题型04 化学反应速率与平衡图像分析-2024年高考化学答题技巧与模板构建

题型04 化学反应速率与平衡图像分析 识图是化学反应速率和化学平衡的难点，试题中涉及的图像已不仅仅是速率与简单的化学平衡，研究体系也已不是单纯的气相体系，往往根据实际工业生产，更多的是研究复杂液相反应体系，坐标参数也不再局限于时间、温度、压强、速率、转化率、百分含量，而是有更多的变量，像物质的量之比、气体分压或离子浓度的对数或负对数等，分析投料比、转化率、产率的变化。多变量图象题是高考考查的重要方向和趋势。 1．物质的量(浓度)、速率——时间图像 (1)速率—时间图像 如N2＋3H22NH3ΔH<0，建立平衡后，加热对速率的影响如图。 此类图像定性地揭示了v(正)、v(逆)随时间(含条件改变对速率的影响)而变化的规律，体现了平衡的“动、等、定、变”的基本特征，以及平衡移动的方向。 (2)全程速率—时间图像 如Zn与足量盐酸的反应，反应速率随时间的变化出现如图情况。 解释原因：AB段(v渐大)，因为是放热反应，随反应的进行，温度渐高，导致反应速率的渐大；BC段(v渐小)，则主要因为随反应的进行，溶液中c(H＋)渐小，导致反应速率渐小。 (3)物质的量(或浓度)—时间图像 例如，某温度时，在定容(V L)容器中，X、Y、Z三种物质的物质的量随时间的变化曲线如图所示。 (1)由图像得出的信息是 ①X、Y是反应物，Z是产物； ②t3时反应达平衡，X、Y没有全部反应。 (2)根据图像可进行如下计算： ①某物质的平均速率、转化率，如v(X)＝mol·L－1·s－1，Y的转化率＝×100%。 ②确定化学方程式中的化学计量数之比 如X、Y、Z三种物质的化学计量数之比为(n1－n3)∶(n2－n3)∶n2。 2．含量(或转化率)—时间—温度(压强)图像 已知不同温度或压强下，反应物的转化率α(或百分含量)与时间的关系曲线，推断温度的高低及反应的热效应或压强的大小及气体物质间的化学计量数的关系。[以aA(g)＋bB(g)cC(g)中反应物的转化率αA为例说明] (1)“先拐先平，数值大”原则 分析反应由开始(起始物质相同时)达到平衡所用时间的长短可推知反应条件的变化。 ①若为温度变化引起，温度较高时，反应达平衡所需时间短，如甲中T2＞T1。 ②若为压强变化引起，压强较大时，反应达平衡所需时间短。如乙中p1＞p2。 ③若为是否使用催化剂，使用适宜催化剂时，反应达平衡所需时间短。如图丙中a使用催化剂。 (2)正确掌握图像中反应规律的判断方法： ①图中甲，T2＞T1，升高温度，αA降低，平衡逆移，正反应为放热反应。 ②图乙中，p1＞p2，增大压强，αA升高，平衡正移，则正反应为气体体积缩小的反应。 ③若纵坐标表示A的百分含量，则甲中正反应为吸热反应，乙中正反应为气体体积增大的反应。 解答速率平衡图像两大方法 1.定一议二 当图像中有三个变量时，先确定一个量不变，再讨论另外两个量的关系，有时还需要作辅助线。 2.三步分析法 一看反应速率是增大还是减小； 二看v正、v逆的相对大小； 三看化学平衡移动的方向。 3．恒温(压)图像分析 该类图像的纵坐标为物质的平衡浓度(c)或反应物的转化率(α)，横坐标为温度(T)或压强(p)，常见类型如下所示： 如图2所示曲线是其他条件不变时，某反应物的最大转化率(α)与温度(T)的关系曲线，图中标出的1、2、3、4四个点，表示 v正>v逆的点是3，表示v正<v逆的点是1，而2、4点表示v正＝v逆。 4．有关化学反应速率和化学平衡的易错点 (1)无论是用某一反应物表示还是用某一生成物表示，由于Δc是取浓度变化的绝对值，因此，其化学反应速率都取正值，且是某一段时间内的平均速率。 (2)化学反应速率可用反应体系中一种反应物或生成物浓度的变化来表示，一般是以最容易测定的一种物质表示，书写时应标明是什么物质的反应速率。 (3)在一定温度下，固体和纯液体物质，其单位体积里的物质的量保持不变，即物质的量浓度为常数，因此它们的化学反应速率也被视为常数。由此可知，现在采用的表示化学反应速率的方法还有一定的局限性。 (4)在同一反应中，用不同的物质表示同一时间的反应速率时，其数值可能不同，但这些数值所表达的意义是相同的即都是表示同一反应的速率。各物质表示的反应速率的数值有相互关系，彼此可以根据化学方程式中的各化学计量数进行换算。 (5)一般来说在反应过程中都不是等速进行的，因此某一时间内的反应速率实际上是这一段时间内的平均速率。 (6)由于固体和纯液体的浓度可视为常数，故改变其用量反应速率不变。但当固体颗粒变小时，其表面积增大将导致反应速率增大。 (7)压强对化学反应速率的影