第7章 热点题型(十) 化学反应速率与化学平衡图像(课件PPT)-【正禾一本通】2025年高考化学高三一轮总复习高效讲义（人教版2019 双选版）

正禾一本通 一轮总复习 多媒体课件 英语（人教版） 一轮总复习 多媒体课件 化学（人教版双选） 第七章 化学反应速率 与化学平衡 热点题型(十)　 化学反应速率与化学平衡图像 热点题型(十)　化学反应速率与化学平衡图像 识图是化学反应速率和化学平衡的难点，从近三年高考试题来看，图像、数据信息是高考考查的难点，高考题的信息给予具有多样化，往往根据工业生产实际，并结合陌生图像，分析投料比、转化率、产率的变化，考查接受、加工、同化新信息能力。预计2025年的高考仍然会以物质(或微粒)变化示意图、能量变化图像或化学平衡图像的形式呈现本考点，另外选择有机反应、溶液中进行的反应考查化学平衡问题成为命题热点，尤其是化学平衡图像的绘制，应引起关注。 类型1　速率­时间图像 1．常见含“断点”的速率­时间图像 图像 t1 时刻 所改 变的 条件 温度 升高 降低 升高 降低 正反应为放热反应 正反应为吸热反应 压强 增大 减小 增大 减小 正反应为气体物质的量增大的 反应 正反应为气体物质的量减小的 反应 2.“渐变”类速率­时间图像 图像 分析 结论 t1时v′正突然增大，v′逆逐渐增大；v′正＞v′逆，平衡向正反应方向移动 t1时其他条件不变，增大反应物的浓度 t1时v′正突然减小，v′逆逐渐减小；v′逆＞v′正，平衡向逆反应方向移动 t1时其他条件不变，减小反应物的浓度 t1时v′逆突然增大，v′正逐渐增大；v′逆＞v′正，平衡向逆反应方向移动 t1时其他条件不变，增大生成物的浓度 t1时v′逆突然减小，v′正逐渐减小；v′正＞v′逆，平衡向正反应方向移动 t1时其他条件不变，减小生成物的浓度 例1.(2023·湘豫名校联考)某温度下，将2 mol H2和2 mol I2充入密闭的刚性容器中发生反应H2(g)＋I2(g)⇌2HI(g)，该反应的v­t图像如图所示，t1时刻测定容器内HI的物质的量为1 mol，t2时刻保持等温等容，抽走0.5 mol HI。下列有关叙述正确的是(　　 ) A．该温度下2HI(g) ⇌ H2(g)＋I2(g)的平衡常数K＝ eq \f(1,2.25) B．反应过程中，可以利用气体的总压强保持不变来判断是否达到平衡 C．t2时刻，抽取HI的瞬间，v′逆在图像上的变化应该是c点 D．t2时刻，抽取HI后达到平衡后H2的百分含量减少 解析：选C。A项，t1时刻测定容器内HI的物质的量为1 mol，根据反应方程式的系数可知，H2和I2各剩下1.5 mol，该反应前后气体物质的系数之和不变，可以用物质的量代替浓度计算平衡常数，故该温度下2HI(g) ⇌ H2(g)＋I2(g)的平衡常数K＝ eq \f(1.5×1.5,12) ＝2.25，故A错误；B项，该反应前后气体总物质的量不变，恒温恒容下，气体的总压强始终不变，故反应过程中，不能利用气体的总压强保持不变来判断是否达到平衡，故B错误；C项，t2时刻，抽取HI的瞬间，生成物的浓度瞬间减小，则v′逆瞬间减小，则在图像上的变化应该是c点，故C正确；D项，t2时刻，抽取HI后相当于减小压强，减小压强平衡不移动，平衡后H2的百分含量不变，故D错误。 【对点练】 1.如图是关于反应A2(g)＋3B2(g) ⇌ 2C(g) ΔH<0的平衡移动图像，影响平衡移动的原因可能是(　　 ) A．增大反应物浓度，同时减小生成物浓度 B．增大反应物浓度，同时使用催化剂 C．升高温度，同时加压 D．降低温度，同时减压 解析：选A。增大反应物浓度，v正比原平衡时大；减小生成物浓度，v逆比原平衡时小，达平衡前，v正＞v逆，A符合题意。增大反应物浓度，同时使用催化剂，v正、v逆一定大于原平衡时的v正、v逆，B不合题意。由于正反应为放热反应，所以升高温度，平衡逆向移动；由于反应物气体分子数大于生成物气体分子数，所以加压时，平衡正向移动，尽管不能确定平衡如何移动，但条件改变的瞬间，v正、v逆一定大于原平衡时的v正、v逆，C不合题意。降低温度，同时减压，v正、v逆一定小于原平衡时的v正、v逆，D不合题意。 类型2　反应进程图像 反应进程图像的分析思路 此类图像一般纵坐标表示物质的量、浓度、百分含量、转化率，横坐标表示反应时间。解题的关键是找转折点。 1．转折点之前，用外因对速率的影响分析问题，用“先拐先平数值大”的规律判断不同曲线表示温度或压强的大小。 2．转折点之后是平衡状态或平衡移动，解题时要抓住量的变化，找出平衡移动的方向，利用化学平衡移动原理推理分析。 [示例](1)浓度­时间图像的判断 如A(g)＋B(g) ⇌ AB(g) 含量­时间图像的判断(C%指某产物的质量分数，B%指某反应物的质量分数) ①判断是否加入催化剂 (a用催化剂，b不用催化剂) ②判断反应吸热还是放热 (T2>T1，正反应为吸热反应) (T2>T1，正反应为放热反应) ③判断反应体积是增大还是减小 (p1>p2，正反应为气体体积减小的反应) (p1>p2，正反应为气体体积增大的反应) 例2.工业上以CH4为原料制备H2的原理为CH4(g)＋H2O(g) ⇌ CO(g)＋3H2(g)。在一定条件下a、b两个恒温恒容的密闭容器中均通入1.1 mol CH4(g)和1.1 mol H2O(g)，测得两容器中CO的物质的量随时间的变化曲线分别为a和b。已知容器a的体积为10 L，温度为Ta，下列说法不正确的是(　　 ) A．容器a中CH4从反应开始到恰好平衡时的平均反应速率为0.025 mol·L－1·min－1 B．a、b两容器的温度可能相同 C．在达到平衡前，容器a的压强逐渐增大 D．该反应在Ta温度下的平衡常数为27 解析：选B。观察两容器中CO的物质的量随时间的变化曲线a和b可知，当CO的物质的量保持不变时便达到平衡状态，a容器用了4 min，b容器用了6.5 min，两个容器中反应快慢不同，若二者温度相同，则容器a压强大，该反应为反应前后气体分子数增大的反应，加压平衡逆向移动，平衡时a中CO的物质的量应低于b，因此温度肯定不同。用三段式分析a容器中各物质的相关量： 　　　　　CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g) 起始量(mol)　1.1　　1.1　　　 　0　　　0 转化量(mol)　1　　　1　　　　　1　　　3 平衡量(mol)　0.1　　0.1　　　　 1　　　3 A项，容器a中CH4从反应开始到恰好平衡时的平均反应速率为 eq \f(Δc（CH4）,Δt) ＝ eq \f(\f(1,10) mol·L－1,4 min) ＝0.025 mol·L－1·min－1，正确；B项，根据以上分析a、b两容器的温度不可能相同，错误；C项，因为该反应条件为恒温恒容，反应后气体的物质的量增大，所以在达到平衡前，容器a的压强逐渐增大，正确；D项，该反应在Ta温度下的平衡常数为 eq \f(0.1×0.33,0.01×0.01) ＝27，正确。 【对点练】 2.向一容积不变的密闭容器中充入一定量A和B，发生如下反应：xA(g)＋2B(s) ⇌ yC(g)　ΔH<0。在一定条件下，容器中A、C的物质的量浓度随时间变化的曲线如图所示。请回答下列问题： 用A的浓度变化表示该反应在0～10 min内的平均反应速率v(A)＝ __________________________________________________________________。 (2)根据图像可确定x∶y＝________。 (3)0～10 min容器内压强________(填“变大”“不变”或“变小”)。 (4)推测第10 min引起曲线变化的反应条件可能是________(填序号，下同)；第16 min引起曲线变化的反应条件可能是________。 ①减压　②增大A的浓度　③增大C的量 ④升温　⑤降温　⑥加催化剂 (5)若平衡Ⅰ的平衡常数为K1，平衡Ⅱ的平衡常数为K2，则K1________(填“>”“＝”或“<”)K2。 解析：(1)0～10 min内v(A)＝ eq \f(（0.45－0.25） mol·L－1,10 min) ＝0.02 mol·L－1·min－1。(2)根据图像可知，0～10 min内A的物质的量浓度减少量为0.20 mol·L－1，C的物质的量浓度增加量为0.40 mol·L－1，x、y之比等于A、C的物质的量浓度变化量之比，故x∶y＝0.20 mol·L－1∶0.40 mol·L－1＝1∶2。(3)该反应是气体分子数增大的反应，而容器容积不变，因此0～10 min容器内压强变大。(4)根据图像可知，10 min时改变条件后，A、C的浓度瞬时不变且随后反应速率加快，故改变的条件可能是升温或加入催化剂；16 min时改变条件后，A、C的浓度瞬时不变，且随后A的浓度逐渐增大，C的浓度逐渐减小，说明平衡逆向移动，故改变的条件可能是升温。(5)升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小，则K1>K2。 答案：(1)0.02 mol·L－1·min－1　(2)1∶2　(3)变大　(4)④⑥　④　(5)> 类型3　恒压(或恒温)条件下的图像 化学平衡图像题的解题流程 此类图像的纵坐标为某物质的平衡浓度或转化率，横坐标为温度或压强，解答此类问题，要关注曲线的变化趋势，有多个变量时，注意控制变量，即“定一议二”。 [示例](1)恒压线、恒温线图像的判断(α表示反应物的转化率，c表示反应物的平衡浓度) 图①：若p1>p2>p3，则正反应为气体体积减小的反应，ΔH＜0。 图②：若T1>T2，则正反应为放热反应，且为气体体积增大的反应。 (2)两种特殊图像 ①对于化学反应mA(g)＋nB(g) ⇌ pC(g)＋qD(g)(如图)，M点前，v正>v逆；M点为平衡点；M点后为平衡受温度的影响情况，即升温导致A的百分含量增加(或C的百分含量减少)，平衡左移，故正反应ΔH＜0。 ②对于化学反应mA(g)＋nB(g) ⇌ pC(g)＋qD(g)(如图)，L线上所有的点都是平衡点。L线的左上方E点，A的百分含量大于此压强时平衡体系的A的百分含量，所以E点：v正>v逆；则L线的右下方F点：v正＜v逆。 例3.在恒压、H2和CO2的起始浓度一定的条件下，用不同Mg含量的催化剂Ni/xMg(x值越大表示Mg含量越大)催化反应相同时间，测得不同温度下反应：4H2(g)＋CO2(g)===CH4(g)＋2H2O(g)的CO2的转化率如图所示。下列说法正确的是(　　 ) A．反应4H2(g)＋CO2(g)===CH4(g)＋2H2O(g)的ΔH>0 B．延长W点的反应时间可提高CO2的转化率 C．相同条件下催化剂中Mg的含量越高催化效率越高 D．使用合适的催化剂可以提高CO2的转化率 解析：选D。据图可知使用不同催化剂时，在360 ℃左右，相同时间内CO2的转化率相同，说明该温度下，该时间段内三种催化剂条件下反应都达到了平衡，继续升高温度CO2的转化率减小，说明平衡逆向移动，则正反应为放热反应，ΔH<0，A错误；W点处反应已经达到平衡，延长W点的反应时间平衡也不会移动，CO2的转化率不变，B错误；据图可知温度较低反应未达到平衡时，相同时间内使用催化剂Ni/0.1Mg时比使用催化剂Ni/0.05Mg时CO2转化率低，催化效率低，C错误；据图可知，在温度较低反应未达到平衡时，选用合适的催化剂可以加快反应速率，提高CO2的转化率，D正确。 【对点练】 3.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)。下列说法不正确的是(　　 ) A．图中Y点所示条件下，增加O2的浓度能提高NO转化率 B．图中X点所示条件下，延长反应时间能提高NO转化率 C．反应2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g)的ΔH＞0 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 解析：选C。Y点所示条件下达到平衡状态，增大氧气浓度平衡正向移动，NO转化率提高，A正确；X点没有达到平衡状态，平衡正向进行，延长时间导致消耗的NO量增多，导致NO转化率提高，B正确；升高温度NO平衡转化率降低，说明升高温度，化学平衡逆向移动，根据平衡移动原理：升高温度，化学平衡向吸热方向移动，逆反应为吸热反应，则该反应的正反应为放热反应，所以ΔH＜0，C错误；380 ℃下c起始(O2)＝5.0×10－4 mol/L，反应正向移动，则c平衡(O2)＜5.0×10－4 mol/L，NO平衡转化率为50%，则平衡时c(NO)＝c(NO2)，化学平衡常数K＝ eq \f(c2（NO2）,c（O2）·c2（NO）) > eq \f(1,5.0×10－4) ＝2 000，D正确。 类型4　实际生产中多因素影响下的速率平衡图像 例4.(2023·江苏高考)二氧化碳加氢制甲烷过程中的主要反应为 CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－164.7 kJ·mol－1 CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝41.2 kJ·mol－1 在密闭容器中，1.01×105 Pa、n起始(CO2)∶n起始(H2)＝1∶4时，CO2平衡转化率、在催化剂作用下反应相同时间所测得的CO2实际转化率随温度的变化如题图所示。CH4的选择性可表示为 eq \f(n生成（CH4）,n反应（CO2）) ×100%。下列说法正确的是(　　 ) A．反应2CO(g)＋2H2(g)===CO2(g)＋CH4(g)的焓变ΔH＝－205.9 kJ·mol－1 B．CH4的平衡选择性随着温度的升高而增加 C．用该催化剂催化二氧化碳反应的最佳温度范围约为480～530 ℃ D．450 ℃时，提高 eq \f(n起始（H2）,n起始（CO2）) 的值或增大压强，均能使CO2平衡转化率达到X点的值 解析：选D。由盖斯定律可知反应2CO(g)＋2H2(g)===CO2(g)＋CH4(g)的焓变ΔH＝－2×41.2 kJ·mol－1－164.7 kJ·mol－1＝－247.1 kJ·mol－1，A错误；CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(g)为放热反应，升高温度平衡逆向移动，CH4的含量降低，故CH4的平衡选择性随着温度的升高而降低，B错误；450 ℃时，提高 eq \f(n起始（H2）,n起始（CO2）) 的值可提高二氧化碳的平衡转化率，增大压强反应CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(g)平衡正向移动，可提高二氧化碳的平衡转化率，均能使CO2平衡转化率达到X点的值，D正确。 【方法指导】　投料比与转化率之间的关系 以N2(g)＋3H2(g) ⇌ 2NH3(g)为例，当N2与H2的投料比为1∶3(系数比)时，N2与H2的平衡转化率相等，且平衡时NH3的体积分数最大；增大N2与H2的投料比，则α(H2)增大，α(N2)减小；减小N2与H2的投料比，则α(H2)减小，α(N2)增大。 【对点练】 （双选）4.(2023·福建百校联盟三模)以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下： ①CO2(g)＋3H2(g) ⇌ CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH1 ②CO2(g)＋H2(g) ⇌ CO(g)＋H2O(g)ΔH2 CO2的平衡转化率(X­CO2)、CH3OH的选择性(S­CH3OH)随温度、压强变化如下： 已知：S­CH3OH＝ eq \f(n（转化为CH3OH的CO2）,n（转化的CO2）) ×100%。 下列叙述正确的是(　　) A．p1<p2 B．400 ℃左右，体系发生的反应主要是反应① C．由图可知，ΔH1<0，ΔH2>0 D.起始n(CO2)＝1 mol、n(H2)＝3 mol，平衡后X­CO2＝30%，S­CH3OH＝80%，若只发生反应①②，则H2的平衡转化率为26% 解析：选CD。反应①为气体体积减小的反应，相同温度下，增大压强，平衡正向移动，CH3OH的选择性增大，由图可知，相同温度下，p1压强下CH3OH的选择性大于p2压强下CH3OH的选择性，则p1＞p2，A错误；400 ℃左右，CH3OH的选择性接近为0，说明400 ℃左右，体系发生的反应主要是②，B错误；由图可知，相同压强下，升高温度，CH3OH的选择性减小，但CO2的平衡转化率先减小后增大，说明反应①平衡逆向移动，反应②平衡正向移动，则ΔH1＜0，ΔH2＞0，C正确；初始n(CO2)＝1 mol、n(H2)＝3 mol，平衡后X­CO2＝30%、Δn(CO2)＝1 mol×30%＝0.3 mol，S­CH3OH＝80%，n(转化为CH3OH的CO2)＝0.3 mol×80%＝0.24 mol，列化学平衡三段式， 　CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) 变化(mol)　0.24　　　0.72　　　0.24　　　0.24 　　　 　　CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) 变化(mol)　0.06　 　0.06　　　0.06　 　0.06 Δn(H2)＝0.72 mol＋0.06 mol＝0.78 mol，氢气转化率为 eq \f(0.72 mol＋0.06 mol,3 mol) ×100%＝26%，D正确。 $$