第2章 专题提升(3)化学反应速率与化学平衡图像-【正禾一本通】2025-2026学年高二化学选择性必修1同步课堂高效讲义教师用书（人教版单选）

本讲义聚焦化学反应速率与化学平衡图像这一核心知识点，从速率-时间、物质的量（浓度）-时间图像切入，进阶到含量-时间-温度（压强）图像、恒温（压）图像及多因素图像，构建从单一变量到多变量的分析学习支架。 特色在于分类整合图像类型，通过“先拐先平数值大”“定一议二”等原则归纳规律，结合2024江苏高考题等实例深化理解。以科学思维中的模型建构和证据推理为核心，助力教师授课，学生课后可通过例题解析与思维建模查漏补缺，提升分析解决问题能力。

专题提升（三） 化学反应速率与化学平衡图像 【学习目标】 1.通过化学反应速率、平衡图像，了解外界条件改变对化学平衡移动的影响，学会数形结合分析化学平衡的移动。 2.通过分类识图，掌握常见的化学平衡图像类型，学会正确分析图像，整合题干信息，构建思维模型。 类型1　物质的量（浓度）、速率—时间图像 (1)反应速率—时间图像 如N2(g)＋3H2(g)⥫⥬2NH3(g)　ΔH<0建立平衡后的图像变化 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）变化的规律，根据图像中出现的“断点”以及前后的速率大小，即可判断“断点”是升高温度对化学平衡移动的影响。 (2)物质的量（或浓度）—时间图像 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。 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。 【例1】 向一恒容密闭容器中充入A、B、C三种气体，在一定条件下发生反应，各物质的物质的量浓度随时间的变化如图1所示。若从t2时刻开始，每个时刻只改变一个且不重复的条件，物质C的反应速率随时间变化如图2所示。下列说法错误的是(　　) A．起始B的浓度为0.02 mol/L B．由图2可知，t4时刻反应物的转化率最小 C．t3时改变的条件可能是降低反应温度，也可能是减小反应物浓度 D．平衡后，在恒温恒容下再充入一定量的气体A，达到新平衡后，A的体积分数不变 解析：选D。由图2知，v(C)增大的t2～t3、t4～t5中，一个为加催化剂，一个为加压，加压后，平衡不发生移动，则该反应是气体体积不变的反应。图1中从开始到平衡A减少0.09 mol/L，C增加0.06 mol/L，则B为生成物且增加0.03 mol/L，方程式为3A(g)⥫⥬B(g)＋2C(g)，起始B的浓度为0.05 mol/L－0.03 mol/L＝0.02 mol/L，A正确；t3～t4，平衡逆向移动，平衡时反应物的转化率最小，B正确；t3时刻v逆>v正，可能是降低温度v正和v逆都下降，也可能是减小反应物浓度，C正确；A、B、C为气体，只有A一种反应物且容器体积不变，但由于起始三种物质并非按计量数比投料，再充入A时，与原平衡不等效，A的百分含量发生了改变，D错误。 【归纳总结】 常见含“断点”的速率变化图像分析 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 类型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关系。 1．解题原则——“先拐先平数值大” 如图Ⅰ中T2>T1，图Ⅱ中p2>p1，图Ⅲ中a可能使用了催化剂。 2．图Ⅰ中，T2>T1，升高温度，生成物百分含量降低，平衡逆向移动，正反应为放热反应。 3．图Ⅱ中，p2>p1，增大压强，反应物的转化率降低，平衡逆向移动，则正反应为气体体积增大的反应。 4．图Ⅲ说明了条件改变对化学平衡不产生影响，a可能是加入了催化剂，或该反应是反应前后气体体积不变的反应，a是增大压强（压缩体积）。 【例2】 可逆反应mA(s)＋nB(g)⥫⥬eC(g)＋fD(g)，反应过程中，当其他条件不变时，C的百分含量(C%)与温度(T)和压强(p)的关系如图。下列叙述正确的是(　　) A．达到平衡后，若升温，则K减小 B．达到平衡后，加入催化剂C%增大 C．化学方程式中n＞e＋f D．达到平衡后，若增加A的量，B的转化率增大 解析：选A。T2达到平衡时间短，所以温度较高，而C%含量低，则正反应方向放热。达到平衡后，若升温，正反应是放热反应，所以K减小，A正确；使用催化剂平衡不移动，C%不变，B错误；p2达到平衡时间短，压强较大，而C%含量低，则n＜e＋f，C错误；由于A是固体，达到平衡后，若增加A的量，平衡不移动，所以B的转化率不变，D错误。 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。 类型3　恒温（压）图像 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。 反应：aA(g)＋bB(g)⥫⥬cC(g)＋dD(g)　ΔH 图像 结论 a＋b>c＋d，ΔH>0 a＋b>c＋d，ΔH>0 【例3】 （2024·江苏高考）二氧化碳加氢制甲醇过程中的主要反应（忽略其他副反应）为： ①CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)　ΔH1＝＋41.2 kJ·mol-1 ②CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g)　ΔH2 225 ℃、8×106 Pa下，将一定比例CO2、H2混合气匀速通过装有催化剂的绝热反应管。装置及L1、L2、L3…位点处（相邻位点距离相同）的气体温度、CO和CH3OH的体积分数如图所示。下列说法正确的是(　　) A．L4处与L5处反应①的平衡常数K相等 B．反应②的焓变ΔH2>0 C．L6处的H2O的体积分数大于L5处 D．混合气从起始到通过L1处，CO的生成速率小于CH3OH的生成速率 解析：选C。图中白圈标记的曲线代表气体温度，L4处与L5处对应的温度不同，平衡常数只与温度有关，故L4处与L5处的平衡常数不同，A错误；由图可知，随着气体在绝热反应管中前进，气体温度不断升高，说明有热量放出，而反应①ΔH1>0，故反应②ΔH2<0，B错误；从L5到L6，甲醇的体积分数逐渐增加，说明反应②在向右进行，反应②消耗CO，而CO体积分数没有明显变化，说明反应①也在向右进行，反应①为气体分子数不变的反应，其向右进行时，n(H2O)增大，反应②为气体分子数减小的反应，且没有H2O的消耗与生成，故n总减小而n(H2O)增加，即H2O的体积分数会增大，故L6处的H2O的体积分数大于L5处，C正确；L1处，CO的体积分数大于CH3OH，说明生成的CO的物质的量大于CH3OH，两者反应时间相同，说明CO的生成速率大于CH3OH的生成速率，D错误。 解答恒压（或恒温）平衡图像的方法 1．解题原则：“定一议二” 一般固定横坐标，讨论纵坐标随条件的变化，再结合方程式判断平衡的移动方向。如图Ⅰ中，当压强相等（任意一条等压线）时，升高温度，生成物的百分含量下降，说明平衡逆向移动，即正反应为放热反应。当温度相等时，在图Ⅰ中作横轴的垂线，与两条等压线交于两点，这两点自下而上为增大压强，生成物的百分含量增加，说明平衡正向移动，即正反应为气体体积减小的反应。图Ⅱ分析同理。 2．几种特殊图像 (1)如下图所示，对于化学反应mA(g)＋nB(g)⥫⥬pC(g)＋qD(g)，M点前表示从反应物开始，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。即升温，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)如下图所示，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线的左上方（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v正>v逆，则L线的右下方（F点），v正＜v逆。 类型4　多因素化学平衡图像 1．多因素化学平衡图像问题的解题步骤 (1)看清坐标所代表的意义，如反应时间、投料比值、催化剂的选择、转化率等。 (2)抓住图像中的关键点（常为最高点、最低点、转折点）、看清曲线的变化趋势。 (3)将复杂图像转化为常规图像。 (4)运用化学平衡知识进行解答。 2．解决多因素化学平衡图像问题的考虑角度 (1)曲线上的每个点是否是平衡点 往往需要通过曲线的升降趋势或斜率变化来判断，如果还未达到平衡则不能使用平衡移动原理，只有达到平衡以后的点才能应用平衡移动原理。 (2)催化剂的活性受温度的影响 不同的催化剂因选择性不同受温度的影响也会不同。一般来说，催化剂的活性在一定温度下最高，低于或高于这个温度都会下降。 (3)不同的投料比对产率的影响 可以根据定一议二的方法，根据相同投料比下温度或压强的改变对产率的影响或相同温度或压强下改变投料比时平衡移动的方向进行判断，确定反应的吸、放热或反应前后气体化学计量数和的大小。 【例4】 （2024·湖南高考节选）丙烯腈(CH2===CHCN)是一种重要的化工原料。工业上以N2为载气，用TiO2作催化剂生产CH2===CHCN的流程如下： 已知：①进料混合气进入两釜的流量恒定，两釜中反应温度恒定： ②反应釜Ⅰ中发生的反应： ⅰ：HOCH2CH2COOC2H5(g)―→CH2===CHCOOC2H5(g)＋H2O(g)　ΔH1 ③反应釜Ⅱ中发生的反应： ⅱ：CH2===CHCOOC2H5(g)＋NH3(g)―→CH2===CHCONH2(g)＋C2H5OH(g)　ΔH2 ⅲ：CH2===CHCONH2(g)―→CH2===CHCN(g)＋H2O(g)　ΔH3 ④在此生产条件下，酯类物质可能发生水解。 回答下列问题： (2)进料混合气中n(HOCH2CH2COOC2H5)∶n(C2H5OH)＝1∶2，出料中四种物质(CH2===CHCOOC2H5、CH2===CHCN、C2H5OH、H2O)的流量（单位时间内出料口流出的物质的量）随时间变化关系如图： ①表示CH2===CHCN的曲线是　　　（填“a”“b”或“c”）； ②反应釜Ⅰ中加入C2H5OH的作用是________________________________________________________________________。 ③出料中没有检测到CH2===CHCONH2的原因是________________________________________________________________________。 ④反应11 h后，a、b、c曲线对应物质的流量逐渐降低的原因是________________________________________________________________________。 (3)催化剂TiO2再生时会释放CO2，可用氨水吸收获得NH4HCO3。现将一定量的NH4HCO3固体（含0.72 g水）置于密闭真空容器中，充入CO2和NH3，其中CO2的分压为100 kPa，在27 ℃下进行干燥。为保证NH4HCO3不分解，NH3的分压应不低于　　　　kPa[已知p(H2O)＝2.5×102 kPa·mol-1×n(H2O)，NH4HCO3分解的平衡常数Kp＝4×104(kPa)3]。 解析：(2)①进料混合气中C2H5OH的含量较大，且反应ⅱ也生成了C2H5OH，所以出料中C2H5OH流量最大，a曲线表示C2H5OH；反应ⅰ和反应ⅲ都生成H2O，反应ⅲ中生成等物质的量的H2O和CH2===CHCN，所以b曲线表示H2O，c曲线表示CH2===CHCN。②题给生产条件下，酯类物质可能发生水解，反应釜Ⅰ中加C2H5OH的作用是抑制HOCH2CH2COOC2H5、CH2===CHCOOC2H5水解。④反应11 h后，a、b、c曲线对应物质的流量逐渐降低的原因是反应时间过长，催化剂中毒活性降低，反应速率降低，故产物减少。 (3)0.72 g水的物质的量为0.04 mol，故p(H2O)＝2.5×102 kPa·mol-1×n(H2O)＝10 kPa，NH4HCO3分解的反应式为NH4HCO3===NH3↑＋CO2↑＋H2O↑，故NH4HCO3分解的平衡常数Kp＝p(NH3)·p(CO2)·p(H2O)＝4×104(kPa)3，其中CO2的分压为100 kPa，解得p(NH3)＝40 kPa，故为保证NH4HCO3不分解，NH3的分压应不低于40 kPa。 答案：(2)①c　②降低分压有利于反应ⅰ平衡正向移动，抑制HOCH2CH2COOC2H5、CH2===CHCOOC2H5水解 ③反应ⅲ的平衡常数大，反应进行得完全 ④催化剂TiO2活性降低 (3)40 【点拨】 解答化学平衡图像题四步骤 【思维建模】 解决化学平衡图像问题的思维模型 (1)先拐先平数值大：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)定一议二思路清：当图像中有三个变量时，先确定一个量不变，讨论另外两个变量之间的关系，必要时需要作辅助线。 (3)三步分析得结论：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，综合得出结论。 学科网（北京）股份有限公司 $