2024年高考化學(xué)復(fù)習(xí) 化學(xué)平衡圖（表）問題

壓軸化學(xué)平衡圖(表)問題

一■、考向分析

反應(yīng)速率和化學(xué)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(rèn)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(yù)測(cè)在2022高考中，化學(xué)反應(yīng)原

理的綜合仍會(huì)以與生產(chǎn)生活實(shí)際聯(lián)系緊密的創(chuàng)新題材為載體，考查學(xué)生化學(xué)平衡常數(shù)的多種表達(dá)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(jì)算等重要知識(shí)點(diǎn)，另外速率常數(shù)的理解與

應(yīng)用也是近幾年高考考查的重點(diǎn)內(nèi)容之一，亦應(yīng)予以特別關(guān)注。

二、壓軸題要領(lǐng)

化學(xué)平衡圖像類試題是高考的熱點(diǎn)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(jiǎn)明、

直觀、形象的特點(diǎn)，但蘊(yùn)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(yīng)：

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

1

反應(yīng)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(shí)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(yīng)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(shí)，在催化劑作用下CO?與H2反應(yīng)一段時(shí)間后，測(cè)得CH30cH3的選擇性為48%(圖中A點(diǎn))。不改

變反應(yīng)時(shí)間和溫度，一定能提高CH30cH3選擇性的措施有o

【答案】①反應(yīng)I的AH>0,反應(yīng)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(qiáng)，使用對(duì)反應(yīng)n催化活性更高的催化劑

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

反應(yīng)n為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向進(jìn)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(shí)，CO2轉(zhuǎn)化率上升。

②圖中A點(diǎn)CH30cH3的選擇性沒有達(dá)到此溫度下平衡時(shí)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(yīng)時(shí)間和溫度時(shí)，根據(jù)反應(yīng)II,可以增大壓強(qiáng)，或者使用對(duì)反應(yīng)H催化

活性更高的催化劑。

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

的化學(xué)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(yīng)速率，k正、左逆為速率常數(shù)，/為各組分的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)。

反應(yīng)開始時(shí)，已醇和乙酸甲酯按物質(zhì)的量之比1：1投料，測(cè)得348K、343K、338K三個(gè)溫度下乙酸甲酯

轉(zhuǎn)化率(a)隨時(shí)間(力的變化關(guān)系如下圖所示。

該醇解反應(yīng)的0(填,或<)o348K時(shí)，以物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)表示的化學(xué)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(diǎn)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(duì)應(yīng)的是最高溫度348K,溫度升高，平衡時(shí)轉(zhuǎn)化率增大，說明正向是

吸熱的，所以/打>0。348K時(shí)，設(shè)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(dá)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(dòng)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(diǎn)z(CH3COOCH3)-/(C6Hi3OH)大，溫度高，因此A點(diǎn)v正最大，C點(diǎn)％(CH3coO

C6Hl3)%(CH3OH)大且溫度高，因此C點(diǎn)V逆最大。

3.對(duì)于反應(yīng)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(shí)SiHCk的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)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(yīng)達(dá)到平衡的時(shí)間,

可采取的措施有、O

2

②比較a、b處反應(yīng)速率大小：l)aDh(填"大于""小于''或"等于")O反應(yīng)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(yīng)速率常數(shù)，X為物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，計(jì)算a處——=

“逆一

(保留1位小數(shù))。

【答案】

(1)①及時(shí)移去產(chǎn)物改進(jìn)催化劑提高反應(yīng)物壓強(qiáng)(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(qiáng)不影響

平衡）?？s短達(dá)到平衡的時(shí)間，就是加快反應(yīng)速率，所以可以采取的措施是增大壓強(qiáng)（增大反應(yīng)物濃度）、

加入更高效的催化劑（改進(jìn)催化劑）。

③a、b兩點(diǎn)的轉(zhuǎn)化率相等，可以認(rèn)為各物質(zhì)的濃度對(duì)應(yīng)相等，而a點(diǎn)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(dāng)反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)叫E=^度，

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

以組=0.02。a點(diǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)化率為20%,所以計(jì)算出：

“

2SiHCl3;=SiH2cE+SiCl4

起始：100

反應(yīng)：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(diǎn)睛：題目的最后一問的計(jì)算過程比較繁瑣，實(shí)際題目希望學(xué)生能理解化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)應(yīng)該等于正逆

反應(yīng)的速率常數(shù)的比值。要考慮到速率常數(shù)也是常數(shù)，應(yīng)該與溫度相關(guān)，所以不能利用b點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)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(yīng)溫度71時(shí)，C（N2O。隨《時(shí)間）變化曲線如圖1,畫出0?

時(shí)段，C（NC）2）隨/變化曲線。

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

圖1

（2）NO氧化反應(yīng)：2NO（g）+C）2（g）=2NC）2（g）分兩步進(jìn)行，其反應(yīng)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?zèng)Q定NO氧化反應(yīng)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(yīng)溫度分別為73和北（久>73）,

測(cè)得c（NO）隨（時(shí)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(shí)間較長(zhǎng)，試結(jié)合反應(yīng)過程能量圖（圖2）分析其

原因O

（2）@II②74

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

【解析】（1）改變反應(yīng)溫度為？2（^>T1）,升高溫度，反應(yīng)速率加快，縮短了達(dá)到平衡的時(shí)間，且正反應(yīng)

為吸熱反應(yīng)，溫度升高，平衡正向移動(dòng)，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(shí)間變化趨勢(shì)如答案所示

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

率的步躲是II。②反應(yīng)I和n都是放熱反應(yīng)，反應(yīng)I還是可逆反應(yīng)，升高溫度，反應(yīng)I平衡逆向移動(dòng)，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(duì)反應(yīng)II速率的影響，使反應(yīng)n速率減慢，轉(zhuǎn)化相同量的

NO時(shí)，在溫度下消耗時(shí)間較長(zhǎng)。

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(yīng)），控制反應(yīng)溫度60（FC,并保持體系總壓為O.IMpa不變的條件下進(jìn)行反應(yīng)。在不同反應(yīng)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?jǐn)?shù)）示意

圖如下：

1Q0

轉(zhuǎn)

化

率

或

選

擇

性

%

①A,B兩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的正反應(yīng)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(shí)O

③用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算600。(2時(shí)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?jǐn)?shù))

④控制反應(yīng)溫度為600。(2的理由是o

【答案】①B②正反應(yīng)方向氣體分子數(shù)增加，加入氮?dú)庀♂?，相?dāng)于起減壓的效果?0.019MPa

④60(TC時(shí)，乙苯的轉(zhuǎn)化率和苯乙烯的選擇性均較高。溫度過低，反應(yīng)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(diǎn)和B點(diǎn)溫度相同，容器恒壓，則充入氮?dú)夂笕萜黧w積變大，氣體濃度減小，濃度越小反應(yīng)

速率越小，所以B點(diǎn)正反應(yīng)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(dāng)于減小壓強(qiáng)，利于反應(yīng)正向進(jìn)

行，乙苯轉(zhuǎn)化率增大；

③600。(2時(shí)乙苯的轉(zhuǎn)化率為40%,不妨設(shè)設(shè)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(qiáng)之比

等于氣體物質(zhì)的量之比，總壓強(qiáng)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(shí)，乙苯的轉(zhuǎn)化率和苯乙烯的選擇性均較高。溫度過低，反應(yīng)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(yīng)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(shí)，按n(CC)2):n(H2)=l:3投

料，測(cè)得不同溫度下平衡時(shí)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(yīng)的AHO

B.曲線b代表H2O

C.N點(diǎn)和M點(diǎn)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(yīng)達(dá)平衡時(shí)c(H2)比M點(diǎn)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(xiàng)：N點(diǎn)和M點(diǎn)均處于所處同一Tl℃

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

積減小，8氏)增大，下反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)c(H2)比M點(diǎn)大，D項(xiàng)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(yīng)①平衡轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)溫度及壓強(qiáng)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(yīng)采取的措施是(填標(biāo)號(hào))。

A.升高溫度B.降低溫度

C.增大壓強(qiáng)D.降低壓強(qiáng)

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(yīng)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(yīng)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(jìn)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(shì)，其降低的原因是O

(3)圖(c)為反應(yīng)產(chǎn)率和反應(yīng)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(yīng)速率增大，原料中過量H2會(huì)使反應(yīng)①平衡逆向移

動(dòng)，所以丁烯產(chǎn)率下降

(3)升高溫度有利于反應(yīng)向吸熱方向進(jìn)行溫度升高反應(yīng)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(shí)，由O.IMPa變化到xMPa,丁烷的轉(zhuǎn)化率增大，即平衡正向移

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

正確、B錯(cuò)誤；反應(yīng)①正向進(jìn)行時(shí)體積增大，加壓時(shí)平衡逆向移動(dòng)，丁烯的平衡產(chǎn)率減小，因此C錯(cuò)誤、D

正確。

(2)反應(yīng)初期，出可以活化催化劑，進(jìn)料氣中〃(氫氣)/〃(丁烷)較小，丁烷濃度大，反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行的

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

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

吸熱反應(yīng)，升高溫度平衡正向移動(dòng)，平衡體系中會(huì)含有更多的丁烯。而溫度超過590。(3時(shí)，丁烯高溫會(huì)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(qiáng)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(yīng)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(shí)，溫度升高而乙酸的生成速率降低的原因是

【答案】

(1)反應(yīng)放熱，溫度升高，平衡左移

(2)250?300°C時(shí)，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(shí)，催化劑的催化效率降

低

9.100kPa時(shí)，反應(yīng)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(yīng)

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

蕤

+

S

O

N

200

0175

2515

(M)1

751

50

25

0

)

)?(X

7(X

600

)50()

44X

(X)3()0

1002

溫度

七

溫度/

圖2

困1

，則

化率

的轉(zhuǎn)

NO

衡時(shí)

到平

（g）達(dá)

NO2

）=2

O2（g

O（g）+

下2N

壓強(qiáng)

度、

同溫

示不

點(diǎn)表

C三

、B、

1中A

⑴圖

。

最大

壓強(qiáng)

應(yīng)的

點(diǎn)對(duì)

沖。4）

壓吊

的分

數(shù)為

量分

質(zhì)的

的物

系中

衡體

g）平

zO￡