【答案】D
【分析】题干明确指出,图中曲线表示的是测得两种含碳产物的分布分数即分别为
、
,若投料比x 代表
,x 越大,可看作是CH3OH 的量增多,则对于主、副反应
可知生成的CH3COOCH3越多,CH3COOCH3分布分数越高,则曲线a 或曲线b 表示CH3COOCH3分布分
数,曲线c 或曲线d 表示CH3COOH 分布分数,据此分析可知AB 均正确,可知如此假设错误,则可知投料
比x 代表
,曲线a 或曲线b 表示
,曲线c 或曲线d 表示
,据此作
答。
【解析】A.根据分析可知,投料比x 代表
,故A 错误;
B.根据分析可知,曲线c 表示CH3COOCH3分布分数,故B 错误;
C.根据分析可知,曲线a 或曲线b 表示
,当同一投料比时,观察图像可知T2时
大于T1时
,而
可知,温度越高则
越大,说明温度升高主
反应的平衡正向移动,
;曲线c 或曲线d 表示
,当同一投料比时,观察可知T1时
大于T2时
,而
可知,温度越高则
越小,说明温度
升高副反应的平衡逆向移动,
,故C 错误;
D.L、M、N 三点对应副反应
,且
,升高温度平衡逆向移动,
,
故D 正确;
故答案选D。
2.(2024·辽宁卷)异山梨醇是一种由生物质制备的高附加值化学品,
时其制备过程及相关物质浓度
随时间变化如图所示,
后异山梨醇浓度不再变化。下列说法错误的是
31
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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,
后异山梨醇浓度才不再变化,所以
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,
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
内异山梨醇的浓度变化量为0.042mol/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。
3.(2024·安徽卷)室温下,为探究纳米铁去除水样中
的影响因素,测得不同条件下
浓度随时
间变化关系如下图。
实验序号
水样体积/
纳米铁质量/
水样初始
①
50
8
6
②
50
2
6
32
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③
50
2
8
下列说法正确的是
A.实验①中,0~2 小时内平均反应速率
B.实验③中,反应的离子方程式为:
C.其他条件相同时,适当增加纳米铁质量可加快反应速率
D.其他条件相同时,水样初始
越小,
的去除效果越好
【答案】C
【解析】A. 实验①中,0~2 小时内平均反应速率
,A 不正确;
B. 实验③中水样初始
=8,溶液显弱碱性,发生反应的离子方程式中不能用
配电荷守恒,B 不正确;
C. 综合分析实验①和②可知,在相同时间内,实验①中
浓度的变化量大,因此,其他条件相同时,
适当增加纳米铁质量可加快反应速率,C 正确;
D. 综合分析实验③和②可知,在相同时间内,实验②中
浓度的变化量大,因此,其他条件相同时,
适当减小初始
,
的去除效果越好,但是当初始
太小时,
浓度太大,纳米铁与
反应速率
加快,会导致与
反应的纳米铁减少,因此,当初始
越小时
的去除效果不一定越好,D 不正
确;
综上所述,本题选C。
4. (2024·山东卷)逆水气变换反应:
。一定压力下,按
,
物质的量之比
投料,
,
温度时反应物摩尔分数随时间变化关系如图所示。已
知该反应的速率方程为
,
,
温度时反应速率常数k 分别为
。下列说法错
误的是
A.
B.
温度下达平衡时反应速率的比值:
C. 温度不变,仅改变体系初始压力,反应物摩尔分数随时间的变化曲线不变
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D.
温度下,改变初始投料比例,可使平衡时各组分摩尔分数与
温度时相同
【答案】CD
【分析】由图可知,T1比T2反应速率速率快,则T1>T2;T1温度下达到平衡时反应物的摩尔分数低于T2温
度下平衡时;由于起始CO2与H2的物质的量之比为1∶1,则达到平衡时CO2和H2的摩尔分数相等。
【解析】A.根据分析,T1比T2反应速率速率快,反应速率常数与温度有关,结合反应速率方程知k1>
k2,A 项正确;
B.反应的速率方程为v=kc0.5(H2)c(CO2),则
,T1温度下达到平衡时反应物的
摩尔分数低于T2温度下平衡时,则
,B 项正确;
C.温度不变,仅改变体系初始压力,虽然平衡不移动,但反应物的浓度改变,反应速率改变,反应达到
平衡的时间改变,反应物摩尔分数随时间的变化曲线变化,C 项错误;
D.T2温度下,改变初始投料比,相当于改变某一反应物的浓度,达到平衡时H2和CO2的摩尔分数不可能
相等,故不能使平衡时各组分摩尔分数与T1温度时相同,D 项错误;
答案选CD。
5.(2023·重庆卷)逆水煤气变换体系中存在以下两个反应:
反应Ⅰ:
反应Ⅱ:
在恒容条件下,按
投料比进行反应,平衡时含碳物质体积分数随温度的变化如图所
示。下列说法正确的是
A.反应Ⅰ的
,反应Ⅱ的
B.
点反应Ⅰ的平衡常数
C.
点
的压强是
的3 倍
D.若按
投料,则曲线之间交点位置不变
【答案】C
【解析】A.随着温度的升高,甲烷含量减小、一氧化碳含量增大,则说明随着温度升高,反应Ⅱ逆向移
动、反应Ⅰ正向移动,则反应Ⅱ为放热反应焓变小于零、反应Ⅰ为吸热反应焓变大于零,A 错误;
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B.
点没有甲烷产物,且二氧化碳、一氧化碳含量相等,投料
,则此时反应Ⅰ平衡
时二氧化碳、氢气、一氧化碳、水的物质的量相等,反应Ⅰ的平衡常数
,B 错误;
C.
点一氧化碳、甲烷物质的量相等,结合反应方程式的系数可知,生成水的总的物质的量为甲烷的3
倍,结合阿伏加德罗定律可知,
的压强是
的3 倍,C 正确;
D.反应Ⅰ为气体分子数不变的反应、反应Ⅱ为气体分子数减小的反应;若按
投料,
相当于增加氢气的投料,会使得甲烷含量增大,导致甲烷、一氧化碳曲线之间交点位置发生改变,D 错
误;
故选C。
6.(2023·湖南卷,13)向一恒容密闭容器中加入1molCH4和一定量的H2O,发生反应:CH4(g)+ H2O(g)
CO
(g)+ 3H2(g)。CH4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.x1<x2
B.反应速率:v 正b<vc 正
C.点a、b、c 对应的平衡常数:Ka<Kb =Kc
D.反应温度为T1,当容器内压强不变时,反应达到平衡状态
【答案】B
【解析】A.一定条件下,增大水的浓度,能提高CH4的转化率,即x 值越小,CH4的转化率越大,则
,故A 正确;
B.b 点和c 点温度相同,CH4的起始物质的量都为1mol,b 点x 值小于c 点,则b 点加水多,反应物浓度
大,平衡正向移动,甲烷的转化率增大,生成物的浓度增大,则在相同温度下反应速率:
,故B
错误;
C.由图像可知,x 一定时,温度升高CH4的平衡转化率增大,说明正反应为吸热反应,温度升高平衡正向
移动,K 增大;温度相同,K 不变,则点a、b、c 对应的平衡常数:
,故C 正确;
D.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,故D 正确;
答案选B。
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7.(2023·辽宁卷,12)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
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,
(Ⅱ)和
(Ⅶ)不能大量共存
D.总反应为:2MnO4
-+5C2O4
2-+16H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O
【答案】C
【分析】开始一段时间(大约13min 前)随着时间的推移Mn(Ⅶ)浓度减小直至为0,Mn(Ⅲ)浓度增大直至
达到最大值,结合图像,此时间段主要生成Mn(Ⅲ),同时先生成少量Mn(Ⅳ)后Mn(Ⅳ)被消耗;后来(大
约13min 后)随着时间的推移Mn(Ⅲ)浓度减少,Mn(Ⅱ)的浓度增大;据此作答。
【解析】A.由图像可知,随着时间的推移Mn(Ⅲ)的浓度先增大后减小,说明开始反应生成Mn(Ⅲ),后
Mn(Ⅲ)被消耗生成Mn(Ⅱ),Mn(Ⅲ)能氧化H2C2O4,A 项错误;
B.随着反应物浓度的减小,到大约13min 时开始生成Mn(Ⅱ),Mn(Ⅱ)对反应起催化作用,13min 后反应速
率会增大,B 项错误;
C.由图像可知,Mn(Ⅶ)的浓度为0 后才开始生成Mn(Ⅱ),该条件下Mn(Ⅱ)和Mn(Ⅶ)不能大量共存,C 项
正确;
D.H2C2O4为弱酸,在离子方程式中应以化学式保留,总反应为2
+5H2C2O4+6H+=2Mn2+
+10CO2↑+8H2O,D 项错误;
答案选C。
8.(2023·山东卷,14)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0.10mol∙L-1,TFAA 的浓度为0.08mol∙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( )
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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0.08mol∙L-1
【答案】AC
【分析】一定条件下,化合物E 和TFAA 合成H 的反应路径中,共发生三个反应:
①E+TFAA
F ②F
G ③G
H+TFAA
t1之后的某时刻,H 为0.02 mol∙L-1,此时TFAA 的浓度仍为0,则表明0.10mol∙L-1E、起始时的
0.08mol∙L-1TFAA、G 分解生成的0.02 mol∙L-1 TFAA 全部参加反应,生成0.10mol∙L-1F;在t2时刻,H 为
0.08mol∙L-1,TFAA 为0.06mol∙L-1,G 为0.01 mol∙L-1,则F 为0.01 mol∙L-1。
【解析】A.t1时刻,H 的浓度小于0.02 mol∙L-1,此时反应③生成F 的浓度小于0.02 mol∙L-1,参加反应①的
H 的浓度小于0.1 mol∙L-1,则参加反应E 的浓度小于0.1 mol∙L-1,所以体系中有E 存在,A 正确;
B.由分析可知,t2时刻,H 为0.08mol∙L-1,TFAA 为0.06mol∙L-1,G 为0.01 mol∙L-1,则F 为0.01 mol∙L-1,
所以体系中有F 存在,B 不正确;
C.t1之后的某时刻,H 为0.02 mol∙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0.08mol∙L-1,TFAA 为0.06mol∙L-1,G 为0.01 mol∙L-1,F 为0.01 mol∙L-1,只有F、G 全部
转化为H 和TFAA 时,TFAA 的浓度才能为0.08mol∙L-1,而G
H+TFAA 为可逆反应,所以反应达平衡后,
TFAA 的浓度一定小于0.08mol∙L-1,D 不正确;故选AC。
9.(2022·湖南卷,14)向体积均为1L 的两恒容容器中分别充入
和
发生反应:2X (g)+ Y(g)
2Z(g)
ΔH,其中甲为绝热过程,乙为恒温过程,两反应体系的压强随时间的变化曲线如图所示。下
列说法正确的是( )
A.ΔH>0
B.气体的总物质的量:na<nc
C.a 点平衡常数:K>12
D.反应速率:Va 正<Vb 正
【答案】BC
【解析】A.甲容器在绝热条件下,随着反应的进行,压强先增大后减小,根据理想气体状态方程
PV=nRT 可知,刚开始压强增大的原因是因为容器温度升高,则说明上述反应过程放热,即
<0,故A
错误;
B.根据A 项分析可知,上述密闭溶液中的反应为放热反应,图中a 点和c 点的压强相等,因甲容器为绝
热过程,乙容器为恒温过程,若两者气体物质的量相等,则甲容器压强大于乙容器压强,则说明甲容器中
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气体的总物质的量此时相比乙容器在减小即气体总物质的量:na<nc,故B 正确;
C.a 点为平衡点,此时容器的总压为p,根据理想气体状态方程PV=nRT 可知,在恒容条件下进行,气体
的物质的量之比等于
整体之比,根据A 项分析可知,绝热条件下,反应到平衡状态放热,所以Ta>T 始,
压强:Pa=
P 始,则na<
n 始,可设Y 转化的物质的量浓度为xmol∙L−1,则列出三段式如下:
,则有
<
,计算得到x>0.75,那么化学
平衡常数K=
>
,故C 正确;
D.根据图像可知,甲容器达到平衡的时间短,温度高,所以达到平衡的速率相对乙容器的快,即Va 正>Vb
正,故D 错误。
综上所述,答案为B。
10.(2022·广东卷,15)在相同条件下研究催化剂I、Ⅱ对反应
的影响,各物质浓度c 随反应时间t
的部分变化曲线如图,则( )
A.无催化剂时,反应不能进行
B.与催化剂Ⅰ相比,Ⅱ使反应活化能更低
C.a 曲线表示使用催化剂Ⅱ时X 的浓度随t 的变化
D.使用催化剂Ⅰ时,0~2 min 内,v(X)=1.0 mol·L-1·min-111. (2022·广东卷,13)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ΔH<0
B.a 为n(H2O)随温度的变化曲线
C.向平衡体系中充入惰性气体,平衡不移动
38
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D.向平衡体系中加入BaSO4,H2的平衡转化率增大
【答案】D
【解析】A.由图可知,无催化剂时,随反应进行,生成物浓度也在增加,说明反应也在进行,故A 错误;
B.由图可知,催化剂I 比催化剂II 催化效果好,说明催化剂I 使反应活化能更低,反应更快,故B 错误;
C.由图可知,使用催化剂II 时,在0~2min 内Y 的浓度变化了2.0mol/L,而a 曲线表示的X 的浓度变化
了2.0mol/L,二者变化量之比不等于化学计量数之比,所以a 曲线不表示使用催化剂II 时X 浓度随时间t
的变化,故C 错误;
D.使用催化剂I 时,在0~2min 内,Y 的浓度变化了4.0mol/L,则
(Y) ==
=2.0
,
(X) =
(Y) =
2.0
=1.0
,故D 正确;
答案选D。
12. (2022·江苏卷,13)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) ΔH2=173.3kJ·mol−1
CO2(g)+H2(g)= CO(g)+H2O(g) ΔH2=41.2kJ·mol−1
在
、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。
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【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
或者选用高效催化剂,不会影响平衡时
产率,故D 错误;
故选B。
13.(2022·浙江卷,19)在恒温恒容条件下,发生反应A(s)+2B(g)
3X(g),c(B)随时间的变化如图中曲线甲
所示。下列说法不正确的是( )
A.从a、c 两点坐标可求得从a 到c 时间间隔内该化学反应的平均速率
B.从b 点切线的斜率可求得该化学反应在反应开始时的瞬时速率
C.在不同时刻都存在关系:2v(B)=3v(X)
D.维持温度、容积、反应物起始的量不变,向反应体系中加入催化剂,c(B)随时间变化关系如图中曲线
乙所示
【答案】C
【解析】A.图象中可以得到单位时间内的浓度变化,反应速率是单位时间内物质的浓度变化计算得到,
从a、c 两点坐标可求得从a 到c 时间间隔内该化学反应的平均速率,选项A 正确;
B.b 点处的切线的斜率是此时刻物质浓度除以此时刻时间,为反应物B 的瞬时速率,选项B 正确;
C.化学反应速率之比等于化学方程式计量数之比分析,3v(B)=2v(X),选项C 不正确;
D.维持温度、容积不变,向反应体系中加入催化剂,平衡不移动,反应速率增大,达到新的平衡状态,
平衡状态与原来的平衡状态相同,选项D 正确;
答案选C。
14.(2022·河北卷)恒温恒容条件下,向密闭容器中加入一定量X,发生反应的方程式为①X
Y;②Y
Z。反应①的速率v1=k1c(X),反应②的速率v2=k2c(Y),式中k1、k2为速率常数。图甲为该体系中X、
Y、Z 浓度随时间变化的曲线,图乙为反应①和②的ln k~曲线。下列说法错误的是( )
A.随c(X)的减小,反应①、②的速率均降低
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B.体系中v(X)=v(Y)+v(Z)
C.欲提高Y 的产率,需提高反应温度且控制反应时间
D.温度低于T1时,总反应速率由反应②决定
【答案】AB
【分析】由图中的信息可知,浓度随时间变化逐渐减小的代表的是X,浓度随时间变化逐渐增大的代表的
是Z,浓度随时间变化先增大后减小的代表的是Y;由图乙中的信息可知,反应①的速率常数随温度升高
增大的幅度小于反应②的。
【解析】A.由图甲中的信息可知,随c(X)的减小,c(Y) 先增大后减小,c(Z)增大,因此,反应①的速率
随c(X)的减小而减小,而反应②的速率先增大后减小,A 说法错误;
B.根据体系中发生的反应可知,在Y 的浓度达到最大值之前,单位时间内X 的减少量等于Y 和Z 的增加
量,因此,v (X)= v (Y) +v(Z),但是,在Y 的浓度达到最大值之后,单位时间内Z 的增加量等于Y 和X
的减少量,故v (X) + v (Y) = v(Z),B 说法错误;
C.升高温度可以可以加快反应①的速率,但是反应①的速率常数随温度升高增大的幅度小于反应②的,
且反应②的的速率随着Y 的浓度的增大而增大,因此,欲提高Y 的产率,需提高反应温度且控制反应时间,
C 说法正确;
D.由图乙信息可知,温度低于T1时,k1>k2,反应②为慢反应,因此,总反应速率由反应②决定,D 说法
正确;
综上所述,本题选AB。
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