内容正文:
核心素养提升(六) “化学反应速率、
化学平衡图像”类型与突破
核心素养 专项提能
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一、利用图像“断点”探究外因对反应速率的影响
1.当可逆反应达到一种平衡后,若某一时刻外界条件发生改变,都可能使速率—时间图像的曲线出现不连续的情况,根据出现“断点”前后的速率大小,即可对外界条件的变化情况作出判断。如图:
t1时刻改变的条件可能是使用了催化剂或增大压强(仅适用于反应前后气体物质的量不变的反应)。
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2.常见含“断点”的速率变化图像分析
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A.30~40 min间该反应使用了催化剂
B.化学方程式中的x=1,正反应为吸热反应
C.30 min时降低温度,40 min时升高温度
D.8 min前A的平均反应速率为0.08 mol·L-1·min-1
[答案] D
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二、突破常规图像
1.图像类型及特点
(1)转化率(或质量分数等)-压强-温度图像
特点:表示两个外界条件同时变化时,A的转化率
的变化规律。解决这类图像题,采用“定一议二”法,即把自变量(温度、压强)之一设为恒量,讨论另外两个变量的关系。
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特点:曲线上的点表示平衡状态,而X、Y点则表示未达平衡状态,使反应由X点达到平衡状态,反应需向B的百分含量减小的方向进行;要使反应由Y点达到平衡状态,反应需向B的百分含量增大的方向进行。
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(2)质量分数—时间图像
特点:表示不同条件下反应速率的快慢以及平衡混合物中D的质量分数大小。解题方法是“先拐先平,数值大”,即曲线先出现拐点的首先达到平衡,反应速率快,以此判断温度或压强的高低,再依据外界条件对平衡的影响进行分析。
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2.一般解题思路——“四看”
一看面:即看清坐标所代表的意义。
二看线:看准线的走向、变化趋势及量的变化(需作辅助线、等温线、等压线等)。
三看点:弄懂曲线上点的意义,特别是一些特殊点(如起点、交点、转折点、极值点等)。
四看量:看横坐标和纵坐标所表示的物理量的变化。
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C
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三、新型图像分类突破
新型图像往往根据实际工业生产,结合图像,分析投料比、转化率、产率的变化。此类题目信息量较大,能充分考查学生读图、提取信息、解决问题的能力,在新课标高考中受到命题者的青睐。
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放热
不变
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[解析] 当投料比一定时,温度越高,CO2的转化率越低,所以升温,平衡左移,正反应为放热反应。平衡常数只与温度有关,不随投料比的变化而变化。
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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。
[解析] 由图可知当催化剂中n(Mn)/n(Cu)约为2.0时,CO的转化率最大,生成的二甲醚最多。
2.0
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①其他条件相同、催化剂不同时,SO2的转化率随反应温度的变化如图1,Fe2O3和NiO作催化剂均能使SO2的转化率达到最高,不考虑催化剂价格因素,选择Fe2O3的主要优点是_______________________________ _______________________________________。
Fe2O3作催化剂时,在相对较低温度可获得较高的SO2转化率,从而节约能源
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②某科研小组用Fe2O3作催化剂。在380 ℃时,分别研究了n(CO)∶n(SO2)为1∶1、3∶1时SO2转化率的变化情况(图2)。则图2中表示n(CO)∶n(SO2)=3∶1的变化曲线为________(填字母)。
a
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(2)目前,科学家正在研究一种以乙烯作为还原剂的脱硝(NO)原理,其脱硝机理示意图如图3,脱硝率与温度、负载率(分子筛中催化剂的质量分数)的关系如图4所示。
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①写出该脱硝原理总反应的化学方程式:__________________________ ____________________。
②为达到最佳脱硝效果,应采取的条件是_____________________。
350 ℃、负载率3.0%
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(3)汽车使用乙醇汽油并不能减少NOx的排放,这使NOx的有效消除成为环保领域的重要课题。某研究小组在实验室以Ag-ZSM-5为催化剂,测得NO转化为N2的转化率随温度变化情况如图5所示。
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若不使用CO,