2024年高考化學復習 化學平衡圖（表）問題

壓軸化學平衡圖(表)問題

一■、考向分析

反應速率和化學平衡核心素養(yǎng)主要體現(xiàn)在“變化觀念與平衡思想，證據(jù)推理與模型認知”。核心素養(yǎng)

生成——因涉及到大量的圖像和表格數(shù)據(jù)，有一定的抽象性和綜合性。預測在2022高考中，化學反應原

理的綜合仍會以與生產(chǎn)生活實際聯(lián)系緊密的創(chuàng)新題材為載體，考查學生化學平衡常數(shù)的多種表達形式，通

過圖像等信息獲取解題數(shù)據(jù)，完成平衡常數(shù)與轉(zhuǎn)化率和Ksp的計算等重要知識點，另外速率常數(shù)的理解與

應用也是近幾年高考考查的重點內(nèi)容之一，亦應予以特別關(guān)注。

二、壓軸題要領

化學平衡圖像類試題是高考的熱點題型，該類試題經(jīng)常涉及的圖像(表格)類型較龐雜，圖像具有簡明、

直觀、形象的特點，但蘊含著豐富的信息量，命題形式靈活。解題思維模型如下：

三、壓軸題速練

1.CO2的資源化利用能有效減少CO2排放，充分利用碳資源。

CO2催化加氫合成二甲醛是一種CO2轉(zhuǎn)化方法，其過程中主要發(fā)生下列反應：

反應I:CO2(g)+H2(g)^=CO(g)+H2O(g)A/7=41.2kJmolT

1

反應n：2CO2(g)+6H2(g)^=CH3OCH3(g)+3H2O(g)NH=-122.5kJmol

在恒壓、CC>2和H2的起始量一定的條件下，CO2平衡轉(zhuǎn)化率和平衡時CH30cH3的選擇性隨溫度的變化如圖。

其中：

/

利

犀80

760

12

20

2

00

28圉0

22g-2XCH30cH3的物質(zhì)的量

830cH3的選擇性=反應孤心物質(zhì)的量,100%

①溫度高于300℃,CO?平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而上升的原因是o

②220°C時，在催化劑作用下CO?與H2反應一段時間后，測得CH30cH3的選擇性為48%(圖中A點)。不改

變反應時間和溫度，一定能提高CH30cH3選擇性的措施有o

【答案】①反應I的AH>0,反應n的AH<0,溫度升高使CO2轉(zhuǎn)化為CO的平衡轉(zhuǎn)化率上升，使CO2轉(zhuǎn)化為

CH30cH3的平衡轉(zhuǎn)化率下降，且上升幅度超過下降幅度

②增大壓強，使用對反應n催化活性更高的催化劑

【解析】①根據(jù)反應方程式，反應I為吸熱反應，升高溫度，平衡向正反應方向移動，C02的轉(zhuǎn)化率增大,

反應n為放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應方向進行，co2的轉(zhuǎn)化率降低，根據(jù)圖像，上升幅度超過下

降幅度，因此溫度超過300。(2時，CO2轉(zhuǎn)化率上升。

②圖中A點CH30cH3的選擇性沒有達到此溫度下平衡時CH30cH3的選擇性，依據(jù)CH3OCH3選擇性公式，

提高CH30cH3選擇性，不改變反應時間和溫度時，根據(jù)反應II,可以增大壓強，或者使用對反應H催化

活性更高的催化劑。

2.聚乙烯醇生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量副產(chǎn)物乙酸甲酯，其催化醇解反應可用于制備甲醇和乙酸己酯，該反應

的化學方程式為：

CH3COOCH3(1)+CHOH(1)^=^CHCOOCH(1)+CH3OH(1)

613△3613

已知V正=左正力(CH3coOCH3)%(C6Hl3OH),v廣k逆力(CH3coOC6HI3)-Z(CH3OH),

其中V正、V逆為正、逆反應速率，k正、左逆為速率常數(shù)，/為各組分的物質(zhì)的量分數(shù)。

反應開始時，已醇和乙酸甲酯按物質(zhì)的量之比1：1投料，測得348K、343K、338K三個溫度下乙酸甲酯

轉(zhuǎn)化率(a)隨時間(力的變化關(guān)系如下圖所示。

該醇解反應的0(填,或<)o348K時，以物質(zhì)的量分數(shù)表示的化學平衡常數(shù)&=(保

留2位有效數(shù)字)。

在曲線①、②、③中，左正一人逆值最大的曲線是；A、B、C、D四點中，v正最大的

是,v逆最大的是。

【答案】

>3.2①AC

【解析】

根據(jù)圖像，①的速率最快，說明①對應的是最高溫度348K,溫度升高，平衡時轉(zhuǎn)化率增大，說明正向是

吸熱的，所以/打>0。348K時，設初始投入為1mol,則有：

'B?一

CH3COOCH3(1)+C6Hl30H(1).4cH3coOC6H13(1)+CHOH(1)

△3

起始：1100

轉(zhuǎn)化：0.640.640.640.64

平衡：0.360.360.640.64

帶入平衡常數(shù)表達式：ATX=^(CH3COOC6HI3)-X(CH3OH)/W(CH3coOCH3)/(C6H13OH)]=0.32x0.32/

(0.18x0.18)=3.2

k正、左逆是溫度的函數(shù)，根據(jù)平衡移動的規(guī)律，人正受溫度影響更大，因此溫度升高，尢正增大的程度大于人

逆，因此，后正一左逆值最大的曲線是①。vi=kjtx(CH3COOCH3)-/(C6H13OH),v逆=左逆才(CH3coO

C6HI3)7(CH3OH),A點z(CH3COOCH3)-/(C6Hi3OH)大，溫度高，因此A點v正最大，C點％(CH3coO

C6Hl3)%(CH3OH)大且溫度高，因此C點V逆最大。

3.對于反應2SiHCb(g)==SiH2cb(g)+SiCL(g),采用大孔弱堿性陰離子交換樹脂催化劑，在323K和343K

時SiHCk的轉(zhuǎn)化率隨時間變化的結(jié)果如圖所示。

①在343K下：要提高SiHCb轉(zhuǎn)化率，可采取的措施是;要縮短反應達到平衡的時間,

可采取的措施有、O

2

②比較a、b處反應速率大?。簂)aDh(填"大于""小于''或"等于")O反應速率D=D正-D逆=卜正%汨%

V-p

-卜逆久siH,ci,久sici，，k正、k逆分別為正、逆向反應速率常數(shù)，X為物質(zhì)的量分數(shù)，計算a處——=

“逆一

(保留1位小數(shù))。

【答案】

(1)①及時移去產(chǎn)物改進催化劑提高反應物壓強(濃度)

②大于1.3

【解析】

（1）溫度不變，提高三氯氫硅轉(zhuǎn)化率的方法可以是將產(chǎn)物從體系分離（兩邊物質(zhì)的量相等，壓強不影響

平衡）?？s短達到平衡的時間，就是加快反應速率，所以可以采取的措施是增大壓強（增大反應物濃度）、

加入更高效的催化劑（改進催化劑）。

③a、b兩點的轉(zhuǎn)化率相等，可以認為各物質(zhì)的濃度對應相等，而a點的溫度更高，所以速率更快，即Va>

vbo根據(jù)題目表述得到“E=町，“w=k左xxqa,，當反應達平衡時叫E=^度，

%=k.xLs=1?=k.x9發(fā)儀xAa,所以一丁瑪?」,實際就是平衡常數(shù)K值，所

以組=0.02。a點時，轉(zhuǎn)化率為20%,所以計算出：

“

2SiHCl3;=SiH2cE+SiCl4

起始：100

反應：0.20.10.1（轉(zhuǎn)化率為20%）

平衡：0.80.10.1

kuX0.8^

所以Xgjax=°-8;Xttira.=x9d=°/；所以—=:—*-------------002x—r=1,3

的gve%X-Xw』Of

點睛：題目的最后一問的計算過程比較繁瑣，實際題目希望學生能理解化學反應的平衡常數(shù)應該等于正逆

反應的速率常數(shù)的比值。要考慮到速率常數(shù)也是常數(shù)，應該與溫度相關(guān)，所以不能利用b點數(shù)據(jù)進行計算

或判斷。

4.研究NO,之間的轉(zhuǎn)化具有重要意義。

（1）已知：N2O4（g）=2NC）2（g）A7/>0

將一定量N2O4氣體充入恒容的密閉容器中。反應溫度71時，C（N2O。隨《時間）變化曲線如圖1,畫出0?

時段，C（NC）2）隨/變化曲線。

保持其它條件不變，改變反應溫度為72（72>71）,再次畫出0?打時段，c（NC）2）隨f變化趨勢的曲線。

圖1

（2）NO氧化反應：2NO（g）+C）2（g）=2NC）2（g）分兩步進行，其反應過程能量變化示意圖如圖2。

12NO（g）^N2O2（g）AHj

nN2o2（g）+O2（g）^2NO2（g）NH,

①決定NO氧化反應速率的步驟是（填力”或“n”）。

②在恒容的密閉容器中充入一定量的NO和。2氣體,保持其它條件不變，控制反應溫度分別為73和北（久>73）,

測得c（NO）隨（時間）的變化曲線如圖3。

轉(zhuǎn)化相同量的NO,在溫度（填”3"或"％'）下消耗的時間較長，試結(jié)合反應過程能量圖（圖2）分析其

原因O

（2）@II②74

的<0,溫度升高，反應I平衡逆移，c（N2（）2）減??；濃度降低的影響大于溫度對反應n速率的影響

【解析】（1）改變反應溫度為？2（^>T1）,升高溫度，反應速率加快，縮短了達到平衡的時間，且正反應

為吸熱反應，溫度升高，平衡正向移動，使N2O4的轉(zhuǎn)化率增大，生成NC）2的濃度也增大，所以圖中C（NC）2）

隨時間變化趨勢如答案所示

（2）①由圖2可知，及1〈/2,活化能越小，反應越易于進行，即反應I容易進行，所以決定NO氧化反應速

率的步躲是II。②反應I和n都是放熱反應，反應I還是可逆反應，升高溫度，反應I平衡逆向移動，使。作2。2）

減小；且居2比較大，C（N2（）2）降低的影響大于溫度對反應II速率的影響，使反應n速率減慢，轉(zhuǎn)化相同量的

NO時，在溫度下消耗時間較長。

5.苯乙烯（OcH=CH:）是生產(chǎn)各種塑料的重要單體，可通過乙苯催化脫氫制得：

催化劑/-\

「廣"（g）-△A、-wH<H（g）+H2（g）AH>

工業(yè)上，通常在乙苯（EB）蒸氣中摻混N2（原料氣中乙苯和N2的物質(zhì)的量之比為1：10,用不參與反

應），控制反應溫度60（FC,并保持體系總壓為O.IMpa不變的條件下進行反應。在不同反應溫度下，乙苯

的平衡轉(zhuǎn)化率和某催化劑作用下苯乙烯的選擇性（指除了以以外的產(chǎn)物中苯乙烯的物質(zhì)的量分數(shù)）示意

圖如下：

1Q0

轉(zhuǎn)

化

率

或

選

擇

性

%

①A,B兩點對應的正反應速率較大的是o

②摻入N2能提高乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率，解釋說明該事實O

③用平衡分壓代替平衡濃度計算600。(2時的平衡常數(shù)Kp=o(保留兩位有效數(shù)字，分壓=總壓x物

質(zhì)的量分數(shù))

④控制反應溫度為600。(2的理由是o

【答案】①B②正反應方向氣體分子數(shù)增加，加入氮氣稀釋，相當于起減壓的效果?0.019MPa

④60(TC時，乙苯的轉(zhuǎn)化率和苯乙烯的選擇性均較高。溫度過低，反應速率慢，轉(zhuǎn)化率低；溫度過高，選

擇性下降。高溫還可能使催化劑失活，且能耗大

【解析】①A點和B點溫度相同，容器恒壓，則充入氮氣后容器體積變大，氣體濃度減小，濃度越小反應

速率越小，所以B點正反應速率較大；

②保持總壓不變，充入N2,容器體積增大，各組分的濃度同倍數(shù)減小，相當于減小壓強，利于反應正向進

行，乙苯轉(zhuǎn)化率增大；

③600。(2時乙苯的轉(zhuǎn)化率為40%,不妨設設初始投料為Imol乙苯，則轉(zhuǎn)化乙苯0.4mol,剩余0.6mol,根據(jù)

方程式廣"廠"1(g)H=CH二(g)+Hz(g)可知，生成苯乙烯0.4mol,氫氣0.4mol,壓強之比

等于氣體物質(zhì)的量之比，總壓強為O.IMPa,則p(乙苯尸--------竺丹B--------x0.1MPa=-x0.1MPa,

0.6mol+0.4mol+0.4mol7

22

2c-7xO.IMPax-7xO.IMPa

p(苯乙烯)=p(H2)=-xO.IMPa,則平衡常數(shù)Kp=------------------------------=0.019MPa；

7-xO.IMPa

7

④由于600。(3時，乙苯的轉(zhuǎn)化率和苯乙烯的選擇性均較高。溫度過低，反應速率慢，轉(zhuǎn)化率低；溫度過高,

選擇性下降，過高溫度還可能使催化劑失活，且能耗大，所以控制反應溫度為600。以

6.CO2經(jīng)催化加氫可合成乙烯：2co2(g)+6Hz(g)=C2H4(g)+4H2O(g)。O.IMpa時，按n(CC)2):n(H2)=l:3投

料，測得不同溫度下平衡時體系中各物質(zhì)濃度的關(guān)系如圖，下列敘述不正確的是

A.該反應的AHO

B.曲線b代表H2O

C.N點和M點所處的狀態(tài)c(H2)不一樣

D.其它條件不變，T/C、0.2MPa下反應達平衡時c(H2)比M點大

【答案】C

【解析】

溫度升高，%的濃度增大，平衡左移，故逆向吸熱，正向放熱，△!!<(),則曲線a為CO2,根據(jù)方程式的

比例關(guān)系，可知曲線b為H2O,曲線c為C2H4；故A正確，B正確；C項：N點和M點均處于所處同一Tl℃

下，所處的狀態(tài)的以氏)是一樣的；D項：其它條件不變，T/C、0.2MPa相對0.1MPa,增大了壓強，體

積減小，8氏)增大，下反應達平衡時c(H2)比M點大，D項正確。

7.丁烯是一種重要的化工原料，可由丁烷催化脫氫制備?；卮鹣铝袉栴}：

⑴圖(a)是反應①平衡轉(zhuǎn)化率與反應溫度及壓強的關(guān)系圖，x0.1(填“大于''或"小于”);欲使丁烯的

平衡產(chǎn)率提高，應采取的措施是(填標號)。

A.升高溫度B.降低溫度

C.增大壓強D.降低壓強

loot

80

6()

40

20

0

500600700

45

40

35

%30

、

得25

也20

矍15

H10

0123456420460500540580620

n(氫氣)/n(丁烷)反應溫度/*c

圖(b)圖?

(2)丁烷和氫氣的混合氣體以一定流速通過填充有催化劑的反應器(氫氣的作用是活化催化劑)，出口氣中含

有丁烯、丁烷、氫氣等。圖(b)為丁烯產(chǎn)率與進料氣中〃(氫氣)/〃(丁烷)的關(guān)系。圖中曲線呈現(xiàn)先升高后降低

的變化趨勢，其降低的原因是O

(3)圖(c)為反應產(chǎn)率和反應溫度的關(guān)系曲線，副產(chǎn)物主要是高溫裂解生成的短碳鏈燒類化合物。丁烯產(chǎn)率在

590°C之前隨溫度升高而增大的原因可能是、;590(之后，丁烯產(chǎn)率快速降低的主要

原因可能是O

【答案】(1)小于AD

(2)氫氣是產(chǎn)物之一，隨著"(氫氣)/〃(丁烷)增大，逆反應速率增大，原料中過量H2會使反應①平衡逆向移

動，所以丁烯產(chǎn)率下降

(3)升高溫度有利于反應向吸熱方向進行溫度升高反應速率加快丁烯高溫裂解生成短鏈燒類

【解析】(1)由(a)圖可以看出，溫度相同時，由O.IMPa變化到xMPa,丁烷的轉(zhuǎn)化率增大，即平衡正向移

動，所以由于反應①為吸熱反應，所以溫度升高時，平衡正向移動，丁烯的平衡產(chǎn)率增大，因此A

正確、B錯誤；反應①正向進行時體積增大，加壓時平衡逆向移動，丁烯的平衡產(chǎn)率減小，因此C錯誤、D

正確。

(2)反應初期，出可以活化催化劑，進料氣中〃(氫氣)/〃(丁烷)較小，丁烷濃度大，反應向正反應方向進行的

程度大，丁烯轉(zhuǎn)化率升高；隨著進料氣中〃(氫氣)/〃(丁烷)增大，原料中過量的H2會使反應①平衡逆向移動，

所以丁烯轉(zhuǎn)化率下降。(3)590(之前，溫度升高時反應速率加快，生成的丁烯會更多，同時由于反應①是

吸熱反應，升高溫度平衡正向移動，平衡體系中會含有更多的丁烯。而溫度超過590。(3時，丁烯高溫會裂

解生成短碳鏈燒類，使產(chǎn)率降低。

8.⑴有研究者在催化劑(含Cu—Zn—Al—O和A12O3),壓強為5.0MPa的條件下，由H2和CO直接制備二

甲醛，結(jié)果如下圖所示，其中CO轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而降低的原因是o

-一

乙

酸

的

生

成

速

率

t/t反應溫度/t

(2)以二氧化鈦表面覆蓋Cu2Al2O4為催化劑，可以將CO?和CH4直接轉(zhuǎn)化成乙酸。在不同溫度下催化劑

的催化效率與乙酸的生成速率如圖所示。250?300°C時，溫度升高而乙酸的生成速率降低的原因是

【答案】

(1)反應放熱，溫度升高，平衡左移

(2)250?300°C時，溫度升高而乙酸的生成速率降低的原因是溫度超過250。(2時，催化劑的催化效率降

低

9.100kPa時，反應2NO(g)+O2(g)^2NO2(g)中NO的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系曲線如圖1,反應

2NO2(g)DDN2O4(g)中NO2的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系曲線如圖2。

興

/靜

群

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+

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O

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1002

溫度

七

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圖2

困1

，則

化率

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NO

衡時

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（g）達

NO2

）=2

O2（g

O（g）+

下2N

壓強

度、

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C三

、B、

1中A

⑴圖

。

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