第七章　第5讲　化学反应速率与化学平衡的图像-2025年高中化学高考备考

第七章化学反应速率和化学平衡第5讲化学反应速率与化学平衡的图像课标要求核心考点五年考情核心素养对接1.知道化学反应是有方向的，知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关。认识化学平衡常数是表征反应限度的物理量，知道化学平衡常数的含义。了解浓度商和化学平衡常数的相对大小与反应方向间的联系。通过实验探究，了解浓度、压强、温度对化学平衡状态的影响。2.知道化学反应速率的表示方法，了解测定化学反应速率的简单方法。通过实验探究，了解温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响。知道化学反应是有历程的，认识基元反应活化能对化学反应速率的影响。3.认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学研究中的重要作用。知道催化剂可以改变反应历程，对调控化学反应速率具有重要意义化学反应速率与化学平衡的图像2023海南，T13；2023湖北，T19；2022全国甲，T28；2022全国乙，T28；2021湖南，T11；2021北京，T14；2021重庆，T17；2021天津，T16；2021福建，T13；2021江苏，T18；2020全国Ⅰ，T28；2019北京，T27变化观念与平衡思想：能从反应图像中提取信息，建立物质、外界条件与化学反应方向、限度和速率的关系；能联系v－t图像中反应速率的变化与平衡移动关系分析平衡移动问题；能联系物质参数－时间/温度（压强）图像中多个量从多角度分析解决多个平衡移动问题命题分析预测1.高考中常以图像、表格等为载体，主要考查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，考查考生提取信息、分析问题、解决问题的能力。2.来自于实际科学研究的反应历程或反应机理图像是2025年高考的命题热点，主要考查催化剂、活化能、反应热等。多平衡体系的图像题是近年高考的命题趋势，考生应予以重视考点化学反应速率与化学平衡的图像1.v－t图（速率－时间图）改变反应条件，正、逆反应速率随时间的变化情况与平衡移动方向的关系如表所示[以2SO2（g）＋O2（g）⇌2SO3（g）ΔH＜0为例]。改变条件c（SO2）增大c（O2）减小c（SO3）增大c（SO3）减小增大压强v－t图平衡移动方向[1]正反应方向[2]逆反应方向[3]逆反应方向[4]正反应方向[5]正反应方向改变条件减小压强升高温度降低温度使用催化剂v－t图平衡移动方向[6]逆反应方向[7]逆反应方向[8]正反应方向[9]不移动2.物质参数－时间图[以aA（g）＋bB（g）⇌cC（g）ΔH为例]浓度－时间图（t1时刻反应达到平衡）含量－时间图（m用催化剂，n不用催化剂）（T2＞T1，正反应为吸热反应）（T2＞T1，正反应为放热反应）（p1＞p2，正反应为气体分子数减小的反应）（p1＞p2，正反应为气体分子数增大的反应）3.物质参数－温度（压强）图常规类型特殊类型平衡点（拐点）前看反应速率——浓度、压强、温度、催化剂影响反应速率平衡点（拐点）后看平衡移动——浓度、压强、温度影响平衡移动曲线甲表示正反应为[10]放热反应曲线乙表示正反应为[11]吸热反应命题点1v－t图（速率－时间图）1.[2023海南改编]工业上苯乙烯的生产主要采用乙苯脱氢工艺：C6H5CH2CH3（g）⇌C6H5CHCH2（g）＋H2（g）。某条件下无催化剂存在时，该反应的正、逆反应速率v随时间t的变化关系如图所示。下列说法错误的是（AA.曲线①表示的是逆反应的v－t关系B.t2时刻体系处于平衡状态C.反应进行到t1时，Q＜K（Q为浓度商）D.催化剂存在时，v1、v2都增大解析反应开始时反应物浓度最大，正反应速率最大，生成物浓度为0，逆反应速率为0，因此曲线①表示的是正反应的v－t关系，曲线②表示的是逆反应的v－t关系，A项错误；由图像可知，t2时，正、逆反应速率相等，体系处于平衡状态，B项正确；反应进行到t1时，正反应速率大于逆反应速率，说明此时反应正向进行，因此Q＜K，C项正确；催化剂能同等程度地降低正、逆反应的活化能，加快化学反应速率，使v1、v2都增大，D项正确。2.[全国Ⅰ高考改编]Bodensteins研究了下列反应：2HI（g）⇌H2（g）＋I2（g）ΔH＞0在716K时，气体混合物中碘化氢的物质的量分数x（HI）与反应时间t的关系如下表：t/min020406080120x（HI）10.910.850.8150.7950.784x（HI）00.600.730.7730.7800.784由上述实验数据计算得到v正～x（HI）和v逆～x（H2）的关系可用下图表示。当升高到某一温度时，反应重新达到平衡，相应的点分别为A、E（填字母）。解析升高温度前达到平衡时x（HI）＝0.784，由“三段式”法知x（H2）＝0.108。升高温度，正、逆反应速率都增大，但平衡正向移动，HI的物质的量分数减小，H2的物质的量分数增大，分析题图，反应重新达到平衡时，相应的点分别是A、E。思维导引命题点2物质参数－时间图3.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＝－134kJ/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C（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∶1D.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D。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）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。4.[c－t图][2021广东]反应X2Z经历两步：①XY；②Y2Z。反应体系中X、Y、Z的浓度c随时间t的变化曲线如图所示。下列说法不正确的是（A.a为c（X）随t的变化曲线B.t1时，c（X）＝c（Y）＝c（Z）C.t2时，Y的消耗速率大于生成速率D.t3后，c（Z）＝2c0－c（Y）解析反应X2Z分①XY和②Y2Z两步进行，随着反应不断进行，X的浓度逐渐减小，Y结合上述分析可知a表示c（X）随t的变化曲线，A项正确；t1时图像中X、Y、Z的物质的量浓度变化曲线相交一点，即物质的量浓度相等，B项正确；t2时Y的物质的量浓度在减小，说明Y的消耗速率大于生成速率，C项正确；从图中可以看出t3后，X的浓度为0，若X全部生成Z，则c（Z）＝2c0，但体系中存在一定量Y，由反应②可知，体系中c（Z）＝2c0－2c（Y），D项错误。命题点3物质参数－温度（压强）图5.[α－T（p）图][北京高考]反应：2H2SO4（l）2SO2（g）＋O2（g）＋2H2O（g）ΔH＝＋550kJ·mol－1它由两步反应组成：i.H2SO4（l）SO3（g）＋H2O（g）ΔH＝＋177kJ·mol－1ii.SO3（g）分解。L（L1、L2）、X可分别代表压强或温度。如图表示L一定时，ii中SO3（g）的平衡转化率随X的变化关系。（1）X代表的物理量是压强。（2）判断L1、L2的大小关系，并简述理由：L1＜L2，SO3（g）分解的热化学方程式为2SO3（g）⇌2SO2（g）＋O2（g）ΔH＝＋196kJ·mol－1，当压强一定时，温度升高，SO3的平衡转化率增大。解析（1）根据盖斯定律得出2SO3（g）⇌2SO2（g）＋O2（g）ΔH＝＋196kJ·mol－1，该反应是吸热反应，若X为温度，当压强不变，升高温度时，SO3的平衡转化率增大，不符合题图中曲线的变化趋势；该反应为气体分子数增大的反应，若X为压强，当温度不变增大压强时，平衡向逆反应方向移动，SO3的平衡转化率减小，符合题图中曲线的变化趋势，所以X为压强，L为温度。（2）该反应为吸热反应，若压强不变升高温度，则SO3的平衡转化率增大，所以L2＞L1。6.[2023湖北]C•40H19（g）⇌C40H18（g）＋H·（g）及C•40H11（g）⇌C40H10（g）＋H·（g）反应的lnK（K为平衡常数）随温度倒数的关系如图所示。已知本实验条件下，lnK＝－ΔHRT＋c（R为理想气体常数，c为截距）。图中两条线几乎平行，从结构的角度分析其原因是解析图中两条线几乎平行，说明两条线的斜率近似相等，即两反应的ΔH基本相等。1.[2021江苏]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（N2）n总转化（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。2.[浙江高考]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）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。3.[2021江苏]甲烷是重要的资源，通过下列过程可实现由甲烷到氢气的转化。（1）500℃时，CH4与H2O重整主要发生下列反应：CH4（g）＋H2O（g）⇌CO（g）＋3H2（g）CO（g）＋H2O（g）⇌H2（g）＋CO2（g）已知CaO（s）＋CO2（g）CaCO3（s）ΔH＝－178.8kJ·mol－1。向重整反应体系中加入适量多孔CaO，其优点是提高H2产率，提供热量（2）CH4与CO2重整的主要反应的热化学方程式为反应Ⅰ：CH4（g）＋CO2（g）2CO（g）＋2H2（g）ΔH＝246.5kJ·mol－反应Ⅱ：H2（g）＋CO2（g）CO（g）＋H2O（g）ΔH＝41.2kJ·mol－反应Ⅲ：2CO（g）CO2（g）＋C（s）ΔH＝－172.5kJ·mol－①在CH4与CO2重整体系中通入适量H2O（g），可减少C（s）的生成，反应3CH4（g）＋CO2（g）＋2H2O（g）4CO（g）＋8H2（g）的ΔH＝657.1kJ·mol－1②1.01×105Pa下，将n起始（CO2）∶n起始（CH4）＝1∶1的混合气体置于密闭容器中，不同温度下重整体系中CH4和CO2的平衡转化率如图1所示。800℃下CO2平衡转化率远大于600℃下CO2平衡转化率，其原因是反应Ⅰ、反应Ⅱ的ΔH＞0，高温下正反应进行程度大，CO2反应的量多；反应Ⅲ的ΔH＜0，高温下正反应进行程度小，CO2的生成量少。图1（3）利用铜－铈氧化物（xCuO·yCeO2，Ce是活泼金属）催化氧化可除去H2中少量CO，催化氧化过程中Cu、Ce的化合价均发生变化，可能机理如图2所示。将n（CO）∶n（O2）∶n（H2）∶n（N2）＝1∶1∶49∶49的混合气体以一定流速通过装有xCuO·yCeO2催化剂的反应器，CO的转化率随温度变化的曲线如图3所示。图2图3①Ce基态原子核外电子排布式为[Xe]4f15d16s2，图2所示机理的步骤（i）中，元素Cu、Ce化合价发生的变化为Cu由＋2价变为＋1价，Ce由＋4价变为＋3价。②当催化氧化温度超过150℃时，催化剂的催化活性下降，其可能原因是温度升高，Cu2＋（或Cu＋）被H2（或CO）还原为Cu。解析（1）CaO吸收CO2，促使CO（g）＋H2O（g）⇌H2（g）＋CO2（g）平衡右移，可以提高H2的产率，且CaO吸收CO2为放热反应，可以为重整过程提供热量。（2）①依据盖斯定律，由反应Ⅰ×3－反应Ⅱ×2可得目标反应，则目标反应的ΔH＝246.5kJ·mol－1×3－41.2kJ·mol－1×2＝657.1kJ·mol－1。②从平衡移动角度分析，升高温度，反应Ⅰ、Ⅱ均正向移动，CO2的转化率提高，反应Ⅲ逆向移动，生成CO2的量减小，所以三个反应综合考虑，CO2的平衡转化率在高温下更大。（3）①铜－铈氧化物（xCuO·yCeO2）中Cu为＋2价，Ce为＋4价，步骤（i）中，CO转化为CO2，碳元素化合价升高2，则铜－铈氧化物中Cu和Ce的化合价应降低，由Ce和Cu基态原子核外电子排布式可推知Cu由＋2价变为＋1价，Ce由＋4价变为＋3价。1.[速率－时间图像][2024山东学情检测]在恒容密闭容器中加入一定量CaSO4和CO，一定温度下发生反应：CaSO4（s）＋CO（g）⇌CaO（s）＋SO2（g）＋CO2（g）ΔH＝＋218.4kJ·mol－1，CO的反应速率随时间变化如图所示。下列说法正确的是（C）A.该反应是吸热反应，升高温度，正反应速率增大，逆反应速率减小B.再加入少量CaO固体，平衡向逆反应方向移动C.图示中t1min时改变的条件可能是减小c（CO），同时增大c（SO2）D.气体的平均相对分子量不变时，不能说明反应达到平衡。解析该反应为吸热反应，升高温度，正、逆反应速率均增大，A错误；固体的加入不影响化学平衡的移动，B错误；t1min时，正反应速率减小，逆反应速率增大，可能改变的条件是减小CO浓度同时增大SO2浓度，C正确；随着反应进行，气体的平均相对分子质量不断增大，气体平均相对分子质量不变说明反应达到平衡，D错误。2.[物质的量－时间图像][2024湘豫名校联考]聚乙炔可用于制造导电塑料，广泛用于电子工业。工业上利用天然气制乙炔的化学反应原理如下：2CH4（g）⇌C2H4（g）＋2H2（g）ΔH1＝＋340.39kJ·mol－1C2H4（g）⇌C2H2（g）＋H2（g）ΔH2＝＋35.50kJ·mol－1在1L恒容密闭反应器中充入适量的CH4，发生上述反应，测得800℃时各含碳物质的物质的量随时间的变化如图所示。下列叙述正确的是（B）A.图中甲曲线代表甲烷、丙曲线代表乙烯B.若70min时升温，乙曲线下移，甲曲线上移C.0～40min内CH4平均反应速率为2.0mol·L－1·min－1D.M点正反应速率小于逆反应速率解析根据题干反应方程式特点可知，随着反应进行，甲烷的物质的量逐渐减小，乙烯的物质的量先增大后减小，乙炔的物质的量逐渐增大，因此曲线甲代表乙炔、曲线乙代表甲烷、曲线丙代表乙烯，A错误；两反应均属于吸热反应，升高温度，平衡正向移动，甲烷的物质的量减少，乙炔的物质的量增大，B正确；0～40min内CH4平均反应速率为100－201×40×10－2mol·L－1·min－1＝0.02mol·L－1·min－1，C错误；M3.[浓度－时间图像][2024江西宜春丰城中学开学考]某化学小组欲测定酸性条件下KClO3溶液与NaHSO3溶液反应的化学反应速率，所用的试剂为10mL0.1mol·L－1KClO3溶液和10mL0.3mol·L－1NaHSO3溶液，所得c（Cl－）随时间变化的曲线如图所示。下列说法正确的是（C）A.该反应的离子方程式为ClO3－＋3SO32－B.该反应在0～4min的平均反应速率v（NaHSO3）＝2.5×10－3mol·L－1·min－1C.在反应过程中，该反应的化学反应速率变化趋势为先增大后减小D.起初反应很慢，一段时间后反应速率明显增大，一定是反应放热温度升高的结果解析书写离子方程式时HSO3－不拆开，正确的离子方程式为ClO3－＋3HSO3－Cl－＋3SO42－＋3H＋，A项错误；由图中信息可知，该反应在0～4min的平均反应速率v（Cl－）＝0.010mol·L－1÷4min＝2.5×10－3mol·L－1·min－1，根据同一化学反应中同一时间内用不同物质表示的化学反应速率之比等于其相应物质的化学计量数之比可知，v（NaHSO3）＝3v（Cl－）＝7.5×10－3mol·L－1·min－1，B4.[物质参数－温度图像][2023南京六校调研]在压强、CO2和H2起始投料一定的条件下，发生反应Ⅰ、Ⅱ：反应Ⅰ.CO2（g）＋3H2（g）催化剂△CH3OH（g）＋H2O（g）ΔH1＝－49.0kJ·mol－反应Ⅱ.2CO2（g）＋5H2（g）催化剂△C2H2（g）＋4H2O（g）ΔH2＝＋37.1kJ·mol－实验测得CO2的平衡转化率和平衡时CH3OH的选择性（CH3OH的选择性＝CH3OH的物质的量反应的COA.曲线②表示CO2的平衡转化率B.其他条件不变，升高温度，C2H2的含量减小C.温度高于280℃时，曲线①随温度升高而升高，说明此时主要发生反应ⅡD.同时提高CO2的平衡转化率和平衡时CH3OH的选择性，应选择在低温低压条件下反应解析其他条件不变，升高温度，反应Ⅱ平衡正向移动，C2H2的含量增大，B项错误。5.[物质参数－温度（压强）图像][2023苏州调研]通过反应Ⅰ：CO2（g）＋3H2（g）⇌CH3OH（g）＋H2O（g）可以实现CO2捕获并资源化利用。密闭容器中，反应物起始物质的量之比n（H2）n（CO2）＝3时，在不同条件下（分别在温度为250℃下压强变化和在压强为反应Ⅱ：CO2（g）＋H2（g）⇌CO（g）＋H2O（g）ΔH＝＋42.5kJ·mol－1反应Ⅲ：CO（g）＋2H2（g）⇌CH3OH（g）ΔH＝－90.7kJ·mol－1下列说法正确的是（C）A.反应Ⅰ的ΔH＝－133.2kJ·mol－1B.曲线①表示CH3OH的物质的量分数随温度的变化C.一定温度下，增大n（H2）D.在5×105Pa、250℃、起始n（H2）n（CO2）＝解析利用盖斯定律，将反应Ⅱ＋反应Ⅲ可得反应Ⅰ，故反应Ⅰ的ΔH＝－48.2kJ·mol－1，A错误。反应Ⅰ的正反应为气体体积减小的放热反应，升高温度，平衡逆向移动，CH3OH的物质的量分数减小，则曲线②表示CH3OH的物质的量分数随温度的变化；增大压强，平衡正向移动，CH3OH的物质的量分数增大，则曲线①表示CH3OH的物质的量分数随压强的变化，B错误。使用高效催化剂，可以加快化学反应速率，但不能使平衡发生移动，6.[平衡常数－温度图像]（1）已知：4CO（g）＋2NO2（g）⇌N2（g）＋4CO2（g）ΔH＜0。该反应的正、逆反应的平衡常数（K）与温度（T）的关系如图所示，其中表示正反应的平衡常数（K正）的是B（填“A”或“B”），原因是该反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，K正减小。（2）[2021山东]2－甲氧基－2－甲基丁烷（TAME）常用作汽油添加剂。在催化剂作用下，可通过甲醇与烯烃的液相反应制得，体系中同时存在如下反应：反应Ⅰ：反应Ⅱ：反应Ⅲ：反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ以物质的量分数表示的平衡常数Kx与温度T变化关系如图所示。据图判断，A和B中相对稳定的是2－甲基－2－丁烯（用系统命名法命名）；ΔH1ΔH2A.＜－1 B.－1～0C.0～1 D.＞1解析（2）由题图知，T增大（横轴向左）时，lnKx均减小，说明平衡均逆向移动，反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均为放热反应，则A和B中相对稳定的是B，其系统命名为2－甲基－2－丁烯。反应Ⅰ的lnKx随着温度变化大于反应Ⅱ，说明反应Ⅰ的ΔH1（放热、负值）变化大于反应Ⅱ，可得ΔH1＜ΔH2，ΔH1Δ7.[浓度－时间图像、速率常数－温度图像][2022河北改编]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①XY；②YZ。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a为该体系中X、Y、Z浓度随时间变化的曲线，图b为反应①和②的lnk～1T曲线。下列说法正确的是（图a图bA.随c（X）的减小，反应①、②的速率均降低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①决定解析起始时加入一定量X，则X的浓度逐渐减小，Y的浓度先增大后减小，Z的浓度逐渐增大；根据图b，1T增大即T降低，反应①、②的lnk恒温恒容条件下，速率常数不变，反应速率与物质的浓度相关，随c（X）的减小，c（Y）先增大后减小，则反应①的速率减小，反应②的速率先增大后减小，A项错误；根据XY、YZ，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，故v（X）＝v（Y）＋v（Z），在Y的浓度达到最大值之后，单位时间内Z的增加量等于X和Y的减少量，故v（Z）＝v（X）＋v（Y），B项错误；升高温度可以加快反应①的速率，但反应①的速率常数随温度升高而增大的程度小于反应②的，且反应②的速率随Y浓度的增大而增大，故要提高Y的产率需要提高反应温度且控制反应时间，C项正确；由图b知，温度低于T1即大于1T1时，k1＞k2，反应①为快反应，反应②为慢反应，总反应速率由8.[2023湖北武汉调研]甲醇制烯烃是一项非石油路线烯烃生产技术，可以减少我国对石油进口的依赖度。（1）甲醇可通过煤的液化过程获得，该过程是化学（填“物理”或“化学”）变化。（2）甲醇制烯烃的反应是不可逆反应，烯烃产物之间存在如下转化关系：反应Ⅰ.2C3H6（g）⇌3C2H4（g）ΔH1＝＋117kJ·mol－1反应Ⅱ.3C4H8（g）⇌4C3H6（g）ΔH2＝＋78kJ·mol－1反应Ⅲ.C4H8（g）⇌2C2H4（g）ΔH3反应达平衡时，三种组分的物质的量分数x随温度T的变化关系如图1所示。①反应Ⅲ的ΔH3＝＋104kJ·mol－1。②图1中曲线a代表的组分是C3H6，700K后，曲线a下降的原因是反应Ⅰ和反应Ⅱ都是吸热反应，升高温度平衡均正向移动，且升高温度对反应Ⅰ的影响更大。③图1中P点坐标为900，0.48，900K时，反应Ⅲ的物质的量分数平衡常数Kx＝（3）甲醇制丙烯的反应为3CH3OH（g）C3H6（g）＋3H2O（g），速率常数k与反应温度T的关系遵循Arrhenius方程，实验数据如图2所示。已知Arrhenius方程为Rlgk＝－Ea2.303T＋RlgA（其中k为速率常数，反应速率与其成正比；Ea为活化能；R＝8.314J·mol－1①该反应的活化能Ea＝177.3kJ·mol－1（计算结果保留1位小数）。②下列措施能使速率常数k增大的是AD（填标号）。A.升高温度 B.增大压强C.增大cCH3OH 解析（1）由煤制取甲醇有新物质生成，为化学变化。（2）①根据盖斯定律，由反应Ⅰ×23＋反应Ⅱ×13得C4H8（g）⇌2C2H4（g）ΔH3＝＋104kJ·mol－1。②反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ都为吸热反应，升高温度，平衡均正向移动，C2H4（只作产物）的物质的量分数增大，C4H8（只作反应物）的物质的量分数减小，则曲线b代表C4H8，曲线c代表C2H4，曲线a代表C3H6，C3H6是反应Ⅰ的反应物，同时是反应Ⅱ的生成物，所以C3H6的物质的量分数由反应Ⅰ和反应Ⅱ共同决定，700K后，曲线a下降的原因是升高温度对反应Ⅰ的影响更大。③P点x（C2H4）＝x（C3H6）＝0.48，则x（C4H8）＝1－0.48－0.48＝0.04，反应Ⅲ的Kx＝x2（C2H4）x（C4H8）＝0.4820.04＝5.76。（3）①将图2中数据代入题给公式可得110J·mol－1·K－1＝－Ea2.303×3×10－3K－1＋RlgA、33J·mol－1·K－1＝－Ea2.303×4×10－3K－1＋R9.乙烷裂解制乙烯具有成本低、收率高、投资少、污染小等优点。目前裂解方法有电催化裂解、光催化裂解、直接裂解、氧气或二氧化碳氧化乙烷裂解等。（1）乙烷直接裂解时温度、压强及平衡转化率的关系如图1所示：图1①反应的ΔH＞0，p1＜p2（填“＞”“＜”或“＝”）。②T℃时，将乙烷与氦气的混合气体（乙烷的物质的量分数为m％）通入一密闭容器中发生反应C2H6（g）⇌C2H4（g）＋H2（g）。平衡时容器压强为pkPa，此时乙烷的平衡转化率为α，则乙烯的平衡分压为mα100+mαpkPa，反应的平衡常数Kp＝mα2p（（2）已知乙烷直接裂解、CO2氧化裂解和O2氧化裂解反应如下：（Ⅰ）C2H6（g）⇌C2H4（g）＋H2（g）ΔH1（Ⅱ）CO2（g）＋C2H6（g）⇌C2H4（g）＋CO（g）＋H2O（g）ΔH2（Ⅲ）2C2H6（g）＋O2（g）⇌2C2H4（g）＋2H2O（g）ΔH3①反应2CO（g）＋O2（g）⇌2CO2（g）的ΔH＝ΔH3－2ΔH2（用含ΔH2和ΔH3的代数式表示）。②反应（Ⅰ）、（Ⅱ）的平衡常数分别为K1、K2，则反应CO2（g）＋H2（g）⇌CO（g）＋H2O（g）的平衡常数K＝K2K1（用含K1、③在800℃时发生反应（Ⅲ），乙烷的转化率、乙烯的选择性和收率随投料比[n（C2H图2控制n（C2H6）n（O2）＝2.0，而不采用选择性更高的n（C2H6）n（O2）解析（1）①根据图示，压强恒定的条件下升高温度，乙烷的平衡转化率增大，说明平衡正向移动，则正反应为吸热反应，ΔH＞0；C2H6（g）⇌C2H4（g）＋H2（g）是气体分子数增大的反应，当温度相同时，增大压强，平衡逆向移动，乙烷的平衡转化率减小，故p1＜p2。②设混合气体的总物质的量为100mol，则乙烷的物质的量为mmol，根据题目信息列“三段式”：C2H6（g）⇌C2H4（g）＋H2（g）起始量/molm00转化量/molmαmαmα平衡量/molm－mαmαmα平衡时气体的总物质的量为（100＋mα）mol，乙烷、乙烯、氢气的物质的量分数分别为m－mα100+mα、mα100+mα、Kp＝p（C2H4）·p（H2）p（C2H6）＝（mα100+mαp）2m－mα100+mαpkPa＝mα2p（1－α)(100+mα）kPa。（2）①根据盖斯定律，由（Ⅲ）－（Ⅱ）×2，可得2CO（g）＋O2（g）⇌2CO2（g）ΔH＝ΔH3－2ΔH2。②由（Ⅱ）－（Ⅰ）可得CO2（g）＋H2（g）⇌CO（g）专项训练7多反应平衡体系1.[2022江苏]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＝173.3kJ·mol－CO2（g）＋H2（g）CO（g）＋H2O（g）ΔH＝41.2kJ·mol－在1.0×105Pa、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（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n（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产率解析由CO的选择性计算公式可知，相同温度下，CO和CO2的选择性之和为1，故图中曲线②代表平衡时H2产率随温度的变化；由图可知，约330℃以后H2的平衡产率随温度的升高而减小，结合题给方程式可知，此时CO的选择性应随温度的升高而增大，故曲线③代表平衡时CO的选择性，曲线①代表平衡时CO2的选择性。A项，曲线②代表H2的平衡产率随温度的变化，错误；B项，由图可知，升高温度，平衡时CO的选择性增大，正确；C项，增大n（C2H5OH2.[2024上海格致中学检测]乙酸制氢气过程中发生的反应主要有热裂解反应：CH3COOH（g）⇌2CO（g）＋2H2（g）ΔH＝＋213.7kJ·mol－1；脱羧反应：CH3COOH（g）⇌CH4（g）＋CO2（g）ΔH＝－33.5kJ·mol－1。（1）在密闭容器中，利用乙酸制氢气，应选择常压（填“较大压强”或“常压”）。（2）一段时间内，该反应体系中温度与气体产率的关系如图所示，640℃之前，氢气产率低于甲烷产率；640℃之后氢气产率高于甲烷产率，可能的原因是随着温度升高，热裂解反应向正反应方向移动，脱羧反应向逆反应方向移动。（3）保持其他条件不变，在CH3COOH（g）中掺杂一定量水蒸气，氢气产率显著提高而CO的产率下降，请分析原因：CO＋H2O（g）△H2＋CO解析（1）在密闭容器中，发生反应CH3COOH（g）⇌2CO（g）＋2H2（g），该反应为气体分子数增大的反应，增大压强，平衡逆向移动，氢气产率减小，故相对于较大压强，常压下氢气的产率较高且能耗低。（2）热裂解反应的正反应吸热，脱羧反应的正反应放热，640℃之后升温，热裂解反应向正反应方向移动，脱羧反应向逆反应方向移动，故氢气产率高于甲烷产率。（3）CH3COOH（g）中掺杂的水蒸气与CO反应生成二氧化碳和氢气，CO＋H2O（g）△H2＋CO23.[2023洛阳模拟]丁烯是一种重要的化工原料，可由丁烷催化脱氢制备。（1）正丁烷（C4H10）脱氢制丁烯（C4H①C4H10（g）⇌C4H8（g）＋H2（g）Δ已知：②C4H10（g）＋12O2（g）C4H8（g）＋H2O（g）ΔH2③H2（g）＋12O2（g）H2O（g）ΔH3＝－242反应①的ΔH1为＋123kJ·mol－1。图1是反应①平衡转化率与反应温度及压强的关系图，x小于0.1（填“大于”或“小于”）；欲使丁烯的平衡产率提高，应采取的措施是AD（填标号）。A.升高温度 B.降低温度C.增大压强 D.减小压强（2）丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器（氢气的作用是活化催化剂），出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。图2为丁烯产率与进料气中n（氢气）/n（丁烷）的关系。图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势，其降低的原因是氢气是产物之一，当达到某一值后，随着n（氢气）/n（丁烷）增大，平衡逆向移动，丁烯的产率下降。（3）图3为反应产率和反应温度的关系曲线，副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。丁烯产率在590℃之前随温度升高而增大的原因可能是升高温度有利于反应向吸热方向进行、温度升高反应速率加快，单位时间内产生的丁烯更多；590℃之后，丁烯产率快速降低的主要原因可能是丁烯高温裂解生成短碳链烃类化合物。解析（1）根据盖斯定律，由②－③可得①，则ΔH1＝ΔH2－ΔH3＝－119kJ·mol－1－（－242kJ·mol－1）＝＋123kJ·mol－1。反应①为气体分子数增大的反应，减小压强，平衡正向移动，平衡转化率增大，故x小于0.1。反应①为气体分子数增大的吸热反应，减小压强、升高温度，均可使平衡正向移动，丁烯的平衡产率提高。（3）该反应为吸热反应，升高温度，反应速率加快，且平衡正向移动，因此丁烯产率在590℃之前随温度升高而增大；590℃之后，丁烯高温裂解生成短碳链烃类化合物，因此丁烯产率降低。4.[全国Ⅰ高考]采用N2O5为硝化剂是一种新型的绿色硝化技术，在含能材料、医药等工业中得到广泛应用。回答下列问题：F.Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25℃时N2O5（g）分解反应：其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡。体系的总压强p随时间t的变化如表所示（t＝∞时，N2O5（g）完全分解）：t/min0408016026013001700∞p/kPa35.840.342.545.949.261.262.363.1（1）已知：2N2O5（g）2N2O4（g）＋O2（g）ΔH1＝－4.4kJ·mol－2NO2（g）N2O4（g）ΔH2＝－55.3kJ·mol－则反应N2O5（g）2NO2（g）＋12O2（g）的ΔH＝53.1kJ·mol－（2）研究表明，N2O5（g）分解的反应速率v＝2×10－3×pN2O5（kPa·min－1）。t＝62min时，测得体系中pO2＝2.9kPa，则此时的pN2O5＝30.0kPa，v＝（3）若提高反应温度至35℃，则N2O5（g）完全分解后体系压强p∞（35℃）大于63.1kPa（填“大于”“等于”或“小于”），原因是温度提高，体积不变，总压强提高；NO2二聚为放热反应，温度提高，平衡左移，体系物质的量增加，总压强提高。（4）25℃时N2O4（g）⇌2NO2（g）反应的平衡常数Kp＝13.4kPa（Kp为以分压表示的平衡常数，计算结果保留1位小数）。解析（1）将已知热化学方程式依次编号为a、b，根据盖斯定律，由12×a－b得N2O5（g）2NO2（g）＋12O2（g）ΔH＝ΔH1－2ΔH22＝－4.4+55.3×22kJ·mol－12N2O5（g）2N2O4（g）＋O2（g起始量35.8kPa00转化量5.8kPa5.8kPa2.9kPa62min量30.0kPa5.8kPa2.9kPa则62min时pN2O5＝30.0kPa，v＝2×10－3×30.0kPa·min－1＝6.0×10－2kPa·min－1。（3）刚性反应容器的体积不变，25℃N2O5（g）完全分解时体系的总压强为63.1kPa，升高温度，从两个方面分析：一方面是体积不变，升高温度，体系总压强增大；另一方面，2NO2⇌N2O4的逆反应是吸热反应，升温，平衡向生成NO2的方向移动，体系物质的量增大，故体系总压强增大。（4）N2O5完全分解生成N2O4和O2，起始pN2O5＝35.8kPa，其完全分解时pN2O4＝35.8kPa，pN2O4⇌2NO2平衡量35.8kPa－x2x35.8kPa－x＋2x＋17.9kPa＝63.1kPa，解得x＝9.4kPa。平衡时，pN2O4＝26.4kPa，pNO2＝18.8kPa，K＝5.[2024福建福州质检改编]以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的反应如下：Ⅰ.CO2（g）＋3H2（g）⇌CH3OH（g）＋H2O（g）ΔH1＝－49kJ·mol－1Ⅱ.CO2（g）＋H2（g）⇌CO（g）＋H2O（g）ΔH2＝＋41kJ·mol－1Ⅲ.CO（g）＋2H2（g）⇌CH3OH（g）ΔH3（1）Kp为分压平衡常数，各反应的lnKp随1T的变化如图1所示。计算反应Ⅲ的ΔH3＝－90kJ·mol－1，其对应的曲线为a（填“a”或“c”图1（2）在5MPa下，按照n（CO2）∶n（H2）＝1∶3投料，平衡时，CO和CH3OH在含碳产物中的物质的量分数及CO2的转化率随温度的变化如图2所示。图2①图中代表CH3OH的曲线为m（填“m”或“n”）。②解释150～250℃范围内CO2转化率随温度升高而降低的原因反应Ⅰ是放热反应，反应Ⅱ是吸热反应，温度升高反应Ⅰ使CO2平衡转化率减小的程度大于反应Ⅱ使CO2平衡转化率增大的程度。③下列说法错误的是B（填字母）。A.H2的平衡转化率始终低于CO2B.温度越低，越有利于工业生产CH3OHC.加入选择性高的催化剂，可提高CH3OH的平衡产率D.150～400℃范围内，温度升高，H2O的平衡产量先减小后增大④270℃时平衡体系中CO的分压为0.16MPa，反应Ⅱ的平衡常数为0.解析（1）根据盖斯定律，由Ⅰ－Ⅱ可得CO（g）＋2H2（g）⇌CH3OH（g）ΔH3＝ΔH1－ΔH2＝－90kJ·mol－1。该反应为放热反应，且放出的热量比反应Ⅰ多，1T增大，温度降低，平衡正向移动，Kp增大，且增大程度比反应Ⅰ的大，故其对应曲线为a。（2）①反应Ⅰ、Ⅲ为放热反应，随着温度升高，平衡逆向移动，CH3OH的物质的量分数减小，故代表CH3OH的曲线是m。③根据起始投料比与化学计量数之比的关系，知若只发生反应Ⅰ，CO2和H2的转化率相等，但有反应Ⅱ、Ⅲ发生，且反应Ⅱ、Ⅲ消耗的H2的量一定小于反应Ⅱ消耗的CO2的量的3倍，因此H2的转化率始终低于CO2，A正确；温度太低，反应速率过慢，不利于工业生产CH3OH，B错误；加入选择性高的催化剂，使CO2和H2更趋向于发生反应Ⅰ，可以