2025届高三化学二轮复习 微专题•大素养19 化学反应速率和化学平衡图像 讲义

微专题·大素养 化学反应速率和化学平衡图像 考点一　常规图像分类突破 1．瞬时速率—时间图像 (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)。 (2)“渐变”类v­t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 (3)利用图像“断点”判断影响速率的外因 图像 t1时刻所改变的条件 温度 升高 降低 升高 降低 正反应为放热的反应 正反应为吸热的反应 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 【示例1】　在一密闭容器中发生反应N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)　ΔH＜0，达到平衡后，只改变某一个条件时，反应速率与反应时间的关系如图所示。 回答下列问题： (1)处于平衡状态的时间段是______(填字母，下同)。 A．t0～t1 B．t1～t2 C．t2～t3 D．t3～t4 E．t4～t5 F．t5～t6 (2)判断t1、t3、t4时刻分别改变的一个条件。 A．增大压强 B．减小压强 C．升高温度 D．降低温度 E．加催化剂 F．充入氮气 t1时刻____________；t3时刻____________；t4时刻____________。 (3)依据(2)中的结论，下列时间段中，氨的百分含量最高的是________。 A．t0～t1 B．t2～t3 C．t3～t4 D．t5～t6 (4)如果在t6时刻，从反应体系中分离出部分氨，t7时刻反应达到平衡状态，请在图中画出反应速率的变化曲线。 2．全程速率—时间图像 例如：Zn与足量盐酸的反应，化学反应速率随时间的变化出现如图所示情况。 (1)AB段(v增大)，原因是反应放热，溶液温度逐渐升高，v增大。 (2)BC段(v减小)，原因是溶液中c(H＋)逐渐减小，v减小。 【示例2】　向绝热恒容密闭容器中通入SO2和NO2，一定条件下使反应SO2(g)＋NO2(g) ⇌SO3(g)＋NO(g)达到平衡，正反应速率随时间变化的示意图如下所示。由图可得出的正确结论是(　　) A．反应在c点达到平衡状态 B．反应物浓度：a点小于b点 C．反应物的总能量低于生成物的总能量 D．Δt1＝Δt2时，SO2的转化率：a～b段小于b～c段 3．含量—时间—温度(压强)图像 常见图像形式有如下几种。其中C%指生成物的百分含量，B%指反应物的百分含量。 【示例3】　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： (1)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)根据图示可确定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________(填编号，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平衡常数为K2，则K1________K2(填“>”“＝”或“<”)。 4．转化率(或质量分数)与压强—温度图像 恒压线图像 【示例4】　已知某可逆反应mA(g)＋nB(g)⇌ pC(g)在密闭容器中进行，如图表示在不同反应时间(t)时，温度(T)和压强(p)与反应物B在混合气体中的体积分数[φ(B)]的关系曲线，由曲线分析，下列判断正确的是(　　) A．T1＜T2，p1＞p2，m＋n＞p，放热反应 B．T1＞T2，p1＜p2，m＋n＞p，吸热反应 C．T1＜T2，p1＞p2，m＋n＜p，放热反应 D．T1＞T2，p1＜p2，m＋n＜p，吸热反应 5．化学平衡中的其他图像 (1)对于化学反应：mA(g)＋nB(g) ⇌pC(g)＋qD(g)，M点前，表示从反应开始，v(正) >v(逆)；M点为刚达到平衡点；M点后为平衡受温度影响的情况，即升温，A的百分含量增加或C的百分含量减少，平衡左移，故ΔH<0。 (2) 对于化学反应：mA(g)＋nB(g)⇌pC(g)＋qD(g)，L线上所有的点都是平衡点。L线的上方(E点)，A的百分含量大于此压强时平衡体系中A的百分含量，所以E点满足v(正)>v(逆)；同理L线的下方(F点)满足v(正)<v(逆)。 【示例5】　在容积为2 L的恒容密闭容器中发生反应xA(g)＋yB(g)⇌zC(g)，图1表示200 ℃时容器中A、B、C物质的量随时间的变化关系，图2表示不同温度下平衡时C的体积分数随起始n(A)∶n(B)的变化关系。则下列结论正确的是(　　) A．200 ℃时，反应从开始到平衡的平均速率v(B)＝0.04 mol·L－1·min－1 B．反应xA(g)＋yB(g) ⇌zC(g)的ΔH>0，且a＝2 C．若在图1所示的平衡状态下，再向体系中充入He，此时v(正)>v(逆) D．200 ℃时，向容器中充入2 mol A和1 mol B，达到平衡时，A的体积分数大于0.5 微点拨　图像题的解题方法 (1)先拐先平：在含量(转化率)—时间曲线中，先出现拐点的先达到平衡，说明该曲线反应速率大，表示温度较高、有催化剂、压强较大等。 (2)定一议二：当图像中有三个量时，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。 (3)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。 考点二　复杂化学平衡图像分类突破 【典型图像例析】 题型一　转化率—投料比—温度图像 【示例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a MPa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”)。 题型二　根据图像判断投料比 【示例2】　采用一种新型的催化剂(主要成分是Cu­Mn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。 则催化剂中约为________时最有利于二甲醚的合成。 题型三　最佳反应条件选择 【示例3】　汽车尾气是雾霾形成的原因之一。研究氮氧化物的处理方法可有效减少雾霾的形成，可采用氧化还原法脱硝：4NO(g)＋4NH3(g)＋O2(g) ⇌4N2(g)＋6H2O(g)　ΔH<0 根据下图判断提高脱硝效率的最佳条件是________________________________；氨氮比一定时，在400 ℃时，脱硝效率最大，其可能的原因是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 题型四　曲线发生某种变化原因的解释 【示例4】　汽车使用乙醇汽油并不能减少NOx的排放，某研究小组在实验室以耐高温试剂Ag­ZSW­5催化，测得NO转化为N2的转化率随温度变化情况如下图所示。 (1)在＝1条件下，最佳温度应控制在________左右。 (2)若不使用CO，温度超过775 K，发现NO的分解率降低，其可能的原因为________________________________________________________________________。 (3)用平衡移动原理解释为什么加入CO后NO转化为N2的转化率增大：________________________________________________________________________。 题型五　陌生反应方程式书写 【示例5】　向密闭容器中加入0.2 mol H2S，反应在不同温度(900～1 500 ℃)下达到平衡时，混合气体中各组分的体积分数如图所示，则在此温度区间内，H2S分解反应的化学方程式为________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 [体验1]　下图是在一定时间内，使用不同催化剂Mn和Cr在不同温度下对应的脱氮率，由图可知工业使用的最佳催化剂为________、相应温度为________；使用Mn作催化剂时，脱氮率b～a段呈现如图变化的可能原因是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 [体验2]　采用一种新型的催化剂(主要成分是Cu­Mn的合金)，利用CO和H2制备二甲醚，反应为4H2(g)＋2CO(g)⇌CH3OCH3(g)＋H2O(g)。有研究者在压强为5.00 MPa的条件下，将H2和CO反应直接制备二甲醚，结果如下图所示，其中CO的转化率随温度升高而降低的原因是____________________________。 [体验3]　丙烷氧化脱氢法制备丙烯的主要反应如下： C3H8(g)＋O2(g)⇌C3H6(g)＋H2O(g)　ΔH2＝－118 kJ·mol－1 在催化剂作用下，C3H8氧化脱氢除生成C3H6外，还生成CO、CO2等物质。C3H8的转化率和C3H6的产率随温度变化关系如图所示。 (1)图中C3H8的转化率随温度升高而上升的原因是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)575 ℃时，C3H6的选择性为______。(C3H6的选择性＝×100%) (3)基于本研究结果，能提高C3H6选择性的措施是________________________________________________________________________。 微专题·大素养 考点一 示例1　解析： (1)根据图示可知，t0～t1、t2～t3、t3～t4、t5～t6时间段内，v正、v逆相等，反应处于平衡状态。 (2)t1时，v正、v逆同时增大，且v逆增大得更快，平衡向逆反应方向移动，所以t1时改变的条件是升温。t3时，v正、v逆同时增大且增大量相同，平衡不移动，所以t3时改变的条件是加催化剂。t4时，v正、v逆同时减小，但平衡向逆反应方向移动，所以t4时改变的条件是减小压强。 (3)根据图示知，t1～t2、t4～t5时间段内平衡均向逆反应方向移动，NH3的含量均比t0～t1时间段的低，所以t0～t1时间段内NH3的百分含量最高。 (4)t6时刻分离出部分NH3，v逆立刻减小，而v正逐渐减小，在t7时刻二者相等，反应重新达到平衡，据此可画出反应速率的变化曲线。 答案：(1)ACDF　(2)C　E　B　(3)A (4) 示例2　解析：A项，化学平衡状态的标志是各物质的浓度不再改变，其实质是正反应速率等于逆反应速率，c点对应的正反应速率显然还在改变，一定未达平衡，错误；B项，a到b时正反应速率增加，反应物浓度随时间不断减小，错误；C项，从a到c正反应速率增大，之后正反应速率减小，说明反应刚开始时温度升高对正反应速率的影响大于浓度减小对正反应速率的影响，说明该反应为放热反应，即反应物的总能量高于生成物的总能量，错误；D项，随着反应的进行，正反应速率越快，消耗的二氧化硫就越多，SO2的转化率将逐渐增大，正确。 答案：D 示例3　解析： (1)0～10 min内v(A)＝＝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，C的物质的量浓度增加量为0.4 mol·L－1，x、y之比等于A、C的浓度的变化量之比，故x∶y＝0.2 mol·L－1∶0.4 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；12～16 min，反应处于平衡状态，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。由于16 min时升高温度，则K1>K2。 答案：(1)0.02 mol·L－1·min－1　(2)1∶2　(3)变大　(4)④⑥　④　(5)> 示例4　解析：由图可知，压强一定时，温度T1先达到平衡，故温度：T1＞T2，升高温度，B在混合气体中的体积分数减小，说明平衡正向移动，正反应为吸热反应；温度一定时，压强p2先达到平衡，故压强：p1＜p2，增大压强，B在混合气体中的体积分数增大，说明平衡逆向移动，正反应为气体体积增大的反应，则m＋n＜p。 答案：D 示例5　解析： 细析图 想原理 得结论 物质的量变化之比等于化学计量数之比 化学方程式为2A(g)＋B(g) ⇌C(g) 原比例n(A)∶n(B)＝2∶1，在恒温恒容容器中按原比例(2 mol A和1 mol B)增加反应物的物质的量等同于加压 加压，平衡向正反应方向移动，A的体积分数减小，即小于0.5 升高温度平衡向吸热(生成C)方向移动 ΔH>0 按化学计量数之比投料，生成物的百分含量最高 a＝2 答案：B 考点二 典型图像例析 示例1　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。 答案：放热　不变 示例2　解析：由图可知当催化剂中约为2.0时，CO的转化率最大，生成的二甲醚最多。 答案：2.0 示例3　答案：氨氮物质的量之比为1，温度为400 ℃　在400 ℃时催化剂的活性最好，催化效率最高，同时400 ℃温度较高，反应速率快 示例4　答案：(1)870 K(860～880 K范围内都可以)　(2)该反应放热，升高温度，反应向逆反应方向进行　(3)加入的CO会与NO的分解产物O2发生反应，促进NO分解平衡向生成N2的方向移动，导致NO转化率升高 示例5　解析：图中纵轴表示各组分的体积分数，H2S的分解反应为吸热反应，随着温度升高，体积分数减小的是反应物H2S，体积分数增大的是生成物单质硫和氢气；选择1 100 ℃时的数据进行分析，H2S的体积分数为70%，此时生成的两种单质的体积分数分别为20%、10%，若将单质硫写为“S”，则与氢气的体积分数应该相等，若将单质硫写为双原子分子“S2”，则氢气的体积分数为“S2”的两倍，故H2S分解反应的化学方程式为 答案： 体验1　答案：Mn　200 ℃左右 b～a段，开始温度较低，催化剂活性较低，脱氮反应速率较慢，反应还没达到化学平衡，随着温度升高反应速率变大，一定时间参与反应的氮氧化物变多，导致脱氮率逐渐增大 体验2　答案：该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，导致CO的转化率降低 体验3　解析： (1)该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，C3H8的转化率应该降低，但实际上C3H8的转化率随温度升高而上升，可能是升高温度催化剂的活性增大导致的。 (2)根据图像，575 ℃时，C3H8的转化率为33%，C3H6的产率为17%，假设参加反应的C3H8为100 mol，生成的C3H6为17 mol，C3H6的选择性为×100%≈51.5%。 (3)根据图像，535 ℃时，C3H6的选择性为×100%≈66.7%，550 ℃时，C3H6的选择性为×100%≈61.5%，575 ℃时，C3H6的选择性为×100%≈51.5%，故选择相对较低的温度能够提高C3H6选择性。 答案： (1)温度升高，催化剂的活性增大 (2)51.5% (3)选择相对较低的温度 学科网（北京）股份有限公司 $$