第7 讲 化学反应速率与化学平衡图像分析
考点一 速率-时间图像
1.“渐变”类v-t 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v-t 图像
(1)速率-时间图像“断点”分析
当可逆反应达到平衡后,若某一时刻外界条件发生改变,可能使速率—时间图像的曲线出现不连续的
情况,即出现“断点”。根据“断点”前后的速率大小,即可对外界条件的变化情况作出判断。如图,
t1时刻改变的条件可能是使用了催化剂或增大压强(仅适用于反应前后气体物质的量不变的反应)。
(2)常见含“断点”的速率变化图像分析
图像
t1时刻所
温度
升高
降低
升高
降低
改变的条
件
正反应为放热的反应
正反应为吸热的反应
压强
增大
减小
增大
减小
正反应为气体物质的量增大的反应
正反应为气体物质的量减小的反应
1.可逆反应2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g)在一定条件下达到平衡状态。在t1时刻改变某一条件,化学反
应速率与反应时间的关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.维持温度、反应体系容积不变,t1时充入SO3(g)
B.维持温度、压强不变,t1时充入SO3(g)
C.维持反应体系容积不变,t1时升高反应体系温度
D.维持温度、反应体系容积不变,t1时充入一定量Ar
答案 B
解析 维持温度、反应体系容积不变,t1时充入SO3(g),此时逆反应速率增大,正反应速率不变,故A 错
误;维持温度、压强不变,t1时充入SO3(g),此时逆反应速率增大,而且反应体系容积增大导致正反应速
率减小,故B 正确;维持反应体系容积不变,t1时升高反应体系温度,正、逆反应速率都增大,故C 错误;
维持温度、反应体系容积不变,t1时充入一定量Ar,反应物和生成物浓度都不变,正、逆反应速率都
不变,故D 错误。
2.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 逆增大的更快,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
同时增大且增大程度相同,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,且v 正
减小的更快,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,则NH3的含量均比t0~t1时间段内的低,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。
考点二 两类热点图像
1.反应进程折线图
此类图像一般纵坐标表示物质的量、浓度、百分含量、转化率,横坐标表示反应时间。解题的关键
是找转折点。
(1)转折点之前,用外因对速率的影响分析问题,用“先拐先平,数值大”的规律判断不同曲线表示温
度或压强的大小。
(2)转折点之后是平衡状态或平衡移动,解题时要抓住量的变化,找出平衡移动的方向,利用化学平衡
移动原理推理分析。
(3)图示:(C%指产物的质量分数,B%指某反应物的质量分数)
2.恒压(或恒温)线
此类图像的纵坐标为某物质的平衡浓度或转化率,横坐标为温度或压强,解答此类问题,要关注曲线
的变化趋势,有多个变量时,注意控制变量,即“定一议二”。
反应:aA(g)+bB(g)
cC(g)+dD(g) ΔH
图像
结论
a+b>c+d,ΔH>0
a+b>c+d,ΔH>0
1.已知某可逆反应mA(g)+nB(g)
pC(g)在密闭容器中进行,如图表示在不同反应时间(t)时,温度(T)
和压强(p)与反应物B 在混合气体中的体积分数[φ(B)]的关系曲线,由曲线分析,下列判断正确的是(
)
A.T1<T2,p1>p2,m+n>p,放热反应
B.T1>T2,p1<p2,m+n>p,吸热反应
C.T1<T2,p1>p2,m+n<p,放热反应
D.T1>T2,p1<p2,m+n<p,吸热反应
答案 D
解析 由图可知,压强一定时,温度T1先达到平衡,故温度:T1>T2,升高温度,B 在混合气体中的体积分
数减小,说明平衡正向移动,正反应为吸热反应;温度一定时,压强p2先达到平衡,故压强:p1<p2,增大压
强,B 在混合气体中的体积分数增大,说明平衡逆向移动,正反应为气体体积增大的反应,则m+n<p。
2.已知反应A(g)+2B(g)
C(g) ΔH<0。在体积可变的密闭容器中,按n(A)∶n(B)=1∶1 充入反应物
进行反应,A 的平衡转化率与温度、压强关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.温度:T1>T2>T3
B.平均摩尔质量:M(a)<M(c),M(b)>M(d)
C.a 点的分压平衡常数Kp=
16
9 p0
2 kPa-2
D.d 点:v 正(A)=2v 逆(B)
答案 C
解析 A.该反应为放热反应,升高温度平衡逆向移动,A 的转化率降低,所以T1<T2<T3,A 项错误;B.从
图看a、b、c 三点A 的转化率越低,即正向程度减小,平均摩尔质量=
m气总
n气总
,正向为n 气总减小的反应,
则越正向移动平均摩尔质量越大,即M(a)>M(c)。同一温度下,增大压强平衡正向移动,即压强越大平
均摩尔质量越大,即M(b)>M(d),B 项错误;C.建立三段式
计
算
x(A)=n( A )
n总
= 0.8
1.6、
x(B)=n(B)
n总
= 0.6
1.6、
x(C)=
n(C )
n总
= 0.2
1.6 。最终计算K p=
0.2
1.6 p0
( 0.6
1.6 p0)
2( 0.8
1.6 p0)
= 16
9 p0
2,C 项正确;D.d 点平衡点2v 正(A)=2v 逆(A)=v 逆
(B),D 项错误。
考点三 三种特殊图像
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。
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 线的左上方(E
点),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。
3.曲线的意义是外界条件(如温度、压强等)对正、逆反应速率影响的变化趋势及变化幅度。图中交
点A 是平衡状态,压强增大,正反应速率增大得快,平衡正向移动。
1.在容积一定的密闭容器中,置入一定量的NO(g)和足量C(s),发生反应C(s)+2NO(g)
CO2(g)
+N2(g),平衡状态时NO(g)的物质的量浓度与温度T 的关系如图所示。则下列说法正确的是( )
A.该反应的ΔH>0
B.若该反应在T1、T2时的平衡常数分别为K1、K2,则K1<K2
C.在T2时,若反应体系处于状态D,则此时一定有v(正)<v(逆)
D.在T3时,若混合气体的密度不再变化,则可以判断反应达到平衡状态
答案 D
解析 由图像可知,T1<T2,升高温度c 平(NO)增大,平衡左移(吸热方向),所以ΔH<0,且K1>K2,A、B 错误;
T2时由D→B 点需降低c 平(NO),即平衡向右移动,所以D 点对应体系中,v(正)>v(逆),C 错误;由于反应
物C 为固体,故容积不变时,反应后气体质量增大,混合气体的密度增大,当密度不再变化时,可以判断
反应达到平衡状态,D 正确。
2. 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,得到趋势图如
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)。
(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。
考点四 化工生产中的复杂图像
一、催化剂的投料比图像
1.采用一种新型的催化剂(主要成分是Cu-Mn 合金),利用CO 和H2制备二甲醚(DME)。
主反应:2CO(g)+4H2(g)
CH3OCH3(g)+H2O(g)
副反应:CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g)
CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)
测得反应体系中各物质的产率或转化率与催化剂的关系如图所示。
则催化剂中n( Mn)
n(Cu) 约为 时最有利于二甲醚的合成。
答案 2.0
解析 由图可知当催化剂中n( Mn)
n(Cu) 约为2.0 时,CO 的转化率最大,生成的二甲醚最多。
(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。
二、生成物的选择性图像
2.(2024·江西百师联盟开学考试)压强一定的条件下,将1 mol (COOCH3)2和4 mol H2按一定流速通过
装有催化剂的反应管,利用(COOCH3)2催化加氢制乙二醇。主要发生如下反应:
ⅰ.(COOCH3)2(g)+2H2(g)
CH3OOCCH2OH(g)+CH3OH(g) ΔH1>0
ⅱ.(COOCH3)2(g)+4H2(g)
HOCH2CH2OH(g)+2CH3OH(g) ΔH2>0
测得(COOCH3)2的转化率及CH3OOCCH2OH、HOCH2CH2OH 的选择性与温度的关系如图所示。已
知:选择性定义为
n生成(C H 3OOCC H 2OH )或n生成( HOC H 2C H 2OH )
n总转化[(COOC H 3)2]
×100%。下列说法正确的是( )
A.曲线M 表示(COOCH3)2的转化率随温度变化曲线
B.192~198 ℃范围内,CH3OOCCH2OH 的选择性随温度升高而增大
C.保持其他条件不变,加快气体的流速可以提高(COOCH3)2的转化率
D.195 ℃时,生成CH3OH 的物质的量为1.455 mol
答案 D
解析 A.根据题意,随着温度升高,反应ⅰ、ⅱ均正向移动,(COOCH3)2的转化率增大,故曲线M 不代
表(COOCH3)2的转化率随温度变化曲线,A 错误;B.曲线R 是HOCH2CH2OH 的选择性,195 ℃时曲线
M 与曲线R 相交, 则曲线M 是CH3OOCCH2OH 的选择性, 根据图像,192~198 ℃范围内,
CH3OOCCH2OH 的选择性随温度升高而减小,B 错误;C.加快气体的流速时,气体来不及在催化剂表
面反应,(COOCH3)2 的转化率会降低,C 错误;D.195 ℃时(COOCH3)2 的转化率为97%,即转化的
n(COOCH3)2=0.97 mol,由图像知,195 ℃时CH3OOCCH2OH 和HOCH2CH2OH 的选择性相等,则
n(CH3OOCCH2OH)=n(HOCH2CH2OH)=0.485
mol,
此
时
n(CH3OH)=n(CH3OOCCH2OH)
+2n(HOCH2CH2OH)=1.455 mol,D 正确。
1.(双选)(2024·山东卷)逆水气变换反应:CO2(g)+H2(g)
CO(g)+H2O(g) ΔH>0。一定压力下,按
CO2、H2物质的量之比n(CO2)∶n(H2)=1∶1 投料,T1、T2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v=kc0.5(H2)c(CO2),T1、T2温度时反应速率常数k 分别为k1、k2。
下列说法错误的是( )
A.k1>k2
B.T1、T2温度下达平衡时反应速率的比值:v(T 1)
v(T 2) < k1
k2
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
D.T2温度下,改变初始投料比例,可使平衡时各组分摩尔分数与T1温度时相同
答案 CD
解析 由图可知,T1比T2反应速率快,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。A.根
据分析,T1比T2反应速率快,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
v(T 1)
v(T 2) = k1c
0.5( H 2)1c(C O2)1
k2c
0.5( H 2)2c(C O2)2
,T1温度下达到平衡时反应物的摩尔分数
低于T2温度下平衡时的量,则
v(T 1)
v(T 2) < k1
k2
,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。
2.(2023·湖南卷)向一恒容密闭容器中加入1 mol CH4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x[x = n(C H 4)
n( H 2O)]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:vb 正<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x1<x2,故
A 正确;B.b 点和c 点温度相同,CH4的起始物质的量都为1 mol,b 点x 值小于c 点,则b 点加水多,反应
物浓度大,则反应速率:vb 正>vc 正,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:Ka<Kb=Kc,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。
3.(2023·重庆卷)逆水煤气变换体系中存在以下两个反应:
反应 Ⅰ:CO2(g)+H2(g)
CO(g)+H2O(g)
反应Ⅱ:CO2(g)+4H2(g)
CH4(g)+2H2O(g)
在恒容条件下,按V(CO2)∶V(H2)=1∶1 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ΔH<0,反应 Ⅱ 的ΔH>0
B.M 点反应Ⅰ的平衡常数K<1
C.N 点H2O 的压强是CH4的3 倍
D.若按V(CO2)∶V(H2)=1∶2 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.M
点没有甲烷产物,且二氧化碳、一氧化碳含量相等,投料V(CO2)∶V(H2)=1∶1,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K=
c( H 2O)c(CO)
c(C O2)c( H 2) =1,B 错误;C.N
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,H2O 的压强是CH4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V(CO2)∶V(H2)=1∶2 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。
4.(2023·海南卷)磷酸二氢钾在工农业生产及国防工业等领域都有广泛的应用。某研究小组用质量
分数为85%的磷酸与KCl(s)反应制备KH2PO4(s),反应方程式为H3PO4(aq)+KCl(s)
KH2PO4(s)
+HCl(g)一定条件下的实验结果如图1 所示。
回答问题:
(1)该条件下,反应至1 h 时KCl 的转化率为 。
(2)该制备反应的ΔH 随温度变化关系如图2 所示。该条件下反应为 反应(填“吸热”或
“放热”),且反应热随温度升高而 。
(3)该小组为提高转化率采用的措施中有:使用浓磷酸作反应物、向系统中不断通入水蒸气等。它们
能提高转化率的原因是:不使用稀磷酸 ;
通入水蒸气 。
答案 (1)70% (2)吸热 降低
(3)使用浓磷酸作反应物可以提高磷酸的浓度,促使反应正向进行 使得气体中氯化氢的分压减小,
促使反应正向进行
解析 (1)由图可知,该条件下,反应至1 h 时KCl 的转化率为70%;(2)由图可知,焓变为正值,则该条件
下反应为吸热反应,且反应热随温度升高而降低;(3)使用浓磷酸作反应物可以提高磷酸的浓度,促使
反应正向进行;向系统中不断通入水蒸气,使得气体中氯化氢的分压减小,促使反应正向进行;都可以
促进氯化钾的转化率的提高。
基础落实
选择题只有1 个选项符合题意
1.某密闭容器中充入等物质的量的A 和B,一定温度下发生反应A(g)+xB(g)
2C(g),达到平衡后,在
不同的时间段内反应物的浓度随时间的变化如图甲所示,正逆反应速率随时间的变化如图乙所示,下
列说法中正确的是( )
A.30~40 min 间该反应使用了催化剂
B.化学方程式中的x=1,正反应为吸热反应
C.30 min 时降低温度,40 min 时升高温度
D.前8 min A 的平均反应速率为0.08 mol·L-1·min-1
答案 D
解析 A 项,若使用催化剂,各物质浓度不变,故错误;由甲图像可知,A、B 的浓度变化相同,故A、B
的化学计量数相同,都为1;由乙图像可知,30 min 时改变的条件为减小压强,40 min 时改变的条件为
升高温度,且升高温度平衡向逆反应方向移动,则正反应为放热反应。前8 min A 的平均反应速率
为(2.00−1.36)mol· L
−1
8min
=0.08 mol·L-1·min-1。
2.一定条件下,在密闭容器中发生反应4NH3(g)+6NO(g)
5N2(g)+6H2O(g) ΔH<0,并建立平衡,在t1
和t3时分别改变一个条件,在t2和t4时反应达到新的平衡状态。图1 是正反应速率随时间变化的图
像,图2 是NO 的浓度随时间变化的图像,下列说法错误的是( )
A.t1时改变的条件是减小生成物浓度
B.t3时正、逆反应速率均增大
C.t3时改变的条件可能是加压或者升温
D.t4时的平衡常数小于t1时的平衡常数
答案 C
解析 A.由图1 可知,t1改变条件时,正反应速率在原来基础上逐渐减小;由图2 可知,t1改变条件时,
NO 的浓度在原来基础上逐渐减小,说明改变条件后平衡正向移动,只有减小生成物浓度才能与两个
图像的变化情况吻合,A 正确;B.由图1 可知,t3改变条件时,正反应速率在原来基础上突增,由图2 可知,
NO 的浓度在原来基础上逐渐增大,即化学平衡逆向移动,说明t3改变条件时,逆反应速率大于正反应
速率,即逆反应速率在原来基础上也是突增的,B 正确;C.由上分析可知,t3改变条件时正、逆反应速率
均突增,但由图2 可知,NO 的浓度在原来基础上是逐渐增大的,因此所改变的条件只能是升温而不是
加压,C 错误;D.由上述分析可知,t4时的温度高于t3时的,t3时的温度等于t1时的,因此t4时的温度高于
t1时的温度,升温平衡逆向移动,平衡常数减小,D 正确。
3.有关下列图像的分析正确的是( )
A.图1 所示图中的阴影部分面积的含义是某物质的物质的量的变化量
B.图2 表示在N2+3H2
2NH3达到平衡后,减少NH3浓度时速率的变化
C.图3 表示铝片与稀硫酸反应的速率随反应时间变化的曲线,说明t1时刻溶液的温度最高
D.图4 表示反应2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g) ΔH<0,a、b、c 三点中,a 点时SO2的转化率最高
答案 D
解析 A.Δc=vΔt,所以阴影部分面积表示物质的量浓度变化量,故A 错误;B.减少NH3浓度,正反应速
率不可能增大,正、逆反应速率都减小,且平衡正向移动,故B 错误;C.铝片与稀硫酸反应为放热反应,
体系温度升高,反应速率加快,但氢离子浓度不断减小,最高点后反应速率减慢,最高点以后,反应仍在
放热,故t1时刻溶液的温度不是最高,故C 错误;D.起始时二氧化硫越少,氧气越多,则二氧化硫的转化
率越大,a 点SO2的转化率最大,故D 正确。
4.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 正(SO2)>v 逆(SO2)
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,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 正(SO2)>v 逆(SO2),故D 正确。
5.CO 和H2在一定条件下合成甲醇的反应为CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g) ΔH。现在容积均为1 L
的a、b、c、d、e 五个密闭容器中分别充入1 mol CO 和2 mol H2的混合气体,控温,进行实验,测得相
关数据如下图1 和图2。下列叙述不正确的是( )
A.该反应的ΔH<0
B.在500 ℃条件下达平衡时CO 的转化率为60%
C.平衡常数K1(300 ℃)<K2(500 ℃)
D.图2 中达化学平衡的点为c、d、e
答案 C
解析 A.根据图1,300 ℃时甲醇物质的量为0.8 mol,500 ℃时甲醇物质的量为0.6 mol,升高温度,向
逆反应方向移动,根据勒夏特列原理,该反应为放热反应,即ΔH<0,故A 说法正确;B.500 ℃时甲醇的
物质的量为0.6 mol, 则消耗CO 的物质的量为0.6 mol, 即CO 的转化率为0.6 mol/1
mol×100%=60%,故B 说法正确;C.化学平衡常数只受温度的影响,该反应为放热反应,升高温度,平衡
向逆反应方向进行,即化学平衡常数减小,即K1(300 ℃)>K2(500 ℃),故C 说法错误;D.a 到c 反应向正
反应方向进行,还没有达到平衡,当达到平衡时,甲醇的物质的量最多,即c、d、e 为化学平衡点,故D
说法正确。
6.25 ℃时,向恒容容器中加入A 发生反应:①2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g);②2NO2(g)
N2O4(g)。反
应体系中N2O5、NO2、O2的分压随时间t 的变化曲线如图所示。下列说法正确的是( )
A.曲线C 表示NO2的分压随时间的变化曲线
B.25 ℃时,反应②的压强平衡常数Kp=1
8 kPa-1
C.当O2、N2O4的分压相等时,反应②中的NO2转化率为12.5%
D.t1 min 后,保持温度和体积不变,再充入NO2(g),则O2(g)的分压增大
答案 B
解析 起始时刻N2O5分压为40 kPa,发生反应①完全转化为二氧化氮和氧气,氧气分压为20 kPa,二
氧化氮发生反应②部分转化为四氧化二氮,平衡时二氧化氮分压为16 kPa,A、B、C 分别为N2O5、
NO2、O2的分压随时间t 的变化曲线,A 错误;
Kp=
p( N 2O4)
p
2( N O2)
= 32 kPa
(16 kPa)
2 = 1
8 kPa-1,B 正确;某时刻O2、N2O4的分压相等为20 kPa 时:
二氧化氮的转化率为50%,C 错误;t1 min 后,保持温度和体积不变,再充入NO2(g)引起②化学平衡发生
移动,由勒夏特列原理知体系中总的物质的量依然增大,氧气的物质的量不变,氧气分压减小,D 错误。
7.某温度下,在容积为2 L 的刚性固定容器中加入1 mol 环戊烯(
)和1 mol I2发生可逆反应
(g)
+I2(g)
(g)+2HI(g) ΔH>0,实验测得容器内压强随时间的变化关系如图所示。下列说法错误
的是( )
A.0~2 min 内,环戊烯的平均反应速率为0.10 mol·L-1· min-1
B.环戊烯的平衡转化率为50%
C.高温低压有利于提高环戊烯的平衡转化率
D.该温度下,反应的平衡常数为K=2
答案 D
解析 同温同体积下,压强之比等于物质的量之比,根据图中信息及方程式可知,压强增大0.20 倍,消
耗0.4 mol 环戊烯,所以0~2 min 内,环戊烯的平均反应速率为
0.4 mol
2 L×2min=0.10 mol·L-1· min-1,A 正
确;平衡时,压强增大0.25 倍,消耗0.5 mol 环戊烯,其平衡转化率为50%,B 正确;该反应为吸热反应,且
生成物中气体的系数之和大于反应物中气体系数之和,升高温度、减小压强有利于提高环戊烯的平
衡转化率,C 正确;平衡时n(I2)=n(环戊烯)=n(
)=0.5 mol、n(HI)=1 mol,该反应的平衡常数为K=
0.5
2 ×( 1
2 )
2
( 0.5
2 )
2
=1,D 错误。
8.已知:在700 ℃的恒温、恒容密闭容器中发生反应3CH4(g)+2N2(g)
3C(s)+4NH3(g),若CH4与N2
在不同投料比
n(C H 4)
n( N 2) 时CH4的平衡转化率如图所示,下列说法正确的是( )
A.n(CH4)/n(N2)越大,CH4的转化率越高
B.a 点对应的平衡常数比c 点的大
C.b 点对应的NH3的体积分数为26%
D.不改变投料比,增加n(N2)时,NH3体积分数增大
答案 D
解析 由图像看出,CH4的转化率随
n(C H 4)
n( N 2) 的增大而降低,A 错误;a、b 两点的温度相同,平衡常数只
与温度有关,则平衡常数不变,B 错误;b 点甲烷转化率为22%,
n(C H 4)
n( N 2) =0.75,则设甲烷为3 mol,氮气
为4 mol,
则NH3的体积分数约为
0.88
2.34+3.56+0.88×100%=13%,C 错误;不改变投料比,增加n(N2)时,必然增加甲
烷,平衡正向移动,氨气体积分数增加,D 正确。
9.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:
(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)根据图像可确定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 (填序号,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 的平衡常数为K2,则K1 (填“>”“=”或“<”)K2。
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)=
(0.45−0.25)mol· L
−1
10min
=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0.20 mol·L-1,C 的物质的量浓度增加量为0.40 mol·L-1,x、y 之比等于A、C 的物质的量浓度变化
量之比,故x∶y=0.20 mol·L-1∶0.40 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;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,则K1>K2。
能力提升
10.含氮化合物在生活、生产、研究领域至关重要。我国学者在容积不变的刚性容器中按投料比
n( H 2)
n( NO)=1 发生反应2H2(g)+2NO(g)
N2(g)+2H2O(g) ΔH=-664.1 kJ·mol-1,不同催化剂条件下,反应
相同时间测得NO 转化率与温度的关系如图所示。且研究表明该反应v=kcm(H2)·c2(NO),其中k 为速
率常数。下列说法错误的是( )
A.当使用催化剂乙时,温度高于350 ℃ NO 转化率下降是由于反应放热,达到平衡后,升高温度使平
衡逆向移动
B.使用催化剂甲比使用催化剂乙正反应的活化能更低
C.对于反应2H2(g)+2NO(g)
N2(g)+2H2O(g),其他条件不变,加压使平衡正向移动
D.T1 ℃的初始速率为v0,当H2转化率为60%时,反应速率为0.064v0,由此可知m=1
答案 A
解析 当使用催化剂乙时,温度低于350 ℃时,催化剂的活性随温度升高逐渐增强,反应速率加快,NO
转化率也增大,温度高于350 ℃时,催化剂活性降低甚至失去活性,反应速率下降,导致NO 转化率下
降,A 错误;单位时间内,使用催化剂甲比使用催化剂乙反应速率快,NO 转化率高,则使用催化剂甲比
使用催化剂乙正反应的活化能更低,B 正确;设初始一氧化氮和氢气的物质的量均为1 mol,容器体积
为1 L,则初始一氧化氮和氢气的浓度均为1 mol·L-1,v0=k×1m×12=k,当H2转化率为60%时,c(H2)=0.4
mol·L-1,c(NO)=0.4 mol·L-1,此时的反应速率为0.064v0,则有0.064v0=k×0.4m×0.42=v0×0.4m×0.42,解得
m=1,D 正确。
11.在一恒容的密闭容器中充入0.1 mol·L-1 CO2、0.1 mol·L-1 CH4,在一定条件下发生反应:CH4(g)
+CO2(g)
2CO(g)+2H2(g),测得CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如图,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.压强为p4、温度为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 D
解析 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 项正
确;该反应为气体分子总数增加的反应,压强越大,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, 平衡常数K=
0.16
2×0.16
2
0.02×0.02 ≈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 项错误。
12.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) ΔH=+173.3
kJ·mol-1,CO2(g)+H2(g)===CO(g)+H2O(g) ΔH=+41.2 kJ·mol-1, 在1.0×105 Pa 、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=
n生成(CO)
n生成(C O2)+n生成(CO)×100%,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 的选择性减小
C.一定温度下,增大n(C2 H 5OH )
n( H 2O)
乙醇平衡转化率降低
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 C
解析 根据已知反应①C2H5OH(g)+3H2O(g)===2CO2(g)+6H2(g) ΔH=+173.3 kJ·mol-1,反应②CO2(g)
+H2(g)===CO(g)+H2O(g) ΔH=+41.2 kJ·mol-1,温度较低时,以反应①为主,CO2的选择性最大,CO 的选
择性最小,随着温度的升高,反应速率加快,CO2的选择性逐渐减小,CO 的选择性逐渐增大,H2的产率
逐渐升高,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。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 错误;C.一
定温度下,增大
n(C2 H 5OH )
n( H 2O)
,可以认为开始时水蒸气的物质的量不变,增大乙醇的物质的量,乙醇的平
衡转化率降低,故C 正确;D.加入CaO 同时吸收CO2和水蒸气,无法判断平衡如何移动,无法判断如何
影响平衡时H2产率,故D 错误。
13.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
