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：
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。
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
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
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
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
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
