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备战2021年高考化学一轮复习 易错12 化学平衡图像(全国通用） 学案
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易错12 化学平衡图像
【易错分析】
图像和图表分析能力是高中化学重点考查的能力之一，从近几年的高考试题看，化学反应速率、化学平衡的图像和图表题属于高频考点，要求能够分析图像、图表，结合化学平衡移动原理答题。反应速率与化学平衡图像题有如下几种类型：分析外界条件对反应速率及化学平衡的影响、由图像判断反应特征(确定反应中各物质的化学计量数、判断热效应或气体物质化学计量数的变化关系)、由反应和图像判断图像中坐标或曲线的物理意义、由反应和图像判断符合图像变化的外界条件、由反应判断图像正误等。
【错题纠正】
例题1、合成氨工业涉及固体燃料的气化，需要研究CO2与CO之间的转化。为了弄清其规律，让一定量的CO2与足量碳在体积可变的密闭容器中反应：C(s)＋CO2(g) 2CO(g) ΔH，测得压强、温度对CO、CO2的平衡组成的影响如图所示：
回答下列问题：
(1)p1、p2、p3的大小关系是________，欲提高C与CO2反应中CO2的平衡转化率，应采取的措施为_____________。图中a、b、c三点对应的平衡常数大小关系是____________。
(2)900 ℃、1.013 MPa时，1 mol CO2与足量碳反应达平衡后容器的体积为V，CO2的转化率为________，该反应的平衡常数K＝________。
【解析】(1)正反应是气体体积增大的反应，增大压强，CO的含量降低，根据图像可知，在温度相等时p1对应的CO含量最高，则p1、p2、p3的大小关系是p1
C(s)＋CO(g) 2CO(g)
起始量(mol) 1 0
转化量(mol) x 2x
平衡量(mol) 1－x 2x
因此＝0.8，解得x＝，
则CO2的转化率为66.7%，反应的平衡常数K＝＝。
【答案】(1)p1
①A、B、C三点中NO2的转化率最高的是__________(填“A”“B”或“C”)点。
②计算C点时该反应的压强平衡常数Kp＝________(Kp是用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。
(2)以CO作还原剂与磷石膏反应，不同反应温度下可得到不同的产物。向盛有CaSO4的真空恒容密闭容器中充入CO，反应体系起始总压强为0.1a MPa，不同温度下反应后所得固体成分的物质的量如图所示。在低于800 ℃时主要反应的化学方程式为______________；1 150 ℃下，反应CaSO4＋COCaO＋CO2＋SO2达到平衡时，c平衡(SO2)＝8.0×10－5 mol·L－1，CO的转化率为80%，则c初始(CO)＝________ mol·L－1，该反应的压强平衡常数Kp＝________(用含a的代数式表示；用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数；忽略副反应)。
【解析】(1)①增大压强，平衡左移，NO2的转化率减小，所以A点NO2的转化率最高。
②设C点时NO2的浓度为c mol·L－1，则CO2的浓度也为c mol·L－1
2NO2(g)＋2C(s) N2(g) ＋ 2CO2(g)
c mol·L－1 c mol·L－1 c mol·L－1
p(NO2)＝20 MPa×＝8 MPa
p(N2)＝20 MPa×＝4 MPa
p(CO2)＝20 MPa×＝8 MPa
Kp＝＝＝4。
(2)在低于800 ℃时，固体产物为CaS，所以此时反应方程式为CaSO4＋4COCaS＋4CO2
c初始(CO)＝＝1.0×10－4 mol·L－1
CaSO4＋COCaO＋CO2 ＋ SO2
平衡(mol·L－1)2.0×10－5 8.0×10－5 8.0×10－5
平衡时总压强：0.1a MPa×
＝0.18a MPa
p(CO2)＝p(SO2)＝0.18a MPa×＝0.08a MPa
p(CO)＝0.18a MPa×＝0.02a MPa
Kp＝＝＝0.32a。
答案：(1)①A ②4 (2)CaSO4＋4COCaS＋4CO2 1.0×10－4 0.32a
【知识清单】
1.解题思路
化学反应速率与化学平衡图像是高考常考题型，一般考查速率（浓度）—时间图像、含量(转化率)—时间—温度(压强)图像、恒温线(或恒压线)图像等。图像作为一种思维方法在解题过程中也有着重要作用，可以将一些较为抽象的知识，转化为图像，然后进行解决。
看图像
一看轴(即纵坐标与横坐标的意义)，二看点(即起点、拐点、交点、终点)，三看线(即线的走向和变化趋势)，四看辅助线(如等温线、等压线、平衡线等)，五看量的变化(如浓度变化、温度变化等)
想规律
看清图像后联想外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响规律
作判断
通过对比分析，作出正确判断
2.分析方法
认清坐标系，弄清纵、横坐标所代表的意义，并与有关原理相结合；看清起点，分清反应物、生成物，浓度减小的是反应物，浓度增大的是生成物，一般生成物多数以原点为起点；看清曲线的变化趋势，注意渐变和突变，分清正、逆反应，从而判断反应特点；注意终点，例如在浓度时间图像上，一定要看清终点时反应物的消耗量、生成物的增加量，并结合有关原理进行推理判断；先拐先平数值大，例如在转化率时间图像上，先出现拐点的曲线先达到平衡，此时逆向推理可得该曲线对应的温度高、浓度大或压强大；定一议二，当图像中有三个量时，先确定一个量不变再讨论另外两个量的关系。
3.解题策略
从“断点”着手，当可逆反应达到一种平衡后，若某一时刻外界条件发生改变，都可能使速率－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；从“拐点”入手，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，反映到图像出现“拐点”的时间也就有差异。根据外界条件对化学反应速率的影响，即可判断出温度的高低、压强或浓度的大小及是否使用催化剂；从曲线的变化趋势着手，对于速率－温度(或压强)图像，由于随着温度逐渐升高或压强逐渐增大，反应速率会逐渐增大，因此图像上出现的是平滑的递增曲线，注意温度或压强的改变对正、逆反应速率的影响是一致的，即要增大都增大，要减小都减小，反映到图像上，就是v(正)、v(逆)两条曲线的走势大致相同。
【变式练习】
1. 温度为T℃，向体积不等的恒容密闭容器中分别加入足量活性炭和1mol NO2，发生反应：2C(s)+2NO2(g)⇌N2(g)+2CO2(g)反应相同时间，测得各容器中NO2的转化率与容器体积的关系如图所示。下列说法正确的是
A．T℃时，该反应的化学平衡常数为
B．图中c点所示条件下，v(正)＞v(逆)
C．向a点平衡体系中充入一定量的NO2，达到平衡时，NO2的转化率比原平衡大
D．容器内的压强：Pa:Pb＜6:7
2. （1）①已知反应A(g)+B(g)2D(g)，若在起始时c(A)＝a mol• L−1， c(B)＝2amol• L−1，则该反应中各物质浓度随时间变化的曲线是_______（选填字母序号）。
②在298K时，反应A(g)2B(g)的 KP＝0.1132kPa，当分压为 p(A)＝p(B)＝1kPa时，反应速率υ正______υ逆（填 “ ＜” “ ＝” 或 “ ＞” ）。
③温度为 T时，某理想气体反应 A(g)＋B(g)C(g)＋M(g)，其平衡常数 K为0.25，若以 A∶B ＝1∶1发生反应，则 A的理论转化率为_____％（结果保留3位有效数字）。
（2）富勒烯 C60和 C180可近似看作“ 完美的” 球体，富勒烯的生成时间很快，典型的是毫秒级，在所有的合成技术中得到的 C60的量比 C180的量大得多。已知两个转化反应：反应物3C60 ，反应物C180，则势能（活化能）与反应进程的关系正确的是______（选填字母序号）。
（3）甲醇脱氢和甲醇氧化都可以制取甲醛，但是O2氧化法不可避免地会深度氧化成CO。脱氢法和氧化法涉及的三个化学反应的 lgK随温度 T的变化曲线如图所示。写出图中曲线①的化学反应方程式________；曲线③的化学反应方程式为________；曲线②对应的化学反应是____（填“ 放热” 或“ 吸热” ）反应。
【易错通关】
1.反应为CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH<0。在一定条件下，将1 mol CO和2 mol H2通入密闭容器中进行反应，当改变某一外界条件(温度或压强)时，CH3OH的体积分数φ(CH3OH)变化趋势如图所示：
①平衡时，M点CH3OH的体积分数为10%，则CO的转化率为________。
②X轴上a点的数值比b点________(填“大”或“小”)。某同学认为上图中Y轴表示温度，你认为他判断的理由是________________________________________________________。
2.汽车尾气净化中的一个反应如下：2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)，一定温度下，向容积为1 L的密闭容器中充入一定量的NO和CO。在t1时刻达到平衡状态，此时n(CO)＝0.1 mol，n(NO)＝0.2 mol，n(N2)＝a mol，且平衡时混合气体压强为初始气体压强的0.8。
①则该反应的平衡常数K＝____________。若保持温度及容器容积不变，平衡后在此基础上再向容器中充入2a mol 的N2、0.2 mol的NO，平衡将____________(填“向左”、“向右”或“不”)移动。
②在t2时刻，改变某一外界条件，正反应速率的变化曲线如图所示，则可能改变的条件是_______。
3.以石灰石为原料通过系列反应将硫元素以CaSO4的形式固定，从而降低SO2的排放。但是煤炭燃烧过程中产生的CO又会与CaSO4发生化学反应，降低脱硫效率。相关反应的热化学方程式如下：
CaSO4 (s)＋CO (g)CaO(s)＋SO2 (g)＋CO2 (g)ΔH1＝＋218.4 kJ·mol－1(反应Ⅰ)
CaSO4(s)＋4CO(g)CaS(s)＋4CO2(g)ΔH2＝－175.6 kJ·mol－1(反应Ⅱ)
(1)对于有气体参与的反应，表示平衡常数 Kp时用气体组分(B)的平衡压强p(B)代替该气体物质的量浓度c(B)，则反应Ⅰ的Kp＝__________________________________________(用表达式表示)。
(2)假设某温度下，反应Ⅰ的速率(v1)小于反应Ⅱ的速率(v2)，则如下图反应过程能量变化示意图正确的是____________(填字母，下同)。
(3)如图为实验测得不同温度下反应体系中CO初始体积百分数与平衡时固体产物中CaS质量百分数的关系曲线。则降低该反应体系中产生的SO2生成量的措施有________。
A.向该反应体系中投入生石灰 B.在合适的温度区间内控制较低的反应温度
C.降低CO的初始体积百分数 D.提高反应体系的温度
4.①将一定量的CO2(g)和CH4(g)通入一恒容密闭容器中发生反应:CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g)。其他条件相同,在不同催化剂(Ⅰ、Ⅱ)作用下反应相同时间后,体系中CO含量随反应温度的变化如下图所示。
在a点与b点对应的反应条件下,反应继续进行一段时间后达到平衡,平衡常数Ka (填“>”、“<”或“=”)Kb;c点CO含量高于b点的原因是 。
②为了探究反应CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g)的反应速率与浓度的关系,起始时向恒容密闭容器中通入CH4与CO2,使其物质的量浓度均为1.0 mol·L-1。平衡时,根据相关数据绘制出两条反应速率-浓度关系曲线:v正-c(CH4)和v逆-c(CO)。
则与曲线v正-c(CH4)相对应的是上图中曲线 (填“甲”或“乙”);该反应达到平衡后,某一时刻降低温度,反应重新达到平衡,平衡常数减小,则此时曲线甲对应的平衡点可能为 (填字母,下同),曲线乙对应的平衡点可能为 。
5.SO2经过净化后与空气混合进行催化氧化后制取硫酸或者硫酸铵,其中SO2发生催化氧化的反应为2SO2(g) +O2(g)2SO3(g)。若在T1 ℃、0.1 MPa条件下,往一密闭容器通入SO2和O2[其中n(SO2)∶n(O2)=2∶1],测得容器内总压强与反应时间如右上图所示。
①该反应的化学平衡常数表达式:K= 。
②图中A点时,SO2的转化率为 。
③计算SO2催化氧化反应在图中B点的压强平衡常数Kp= (用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
④若在T2 ℃、其他条件不变的情况下测得压强的变化曲线如上图所示,则T1 (填“>”、“<”或“=”)T2;其中C点的正反应速率vC(正)与A点的逆反应速率vA(逆)的大小关系为vC(正) (填“>”、“<”或“=”)vA(逆)。
6.已知：H2S (g) =H2(g)+l/2S2（g），在恒温密闭容器中，控制不同温度进行H2S分解实验。以H2S起始浓度均为cmol/L，测定H2S的转化率，H2S的平衡转化率与温度关系如图所示。据图可知：温度升高平衡常数K_______（填“增大”、“减小”或“不变”）。若985℃时平衡常数K=0.04，则起始浓度c= ______mol/L。
7.NOx的排放主要来自于汽车尾气，包含NO2 和NO，有人提出用活性炭对NOx进行吸附，发生反应如下：
反应a：C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g) △H=-34.0kJ/mol
反应b：2C(s)+2NO2(g)N2(g)+2CO2(g) △H=-64.2kJ/mol
(1)对于反应a，在T1℃时，借助传感器测得反应在不同时间点上各物质的浓度如下：
时间
0
10
20
30
40
50
NO
1.00
0.58
0.40
0.40
0.48
0.48
N2
0
0.21
0.30
0.30
0.36
0.36
①0~10min内，NO的平均反应速率v(NO)=_____，当升高反应温度，该反应的平衡常数K____________(选填“增大”、“减小”或“不变”)。
②30min后，只改变某一条件，反应重新达到平衡；根据上表中的数据判断改变的条件可能是_________(填字母)。
a.加入一定量的活性炭 b.通入一定量的NO
c.适当缩小容器的体积 d.加入合适的催化剂
(2)某实验室模拟反应b，在密闭容器中加入足量的C和一定量的NO2气体，维持温度为T2℃，如图为不同压强下反应b经过相同时间NO2的转化率随着压强变化的示意图。
请从动力学角度分析，1050 kPa 前，反应b 中NO2转化率随着压强增大而增大的原因____________；在1100 kPa时，NO2的体积分数为_________________________。
(3)用某物质的平衡分压代替其物质的量浓度也可以表示化学平衡常数(记作Kp)；在T2℃、1.1×106Pa时，该反应的化学平衡常数Kp=___________(计算表达式表示)；已知：气体分压(p分)=气体总压(p总)× 体积分数。
8.用合成气生成甲醇的反应为CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH2，在10 L恒容密闭容器中按物质的量之比1:2充入CO和H2，测得CO的平衡转化率与温度和压强的关系如图所示：
200 ℃时n(H2)随时间的变化如下表所示:
t/min
0
1
3
5
n(H2)/mol
8.0
5.4
4.0
4.0
①ΔH2 (填“>”“<”或“=”)0。
②写出两条可同时提高反应速率和CO转化率的措施: 。
③下列说法正确的是 (填字母)。
a.温度越高，该反应的平衡常数越大
b.达平衡后再充入稀有气体，CO的转化率提高
c.容器内气体压强不再变化时，反应达到最大限度
d.图中压强：p1
⑤200 ℃时，该反应的平衡常数K= 。向上述200 ℃达到平衡的恒容密闭容器中再加入2 mol CO、4 mol H2、2 mol CH3OH，保持温度不变，则化学平衡 (填“正向”“逆向”或“不”)移动。
9.“硫化物沉淀法”镍的回收率不高，处理后废水中的镍含量难以达标。“铁脱络-化学沉淀法”可达到预期效果，该法将镍转化为Ni(OH)2固体进而回收镍。工艺流程如下：
“脱络”(指镍元素由络合物NiR2转化成游离的Ni2+)过程中，R—与中间产物·OH(羟基自由基)反应生成难以与Ni2+络合的·R(有机物自由基)，但·OH也能与H2O2发生反应。反应的方程式如下：
Fe2+ + H2O2Fe3+ + OH- + —OH i
R- +—OHOH-+ —R ii
H2O2 +2—OHO2↑ + 2H2O iii
实验测得“脱络”过程中H2O2的加入量对溶液中镍去除率的影响如图所示：
①从平衡移动的角度解释加入Fe2+和H2O2能够实现“脱络”的原因是_________。
②分析图中曲线，可推断过氧化氢的最佳加入量为_________ g·L-1；低于或高于这个值，废水处理效果都下降，原因是_________。
10.(1)某温度下，在体积固定为2L的密闭容器中进行反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1=-90.7kJ.mol-l，将1molCO和2molH2混合，测得不同时刻的反应前后压强关系如下:
时间(min)
5
10
15
20
25
30
压强比(P前/P后)
1：0.98
1：0.90
1：0.80
1：0.70
1：0.70
1：0.70
则达到平衡时CO的转化率为_________。
(2)在一定条件下，将燃煤废气中的CO2转化为二甲醚的反应为2CO2(g)+6H2(g)
CH3OCH3(g）+3H2O(g) ，已知在某压强下，该反应在不同温度、不同投料比[n(H2)/n(CO2)]时，CO2的转化率如图所示。从图中可得出三条主要规律：
①增大投料比，CO2的转化率增大；②_____________；③_______________。
(4)反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H2=-41.2kJ.mol-l的v-t图像如图1所示，若其他条件不变，只是在反应前增大容器体积使压强减小，则其v-t图像如图2所示。下列说法正确的是
①a1>a2 ②a1b2 ④b1t2 ⑥t1=t2 ⑦t1
A.①③⑦⑧ B.①③⑤⑧ C.②④⑦⑨ D.①③⑦⑩
11.(1)CH4氧化器中发生的主反应:
i.CH4(g)+Fe3O4(s)CO(g)+2H2(g)+3FeO(s)
ii.CH4(g)+4Fe3O4(s)CO2(g)+2H2O(g)+12FeO(s)
850℃时，压强和部分气体体积分数、固相各组分质量分数的关系如图。
①随着压强的增大，反应i的平衡常数K值____ (填“增大”、“减小”或“不变”)。
②结合图像，分析H2O的体积分数变化的原因_________(用化学方程式表示)。
(2)将一定量的FeO和CO2 置于CO2 还原器(体积不变的密闭容器)中，发生的主反应:
CO2(g) +3FeO(s)Fe3O4(s) +CO(g) △H2，保持其他条件不变，测得不同温度下最终反应体系中CO、CO2体积分数如下表。
温度t/℃
100
170
200
300
400
500
CO2 体积分数
0.67
0.67
0.75
0.82
0.9
0.92
CO体积分数
0.33
0.33
0.25
0.18
0.1
0.08
①△H2_____0(填“>”或“<”)。
②若在150 ℃时进行上述转化，理论转化率α(FeO)=______。
③在上述反应体系中，一定可以说明该反应达到平衡状态的是_____(填标号)。
A.体系的压强不变 B.CO2 的 物质的量不变
C.CO的生成速率和消耗速率相等且不等于零 D.气体的平均摩尔质量不变
④根据化学反应原理，分析CO2 还原器温度设置在170 ℃的原因_________。
12.碳的化合物的转换在生产、生活中具有重要的应用。特别是CO2的低碳转型对抵御气候变化具有重要意义。在三个容积均为1L的密闭容器中以不同的氢碳比n(H2)n(CO2)充入H2和CO2，在一定条件下发生反应：2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) △H，CO2的平衡转化率与温度的关系如图所示。
①氢碳比①________②，Q点v(正) ___v(逆)，该反应的ΔH ________0。(填“大于”或“小于”)
②若起始时，CO2、H2 的浓度分别为0.5mol·L-1、l mol·L-1，则P点对应温度的平衡常数的值为_____。P点对应的平衡常数__________Q点对应的平衡常数(填“＞”、“＜”或“=”)
参考答案
【变式练习】
1. B【解析】由反应 可知容器体积越大，压强越小，反应往正方向移动，NO2的转化率提高，由图像可知，相同时间，a，b为已达到平衡点，c还未达到平衡，利用化学平衡常数和等效平衡进行分析。
A．a点时反应达到平衡，NO2转化率为40%，则
T℃时，该反应的化学平衡常数为，故A错误；
B．图中c点还未达到平衡，反应往正方向进行，v(正)＞v(逆)，故B正确；
C．向a点平衡体系中充入一定量的NO2，等效于加压，平衡逆移，转化率降低，C错误；
D．由A可知a点时容器内气体物质的量为1.2mol；b点时反应三段式为
则b点容器内气体物质的量为1.4mol，由于V1＜V2，则Pa:Pb＞6:7，故D错误；
故答案选B。
2. （1）①C ②< ③33.3 （2）B（3）2HCHO（g）+O2（g）=2CO（g）+2H2O（g） CH3OH（g）=HCHO（g）+H2（g） 放热
【解析】(1)①已知反应A(g)+B(g)2D(g)，根据化学反应速率跟化学计量数成正比可知，A、B减少的量相等，同时生成2倍的D，故曲线C符号该反应中各物质浓度随时间变化，答案为：C；
②在298K时，当分压为 p(A)＝p(B)＝1kPa时，反应A(g)2B(g)的Qp=(1kPa)2÷1kPa=1kPa>K，则反应向逆反应方向进行，v正
平衡常数，，A的转化率为33.3%；
(2)富勒烯的生成时间很快，典型的是毫秒级，在所有的合成技术中得到的C60的量比C180的量大得多，这句话的完整理解是“单位时间内生成C60的量多——速率快”，即活化能小得多，同时生成物能量不会一样B选项正确，故答案为：B；
(3)甲醇脱氢的化学反应方程式为CH3OH(g)=== HCHO(g)+H2(g)，属于分解反应，吸热，随着温度升高，平衡常数K增大，则曲线③表示的是甲醇脱氢反应，反应②表示的是甲醇氧化制取甲醛，由图像可知，随着温度的升高，平衡常数K减小，则该反应是放热反应，已知O2氧化法不可避免地会深度氧化成CO，则反应①是2HCHO(g)+O2(g)===2CO(g)+2H2O(g)。
1. ①25% ②小 随着Y值的增大，c(CH3OH)减小，平衡CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)向逆反应方向进行，故Y为温度
【解析】①设反应中消耗xmolCO，由题意建立如下三段式：
由M点CH3OH的体积分数为10%可得关系式：×100%＝10%，解得x＝0.25，则α(CO)＝×100%＝25%；②该反应为气态物质分子数减小的放热反应，增大压强，φ(CH3OH)增大，升高温度，φ(CH3OH)减小，则由图可知，x轴代表压强，Y轴表示温度。
2. ①270 向右 ②增大反应物浓度或增大压强
【解析】设N2的生成量为amol， 由题意建立如下列出“三段式”：
由平衡时混合气体压强为初始气体压强的0.8得关系式：0.2＋0.1＋a＋2a＝0.8(2a＋0.2＋2a＋0.1)，解得：a＝0.3。①该反应的平衡常数K＝＝＝270。平衡后在此基础上再向容器中充入2a mol的N2、0.2 mol的NO时，使容器内的压强增大，平衡向气体化学计量数减小的方向移动，即向右移动。②根据图像知，改变某一外界条件，平衡向正反应方向移动，可增大反应物的浓度，也可增大压强。
3.（1）（2）B（3）AB
【解析】(1)C由题意可知，平衡常数等于气体生成物二氧化硫、二氧化碳浓度幂之积除以气体反应物一氧化碳浓度幂之积，所以反应Ⅰ的Kp＝。(2)反应Ⅰ为吸热反应，反应Ⅱ为放热反应，则A、D错误；反应Ⅰ的速率(v1)小于反应Ⅱ的速率(v2)，则反应Ⅱ的活化能较小，则C错误、B正确。（3）投入生石灰，生石灰与二氧化硫反应，SO2生成量减小，正确；较低的反应温度，反应Ⅰ逆向进行，SO2生成量减小，正确；由图象可知，减小CO的初始体积百分数，减小CaS的质量分数，增大二氧化硫的排放，错误；提高反应体系的温度，不利于二氧化硫的减少，错误。答案选AB。
4. ①= c点与b点反应均未达到平衡,但c点温度高于b点,反应速率更快,相同时间内生成CO的量更多,所以c点CO的含量更高 ②乙 E B
【解析】①a,b两点温度相同,平衡常数相等。②起始时投入CH4和CO2,随着反应的进行,v正(CH4)递减,v逆(CO)递增(从零开始),所以曲线甲表示v逆-c(CO),曲线乙表示v正-c(CH4);温度降低,反应速率减小,新平衡的平衡常数减小,则平衡逆向移动,CH4的浓度变大(B点),CO的浓度变小(E点)。
5. ①c2(SO3)c2(SO2)·c(O2) ②45% ③24 300 (MPa)-1④< >
【解析】②设SO2、O2起始物质的量分别为2a mol、a mol,转化物质的量为2x mol、x mol。
2SO2(g) +O2(g)2SO3(g)
起始/mol: 2a a 0
转化/mol: 2x x 2x
平衡/mol: 2a-2x a-x 2x
(2a-2x)+(a-x)+2x2a+a=0.0850.1,解得x=0.45a
转化率=2x2a×100%=45%
③ 2SO2(g) +O2(g)2SO3(g)
起始/mol: 2a a 0
转化/mol: 2x x 2x
平衡/mol: 2a-2x a-x 2x
(2a-2x)+(a-x)+2x2a+a=0.070.1,解得x=0.9a
Kp=(0.07 MPa×1.8a0.2a+0.1a+1.8a)2(0.07 MPa×0.2a0.2a+0.1a+1.8a)2×(0.07MPa×0.1a0.2a+0.1a+1.8a)=24 300(MPa)-1
④先达到平衡的反应速率快,则温度高,T1vA (逆),C点时,达到平衡状态,vC (正) =vC (逆),T2>T1,温度越高,反应速率越快,则vC (正) =vC(逆)>vA (正)>v A (逆),因此vC (正)>vA(逆)。
6. 增大 0.018
【解析】据图可知：温度升高，H2S的平衡转化率增大，平衡正向移动，平衡常数K增大。985℃时，H2S的平衡转化率为40%，起始浓度H2S的浓度为c mol/L，则平衡时c(H2S)=0.6c mol/L，c(H2)=0.4c mol/L，c(S2)=0.2c mol/L，则K=0.04=，解得c=0.018。
7. (1)0.042mol/(L·min) 减小 bc(2)1050kPa前反应未达平衡状态，随着压强增大，反应速率加快，NO转化率提高 50%(3)(0.412)2×0.212(0.61.2)2×1.1×106Pa或(13)2×1614×1.1×106Pa
【解析】(1) ①由表格数据可知，0~10min内，c(NO)=（1.0—0.58）mol/L，则NO的平均反应速率v(NO)=1.0-0.58mol/L10min=0.042mol/(L·min)。反应a是放热反应，升高反应温度，平衡逆向移动，该反应的平衡常数K减小。② a.30min后加入一定量的活性炭，平衡不移动，NO浓度不变，错误；b.30min后通入一定量的NO，平衡正向移动，NO和氮气浓度均增大，正确；c.30min后适当缩小容器的体积，增大压强，平衡不移动，NO和氮气浓度均增大，正确； d.30min后加入合适的催化剂平衡不移动，NO浓度不变，错误。故选bc。(2)由题给图示可知1050kPa前反应未达平衡状态，随着压强增大，反应速率加快，NO2消耗量增大，NO2转化率提高；在1100 kPa时，NO2的转化率为40%,假设开始加入二氧化氮的物质的量为1mol，依据题意建立如下三段式：
2C(s)+2NO2(g)N2(g)+2CO2(g)
起始量(mol) 1 0 0
变化量(mol) 0.4 0.2 0.4
平衡量(mol) 0.6 0.2 0.4
由三段式数据可得二氧化氮的体积分数为0.60.6+0.2+0.4=50%。
(3)在T2℃、1.1×106Pa时，各物质的平衡分压分别为：p（NO2）=×1.1×106Pa，p（N2）=×1.1×106Pa，p（CO2）=×1.1×106Pa，则该反应的化学平衡常数Kp=(0.41.2)2×0.21.2(0.61.2)2×1.1×106Pa或(13)2×1614×1.1×106Pa。
8. ①< ②增大H2浓度或增大压强 ③cd ④115(或0.067) ⑤6.25 正向
【解析】①由图可知，温度越高，CO的平衡转化率越低，反应逆向进行，可推断该反应的正反应为放热反应，ΔH2<0。②既能使反应速率加快又能使平衡右移的方法有增大H2浓度、增大压强等。③反应放热，温度越高，平衡常数越小，a项错误；恒容时，充入稀有气体，平衡不移动，反应物的转化率不变，b项错误；c、d两项都正确。④由题给数据可得，0~3 min内△n(H2)=（8.0—4.0）mol =4mol，则v(CH3OH)= 12 v(H2)=4mol10L×3min×12=0.067 mol·L-1·min-1。⑤3 min时，反应达到平衡，c(H2)= 0.4mol/L，c(CO)= 0.2mol/L，c(H2)= 0.2mol/L，则反应的化学平衡常数K=0.20.2×0.42=6.25；向达到平衡的恒容密闭容器中再加入2 mol CO、4 mol H2、2 mol CH3OH，容器中c(H2)= 0.8mol/L，c(CO)= 0.4mol/L，c(H2)= 0.4mol/L，则浓度熵Q=1.56＜K，则平衡正向移动。
9. NiR2在溶液中存在以下平衡：NiR2 (aq) Ni2+(aq) +2R-(aq)。Fe2+和H2O2通过反应i和反应ii将R—转化成难以与Ni2+络合的·R， 使c(R-)减小，平衡正向移动，实现“脱络” 0.45 低于此数值，反应i生成的·OH过少，不足以使R—充分转化成·R；高于此数值，H2O2多，但反应i生成的·OH能与H2O2发生反应iii，使H2O2转化成O2和H2O，同样不能使R—充分转化成·R
【解析】①络合物NiR2在溶液中存在以下平衡：NiR2 (aq) Ni2+(aq) +2R-(aq)。Fe2+与H2O2反应生成—OH，—OH与R—反应转化为难以与Ni2+络合的—R， 使溶液中c(R-)减小，平衡正向移动，实现“脱络”；②根据图中曲线，过氧化氢的加入量为0.45g·L-1时，溶液中镍去除率最高；若低于此数值，H2O2的量过少，反应i生成的—OH的过少，不足以使R-充分转化成—R，废水处理效果都下降；若高于此数值，H2O2的量过多，反应i生成的—OH与H2O2反应生成O2和H2O，生成的—OH的量减少，使R-充分转化成—R，废水处理效果都下降。
10. (1)45%(2)②升高温度，CO2的转化率降低③温度越低，增大投料比使CO2的转化率增大的越显著(3)D
【解析】（1）由题给数据可知，反应20min时达到平衡，设平衡时CH3OH物质的量为x，由题意建立如下三段式：
CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
n（起）1mol 2mol 0
△n x 2x x
n（平）（1—x）（2—2x） x
因=，由平衡前后压强比为1：0.70可得关系式：3：（3—2x）=1：0.70，解得x=0.45，则CO的转化率为45%；（2）由图示可知，当温度一定时，投料比越大，CO2的转化率增大；因该反应为放热反应，当投料比一定时，升高温度，CO2的转化率越小；对比两条曲线变化可知，温度越低，增大投料比使CO2的转化率增大的越显著；（3）增大容器体积，反应物和生物的浓度减小，则a1>a2 、b1>b2 ；压强减小，平衡达到平衡所需时间越长，则t1
【解析】(1)化学平衡常数K只与温度有关，温度不变，化学平衡常数K不变，故改变压强，K值不变；由题给图像可知，H2O的体积分数变大的同时H2的体积分数在减小，Fe3O4与H2在高温下反应生成FeO和H2O， 反应的化学方程式是Fe3O4+H23FeO+H2O ；(2)根据表中数据可以看出，随着温度的升高，CO2的体积分数变大，CO的体积分数变小，说明平衡逆向移动，而温度升高，平衡朝吸热方向移动，说明逆向是吸热的，那么正向是放热的，即ΔH2＜0；由图表可以看出温度从100℃上升到170℃，CO2和CO的体积分数都没变，说明这个区域内虽然温度变化，但是平衡没有移动，理论上已经全部转化了，所以理论值是100%；反应CO2(g)+3FeO(s)Fe3O4(s)+ CO (g)是前后体积不变的反应，所以压强不变不能判断是否达到平衡，A错误；由第②问可以看出温度从100℃上升到170℃，已经完全转化了，此时CO2和CO的体积分数都没变，但是此时不算平衡状态，所以B和D错误；只有C是根据化学平衡的定义描述的，即平衡时正逆反应速率相等且不0，故C正确，答案为C。温度选择170℃的原因是因为温度过高，CO2的转化率会变低，而从速率的角度分析，温度过低又会使反应速率变慢，则应选择一个合适的温度。
12. ：①> > 小于②512 =
【解析】①由图像可知在相同温度下，曲线①的CO2的平衡转化率大于曲线②的，则说明氢碳比①>②，由于Q点在平衡线的下方，即该点时反应还未到达平衡，因此Q点时的v(正) >v(逆)，温度越高，CO2的平衡转化率越小，则说明该反应的正向是放热反应，故ΔH＜0；②若起始时，CO2、H2 的浓度分别为0.5mol·L-1、l mol·L-1，根据题意建立如下三段式：
2CO2(g) + 6H2(g)C2H4(g)+ 4H2O(g)
起始量/ mol·L-1 0.5 1 0 0
转化量/ mol·L-1 0.5×50% 0.75 0.125 0.5
平衡量/ mol·L-1 0.25 0.25 0.125 0.5
由三段式所得数据计算，反应的平衡常数K= c(C2H4)∙c4(H2O)c2(CO2)∙c6(H2) =512，因为P和Q对应的温度相同，故平衡常数相同。
【易错分析】
图像和图表分析能力是高中化学重点考查的能力之一，从近几年的高考试题看，化学反应速率、化学平衡的图像和图表题属于高频考点，要求能够分析图像、图表，结合化学平衡移动原理答题。反应速率与化学平衡图像题有如下几种类型：分析外界条件对反应速率及化学平衡的影响、由图像判断反应特征(确定反应中各物质的化学计量数、判断热效应或气体物质化学计量数的变化关系)、由反应和图像判断图像中坐标或曲线的物理意义、由反应和图像判断符合图像变化的外界条件、由反应判断图像正误等。
【错题纠正】
例题1、合成氨工业涉及固体燃料的气化，需要研究CO2与CO之间的转化。为了弄清其规律，让一定量的CO2与足量碳在体积可变的密闭容器中反应：C(s)＋CO2(g) 2CO(g) ΔH，测得压强、温度对CO、CO2的平衡组成的影响如图所示：
回答下列问题：
(1)p1、p2、p3的大小关系是________，欲提高C与CO2反应中CO2的平衡转化率，应采取的措施为_____________。图中a、b、c三点对应的平衡常数大小关系是____________。
(2)900 ℃、1.013 MPa时，1 mol CO2与足量碳反应达平衡后容器的体积为V，CO2的转化率为________，该反应的平衡常数K＝________。
【解析】(1)正反应是气体体积增大的反应，增大压强，CO的含量降低，根据图像可知，在温度相等时p1对应的CO含量最高，则p1、p2、p3的大小关系是p1
C(s)＋CO(g) 2CO(g)
起始量(mol) 1 0
转化量(mol) x 2x
平衡量(mol) 1－x 2x
因此＝0.8，解得x＝，
则CO2的转化率为66.7%，反应的平衡常数K＝＝。
【答案】(1)p1
①A、B、C三点中NO2的转化率最高的是__________(填“A”“B”或“C”)点。
②计算C点时该反应的压强平衡常数Kp＝________(Kp是用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。
(2)以CO作还原剂与磷石膏反应，不同反应温度下可得到不同的产物。向盛有CaSO4的真空恒容密闭容器中充入CO，反应体系起始总压强为0.1a MPa，不同温度下反应后所得固体成分的物质的量如图所示。在低于800 ℃时主要反应的化学方程式为______________；1 150 ℃下，反应CaSO4＋COCaO＋CO2＋SO2达到平衡时，c平衡(SO2)＝8.0×10－5 mol·L－1，CO的转化率为80%，则c初始(CO)＝________ mol·L－1，该反应的压强平衡常数Kp＝________(用含a的代数式表示；用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数；忽略副反应)。
【解析】(1)①增大压强，平衡左移，NO2的转化率减小，所以A点NO2的转化率最高。
②设C点时NO2的浓度为c mol·L－1，则CO2的浓度也为c mol·L－1
2NO2(g)＋2C(s) N2(g) ＋ 2CO2(g)
c mol·L－1 c mol·L－1 c mol·L－1
p(NO2)＝20 MPa×＝8 MPa
p(N2)＝20 MPa×＝4 MPa
p(CO2)＝20 MPa×＝8 MPa
Kp＝＝＝4。
(2)在低于800 ℃时，固体产物为CaS，所以此时反应方程式为CaSO4＋4COCaS＋4CO2
c初始(CO)＝＝1.0×10－4 mol·L－1
CaSO4＋COCaO＋CO2 ＋ SO2
平衡(mol·L－1)2.0×10－5 8.0×10－5 8.0×10－5
平衡时总压强：0.1a MPa×
＝0.18a MPa
p(CO2)＝p(SO2)＝0.18a MPa×＝0.08a MPa
p(CO)＝0.18a MPa×＝0.02a MPa
Kp＝＝＝0.32a。
答案：(1)①A ②4 (2)CaSO4＋4COCaS＋4CO2 1.0×10－4 0.32a
【知识清单】
1.解题思路
化学反应速率与化学平衡图像是高考常考题型，一般考查速率（浓度）—时间图像、含量(转化率)—时间—温度(压强)图像、恒温线(或恒压线)图像等。图像作为一种思维方法在解题过程中也有着重要作用，可以将一些较为抽象的知识，转化为图像，然后进行解决。
看图像
一看轴(即纵坐标与横坐标的意义)，二看点(即起点、拐点、交点、终点)，三看线(即线的走向和变化趋势)，四看辅助线(如等温线、等压线、平衡线等)，五看量的变化(如浓度变化、温度变化等)
想规律
看清图像后联想外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响规律
作判断
通过对比分析，作出正确判断
2.分析方法
认清坐标系，弄清纵、横坐标所代表的意义，并与有关原理相结合；看清起点，分清反应物、生成物，浓度减小的是反应物，浓度增大的是生成物，一般生成物多数以原点为起点；看清曲线的变化趋势，注意渐变和突变，分清正、逆反应，从而判断反应特点；注意终点，例如在浓度时间图像上，一定要看清终点时反应物的消耗量、生成物的增加量，并结合有关原理进行推理判断；先拐先平数值大，例如在转化率时间图像上，先出现拐点的曲线先达到平衡，此时逆向推理可得该曲线对应的温度高、浓度大或压强大；定一议二，当图像中有三个量时，先确定一个量不变再讨论另外两个量的关系。
3.解题策略
从“断点”着手，当可逆反应达到一种平衡后，若某一时刻外界条件发生改变，都可能使速率－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；从“拐点”入手，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，反映到图像出现“拐点”的时间也就有差异。根据外界条件对化学反应速率的影响，即可判断出温度的高低、压强或浓度的大小及是否使用催化剂；从曲线的变化趋势着手，对于速率－温度(或压强)图像，由于随着温度逐渐升高或压强逐渐增大，反应速率会逐渐增大，因此图像上出现的是平滑的递增曲线，注意温度或压强的改变对正、逆反应速率的影响是一致的，即要增大都增大，要减小都减小，反映到图像上，就是v(正)、v(逆)两条曲线的走势大致相同。
【变式练习】
1. 温度为T℃，向体积不等的恒容密闭容器中分别加入足量活性炭和1mol NO2，发生反应：2C(s)+2NO2(g)⇌N2(g)+2CO2(g)反应相同时间，测得各容器中NO2的转化率与容器体积的关系如图所示。下列说法正确的是
A．T℃时，该反应的化学平衡常数为
B．图中c点所示条件下，v(正)＞v(逆)
C．向a点平衡体系中充入一定量的NO2，达到平衡时，NO2的转化率比原平衡大
D．容器内的压强：Pa:Pb＜6:7
2. （1）①已知反应A(g)+B(g)2D(g)，若在起始时c(A)＝a mol• L−1， c(B)＝2amol• L−1，则该反应中各物质浓度随时间变化的曲线是_______（选填字母序号）。
②在298K时，反应A(g)2B(g)的 KP＝0.1132kPa，当分压为 p(A)＝p(B)＝1kPa时，反应速率υ正______υ逆（填 “ ＜” “ ＝” 或 “ ＞” ）。
③温度为 T时，某理想气体反应 A(g)＋B(g)C(g)＋M(g)，其平衡常数 K为0.25，若以 A∶B ＝1∶1发生反应，则 A的理论转化率为_____％（结果保留3位有效数字）。
（2）富勒烯 C60和 C180可近似看作“ 完美的” 球体，富勒烯的生成时间很快，典型的是毫秒级，在所有的合成技术中得到的 C60的量比 C180的量大得多。已知两个转化反应：反应物3C60 ，反应物C180，则势能（活化能）与反应进程的关系正确的是______（选填字母序号）。
（3）甲醇脱氢和甲醇氧化都可以制取甲醛，但是O2氧化法不可避免地会深度氧化成CO。脱氢法和氧化法涉及的三个化学反应的 lgK随温度 T的变化曲线如图所示。写出图中曲线①的化学反应方程式________；曲线③的化学反应方程式为________；曲线②对应的化学反应是____（填“ 放热” 或“ 吸热” ）反应。
【易错通关】
1.反应为CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH<0。在一定条件下，将1 mol CO和2 mol H2通入密闭容器中进行反应，当改变某一外界条件(温度或压强)时，CH3OH的体积分数φ(CH3OH)变化趋势如图所示：
①平衡时，M点CH3OH的体积分数为10%，则CO的转化率为________。
②X轴上a点的数值比b点________(填“大”或“小”)。某同学认为上图中Y轴表示温度，你认为他判断的理由是________________________________________________________。
2.汽车尾气净化中的一个反应如下：2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)，一定温度下，向容积为1 L的密闭容器中充入一定量的NO和CO。在t1时刻达到平衡状态，此时n(CO)＝0.1 mol，n(NO)＝0.2 mol，n(N2)＝a mol，且平衡时混合气体压强为初始气体压强的0.8。
①则该反应的平衡常数K＝____________。若保持温度及容器容积不变，平衡后在此基础上再向容器中充入2a mol 的N2、0.2 mol的NO，平衡将____________(填“向左”、“向右”或“不”)移动。
②在t2时刻，改变某一外界条件，正反应速率的变化曲线如图所示，则可能改变的条件是_______。
3.以石灰石为原料通过系列反应将硫元素以CaSO4的形式固定，从而降低SO2的排放。但是煤炭燃烧过程中产生的CO又会与CaSO4发生化学反应，降低脱硫效率。相关反应的热化学方程式如下：
CaSO4 (s)＋CO (g)CaO(s)＋SO2 (g)＋CO2 (g)ΔH1＝＋218.4 kJ·mol－1(反应Ⅰ)
CaSO4(s)＋4CO(g)CaS(s)＋4CO2(g)ΔH2＝－175.6 kJ·mol－1(反应Ⅱ)
(1)对于有气体参与的反应，表示平衡常数 Kp时用气体组分(B)的平衡压强p(B)代替该气体物质的量浓度c(B)，则反应Ⅰ的Kp＝__________________________________________(用表达式表示)。
(2)假设某温度下，反应Ⅰ的速率(v1)小于反应Ⅱ的速率(v2)，则如下图反应过程能量变化示意图正确的是____________(填字母，下同)。
(3)如图为实验测得不同温度下反应体系中CO初始体积百分数与平衡时固体产物中CaS质量百分数的关系曲线。则降低该反应体系中产生的SO2生成量的措施有________。
A.向该反应体系中投入生石灰 B.在合适的温度区间内控制较低的反应温度
C.降低CO的初始体积百分数 D.提高反应体系的温度
4.①将一定量的CO2(g)和CH4(g)通入一恒容密闭容器中发生反应:CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g)。其他条件相同,在不同催化剂(Ⅰ、Ⅱ)作用下反应相同时间后,体系中CO含量随反应温度的变化如下图所示。
在a点与b点对应的反应条件下,反应继续进行一段时间后达到平衡,平衡常数Ka (填“>”、“<”或“=”)Kb;c点CO含量高于b点的原因是 。
②为了探究反应CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g)的反应速率与浓度的关系,起始时向恒容密闭容器中通入CH4与CO2,使其物质的量浓度均为1.0 mol·L-1。平衡时,根据相关数据绘制出两条反应速率-浓度关系曲线:v正-c(CH4)和v逆-c(CO)。
则与曲线v正-c(CH4)相对应的是上图中曲线 (填“甲”或“乙”);该反应达到平衡后,某一时刻降低温度,反应重新达到平衡,平衡常数减小,则此时曲线甲对应的平衡点可能为 (填字母,下同),曲线乙对应的平衡点可能为 。
5.SO2经过净化后与空气混合进行催化氧化后制取硫酸或者硫酸铵,其中SO2发生催化氧化的反应为2SO2(g) +O2(g)2SO3(g)。若在T1 ℃、0.1 MPa条件下,往一密闭容器通入SO2和O2[其中n(SO2)∶n(O2)=2∶1],测得容器内总压强与反应时间如右上图所示。
①该反应的化学平衡常数表达式:K= 。
②图中A点时,SO2的转化率为 。
③计算SO2催化氧化反应在图中B点的压强平衡常数Kp= (用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
④若在T2 ℃、其他条件不变的情况下测得压强的变化曲线如上图所示,则T1 (填“>”、“<”或“=”)T2;其中C点的正反应速率vC(正)与A点的逆反应速率vA(逆)的大小关系为vC(正) (填“>”、“<”或“=”)vA(逆)。
6.已知：H2S (g) =H2(g)+l/2S2（g），在恒温密闭容器中，控制不同温度进行H2S分解实验。以H2S起始浓度均为cmol/L，测定H2S的转化率，H2S的平衡转化率与温度关系如图所示。据图可知：温度升高平衡常数K_______（填“增大”、“减小”或“不变”）。若985℃时平衡常数K=0.04，则起始浓度c= ______mol/L。
7.NOx的排放主要来自于汽车尾气，包含NO2 和NO，有人提出用活性炭对NOx进行吸附，发生反应如下：
反应a：C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g) △H=-34.0kJ/mol
反应b：2C(s)+2NO2(g)N2(g)+2CO2(g) △H=-64.2kJ/mol
(1)对于反应a，在T1℃时，借助传感器测得反应在不同时间点上各物质的浓度如下：
时间
0
10
20
30
40
50
NO
1.00
0.58
0.40
0.40
0.48
0.48
N2
0
0.21
0.30
0.30
0.36
0.36
①0~10min内，NO的平均反应速率v(NO)=_____，当升高反应温度，该反应的平衡常数K____________(选填“增大”、“减小”或“不变”)。
②30min后，只改变某一条件，反应重新达到平衡；根据上表中的数据判断改变的条件可能是_________(填字母)。
a.加入一定量的活性炭 b.通入一定量的NO
c.适当缩小容器的体积 d.加入合适的催化剂
(2)某实验室模拟反应b，在密闭容器中加入足量的C和一定量的NO2气体，维持温度为T2℃，如图为不同压强下反应b经过相同时间NO2的转化率随着压强变化的示意图。
请从动力学角度分析，1050 kPa 前，反应b 中NO2转化率随着压强增大而增大的原因____________；在1100 kPa时，NO2的体积分数为_________________________。
(3)用某物质的平衡分压代替其物质的量浓度也可以表示化学平衡常数(记作Kp)；在T2℃、1.1×106Pa时，该反应的化学平衡常数Kp=___________(计算表达式表示)；已知：气体分压(p分)=气体总压(p总)× 体积分数。
8.用合成气生成甲醇的反应为CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH2，在10 L恒容密闭容器中按物质的量之比1:2充入CO和H2，测得CO的平衡转化率与温度和压强的关系如图所示：
200 ℃时n(H2)随时间的变化如下表所示:
t/min
0
1
3
5
n(H2)/mol
8.0
5.4
4.0
4.0
①ΔH2 (填“>”“<”或“=”)0。
②写出两条可同时提高反应速率和CO转化率的措施: 。
③下列说法正确的是 (填字母)。
a.温度越高，该反应的平衡常数越大
b.达平衡后再充入稀有气体，CO的转化率提高
c.容器内气体压强不再变化时，反应达到最大限度
d.图中压强：p1
⑤200 ℃时，该反应的平衡常数K= 。向上述200 ℃达到平衡的恒容密闭容器中再加入2 mol CO、4 mol H2、2 mol CH3OH，保持温度不变，则化学平衡 (填“正向”“逆向”或“不”)移动。
9.“硫化物沉淀法”镍的回收率不高，处理后废水中的镍含量难以达标。“铁脱络-化学沉淀法”可达到预期效果，该法将镍转化为Ni(OH)2固体进而回收镍。工艺流程如下：
“脱络”(指镍元素由络合物NiR2转化成游离的Ni2+)过程中，R—与中间产物·OH(羟基自由基)反应生成难以与Ni2+络合的·R(有机物自由基)，但·OH也能与H2O2发生反应。反应的方程式如下：
Fe2+ + H2O2Fe3+ + OH- + —OH i
R- +—OHOH-+ —R ii
H2O2 +2—OHO2↑ + 2H2O iii
实验测得“脱络”过程中H2O2的加入量对溶液中镍去除率的影响如图所示：
①从平衡移动的角度解释加入Fe2+和H2O2能够实现“脱络”的原因是_________。
②分析图中曲线，可推断过氧化氢的最佳加入量为_________ g·L-1；低于或高于这个值，废水处理效果都下降，原因是_________。
10.(1)某温度下，在体积固定为2L的密闭容器中进行反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1=-90.7kJ.mol-l，将1molCO和2molH2混合，测得不同时刻的反应前后压强关系如下:
时间(min)
5
10
15
20
25
30
压强比(P前/P后)
1：0.98
1：0.90
1：0.80
1：0.70
1：0.70
1：0.70
则达到平衡时CO的转化率为_________。
(2)在一定条件下，将燃煤废气中的CO2转化为二甲醚的反应为2CO2(g)+6H2(g)
CH3OCH3(g）+3H2O(g) ，已知在某压强下，该反应在不同温度、不同投料比[n(H2)/n(CO2)]时，CO2的转化率如图所示。从图中可得出三条主要规律：
①增大投料比，CO2的转化率增大；②_____________；③_______________。
(4)反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H2=-41.2kJ.mol-l的v-t图像如图1所示，若其他条件不变，只是在反应前增大容器体积使压强减小，则其v-t图像如图2所示。下列说法正确的是
①a1>a2 ②a1
A.①③⑦⑧ B.①③⑤⑧ C.②④⑦⑨ D.①③⑦⑩
11.(1)CH4氧化器中发生的主反应:
i.CH4(g)+Fe3O4(s)CO(g)+2H2(g)+3FeO(s)
ii.CH4(g)+4Fe3O4(s)CO2(g)+2H2O(g)+12FeO(s)
850℃时，压强和部分气体体积分数、固相各组分质量分数的关系如图。
①随着压强的增大，反应i的平衡常数K值____ (填“增大”、“减小”或“不变”)。
②结合图像，分析H2O的体积分数变化的原因_________(用化学方程式表示)。
(2)将一定量的FeO和CO2 置于CO2 还原器(体积不变的密闭容器)中，发生的主反应:
CO2(g) +3FeO(s)Fe3O4(s) +CO(g) △H2，保持其他条件不变，测得不同温度下最终反应体系中CO、CO2体积分数如下表。
温度t/℃
100
170
200
300
400
500
CO2 体积分数
0.67
0.67
0.75
0.82
0.9
0.92
CO体积分数
0.33
0.33
0.25
0.18
0.1
0.08
①△H2_____0(填“>”或“<”)。
②若在150 ℃时进行上述转化，理论转化率α(FeO)=______。
③在上述反应体系中，一定可以说明该反应达到平衡状态的是_____(填标号)。
A.体系的压强不变 B.CO2 的 物质的量不变
C.CO的生成速率和消耗速率相等且不等于零 D.气体的平均摩尔质量不变
④根据化学反应原理，分析CO2 还原器温度设置在170 ℃的原因_________。
12.碳的化合物的转换在生产、生活中具有重要的应用。特别是CO2的低碳转型对抵御气候变化具有重要意义。在三个容积均为1L的密闭容器中以不同的氢碳比n(H2)n(CO2)充入H2和CO2，在一定条件下发生反应：2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) △H，CO2的平衡转化率与温度的关系如图所示。
①氢碳比①________②，Q点v(正) ___v(逆)，该反应的ΔH ________0。(填“大于”或“小于”)
②若起始时，CO2、H2 的浓度分别为0.5mol·L-1、l mol·L-1，则P点对应温度的平衡常数的值为_____。P点对应的平衡常数__________Q点对应的平衡常数(填“＞”、“＜”或“=”)
参考答案
【变式练习】
1. B【解析】由反应 可知容器体积越大，压强越小，反应往正方向移动，NO2的转化率提高，由图像可知，相同时间，a，b为已达到平衡点，c还未达到平衡，利用化学平衡常数和等效平衡进行分析。
A．a点时反应达到平衡，NO2转化率为40%，则
T℃时，该反应的化学平衡常数为，故A错误；
B．图中c点还未达到平衡，反应往正方向进行，v(正)＞v(逆)，故B正确；
C．向a点平衡体系中充入一定量的NO2，等效于加压，平衡逆移，转化率降低，C错误；
D．由A可知a点时容器内气体物质的量为1.2mol；b点时反应三段式为
则b点容器内气体物质的量为1.4mol，由于V1＜V2，则Pa:Pb＞6:7，故D错误；
故答案选B。
2. （1）①C ②< ③33.3 （2）B（3）2HCHO（g）+O2（g）=2CO（g）+2H2O（g） CH3OH（g）=HCHO（g）+H2（g） 放热
【解析】(1)①已知反应A(g)+B(g)2D(g)，根据化学反应速率跟化学计量数成正比可知，A、B减少的量相等，同时生成2倍的D，故曲线C符号该反应中各物质浓度随时间变化，答案为：C；
②在298K时，当分压为 p(A)＝p(B)＝1kPa时，反应A(g)2B(g)的Qp=(1kPa)2÷1kPa=1kPa>K，则反应向逆反应方向进行，v正
平衡常数，，A的转化率为33.3%；
(2)富勒烯的生成时间很快，典型的是毫秒级，在所有的合成技术中得到的C60的量比C180的量大得多，这句话的完整理解是“单位时间内生成C60的量多——速率快”，即活化能小得多，同时生成物能量不会一样B选项正确，故答案为：B；
(3)甲醇脱氢的化学反应方程式为CH3OH(g)=== HCHO(g)+H2(g)，属于分解反应，吸热，随着温度升高，平衡常数K增大，则曲线③表示的是甲醇脱氢反应，反应②表示的是甲醇氧化制取甲醛，由图像可知，随着温度的升高，平衡常数K减小，则该反应是放热反应，已知O2氧化法不可避免地会深度氧化成CO，则反应①是2HCHO(g)+O2(g)===2CO(g)+2H2O(g)。
1. ①25% ②小 随着Y值的增大，c(CH3OH)减小，平衡CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)向逆反应方向进行，故Y为温度
【解析】①设反应中消耗xmolCO，由题意建立如下三段式：
由M点CH3OH的体积分数为10%可得关系式：×100%＝10%，解得x＝0.25，则α(CO)＝×100%＝25%；②该反应为气态物质分子数减小的放热反应，增大压强，φ(CH3OH)增大，升高温度，φ(CH3OH)减小，则由图可知，x轴代表压强，Y轴表示温度。
2. ①270 向右 ②增大反应物浓度或增大压强
【解析】设N2的生成量为amol， 由题意建立如下列出“三段式”：
由平衡时混合气体压强为初始气体压强的0.8得关系式：0.2＋0.1＋a＋2a＝0.8(2a＋0.2＋2a＋0.1)，解得：a＝0.3。①该反应的平衡常数K＝＝＝270。平衡后在此基础上再向容器中充入2a mol的N2、0.2 mol的NO时，使容器内的压强增大，平衡向气体化学计量数减小的方向移动，即向右移动。②根据图像知，改变某一外界条件，平衡向正反应方向移动，可增大反应物的浓度，也可增大压强。
3.（1）（2）B（3）AB
【解析】(1)C由题意可知，平衡常数等于气体生成物二氧化硫、二氧化碳浓度幂之积除以气体反应物一氧化碳浓度幂之积，所以反应Ⅰ的Kp＝。(2)反应Ⅰ为吸热反应，反应Ⅱ为放热反应，则A、D错误；反应Ⅰ的速率(v1)小于反应Ⅱ的速率(v2)，则反应Ⅱ的活化能较小，则C错误、B正确。（3）投入生石灰，生石灰与二氧化硫反应，SO2生成量减小，正确；较低的反应温度，反应Ⅰ逆向进行，SO2生成量减小，正确；由图象可知，减小CO的初始体积百分数，减小CaS的质量分数，增大二氧化硫的排放，错误；提高反应体系的温度，不利于二氧化硫的减少，错误。答案选AB。
4. ①= c点与b点反应均未达到平衡,但c点温度高于b点,反应速率更快,相同时间内生成CO的量更多,所以c点CO的含量更高 ②乙 E B
【解析】①a,b两点温度相同,平衡常数相等。②起始时投入CH4和CO2,随着反应的进行,v正(CH4)递减,v逆(CO)递增(从零开始),所以曲线甲表示v逆-c(CO),曲线乙表示v正-c(CH4);温度降低,反应速率减小,新平衡的平衡常数减小,则平衡逆向移动,CH4的浓度变大(B点),CO的浓度变小(E点)。
5. ①c2(SO3)c2(SO2)·c(O2) ②45% ③24 300 (MPa)-1④< >
【解析】②设SO2、O2起始物质的量分别为2a mol、a mol,转化物质的量为2x mol、x mol。
2SO2(g) +O2(g)2SO3(g)
起始/mol: 2a a 0
转化/mol: 2x x 2x
平衡/mol: 2a-2x a-x 2x
(2a-2x)+(a-x)+2x2a+a=0.0850.1,解得x=0.45a
转化率=2x2a×100%=45%
③ 2SO2(g) +O2(g)2SO3(g)
起始/mol: 2a a 0
转化/mol: 2x x 2x
平衡/mol: 2a-2x a-x 2x
(2a-2x)+(a-x)+2x2a+a=0.070.1,解得x=0.9a
Kp=(0.07 MPa×1.8a0.2a+0.1a+1.8a)2(0.07 MPa×0.2a0.2a+0.1a+1.8a)2×(0.07MPa×0.1a0.2a+0.1a+1.8a)=24 300(MPa)-1
④先达到平衡的反应速率快,则温度高,T1
6. 增大 0.018
【解析】据图可知：温度升高，H2S的平衡转化率增大，平衡正向移动，平衡常数K增大。985℃时，H2S的平衡转化率为40%，起始浓度H2S的浓度为c mol/L，则平衡时c(H2S)=0.6c mol/L，c(H2)=0.4c mol/L，c(S2)=0.2c mol/L，则K=0.04=，解得c=0.018。
7. (1)0.042mol/(L·min) 减小 bc(2)1050kPa前反应未达平衡状态，随着压强增大，反应速率加快，NO转化率提高 50%(3)(0.412)2×0.212(0.61.2)2×1.1×106Pa或(13)2×1614×1.1×106Pa
【解析】(1) ①由表格数据可知，0~10min内，c(NO)=（1.0—0.58）mol/L，则NO的平均反应速率v(NO)=1.0-0.58mol/L10min=0.042mol/(L·min)。反应a是放热反应，升高反应温度，平衡逆向移动，该反应的平衡常数K减小。② a.30min后加入一定量的活性炭，平衡不移动，NO浓度不变，错误；b.30min后通入一定量的NO，平衡正向移动，NO和氮气浓度均增大，正确；c.30min后适当缩小容器的体积，增大压强，平衡不移动，NO和氮气浓度均增大，正确； d.30min后加入合适的催化剂平衡不移动，NO浓度不变，错误。故选bc。(2)由题给图示可知1050kPa前反应未达平衡状态，随着压强增大，反应速率加快，NO2消耗量增大，NO2转化率提高；在1100 kPa时，NO2的转化率为40%,假设开始加入二氧化氮的物质的量为1mol，依据题意建立如下三段式：
2C(s)+2NO2(g)N2(g)+2CO2(g)
起始量(mol) 1 0 0
变化量(mol) 0.4 0.2 0.4
平衡量(mol) 0.6 0.2 0.4
由三段式数据可得二氧化氮的体积分数为0.60.6+0.2+0.4=50%。
(3)在T2℃、1.1×106Pa时，各物质的平衡分压分别为：p（NO2）=×1.1×106Pa，p（N2）=×1.1×106Pa，p（CO2）=×1.1×106Pa，则该反应的化学平衡常数Kp=(0.41.2)2×0.21.2(0.61.2)2×1.1×106Pa或(13)2×1614×1.1×106Pa。
8. ①< ②增大H2浓度或增大压强 ③cd ④115(或0.067) ⑤6.25 正向
【解析】①由图可知，温度越高，CO的平衡转化率越低，反应逆向进行，可推断该反应的正反应为放热反应，ΔH2<0。②既能使反应速率加快又能使平衡右移的方法有增大H2浓度、增大压强等。③反应放热，温度越高，平衡常数越小，a项错误；恒容时，充入稀有气体，平衡不移动，反应物的转化率不变，b项错误；c、d两项都正确。④由题给数据可得，0~3 min内△n(H2)=（8.0—4.0）mol =4mol，则v(CH3OH)= 12 v(H2)=4mol10L×3min×12=0.067 mol·L-1·min-1。⑤3 min时，反应达到平衡，c(H2)= 0.4mol/L，c(CO)= 0.2mol/L，c(H2)= 0.2mol/L，则反应的化学平衡常数K=0.20.2×0.42=6.25；向达到平衡的恒容密闭容器中再加入2 mol CO、4 mol H2、2 mol CH3OH，容器中c(H2)= 0.8mol/L，c(CO)= 0.4mol/L，c(H2)= 0.4mol/L，则浓度熵Q=1.56＜K，则平衡正向移动。
9. NiR2在溶液中存在以下平衡：NiR2 (aq) Ni2+(aq) +2R-(aq)。Fe2+和H2O2通过反应i和反应ii将R—转化成难以与Ni2+络合的·R， 使c(R-)减小，平衡正向移动，实现“脱络” 0.45 低于此数值，反应i生成的·OH过少，不足以使R—充分转化成·R；高于此数值，H2O2多，但反应i生成的·OH能与H2O2发生反应iii，使H2O2转化成O2和H2O，同样不能使R—充分转化成·R
【解析】①络合物NiR2在溶液中存在以下平衡：NiR2 (aq) Ni2+(aq) +2R-(aq)。Fe2+与H2O2反应生成—OH，—OH与R—反应转化为难以与Ni2+络合的—R， 使溶液中c(R-)减小，平衡正向移动，实现“脱络”；②根据图中曲线，过氧化氢的加入量为0.45g·L-1时，溶液中镍去除率最高；若低于此数值，H2O2的量过少，反应i生成的—OH的过少，不足以使R-充分转化成—R，废水处理效果都下降；若高于此数值，H2O2的量过多，反应i生成的—OH与H2O2反应生成O2和H2O，生成的—OH的量减少，使R-充分转化成—R，废水处理效果都下降。
10. (1)45%(2)②升高温度，CO2的转化率降低③温度越低，增大投料比使CO2的转化率增大的越显著(3)D
【解析】（1）由题给数据可知，反应20min时达到平衡，设平衡时CH3OH物质的量为x，由题意建立如下三段式：
CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
n（起）1mol 2mol 0
△n x 2x x
n（平）（1—x）（2—2x） x
因=，由平衡前后压强比为1：0.70可得关系式：3：（3—2x）=1：0.70，解得x=0.45，则CO的转化率为45%；（2）由图示可知，当温度一定时，投料比越大，CO2的转化率增大；因该反应为放热反应，当投料比一定时，升高温度，CO2的转化率越小；对比两条曲线变化可知，温度越低，增大投料比使CO2的转化率增大的越显著；（3）增大容器体积，反应物和生物的浓度减小，则a1>a2 、b1>b2 ；压强减小，平衡达到平衡所需时间越长，则t1
【解析】(1)化学平衡常数K只与温度有关，温度不变，化学平衡常数K不变，故改变压强，K值不变；由题给图像可知，H2O的体积分数变大的同时H2的体积分数在减小，Fe3O4与H2在高温下反应生成FeO和H2O， 反应的化学方程式是Fe3O4+H23FeO+H2O ；(2)根据表中数据可以看出，随着温度的升高，CO2的体积分数变大，CO的体积分数变小，说明平衡逆向移动，而温度升高，平衡朝吸热方向移动，说明逆向是吸热的，那么正向是放热的，即ΔH2＜0；由图表可以看出温度从100℃上升到170℃，CO2和CO的体积分数都没变，说明这个区域内虽然温度变化，但是平衡没有移动，理论上已经全部转化了，所以理论值是100%；反应CO2(g)+3FeO(s)Fe3O4(s)+ CO (g)是前后体积不变的反应，所以压强不变不能判断是否达到平衡，A错误；由第②问可以看出温度从100℃上升到170℃，已经完全转化了，此时CO2和CO的体积分数都没变，但是此时不算平衡状态，所以B和D错误；只有C是根据化学平衡的定义描述的，即平衡时正逆反应速率相等且不0，故C正确，答案为C。温度选择170℃的原因是因为温度过高，CO2的转化率会变低，而从速率的角度分析，温度过低又会使反应速率变慢，则应选择一个合适的温度。
12. ：①> > 小于②512 =
【解析】①由图像可知在相同温度下，曲线①的CO2的平衡转化率大于曲线②的，则说明氢碳比①>②，由于Q点在平衡线的下方，即该点时反应还未到达平衡，因此Q点时的v(正) >v(逆)，温度越高，CO2的平衡转化率越小，则说明该反应的正向是放热反应，故ΔH＜0；②若起始时，CO2、H2 的浓度分别为0.5mol·L-1、l mol·L-1，根据题意建立如下三段式：
2CO2(g) + 6H2(g)C2H4(g)+ 4H2O(g)
起始量/ mol·L-1 0.5 1 0 0
转化量/ mol·L-1 0.5×50% 0.75 0.125 0.5
平衡量/ mol·L-1 0.25 0.25 0.125 0.5
由三段式所得数据计算，反应的平衡常数K= c(C2H4)∙c4(H2O)c2(CO2)∙c6(H2) =512，因为P和Q对应的温度相同，故平衡常数相同。
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