第一章 第5讲 化学反应速率和平衡图像（Word教参）-【百汇大课堂】2026年高考化学选考总复习下册·第1轮（浙江专用）

第5讲　化学反应速率和平衡图像 课标引领 1.能运用温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响规律解释生产、生活、实验室中的实际问题，能结合反应速率和平衡图像讨论化学反应条件的选择和优化。 2．针对典型案例，结合反应速率和平衡图像，从限度、反应速率等角度对化学反应和化工生产条件进行综合分析。 考点一　化学反应速率图像及分析 [对应学生用书P22] 1．“渐变”类v­t图像及分析 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 其他条件不变，t1时增大反应物的浓度 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 其他条件不变，t1时减小反应物的浓度 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 其他条件不变，t1时增大生成物的浓度 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 其他条件不变，t1时减小生成物的浓度 2.“断点”类v­t图像及分析 图像 t1时刻改变的条件 温度 升高 降低 升高 降低 正反应是放热反应 正反应是吸热反应 压强 增大 减小 增大 减小 正反应是气体体积增大的反应 正反应是气体体积减小的反应 3.“平台”类v­t图像及分析 图像 分析 结论 t1时v′正、v′逆均突然增大且v′正＝v′逆，平衡不移动 其他条件不变，t1时使用催化剂 其他条件不变，t1时增大反应体系的压强且反应前后气体体积无变化 t1时v′正、v′逆均突然减小且v′正＝v′逆，平衡不移动 其他条件不变，t1时减小反应体系的压强且反应前后气体体积无变化 4.“全程”类v­t图像及分析 例如，金属铝与足量稀盐酸反应，反应速率随时间的变化出现如图所示情况。 (1)AB段反应速率v增大，原因是该反应放热，溶液温度逐渐升高，v增大。 (2)BC段反应速率v减小，原因是溶液中c(H＋)逐渐减小，v减小。 考向一　化学反应速率图像及分析 [例1] (2024·浙江钱塘联盟联考)某温度时，在体积为2 L的密闭容器中，气态物质A、B、E、F的物质的量n随时间t的变化情况如下左图所示，在一定条件下反应达到平衡状态，反应进程中正反应速率随时间的变化情况如下右图所示，在t2、t4时刻分别只改变一个条件(温度、压强或某反应物的量)。下列说法错误的是(　　) A．此温度下，该反应的化学方程式为2A(g)＋E(g)⇌2B(g)＋F(g) B．若平衡状态①和②对应的温度相同，则①和②对应的平衡常数K一定相同 C．t2时刻改变的条件是增大压强 D．t4时刻改变的条件是降低温度 C　解析：各物质发生变化的物质的量等于化学方程式的化学计量数之比，结合左图数据可知，此温度下该反应的化学方程式为2A(g)＋E(g)2B(g)＋F(g)，A正确；平衡常数K只与温度有关，平衡状态①和②的温度相同，故K相等，B正确；该反应前后气体的体积不变，若改变压强，平衡不会发生移动，故t2时刻不可能是增大压强，C错误；根据方程式知，反应前后气体体积不变，故不可能是压强的变化，t4时刻速率减小，且变化的点不连续，因此是降低温度的结果，D正确。 抓住图像特征，快速分析速率­时间图像 (1)分析速率­时间图像的特点，看v(正)、v(逆)是否存在“断点”，看是否存在“平台”。 (2)若存在“断点”，则改变的条件可能是温度或压强，v(正)、v(逆)增大，可能是升高温度或增大压强；若v(正)、v(逆)减小，可能是降低温度或减小压强。 (3)若图像中无“断点”，曲线是“渐变”，即逐渐升高(或降低)，则改变条件是增大浓度(或减小浓度)。 (4)若存在“平台”，则改变条件可能是使用催化剂，或改变压强(前后气体体积不变的反应)。 [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 答案：A 考点二　化学平衡图像及分析 [对应学生用书P24] 1．反应进程“折线图”及分析 下列图中，C%指生成物的百分含量，B%指反应物的百分含量。 (1)温度对化学平衡的影响 (2)压强对化学平衡的影响 (3)催化剂对化学平衡的影响 2．等压(或等温)线及分析 图中α表示反应物的转化率，n表示反应物的平衡物质的量。 (1)图①，若p1>p2>p3，则正反应为气体体积减小的反应，ΔH＜0； (2)图②，若T1>T2，则正反应为放热反应，气体体积增大的反应。 3．两类特殊图像 (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点后为平衡受温度的影响情况，即升高温度，A%增加或C%减少，平衡逆向移动，则有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%大于此压强时平衡体系中A%，则E点满足v(正)＞v(逆)；同理L线的下方(F点)满足v(正)＜v(逆)。 考向二　化学平衡图像及分析 [例2] 在T ℃时，向容积为2 L的恒容密闭容器中充入1 mol CO2和一定量的H2发生反应：CO2(g)＋2H2(g)HCHO(g)＋H2O(g)　ΔH<0。若起始时容器内气体压强为1.2 kPa，达到平衡时，HCHO的分压与起始的关系如图所示。下列说法不正确的是(　　) A．若5 min时到达c点，则v(H2)＝0.12 mol/(L·min) B．b点的化学平衡常数Kp≈3.5 C．c点时，再加入CO2(g)和H2O(g)，使二者分压均增大0.05 kPa，α(H2)减小 D．容器内H2O(g)的体积分数保持不变，说明达到平衡状态 C　解析： c点时n(CO2)∶n(H2)＝1∶2，充入n(CO2)＝1 mol，n(H2)＝2 mol，在恒温恒容密闭容器内n1∶n2＝p1∶p2，反应前混合气体的n(总)＝3 mol，则反应后n(HCHO)＝＝0.6 mol，根据化学反应列三段式得： v(H2)＝＝0.12 mol/(L·min)，A正确；b点和c点温度相同，平衡常数相同，故Kp＝≈3.5，B正确；再加入CO2(g)和H2O(g)，使二者分压均增大0.05 kPa，则有Qp＝≈3.2<Kp，化学平衡向右移动，故H2的转化率增大，C错误；在2 L容器内H2O(g)的体积分数保持不变，各物质的浓度保持不变，反应达到平衡状态，D正确。 分析化学平衡图像的思维模板 [练2] T ℃下，向容积不等的恒容密闭容器中分别加入足量活性炭和1 mol NO2，发生反应2C(s)＋2NO2(g)N2(g)＋2CO2(g)，反应相同时间，测得各容器中NO2的转化率与容器容积(V)的变化关系如图所示。下列说法正确的是(　　) A．c点所示条件下，v正<v逆 B．a、b容器内的压强关系为pa∶pb>6∶7 C．T ℃时，该反应在a点的化学平衡常数为 D．向a点体系中充入一定量的NO2，重新达到平衡时，NO2的转化率比原平衡的大 B　解析：若反应相同时间内，未达到平衡时，容器容积越小，反应物NO2的浓度越大，反应速率越大，NO2的转化率越大；若反应相同时间内，达到平衡时，容器容积越小，容器内压强升高，平衡向气体分子数减小的方向移动，则NO2的转化率减小，故ab曲线上反应均达到平衡状态，bc曲线上(除b点外)反应均未达到平衡状态。由上述分析可知，c点时，反应未达到平衡状态，则v正>v逆，A错误；a点时，NO2的平衡转化率为40%，则列三段式： 2C(s)＋2NO2(g) N2(g)＋2CO2(g) 起始量/mol　　　　1　　　　　0　　　 0 转化量/mol　　　　0.4　　　　0.2　　　0.4 平衡量/mol　　　　0.6　　　　0.2　　　0.4 b点时，NO2的平衡转化率为80%，则列三段式： 2C(s)＋2NO2(g)N2(g)＋2CO2(g) 起始量/mol　　　　1　　　　　0　　　 0 转化量/mol　　　　0.8　　　　0.4　　　0.8 平衡量/mol　　　　0.2　　　　0.4　　　0.8 则平衡时，a点混合气体总物质的量为1.2 mol，b点混合气体总物质的量为1.4 mol，根据pV＝nRT可知，paV1＝1.2RT，pbV2＝1.4RT，联立可得＝，由于V2>V1，则pa∶pb>6∶7，B正确；该反应在a点的化学平衡常数K＝＝＝，C错误；该反应是反应前后气体分子数增大的反应，a点为平衡状态，恒温恒容下，向a点平衡体系中充入一定量的NO2，相当于增大压强，平衡向气体分子数减小的方向移动，因此重新达到平衡时，NO2的转化率比原平衡的小，D错误。 考点三　化工生产中复杂图像及分析 [对应学生用书P25] 1．转化率­投料比­温度图像 [示例]将燃煤废气中的CO2转化为甲醚的反应为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的转化率如图所示： (1)由图可知，该反应是放热(填“放热”或“吸热”)反应； (2)若温度不变，提高投料比，则K将不变(填“增大”“减小”或“不变”)。 2．转化率­含量­温度图像 [示例]汽车使用乙醇汽油并不能减少NOx的排放，某研究小组的同学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图所示。 (1)在＝1条件下，最佳温度应控制在870_K左右。 (2)若不使用CO，温度超过775 K，发现NO的分解率降低，可能原因是该反应放热，升高温度，反应向逆反应方向进行。 (3)用平衡移动原理解释，加入CO后NO转化为N2的转化率增大：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。 考向三　化工生产中复杂图像及分析 [例3] (2023·重庆卷)逆水煤气变换体系中存在以下两个反应： 反应 Ⅰ ：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) 反应 Ⅱ ：CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g) 在恒容条件下，按V(CO2)∶V(H2)＝1∶1投料比进行反应，平衡时含碳物质体积分数随温度的变化如图所示。下列说法正确的是(　　) A．反应 Ⅰ 的ΔH<0，反应 Ⅱ 的ΔH>0 B．M点反应 Ⅰ 的平衡常数K<1 C．N点H2O的压强是CH4的3倍 D．若按V(CO2)∶V(H2)＝1∶2投料，则曲线之间交点位置不变 C　解析：随着温度升高，甲烷含量减小、一氧化碳含量增大，则说明随着温度升高，反应 Ⅱ 逆向移动、反应 Ⅰ 正向移动，则反应 Ⅱ 的ΔH＜0，反应 Ⅰ 的ΔH＞0，A错误；M点没有甲烷产物，且二氧化碳、一氧化碳含量相等，投料V(CO2)∶V(H2)＝1∶1，则此时反应 Ⅰ 平衡时二氧化碳、氢气、一氧化碳、水的物质的量相等，反应 Ⅰ 的平衡常数K＝＝1，B错误；N点一氧化碳、甲烷物质的量相等，结合反应的化学方程式可知，生成H2O的总的物质的量为甲烷的3倍，结合阿伏加德罗定律可知，H2O的压强是CH4的3倍，C正确；反应 Ⅰ 为气体体积不变的反应、反应 Ⅱ 为气体体积减小的反应，若按V(CO2)∶V(H2)＝1∶2投料，相当于增加氢气的投料，会使得甲烷含量增大，导致甲烷、一氧化碳曲线之间交点位置发生改变，D错误。 [练3] 以表面覆盖二氧化钛的Cu2Al2O4为催化剂，可以将CO2和CH4直接转化成乙酸。在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如图所示。下列说法错误的是(　　) A．250 ℃时，催化剂的活性最大 B．250～300 ℃时，温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是催化剂的催化效率降低 C．300～400 ℃时，乙酸的生成速率升高的原因是催化剂效率增大 D．300～400 ℃时，乙酸的生成速率升高的原因是温度升高 答案：C [对应学生用书P27] 1．工业上用CO生产甲醇的反应为CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)。图甲表示反应中能量的变化；图乙表示一定温度下，在容积固定为2 L的密闭容器中通入4 mol H2和一定量的CO(g)后，CO(g)和CH3OH(g)的浓度随时间的变化图。下列叙述不正确的是(　　) A．CO和H2合成CH3OH的反应：ΔH<0，ΔS<0 B．图甲中曲线b可表示使用了催化剂的能量变化情况 C．图乙中10 min时，保持温度不变，再充入1 mol CO和2 mol H2，反应达到新平衡时，减小 D．图丙中曲线可表示在不同压强p1、p2(p1<p2)条件下甲醇的百分含量随温度变化的情况 答案：C 2．(2024·浙江余姚中学模拟)对于反应N2O4(g)2NO2(g)，在温度一定时，平衡体系中NO2的体积分数φ(NO2)随压强的变化情况如图所示。下列说法正确的是(　　) A．A、D两点对应状态的正反应速率大小关系为vA>vD B．A、B、C、D、E各点对应状态中，v正<v逆的是E C．维持p1不变，E→A所需时间为t1，维持p2不变，D→C所需时间为t2，则t1＝t2 D．欲使C状态沿平衡曲线到达A状态，从理论上，可由p2无限缓慢降压至p1达成 答案：D 3．(2024·浙江台州模拟)在二氧化碳加氢制甲烷的反应体系中，主要发生反应的热化学方程式为 反应 Ⅰ：CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－164.7 kJ/mol 反应 Ⅱ：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝＋41.2 kJ/mol 反应 Ⅲ：2CO(g)＋2H2(g)CO2(g)＋CH4(g)　ΔH＝－247.1 kJ/mol 向恒压、密闭容器中通入1 mol CO2和4 mol H2，平衡时CH4、CO、CO2的物质的量随温度的变化如图所示。下列说法正确的是(　　) A．反应Ⅰ的平衡常数可表示为K＝ B.图中曲线B表示CO的物质的量随温度的变化 C．提高CO2转化为CH4的转化率，需要研发在低温区高效的催化剂 D．CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)的ΔH＝－205.9 kJ/mol C　解析：化学平衡常数是平衡时生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值，反应 Ⅰ 的平衡常数可表示为K＝，A错误；温度升高反应 Ⅱ 正向移动，反应 Ⅰ 、 Ⅲ 逆向移动，CO的物质的量增大，CH4的物质的量减小，故曲线C为CO的物质的量变化曲线，曲线A为CH4的物质的量变化曲线，曲线B为CO2的物质的量变化曲线，B错误；反应 Ⅰ 为放热反应，反应 Ⅱ 为吸热反应，降低温度有利于反应 Ⅰ 正向移动，反应 Ⅱ 逆向移动，即可提高CO2转化为CH4的转化率，所以需要研发在低温区高效的催化剂，C正确；根据盖斯定律，由－( Ⅱ ＋ Ⅲ )得到目标反应，则CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)的ΔH＝－[＋41.2 kJ/mol＋(－247.1 kJ/mol)]＝＋205.9 kJ/mol，D错误。 4．(2024·浙江金华十校联考)一定温度下，向容器中加入A可发生反应如下：①A―→B，②A―→C，③B⇌C。反应体系中A、B、C的浓度随时间t的变化曲线如图所示。下列说法正确的是(　　) A．反应①的活化能大于反应② B．该温度下，反应③的平衡常数大于1 C．t1时，B的消耗速率小于生成速率 D．升高温度，t2时体系中B的含量增大 答案：B 5．(2022·广东卷)恒容密闭容器中，BaSO4(s)＋4H2(g)BaS(s)＋4H2O(g)在不同温度下达平衡时，各组分的物质的量(n)如图所示。下列说法正确的是(　　) A．该反应的ΔH＜0 B．a为n(H2O)随温度的变化曲线 C．向平衡体系中充入惰性气体，平衡不移动 D．向平衡体系中加入BaSO4，H2的平衡转化率增大 C　解析：由图可知，升高温度，n(H2)逐渐减小，说明平衡正向移动，则该反应的正反应是吸热反应，即ΔH＞0，A错误； 在恒容密闭容器中，随着温度升高，平衡正向移动，平衡时n(H2)减少，n(H2O)增加，而曲线a表示的物质的物质的量不随温度变化而变化，B错误；容器体积固定，向容器中充入惰性气体，没有改变各物质的浓度，平衡不移动，C正确；BaSO4是固体，向平衡体系中加入BaSO4，不能改变其浓度，故平衡不移动，氢气的转化率不变，D错误。 6．(1)(2023·湖北卷，节选)C·40H19(g)C40H18(g)＋H·(g)及C·40H11(g)C40H10(g)＋H·(g)反应的ln K(K为平衡常数)随温度倒数的关系如图所示。已知本实验条件下，ln K＝－＋c(R为理想气体常数，c为截距)。图中两条线几乎平行，从结构的角度分析其原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)在913 K、100 kPa下，以水蒸气作稀释气、Fe2O3作催化剂，乙苯除脱氢生成苯乙烯外，还会发生如下两个副反应： ④C6H5C2H5(g)C6H5CH===CH2(g)＋H2(g) ⑤C6H5C2H5(g)C6H6(g)＋CH2===CH2(g) ⑥C6H5C2H5(g)＋H2(g)C6H5CH3(g)＋CH4(g) 以上反应体系中，芳香烃产物苯乙烯、苯和甲苯的选择性S(S＝×100%)随乙苯转化率的变化曲线如图所示，其中曲线b代表的产物是________，理由是__________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案：(1)两个反应的化学键变化相似，使得ΔH数值相近，ln K的斜率取决于ΔH，所以两条线几乎平行 (2)甲苯　主反应生成的氢气能使副反应⑥的平衡正向移动，甲苯的选择性大于苯的选择性 [课时提升训练(5)见P166] [章末综合测试(一)见P168] 学科网（北京）股份有限公司 $$