文档文本内容
2-6 体积分数-转化率-选择性-温度图像
图像形式：通常为二维曲线图，横坐标为温度（T），纵坐标为体积分数、转化率或选择性。
多反应体系：常涉及主反应与副反应、竞争反应或连串反应，要求分析不同温度下各反应的竞争关
系。
综合性强：融合热力学（焓变、熵变、平衡常数）与动力学（反应速率、催化剂）知识。
实际应用背景：多基于工业催化过程（如合成甲醇、二甲醚、氮氧化物处理等），体现化学原理在工
业生产中的应用。
考查知识：
化学平衡原理：勒夏特列原理、平衡常数计算与比较。
反应热力学：焓变（ΔH）符号判断、反应自发性（ΔG = ΔH - TΔS）。
反应动力学：温度对反应速率及选择性的影响。
图像解读：曲线趋势分析、交点与极值点含义。
考查能力：
信息提取与整合：从图像与文字中提取关键参数（如投料比、选择性定义）。
逻辑推理：根据曲线变化推断反应性质（放热/吸热）、平衡移动方向。
综合判断：结合多反应体系，分析最佳反应条件（温度、投料比）。
批判性思维：识别并排除干扰选项，验证结论的合理性。
考查方式：
通过真实高考题或模拟题，呈现复杂反应体系图像，要求判断反应热效应、比较平衡常数、选择
最佳温度或催化剂。
第一步 审题与参数定义
明确反应方程式（主反应、副反应）。
理解关键参数定义：转化率、选择性、分布分数、投料比。
确认图像坐标：横轴为温度，纵轴为目标参数。
第二步 曲线识别与趋势分析
将每条曲线与具体物质或参数关联（如曲线a 代表CH₃OH 选择性）。
分析曲线随温度变化趋势：
o
上升趋势：可能表示吸热反应或动力学主导。
o
下降趋势：可能表示放热反应或副反应竞争。
o
极值点：可能表示反应平衡转变或催化剂活性变化。
第三步 热力学与动力学结合
热力学分析：
o
放热反应（ΔH < 0）：升温平衡逆向移动，转化率/选择性下降。
o
吸热反应（ΔH > 0）：升温平衡正向移动，转化率/选择性上升。
动力学分析：
o
升温通常加速反应，但可能降低选择性（副反应加剧）。
o
催化剂影响：低温区高效催化剂提高转化率与选择性。
第四步 关键点分析
交点：表示不同物质参数相等，可能反映反应竞争平衡。
极值点：如最大转化率或选择性，对应最佳反应温度。
平台区：可能表示反应达到平衡或催化剂失活。
第五步 选项验证与综合判断
逐一验证选项与图像趋势、化学原理的一致性。
注意平衡常数仅与温度相关，比较时需固定温度。
排除绝对化表述（如“任何条件下”），关注条件限制。
勒夏特列原理：温度、压力、浓度对平衡移动的影响。
反应热力学：
o
焓变（ΔH）：放热（ΔH < 0）、吸热（ΔH > 0）。
o
熵变（ΔS）、吉布斯自由能（ΔG = ΔH - TΔS）。
o
自发反应条件：ΔG < 0。
平衡常数：
o
表达式（Kc、Kp），仅与温度相关。
o
范特霍夫方程：ln(K₂/K₁) = ΔH/R(1/T₁ - 1/T₂)。
反应速率：
o
阿伦尼乌斯方程：k = A e-Ea/RT。
o
温度升高，速率常数k 增大。
转化率与选择性：
o
转化率 = (反应物减少量)/(初始反应物量) × 100%。
o
选择性 = (目标产物量)/(所有产物量) × 100%。
催化剂：降低活化能，提高速率，但不改变平衡位置。
多反应体系：竞争反应、连串反应的平衡与速率竞争。
曲线误读：错误关联曲线与物质（如将主产物曲线误判为副产物）。
热效应混淆：
o
误将升温后转化率上升的判断为放热反应（实际可能为吸热或动力学控制）。
o
忽略反应自发性条件（ΔG < 0）。
平衡常数误区：
o
错误认为平衡常数随投料比变化（实际仅与温度相关）。
o
比较平衡常数时忽略温度差异。
副反应忽略：只分析主反应，未考虑副反应对选择性的影响。
定义理解错误：如将“选择性”误为“转化率”，导致计算错误。
图像细节遗漏：未利用交点、极值点等关键信息。
逻辑跳跃：基于片面趋势直接下结论，未综合验证。
【典例】
【审题】
1．（2024·湖南·高考真题）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
理解反应体
系：
主反应：CH₃OH + CO → CH₃COOCH₃
副反应：CH₃OH + CO → CH₃COOH
分布分数：指
CH₃COOCH₃
和
CH₃COOH 在含碳产物中的比例。
分析投料比
x：
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
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
【解析】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。
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．甲醇与一氧化碳的反应为熵减反应，若反应为吸热，则任何
题干未明确x 定义，但图像曲线随x 变
化趋势是关键。
假设x = n(CH₃OH)/n(CO)：x 增大时，
CH₃OH 增多，应促进主反应（生成
CH₃COOCH₃），但曲线c 随x 增大而下
降，不符合预期。
反向假设x = n(CO)/n(CH₃OH)：x 增大
时，CO 增多，主反应应生成更多
CH₃COOCH₃，曲线c 上升，符合图像趋
势。故x 代表n(CO)/n(CH₃OH)。
曲线识别：
曲线c 随x 增大上升，应代表
CH₃COOCH₃ 分布分数。
曲线d 随x 增大下降，应代表
CH₃COOH 分布分数。
温度影响分
析：
对比T₁ 与T₂ 曲线：T₂ > T₁ 时，曲线d
（CH₃COOH）分布分数降低，说明副
反应平衡逆向移动，故副反应放热
（ΔH₂ < 0）。
主反应：若为吸热反应，低温下不易自
发，结合工业实际，主反应应为放热
（ΔH₁ < 0）。
选项验证：
A：投料比x 代表n(CO)/n(CH₃OH)，正
确。
B ：曲线c 代表CH₃COOCH₃ 分布分
数，正确。
C：ΔH₁ < 0，ΔH₂ < 0，正确。
D：L、M、N 三点温度升高，副反应平
衡常数K 减小，故K(L) > K(M) > K(N)，
正确。
最终答案D 符合图像与原理。
审题关键：
从曲线趋势反推投料比定义，避
免先入为主。
条件下都不能自发，所以甲醇和一氧化碳的反应为放热反
应，则ΔH1<0；当同一投料比时，观察可知T1时
大于T2时
，由T2＞T1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。
结合热力学原理分析温度影响，
验证反应性质。
平衡常数比较需基于相同反应和
温度变化。
1．（2021·江苏·高考真题）
与
作用分别生成
、NO、
的反应均为放热反应。工业尾气中的
可通过催化氧化为
除去。将一定比例
、
和
的混合气体以一定流速通过装有催化剂
的反应管，
的转化率、
的选择性与温度的关系如图所示。下列说法正确的是
(
的选择性
)
A．其他条件不变，升高温度，
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
应选择反应温度高于：250℃
D．高效除去尾气中的
，需研发低温下
转化率高和
选择性高的催化剂
【答案】D
【解析】A．
与
作用分别生成
、NO、
的反应均为放热反应，其他条件不变，升高温度，
的平衡转化率降低，故A 错误；B．其他条件不变，在225~300℃范围，氨气的转化率增大不明
显，但氮气的选择性明显降低，所以随着温度的升高，出口处氮气的量降低，故B 错误；C．温度高
于250℃，氮气的选择性明显降低，温度低于225℃，氮气的转化率明显降低，所以催化氧化除去尾
气中的
应选择反应温度为225~250℃，故C 错误；D．根据图示，高效除去尾气中的
，需研
发低温下
转化率高和
选择性高的催化剂，故D 正确；选D。
2．（2023·重庆·高考真题）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；
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，3 种物质的体积分数都会变化，交点位置改变，D 错误；故选C。
3．（23-24 高三上·江苏镇江·开学考试）
催化加氢可合成二甲醚，发生的主要反应有：
反应Ⅰ：
反应Ⅱ：
在恒压、
时，若仅考虑上述反应，平衡时
和CO 的选择性及
的转化
率随温度的变化如图中实线所示。
的选择性
。下列说法不正确的
是
A．
B．图中曲线③表示平衡时
转化率随温度的变化
C．由图可知，
时以反应Ⅰ为主，
时，以反应Ⅱ为主
D．平衡时
转化率随温度的变化可能如图中虚线所示
【答案】C
【解析】A．反应Ⅰ是放热反应，温度升高，平衡逆向移动，则曲线②表示甲醚的选择性，则图中曲线①
代表CO 的选择性，温度升高，CO 增多，说明反应Ⅱ为吸热反应，则
，故A 正确；B．反应Ⅰ
是放热反应，反应Ⅱ为吸热反应，温度升高，二氧化碳的转化率先减小后增大，则图中曲线③表示平
衡时
转化率随温度的变化，故B 正确；C．由图可知，
时以反应Ⅰ为主，
以上时，以
反应Ⅱ为主，故C 错误；D．氢气和二氧化碳的平衡转化率变化曲线趋势相同，且温度越高反应Ⅱ向
右移动，氢气平衡转化率减小程度小于二氧化碳，增大程度大于二氧化碳，故平衡时
转化率随温
度的变化可能如图中虚线所示，故D 正确；综上所述，答案为C。
4．（21-22 高二下·江苏连云港·期中）利用工业废气中的CO2制备甲醇。该过程发生的主要反应如下：
反应I： CO2(g)+ 3H2(g)= CH3OH(g)+ H2O(g) △H1= - 49.4 kJ·mol-1
反应II： CO2(g)+ H2(g)= CO(g)+H2O(g)△H2=+41.1 kJ·mol-1
反应III： CO(g)+ 2H2(g)= CH3OH(g) △H3= -90.5 kJ·mol-1
恒压条件下，将n(CO2)：n(H2)为1 ：3 的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应管，在出口处测得
CO2转化率、CH3OH 产率[
× 100%与温度的关系如图所示。
下列说法正确的是
A．反应I 的平衡常数可表示为K=
B．反应3CO(g)+ 2H2O(g)= 2CO2(g)+ CH3OH(g)的△H= +172.7 kJ·mol-1
C．240℃时，CH3OH 产率最大，说明反应I、反应III 已达到平衡状态
D．提高CO2转化为CH3OH 的转化率，可以研发在低温区高效的催化剂
【答案】D
【解析】A．反应I 的平衡常数可表示为K=
，A 错误；B．由盖斯定律可知该反应
=I-3II，则△H=(- 49.4)-3×41.1=-172.7 kJ·mol-1，B 错误；C．反应III 所需要的CO 是反应II 生成的，
此时CH3OH 产率最大，之后二氧化碳转化率升高，反应II 正向移动，反应III 没有达到平衡，C 错
误；D．由题中的信息可知反应I 和反应III 的产物有甲醇，且这两个反应都是放热反应，低温有利于
反应正向进行，故提高CO2转化为CH3OH 的转化率，可以研发在低温区高效的催化剂，D 正确；故
选D。
5．（21-22 高三上·江苏常州·期中）CO2催化加氢合成甲醇是重要的碳捕获利用与封存技术，该过程主要
发生下列反应：
反应①：CO2(g)+3H2(g)= CH3OH(g)+H2O(g)； ΔH= - 49.5 kJ·mol-1
反应②：CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)；ΔH=41.2 kJ·mol-1
在0.5 MPa 条件下，将n(CO2):n(H2)为1:3 的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应器，实验测得CO2
的转化率、CH3OH 的选择性[
×100%]与温度的关系如图所示。下列有关说法不正确的是
A．反应②继续加氢生成甲醇的热化学方程式可表示为CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)；ΔH=-90.7 kJ·mol -1
B．其他条件不变，增大起始n(CO2):n(H2)的比值，可提高CO2的平衡转化率
C．其他条件不变，在280~400°C 间，产物中n(CH3OH)随温度的升高先增大后减小
D．为高效生产CH3OH，需研发低温下CO2转化率高和CH3OH 选择性高的催化剂
【答案】B
【解析】A．根据盖斯定律可知反应①－反应②即得到一氧化碳加氢生成甲醇的热化学方程式为CO(g)
+2H2(g)=CH3OH(g) ΔH=-90.7kJ·mol-1，A 正确；B．其他条件不变，增大起始n(CO2):n(H2)的比值，可
提高H2的平衡转化率，但CO2的平衡转化率降低，B 错误；C．假设参加反应的二氧化碳是1mol，根
据图像可知280℃生成甲醇是0.94×0.03mol＝0.0282mol，同理320℃生成甲醇是0.92×0.1mol＝
0.092mol，360℃生成甲醇是0.15×0.48mol＝0.072mol，400℃生成甲醇是0.04×0.17mol＝0.0068mol，
即其他条件不变，在280～400℃间，产物中n(CH3OH)随温度的升高先增大后减小，C 正确；D．根据
图像以及结合反应①是放热反应，反应②是吸热反应可知为高效生产CH3OH，需研发低温下CO2转化
率高和CH3OH 选择性高的催化剂，D 正确；答案选B。
