(共130张PPT)
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第31讲
化学反应速率与平衡图像
分析
1.能运用温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响规律解释
生产、生活、实验室中的实际问题，能结合速率和平衡图像讨论化学
反应条件的选择和优化。
2.针对典型案例，结合速率和平衡图像，从限度、速率等角度对化学
反应和化工生产条件进行综合分析。
1.含“断点”的
图像分析
图像 _________________________ __________________________ ___________________________ ______________________________
温 度 升高 降低 升高 降低
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 规律方法
图像中无“断点”，曲线是“渐变”的，即逐渐升高或降低，则改变
的条件是浓度。若曲线是向上“渐变”，表示改变的条件是“增强”，反
之，改变的条件是“减弱”，如工业合成氨的反应：
。
因时刻改变条件后， ，平衡逆向移动，故改变的条件是增
大 的浓度。
2.含量-时间或含量-时间-温度（压强）图像
常见图像形式有如下几种,其中
指生成物的百分含量，
指反应物
的百分含量。
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
规律方法
“先拐先平，数值大”，即曲线先出现拐点的首先达到平衡，反应速率
快，以此判断温度或压强的高低。再依据外界条件对平衡的影响分析
判断反应的热效应及反应前后气体分子数的变化。
3.转化率（或质量分数）与压强-温度图像
（1）恒压线图像
图甲中，当压强相等（任意一条等压线）时，升高温度，A的转化率
增大，说明升高温度平衡正向移动，即正反应为吸热反应。当温度相
等时，在图中作垂直于横坐标的直线，与三条等压线交于三点，这三
点自下而上为增大压强，A的转化率增大，说明增大压强平衡正向移
动，即正反应为气体分子数减小的反应。
（2）恒温线图像
图丙中，当温度相等（任意一条等温线）时，增大压强，A的转化率
增大，说明增大压强平衡正向移动，即正反应是气体分子数减小的反
应。当压强相等时，在图中作垂直于横坐标的直线，与两条等温线交
于两点，这两点自下而上为降低温度，A的转化率增大，说明降低温
度平衡正向移动，即正反应为放热反应。
规律方法
“定一议二”，即把自变量（温度、压强）之一设为恒量，讨论另外两
个变量的关系。
4.化学平衡中的其他图像
（1）对于化学反应：
，
点前，表示
从反应开始，
；
点为刚达到平衡点；
点后为平衡受温度影
响的情况，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
。
（2）对于化学反应：， 线上所有的
点都是平衡点。线的上方点 ，A的百分含量大于此压强时平衡体
系中A的百分含量，所以点满足；同理线的下方点 满足
。
【对点自测】
1.判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）
（1）图①表示 ，正反应为气体分子数增大的反应( )
√
（2）图②表示随温度升高，吸热反应的平衡常数变化( )
×
[解析] 温度升高， 减小，平衡向逆反应方向移动，正反应为放热反应。
（3）图③若表示 ，可逆反应的正反应为气体分子数减小的吸
热反应( )
×
[解析] 升高温度，生成物百分含量增多，平
衡向正反应方向移动，正反应为吸热反应；
，减小压强，生成物百分含量增多，
平衡向正反应方向移动，正反应为气体分子
数增多的反应。
2.在容积不变的密闭容器中，一定量的与 发生反应：
。温度分别为和时， 的体积分数
随时间的变化如图所示，下列说法中不正确的是( )
A.该反应的
B.温度：
C.化学平衡常数：
D.保持不变，增大体系的压强，可得到
与 相同的平衡状态
√
[解析] 根据“先拐先平，速率快，条件高”规律，温度： ，由图
中曲线的“上下关系”推知，温度越低， 的体积分数越大，则该反
应的 ，A、B均正确。
该反应是放热反应，温度越低，反应正向
进行的程度越大，平衡常数越大，故化学
平衡常数： ，C正确。
保持不变，增大体系的压强，平衡正向
移动， 的体积分数增大，故不可能得到
与 相同的平衡状态，D错误。
题组一 反应速率-时间图像
1.[2025·湖北黄冈调研] 某温度下，在恒容密闭容器中、、
建立化学平衡： ，改变下列条件对
正、逆反应速率的影响不正确的是( )
A.压缩容器体积
B.通入
C.使用催化剂
D.升高温度
√
[解析] 压缩容器体积，各物质的浓度均增大，正逆反应速率均增大，
且正反应速率增大的程度大于逆反应速率，A错误；
通入 ，增大反应物浓度，正反应速率瞬间增大，逆反应速率瞬间不
变，平衡正向移动，B正确；
使用催化剂，能同等程度地增大正逆反应速率，C正确；
升高温度，正、逆反应速率均增大，且逆反应速率增大的程度大于正
反应速率增大的程度，平衡逆向移动，D正确。
2.可逆反应
。该
反应的速率与时间的关系如图所示：
如果、、、 时都只改变了一
A.增大反应物浓度、使用了催化剂、减小压强、升高温度
B.升高温度、减小压强、增大反应物浓度、使用了催化剂
C.使用了催化剂、增大压强、减小反应物浓度、降低温度
D.升高温度、减小压强、减小反应物浓度、使用了催化剂
个反应条件，则对应、、、 时改变的条件正确的是( )
√
[解析] 该反应的正反应为气体分子数减小的放热反应， 时刻正逆反
应速率均增大，逆反应速率增大的程度更大，平衡逆向移动，说明
时改变的条件为升高温度；
为减压，正逆反应速率均减小，平衡逆向移动；
时刻逆反应速率不变，正反应速率突然增大，说明 时增大了反应物
浓度；
时刻正逆反应速率同等程度增大，
说明加入了催化剂。
综上分析可知B项正确。
题后反思
分析反应速率-时间图像,要注意判断以下几点:
（1）图像连续还是不连续:连续一般是浓度改变影响的,不连续则是其
他条件影响（判断改变条件）的。
（2）图像上移还是下移:上移速率变大,下移速率变小（判断速率变化）。
（3）达到新平衡前
大还是
大:若
,则平衡正移;若
,则平衡逆移（判断移动方向）。
题组二 物质的量浓度（含量）－时间图像
3.时，向某恒容密闭容器加入的 后会发生如下反应：
。其中 的物质的量浓度随时间的变化如图所示：
下列说法错误的是( )
A.从反应开始到刚达到平衡的时间段内，
B.、两时刻生成的速率：
C.用浓度变化值表示的、 两个时间段内的
反应速率：
D.其他条件相同，起始时将氦气与
混合，则反应达到平衡所需时间少于
√
[解析] 从反应开始到刚达到平衡的时间段内，
，A正确；
为反应物，初始时浓度最大，消耗速率最大，
生成速率最小，随着反应的进行， 的浓度逐渐
减小，消耗速率逐渐减慢，生成速率逐渐增大，则、 两时刻生成
的速率：，B正确；
段 的浓度变化量为
，则的物
质的量浓度变化量为 的两倍，即
，反应时间为，
， 段反应达到平衡状态，
、的物质的量浓度变化量为0，则 ，则用浓度变化值表
示的、 两个时间段内的反应速率： ，C正确；
其他条件相同，向某恒容密闭容器中通入
氦气与混合，容器容积不变，
的浓度不变，与原平衡体系等效，则反应
达到平衡所需时间等于 ，D错误。
4.[2024·浙江宁波十校联考] 利用可消除 污
染,其反应为 。
不同温度下,向装有足量固体的 恒容密闭
容器中通入,测得 气体体积分数
A.时,前内平均反应速率
B.温度,点和点的化学平衡常数:
C.若点时仅缩小容器容积, 的体积分数和浓度均保持不变
D.反应达到平衡状态时容器内气体密度不再变化
随时间 的变化曲线如图所示。下列说法不正确的是( )
√
[解析] 根据“先拐先平,速率快,温度高”,可得
;
依据化学平衡移动原理,温度越高，达平衡
时二氧化碳体积分数越小,说明升温平衡逆
向移动,正向是放热反应。
时,前 内平均反应速率
,A正确;
温度越高,平衡常数越小,故点和点的化学平衡常数:,B正确;
若 点时仅缩小容器容积, 体积分
数保持不变,但浓度增大,C错误;
反应达到平衡状态时,气体的总质量、
容器的容积保持不变,容器内气体密
度不再变化,D正确。
【方法技巧】
有关“拐点”图像的分析方法
同一可逆反应,若反应条件不同,达到平衡所用的时间也可能不同,对应
图像出现“拐点”的时间也就有差异。图像中先出现“拐点”的反应先达
到平衡,即反应所处的外界条件（温度、压强）相对要高一些,或者是
加入了催化剂。
题组三 转化率-温度（压强）图像
5.[2025·辽宁沈阳郊联体联考] 可用于消除氮氧化物的污染。将
和 通入固定容积的密闭容器中，一定条件下发生反应
，其中
的平衡转化率随温度、压强的变化关系如图所示，下列说法正确
的是( )
A.与水反应生成，则 为酸性氧化物
B.高温才有利于该反应自发进行
C.压强：
D.点和点对应的化学平衡常数：
√
[解析] 与水反应生成硝酸和一氧化氮，该反应是氧化还原反应，
故不是酸性氧化物，A错误；
升高温度， 的平衡转化率减小，说明平衡向逆反应方向移动，则
该反应正向是放热反应，由于是熵增反应，任何条件下反应
均小于0，都能自发进行，B错误；
该反应是气体分子数增大的反应，增大压强，平衡向逆反应方向移
动，的平衡转化率减小，由图可知，温度相同时，条件下
的平衡转化率大于条件下的平衡转化率，则压强小于 ，
C错误；
平衡常数是温度的函数，温度不变，平衡常数不变，由图可知，点和
点的温度相同，则对应的化学平衡常数相等，D正确。
6.在一恒容的密闭容器中充入、 ，于
一定条件下发生反应，测得
平衡转化率与温度、压强的关系如图所示，下列有关说法不正确的是
( )
A.上述反应的
B.压强：
C. 时该反应的平衡常数约为1.64
D.压强为时，在点：
√
[解析] 、、、 是四条等压线，由图像知，压强一定时，温度
越高，甲烷的平衡转化率越高，故正反应为吸热反应， ，A错
误；
该反应为气体分子数增加的反应，
压强越高，甲烷的平衡转化率越
小，故压强：，
B正确；
压强为 、温度为时，甲烷的平衡转化率为 ，故平衡时
各物质的浓度分别为， ，
， ，即平衡常数
，C正确；
压强为时，点未达到平衡，
转化率小于该温度下平衡转化率，
此时 ，D正确。
方法规律
分析化学反应速率和化学平衡图像题的方法
经典真题·明考向
1.[2023·湖南卷] 向一恒容密闭容器中加入和一定量的 ，
发生反应：。 的平衡转化率按
不同投料比 随温度的变化曲线如图所示。下列说法错误
的是( )
A.
B.反应速率：正 正
C.点、、对应的平衡常数：
D.反应温度为 ，当容器内压强不变时，反应
达到平衡状态
√
[解析] 一定条件下，增大的浓度，能提高 的平衡转化率，
即值越小，的平衡转化率越大，则，故A正确；
点和 点温度相同，的起始物质的量
都为，点值小于点，则 点相当
于在点平衡基础上再加入 ，反应
物浓度大，平衡正向移动，两次平衡的正
反应速率：，故B错误；
由图像可知， 一定时，温度升高， 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，增大，而温度相同，不变，
则点、、 对应的平衡常数： ，故C正确；
该正反应为气体分子数增大的反应，恒温
恒容条件下，反应进行时压强发生改变，
所以温度为 ，当容器内压强不变时，反
应达到平衡状态，故D正确。
2.[2024·湖南卷] 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
随投料比 （物质的量之比）
的变化关系如图所示，下列说法正确的是 ( )
A.投料比代表
B.曲线 代表乙酸的分布分数
C.，
D.、、 三点的平衡常数：
√
[解析] 图中曲线表示的是两种含碳产物的分布分数，即分别为
、，若投料比代表， 越大，可
看作是的量增多，由主、副反应可知生成的 越多，
的分布分数越大，则曲线或曲线表示 的分布
分数，曲线或曲线表示 的分布分数，
据此分析可知A、B均正确，则假设错误，所以
投料比代表，曲线或曲线 表示
，曲线或曲线表示 。
根据分析可知，投料比代表，故A错误。
曲线表示 的分布分数，故B错误。
当同一投料比时，由曲线和曲线 可知，温度越高则越
大，说明温度升高主反应的平衡正向移动， ；当同一投料比时，
由曲线和曲线可知，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。
、、三点对应副反应，且 ，升高温度平衡
逆向移动， ，故D正确。
3.[2024·江苏卷] 二氧化碳加氢制甲醇过程中的主要反应（忽略其他副
反应）为
、下，将一定比例、 混合气匀速通过装有催化
剂的绝热反应管。装置及、、 位点处（相邻位点距离相同）
的气体温度、和 的体积分数如图所示。下列说法正确的是
( )
A.处与处反应①的平衡常数 相等
B.反应②的焓变
C.处的的体积分数大于 处
D.混合气从起始到通过处，的生成速率小于 的生成速率
√
[解析] 处与处的温度不同，故反应①的平衡常数 不相等，
A错误；
由图像可知， 温度升高，该装置为绝热反应管，反应①
为吸热反应，所以反应②为放热反应，，B错误；
从到 ，甲醇的体积分数逐渐增加，说明反应②在向右进行，反应
②消耗 ，而 体积分数没有明显变化，说明反应①也在向右进行，
反应①为气体分子数不变的反应，其向右进行时， 增大，反应
②为气体分子数减小的反应，且没有的消耗与生成，故（总）
减小而 增加，即的体积分数会增大，则处的的体积
分数大于 处，C正确；
处的体积分数大于，说明生成的 的物质的量大于
，两者反应时间相同，说明的生成速率大于 的
生成速率，D错误。
4.[2023· 全国新课标卷节选] 氨是最重要的化学品
之一，我国目前氨的生产能力位居世界首位。
回答下列问题：
在不同压强下，以两种不同组成进料，反应达平衡
时氨的摩尔分数与温度的计算结果如下图所示。
其中一种进料组成为 、，另
一种为、、 。
（物质的摩尔分数： ）
甲
乙
甲
乙
（1）图中压强由小到大的顺序为_____________，判断的依据是____
____________________________________________________________
__________________________。
合成氨为气体分子数减少的反应，相同温度下，压强越大，产物氨的平衡产率越高，摩尔分数越大
[解析] 由图甲可知，在温度相同时，压强从到 ，反应达平衡时氨
的摩尔分数增大。
该正反应方向气体的分子数减小，增大压强，平衡正向移动，氨的摩
尔分数增大，故有 。
甲
乙
（2）进料组成中含有惰性气体 的图是____。
乙
[解析] 由图甲及图乙可知，在温度相同、压强
相同时，图乙所示的氨的摩尔分数更低。
该正反应方向气体分子数减小，恒压通入 ，
相当于减小各组分浓度，各组分分压减小，平
衡逆向移动，氨的摩尔分数降低，故图乙的进
料组成中含有惰性气体 。
甲
乙
（3）图甲中，当、时，氮气的转化率
_______。该温度时，反应 的平衡常数
_ __ （化为最简式）。
甲
[解析] 假设起始时， ，列三段式：
，解得 ，氮气的
转化率。
甲
，
，
，
。
甲
1.[2023·海南卷改编] 工业上苯乙烯的生产主要采用乙苯脱氢工艺：
。某条件下无催化剂存
在时，该反应的正、逆反应速率随时间 的变化关系如图所示。下列
说法正确的是( )
A.曲线①表示的是逆反应的 关系
B. 时刻体系处于平衡状态
C.反应进行到时，（ 为浓度商）
D.催化剂存在时，增大、 减小
√
[解析] 反应为乙苯制备苯乙烯的过程，开始时反应物浓度最大，生成
物浓度为0，故曲线①表示的是正反应的 关系，曲线②表示的是
逆反应的关系，A错误；
时，正逆反应速率相等，体系处于平衡
状态，B正确；
反应进行到时，反应正向进行，故 ，
C错误；
催化剂能降低反应的活化能，使反应的、 都增大，D错误。
2.已知： ，向一恒温恒容的密闭容器中
充入和发生反应，时达到平衡状态Ⅰ，在 时改变某
一条件， 时重新达到平衡状态Ⅱ，正反应速率随时间的变化如图所
示。下列说法正确的是( )
A.容器内压强不变，表明反应达到平衡
B. 时改变的条件：向容器中加入C
C.平衡时A的体积分数 ： （Ⅱ） （Ⅰ）
D.平衡常数：（Ⅱ） （Ⅰ）
√
[解析] 该反应是反应前后气体分子数不变的反应，随着反应的进行，
气体的总物质的量始终不变，总压强始终不变，A错误；
时，向容器中加入C，正反应速率逐渐增大，达到新的平衡后保持
不变，变化情况与图像相符，B正确；
时，设向容器中加入 ，相当于加入和，则状
态Ⅱ相当于起始投料为和 ，若是投料为和 ，
则与状态Ⅰ等效，即状态Ⅱ相当于减少了B的投料，平衡逆向移动，A的
体积分数变大，即 （Ⅱ） （Ⅰ），C错误；
化学平衡常数只与温度有关，温度不变，
平衡常数不变，即（Ⅱ） （Ⅰ），
D错误。
3.[2024·河北邯郸模拟] 工业上用和 合成甲醇涉及以下反应：
Ⅰ.
Ⅱ.
在催化剂作用下，将和 的混合气体充入一恒容密闭
容器中进行反应，达到平衡时， 的转化率和
容器中混合气体的平均相对分子质量随温度的变
化如图所示。下列判断合理的是( )
已知：平衡时甲醇的选择性为生成甲醇消耗的
在 总消耗量中的占比。
A.，
B. 前以反应Ⅱ为主
C.，平衡时甲醇的选择性为
D.为同时提高 的平衡转化率和平
衡时甲醇的选择性，应选择的反应
条件为高温、高压
√
[解析] 根据题图可知之前，随温度升高， 的平衡转化率减
小，混合气体的平均相对分子质量减小，则以反应Ⅰ为主，反应Ⅰ的平
衡逆向移动，反应Ⅰ为放热反应；
之后，随温度升高， 的平衡转
化率增大，混合气体的平均相对分子质
量几乎不变，则以反应Ⅱ为主，反应Ⅱ的
平衡正向移动，反应Ⅱ为吸热反应。
由分析分可知，，A错误；
由题图可知，当温度高于时， 的平衡转化率随温度的升高而增大，则 以后以反应Ⅱ为主，B错误；
时，的平衡转化率为 ，平均相对分子质量为20，混合气体总物质的量为，则为 ，设平衡时甲醇的物质的量为，的物质的量为，则 ，
，，
，计算得平衡时
，，甲醇的选择
性为 ，C正确；
因为反应Ⅰ为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，甲醇的选择性降低，
不能选择高温，D错误。
4.[2024·河北沧州二模] 已知反应 ，
平衡常数 ；
，平衡常数 ；
ⅲ.，
平衡常数 ，各反应的平衡常数的对数值
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ⅲ的
B.反应的
C. 时，若反应ⅱ中 ，则一定有
D.在恒容密闭容器中充入 和
进行反应ⅲ，三点压强
√
[解析] 反应ⅰ为气体分子数减少的反应， ，反应ⅲ的平衡常数随
温度升高而增大，所以 ，A错误；
根据盖斯定律，得反应
，
，即，
B正确；
由图可知，温度为 时，反应ⅱ的平衡常数为1，设 ，
反应ⅱ的，无法确定与 的关系，C错误；
反应ⅲ气体总物质的量不变，压强只与温度有关， ，
D错误。
Exercise
作业手册
考点一 化学平衡基本图像
1.[2025·湖北新高考协作体联考] 一定条件下，在恒容密闭容器中发生
反应 ，并建立平衡，
在和时分别改变一个条件，在
和 时反应达到新的平衡状态。
图甲是正反应速率随时间变化的图
像，图乙是 的浓度随时间变化的
图像，下列说法错误的是( )
甲
乙
甲
乙
A. 时改变的条件是减小生成物浓度
B. 时正、逆反应速率均增大
C. 时改变的条件可能是加压或升温
D.时的平衡常数小于 时的平衡常数
√
[解析] 由图甲可知， 改变条件时，正反应速率在原来基础上逐渐减
小，由图乙可知，改变条件时， 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；
甲
乙
由图甲可知， 改变条件时，正反应速率在原来基础上突增，由图乙
可知， 的浓度在原来基础上逐渐增大，即化学平衡逆向移动，说
明 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；
甲
乙
改变条件时正、逆反应速率均突增，但由图乙可知， 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；
时的温度高于时的，时的温度
等于时的，因此时的温度高于
时的温度，升温平衡逆向移动，平
衡常数减小，D正确。
甲
乙
2.有关下列图像的分析正确的是( )
A.图甲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.图乙表示在 达到平
衡后，减少 浓度时速率的变化
C.图丙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 时刻溶液
的温度最高
D.图丁表示反应，、、 三点中，
点时 的转化率最高
√
[解析] ，故阴影部分面积表示物质的量浓度变化量，A错误；
减少 浓度，正反应速率不可能突然增大，正反应速率瞬时不变再
逐渐减小，逆反应速率瞬时减小再逐渐增大，平衡正向移动，B错误；
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 时刻溶液的温度不是最高，C错误；
起始时二氧化硫越少，氧气越多，则二氧化硫的转化率越大，点
的转化率最大，D正确。
3.[2024·河北沧州三模] 工业上用 固体作固硫剂，氢气还原辉钼
矿获得钼 的反应原理为
。在恒容密闭容器中进行该反应，平衡时气体的体积分数与
温度的关系如图所示。下列说法错误的是( )
A.、、分别代表、、
B.该反应在高温下可以自发进行
C.图中
D.升高温度，反应体系中混合气体的
平均相对分子质量增大
√
[解析] 该反应中，反应物只有一种是气体，生成物有两种是气体，由
图可知，随着温度的升高，平衡时一种气体 的体积分数减小，两种
气体和的体积分数增大，且的体积分数比 的体积分数大，故可推
知、、分别代表、、 ，A正确；
由化学方程式可知该反应的，
由图可知该反应为吸热反应，即
，根据
可知，该反应在高温下可以自发进
行，B正确；
由图可知，时，该反应达到平衡时，和 的体积分数相等，
的体积分数是 的体积分数的2倍，三种气体的体积分数之和等于
，，则 ，C错误；
升高温度，该反应的化学平衡正向移动，
反应体系中混合气体的平均相对分子质
量增大，D正确。
4.向容积为的恒容密闭容器中通入 和
，发生反应 。在不
同温度、下测得容器中 随时间的变化曲线如图所示。下
列说法正确的是( )
A.
B.该反应是放热反应
C.时，的平衡转化率是
D.时，平衡后体系的压强为起始压强的
√
[解析] 根据“先拐先平数值大”可知温度： ，故A错误；
其他条件不变，升高温度，达平衡时 增大，故平衡正向移动，
则正反应为吸热反应，故B错误；
由图可知达平衡时 ，
则转化，的平衡转化率
为 ，故C错误；
由图可知，达平衡时 ，则
，
，根据恒温恒容下，气体压强之比等于物
质的量之比， ，故D正确。
考点二 实际生产中的平衡图像
5.[2024·河北邢台一模] 的回收和利用
是实现 “碳中和”的有效途径。在一恒容密
闭反应器中充入体积之比为的和 ，
发生反应：
，
。
在相同时间内，的转化率、 的选择性的选择性
与温度的关系如图所示。
下列叙述错误的是( )
A.温度高于 时，主要发生反应②
B.温度低于时， 的选择性随温度升高而增大
C.平衡时，再充入和
，再次达到平衡时，
的物质的量增大
D.下反应相同时间时，
、、 的浓度之比
为
√
[解析] 根据图像可知，当温度高于时， 的转化率增加，但
的选择性降低，故以反应②为主，A正确；
根据图像可知，当温度低于时， 的选择性随温度升高而
增大，B正确；
平衡时再通入和
,平衡一定正向移动，
的物质的量一定增大，
C正确；
利用转化率和选择性表达式可知， 时的转化率为,其中
的选择性为,那么 的选择性为，设起始时二氧化碳
的物质的量为 ，根据化学方程式利用元素守恒，反应相同时间
时二氧化碳为，和 物质的量之和为，
那么 的物质的量为
, 的物质的量
为，恒容密闭
容器中、、 的浓度之比为
，D错误。
6.已知 催化加氢的主要反应如下：
反应 Ⅰ
反应 Ⅱ
在恒温恒压反应器中通入、气体， 的平衡转化
率及的平衡产率随温度变化关系如图所示。已知： 产率
；的选择性
。下列说法不正确的是( )
A.，
B. 的平衡选择性随温度的升高而减小
C. 后，升高温度对反应 Ⅰ 的影响大于
对反应 Ⅱ 的影响
D.时，增大 的值或增大压强均
能使的平衡转化率达到 点的值
√
[解析] ，随温度升高，二氧化碳的平衡转化率减小，而
反应Ⅱ为吸热反应，升温平衡正向移动，使二氧化碳平衡转化率增大，
故反应Ⅰ应为放热反应，升温平衡逆移，使二氧化碳平衡转化率减小，
故；反应Ⅱ，因可自发进行， ，故
，A正确。
随温度升高，反应Ⅰ平衡逆向移动，反应Ⅱ
平衡正向移动，故的平衡选择性随
温度的升高而减小，B正确。
后，随温度升高，甲醇的平衡产率减小，说明反应Ⅰ平衡逆移，
但二氧化碳的平衡转化率增大，使二氧化碳平衡转化率随温度升高而
增大的反应为反应Ⅱ，说明 后，升高温度对反应Ⅱ的影响大于对
反应Ⅰ的影响，C错误。
时，增大 的值，相当于二氧化碳的量不变，增大氢气的
浓度，平衡正向移动，可以增大二氧化碳的平衡
转化率；增大压强，反应Ⅰ平衡正向移动，的
平衡转化率增大，均可以达到 点的值，D正确。
7.[2024·河北邢台二模] 逆水煤气变换体系中存在以下两个反应：
反应 Ⅰ ；
反应 Ⅱ 。
在恒压条件下，按 投料比进行反应，含碳物质的平
衡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
B.点反应 Ⅰ 的平衡常数 约为1
C.加入合适的催化剂可由点到 点
D. 后，温度升高，反应 Ⅰ 的改变程度大
于反应 Ⅱ 导致 转化率明显减小
√
[解析] 根据盖斯定律可知，反应
为反应Ⅱ-反应Ⅰ，由图可知，随着温度升高，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平衡逆向移动，反应Ⅰ平衡正
向移动，则反应Ⅰ为吸热反应，，反应Ⅱ为放热反应， ，
则，，A错误；
点几乎没有甲烷产物，且二氧化碳、一氧化碳含量相等，投料比
，说明、 都转化一半，则此时反应Ⅰ平衡时
二氧化碳、氢气、一氧化碳、水蒸气的物质的量相等，反应Ⅰ的平衡常
数 ，B正确；
催化剂不影响化学平衡，主要影响反应速率，故体积分数不会上升，
C错误；
后，在含碳物质中的平衡体积分数明显减小， 转化
率明显增大，D错误。
8.[2024·湖南师大附中二模] 在 下，按初始
投料比分别为、、 投料，
发生反应为 。
测得不同压强下， 平衡转化率如图所示。下列
说法错误的是( )
A.曲线代表起始投料比为
B.点对应的转化率：
C.若其他条件不变，降低温度会使对应的曲线上移
D.若其他条件不变，通过压缩体积增大压强，达到平衡后，
的值减小
√
[解析] 相同条件下，氢气投料越多，一氧化碳的平衡转化率越大，所
以曲线代表投料，则曲线代表投料，曲线代表 投料，A
正确；
点起始投料比为，正好是方程式
中和 的化学计量数之比，则反应
过程中转化率： ，B正确；
该反应为放热反应，降低温度，平衡正向移动， 的平衡转化率增大，
对应的曲线上移，C正确；
若其他条件不变，压缩体积压强增大，平衡将正向移动，但根据勒夏
特列原理可知增大，而平衡
常数 是定值，则
的值增大，
D错误。
考点三 化学平衡图像综合考查
9.[2025·福建百校联考] 天然气中含有 ，综合利用天然气制氢是实
现“碳中和”的重要途径，和 重整制氢的主要反应如下：
反应 Ⅰ
反应 Ⅱ
反应 Ⅲ
回答下列问题：
（1）反应 Ⅰ 在______（填“高温”或“低温”）下可自发进行，理由是_
____________________________________________________________
_________________。
高温
满足时，反应自发进行，反应Ⅰ的，，高温时
[解析] 满足 时，反应自发进行，根据反应Ⅰ：
可知，该
反应的， ，则该反应在高温下能自发进行。
线为___（填“”或“ ”），理由是_______________________________
_________________________。
（2）保持反应器进料口总压强为
。分别以 、
、 与
、 进料，只发生
反应 Ⅰ 和反应 Ⅱ 。 的平衡转化率
与温度的关系如图所示，含有 的曲
恒温恒压下加入稀有气体，平衡向气体分子数增大的方向移动
[解析] 恒温恒压下加入稀有气体，相当于减压，平衡向气体分子数增
大的方向移动，即向正反应方向移动， 的平衡转化率增大，故含
有的曲线为 。
（3）向恒温刚性容器中通入
和 ，发生反应 Ⅰ 、 Ⅱ 和 Ⅲ，起
始总压强为和 的转化率与时间
的关系如图所示。内， 的平均反
应速率为___________； 时，容器内总压为
______（用含 的最简分数表示）。
[解析] 根据三个反应可知， ，由
图可知，内 ，
，则
，故内 的平
均反应速率为；
时，设反应Ⅰ中转化，则反应Ⅱ中甲烷转化
，反应Ⅰ中转化，反应Ⅲ中转化
，时 为，为，为
，为， 为，气体总物质的量
为 ，反应前气体总物质的量为，
压强为 ，根据恒温恒容时气体的压强之比
等于物质的量之比，时容器内总压强为
。
（4）反应 Ⅱ 是甲烷裂解制氢反应，金属 可
作该反应的催化剂。在催化剂 的孔道表
面反应时，若碳沉积太多，造成孔道堵塞，会
导致催化剂快速失活。其他条件相同时，随时
间增加，温度对 催化剂催化效果的影响如图
温度升高反应速率加快，催化剂内积碳量增加，催化剂快速失活
所示。考虑综合因素，使用催化剂的最佳温度为_______； 条件
下， 后，氢气的体积分数快速下降，原因是_________________
___________________________________________。
[解析] 由图可知，、时，当反应
时间大于 ，氢气的体积分数迅速下降，
催化剂表面的积碳量增加，催化剂迅速失活，
而 时，随着反应的进行，氢气的体积分
数逐渐增大并保持在较高水平，因此使用催化
剂的最佳温度为；条件下， 后，氢气的体积分数快
速下降的原因是温度升高反应速率加快，催化剂内积碳量增加，催化
剂快速失活。
10.[2024·河北沧州一模] 丙烯是一种用途广泛的有机原料，可制备多
种化工产品。请回答：
已知：与发生加成反应的化学反应如下
、均大于
Ⅰ
Ⅱ
“反应 Ⅰ ”和“反应 Ⅱ ”均满足范特霍夫方程
（为热力学常数， 为不同反应常数），其平衡常数与温度的关系如
图甲所示，时，在初始压强为的恒容密闭容器中，按
的物质的量之比充入和 发生反应 Ⅰ 和反应 Ⅱ，
产物的分压随时间变化如图乙所示：
甲
乙
（1）由图可知“反应 Ⅰ ”和“反应 Ⅱ ”的焓变___（填“ ”“ ”或“
”） 。
[解析] 根据图甲可知：降低温度，两个反应的化学平衡常数都增大，
说明两个反应的正反应都是放热反应，反应Ⅱ斜率大于反应Ⅰ，根据范
特霍夫方程，，则有 。
甲
乙
（2）表示转化为 的热化学方程
式为________________________________________________________
_______。
[解析] 根据盖斯定律，将反应Ⅰ-反应Ⅱ，整理可得
转化为 的热化学方程式为
。
（3）若反应 Ⅱ 的熵变为 （Ⅱ），则反应 Ⅲ ：
的熵变 （Ⅲ ）___
（填“ ”“”或“ ”） （Ⅱ ）。
[解析] 反应Ⅲ的气体分子数减小量大于反应Ⅱ气体分子数的减小量，
故反应Ⅲ熵值减小的绝对值大于反应Ⅱ的熵值减小值，故熵变关系为
（Ⅲ） （Ⅱ）。
（4）若在绝热恒容容器中发生反应 Ⅰ 、 Ⅱ，则下列事实能说明反应
达到平衡状态的是____（填标号）。
A.容器内气体的压强不变
B.容器内温度不变
C.容器内气体的密度不再改变
D.容器内 的比值不变
√
√
[解析] 反应Ⅰ、Ⅱ都是气体分子数减小的放热反应，反应在绝热恒容
容器中发生，若容器内气体的压强不变，则气体的物质的量不变，
温度不变，反应达到平衡状态，A、B正确；
反应混合物都是气体，气体的质量不变，反应在恒容容器中发生，
气体的体积不变，则无论反应是否达到平衡状态，气体的密度始终
不变，不能据此判断反应是否达到平衡状态，C错误；
两个反应中与反应的物质的量之比是 ，加入的
也是 ，则无论反应是否达到平衡状
态， 的比值始终不变，因此不能据此判断
反应是否达到平衡状态，D错误。
（5）①图乙中表示对应曲线为___（填“”或“ ”）。
[解析] 根据（1）分析，两正反应均为放热反应，但反应Ⅱ放热更多，
说明比 稳定，所以曲线变化程度大的曲
线表示反应Ⅱ的生成物的分压变化，曲线 表示
的分压变化。
甲
乙
② 的平衡转化率为____%。
60
[解析] 加入的是， 与
反应时物质的量之比也是，开始时总压强为 ，则
，两个反应生成物总压强为
，所以反应的的压强为，反应的 的
压强也为 ，平衡时，
，则
的平衡转化率为 。
③时，反应 Ⅱ 的压强平衡常数___（ 为以分压表示
的平衡常数）。
[解析] 根据②计算可知：在 下，反应Ⅱ达到平衡后，
，
，则反应Ⅱ的压强平衡常数
。
④若其他条件不变，时，向压强为 的恒压密闭容器中，
充入 的混合气体，达到新平衡时，
的平衡产率将______（填“变大”“变小”或“不变”）。
变大
[解析] 若其他条件不变， 的恒容条件改为恒压条件，由于两个反
应均为气体分子数减小的反应，恒容时反应达到平衡后气体压强比开
始小，若改为恒压，相当于对恒容反应达到平衡后增大体系压强，增
大压强化学平衡正向移动，在反应达到新平衡时，
的平衡产率将变大。
快速核答案
第31讲 化学反应速率与平衡图像分析
夯实必备知识
【对点自测】
1.（1）√ （2）× （3）×
2.D
提升关键能力
题组一 反应速率-时间图像
1.A 2.B
题组二 物质的量浓度（含量）－时间图像
3.D
4.C
题组三 转化率-温度（压强）图像
5.D
6.A
经典真题·明考向
1.B 2.D 3.C
4.（1）
合成氨为气体分子数减少的反应，相同温度下，
压强越大，产物氨的平衡产率越高，摩尔分数越大
（2）乙 （3）
教师备用习题
1.B 2.B 3.C 4.B
作业手册
考点一 化学平衡基本图像
1.C 2.D 3.C 4.D
考点二 实际生产中的平衡图像
5.D 6.C 7.B 8.D
考点三 化学平衡图像综合考查
9.（1）高温 满足
时，反应自发进行，反应Ⅰ的
，
，高温时
（2）
恒温恒压下加入稀有
气体， 平衡向气体分子数增大的方向移动
（3）
（4）
温度升高反应速率加快，催化剂内积碳量增加，催化
剂快速失活
10.（1）
（2）
（3）
（4）AB
（5）①
②60 ③
④变大第31讲 化学反应速率与平衡图像分析
● 夯实必备知识
【对点自测】
1.(1)√ (2)× (3)×
[解析] (2)温度升高,K减小,平衡向逆反应方向移动,正反应为放热反应。
(3)升高温度,生成物百分含量增多,平衡向正反应方向移动,正反应为吸热反应;p2→p1,减小压强,生成物百分含量增多,平衡向正反应方向移动,正反应为气体分子数增多的反应。
2.D [解析] 根据“先拐先平,速率快,条件高”规律,温度:T1
K(T2),C正确。保持T1不变,增大体系的压强,平衡正向移动,SO3的体积分数增大,故不可能得到与T2相同的平衡状态,D错误。
● 提升关键能力
题组一
1.A [解析] 压缩容器体积,各物质的浓度均增大,正逆反应速率均增大,且正反应速率增大的程度大于逆反应速率,A错误;通入O2,增大反应物浓度,正反应速率瞬间增大,逆反应速率瞬间不变,平衡正向移动,B正确;使用催化剂,能同等程度地增大正逆反应速率,C正确;升高温度,正、逆反应速率均增大,且逆反应速率增大的程度大于正反应速率增大的程度,平衡逆向移动,D正确。
2.B [解析] 该反应的正反应为气体分子数减小的放热反应,t2时刻正逆反应速率均增大,逆反应速率增大的程度更大,平衡逆向移动,说明t2时改变的条件为升高温度;t4为减压,正逆反应速率均减小,平衡逆向移动;t6时刻逆反应速率不变,正反应速率突然增大,说明t6时增大了反应物浓度;t8时刻正逆反应速率同等程度增大,说明加入了催化剂。综上分析可知B项正确。
题组二
3.D [解析] 从反应开始到刚达到平衡的时间段内,v(Q)==0.02 mol·L-1·s-1,A正确;Q为反应物,初始时浓度最大,消耗速率最大,生成速率最小,随着反应的进行,Q的浓度逐渐减小,消耗速率逐渐减慢,生成速率逐渐增大,则a、b两时刻生成Q的速率:v(a)v(bc)=0,C正确;其他条件相同,向某恒容密闭容器中通入0.2 mol·L-1氦气与Q混合,容器容积不变,Q的浓度不变,与原平衡体系等效,则反应达到平衡所需时间等于60 s,D错误。
4.C [解析] 根据“先拐先平,速率快,温度高”,可得T2Kd,B正确; 若d点时仅缩小容器容积,CO2体积分数保持不变,但浓度增大,C错误;反应达到平衡状态时,气体的总质量、容器的容积保持不变,容器内气体密度不再变化,D正确。
题组三
5.D [解析] NO2与水反应生成硝酸和一氧化氮,该反应是氧化还原反应,故NO2不是酸性氧化物,A错误;升高温度,NO2的平衡转化率减小,说明平衡向逆反应方向移动,则该反应正向是放热反应,由于是熵增反应,任何条件下反应ΔH-TΔS均小于0,都能自发进行,B错误;该反应是气体分子数增大的反应,增大压强,平衡向逆反应方向移动,NO2的平衡转化率减小,由图可知,温度相同时,p1条件下NO2的平衡转化率大于p2条件下NO2的平衡转化率,则压强p1小于p2,C错误;平衡常数是温度的函数,温度不变,平衡常数不变,由图可知,X点和Y点的温度相同,则对应的化学平衡常数相等,D正确。
6.A [解析] p1、p2、p3、p4是四条等压线,由图像知,压强一定时,温度越高,甲烷的平衡转化率越高,故正反应为吸热反应,ΔH>0,A错误;该反应为气体分子数增加的反应,压强越高,甲烷的平衡转化率越小,故压强:p4>p3>p2>p1,B正确;压强为p4、温度为1100 ℃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,即平衡常数K=≈1.64,C正确;压强为p4时,y点未达到平衡,CH4转化率小于该温度下平衡转化率,此时v正>v逆,D正确。
经典真题·明考向
1.B [解析] 一定条件下,增大H2O(g)的浓度,能提高CH4的平衡转化率,即x值越小,CH4的平衡转化率越大,则x1vc正,故B错误;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,而温度相同,K不变,则点a、b、c对应的平衡常数:Ka2.D [解析] 图中曲线表示的是两种含碳产物的分布分数,即分别为δ(CH3COOH)、δ(CH3COOCH3),若投料比x代表,x越大,可看作是CH3OH的量增多,由主、副反应可知生成的CH3COOCH3越多,CH3COOCH3的分布分数越大,则曲线a或曲线b表示CH3COOCH3的分布分数,曲线c或曲线d表示CH3COOH的分布分数,据此分析可知A、B均正确,则假设错误,所以投料比x代表,曲线a或曲线b表示δ(CH3COOH),曲线c或曲线d表示
δ(CH3COOCH3)。根据分析可知,投料比x代表,故A错误。曲线c表示CH3COOCH3的分布分数,故B错误。当同一投料比时,由曲线a和曲线b可知,温度越高则δ(CH3COOH)越大,说明温度升高主反应的平衡正向移动,ΔH1>0;当同一投料比时,由曲线c和曲线d可知,温度越高则δ(CH3COOCH3)越小,说明温度升高副反应的平衡逆向移动,ΔH2<0,故C错误。L、M、N三点对应副反应(ΔH2<0),且TN>TM=TL,升高温度平衡逆向移动,K(L)=K(M)>K(N),故D正确。
3.C [解析] L4处与L5处的温度不同,故反应①的平衡常数K不相等,A错误;由图像可知,L1~L7温度升高,该装置为绝热反应管,反应①为吸热反应,所以反应②为放热反应,ΔH2<0,B错误;从L5到L6,甲醇的体积分数逐渐增加,说明反应②在向右进行,反应②消耗CO,而CO体积分数没有明显变化,说明反应①也在向右进行,反应①为气体分子数不变的反应,其向右进行时,n(H2O)增大,反应②为气体分子数减小的反应,且没有H2O的消耗与生成,故n(总)减小而
n(H2O)增加,即H2O的体积分数会增大,则L6处的H2O的体积分数大于L5处,C正确;L1处CO的体积分数大于CH3OH,说明生成的CO的物质的量大于CH3OH,两者反应时间相同,说明CO的生成速率大于CH3OH的生成速率,D错误。
4.(1)p1(2)乙 (3)33.3%
[解析] (1)由图甲可知,在温度相同时,压强从p1到p3,反应达平衡时氨的摩尔分数增大。该正反应方向气体的分子数减小,增大压强,平衡正向移动,氨的摩尔分数增大,故有p1(3)假设起始时n(N2)=0.25 mol,n(H2)=0.75 mol,列三段式:
N2(g)+H2(g)NH3(g)
起始/mol 0.25 0.75 0
转化/mol x 3x 2x
平衡/mol 0.25-x 0.75-3x 2x
=0.20,解得x=,氮气的转化率α=×100%≈33.3%。p(NH3)=×20 MPa=4 MPa,p(N2)=×20 MPa=4 MPa,p(H2)=×20 MPa=12 MPa,Kp==
= MPa-1。第31讲 化学反应速率与平衡图像分析
1.C [解析] 由图甲可知,t1改变条件时,正反应速率在原来基础上逐渐减小,由图乙可知,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;由图甲可知,t3改变条件时,正反应速率在原来基础上突增,由图乙可知,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;t3改变条件时正、逆反应速率均突增,但由图乙可知,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;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。
2.D [解析] Δc=vΔt,故阴影部分面积表示物质的量浓度变化量,A错误;减少NH3浓度,正反应速率不可能突然增大,正反应速率瞬时不变再逐渐减小,逆反应速率瞬时减小再逐渐增大,平衡正向移动,B错误;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,C错误;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,D正确。
3.C [解析] 该反应中,反应物只有一种是气体,生成物有两种是气体,由图可知,随着温度的升高,平衡时一种气体(X)的体积分数减小,两种气体(Y和Z)的体积分数增大,且Y的体积分数比Z的体积分数大,故可推知X、Y、Z分别代表H2、H2O、CO,A正确;由化学方程式可知该反应的ΔS>0,由图可知该反应为吸热反应,即ΔH>0,根据ΔG=ΔH-TΔS<0可知,该反应在高温下可以自发进行,B正确;由图可知,130 ℃时,该反应达到平衡时,H2和H2O的体积分数相等,H2O的体积分数是CO的体积分数的2倍,三种气体的体积分数之和等于100%,2a+0.5a=100,则a=40,C错误;升高温度,该反应的化学平衡正向移动,反应体系中混合气体的平均相对分子质量增大,D正确。
4.D [解析] 根据“先拐先平数值大”可知温度:Ta>Tb,故A错误;其他条件不变,升高温度,达平衡时n(CO)增大,故平衡正向移动,则正反应为吸热反应,故B错误;由图可知Tb达平衡时n(CO)=0.6 mol,则CH4转化0.6 mol,CH4的平衡转化率为×100%=40%,故C错误;由图可知,Ta达平衡时n(CO)=1.0 mol,则n(CH4)=n(H2O)=1.5 mol-1.0 mol=0.5 mol,n(H2)=3n(CO)=3.0 mol,根据恒温恒容下,气体压强之比等于物质的量之比,==,故D正确。
5.D [解析] 根据图像可知,当温度高于673 K时,CO2的转化率增加,但HCOOH的选择性降低,故以反应②为主,A正确;根据图像可知,当温度低于673 K时,HCOOH的选择性随温度升高而增大,B正确;平衡时再通入0.1 mol CO2和0.1 mol H2,平衡一定正向移动,HCOOH的物质的量一定增大,C正确;利用转化率和选择性表达式可知,673 K时CO2的转化率为95%,其中HCOOH的选择性为30%,那么CO的选择性为70%,设起始时二氧化碳的物质的量为a mol,根据化学方程式利用元素守恒,反应相同时间时二氧化碳为0.05a mol,HCOOH和CO物质的量之和为0.95a mol,那么HCOOH的物质的量为0.95a mol×30%=0.285a mol,CO的物质的量为0.95a mol×70%=0.665a mol,恒容密闭容器中CO2、HCOOH、CO的浓度之比为10∶57∶133,D错误。
6.C [解析] 375~525 K,随温度升高,二氧化碳的平衡转化率减小,而反应Ⅱ为吸热反应,升温平衡正向移动,使二氧化碳平衡转化率增大,故反应Ⅰ应为放热反应,升温平衡逆移,使二氧化碳平衡转化率减小,故ΔH1<0;反应ⅡΔH2>0,因可自发进行,ΔH2-TΔS2<0,故ΔS2>0,A正确。随温度升高,反应Ⅰ平衡逆向移动,反应Ⅱ平衡正向移动,故CH3OH的平衡选择性随温度的升高而减小,B正确。525 K后,随温度升高,甲醇的平衡产率减小,说明反应Ⅰ平衡逆移,但二氧化碳的平衡转化率增大,使二氧化碳平衡转化率随温度升高而增大的反应为反应Ⅱ,说明525 K后,升高温度对反应Ⅱ的影响大于对反应Ⅰ的影响,C错误。525 K时,增大的值,相当于二氧化碳的量不变,增大氢气的浓度,平衡正向移动,可以增大二氧化碳的平衡转化率;增大压强,反应Ⅰ平衡正向移动,CO2的平衡转化率增大,均可以达到b点的值,D正确。
7.B [解析] 根据盖斯定律可知,反应CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g)为反应Ⅱ-反应Ⅰ,由图可知,随着温度升高,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平衡逆向移动,反应Ⅰ平衡正向移动,则反应Ⅰ为吸热反应,ΔH1>0,反应Ⅱ为放热反应,ΔH2<0,则,ΔH2-ΔH1<0,A错误;M点几乎没有甲烷产物,且二氧化碳、一氧化碳含量相等,投料比V(CO2)∶V(H2)=1∶1,说明CO2、H2都转化一半,则此时反应Ⅰ平衡时二氧化碳、氢气、一氧化碳、水蒸气的物质的量相等,反应Ⅰ的平衡常数K==1,B正确;催化剂不影响化学平衡,主要影响反应速率,故体积分数不会上升,C错误;500 ℃后,CO2在含碳物质中的平衡体积分数明显减小,CO2转化率明显增大,D错误。
8.D [解析] 相同条件下,氢气投料越多,一氧化碳的平衡转化率越大,所以曲线X代表1∶3投料,则曲线Y代表1∶2投料,曲线Z代表1∶1投料,A正确;m点起始投料比为1∶2,正好是方程式中CO和H2的化学计量数之比,则反应过程中转化率:α(H2)=α(CO),B正确;该反应为放热反应,降低温度,平衡正向移动,CO的平衡转化率增大,对应的曲线上移,C正确;若其他条件不变,压缩体积压强增大,平衡将正向移动,但根据勒夏特列原理可知c(H2)增大,而平衡常数K=是定值,则=K×c(H2)的值增大,D错误。
9.(1) 高温 满足ΔG=ΔH-TΔS<0时,反应自发进行,反应Ⅰ的ΔH>0,ΔS>0,高温时ΔG<0
(2)M 恒温恒压下加入稀有气体,平衡向气体分子数增大的方向移动
(3)1.2×10-3 p0
(4)600 ℃ 温度升高反应速率加快,催化剂内积碳量增加,催化剂快速失活
[解析] (1)满足ΔG=ΔH-TΔS<0时,反应自发进行,根据反应Ⅰ:CH4(g)+2H2S(g)CS2(g)+4H2(g) ΔH1=+234 kJ·mol-1可知,该反应的ΔH>0,ΔS>0,则该反应在高温下能自发进行。(2)恒温恒压下加入稀有气体,相当于减压,平衡向气体分子数增大的方向移动,即向正反应方向移动,CH4的平衡转化率增大,故含有He的曲线为M。(3)根据三个反应可知,n生成(H2)=n转化(H2S)+2n转化(CH4),由图可知,0~5 min内n转化(H2S)=0.15 mol×20%=0.03 mol,n转化(CH4)=0.3 mol×5% =0.015 mol,则n(H2)=0.03 mol +0.015 mol×2=0.06 mol,故0~5 min内H2的平均反应速率为=1.2×10-3 mol·L-1·min-1;5 min时,设反应Ⅰ中CH4转化x mol,则反应Ⅱ中甲烷转化(0.015-x) mol,反应Ⅰ中H2S转化2x mol,反应Ⅲ中H2S转化(0.03-2x) mol,5 min时H2为0.06 mol,CS2为x mol,S2为(0.015-x) mol,CH4为0.285 mol,H2S为0.12 mol,气体总物质的量为0.48 mol,反应前气体总物质的量为0.45 mol,压强为p0 kPa,根据恒温恒容时气体的压强之比等于物质的量之比,5 min时容器内总压强为×p0 kPa=p0 kPa。(4)由图可知,550 ℃、650 ℃时,当反应时间大于1000 s,氢气的体积分数迅速下降,催化剂表面的积碳量增加,催化剂迅速失活,而600 ℃时,随着反应的进行,氢气的体积分数逐渐增大并保持在较高水平,因此使用催化剂的最佳温度为600 ℃;650 ℃条件下,1000 s后,氢气的体积分数快速下降的原因是温度升高反应速率加快,催化剂内积碳量增加,催化剂快速失活。
10.(1)> (2)CH3CH(OH)CH3(g)HOCH2CH2CH3(g) ΔH=+(b-a) kJ·mol-1
(3)<
(4)AB
(5)①M ②60 ③ ④变大
[解析] (1)根据图甲可知:降低温度,两个反应的化学平衡常数都增大,说明两个反应的正反应都是放热反应,反应Ⅱ斜率大于反应Ⅰ,根据范特霍夫方程,-ΔH1<-ΔH2,则有ΔH1>ΔH2。(2)根据盖斯定律,将反应Ⅰ-反应Ⅱ,整理可得CH3CH(OH)CH3(g)转化为HOCH2CH2CH3(g)的热化学方程式为CH3CH(OH)CH3(g)HOCH2CH2CH3(g) ΔH=+(b-a) kJ·mol-1。(3)反应Ⅲ的气体分子数减小量大于反应Ⅱ气体分子数的减小量,故反应Ⅲ熵值减小的绝对值大于反应Ⅱ的熵值减小值,故熵变关系为ΔS(Ⅲ)<ΔS(Ⅱ)。(4)反应Ⅰ、Ⅱ都是气体分子数减小的放热反应,反应在绝热恒容容器中发生,若容器内气体的压强不变,则气体的物质的量不变,温度不变,反应达到平衡状态,A、B正确;反应混合物都是气体,气体的质量不变,反应在恒容容器中发生,气体的体积不变,则无论反应是否达到平衡状态,气体的密度始终不变,不能据此判断反应是否达到平衡状态,C错误;两个反应中CH2CHCH3与H2O反应的物质的量之比是1∶1,加入的n(CH2CHCH3)∶n(H2O)也是1∶1,则无论反应是否达到平衡状态,n(CH2CHCH3)∶n(H2O)的比值始终不变,因此不能据此判断反应是否达到平衡状态,D错误。(5)①根据(1)分析,两正反应均为放热反应,但反应Ⅱ放热更多,说明CH3CH(OH)CH3比HOCH2CH2CH3稳定,所以曲线变化程度大的曲线M表示反应Ⅱ的生成物CH3CH(OH)CH3(g)的分压变化,曲线N表示HOCH2CH2CH3(g)的分压变化。②加入的n(CH2CHCH3)∶n(H2O)是1∶1,CH2CHCH3与H2O反应时物质的量之比也是1∶1,开始时总压强为400 kPa,则p始(H2O)=p始(CH2CHCH3)=200 kPa,两个反应生成物总压强为120 kPa,所以反应的CH2CHCH3的压强为120 kPa,反应的H2O的压强也为120 kPa,平衡时, p平(H2O)=p平(CH2CHCH3)=200 kPa-120 kPa=80 kPa,则CH2CHCH3的平衡转化率为×100%=60%。③根据②计算可知:在T1℃下,反应Ⅱ达到平衡后,p平(H2O)=p平(CH2CHCH3)=80 kPa,
p平[CH3CH(OH)CH3]=100 kPa,则反应Ⅱ的压强平衡常数Kp== kPa-1。④若其他条件不变,T1 ℃的恒容条件改为恒压条件,由于两个反应均为气体分子数减小的反应,恒容时反应达到平衡后气体压强比开始小,若改为恒压,相当于对恒容反应达到平衡后增大体系压强,增大压强化学平衡正向移动,在反应达到新平衡时, CH3CH(OH)CH3(g)的平衡产率将变大。第31讲 化学反应速率与平衡图像分析
1.能运用温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响规律解释生产、生活、实验室中的实际问题,能结合速率和平衡图像讨论化学反应条件的选择和优化。
2.针对典型案例,结合速率和平衡图像,从限度、速率等角度对化学反应和化工生产条件进行综合分析。
1.含“断点”的v-t图像分析
图像
t1时 刻所改 变的 条件 温度 升高 降低 升高 降低
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
规律方法
v-t图像中无“断点”,曲线是“渐变”的,即逐渐升高或降低,则改变的条件是浓度。若曲线是向上“渐变”,表示改变的条件是“增强”,反之,改变的条件是“减弱”,如工业合成氨的反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0。
因t1时刻改变条件后,v'逆>v'正,平衡逆向移动,故改变的条件是增大NH3的浓度。
2.含量-时间或含量-时间-温度(压强)图像
常见图像形式有如下几种,其中C%指生成物的百分含量,B%指反应物的百分含量。
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
规律方法
“先拐先平,数值大”,即曲线先出现拐点的首先达到平衡,反应速率快,以此判断温度或压强的高低。再依据外界条件对平衡的影响分析判断反应的热效应及反应前后气体分子数的变化。
3.转化率(或质量分数)与压强-温度图像
(1)恒压线图像
图甲中,当压强相等(任意一条等压线)时,升高温度,A的转化率增大,说明升高温度平衡正向移动,即正反应为吸热反应。当温度相等时,在图中作垂直于横坐标的直线,与三条等压线交于三点,这三点自下而上为增大压强,A的转化率增大,说明增大压强平衡正向移动,即正反应为气体分子数减小的反应。
(2)恒温线图像
图丙中,当温度相等(任意一条等温线)时,增大压强,A的转化率增大,说明增大压强平衡正向移动,即正反应是气体分子数减小的反应。当压强相等时,在图中作垂直于横坐标的直线,与两条等温线交于两点,这两点自下而上为降低温度,A的转化率增大,说明降低温度平衡正向移动,即正反应为放热反应。
规律方法
“定一议二”,即把自变量(温度、压强)之一设为恒量,讨论另外两个变量的关系。
4.化学平衡中的其他图像
(1)对于化学反应:mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),M点前,表示从反应开始,v正>v逆;M点为刚达到平衡点;M点后为平衡受温度影响的情况,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。L线的上方(E点),A的百分含量大于此压强时平衡体系中A的百分含量,所以E点满足v正>v逆;同理L线的下方(F点)满足v正【对点自测】
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)图①表示p2>p1,正反应为气体分子数增大的反应 ( )
(2)图②表示随温度升高,吸热反应的平衡常数变化 ( )
(3)图③若表示p2>p1,可逆反应的正反应为气体分子数减小的吸热反应 ( )
2.在容积不变的密闭容器中,一定量的SO2与O2发生反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)。温度分别为T1和T2时,SO3的体积分数随时间的变化如图所示,下列说法中不正确的是 ( )
A.该反应的ΔH<0
B.温度:T1C.化学平衡常数:K(T1)>K(T2)
D.保持T1不变,增大体系的压强,可得到与T2相同的平衡状态
题组一 反应速率-时间图像
1.[2025·湖北黄冈调研] 某温度下,在恒容密闭容器中SO2、O2、SO3建立化学平衡:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH<0,改变下列条件对正、逆反应速率的影响不正确的是 ( )
A.压缩容器体积 B.通入O2
C.使用催化剂 D.升高温度
2.可逆反应A(g)+3B(g)2C(g) ΔH<0。该反应的速率与时间的关系如图所示:
如果t2、t4、t6、t8时都只改变了一个反应条件,则对应t2、t4、t6、t8时改变的条件正确的是 ( )
A.增大反应物浓度、使用了催化剂、减小压强、升高温度
B.升高温度、减小压强、增大反应物浓度、使用了催化剂
C.使用了催化剂、增大压强、减小反应物浓度、降低温度
D.升高温度、减小压强、减小反应物浓度、使用了催化剂
题后反思
分析反应速率-时间图像,要注意判断以下几点:
(1)图像连续还是不连续:连续一般是浓度改变影响的,不连续则是其他条件影响(判断改变条件)的。
(2)图像上移还是下移:上移速率变大,下移速率变小(判断速率变化)。
(3)达到新平衡前v正大还是v逆大:若v正>v逆,则平衡正移;若v正题组二 物质的量浓度(含量)-时间图像
3.100 ℃时,向某恒容密闭容器加入1.6 mol·L-1的Q后会发生如下反应:2Q(g)M(g)。其中M的物质的量浓度随时间的变化如图所示:
下列说法错误的是 ( )
A.从反应开始到刚达到平衡的时间段内,v(Q)=0.02 mol·L-1·s-1
B.a、b两时刻生成Q的速率:v(a)C.用Q浓度变化值表示的ab、bc两个时间段内的反应速率:v(ab)>v(bc)=0
D.其他条件相同,起始时将0.2 mol·L-1氦气与Q混合,则反应达到平衡所需时间少于60 s
4.[2024·浙江宁波十校联考] 利用I2O5可消除CO污染,其反应为I2O5(s)+5CO(g)5CO2(g)+I2(s)。不同温度下,向装有足量I2O5固体的2 L恒容密闭容器中通入2 mol CO,测得CO2气体体积分数φ(CO2)随时间t的变化曲线如图所示。下列说法不正确的是 ( )
A.T1时,前0.5 min内平均反应速率v(CO)=0.6 mol·L-1·min-1
B.温度T1>T2,b点和d点的化学平衡常数:Kb>Kd
C.若d点时仅缩小容器容积,CO2的体积分数和浓度均保持不变
D.反应达到平衡状态时容器内气体密度不再变化
方法技巧
有关“拐点”图像的分析方法
同一可逆反应,若反应条件不同,达到平衡所用的时间也可能不同,对应图像出现“拐点”的时间也就有差异。图像中先出现“拐点”的反应先达到平衡,即反应所处的外界条件(温度、压强)相对要高一些,或者是加入了催化剂。
题组三 转化率-温度(压强)图像
5.[2025·辽宁沈阳郊联体联考] NH3可用于消除氮氧化物的污染。将NO2和NH3通入固定容积的密闭容器中,一定条件下发生反应6NO2(g)+8NH3(g)7N2(g)+12H2O(g) ΔH=a kJ·mol-1,其中NO2的平衡转化率随温度、压强的变化关系如图所示,下列说法正确的是 ( )
A.NO2与水反应生成HNO3,则NO2为酸性氧化物
B.高温才有利于该反应自发进行
C.压强:p1>p2
D.X点和Y点对应的化学平衡常数:K(X)=K(Y)
6.在一恒容的密闭容器中充入0.1 mol·L-1 CO2、0.1 mol·L-1 CH4,于一定条件下发生反应CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g),测得CH4平衡转化率与温度、压强的关系如图所示,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.1100 ℃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
方法规律
分析化学反应速率和化学平衡图像题的方法
经典真题·明考向
1.[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随温度的变化曲线如图所示。下列说法错误的是 ( )
A.x1B.反应速率:vb正C.点a、b、c对应的平衡常数:KaD.反应温度为T1,当容器内压强不变时,反应达到平衡状态
2.[2024·湖南卷] 恒压下,向某密闭容器中充入一定量的CH3OH(g)和CO(g),发生如下反应:
主反应:CH3OH(g)+CO(g)CH3COOH(g) ΔH1
副反应:CH3OH(g)+CH3COOH(g)CH3COOCH3(g)+H2O(g) ΔH2
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δ[δ(CH3COOH)=
]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.ΔH1<0,ΔH2>0
D.L、M、N三点的平衡常数:K(L)=K(M)>K(N)
3.[2024·江苏卷] 二氧化碳加氢制甲醇过程中的主要反应(忽略其他副反应)为
①CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH1=+41.2 kJ·mol-1
②CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH2
225 ℃、8×106 Pa下,将一定比例CO2、H2混合气匀速通过装有催化剂的绝热反应管。装置及L1、L2、L3…位点处(相邻位点距离相同)的气体温度、CO和CH3OH的体积分数如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.L4处与L5处反应①的平衡常数K相等
B.反应②的焓变ΔH2>0
C.L6处的H2O的体积分数大于L5处
D.混合气从起始到通过L1处,CO的生成速率小于CH3OH的生成速率
4.[2023·全国新课标卷节选] 氨是最重要的化学品之一,我国目前氨的生产能力位居世界首位。回答下列问题:
在不同压强下,以两种不同组成进料,反应达平衡时氨的摩尔分数与温度的计算结果如下图所示。其中一种进料组成为=0.75、=0.25,另一种为=0.675、=0.225、xAr=0.10。(物质i的摩尔分数:xi=)
甲
乙
(1)图中压强由小到大的顺序为 ,判断的依据是 。
(2)进料组成中含有惰性气体Ar的图是 。
(3)图甲中,当p2=20 MPa、=0.20时,氮气的转化率α= 。该温度时,反应N2(g)+H2(g)NH3(g)的平衡常数Kp= MPa-1(化为最简式)。 第31讲 化学反应速率与平衡图像分析
考点一 化学平衡基本图像
1.[2025·湖北新高考协作体联考] 一定条件下,在恒容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。图甲是正反应速率随时间变化的图像,图乙是NO的浓度随时间变化的图像,下列说法错误的是( )
甲 乙
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升温 D.t4时的平衡常数小于t1时的平衡常数
2. 有关下列图像的分析正确的是 ( )
甲 乙
丙 丁
A.图甲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.图乙表示在N2+3H22NH3达到平衡后,减少NH3浓度时速率的变化
C.图丙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.图丁表示反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH<0,a、b、c三点中,a点时SO2的转化率最高
3.[2024·河北沧州三模] 工业上用Na2CO3固体作固硫剂,氢气还原辉钼矿(MoS2)获得钼(Mo)的反应原理为MoS2(g)+4H2(g)+2Na2CO3(s)Mo(s)+2CO(g)+4H2O(g)+2Na2S(s) ΔH。在恒容密闭容器中进行该反应,平衡时气体的体积分数与温度的关系如图所示。下列说法错误的是 ( )
A.X、Y、Z分别代表H2、H2O、CO
B.该反应在高温下可以自发进行
C.图中a=30
D.升高温度,反应体系中混合气体的平均相对分子质量增大
4.向容积为 10 L 的恒容密闭容器中通入 1.5 mol CH4(g)和 1.5 mol H2O(g),发生反应CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)。在不同温度(Ta、Tb)下测得容器中 n(CO) 随时间的变化曲线如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.TaC.Tb时,CH4的平衡转化率是 60% D.Ta时,平衡后体系的压强为起始压强的
考点二 实际生产中的平衡图像
5.[2024·河北邢台一模] CO2的回收和利用是实现“碳中和”的有效途径。在一恒容密闭反应器中充入体积之比为1∶1的CO2和H2,发生反应:①CO2(g)+H2(g)HCOOH(g) ΔH1=+31.2 kJ·mol-1,②CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41.2 kJ·mol-1。在相同时间内,CO2的转化率、HCOOH的选择性[HCOOH的选择性=×100%]与温度的关系如图所示。下列叙述错误的是 ( )
A.温度高于673 K时,主要发生反应②
B.温度低于673 K时,HCOOH的选择性随温度升高而增大
C.平衡时,再充入0.1 mol CO2和0.1 mol H2,再次达到平衡时,HCOOH的物质的量增大
D.673 K下反应相同时间时,CO2、HCOOH、CO的浓度之比为5∶57∶133
6.已知CO2催化加氢的主要反应如下:
反应Ⅰ CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1 ΔS1<0
反应Ⅱ CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2>0 ΔS2
在恒温恒压反应器中通入1 mol CO2、3 mol H2气体,CO2的平衡转化率及CH3OH的平衡产率随温度变化关系如图所示。已知:CH3OH产率=×100%;CH3OH的选择性=×100%。下列说法不正确的是 ( )
A.ΔH1<0,ΔS2>0
B.CH3OH的平衡选择性随温度的升高而减小
C.525 K后,升高温度对反应Ⅰ的影响大于对反应Ⅱ的影响
D.525 K时,增大的值或增大压强均能使CO2的平衡转化率达到b点的值
7.[2024·河北邢台二模] 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)。
在恒压条件下,按V(CO2)∶V(H2)=1∶1投料比进行反应,含碳物质的平衡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CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g) ΔH>0
B.M点反应Ⅰ的平衡常数K约为1
C.加入合适的催化剂可由N点到P点
D.500 ℃后,温度升高,反应Ⅰ的改变程度大于反应Ⅱ导致CO2转化率明显减小
8.[2024·湖南师大附中二模] 在600 K下,按初始投料比n(CO)∶n(H2)分别为1∶1、1∶2、1∶3投料,发生反应为CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH<0。测得不同压强下,CO平衡转化率如图所示。下列说法错误的是 ( )
A.曲线Z代表起始投料比为1∶1
B.m点对应的转化率:α(H2)=α(CO)
C.若其他条件不变,降低温度会使对应的曲线上移
D.若其他条件不变,通过压缩体积增大压强,达到平衡后,的值减小
考点三 化学平衡图像综合考查
9.[2025·福建百校联考] 天然气中含有H2S,综合利用天然气制氢是实现“碳中和”的重要途径,CH4和H2S重整制氢的主要反应如下:
反应Ⅰ:CH4(g)+2H2S(g)CS2(g)+4H2(g) ΔH1=+234 kJ·mol-1
反应Ⅱ:CH4(g)C(s)+2H2(g) ΔH2=+75 kJ·mol-1
反应Ⅲ:2H2S(g)S2(g)+2H2(g) ΔH3=+170 kJ·mol-1
回答下列问题:
(1)反应Ⅰ在 (填“高温”或“低温”)下可自发进行,理由是 。
(2)保持反应器进料口总压强为100 kPa。分别以8 kPa CH4、24 kPa H2S、68 kPa He与25 kPa CH4、75 kPa H2S进料,只发生反应Ⅰ和反应Ⅱ。CH4的平衡转化率与温度的关系如图所示,含有He的曲线为 (填“M”或“N”),理由是 。
(3)向10 L恒温刚性容器中通入0.3 mol CH4和0.15 mol H2S,发生反应Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ,起始总压强为p0 kPa CH4和H2S的转化率与时间的关系如图所示。0~5 min内,H2的平均反应速率为
mol·L-1·min-1;5 min时,容器内总压为 kPa(用含p0的最简分数表示)。
(4)反应Ⅱ是甲烷裂解制氢反应,金属Ni可作该反应的催化剂。CH4在催化剂Ni的孔道表面反应时,若碳沉积太多,造成孔道堵塞,会导致催化剂快速失活。其他条件相同时,随时间增加,温度对Ni催化剂催化效果的影响如图所示。考虑综合因素,使用催化剂的最佳温度为 ;650 ℃条件下,1000 s后,氢气的体积分数快速下降,原因是 。
10.[2024·河北沧州一模] 丙烯是一种用途广泛的有机原料,可制备多种化工产品。请回答:
已知:CH2CHCH3与H2O发生加成反应的化学反应如下(a、b均大于0):
Ⅰ:CH2CHCH3(g)+H2O(g)HOCH2CH2CH3(g) ΔH1=-a kJ·mol-1
Ⅱ:CH2CHCH3(g)+H2O(g) CH3CH(OH)CH3(g) ΔH2=-b kJ·mol-1
“反应Ⅰ”和“反应Ⅱ”均满足范特霍夫方程ln Kp=-×+C(R为热力学常数,C为不同反应常数),其平衡常数与温度的关系如图甲所示,T1 ℃时,在初始压强为400 kPa的恒容密闭容器中,按1∶1的物质的量之比充入CH2CHCH3(g)和H2O(g)发生反应Ⅰ和反应Ⅱ,产物的分压随时间变化如图乙所示:
甲 乙
(1)由图可知“反应Ⅰ”和“反应Ⅱ”的焓变ΔH1 (填“>”“=”或“<”)ΔH2。
(2)表示CH3CH(OH)CH3(g)转化为HOCH2CH2CH3(g)的热化学方程式为 。
(3)若反应Ⅱ的熵变为ΔS(Ⅱ),则反应Ⅲ: CH2CHCH3(g)+H2O(g)CH3CH(OH)CH3(l)的熵变ΔS(Ⅲ) (填“>”“=”或“<”)ΔS(Ⅱ)。
(4)若在绝热恒容容器中发生反应Ⅰ、Ⅱ,则下列事实能说明反应达到平衡状态的是 (填标号)。
A.容器内气体的压强不变
B.容器内温度不变
C.容器内气体的密度不再改变
D.容器内n(CH2CHCH3)∶n(H2O)的比值不变
(5)①图乙中表示CH3CH(OH)CH3对应曲线为 (填“M”或“N”)。
②CH2CHCH3(g)的平衡转化率为 %。
③T1 ℃时,反应Ⅱ的压强平衡常数Kp= kPa-1(Kp为以分压表示的平衡常数)。
④若其他条件不变,T1 ℃时,向压强为400 kPa的恒压密闭容器中,充入n(CH2CHCH3)∶n(H2O)=1∶1的混合气体,达到新平衡时,CH3CH(OH)CH3(g)的平衡产率将 (填“变大”“变小”或“不变”)。