資源簡介

(共43張PPT)
選擇題專攻
3.化學反應速率、化學平衡圖像分析
核心精講
01
化學平衡與平衡轉化率
(1)轉化率和平衡轉化率
轉化率有未達到平衡的轉化率和已達到平衡的平衡轉化率，在審題的時候一定要注意轉化率是否為平衡轉化率。
(2)轉化率與溫度的關系
可逆反應的焓變ΔH 升高溫度
吸熱反應，ΔH＞0 未達到平衡的轉化率增大
已達到平衡的平衡轉化率增大
放熱反應，ΔH＜0 未達到平衡的轉化率增大
已達到平衡的平衡轉化率減小
(3)增大反應物的濃度與平衡轉化率的關系(其中A、B、C均為氣體)
可逆反應 改變條件 平衡移動方向 反應物轉化率 備注
A＋B C 增大A的濃度 正向移動 α(A)減小 α(B)增大 －
A B＋C 增大A的濃度 正向移動 α(A)減小 反應物轉
化率實際
是考慮壓
強的影響
2A B＋C 增大A的濃度 正向移動 α(A)不變 3A B＋C 增大A的濃度 正向移動 α(A)增大 (4)如果兩氣體物質的投料比按照化學計量數投料，那么無論是否達到化學平衡，兩者的轉化率一直相等。
真題演練
02
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1.(2023·江蘇，13)二氧化碳加氫制甲烷過程中的主要反應為
CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－164.7 kJ·mol－1
CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝41.2 kJ·mol－1
在密閉容器中，1.01×105 Pa、n起始(CO2)∶n起始(H2)
＝1∶4時，CO2平衡轉化率、在催化劑作用下反應
相同時間所測得的CO2實際轉化率隨溫度的變化如
圖所示。CH4的選擇性可表示為 ×100%。
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下列說法正確的是
A.反應2CO(g)＋2H2(g)===CO2(g)＋CH4(g)的焓變
　ΔH＝－205.9 kJ·mol－1
B.CH4的平衡選擇性隨著溫度的升高而增加
C.用該催化劑催化二氧化碳反應的最佳溫度范圍
　約為480～530 ℃
D.450 ℃時，提高　　　　 的值或增大壓強，均能使CO2平衡轉化率達
　到X點的值
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由蓋斯定律可知反應2CO(g)＋2H2(g)===CO2(g)
＋CH4(g)的焓變ΔH＝－2×41.2 kJ·mol－1－164.7 kJ·mol－1＝－247.1 kJ·mol－1，A錯誤；
CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(g)為放熱反應，升高溫度平衡逆向移動，CH4的含量降低，故CH4的平衡選擇性隨著溫度的升高而降低，B錯誤；
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450 ℃時，提高　　　　的值可提高二氧化碳
的平衡轉化率，增大壓強第一個反應平衡正
向移動，可提高二氧化碳的平衡轉化率，均能使CO2平衡轉化率達到X點的值，D正確。
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2.(2022·江蘇，13)乙醇-水催化重整可獲得H2。其主要反應為C2H5OH(g)＋3H2O(g)
===2CO2(g)＋6H2(g)　ΔH＝173.3 kJ·mol－1，CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝41.2 kJ·mol－1，在1.0×105 Pa、n始(C2H5OH)∶n始(H2O)＝1∶3時，若僅考慮上述反應，平衡時CO2和CO的選擇性及H2的產率隨溫度的變化如圖所示。
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√
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根據已知反應①C2H5OH(g)＋3H2O(g)===2CO2(g)
＋6H2(g)　ΔH＝173.3 kJ·mol－1，反應②CO2(g)
＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝41.2 kJ·mol－1，
且反應①的熱效應更大，故溫度升高對反應①
影響更大一些，即CO2選擇性增大，同時CO的
選擇性減小，根據CO的選擇性的定義可知③代表CO2的選擇性，①代表CO的選擇性，②代表H2的產率，A、B錯誤；
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兩種物質參加反應增大一種物質的濃度，會降低該物質的平衡轉化率，C錯誤；
加入CaO(s)與水反應放熱，對反應①影響較大，可以增大H2產率，或者選用對反應①影響較大的高效催化劑，也可以增大H2產率，D正確。
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3.(2021·江蘇，14)NH3與O2作用分別生成N2、NO、N2O的反應均為放熱反應。工業尾氣中的NH3可通過催化氧化為N2除去。將一定比例的NH3、O2和N2的混合氣體以一定流速通過裝有催化劑的反應管，NH3的轉化率、生成N2的選擇性
[　　　　 ×100%]與溫度的關系如圖所示。
下列說法正確的是
A.其他條件不變，升高溫度，NH3的平衡轉化率增大
B.其他條件不變，在175～300 ℃范圍，隨溫度的升
　高，出口處N2和氮氧化物的量均不斷增大
C.催化氧化除去尾氣中的NH3應選擇反應溫度高于250 ℃
D.高效除去尾氣中的NH3，需研發低溫下NH3轉化率高和N2選擇性高的催化劑
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√
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NH3與O2作用分別生成N2、NO、N2O的反應
均為放熱反應，根據勒夏特列原理，升高溫
度，平衡向逆反應方向移動，氨氣的平衡轉
化率降低，故A錯誤；
根據圖像，在175～300 ℃范圍，隨溫度的升高，N2的選擇性降低，即產生氮氣的量減少，故B錯誤；
根據圖像，溫度高于250 ℃ N2的選擇性降低，且氨氣的轉化率變化并不大，浪費能源，故溫度應略小于225 ℃，此時氨氣的轉化率、氮氣的選擇性較大，故C錯誤；
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氮氣對環境無污染，氮的氧化物污染環境，因此高效除去尾氣中的NH3，需研發低溫下NH3轉化率高和N2選擇性高的催化劑，故D正確。
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4.(2023·遼寧，12)一定條件下，酸性KMnO4溶液與H2C2O4發生反應，Mn(Ⅱ)起催化作用，過程中不同價態含Mn粒子的濃度隨時間變化如圖所示。下列說法正確的是
A.Mn(Ⅲ)不能氧化H2C2O4
B.隨著反應物濃度的減小，反應速率
　逐漸減小
C.該條件下，Mn(Ⅱ)和Mn(Ⅶ)不能大量共存
√
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由圖像可知，隨著時間的推移Mn(Ⅲ)的濃度先增大后減小，說明開始反應生成Mn(Ⅲ)，后Mn(Ⅲ)被消耗生成Mn(Ⅱ)，Mn(Ⅲ)能氧化H2C2O4，A項錯誤；
隨著反應物濃度的減小，到大約13 min時開始生成Mn(Ⅱ)，Mn(Ⅱ)對反應起催化作用，13 min后反應速率會增大，B項錯誤；
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Mn(Ⅶ)的濃度為0后才開始生成Mn(Ⅱ)，該條件下Mn(Ⅱ)和Mn(Ⅶ)不能大量共存，C項正確；
H2C2O4為弱酸，在離子方程式中不拆成離子，總反應為　　　＋
5H2C2O4＋6H＋===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O，D項錯誤。
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5.(2023·山東，14改編)一定條件下，化合物E和TFAA合成H的反應路徑如下：
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已知反應初始E的濃度為0.10 mol·L－1，TFAA的濃度為0.08 mol·L－1，部分物種的濃度隨時間的變化關系如圖所示，忽略反應過程中的體積變化。下列說法正確的是
A.t1時刻，體系中有E存在
B.t2時刻，體系中無F存在
C.E和TFAA反應生成F的活化能很大
D.反應達平衡后，TFAA的濃度為0.08 mol·L－1
√
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t1時刻TFAA濃度為0，則TFAA完全反應，
消耗的E為0.08 mol·L－1，E剩余0.02 mol·
L－1，故體系中有E存在，A正確；
由題給反應路徑和元素質量守恒知，體系
中TFAA、G、F的總濃度應為0.08 mol·L－1，由題圖知，t2時刻TFAA和G的濃度之和小于0.08 mol·L－1，則體系中一定存在F，B錯誤；
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由圖可知，反應剛開始TFAA的濃度迅速減
小為0，則E和TFAA的反應速率非常快，該
反應的活化能很小，C錯誤；
只有F、G全部轉化為H和TFAA時，TFAA的
濃度才能為0.08 mol·L－1，而G　　H＋TFAA為可逆反應，所以反應達平衡后，TFAA的濃度一定小于0.08 mol·L－1，D錯誤。
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考向預測
03
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1.(2022·江蘇蘇北、蘇中七市三模)優化焦炭水蒸氣重整工藝可制得CO含量較低的氫燃料。0.1 MPa 下，　　 ＝4，向容器中加入一定量的焦炭和水蒸氣。體系中發生如下反應：
反應Ⅰ.C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH＝＋131.3 kJ·mol－1
反應Ⅱ.CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝－41.2 kJ·mol－1
反應Ⅲ.2CO(g)＋2H2(g)===CH4(g)＋CO2(g)　ΔH＝－205.8 kJ·mol－1
達到平衡時，H2的產率和CO、CO2、CH4干態體積分數
( )隨溫度變
化如圖所示。下列說法正確的是
A.曲線B表示CO2干態體積分數隨溫度變化
B.制備CO含量低的氫燃料應選擇200～600 ℃
C.800～1 400 ℃，隨溫度升高H2的產率降低，是因為反應Ⅲ正向進行程
　度增大
D.1 200 ℃，向平衡體系中通入水蒸氣，再次達到平衡時，c(CO)·c(H2)的
　值比原平衡的大
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由CH4干態體積分數變化可知升高溫度反應Ⅲ平衡逆向移動，故升高溫度CO的量增加，即升高的曲線B代表CO，曲線A代表CO2，A錯誤；
由圖像分析，制備CO含量低的氫燃料應
選擇H2產率高且CO干態體積分數低的溫度范圍，即600～800 ℃，B錯誤；
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由CH4的干態體積分數線可知，當溫度高于800 ℃時，反應Ⅲ幾乎不發生，故H2產量降低與反應Ⅲ無關，C錯誤；
由反應Ⅰ的K＝ 　 ，溫度不變，平衡常數K不變，通入c(H2O)增大，故 c(CO)·c(H2)數值變大，D正確。
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2.(2023·海安高級中學高三下學期月考)CO2催化加氫合成甲醇是重要的碳捕獲利用與封存技術。CO2催化加氫主要反應有：
反應Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1＝－49.4 kJ·mol－1
反應Ⅱ.CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)　ΔH2＝＋41.2 kJ·mol－1
壓強分別為p1、p2時，將　　　　＝1∶3的混
合氣體置于密閉容器中反應，不同溫度下體系
中CO2的平衡轉化率和CH3OH、CO的選擇性如
圖所示。
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下列說法正確的是
A.反應CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g)為吸熱
　反應
B.曲線③④表示CO的選擇性，且p1＞p2
C.相同溫度下，反應Ⅰ、Ⅱ的平衡常數：
　K(Ⅰ)＞K(Ⅱ)
D.一定溫度下，調整　　　　＝1∶2，可提高CO2的平衡轉化率
√
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CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g)可由反應Ⅰ
－反應Ⅱ得到，ΔH＝－49.4 kJ·mol－1－
41.2 kJ·mol－1<0，故該反應為放熱反應，
A錯誤；
隨著溫度的升高，反應Ⅰ平衡逆向移動，
反應Ⅱ平衡正向移動，則CH3OH的選擇性隨溫度的升高而減小，CO的選擇性隨溫度的升高而增大，故曲線③④表示CO的選擇性，壓強增大，反應Ⅰ平衡正向移動，反應物濃度減小，促使反應Ⅱ化學平衡逆向移動，使CO選擇性減小，故p1>p2，B正確；
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未給定具體溫度，無法比較反應Ⅰ、Ⅱ的
化學平衡常數大小，C錯誤；
調整　　　　 ＝1∶2，CO2的起始濃度
增大，則CO2的平衡轉化率減小，D錯誤。
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3.在恒壓、NO和O2的起始濃度一定的條件下，催化反應2NO(g)＋O2(g)
2NO2(g)在相同時間內測得不同溫度下NO轉化率如圖中實線所示(虛線表示相同條件下NO的平衡轉化率隨溫度的變化)。下列說法正確的是
A.平衡常數：KMB.M點條件下，反應恰好達到平衡
C.N點條件下，增加O2濃度能提高NO轉化率
D.若P點條件下，O2起始濃度為a mol·L－1，則其
　平衡常數K＝
√
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由圖可知，在相同時間內，隨著溫度的升高，
NO的轉化率先升高后降低，說明溫度較低時
反應未達到平衡，溫度較高時反應速率加快，
再升高溫度時，NO轉化率反而降低，平衡逆
向移動，所以該反應為放熱反應，即ΔH<0，升高溫度，平衡逆向移動，平衡常數減小，則平衡常數：KM>KN>KP，故A錯誤；
由圖可知，M點NO的轉化率低于相同溫度下的平衡轉化率，所以M點不是平衡點，故B錯誤；
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P點條件下，NO的轉化率為50%，O2起始濃度為a mol·L－1，設NO的濃度為x mol·L－1，列三段式如下：
　　　　　 2NO(g)＋O2(g) 2NO2(g)
起始/(mol·L－1)　 x　 　a　 　　 0
轉化/(mol·L－1)　 0.5x 　0.25x　　 0.5x
平衡/(mol·L－1)　 0.5x 　a－0.25x　 0.5x
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4.(2023·海安高級中學高三下學期模擬)飛機在平流層飛行時，尾氣中的NO會破壞臭氧層。如何有效消除NO成為環保領域的重要課題。某研究小組用新型催化劑對CO、NO催化轉化進
行研究，測得一段時間內NO的轉化率、
CO剩余的百分率隨溫度變化情況如圖所示。
已知NO可發生下列反應：
反應Ⅰ：2CO(g)＋2NO(g) 2CO2(g)＋
N2(g)　ΔH1
反應Ⅱ：2NO(g) N2(g)＋O2(g)　ΔH2
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下列敘述不正確的是
A.ΔH1＜0，ΔH2＜0
B.溫度大于775 K時，催化劑活性降低
C. ＝1時，控制溫度875 K已可較好的
　去除NO
D.775 K，　　 ＝1時，不考慮其他反應，
　該時刻n(CO2)∶n(N2)≈3∶2
√
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根據反應Ⅱ的圖像可以看出在775 K時達到平衡狀態，后隨溫度的升高NO的轉化率下降，因此ΔH2＜0，而反應Ⅰ曲線走勢來看應該是先升高后降低，因此ΔH1＜0，A正確；
　　 ＝1的條件下，在溫度大于775 K時，NO轉化為N2的轉化率仍增大，說明催化劑活性沒有降低，B錯誤；
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根據圖像可以看出 ＝1時，溫度875 K
時NO的轉化率已經很高，已經能夠較好的
去除NO，C正確；
根據表中數據775 K時，CO轉化率為30%，
＝1，設起始加入NO和CO各1 mol，
利用三段式處理數據如下：
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　　　　　2CO　＋　2NO　 　2CO2　＋　N2
轉化/mol 0.3 0.3 0.3 0.15
又NO的轉化率為40%，說明共消耗0.4 mol
NO，則有0.1 mol NO參與反應Ⅱ：
2NO N2　　＋ O2
轉化/mol 0.1 0.05 0.05
n(CO2)＝0.3 mol，n(N2)＝(0.15＋0.05) mol＝
0.2 mol，因此n(CO2)∶n(N2)≈3∶2，D正確。
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5.(2023·海安高級中學高三下學期階段考試)CO2熱還原制CH4和CO。在常壓、Ru/TiO2催化下，CO2和H2混合氣體(體積比1∶4)進行反應，測得CO2轉化率、CH4和CO的選擇性隨溫度變化如圖所示。
反應Ⅰ：CO2(g)＋4H2(g) CH4(g)＋2H2O(g)　ΔH1
反應Ⅱ：CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)　ΔH2
下列說法正確的是
A.溫度為320 ℃至370 ℃，CH4的產率降低
B.一定溫度下，加入CaO(s)能提高CO的平衡產率
C.其他條件不變，升高溫度，CH4的平衡產率增大
D.改變壓強，對CO產率沒有影響
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從圖中可以看出，升高溫度，反應Ⅰ中CH4的選擇性降低，則平衡逆向移動，ΔH1＜0；升高溫度，反應Ⅱ中CO的選擇性增大，則平衡正向移動，ΔH2＞0。由圖可知，溫度升高，甲烷的選擇性降低，則溫度為320 ℃至370 ℃，反應Ⅰ平衡逆向移動，CH4的產率降低，A正確；
一定溫度下，加入CaO(s)，與CO2反應生成
CaCO3，使反應Ⅱ的平衡逆向移動，從而降
低CO的平衡產率，B不正確；
ΔH1＜0，則其他條件不變，升高溫度，反應
Ⅰ平衡逆向移動，CH4的平衡產率減小，C不正確。
本課結束

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