第54练　化学平衡与图像分析 课时作业（含答案）2026届高三化学一轮总复习

第54练　化学平衡与图像分析
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1. 在催化剂作用下，以C2H6、CO2为原料合成C2H4，其主要反应有：
反应1：C2H6(g)＋CO2(g)===C2H4(g)＋H2O(g)＋CO(g)　ΔH＝＋177 kJ·mol－1
反应2：C2H6(g)===CH4(g)＋H2(g)＋C(s)　ΔH＝＋9 kJ·mol－1
将体积比为1∶1的C2H6、CO2混合气体按一定流速通过催化反应管，测得C2H6、CO2的转化率随温度变化的关系如图所示。
已知C2H4的选择性＝×100%
下列说法正确的是(　　)
A. 图中曲线①表示CO2转化率随温度的变化
B. 720～800 ℃范围内，随温度的升高，出口处C2H4及CH4的量均增大
C. 720～800 ℃范围内，随温度的升高，C2H4的选择性不断增大
D. 其他条件不变，加入CaO(s)或选用高效催化剂，均能提高平衡时C2H4产率
(第1题图)
　　　　　　　(第2题图)
2. 在体积均为1.0 L的甲、乙两恒容密闭容器中加入足量相同的碳粉，再分别加入0.1 mol CO2和0.2 mol CO2，发生反应CO2(g)＋C(s)2CO(g)达到平衡。CO2的平衡转化率随温度的变化如图所示。下列说法正确的是(　　)
A. 反应CO2(g)＋C(s)===2CO(g)的ΔH<0
B. 曲线Ⅱ表示容器甲中CO2的平衡转化率
C. 达平衡后，两容器中c(CO)：c(CO)Q>c(CO)R
D. 其他条件不变时，在曲线Ⅰ对应容器中加入合适的催化剂，可使CO2的平衡转化率由P点达到S点I
3. (2024·南通一模)CO2—CH4催化重整可获得合成气(CO、H2)。重整过程中主要反应的热化学方程式为
反应①CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)　ΔH＝＋247 kJ·mol－1
反应②CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝＋41 kJ·mol－1
反应③CH4(g)===C(s)＋2H2(g)　ΔH＝＋75 kJ·mol－1
反应④2CO(g)===CO2(g)＋C(s)　ΔH＝－172 kJ·mol－1
研究发现在密闭容器中p＝101 kPa下，n始(CO2)＝n始(CH4)＝0.5 mol，平衡时各含碳物种的物质的量随温度的变化如图所示。下列说法正确的是(　　)
A. 图中a表示CH4
B. C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)的ΔH＝－131 kJ·mol－1
C. 其他条件不变，在500～1 000 ℃范围，随着温度的升高，平衡时n(H2O)不断增大
D. 当n始(CO2)＋n始(CH4)＝1 mol，其他条件不变时，提高的值，能减少平衡时积碳量
(第3题图)
　　　　　　　(第4题图)
4. (2024·连云港三模)逆水煤气变换反应是一种CO2转化和利用的重要途径，发生的反应有
反应Ⅰ：H2(g)＋CO2(g)===CO(g)＋H2O(g)　ΔH1＝＋41.1 kJ·mol－1
反应Ⅱ：4H2(g)＋CO2(g)===CH4(g)＋2H2O(g)　ΔH2＝－165.0 kJ·mol－1
反应Ⅲ：3H2(g)＋CO(g)===CH4(g)＋H2O(g)　ΔH3
常压下，向密闭容器中投入1 mol CO2和2 mol H2，达平衡时H2和含碳物质的物质的量随温度的变化如题图所示。下列说法正确的是(　　)
A. ΔH3＝＋206.1 kJ·mol－1
B. 649 ℃时，反应Ⅰ的平衡常数K>1
C. 其他条件不变，在250 ℃～900 ℃范围内，随着温度的升高，平衡时n(H2O)不断增大
D. 800 ℃时，适当增大体系压强，n(CO)保持不变
5. 在CO2与反应制甲醇的反应体系中，主要反应的热化学方程式为
反应Ⅰ：CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1＝－49.5 kJ·mol－1
反应Ⅱ：CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g)　ΔH2
反应Ⅲ：CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)ΔH3＝40.9 kJ·mol－1
向恒压密闭容器中通入1 mol CO2和3 mol H2，CO2的平衡转化率、CH3OH的平衡产率随温度的变化如图所示。下列说法正确的是(　　)
A. 反应Ⅰ的平衡常数K＝
B. ΔH2＝＋90.4 kJ·mol－1
C. 曲线a代表的是CO2的平衡转化率
D. 其他条件相同时，改变用量可使CO2的平衡转化率与CH3OH的平衡产率相等
6. (2025·靖江高三上期末)恒压条件下，密闭容器中将CO2、H2按照体积之比为1∶3合成CH3OH，其中涉及的主要反应如下：
Ⅰ. CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH1＝－49 kJ·mol－1
Ⅱ. CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH2＝＋41 kJ·mol－1
在不同催化剂作用下发生反应Ⅰ、Ⅱ，在相同的时间段内CH3OH选择性和产率随温度的变化如图。
已知：CH3OH的选择性＝×100%。下列说法正确的是(　　)
A. 反应CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH＝＋90 kJ·mol－1
B. 合成甲醇的适宜工业条件是290 ℃，催化剂选择CZ(Zr 1)T
C. 230 ℃以上，升高温度CO2转化率增大，但甲醇的产率降低，原因是230 ℃以上，升温对反应Ⅱ的影响更大
D. 恒压恒温下充入氦气，不影响CO2转化率
7. (2024·南航附中高三上期中)一种捕获并利用CO2的方法是将CO2催化加氢合成CH3OCH3，其过程中主要发生如下反应：
Ⅰ. CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)　ΔH1＝＋41.2 kJ·mol－1　K1；
Ⅱ. 2CO2(g)＋6H2(g)===CH3OCH3(g)＋3H2O(g)　ΔH2＝－122.5 kJ·mol－1　K2。
向恒压密闭容器中充入1 mol CO2和3 mol H2，CO2的平衡转化率和平衡时CH3OCH3的选择性[CH3OCH3的选择性＝×100%]随温度的变化如图所示。下列说法正确的是(　　)
A. 由图可知，300 ℃时，K1B. 为提高CH3OCH3产率，可采用降低温度和增大体系压强的方法
C. 反应状态达A点时，容器中n(CH3OCH3)为 mol
D. 2CO(g)＋4H2(g)===CH3OCH3(g)＋H2O(g)　ΔH＝－81.3 kJ·mol－1
第54练　化学平衡与图像分析
1. B　解析：将体积比为1∶1的C2H6、CO2混合气体按一定流速通过催化反应管，其主要反应有：C2H6(g)＋CO2(g)===C2H4(g)＋H2O(g)＋CO(g)、C2H6(g)===CH4(g)＋H2(g)＋C(s)，则C2H6的转化率应该大于CO2的转化率，图中曲线①表示C2H6转化率随温度的变化，曲线②表示CO2的转化率，以此解答。由分析可知，图中曲线①表示C2H6转化率随温度的变化，故A错误；720～800 ℃范围内，随温度的升高，C2H6、CO2的转化率都增大，则生成C2H6、CO2的物质的量增大，出口处C2H4及CH4的量均增大，故B正确；720～800 ℃范围内，随温度的升高，C2H6、CO2的转化率都增大，但C2H6的转化率程度大于CO2，说明反应2正向进行的程度增大大于反应1，C2H4的选择性不断减小，故C错误；催化剂虽然不能改变平衡转化率，但是催化剂有选择性，可以提升目标产物的产率；CaO会吸收水和二氧化碳，但是无法判断平衡如何移动，因此不能判断平衡时C2H4的产率如何变化，故D错误。故选B。
2. C　解析：由图可知，升高温度二氧化碳的平衡转化率升高，平衡正向移动，正反应为吸热反应，焓变大于零，A错误；反应为气体分子数增加的反应，相同温度下，增加二氧化碳的量，会导致二氧化碳的转化率降低，故曲线Ⅱ表示容器乙中CO2的平衡转化率，B错误；R相当于2份Q达平衡后，然后合并到1个容器中，压强增加平衡逆向移动，导致一氧化碳的浓度小于2倍的Q中一氧化碳浓度，故两容器中c(CO)：c(CO)Q>c(CO)R，C正确；催化剂改变反应速率，不改变物质的平衡转化率，D错误。故选C。
3. D　解析：根据图可知，温度升高，a的物质的量增大，根据反应①和③可知，温度升高，平衡正向移动，CH4减小，所以a一定不是CH4，A错误；通过反应②＋④得到CO(g)＋H2(g)===C(s)＋H2O(g)，所以C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)的ΔH＝＋131 kJ·mol－1，B错误；根据C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)反应为吸热反应，其他条件不变，在500～1 000 ℃范围，随着温度的升高，平衡正向移动，n(H2O)不断减小，C错误；当n始(CO2)＋n始(CH4)＝1 mol，其他条件不变时，提高的值，二氧化碳物质的量增大，甲烷物质的量减小，平衡③④逆向移动，消耗C，能减少平衡时积碳量，D正确。故选D。
4. D　解析：根据盖斯定律，反应Ⅲ＝反应Ⅱ－反应Ⅰ，则ΔH3＝ΔH2－ΔH1＝－206.1 kJ·mol－1，A错误；温度升高，反应Ⅰ正向移动，反应Ⅱ和Ⅲ逆向移动，可知c线为CO，a为CO2，b为CH4，649 ℃时，反应平衡时n(H2)＝1.2 mol，转换为氢气为0.8 mol，生成的H2O小于0.8 mol，n(CO)＝n(CO2)，平衡常数：K<＝<1，B错误；由图像可知，250 ℃～649 ℃范围内，随着温度的升高，平衡时n(H2)增大，平衡逆向移动，则平衡时n(H2O)不断减小；649 ℃～900 ℃范围内，随着温度的升高，平衡时n(H2)减小，平衡正向移动，则平衡时n(H2O)不断增大，C错误；高温时反应Ⅰ进行程度很大，反应Ⅱ、Ⅲ程度很小，CH4含量很少，平衡不受压强影响，适当增大体系压强，n(CO)保持不变，D正确。故选D。
5. C　解析：由反应方程式可知，反应Ⅰ的平衡常数K＝，故A错误；根据盖斯定律可知，反应Ⅰ－反应Ⅲ可得反应Ⅱ，则ΔH2＝ΔH1－ΔH3＝－49.5 kJ·mol－1－40.9kJ·mol－1＝－90.4 kJ·mol－1，故B错误；反应Ⅰ为放热反应，温度升高平衡逆向移动，CO2的平衡转化率减小，反应Ⅲ为吸热反应，温度升高平衡正向移动，CO2的平衡转化率增大，所以升高温度CO2的平衡转化率先减小后增大，即曲线a代表的是CO2的平衡转化率，故C正确；CO2的平衡转化率＝×100%，CH3OH的平衡产率＝×100%，由反应式可知，起始时含碳组分为CO2，平衡时含碳组分为CH3OH、CO和CO2，根据碳元素守恒，n(CO2)起始－n(CO2)平衡≠n(CH3OH)平衡，所以在其他条件相同时，改变用量不可能使CO2的平衡转化率与CH3OH的平衡产率相等，故D错误。故选C。
6. C　解析：由盖斯定律知，Ⅰ－Ⅱ得CO(g)＋2H2(g)??CH3OH(g)　ΔH＝ΔH1－ΔH2＝(－49 kJ·mol－1)－41 kJ·mol－1＝－90 kJ·mol－1，A错误；相同条件下，使用催化剂CZ(Zr 1)T时，CH3OH选择性更高，此催化剂在230 ℃时，CH3OH选择性最高且CH3OH产率较高，故合成甲醇的最适宜条件为约230 ℃、催化剂选择CZ(Zr 1)T，B错误；230 ℃以上，升高温度，反应Ⅰ为放热反应，平衡逆向移动，甲醇的产率降低，反应Ⅱ为吸热反应，平衡正向移动，CO2转化率增大，升温对反应Ⅱ的影响更大，C正确；恒压恒温下，充入氦气，相当于减压，平衡逆向移动，CO2转化率减小，D错误。
7. B　解析：由图可知，300 ℃时，CH3OCH3的选择性接近20%，则有接近40%的二氧化碳发生反应Ⅱ，则反应Ⅰ程度较大，即K1>K2，A错误；由题干方程式可知，反应Ⅱ正反应是一个气体体积减小的放热反应方向，而反应Ⅰ是一个气体体积不变的吸热反应方向，降低温度能使反应Ⅱ正向移动，而反应Ⅱ的平衡逆向移动，增大体系压强能使反应Ⅱ正向移动，而反应Ⅱ的平衡不移动，故均能提高CH3OCH3产率，B正确；由图可知，CO2的平衡转化率和平衡时CH3OCH3的选择性均为25%，反应消耗二氧化碳的物质的量为1 mol×25%＝0.25 mol，容器中CH3OCH3的物质的量：＝ mol，C错误；根据盖斯定律，Ⅱ－Ⅰ×2得：4H2(g)＋2CO(g)===CH3OCH3(g)＋H2O(g)　ΔH＝－204.9 kJ·mol－1，D错误。故选B。