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2022高考化学一轮复习教案：专题突破（七） 化学反应速率和化学平衡图像的分析
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这是一份2022高考化学一轮复习教案：专题突破（七） 化学反应速率和化学平衡图像的分析，共19页。
专题突破(七) 化学反应速率和化学平衡图像的分析
化学反应速率和平衡的图像及分析是高考考查的重点，此类试题将抽象的理论知识图像化，既能考查考生化学反应速率和平衡的相关知识，又能考查学生读图、识图，并应用知识解决综合问题的能力，要求考生获取有关信息、识别有效证据、推测反应结果、归纳总结规律，体现《中国高考评价体系》对于“学习掌握”“思维方法”等化学科核心素养的要求。
分析、解答化学反应速率和化学平衡图像题的思维流程如下：
1．化学反应速率图像及分析
(1)“渐变”类vt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vt图像
图像
分析
结论
t1时v正′、v逆′均突然增大，且v正′＞v逆′；平衡向正反应方向移动
t1时其他条件不变，增大反应体系的压强且m＋n＞p＋q(正反应为体积减小的反应)
t1时其他条件不变，升高温度且ΔH＞0(正反应为吸热反应)
t1时v正′、v逆′均突然增大，且v逆′＞v正′；平衡向逆反应方向移动
t1时其他条件不变，增大反应体系的压强且m＋n＜p＋q(正反应为体积增大的反应)
t1时其他条件不变，升高温度且ΔH＜0(正反应为放热反应)
t1时v正′、v逆′均突然减小，且v正′＞v逆′；平衡向正反应方向移动
t1时其他条件不变，减小反应体系的压强且m＋n＜p＋q(正反应为体积增大的反应)
t1时其他条件不变，降低温度且ΔH＜0(正反应为放热反应)
t1时v逆′、v正′均突然减小，且v逆′＞v正′；平衡向逆反应方向移动
t1时其他条件不变，减小反应体系的压强且m＋n＞p＋q(正反应为体积减小的反应)
t1时其他条件不变，降低温度且ΔH＞0(正反应为吸热反应)
(3)“平台”类vt图像
图像
分析
结论
t1时v正′、v逆′均突然增大且v正′＝v逆′，平衡不移动
t1时其他条件不变使用催化剂
t1时其他条件不变增大反应体系的压强且m＋n＝p＋q(反应前后气体体积无变化)
t1时v正′、v逆′均突然减小且v正′＝v逆′，平衡不移动
t1时其他条件不变，减小反应体系的压强且m＋n＝p＋q(反应前后气体体积无变化)
2.化学平衡图像及分析
(1)浓度时间图像
例如，反应A(g)＋B(g)⇌AB(g)，充入一定量A(g)和B(g)，达到平衡过程如图所示：
(2)含量时间温度(压强)(C%指产物的质量分数，B%指某反应物的质量分数)
(3)恒压(或恒温)线(α表示反应物的转化率，c表示反应物的平衡浓度)
图①，若则正反应为气体体积减小的反应，p1>p2>p3，ΔH＜0；
图②，正反应为气体体积增大的反应，若T1>T2，则正反应为放热反应。
(4)几类特殊图像
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(如下图)。L线的左上方(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。
(2021·山东日照一模)已知反应：CH2===CHCH3(g)＋Cl2(g)CH2===CHCH2Cl(g)＋HCl(g)。在一定压强下，按ω＝向密闭容器中充入氯气与丙烯。图甲表示平衡时，丙烯的体积分数(φ)与温度(T)、ω的关系，图乙表示反应的平衡常数K与温度T的关系。则下列说法正确的是( )
A．图甲中ω1＞1
B．图乙中，线A表示正反应的平衡常数
C．在恒容容器中进行，压强不变时反应达到平衡状态
D．当温度为T1、ω＝2时，Cl2的转化率为33.3%
D [温度一定时，增大，平衡时丙烯的体积分数减小，故图甲中ω1＜1，A项错误。由图甲可知，一定时，升高温度，丙烯的体积分数增大，说明升高温度，平衡逆向移动，则该反应的ΔH＜0；升高温度，平衡逆向移动，则平衡常数K减小，故图乙中线A代表逆反应的平衡常数，B项错误。该反应前后气体计量数和相等，气体总物质的量不变，故恒容时气体压强始终不变，不能根据压强判断是否达到平衡状态，C项错误。由图乙可知，T1时正、逆反应平衡常数均为1，ω＝＝2，设n(Cl2)＝2 mol，n(CH2===CHCH3)＝1 mol，平衡时转化的Cl2为x mol，容器的容积为1 L，则有
CH2===CHCH3(g)＋Cl2(g)CH2===CHCH2Cl(g)＋HCl(g)
起始浓度
/mol·L－1 1 2 0 0
转化浓度
/mol·L－1 x x x x
平衡浓度
/mol·L－1 1－x 2－x x x
则T1时平衡常数K＝＝1，解得x＝ mol，故Cl2的转化率为×100%≈33.3%，D项正确。]
(2021·河北邢台调研)在一定温度下，向2 L恒容密闭容器中充入1 mol A，发生2A(g) B(g)＋C(g)反应。反应过程中c(C)随时间变化的曲线如图所示，下列说法不正确的是( )
A．反应在0～50 s的平均速率v(C)＝1.6×10－3 mol·L－1·s－1
B．该温度下，反应的平衡常数K＝0.025 mol·L－1
C．保持其他条件不变，升高温度，平衡时c(B)＝0.09 mol·L－1，则该反应的ΔH＜0
D．反应达平衡后，再向容器中充入1 mol A，该温度下再达到平衡时，A的转化率不变
B [0～50 s内c(C)增大0.08 mol·L－1，则有v(C)＝＝1.6×10－3 mol·L－1·s－1，A项正确；达到平衡时，c(C)＝0.10 mol·L－1，结合反应可知，平衡时A、B的平衡浓度分别为0.30 mol·L－1、0.10 mol·L－1，则该温度下，反应的平衡常数K＝＝，B项错误；其他条件不变，升高温度，平衡时c(B)＝0.09 mol·L－1＜0.10 mol·L－1，说明平衡逆向移动，则该反应的ΔH＜0，C项正确；平衡后再充入1 mol A与保持n(A)不变，同时缩小容器容积是等效平衡，而缩小容积过程，由于反应前后气体体积不变，所以平衡不移动，故A的转化率不变，D项正确。]
(2021·黑龙江哈尔滨三中检测)在密闭容器中进行反应：X(g)＋2Y(g) 2Z(g) ΔH>0。下图能正确表示该反应有关物理量变化规律的是( )
C [该反应为吸热反应，升高温度平衡正向移动，正反应速率大于逆反应速率，正反应速率在上方，与图像不符， A项错误；升高温度平衡正向移动，Z%增大，则200 ℃时Z%大，与图像不符，B项错误；该反应为气体体积减小的吸热反应，增大压强、升高温度，平衡均正向移动，X的转化率大，与图像一致，C项正确；催化剂对平衡移动无影响，可加快反应速率，但平衡常数与温度有关，恒温条件K值不会随时间发生变化，与图像不符，D项错误。]
1．(2021·河南豫南九校联考)有可逆反应：A(g)＋3B(g)2C(g) ΔH<0。
已知在t1、t3、t5、t7时反应都达到平衡，如果t2、t4、t6、t8时都只改变了一个反应条件，则下列对t2、t4、t6、t8时改变条件的判断正确的是( )
A．降低温度、增大压强、减小反应物浓度、使用催化剂
B．使用催化剂、增大压强、增大反应物浓度、升高温度
C．增大反应物浓度、使用催化剂、减小压强、升高温度
D．升高温度、减小压强、增大反应物浓度、使用催化剂
D [t2时刻，v(正)瞬间增大，t3时刻达到平衡时，v(正)大于t1～t2时刻平衡状态，降低温度，v(正)减小，A错误；t4时刻，v(逆)瞬间减小，增大压强或使用催化剂，v(逆)瞬间增大，而减小压强，v(逆)减小，故B、C均错误，D正确。]
2．(2021·湖南长郡联考)在容积为1 L的密闭容器中，充入1 mol CO2和3 mol H2，在500 ℃时发生反应：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＜0。CH3OH的浓度随时间变化如图所示，下列说法不正确的是( )
A．从反应开始到10 min时，H2的平均反应速率v(H2)＝0.15 mol/(L·min)
B．从开始到25 min，CO2的转化率是70%
C．其他条件不变，将温度升到700 ℃，再次达平衡时平衡常数减小
D．从20 min到25 min达到新的平衡，可能是增大压强
D [0～10 min 内c(CH3OH)增大0.50 mol/L，则有v(CH3OH)＝＝0.05 mol/(L·min)，根据反应速率与化学计量数的关系可得：v(H2)＝3v(CH3OH)＝0.15 mol/(L·min)，A项正确；0～25 min内c(CH3OH)增大0.70 mol/L，反应生成0.70 mol CH3OH，根据方程式可知，同时消耗0.70 mol CO2，则CO2的转化率为×100%＝70%，B项正确；其他条件不变，升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小，C项正确；由图可知，20～25 min内增大压强，平衡正向移动，c(CH3OH)应瞬间增大，而不是逐渐增大，D项错误。]
3．(2021·吉林长春调研)在一恒容的密闭容器中充入0.1 mol·L－1 CO2、0.1 mol·L－1CH4，在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．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
A [p1、p2、p3、p4是四条等压线，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，即平衡常数K＝≈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项正确。]
4．(2021·四川绵阳诊断)在恒容密闭容器中进行反应：2CO2(g)＋6H2(g)C2H5OH(g)＋3H2O(g) ΔH。在某压强下起始时按不同氢碳比投料(如图中曲线①②③)，测得CO2的平衡转化率与温度的关系如图所示，下列有关说法正确的是( )
A．该反应的ΔH>0
B．氢碳比：①<②<③
C．其他条件不变的情况下，增大容器的体积可提高CO2的转化率
D．若起始CO2的浓度为2 mol·L－1、H2为4 mol·L－1，在图中曲线③氢碳比条件下进行，则400 K时该反应的平衡常数数值约为1.7
D [根据图像可知，在氢碳比相等的条件下，随着温度的升高，CO2的转化率降低，说明升高温度，平衡向逆反应方向移动，因此正反应是放热反应，ΔH<0，A项错误；氢碳比越大，CO2的转化率越高，根据图像可知，在温度相等的条件下，CO2的转化率：①>②>③，则氢碳比：①>②>③，B项错误；正反应是气体体积减小的反应，因此其他条件不变的情况下，增大容器的体积，压强减小，平衡向逆反应方向移动，可降低CO2的转化率，C项错误；根据图像可知，400 K时曲线③中CO2的转化率是50%，这说明消耗CO2 1 mol·L－1，则消耗氢气3 mol·L－1，生成乙醇和水蒸气分别是0.5 mol·L－1、1.5 mol·L－1，剩余CO2和氢气分别是1 mol·L－1、1 mol·L－1，该温度下平衡常数K＝≈1.7，D项正确。]
5．(2021·安徽芜湖检测)将一定量氨基甲酸铵(NH2COONH4)加入密闭容器中，发生反应：NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)。该反应的平衡常数的负对数(－lgK)值随温度(T)的变化曲线如图所示，下列说法错误的是( )
A．C点对应状态的平衡常数K(C)＝10－3.638
B．该反应的ΔH>0
C．NH3的体积分数不变时，该反应一定达到平衡状态
D．30 ℃时，B点对应状态的v(正)
一、选择题：本题包括10小题，每小题只有一个选项最符合题意。
1．(2020·北京西城区期末)硫代硫酸钠溶液与稀硫酸反应的化学方程式为Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋SO2↑＋S↓＋H2O。下列各组实验中最先出现浑浊现象的是( )
实验
温度/℃
Na2S2O3溶液
稀H2SO4
V/(mL)
c/(mol·L－1)
V/(mL)
c/(mol·L－1)
A
25
5
0.1
10
0.1
B
25
5
0.2
5
0.2
C
35
5
0.1
10
0.1
D
35
5
0.2
5
0.2
D [反应体系的温度越高，c(Na2S2O3)越大，反应速率越快，越先出现浑浊，故D先出现浑浊。]
2．(2021·湖南张家界检测)在一定体积的密闭容器中，进行化学反应：CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)，化学平衡常数(K)和温度(t)的关系如下表：
t/ ℃
700
800
830
1 000
1 200
K
0.6
0.9
1.0
1.7
2.6
根据以上信息推断以下说法正确的是( )
A．升高温度，该反应向逆反应方向移动
B．此反应只有达到平衡时，密闭容器中的压强才不会变化
C．该反应在1 000 ℃时的反应速率一定比700 ℃时大
D．该反应的反应物的转化率越大，化学平衡常数越大
C [升高温度，平衡常数K增大，说明升高温度，平衡正向移动，A项错误；该反应前后气体总分子数不变，恒容条件下，气体的压强始终不变，B项错误；升高温度，活化分子百分数增大，反应速率加快，故在1 000 ℃时的反应速率一定比700 ℃时大，C项正确；若温度不变，增大CO2的浓度，H2的转化率增大，但平衡常数不变，D项错误。]
3．(2021·天津部分区联考)某温度下，在一个2 L的密闭容器中，加入4 mol A和2 mol B进行如下反应：2A(g)＋B(g)C(s)＋3D(g)，反应2 min后达到平衡，测得生成1.6 mol C，下列说法不正确的是( )
A．前2 min D的平均反应速率为1.2 mol/(L·min)
B．此时B的平衡转化率为40%
C．增大该体系的压强，平衡不移动
D．该温度下平衡常数K＝432
B [反应2 min达到平衡，生成1.6 mol C同时应生成4.8 mol D，则有v(D)＝＝1.2 mol/(L·min)，A项正确；生成1.6 mol C，必然消耗1.6 mol B，则B的平衡转化率为×100%＝80%，B项错误；该反应前后气体总分子数不变，增大体系的压强，平衡不移动，C项正确；2 min达到平衡时，A、B和D的物质的量浓度(mol/L)分别为0.4、0.2和2.4，则该温度下平衡常数K＝＝432，D项正确。 ]
4．(2021·重庆南川中学检测)已知反应：2NO2(g) N2O4(g) ΔH<0，N2O4的体积分数随温度的变化平衡曲线如图所示。下列相关描述正确的是( )
A．平衡常数值：Kb
C．T2温度下，d点反应速率：v(正)
B [ΔH＜0，温度越高K值越小，c点温度高于b点，则有平衡常数值：Kb>Kc，A项错误；T1温度下，a点N2O4体积分数大于平衡值，若由a点达到平衡，应减小压强，使平衡逆向移动，B项正确；T2温度下，d点处于平衡曲线下方，N2O4体积分数小于平衡值，此时反应正向进行，则有v(正)>v(逆)，C项错误；从b点变为c点，体系的温度升高，只要增加N2O4的物质的量不能达到要求，D项错误。]
5．(2020·天津滨海七校联考)可逆反应：mA(s)＋nB(g) eC(g)＋fD(g)，反应过程中，其他条件不变时，C的百分含量(C%)与温度(T)、压强(P)的关系如图所示。下列叙述中正确的是( )
A．达平衡后，升高温度，则平衡常数K减小
B．达到平衡后，加入催化剂，C%增大
C．化学方程式中：n>e＋f
D．达到平衡后，增加A的量，B的转化率增大
A [根据“先拐先平，速率大”的规律，温度为T2时先达到平衡，则温度：T1P1；压强为P2时C%小于压强为P1时C%，说明压强增大，平衡逆向移动，则有n
A．反应①的活化能大于反应③的活化能
B．反应②的平衡常数K＝
C．要提高合成COCl2的速率，关键是提高反应②的速率
D．选择合适的催化剂能加快该反应的速率，并提高COCl2的平衡产率
B [①是快反应，③是慢反应，则反应①的活化能小于反应③的活化能，A项错误；反应②存在v正＝k正c(CO)c(Cl·)、v逆＝k逆c(COCl·)，达到平衡时v正＝v逆，则有k正c(CO)c(Cl·)＝k逆c(COCl·)，反应②的平衡常数为K＝＝，B项正确；整个过程中反应速率由慢反应决定，反应③是慢反应，故提高合成COCl2的速率，关键是提高反应③的速率，C项错误；催化剂只能改变反应速率，但不能使平衡发生移动，故不能提高COCl2的平衡产率，D项错误。]
7．(2021·河南郑州一中检测)已知反应：4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g) ΔH＝－1 025 kJ·mol－1。若起始时两种反应物的物质的量相同，则下列关于该反应的示意图不正确的是( )
C [温度一定时，增大压强，平衡逆向移动，混合气体的平均相对分子质量增大；压强一定时，降低温度，平衡正向移动，气体总物质的量增大，气体的平均相对分子质量减小，与图像不符合，C项错误。]
8．(2021·山西大学附中检测)在100 ℃时，将0.5 mol N2O4通入体积为5 L的真空密闭容器中，立即出现红棕色，反应进行到2 s时，NO2的浓度为0.02 mol/L。在60 s时，体系已达平衡，此时容器内压强为开始时的1.6 倍。下列说法正确的是( )
A．前2 s以N2O4的浓度变化表示的平均反应速率为0.01 mol/(L·s)
B．在平衡时体系内N2O4的物质的量为0.25 mol
C. 在2s时体系内的压强为开始时的1.1倍
D．平衡时，N2O4的转化率为40%
C [N2O4通入密闭容器中存在平衡：N2O4(g)2NO2(g)，反应进行到2s时，NO2的浓度为0.02 mol/L，则有v(NO2)＝＝0.01 mol/(L·s)，v(N2O4)＝v(NO2)＝×0.01 mol/(L·s)＝0.005 mol/(L·s)，A项错误。平衡时压强为开始时的1.6 倍，根据气体的压强之比等于其物质的量之比，则平衡时气体总物质的量为0.5 mol×1.6＝0.8 mol，结合化学方程式可知，平衡时体系内N2O4的物质的量为0.20 mol，B项错误。反应进行到2 s时，NO2的浓度为0.02 mol/L，则有n(NO2)＝0.02 mol/L×5 L＝0.1 mol，此时气体总物质的量为0.55 mol，则气体总物质的量为起始时的1.1倍，故2 s时体系内的压强为开始时的1.1倍，C项正确。平衡时，体系内N2O4的物质的量为0.20 mol，则N2O4的转化率为×100%＝60%，D项错误。]
9．(2021·山东实验中学检测)将不同物质的量的M(g)和N(g)分别通入体积为2 L的恒容密闭容器中，进行反应M(g)＋N(g) P(g)＋Q(g)，得到如下两组数据：
实验组
温度/℃
起始量/mol
平衡量/mol
达到平衡所需时间/min
N
M
Q
M
1
650
2
4
1.6
2.4
5
2
900
1
2
0.4
1.6
3
下列说法正确的是( )
A．将实验2的体积压缩为1 L，c(Q)为0.4 mol/L
B．温度升高，该反应的平衡常数增大
C．选择合适的催化剂可降低该反应的活化能，提高M的转化率
D．实验1中M的化学反应速率为0.32 mol/(L·min)
A [900 ℃时，实验2达到平衡，n(Q)＝0.4mol，将体积压缩为1 L，平衡不移动，则有c(Q)为0.4 mol/L，A项正确；分析表中数据，650 ℃时，反应正向进行的程度大，则该反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小，B项错误；选择合适的催化剂可降低该反应的活化能，由于平衡不移动，M的转化率不变，C项错误；实验1中5 min达到平衡时，消耗1.6 mol M，则有v(M)＝＝0.16 mol/(L·min)，D项错误。]
10．(2021·天津和平区调研)T℃时，将2.0 mol A(g)和2.0 mol B(g)充入体积为1 L的密闭容器中，在一定条件下发生反应：A(g)＋B(g)2C(g)＋D(s) ΔH<0；t时刻反应达到平衡时，C(g)为2.0 mol。下列说法正确的是( )
A．t时刻反应达到平衡时，A(g)的体积分数为20%
B．T ℃时，该反应的化学平衡常数为K＝2
C．t时刻反应达到平衡后，缩小容器的体积，平衡逆向移动
D．T ℃时，若将A(g)、B(g)各1.0 mol充入同样容器，平衡后，A的转化率α(A)为50%
D [t时刻反应达到平衡时，C(g)为2.0 mol，则反应消耗1.0 mol A和1.0 mol B，故A(g)的体积分数为×100%＝25%，A项错误；T ℃时，A、B、C的平衡浓度(mol/L)分别为1.0、1.0和2.0，则该反应的化学平衡常数为K＝＝4.0，B项错误；t时刻反应达到平衡后，缩小容器的体积，平衡不移动，C项错误；T ℃时，若将A(g)、B(g)各1.0 mol充入同样容器，与保持物质的量不变，扩大体积是等效平衡，故A的转化率α(A)为×100%＝50%，D项正确。]
二、非选择题：本题包括2小题。
11．(2020·山东临沂一模)在钯基催化剂表面上，甲醇制氢的反应历程如下图所示，其中吸附在钯催化剂表面上的物种用*标注。
(1)CH3(OH)(g)CO(g)＋2H2(g)的ΔH＝____________________________________
kJ·mol－1；该历程中最大能垒(活化能)E正＝_______________________________________
kJ·mol－1，写出该步骤的化学方程式________________________________。
(2)在一定温度下，CO和H2混合气体发生反应：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)，反应速率v＝v正－v逆＝k正c(CO)·c2(H2)－k逆c(CH3OH)，k正、k逆分别为正、逆反应速率常数。达到平衡后，若加入高效催化剂，将________(填“增大”、“减小”或“不变”)；若升高温度，将________(填 “增大”、“减小”或“不变”)。
(3)353 K时，在刚性容器中充入CH3OH(g)，发生反应：CH3OH(g) CO(g)＋2H2(g)。体系的总压强p随时间t的变化如下表所示：
t/min
0
5
10
15
20
∞
p/kPa
101.2
107.4
112.6
116.4
118.6
121.2
①若升高反应温度至373 K，则CH3OH(g)分解后体系压强p∞(373 K)________121.2 kPa(填“大于”、“等于”或“小于”)，原因是____________________________________
________________________________________________________________________。
②353 K时，该反应的平衡常数Kp＝________(kPa)2(Kp为以分压表示的平衡常数，计算结果保留1位小数)。
解析 (2)达到平衡时v正＝v逆，则有k正c(CO)·c2(H2)＝k逆c(CH3OH)，平衡常数K＝＝；加入高效催化剂，平衡不移动，平衡常数K不变，则不变。结合(1)推知，反应CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，平衡常数K减小，则减小。
(3)①反应CH3OH(g)CO(g)＋2H2(g)为吸热反应，温度升高，平衡正向移动，气体总物质的量增大，气体总压强增大，故CH3OH(g)分解后体系压强p∞(373 K)大于121.2 kPa。
②373K时刚性容器中进行反应，保持恒温恒容条件，由阿伏加德罗定律可知，气体的压强与其物质的量成正比，可用压强(p)表示物质的量(n)的变化。
CH3OH(g) CO(g)＋2H2(g)
起始压强/kPa 101.2 0 0
变化压强/kPa x x 2x
平衡压强/kPa 101.2－x x 2x
由表中数据可知，平衡时气体总压强为121.2 kPa，则有101.2－x＋x＋2x＝121.2 kPa，解得x＝10.0，从而推知CH3OH、CO、H2的平衡压强分别为91.2 kPa、10 kPa和20 kPa，故353 K时，该反应的平衡常数Kp＝＝≈43.9(kPa)2。
答案 (1)＋97.9 179.6 CO*＋4H*===CO*＋2H2(g)，或4H*===2H2(g)
(2)不变 减小
(3)①大于 温度升高，容器体积不变，总压强增大；反应CH3OH(g)CO(g)＋2H2(g)为吸热反应，温度升高，平衡正向移动，气体总物质的量增大，气体总压强增大
②43.9
12．(2021·河南平顶山检测)水煤气变换：CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) ΔH＜0是重要的化工过程，主要用于合成氨、制氢以及合成气加工等工业领域中。回答下列问题：
(1)将一定量的CO(g)和H2O(g)充入某恒容密闭容器中，测得在不同催化剂作用下，相同时间内CO的转化率与温度的变化如图1所示：点1～3中，达到平衡状态的点是________；降低水煤气变换反应活化能效果最差的催化剂是________(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”) 。
图1
(2)对于反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，采用催化剂I，在1 073 K和973 K时，在恒容密闭容器中充入等物质的量的CO(g)和H2O(g)，CO的转化率随时间变化的结果如图2所示：
图2
①下列能表示该反应达到化学平衡状态的是________(填字母)。
A．容器内压强不再变化
B．容器内气体的密度不再变化
C．混合气体的平均摩尔质量不再变化
D．v正(CO)＝v逆(CO2)
②973 K时CO的平衡转化率α＝________%，1 073 K时该反应的平衡常数K＝________(写成分数形成，下同)。
③已知反应速率v＝v正－v逆＝k正x(CO)·x(H2O)－k逆x(CO2)·x(H2)，k正、k逆分别为正、逆向反应速率常数，x为物质的量分数，计算点a处的＝________。
解析 (1)从图像中可知，同等条件下，在催化剂Ⅰ的作用下，相同时间内CO的转化率是最高的，所以催化剂Ⅰ的催化效果是最好的，催化剂Ⅲ效果最差，速率最慢，所以降低活化能的效果最差；该反应在点3达到平衡状态。
(2)①该反应为气体分子数不变的反应，故反应过程中，容器内压强始终不变，A项错误；恒容则容器体积不变，容器内气体的质量不变，故混合气体的密度始终不变，B项错误；气体的质量不变，气体的物质的量也不变，混合气体的平均摩尔质量也一直保持不变，C项错误；该反应过程中始终存在v正(CO)＝v正(CO2)，所以v正(CO)＝v逆(CO2)时，同一种物质的反应速率v正＝v逆，反应达到平衡状态，故v正(CO)2＝v逆(CO2)可以作为反应达到平衡的标志，D项正确。②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，973 K时反应的平衡转化率是27%。设CO(g)、H2O(g)的浓度均为1 mol·L－1，由图知，1 073 K时CO的平衡转化率为25%。由三段式可知：
CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)
起始/(mol·L－1) 1 1 0 0
转化/(mol·L－1) 0.25 0.25 0.25 0.25
平衡/(mol·L－1) 0.75 0.75 0.25 0.25
K＝＝。
③由v＝v正—v逆＝k正x(CO)·x(H2O)—k逆x(CO2)·x(H2)可知：v正＝k正x(CO)·x(H2O)；v逆＝k逆x(CO2)·x(H2)。平衡时有v正＝v逆，即＝＝K＝，点a处CO的转化率为20%。由三段式可知：
CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)
1 1 0 0
0.20 0.20 0.20 0.20
0.80 0.80 0.20 0.20
点a处的＝＝＝。
答案 (1)3 Ⅲ
(2)①D ②27 ③
专题突破(七) 化学反应速率和化学平衡图像的分析
化学反应速率和平衡的图像及分析是高考考查的重点，此类试题将抽象的理论知识图像化，既能考查考生化学反应速率和平衡的相关知识，又能考查学生读图、识图，并应用知识解决综合问题的能力，要求考生获取有关信息、识别有效证据、推测反应结果、归纳总结规律，体现《中国高考评价体系》对于“学习掌握”“思维方法”等化学科核心素养的要求。
分析、解答化学反应速率和化学平衡图像题的思维流程如下：
1．化学反应速率图像及分析
(1)“渐变”类vt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vt图像
图像
分析
结论
t1时v正′、v逆′均突然增大，且v正′＞v逆′；平衡向正反应方向移动
t1时其他条件不变，增大反应体系的压强且m＋n＞p＋q(正反应为体积减小的反应)
t1时其他条件不变，升高温度且ΔH＞0(正反应为吸热反应)
t1时v正′、v逆′均突然增大，且v逆′＞v正′；平衡向逆反应方向移动
t1时其他条件不变，增大反应体系的压强且m＋n＜p＋q(正反应为体积增大的反应)
t1时其他条件不变，升高温度且ΔH＜0(正反应为放热反应)
t1时v正′、v逆′均突然减小，且v正′＞v逆′；平衡向正反应方向移动
t1时其他条件不变，减小反应体系的压强且m＋n＜p＋q(正反应为体积增大的反应)
t1时其他条件不变，降低温度且ΔH＜0(正反应为放热反应)
t1时v逆′、v正′均突然减小，且v逆′＞v正′；平衡向逆反应方向移动
t1时其他条件不变，减小反应体系的压强且m＋n＞p＋q(正反应为体积减小的反应)
t1时其他条件不变，降低温度且ΔH＞0(正反应为吸热反应)
(3)“平台”类vt图像
图像
分析
结论
t1时v正′、v逆′均突然增大且v正′＝v逆′，平衡不移动
t1时其他条件不变使用催化剂
t1时其他条件不变增大反应体系的压强且m＋n＝p＋q(反应前后气体体积无变化)
t1时v正′、v逆′均突然减小且v正′＝v逆′，平衡不移动
t1时其他条件不变，减小反应体系的压强且m＋n＝p＋q(反应前后气体体积无变化)
2.化学平衡图像及分析
(1)浓度时间图像
例如，反应A(g)＋B(g)⇌AB(g)，充入一定量A(g)和B(g)，达到平衡过程如图所示：
(2)含量时间温度(压强)(C%指产物的质量分数，B%指某反应物的质量分数)
(3)恒压(或恒温)线(α表示反应物的转化率，c表示反应物的平衡浓度)
图①，若则正反应为气体体积减小的反应，p1>p2>p3，ΔH＜0；
图②，正反应为气体体积增大的反应，若T1>T2，则正反应为放热反应。
(4)几类特殊图像
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(如下图)。L线的左上方(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。
(2021·山东日照一模)已知反应：CH2===CHCH3(g)＋Cl2(g)CH2===CHCH2Cl(g)＋HCl(g)。在一定压强下，按ω＝向密闭容器中充入氯气与丙烯。图甲表示平衡时，丙烯的体积分数(φ)与温度(T)、ω的关系，图乙表示反应的平衡常数K与温度T的关系。则下列说法正确的是( )
A．图甲中ω1＞1
B．图乙中，线A表示正反应的平衡常数
C．在恒容容器中进行，压强不变时反应达到平衡状态
D．当温度为T1、ω＝2时，Cl2的转化率为33.3%
D [温度一定时，增大，平衡时丙烯的体积分数减小，故图甲中ω1＜1，A项错误。由图甲可知，一定时，升高温度，丙烯的体积分数增大，说明升高温度，平衡逆向移动，则该反应的ΔH＜0；升高温度，平衡逆向移动，则平衡常数K减小，故图乙中线A代表逆反应的平衡常数，B项错误。该反应前后气体计量数和相等，气体总物质的量不变，故恒容时气体压强始终不变，不能根据压强判断是否达到平衡状态，C项错误。由图乙可知，T1时正、逆反应平衡常数均为1，ω＝＝2，设n(Cl2)＝2 mol，n(CH2===CHCH3)＝1 mol，平衡时转化的Cl2为x mol，容器的容积为1 L，则有
CH2===CHCH3(g)＋Cl2(g)CH2===CHCH2Cl(g)＋HCl(g)
起始浓度
/mol·L－1 1 2 0 0
转化浓度
/mol·L－1 x x x x
平衡浓度
/mol·L－1 1－x 2－x x x
则T1时平衡常数K＝＝1，解得x＝ mol，故Cl2的转化率为×100%≈33.3%，D项正确。]
(2021·河北邢台调研)在一定温度下，向2 L恒容密闭容器中充入1 mol A，发生2A(g) B(g)＋C(g)反应。反应过程中c(C)随时间变化的曲线如图所示，下列说法不正确的是( )
A．反应在0～50 s的平均速率v(C)＝1.6×10－3 mol·L－1·s－1
B．该温度下，反应的平衡常数K＝0.025 mol·L－1
C．保持其他条件不变，升高温度，平衡时c(B)＝0.09 mol·L－1，则该反应的ΔH＜0
D．反应达平衡后，再向容器中充入1 mol A，该温度下再达到平衡时，A的转化率不变
B [0～50 s内c(C)增大0.08 mol·L－1，则有v(C)＝＝1.6×10－3 mol·L－1·s－1，A项正确；达到平衡时，c(C)＝0.10 mol·L－1，结合反应可知，平衡时A、B的平衡浓度分别为0.30 mol·L－1、0.10 mol·L－1，则该温度下，反应的平衡常数K＝＝，B项错误；其他条件不变，升高温度，平衡时c(B)＝0.09 mol·L－1＜0.10 mol·L－1，说明平衡逆向移动，则该反应的ΔH＜0，C项正确；平衡后再充入1 mol A与保持n(A)不变，同时缩小容器容积是等效平衡，而缩小容积过程，由于反应前后气体体积不变，所以平衡不移动，故A的转化率不变，D项正确。]
(2021·黑龙江哈尔滨三中检测)在密闭容器中进行反应：X(g)＋2Y(g) 2Z(g) ΔH>0。下图能正确表示该反应有关物理量变化规律的是( )
C [该反应为吸热反应，升高温度平衡正向移动，正反应速率大于逆反应速率，正反应速率在上方，与图像不符， A项错误；升高温度平衡正向移动，Z%增大，则200 ℃时Z%大，与图像不符，B项错误；该反应为气体体积减小的吸热反应，增大压强、升高温度，平衡均正向移动，X的转化率大，与图像一致，C项正确；催化剂对平衡移动无影响，可加快反应速率，但平衡常数与温度有关，恒温条件K值不会随时间发生变化，与图像不符，D项错误。]
1．(2021·河南豫南九校联考)有可逆反应：A(g)＋3B(g)2C(g) ΔH<0。
已知在t1、t3、t5、t7时反应都达到平衡，如果t2、t4、t6、t8时都只改变了一个反应条件，则下列对t2、t4、t6、t8时改变条件的判断正确的是( )
A．降低温度、增大压强、减小反应物浓度、使用催化剂
B．使用催化剂、增大压强、增大反应物浓度、升高温度
C．增大反应物浓度、使用催化剂、减小压强、升高温度
D．升高温度、减小压强、增大反应物浓度、使用催化剂
D [t2时刻，v(正)瞬间增大，t3时刻达到平衡时，v(正)大于t1～t2时刻平衡状态，降低温度，v(正)减小，A错误；t4时刻，v(逆)瞬间减小，增大压强或使用催化剂，v(逆)瞬间增大，而减小压强，v(逆)减小，故B、C均错误，D正确。]
2．(2021·湖南长郡联考)在容积为1 L的密闭容器中，充入1 mol CO2和3 mol H2，在500 ℃时发生反应：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＜0。CH3OH的浓度随时间变化如图所示，下列说法不正确的是( )
A．从反应开始到10 min时，H2的平均反应速率v(H2)＝0.15 mol/(L·min)
B．从开始到25 min，CO2的转化率是70%
C．其他条件不变，将温度升到700 ℃，再次达平衡时平衡常数减小
D．从20 min到25 min达到新的平衡，可能是增大压强
D [0～10 min 内c(CH3OH)增大0.50 mol/L，则有v(CH3OH)＝＝0.05 mol/(L·min)，根据反应速率与化学计量数的关系可得：v(H2)＝3v(CH3OH)＝0.15 mol/(L·min)，A项正确；0～25 min内c(CH3OH)增大0.70 mol/L，反应生成0.70 mol CH3OH，根据方程式可知，同时消耗0.70 mol CO2，则CO2的转化率为×100%＝70%，B项正确；其他条件不变，升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小，C项正确；由图可知，20～25 min内增大压强，平衡正向移动，c(CH3OH)应瞬间增大，而不是逐渐增大，D项错误。]
3．(2021·吉林长春调研)在一恒容的密闭容器中充入0.1 mol·L－1 CO2、0.1 mol·L－1CH4，在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．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
A [p1、p2、p3、p4是四条等压线，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，即平衡常数K＝≈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项正确。]
4．(2021·四川绵阳诊断)在恒容密闭容器中进行反应：2CO2(g)＋6H2(g)C2H5OH(g)＋3H2O(g) ΔH。在某压强下起始时按不同氢碳比投料(如图中曲线①②③)，测得CO2的平衡转化率与温度的关系如图所示，下列有关说法正确的是( )
A．该反应的ΔH>0
B．氢碳比：①<②<③
C．其他条件不变的情况下，增大容器的体积可提高CO2的转化率
D．若起始CO2的浓度为2 mol·L－1、H2为4 mol·L－1，在图中曲线③氢碳比条件下进行，则400 K时该反应的平衡常数数值约为1.7
D [根据图像可知，在氢碳比相等的条件下，随着温度的升高，CO2的转化率降低，说明升高温度，平衡向逆反应方向移动，因此正反应是放热反应，ΔH<0，A项错误；氢碳比越大，CO2的转化率越高，根据图像可知，在温度相等的条件下，CO2的转化率：①>②>③，则氢碳比：①>②>③，B项错误；正反应是气体体积减小的反应，因此其他条件不变的情况下，增大容器的体积，压强减小，平衡向逆反应方向移动，可降低CO2的转化率，C项错误；根据图像可知，400 K时曲线③中CO2的转化率是50%，这说明消耗CO2 1 mol·L－1，则消耗氢气3 mol·L－1，生成乙醇和水蒸气分别是0.5 mol·L－1、1.5 mol·L－1，剩余CO2和氢气分别是1 mol·L－1、1 mol·L－1，该温度下平衡常数K＝≈1.7，D项正确。]
5．(2021·安徽芜湖检测)将一定量氨基甲酸铵(NH2COONH4)加入密闭容器中，发生反应：NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)。该反应的平衡常数的负对数(－lgK)值随温度(T)的变化曲线如图所示，下列说法错误的是( )
A．C点对应状态的平衡常数K(C)＝10－3.638
B．该反应的ΔH>0
C．NH3的体积分数不变时，该反应一定达到平衡状态
D．30 ℃时，B点对应状态的v(正)
一、选择题：本题包括10小题，每小题只有一个选项最符合题意。
1．(2020·北京西城区期末)硫代硫酸钠溶液与稀硫酸反应的化学方程式为Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋SO2↑＋S↓＋H2O。下列各组实验中最先出现浑浊现象的是( )
实验
温度/℃
Na2S2O3溶液
稀H2SO4
V/(mL)
c/(mol·L－1)
V/(mL)
c/(mol·L－1)
A
25
5
0.1
10
0.1
B
25
5
0.2
5
0.2
C
35
5
0.1
10
0.1
D
35
5
0.2
5
0.2
D [反应体系的温度越高，c(Na2S2O3)越大，反应速率越快，越先出现浑浊，故D先出现浑浊。]
2．(2021·湖南张家界检测)在一定体积的密闭容器中，进行化学反应：CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)，化学平衡常数(K)和温度(t)的关系如下表：
t/ ℃
700
800
830
1 000
1 200
K
0.6
0.9
1.0
1.7
2.6
根据以上信息推断以下说法正确的是( )
A．升高温度，该反应向逆反应方向移动
B．此反应只有达到平衡时，密闭容器中的压强才不会变化
C．该反应在1 000 ℃时的反应速率一定比700 ℃时大
D．该反应的反应物的转化率越大，化学平衡常数越大
C [升高温度，平衡常数K增大，说明升高温度，平衡正向移动，A项错误；该反应前后气体总分子数不变，恒容条件下，气体的压强始终不变，B项错误；升高温度，活化分子百分数增大，反应速率加快，故在1 000 ℃时的反应速率一定比700 ℃时大，C项正确；若温度不变，增大CO2的浓度，H2的转化率增大，但平衡常数不变，D项错误。]
3．(2021·天津部分区联考)某温度下，在一个2 L的密闭容器中，加入4 mol A和2 mol B进行如下反应：2A(g)＋B(g)C(s)＋3D(g)，反应2 min后达到平衡，测得生成1.6 mol C，下列说法不正确的是( )
A．前2 min D的平均反应速率为1.2 mol/(L·min)
B．此时B的平衡转化率为40%
C．增大该体系的压强，平衡不移动
D．该温度下平衡常数K＝432
B [反应2 min达到平衡，生成1.6 mol C同时应生成4.8 mol D，则有v(D)＝＝1.2 mol/(L·min)，A项正确；生成1.6 mol C，必然消耗1.6 mol B，则B的平衡转化率为×100%＝80%，B项错误；该反应前后气体总分子数不变，增大体系的压强，平衡不移动，C项正确；2 min达到平衡时，A、B和D的物质的量浓度(mol/L)分别为0.4、0.2和2.4，则该温度下平衡常数K＝＝432，D项正确。 ]
4．(2021·重庆南川中学检测)已知反应：2NO2(g) N2O4(g) ΔH<0，N2O4的体积分数随温度的变化平衡曲线如图所示。下列相关描述正确的是( )
A．平衡常数值：Kb
C．T2温度下，d点反应速率：v(正)
B [ΔH＜0，温度越高K值越小，c点温度高于b点，则有平衡常数值：Kb>Kc，A项错误；T1温度下，a点N2O4体积分数大于平衡值，若由a点达到平衡，应减小压强，使平衡逆向移动，B项正确；T2温度下，d点处于平衡曲线下方，N2O4体积分数小于平衡值，此时反应正向进行，则有v(正)>v(逆)，C项错误；从b点变为c点，体系的温度升高，只要增加N2O4的物质的量不能达到要求，D项错误。]
5．(2020·天津滨海七校联考)可逆反应：mA(s)＋nB(g) eC(g)＋fD(g)，反应过程中，其他条件不变时，C的百分含量(C%)与温度(T)、压强(P)的关系如图所示。下列叙述中正确的是( )
A．达平衡后，升高温度，则平衡常数K减小
B．达到平衡后，加入催化剂，C%增大
C．化学方程式中：n>e＋f
D．达到平衡后，增加A的量，B的转化率增大
A [根据“先拐先平，速率大”的规律，温度为T2时先达到平衡，则温度：T1
A．反应①的活化能大于反应③的活化能
B．反应②的平衡常数K＝
C．要提高合成COCl2的速率，关键是提高反应②的速率
D．选择合适的催化剂能加快该反应的速率，并提高COCl2的平衡产率
B [①是快反应，③是慢反应，则反应①的活化能小于反应③的活化能，A项错误；反应②存在v正＝k正c(CO)c(Cl·)、v逆＝k逆c(COCl·)，达到平衡时v正＝v逆，则有k正c(CO)c(Cl·)＝k逆c(COCl·)，反应②的平衡常数为K＝＝，B项正确；整个过程中反应速率由慢反应决定，反应③是慢反应，故提高合成COCl2的速率，关键是提高反应③的速率，C项错误；催化剂只能改变反应速率，但不能使平衡发生移动，故不能提高COCl2的平衡产率，D项错误。]
7．(2021·河南郑州一中检测)已知反应：4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g) ΔH＝－1 025 kJ·mol－1。若起始时两种反应物的物质的量相同，则下列关于该反应的示意图不正确的是( )
C [温度一定时，增大压强，平衡逆向移动，混合气体的平均相对分子质量增大；压强一定时，降低温度，平衡正向移动，气体总物质的量增大，气体的平均相对分子质量减小，与图像不符合，C项错误。]
8．(2021·山西大学附中检测)在100 ℃时，将0.5 mol N2O4通入体积为5 L的真空密闭容器中，立即出现红棕色，反应进行到2 s时，NO2的浓度为0.02 mol/L。在60 s时，体系已达平衡，此时容器内压强为开始时的1.6 倍。下列说法正确的是( )
A．前2 s以N2O4的浓度变化表示的平均反应速率为0.01 mol/(L·s)
B．在平衡时体系内N2O4的物质的量为0.25 mol
C. 在2s时体系内的压强为开始时的1.1倍
D．平衡时，N2O4的转化率为40%
C [N2O4通入密闭容器中存在平衡：N2O4(g)2NO2(g)，反应进行到2s时，NO2的浓度为0.02 mol/L，则有v(NO2)＝＝0.01 mol/(L·s)，v(N2O4)＝v(NO2)＝×0.01 mol/(L·s)＝0.005 mol/(L·s)，A项错误。平衡时压强为开始时的1.6 倍，根据气体的压强之比等于其物质的量之比，则平衡时气体总物质的量为0.5 mol×1.6＝0.8 mol，结合化学方程式可知，平衡时体系内N2O4的物质的量为0.20 mol，B项错误。反应进行到2 s时，NO2的浓度为0.02 mol/L，则有n(NO2)＝0.02 mol/L×5 L＝0.1 mol，此时气体总物质的量为0.55 mol，则气体总物质的量为起始时的1.1倍，故2 s时体系内的压强为开始时的1.1倍，C项正确。平衡时，体系内N2O4的物质的量为0.20 mol，则N2O4的转化率为×100%＝60%，D项错误。]
9．(2021·山东实验中学检测)将不同物质的量的M(g)和N(g)分别通入体积为2 L的恒容密闭容器中，进行反应M(g)＋N(g) P(g)＋Q(g)，得到如下两组数据：
实验组
温度/℃
起始量/mol
平衡量/mol
达到平衡所需时间/min
N
M
Q
M
1
650
2
4
1.6
2.4
5
2
900
1
2
0.4
1.6
3
下列说法正确的是( )
A．将实验2的体积压缩为1 L，c(Q)为0.4 mol/L
B．温度升高，该反应的平衡常数增大
C．选择合适的催化剂可降低该反应的活化能，提高M的转化率
D．实验1中M的化学反应速率为0.32 mol/(L·min)
A [900 ℃时，实验2达到平衡，n(Q)＝0.4mol，将体积压缩为1 L，平衡不移动，则有c(Q)为0.4 mol/L，A项正确；分析表中数据，650 ℃时，反应正向进行的程度大，则该反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小，B项错误；选择合适的催化剂可降低该反应的活化能，由于平衡不移动，M的转化率不变，C项错误；实验1中5 min达到平衡时，消耗1.6 mol M，则有v(M)＝＝0.16 mol/(L·min)，D项错误。]
10．(2021·天津和平区调研)T℃时，将2.0 mol A(g)和2.0 mol B(g)充入体积为1 L的密闭容器中，在一定条件下发生反应：A(g)＋B(g)2C(g)＋D(s) ΔH<0；t时刻反应达到平衡时，C(g)为2.0 mol。下列说法正确的是( )
A．t时刻反应达到平衡时，A(g)的体积分数为20%
B．T ℃时，该反应的化学平衡常数为K＝2
C．t时刻反应达到平衡后，缩小容器的体积，平衡逆向移动
D．T ℃时，若将A(g)、B(g)各1.0 mol充入同样容器，平衡后，A的转化率α(A)为50%
D [t时刻反应达到平衡时，C(g)为2.0 mol，则反应消耗1.0 mol A和1.0 mol B，故A(g)的体积分数为×100%＝25%，A项错误；T ℃时，A、B、C的平衡浓度(mol/L)分别为1.0、1.0和2.0，则该反应的化学平衡常数为K＝＝4.0，B项错误；t时刻反应达到平衡后，缩小容器的体积，平衡不移动，C项错误；T ℃时，若将A(g)、B(g)各1.0 mol充入同样容器，与保持物质的量不变，扩大体积是等效平衡，故A的转化率α(A)为×100%＝50%，D项正确。]
二、非选择题：本题包括2小题。
11．(2020·山东临沂一模)在钯基催化剂表面上，甲醇制氢的反应历程如下图所示，其中吸附在钯催化剂表面上的物种用*标注。
(1)CH3(OH)(g)CO(g)＋2H2(g)的ΔH＝____________________________________
kJ·mol－1；该历程中最大能垒(活化能)E正＝_______________________________________
kJ·mol－1，写出该步骤的化学方程式________________________________。
(2)在一定温度下，CO和H2混合气体发生反应：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)，反应速率v＝v正－v逆＝k正c(CO)·c2(H2)－k逆c(CH3OH)，k正、k逆分别为正、逆反应速率常数。达到平衡后，若加入高效催化剂，将________(填“增大”、“减小”或“不变”)；若升高温度，将________(填 “增大”、“减小”或“不变”)。
(3)353 K时，在刚性容器中充入CH3OH(g)，发生反应：CH3OH(g) CO(g)＋2H2(g)。体系的总压强p随时间t的变化如下表所示：
t/min
0
5
10
15
20
∞
p/kPa
101.2
107.4
112.6
116.4
118.6
121.2
①若升高反应温度至373 K，则CH3OH(g)分解后体系压强p∞(373 K)________121.2 kPa(填“大于”、“等于”或“小于”)，原因是____________________________________
________________________________________________________________________。
②353 K时，该反应的平衡常数Kp＝________(kPa)2(Kp为以分压表示的平衡常数，计算结果保留1位小数)。
解析 (2)达到平衡时v正＝v逆，则有k正c(CO)·c2(H2)＝k逆c(CH3OH)，平衡常数K＝＝；加入高效催化剂，平衡不移动，平衡常数K不变，则不变。结合(1)推知，反应CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，平衡常数K减小，则减小。
(3)①反应CH3OH(g)CO(g)＋2H2(g)为吸热反应，温度升高，平衡正向移动，气体总物质的量增大，气体总压强增大，故CH3OH(g)分解后体系压强p∞(373 K)大于121.2 kPa。
②373K时刚性容器中进行反应，保持恒温恒容条件，由阿伏加德罗定律可知，气体的压强与其物质的量成正比，可用压强(p)表示物质的量(n)的变化。
CH3OH(g) CO(g)＋2H2(g)
起始压强/kPa 101.2 0 0
变化压强/kPa x x 2x
平衡压强/kPa 101.2－x x 2x
由表中数据可知，平衡时气体总压强为121.2 kPa，则有101.2－x＋x＋2x＝121.2 kPa，解得x＝10.0，从而推知CH3OH、CO、H2的平衡压强分别为91.2 kPa、10 kPa和20 kPa，故353 K时，该反应的平衡常数Kp＝＝≈43.9(kPa)2。
答案 (1)＋97.9 179.6 CO*＋4H*===CO*＋2H2(g)，或4H*===2H2(g)
(2)不变 减小
(3)①大于 温度升高，容器体积不变，总压强增大；反应CH3OH(g)CO(g)＋2H2(g)为吸热反应，温度升高，平衡正向移动，气体总物质的量增大，气体总压强增大
②43.9
12．(2021·河南平顶山检测)水煤气变换：CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) ΔH＜0是重要的化工过程，主要用于合成氨、制氢以及合成气加工等工业领域中。回答下列问题：
(1)将一定量的CO(g)和H2O(g)充入某恒容密闭容器中，测得在不同催化剂作用下，相同时间内CO的转化率与温度的变化如图1所示：点1～3中，达到平衡状态的点是________；降低水煤气变换反应活化能效果最差的催化剂是________(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”) 。
图1
(2)对于反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，采用催化剂I，在1 073 K和973 K时，在恒容密闭容器中充入等物质的量的CO(g)和H2O(g)，CO的转化率随时间变化的结果如图2所示：
图2
①下列能表示该反应达到化学平衡状态的是________(填字母)。
A．容器内压强不再变化
B．容器内气体的密度不再变化
C．混合气体的平均摩尔质量不再变化
D．v正(CO)＝v逆(CO2)
②973 K时CO的平衡转化率α＝________%，1 073 K时该反应的平衡常数K＝________(写成分数形成，下同)。
③已知反应速率v＝v正－v逆＝k正x(CO)·x(H2O)－k逆x(CO2)·x(H2)，k正、k逆分别为正、逆向反应速率常数，x为物质的量分数，计算点a处的＝________。
解析 (1)从图像中可知，同等条件下，在催化剂Ⅰ的作用下，相同时间内CO的转化率是最高的，所以催化剂Ⅰ的催化效果是最好的，催化剂Ⅲ效果最差，速率最慢，所以降低活化能的效果最差；该反应在点3达到平衡状态。
(2)①该反应为气体分子数不变的反应，故反应过程中，容器内压强始终不变，A项错误；恒容则容器体积不变，容器内气体的质量不变，故混合气体的密度始终不变，B项错误；气体的质量不变，气体的物质的量也不变，混合气体的平均摩尔质量也一直保持不变，C项错误；该反应过程中始终存在v正(CO)＝v正(CO2)，所以v正(CO)＝v逆(CO2)时，同一种物质的反应速率v正＝v逆，反应达到平衡状态，故v正(CO)2＝v逆(CO2)可以作为反应达到平衡的标志，D项正确。②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，973 K时反应的平衡转化率是27%。设CO(g)、H2O(g)的浓度均为1 mol·L－1，由图知，1 073 K时CO的平衡转化率为25%。由三段式可知：
CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)
起始/(mol·L－1) 1 1 0 0
转化/(mol·L－1) 0.25 0.25 0.25 0.25
平衡/(mol·L－1) 0.75 0.75 0.25 0.25
K＝＝。
③由v＝v正—v逆＝k正x(CO)·x(H2O)—k逆x(CO2)·x(H2)可知：v正＝k正x(CO)·x(H2O)；v逆＝k逆x(CO2)·x(H2)。平衡时有v正＝v逆，即＝＝K＝，点a处CO的转化率为20%。由三段式可知：
CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)
1 1 0 0
0.20 0.20 0.20 0.20
0.80 0.80 0.20 0.20
点a处的＝＝＝。
答案 (1)3 Ⅲ
(2)①D ②27 ③
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