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高考化学二轮复习高频考点提分精准突破专题07 化学平衡图（表）（2份打包，解析版+原卷版，可预览）
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这是一份高考化学二轮复习高频考点提分精准突破专题07 化学平衡图（表）（2份打包，解析版+原卷版，可预览），文件包含高考化学二轮复习高频考点提分精准突破专题07化学平衡图表解析版doc、高考化学二轮复习高频考点提分精准突破专题07化学平衡图表原卷版doc等2份试卷配套教学资源，其中试卷共44页， 欢迎下载使用。
07 化学平衡图像（表）核心素养题提分精准突破
1.基于核心素养的化学平衡图像（表）分析
反应速率和化学平衡核心素养主要体现在“变化观念与平衡思想，证据推理与模型认知”。核心素养生成——因涉及到大量的图像和表格数据，有一定的抽象性和综合性，这类试题常以实际生活、生产或最新科技成果为载体和场景，以实物模型、抽象出的认知模型或绘制成的数学模型等呈现形成，需要模型认知能力，通过规范审读图像中的信息，抓住关键信息点提示研究对象的特征及规律，结合设问及平衡理论作答通过分析、推理等方法认识化学平衡影响因素，建立模型，并能通过运用模型解释化学现象，揭示现象的本质和规律。从而逐步提升化学核心素养。预测在2020高考中，化学反应原理的综合仍会以与生产生活实际联系紧密的创新题材为载体，考查学生化学平衡常数的多种表达形式，通过图像等信息获取解题数据，完成平衡常数与转化率和Ksp的计算等重要知识点，另外速率常数的理解与应用也是近几年高考考查的重点内容之一，亦应予以特别关注。
本专题包括六个高频微考点：
☆转化率（浓度、百分含量与压强等）——时间图像分析
☆转化率（浓度、百分含量等）——温度或压强图像分析
☆“选择性”——温度或压强图像分析
☆图像与“表格数据”综合分析
☆多维因变量图像分析
☆转化率—投料比—温度图像分析
2.化学平衡图（表）题型精准突破策略
化学平衡图像类试题是高考的热点题型，该类试题经常涉及的图像（表格）类型较庞杂，图像具有简明、直观、形象的特点，但蕴含着丰富的信息量，命题形式灵活。解题思维模型如下：
【典例导引】
☆转化率（浓度、百分含量与压强等）——时间图像分析题
【典例1】[2019·课标全国Ⅰ，28节选]水煤气变换[CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)]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：
Shoichi研究了467 ℃、489 ℃时水煤气变换中CO和H2分压随时间变化关系(如图所示)，催化剂为氧化铁，实验初始时体系中的pH2O和pCO相等、pCO2和pH2相等。
计算曲线a的反应在30～90 min内的平均速率 (a)＝________ kPa·min－1。467 ℃时pH2和pCO随时间变化关系的曲线分别是________、________。489 ℃时pH2和pCO随时间变化关系的曲线分别是________、________。
【典例2】[2019·课标全国Ⅱ，27节选]环戊二烯()是重要的有机化工原料，广泛用于农药、橡胶、塑料等生产。环戊二烯容易发生聚合生成二聚体，该反应为可逆反应。不同温度下，溶液中环戊二烯浓度与反应时间的关系如图所示，下列说法正确的是________(填标号)。
A．T1＞T2
B．a点的反应速率小于c点的反应速率
C．a点的正反应速率大于b点的逆反应速率
D．b点时二聚体的浓度为0.45 mol·L－1
☆转化率（浓度、百分含量等）——温度或压强图像分析题
【典例3】[2019·课标全国Ⅲ，28节选]近年来，随着聚酯工业的快速发展，氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。因此，将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。回答下列问题：
Deacon发明的直接氧化法为：4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)。如图为刚性容器中，进料浓度比c(HCl)∶c(O2)分别等于1∶1、4∶1、7∶1时HCl平衡转化率随温度变化的关系：
可知反应平衡常数K(300 ℃)________K(400 ℃)(填“大于”或“小于”)。设HCl初始浓度为c0，根据进料浓度比c(HCl)∶c(O2)＝1∶1的数据计算K(400 ℃)＝________________________________(列出计算式)。按化学计量比进料可以保持反应物高转化率，同时降低产物分离的能耗。进料浓度比c(HCl)∶c(O2)过低、过高的不利影响分别是________________________、________________________。
【典例4】[2019·天津理综，10节选]多晶硅是制作光伏电池的关键材料。将SiCl4氢化为SiHCl3有三种方法，对应的反应依次为：
①SiCl4(g)＋H2(g) SiHCl3(g)＋HCl(g) ΔH1＞0
②3SiCl4(g)＋2H2(g)＋Si(s) 4SiHCl3(g) ΔH2＜0
③2SiCl4(g)＋H2(g)＋Si(s)＋HCl(g) 3SiHCl3(g) ΔH3
(1)已知体系自由能变ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG＜0时反应自发进行。三个氢化反应的ΔG与温度的关系如图1所示，可知：反应①能自发进行的最低温度是________；相同温度下，反应②比反应①的ΔG小，主要原因是_____________________。
(2)不同温度下反应②中SiCl4转化率如图2所示。下列叙述正确的是________(填序号)。
a．B点：v正＞v逆 b．v正：A点＞E点
c．反应适宜温度：480～520 ℃
☆“选择性”——温度或压强图像分析题
【典例5】 [2020·四川省5月高三适应性测试节选]甲醇水蒸气重整制氢(SRM)是用于驱动电动汽车的质子交换膜燃料电池的理想氢源，反应Ⅰ CH3OH(g)＋H2O(g)CO2(g)＋3H2(g) ΔH1 是重整过程发生的反应之一。
在常压、CaO催化下，CH3OH和H2O混合气体(体积比1∶1.2，总物质的量2.2 mol)进行反应，t1时刻测得 CH3OH转化率及CO、CO2选择性随温度变化情况分别如图所示(CO、CO2的选择性：转化的CH3OH中生成CO、CO2的百分比)。
注：曲线a表示CH3OH的转化率，曲线b表示CO的选择性，曲线c表示 CO2的选择性
下列说法不正确的是________。
A.反应适宜温度为300 ℃
B.工业生产通常在负压条件下进行甲醇水蒸气重整
C.已知 CaO催化剂具有更高催化活性，可提高甲醇平衡转化率
D.添加CaO的复合催化剂可提高氢气产率
☆图像与“表格数据”综合分析题
【典例6】[2018·课标全国Ⅱ，27节选]CH4－CO2催化重整不仅可以得到合成气(CO和H2)，还对温室气体的减排具有重要意义。反应中催化剂活性会因积碳反应而降低，同时存在的消碳反应则使积碳量减少。相关数据如下表：
积碳反应CH4(g)===
C(s)＋2H2(g)
消碳反应CO2(g)＋C(s)
===2CO(g)
ΔH/(kJ·mol－1)
75
172
活化能
(kJ·mol－1)
催化剂X
33
91
催化剂Y
43
72
①由上表判断，催化剂X________Y(填“优于”或“劣于”)，理由是_____________________________。
在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下，某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如图1所示，升高温度时，下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数(K)和速率(v)的叙述正确的是________(填标号)。
A．K积、K消均增加 B．v积减小、v消增加
C．K积减小、K消增加 D．v消增加的倍数比v积增加的倍数大
②在一定温度下，测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为v＝k·p(CH4)·[p(CO2)]－0.5(k为速率常数)。在p(CH4)一定时，不同p(CO2)下积碳量随时间的变化趋势如图2所示，则pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序为______________________________。
☆多维因变量图像分析题
【典例7】[2019·北京卷节选] 氢能源是最具应用前景的能源之一，高纯氢的制备是目前的研究热点。用CaO可以去除CO2。H2体积分数和CaO消耗率随时间变化关系如下图所示。从t1时开始，H2体积分数显著降低，单位时间CaO消耗率_______（填“升高”“降低”或“不变”）。此时CaO消耗率约为35%，但已失效，结合化学方程式解释原因：____________________________。
☆转化率—投料比—温度图像
【典例8】(1) 将燃煤废气中的CO2转化为甲醚的反应原理为
2CO2(g)＋6H2(g) CH3OCH3(g)＋3H2O(g)
已知在压强为aMPa下，该反应在不同温度、不同投料比时，CO2的转化率见下图：
此反应__________(填“放热”或“吸热”)；若温度不变，提高投料比[n(H2)/n(CO2)]，则K将________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)采用一种新型的催化剂(主要成分是Cu－Mn合金)，利用CO和H2制备二甲醚(DME)。
主反应：2CO(g)＋4H2(g) CH3OCH3(g)＋H2O(g)
副反应：CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)
CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)
测得反应体系中各物质的产率或转化率与催化剂的关系如图所示。
则催化剂中n(Mn)/n(Cu)约为________时最有利于二甲醚的合成。
【精准巩固】
1．[2019·江苏卷节选] CO2的资源化利用能有效减少CO2排放，充分利用碳资源。
CO2催化加氢合成二甲醚是一种CO2转化方法，其过程中主要发生下列反应：
反应Ⅰ：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH =41.2 kJ·mol−1
反应Ⅱ：2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g) ΔH =﹣122.5 kJ·mol−1
在恒压、CO2和H2的起始量一定的条件下，CO2平衡转化率和平衡时CH3OCH3的选择性随温度的变化如图。其中：
CH3OCH3的选择性=×100％
①温度高于300 ℃，CO2平衡转化率随温度升高而上升的原因是 。
②220 ℃时，在催化剂作用下CO2与H2反应一段时间后，测得CH3OCH3的选择性为48%（图中A点）。不改变反应时间和温度，一定能提高CH3OCH3选择性的措施有 。
2. [2020·山东省新高考测试卷]聚乙烯醇生产过程中会产生大量副产物乙酸甲酯，其催化醇解反应可用于制备甲醇和乙酸己酯，该反应的化学方程式为：
已知v正= k正χ(CH3COOCH3)·χ(C6H13OH)，v逆= k逆χ(CH3COO C6H13)·χ(CH3OH)，
其中v正、v逆 为正、逆反应速率，k正、k逆为速率常数，χ为各组分的物质的量分数。
反应开始时，已醇和乙酸甲酯按物质的量之比1：1投料，测得348K、343K、338K三个温度下乙酸甲酯转化率（α）随时间（t）的变化关系如下图所示。
该醇解反应的ΔH_______0（填>或<）。348K时，以物质的量分数表示的化学平衡常数Kx=_______（保留2位有效数字）。
在曲线①、②、③中，k正－k逆值最大的曲线是___________________；A、B、C、D四点中，v正最大的是_____________，v逆最大的是___________________。
3. [2018·课标全国Ⅲ，28节选]对于反应2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)，采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂，在323 K和343 K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。
①在343 K下：要提高SiHCl3转化率，可采取的措施是________________；要缩短反应达到平衡的时间，可采取的措施有________________、________________。
②比较a、b处反应速率大小：υa________υb（填“大于”“小于”或“等于”）。反应速率υ=υ正−υ逆=−，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a处=__________（保留1位小数）。
4. [2020·浙江1月选考，29]研究NOx之间的转化具有重要意义。
(1)已知：N2O4(g) 2NO2(g) ΔH>0
将一定量N2O4气体充入恒容的密闭容器中。反应温度T1时，c(N2O4)随t(时间)变化曲线如图1，画出0～t2时段，c(NO2)随t变化曲线。
保持其它条件不变，改变反应温度为T2(T2>T1)，再次画出0～t2时段，c(NO2)随t变化趋势的曲线。
图1
(2)NO氧化反应：2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)分两步进行，其反应过程能量变化示意图如图2。
图2 图3
Ⅰ 2NO(g) N2O2(g) ΔH1
Ⅱ N2O2(g)＋O2(g)→2NO2(g) ΔH2
①决定NO氧化反应速率的步骤是________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。
②在恒容的密闭容器中充入一定量的NO和O2气体，保持其它条件不变，控制反应温度分别为T3和T4(T4>T3)，测得c(NO)随t(时间)的变化曲线如图3。
转化相同量的NO，在温度________(填“T3”或“T4”)下消耗的时间较长，试结合反应过程能量图(图2)分析其原因__________________________________________________。
5. [ 2020·首都师大附中高三4月开学考试题节选]苯乙烯（）是生产各种塑料的重要单体，可通过乙苯催化脱氢制得：
（g）（g）+H2（g） △H＞
工业上，通常在乙苯（EB）蒸气中掺混N2（原料气中乙苯和N2的物质的量之比为1︰10，N2不参与反应），控制反应温度600℃，并保持体系总压为0.1Mpa不变的条件下进行反应。在不同反应温度下，乙苯的平衡转化率和某催化剂作用下苯乙烯的选择性（指除了H2以外的产物中苯乙烯的物质的量分数）示意图如下：
①A，B两点对应的正反应速率较大的是________。
②掺入N2能提高乙苯的平衡转化率，解释说明该事实___________________________。
③用平衡分压代替平衡浓度计算600℃时的平衡常数Kp=________。（保留两位有效数字，分压=总压×物质的量分数）
④控制反应温度为600℃的理由是___________________________。
6. [ 2020·天津市高三4月开学考试题]CO2经催化加氢可合成乙烯：2CO2(g)+6H2(g ) C2H4(g)+4H2O(g)。0.1Mpa时，按n(CO2):n(H2)=1:3投料，测得不同温度下平衡时体系中各物质浓度的关系如图，下列叙述不正确的是
A. 该反应的ΔH<0
B. 曲线b代表H2O
C. N点和M点所处的状态c(H2)不一样
D. 其它条件不变，T1℃、0.2MPa下反应达平衡时c(H2)比M点大
7.[2017全国卷Ⅱ]丁烯是一种重要的化工原料，可由丁烷催化脱氢制备。回答下列问题：
(1)图(a)是反应①平衡转化率与反应温度及压强的关系图，x________0.1(填“大于”或“小于”)；欲使丁烯的平衡产率提高，应采取的措施是________(填标号)。
A．升高温度 B．降低温度
C．增大压强 D．降低压强
(2)丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器(氢气的作用是活化催化剂)，出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。图(b)为丁烯产率与进料气中n(氢气)/n(丁烷)的关系。图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势，其降低的原因是________。
(3)图(c)为反应产率和反应温度的关系曲线，副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。丁烯产率在590 ℃之前随温度升高而增大的原因可能是________、________；590 ℃之后，丁烯产率快速降低的主要原因可能是________。
8.[全国卷改编](1)有研究者在催化剂(含Cu－Zn－Al－O和Al2O3)，压强为5.0 MPa的条件下，由H2和CO直接制备二甲醚，结果如下图所示，其中CO转化率随温度升高而降低的原因是________________________________。
（2）以二氧化钛表面覆盖Cu2Al2O4为催化剂，可以将CO2和CH4直接转化成乙酸。在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如图所示。250～300 ℃时，温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是__________________________________________。
9. 100 kPa时，反应2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)中NO的平衡转化率与温度的关系曲线如图1，反应2NO2(g)N2O4(g)中NO2的平衡转化率与温度的关系曲线如图2。
(1)图1中A、B、C三点表示不同温度、压强下2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)达到平衡时NO的转化率，则________点对应的压强最大。
(2)100 kPa、25 ℃时，2NO2(g)N2O4(g)平衡体系中N2O4的物质的量分数为________，N2O4的分压p(N2O4)＝________kPa，列式计算平衡常数Kp＝________(Kp用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。
(3)100 kPa、25 ℃时，V mL NO与0.5V mL O2混合后最终气体的体积为________ mL。
【精准提分】
1. [2019·江苏化学，15改编]在恒压、NO和O2的起始浓度一定的条件下，催化反应相同时间，测得不同温度下NO转化为NO2的转化率如图中实线所示(图中虚线表示相同条件下NO的平衡转化率随温度的变化)。下列说法正确的是( )
A.反应2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g)的ΔH>0
B.图中X点所示条件下，延长反应时间能提高NO转化率
C.图中Y点所示条件下，增加O2的浓度不能提高NO转化率
D.380 ℃下，c起始(O2)＝5.0×10－4 mol·L－1，NO平衡转化率为50%，则平衡常数K＜2 000
2. [2019·浙江选考节选]水是“生命之基质”，是“永远值得探究的物质”。
(1)将一定量水放入抽空的恒容密闭容器中，测定不同温度(T)下气态、液态水平衡共存[H2O(l) H2O(g)]时的压强(p)。在图2中画出从20℃开始经过100℃的p随T变化关系示意图(20℃时的平衡压强用p1表示)。
(2)水在高温高压状态下呈现许多特殊的性质。当温度、压强分别超过临界温度(374.2℃)、临界压强(22.1MPa)时的水称为超临界水。
③超临界水能够与氧气等氧化剂以任意比例互溶，由此发展了超临界水氧化技术。一定实验条件下，测得乙醇的超临界水氧化结果如图3、图4所示，其中x为以碳元素计的物质的量分数，t为反应时间。
下列说法合理的是________。
A．乙醇的超临界水氧化过程中，一氧化碳是中间产物，二氧化碳是最终产物
B．在550℃条件下，反应时间大于15s时，乙醇氧化为二氧化碳已趋于完全
C．乙醇的超临界水氧化过程中，乙醇的消耗速率或二氧化碳的生成速率都可以用来表示反应的速率，而且两者数值相等
D．随温度升高，xCO峰值出现的时间提前，且峰值更高，说明乙醇的氧化速率比一氧化碳氧化速率的增长幅度更大
3. [ 2020·淄博市高三4月开学考试题]乙苯催化脱氢制取苯乙烯的反应为：(g)＋CO2(g)(g)＋CO(g)＋H2O(g)， 一定温度下，向恒容密闭容器中充入2 mol乙苯和2 mol CO2，起始压强为p0，平衡时容器内气体总物质的量为5 mol，乙苯的转化率为_______，用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp=_______。[气体分压(p分)=气体总压(p总)×气体体积分数]
乙苯平衡转化率与p(CO2)的关系如下图所示，请解释乙苯平衡转化率随着p(CO2)变化而变化的原因________________________________________________。
4. [ 2019·台州一模节选](1)室温下，往恒容的反应器中加入固定物质的量的SO2和NO，通入O3充分混合。反应相同时间后，各组分的物质的量随n(O3)∶n(NO)的变化见图1。
①n(NO2)随n(O3)∶n(NO)的变化先增加后减少，原因是___________________________________。
②臭氧量对反应SO2(g)＋O3(g)===SO3(g)＋O2(g)的影响不大，试用过渡态理论解释可能原因______________________________________________________。
(2)通过控制变量法研究脱除效率的影响因素得到数据如图2、图3所示。下列说法正确的是__________。
A.烟气在尿素溶液中的反应：v(脱硫)＜v(脱硝)
B.尿素溶液pH的变化对脱硝效率的影响大于对脱硫效率的影响
C.强酸性条件下不利于尿素对氮氧化物的脱除
D.pH＝7的尿素溶液脱硫效果最佳
(3)尿素的制备：2NH3(g)＋CO2(g) CO(NH2)2(s)＋H2O(g) ΔH＜0。一定条件下，往10 L恒容密闭容器中充入2 mol NH3和1 mol CO2。
①该反应10 min后达到平衡，测得容器中气体密度为4.8 g·L－1，平衡常数K＝______。
②图4是该条件下，系统中尿素的物质的量随反应时间的变化趋势，当反应时间达到3 min时，迅速将体系升温，请在图中画出3～10 min内容器中尿素的物质的量的变化趋势曲线。
5. [2020·扬州市扬州中学上学期12月月考，15] 已知CH4(g)＋2H2S(g) CS2(g)＋4H2(g)。向恒容密闭容器中充入0.1 mol CH4 和0.2 mol H2S，下图所示：
下列说法正确的是( )
A.该反应的ΔH＜0
B.X点CH4的转化率为20%
C.X点与Y点容器内压强比为55∶51
D.维持Z点温度，向容器中再充入CH4、H2S、CS2、H2 各0.1 mol时v(正)＞v(逆)
6.容积均为1L的甲、乙两个容器，其中甲为绝热容器，乙为恒温容器。相同温度下，分别充入0.2mol的NO2，发生反应：2NO2(g) N2O4(g) ΔH<0，甲中NO2的相关量随时间变化如图所示。
(1)0～3s内，甲容器中NO2的反应速率增大的原因是__________________________。
(2)甲达平衡时，温度若为T℃，此温度下的平衡常数K＝________。
(3)平衡时，K甲________(填“>”“<”或“＝”，下同)K乙，p甲________p乙。
7. [2020·合肥市05月高三教学质量评估卷] (3)利用H2和CO2在一定条件下可以合成乙烯：6H2(g)＋2CO2(g) CH2===CH2(g)＋4H2O(g)。已知不同温度对CO2的转化率及催化剂的效率影响如图所示，下列有关说法不正确的是________(填序号)。
①不同条件下反应，N点的速率最大
②M点时平衡常数比N点时平衡常数大
③温度低于250 ℃时，随温度升高乙烯的产率增大
④实际反应应尽可能在较低的温度下进行，以提高CO2的转化率
(4)在密闭容器中充入5 mol CO和4 mol NO，发生上述(1)中某反应，如图为平衡时NO的体积分数与温度、压强的关系。
回答下列问题：
①温度：T1________T2(填“<”或“>”)。
②某温度下，若反应进行到10 min达到平衡状态D点时，容器的体积为2 L，则此时的平衡常数K＝________(结果精确到两位小数)；用CO的浓度变化表示的平衡反应速率v(CO)＝________________。
③若在D点对反应容器升温的同时扩大体积至体系压强减小，重新达到的平衡状态可能是图中A～G点中的________点。
8. [2019·维吾尔自治区下学期第三次诊断，13]合成乙烯的主要反应：6H2(g)＋2CO2(g) CH2===CH2(g)＋4H2O(g) ΔH<0。图中L(L1、L2)、X可分别代表压强或温度。下列说法正确的是( )
A.L1
C.M、N两点对应的平衡常数相同
D.M点的正反应速率v正小于N点的逆反应速率v逆
解析 A.L1对应二氧化碳的转化率高，所以L1＞L2，选项A错误；B.X代表温度，选项B错误；C.M、N对应温度不同，所以两点对应的平衡常数不相同，选项C错误；D.温度越高反应速率越快，所以M点的正反应速率v正小于N点的逆反应速率v逆，选项D正确；答案选D。
答案 D
9. [2020·广东省高三05月五校联考改编]对温室气体二氧化碳的研究一直是科技界关注的重点。
在催化剂存在下用H2还原CO2是解决温室效应的重要手段之一，相关反应如下：
主反应：CO2(g)＋4H2(g) CH4(g)＋2H2O(g) ΔH1＝－164.0 kJ·mol－1①
副反应：CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝＋41.2 kJ·mol－1
已知：H2和CH4的燃烧热分别为285.5 kJ·mol－1和890.0 kJ·mol－1；
H2O(l)===H2O(g) ΔH＝＋44 kJ·mol－1。
T ℃时，若在体积恒为2 L的密闭容器中同时发生上述反应，将物质的量之和为5 mol的H2和CO2以不同的投料比进行反应，结果如图1所示。若a、b表示反应物的平衡转化率，则表示H2平衡转化率的是________，c、d分别表示CH4(g)和CO(g)的体积分数，由图1可知＝________时，甲烷产率最高。若该条件下CO的产率趋于0，则T ℃时①的平衡常数K＝________。
07 化学平衡图像（表）核心素养题提分精准突破
1.基于核心素养的化学平衡图像（表）分析
反应速率和化学平衡核心素养主要体现在“变化观念与平衡思想，证据推理与模型认知”。核心素养生成——因涉及到大量的图像和表格数据，有一定的抽象性和综合性，这类试题常以实际生活、生产或最新科技成果为载体和场景，以实物模型、抽象出的认知模型或绘制成的数学模型等呈现形成，需要模型认知能力，通过规范审读图像中的信息，抓住关键信息点提示研究对象的特征及规律，结合设问及平衡理论作答通过分析、推理等方法认识化学平衡影响因素，建立模型，并能通过运用模型解释化学现象，揭示现象的本质和规律。从而逐步提升化学核心素养。预测在2020高考中，化学反应原理的综合仍会以与生产生活实际联系紧密的创新题材为载体，考查学生化学平衡常数的多种表达形式，通过图像等信息获取解题数据，完成平衡常数与转化率和Ksp的计算等重要知识点，另外速率常数的理解与应用也是近几年高考考查的重点内容之一，亦应予以特别关注。
本专题包括六个高频微考点：
☆转化率（浓度、百分含量与压强等）——时间图像分析
☆转化率（浓度、百分含量等）——温度或压强图像分析
☆“选择性”——温度或压强图像分析
☆图像与“表格数据”综合分析
☆多维因变量图像分析
☆转化率—投料比—温度图像分析
2.化学平衡图（表）题型精准突破策略
化学平衡图像类试题是高考的热点题型，该类试题经常涉及的图像（表格）类型较庞杂，图像具有简明、直观、形象的特点，但蕴含着丰富的信息量，命题形式灵活。解题思维模型如下：
【典例导引】
☆转化率（浓度、百分含量与压强等）——时间图像分析题
【典例1】[2019·课标全国Ⅰ，28节选]水煤气变换[CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)]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：
Shoichi研究了467 ℃、489 ℃时水煤气变换中CO和H2分压随时间变化关系(如图所示)，催化剂为氧化铁，实验初始时体系中的pH2O和pCO相等、pCO2和pH2相等。
计算曲线a的反应在30～90 min内的平均速率 (a)＝________ kPa·min－1。467 ℃时pH2和pCO随时间变化关系的曲线分别是________、________。489 ℃时pH2和pCO随时间变化关系的曲线分别是________、________。
【典例2】[2019·课标全国Ⅱ，27节选]环戊二烯()是重要的有机化工原料，广泛用于农药、橡胶、塑料等生产。环戊二烯容易发生聚合生成二聚体，该反应为可逆反应。不同温度下，溶液中环戊二烯浓度与反应时间的关系如图所示，下列说法正确的是________(填标号)。
A．T1＞T2
B．a点的反应速率小于c点的反应速率
C．a点的正反应速率大于b点的逆反应速率
D．b点时二聚体的浓度为0.45 mol·L－1
☆转化率（浓度、百分含量等）——温度或压强图像分析题
【典例3】[2019·课标全国Ⅲ，28节选]近年来，随着聚酯工业的快速发展，氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。因此，将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。回答下列问题：
Deacon发明的直接氧化法为：4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)。如图为刚性容器中，进料浓度比c(HCl)∶c(O2)分别等于1∶1、4∶1、7∶1时HCl平衡转化率随温度变化的关系：
可知反应平衡常数K(300 ℃)________K(400 ℃)(填“大于”或“小于”)。设HCl初始浓度为c0，根据进料浓度比c(HCl)∶c(O2)＝1∶1的数据计算K(400 ℃)＝________________________________(列出计算式)。按化学计量比进料可以保持反应物高转化率，同时降低产物分离的能耗。进料浓度比c(HCl)∶c(O2)过低、过高的不利影响分别是________________________、________________________。
【典例4】[2019·天津理综，10节选]多晶硅是制作光伏电池的关键材料。将SiCl4氢化为SiHCl3有三种方法，对应的反应依次为：
①SiCl4(g)＋H2(g) SiHCl3(g)＋HCl(g) ΔH1＞0
②3SiCl4(g)＋2H2(g)＋Si(s) 4SiHCl3(g) ΔH2＜0
③2SiCl4(g)＋H2(g)＋Si(s)＋HCl(g) 3SiHCl3(g) ΔH3
(1)已知体系自由能变ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG＜0时反应自发进行。三个氢化反应的ΔG与温度的关系如图1所示，可知：反应①能自发进行的最低温度是________；相同温度下，反应②比反应①的ΔG小，主要原因是_____________________。
(2)不同温度下反应②中SiCl4转化率如图2所示。下列叙述正确的是________(填序号)。
a．B点：v正＞v逆 b．v正：A点＞E点
c．反应适宜温度：480～520 ℃
☆“选择性”——温度或压强图像分析题
【典例5】 [2020·四川省5月高三适应性测试节选]甲醇水蒸气重整制氢(SRM)是用于驱动电动汽车的质子交换膜燃料电池的理想氢源，反应Ⅰ CH3OH(g)＋H2O(g)CO2(g)＋3H2(g) ΔH1 是重整过程发生的反应之一。
在常压、CaO催化下，CH3OH和H2O混合气体(体积比1∶1.2，总物质的量2.2 mol)进行反应，t1时刻测得 CH3OH转化率及CO、CO2选择性随温度变化情况分别如图所示(CO、CO2的选择性：转化的CH3OH中生成CO、CO2的百分比)。
注：曲线a表示CH3OH的转化率，曲线b表示CO的选择性，曲线c表示 CO2的选择性
下列说法不正确的是________。
A.反应适宜温度为300 ℃
B.工业生产通常在负压条件下进行甲醇水蒸气重整
C.已知 CaO催化剂具有更高催化活性，可提高甲醇平衡转化率
D.添加CaO的复合催化剂可提高氢气产率
☆图像与“表格数据”综合分析题
【典例6】[2018·课标全国Ⅱ，27节选]CH4－CO2催化重整不仅可以得到合成气(CO和H2)，还对温室气体的减排具有重要意义。反应中催化剂活性会因积碳反应而降低，同时存在的消碳反应则使积碳量减少。相关数据如下表：
积碳反应CH4(g)===
C(s)＋2H2(g)
消碳反应CO2(g)＋C(s)
===2CO(g)
ΔH/(kJ·mol－1)
75
172
活化能
(kJ·mol－1)
催化剂X
33
91
催化剂Y
43
72
①由上表判断，催化剂X________Y(填“优于”或“劣于”)，理由是_____________________________。
在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下，某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如图1所示，升高温度时，下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数(K)和速率(v)的叙述正确的是________(填标号)。
A．K积、K消均增加 B．v积减小、v消增加
C．K积减小、K消增加 D．v消增加的倍数比v积增加的倍数大
②在一定温度下，测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为v＝k·p(CH4)·[p(CO2)]－0.5(k为速率常数)。在p(CH4)一定时，不同p(CO2)下积碳量随时间的变化趋势如图2所示，则pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序为______________________________。
☆多维因变量图像分析题
【典例7】[2019·北京卷节选] 氢能源是最具应用前景的能源之一，高纯氢的制备是目前的研究热点。用CaO可以去除CO2。H2体积分数和CaO消耗率随时间变化关系如下图所示。从t1时开始，H2体积分数显著降低，单位时间CaO消耗率_______（填“升高”“降低”或“不变”）。此时CaO消耗率约为35%，但已失效，结合化学方程式解释原因：____________________________。
☆转化率—投料比—温度图像
【典例8】(1) 将燃煤废气中的CO2转化为甲醚的反应原理为
2CO2(g)＋6H2(g) CH3OCH3(g)＋3H2O(g)
已知在压强为aMPa下，该反应在不同温度、不同投料比时，CO2的转化率见下图：
此反应__________(填“放热”或“吸热”)；若温度不变，提高投料比[n(H2)/n(CO2)]，则K将________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)采用一种新型的催化剂(主要成分是Cu－Mn合金)，利用CO和H2制备二甲醚(DME)。
主反应：2CO(g)＋4H2(g) CH3OCH3(g)＋H2O(g)
副反应：CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)
CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)
测得反应体系中各物质的产率或转化率与催化剂的关系如图所示。
则催化剂中n(Mn)/n(Cu)约为________时最有利于二甲醚的合成。
【精准巩固】
1．[2019·江苏卷节选] CO2的资源化利用能有效减少CO2排放，充分利用碳资源。
CO2催化加氢合成二甲醚是一种CO2转化方法，其过程中主要发生下列反应：
反应Ⅰ：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH =41.2 kJ·mol−1
反应Ⅱ：2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g) ΔH =﹣122.5 kJ·mol−1
在恒压、CO2和H2的起始量一定的条件下，CO2平衡转化率和平衡时CH3OCH3的选择性随温度的变化如图。其中：
CH3OCH3的选择性=×100％
①温度高于300 ℃，CO2平衡转化率随温度升高而上升的原因是 。
②220 ℃时，在催化剂作用下CO2与H2反应一段时间后，测得CH3OCH3的选择性为48%（图中A点）。不改变反应时间和温度，一定能提高CH3OCH3选择性的措施有 。
2. [2020·山东省新高考测试卷]聚乙烯醇生产过程中会产生大量副产物乙酸甲酯，其催化醇解反应可用于制备甲醇和乙酸己酯，该反应的化学方程式为：
已知v正= k正χ(CH3COOCH3)·χ(C6H13OH)，v逆= k逆χ(CH3COO C6H13)·χ(CH3OH)，
其中v正、v逆 为正、逆反应速率，k正、k逆为速率常数，χ为各组分的物质的量分数。
反应开始时，已醇和乙酸甲酯按物质的量之比1：1投料，测得348K、343K、338K三个温度下乙酸甲酯转化率（α）随时间（t）的变化关系如下图所示。
该醇解反应的ΔH_______0（填>或<）。348K时，以物质的量分数表示的化学平衡常数Kx=_______（保留2位有效数字）。
在曲线①、②、③中，k正－k逆值最大的曲线是___________________；A、B、C、D四点中，v正最大的是_____________，v逆最大的是___________________。
3. [2018·课标全国Ⅲ，28节选]对于反应2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)，采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂，在323 K和343 K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。
①在343 K下：要提高SiHCl3转化率，可采取的措施是________________；要缩短反应达到平衡的时间，可采取的措施有________________、________________。
②比较a、b处反应速率大小：υa________υb（填“大于”“小于”或“等于”）。反应速率υ=υ正−υ逆=−，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a处=__________（保留1位小数）。
4. [2020·浙江1月选考，29]研究NOx之间的转化具有重要意义。
(1)已知：N2O4(g) 2NO2(g) ΔH>0
将一定量N2O4气体充入恒容的密闭容器中。反应温度T1时，c(N2O4)随t(时间)变化曲线如图1，画出0～t2时段，c(NO2)随t变化曲线。
保持其它条件不变，改变反应温度为T2(T2>T1)，再次画出0～t2时段，c(NO2)随t变化趋势的曲线。
图1
(2)NO氧化反应：2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)分两步进行，其反应过程能量变化示意图如图2。
图2 图3
Ⅰ 2NO(g) N2O2(g) ΔH1
Ⅱ N2O2(g)＋O2(g)→2NO2(g) ΔH2
①决定NO氧化反应速率的步骤是________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。
②在恒容的密闭容器中充入一定量的NO和O2气体，保持其它条件不变，控制反应温度分别为T3和T4(T4>T3)，测得c(NO)随t(时间)的变化曲线如图3。
转化相同量的NO，在温度________(填“T3”或“T4”)下消耗的时间较长，试结合反应过程能量图(图2)分析其原因__________________________________________________。
5. [ 2020·首都师大附中高三4月开学考试题节选]苯乙烯（）是生产各种塑料的重要单体，可通过乙苯催化脱氢制得：
（g）（g）+H2（g） △H＞
工业上，通常在乙苯（EB）蒸气中掺混N2（原料气中乙苯和N2的物质的量之比为1︰10，N2不参与反应），控制反应温度600℃，并保持体系总压为0.1Mpa不变的条件下进行反应。在不同反应温度下，乙苯的平衡转化率和某催化剂作用下苯乙烯的选择性（指除了H2以外的产物中苯乙烯的物质的量分数）示意图如下：
①A，B两点对应的正反应速率较大的是________。
②掺入N2能提高乙苯的平衡转化率，解释说明该事实___________________________。
③用平衡分压代替平衡浓度计算600℃时的平衡常数Kp=________。（保留两位有效数字，分压=总压×物质的量分数）
④控制反应温度为600℃的理由是___________________________。
6. [ 2020·天津市高三4月开学考试题]CO2经催化加氢可合成乙烯：2CO2(g)+6H2(g ) C2H4(g)+4H2O(g)。0.1Mpa时，按n(CO2):n(H2)=1:3投料，测得不同温度下平衡时体系中各物质浓度的关系如图，下列叙述不正确的是
A. 该反应的ΔH<0
B. 曲线b代表H2O
C. N点和M点所处的状态c(H2)不一样
D. 其它条件不变，T1℃、0.2MPa下反应达平衡时c(H2)比M点大
7.[2017全国卷Ⅱ]丁烯是一种重要的化工原料，可由丁烷催化脱氢制备。回答下列问题：
(1)图(a)是反应①平衡转化率与反应温度及压强的关系图，x________0.1(填“大于”或“小于”)；欲使丁烯的平衡产率提高，应采取的措施是________(填标号)。
A．升高温度 B．降低温度
C．增大压强 D．降低压强
(2)丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器(氢气的作用是活化催化剂)，出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。图(b)为丁烯产率与进料气中n(氢气)/n(丁烷)的关系。图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势，其降低的原因是________。
(3)图(c)为反应产率和反应温度的关系曲线，副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。丁烯产率在590 ℃之前随温度升高而增大的原因可能是________、________；590 ℃之后，丁烯产率快速降低的主要原因可能是________。
8.[全国卷改编](1)有研究者在催化剂(含Cu－Zn－Al－O和Al2O3)，压强为5.0 MPa的条件下，由H2和CO直接制备二甲醚，结果如下图所示，其中CO转化率随温度升高而降低的原因是________________________________。
（2）以二氧化钛表面覆盖Cu2Al2O4为催化剂，可以将CO2和CH4直接转化成乙酸。在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如图所示。250～300 ℃时，温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是__________________________________________。
9. 100 kPa时，反应2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)中NO的平衡转化率与温度的关系曲线如图1，反应2NO2(g)N2O4(g)中NO2的平衡转化率与温度的关系曲线如图2。
(1)图1中A、B、C三点表示不同温度、压强下2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)达到平衡时NO的转化率，则________点对应的压强最大。
(2)100 kPa、25 ℃时，2NO2(g)N2O4(g)平衡体系中N2O4的物质的量分数为________，N2O4的分压p(N2O4)＝________kPa，列式计算平衡常数Kp＝________(Kp用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。
(3)100 kPa、25 ℃时，V mL NO与0.5V mL O2混合后最终气体的体积为________ mL。
【精准提分】
1. [2019·江苏化学，15改编]在恒压、NO和O2的起始浓度一定的条件下，催化反应相同时间，测得不同温度下NO转化为NO2的转化率如图中实线所示(图中虚线表示相同条件下NO的平衡转化率随温度的变化)。下列说法正确的是( )
A.反应2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g)的ΔH>0
B.图中X点所示条件下，延长反应时间能提高NO转化率
C.图中Y点所示条件下，增加O2的浓度不能提高NO转化率
D.380 ℃下，c起始(O2)＝5.0×10－4 mol·L－1，NO平衡转化率为50%，则平衡常数K＜2 000
2. [2019·浙江选考节选]水是“生命之基质”，是“永远值得探究的物质”。
(1)将一定量水放入抽空的恒容密闭容器中，测定不同温度(T)下气态、液态水平衡共存[H2O(l) H2O(g)]时的压强(p)。在图2中画出从20℃开始经过100℃的p随T变化关系示意图(20℃时的平衡压强用p1表示)。
(2)水在高温高压状态下呈现许多特殊的性质。当温度、压强分别超过临界温度(374.2℃)、临界压强(22.1MPa)时的水称为超临界水。
③超临界水能够与氧气等氧化剂以任意比例互溶，由此发展了超临界水氧化技术。一定实验条件下，测得乙醇的超临界水氧化结果如图3、图4所示，其中x为以碳元素计的物质的量分数，t为反应时间。
下列说法合理的是________。
A．乙醇的超临界水氧化过程中，一氧化碳是中间产物，二氧化碳是最终产物
B．在550℃条件下，反应时间大于15s时，乙醇氧化为二氧化碳已趋于完全
C．乙醇的超临界水氧化过程中，乙醇的消耗速率或二氧化碳的生成速率都可以用来表示反应的速率，而且两者数值相等
D．随温度升高，xCO峰值出现的时间提前，且峰值更高，说明乙醇的氧化速率比一氧化碳氧化速率的增长幅度更大
3. [ 2020·淄博市高三4月开学考试题]乙苯催化脱氢制取苯乙烯的反应为：(g)＋CO2(g)(g)＋CO(g)＋H2O(g)， 一定温度下，向恒容密闭容器中充入2 mol乙苯和2 mol CO2，起始压强为p0，平衡时容器内气体总物质的量为5 mol，乙苯的转化率为_______，用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp=_______。[气体分压(p分)=气体总压(p总)×气体体积分数]
乙苯平衡转化率与p(CO2)的关系如下图所示，请解释乙苯平衡转化率随着p(CO2)变化而变化的原因________________________________________________。
4. [ 2019·台州一模节选](1)室温下，往恒容的反应器中加入固定物质的量的SO2和NO，通入O3充分混合。反应相同时间后，各组分的物质的量随n(O3)∶n(NO)的变化见图1。
①n(NO2)随n(O3)∶n(NO)的变化先增加后减少，原因是___________________________________。
②臭氧量对反应SO2(g)＋O3(g)===SO3(g)＋O2(g)的影响不大，试用过渡态理论解释可能原因______________________________________________________。
(2)通过控制变量法研究脱除效率的影响因素得到数据如图2、图3所示。下列说法正确的是__________。
A.烟气在尿素溶液中的反应：v(脱硫)＜v(脱硝)
B.尿素溶液pH的变化对脱硝效率的影响大于对脱硫效率的影响
C.强酸性条件下不利于尿素对氮氧化物的脱除
D.pH＝7的尿素溶液脱硫效果最佳
(3)尿素的制备：2NH3(g)＋CO2(g) CO(NH2)2(s)＋H2O(g) ΔH＜0。一定条件下，往10 L恒容密闭容器中充入2 mol NH3和1 mol CO2。
①该反应10 min后达到平衡，测得容器中气体密度为4.8 g·L－1，平衡常数K＝______。
②图4是该条件下，系统中尿素的物质的量随反应时间的变化趋势，当反应时间达到3 min时，迅速将体系升温，请在图中画出3～10 min内容器中尿素的物质的量的变化趋势曲线。
5. [2020·扬州市扬州中学上学期12月月考，15] 已知CH4(g)＋2H2S(g) CS2(g)＋4H2(g)。向恒容密闭容器中充入0.1 mol CH4 和0.2 mol H2S，下图所示：
下列说法正确的是( )
A.该反应的ΔH＜0
B.X点CH4的转化率为20%
C.X点与Y点容器内压强比为55∶51
D.维持Z点温度，向容器中再充入CH4、H2S、CS2、H2 各0.1 mol时v(正)＞v(逆)
6.容积均为1L的甲、乙两个容器，其中甲为绝热容器，乙为恒温容器。相同温度下，分别充入0.2mol的NO2，发生反应：2NO2(g) N2O4(g) ΔH<0，甲中NO2的相关量随时间变化如图所示。
(1)0～3s内，甲容器中NO2的反应速率增大的原因是__________________________。
(2)甲达平衡时，温度若为T℃，此温度下的平衡常数K＝________。
(3)平衡时，K甲________(填“>”“<”或“＝”，下同)K乙，p甲________p乙。
7. [2020·合肥市05月高三教学质量评估卷] (3)利用H2和CO2在一定条件下可以合成乙烯：6H2(g)＋2CO2(g) CH2===CH2(g)＋4H2O(g)。已知不同温度对CO2的转化率及催化剂的效率影响如图所示，下列有关说法不正确的是________(填序号)。
①不同条件下反应，N点的速率最大
②M点时平衡常数比N点时平衡常数大
③温度低于250 ℃时，随温度升高乙烯的产率增大
④实际反应应尽可能在较低的温度下进行，以提高CO2的转化率
(4)在密闭容器中充入5 mol CO和4 mol NO，发生上述(1)中某反应，如图为平衡时NO的体积分数与温度、压强的关系。
回答下列问题：
①温度：T1________T2(填“<”或“>”)。
②某温度下，若反应进行到10 min达到平衡状态D点时，容器的体积为2 L，则此时的平衡常数K＝________(结果精确到两位小数)；用CO的浓度变化表示的平衡反应速率v(CO)＝________________。
③若在D点对反应容器升温的同时扩大体积至体系压强减小，重新达到的平衡状态可能是图中A～G点中的________点。
8. [2019·维吾尔自治区下学期第三次诊断，13]合成乙烯的主要反应：6H2(g)＋2CO2(g) CH2===CH2(g)＋4H2O(g) ΔH<0。图中L(L1、L2)、X可分别代表压强或温度。下列说法正确的是( )
A.L1
C.M、N两点对应的平衡常数相同
D.M点的正反应速率v正小于N点的逆反应速率v逆
解析 A.L1对应二氧化碳的转化率高，所以L1＞L2，选项A错误；B.X代表温度，选项B错误；C.M、N对应温度不同，所以两点对应的平衡常数不相同，选项C错误；D.温度越高反应速率越快，所以M点的正反应速率v正小于N点的逆反应速率v逆，选项D正确；答案选D。
答案 D
9. [2020·广东省高三05月五校联考改编]对温室气体二氧化碳的研究一直是科技界关注的重点。
在催化剂存在下用H2还原CO2是解决温室效应的重要手段之一，相关反应如下：
主反应：CO2(g)＋4H2(g) CH4(g)＋2H2O(g) ΔH1＝－164.0 kJ·mol－1①
副反应：CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝＋41.2 kJ·mol－1
已知：H2和CH4的燃烧热分别为285.5 kJ·mol－1和890.0 kJ·mol－1；
H2O(l)===H2O(g) ΔH＝＋44 kJ·mol－1。
T ℃时，若在体积恒为2 L的密闭容器中同时发生上述反应，将物质的量之和为5 mol的H2和CO2以不同的投料比进行反应，结果如图1所示。若a、b表示反应物的平衡转化率，则表示H2平衡转化率的是________，c、d分别表示CH4(g)和CO(g)的体积分数，由图1可知＝________时，甲烷产率最高。若该条件下CO的产率趋于0，则T ℃时①的平衡常数K＝________。
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