高考化学一轮复习讲义第七章 化学反应速率和化学平衡 专题讲座四.docx

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高考化学一轮复习讲义第七章化学反应速率和化学平衡专题讲座四

专题讲座四　“化学反应速率、化学平衡图像”类型与突破

一、利用图像“断点”探究外因对反应速率的影响

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.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

1.（2018·马鞍山二中质检）对于反应2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g）　ΔH＜0已达平衡，如果其他条件不变时，分别改变下列条件，对化学反应速率和化学平衡产生影响，下列条件与图像不相符的是（O～t1：

v正＝v逆；t1时改变条件，t2时重新建立平衡）（　　）

答案　C

解析　分析时要注意改变条件瞬间v正、v逆的变化。

增加O2的浓度，v正增大，v逆瞬间不变，A正确；增大压强，v正、v逆都增大，v正增大的倍数大于v逆，B正确；升高温度，v正、v逆都瞬间增大，C错误；加入催化剂，v正、v逆同时同倍数增大，D正确。

2.（2018·长沙模拟）对于反应：

X（g）＋Y（g）2Z（g）　ΔH＜0的反应，某一时刻改变外界条件，其速率随时间的变化图像如图所示。

则下列说法符合该图像的是（　　）

A.t1时刻，增大了X的浓度B.t1时刻，升高了体系温度

C.t1时刻，降低了体系温度D.t1时刻，使用了催化剂

答案　D

解析　由图像可知，外界条件同等程度地增大了该反应的正、逆反应速率。

增大X的浓度、升高（或降低）体系温度均不会同等程度地改变正、逆反应速率，A、B、C错误；使用催化剂可同等程度地改变正、逆反应速率，D正确。

3.在一密闭容器中发生反应N2＋3H22NH3　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～t1B.t2～t3　C.t3～t4D.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。

答案　

（1）ACDF　

（2）C　E　B　（3）A　（4）

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。

二、常规图像分类突破

1.图像类型

（1）浓度—时间

如A（g）＋B（g）AB（g）

（2）含量—时间—温度（压强）

（C%指产物的质量分数，B%指某反应物的质量分数）

（3）恒压（或恒温）线

（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。

（4）几种特殊图像

①对于化学反应mA（g）＋nB（g）pC（g）＋qD（g），M点前，表示从反应物开始，v正>v逆；M点为刚达到平衡点（如下图）；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（如下图）。

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。

2.解题步骤

3.解题技巧

（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快，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。

1.有一化学平衡mA（g）＋nB（g）pC（g）＋qD（g），如图表示的是A的转化率与压强、温度的关系。

下列叙述正确的是（　　）

A.正反应是放热反应；m＋n>p＋q

B.正反应是吸热反应；m＋n＜p＋q

C.正反应是放热反应；m＋n＜p＋q

D.正反应是吸热反应；m＋n>p＋q

答案　D

解析　图像中有三个变量，应定一个量来分别讨论另外两个量之间的关系。

定压强，讨论T与A的转化率的关系：

同一压强下，温度越高，A的转化率越高，说明正反应是吸热反应；定温度，讨论压强与A的转化率的关系：

同一温度下，压强越大，A的转化率越高，说明正反应是气体体积缩小的反应，即m＋n>p＋q。

2.（2018·惠州高三模拟）T0时，在2L的密闭容器中发生反应：

X（g）＋Y（g）Z（g）（未配平），各物质的物质的量随时间变化的关系如图a所示。

其他条件相同，温度分别为T1、T2时发生反应，X的物质的量随时间变化的关系如图b所示。

下列叙述中正确的是（　　）

A.该反应的正反应是吸热反应

B.T0时，从反应开始到平衡时：

v（X）＝0.083mol·L－1·min－1

C.图a中反应达到平衡时，Y的转化率为37.5%

D.T1时，若该反应的平衡常数K的值为50，则T1

答案　D

解析　根据“先拐先平，数值大”的原则可推知，T1>T2，温度越高，X的物质的量越大，则平衡向左移动，正反应放热，A项不正确；v（X）＝

≈0.042mol·L－1·min－1，B项不正确；Y的转化率为

×100%＝62.5%，C项不正确；由图a可知X、Y、Z物质的量变化之比为1∶1∶2，则反应为X（g）＋Y（g）2Z（g），则T0时平衡常数的值为33.3<50，平衡常数越小，温度越高，D项正确。

3.（2018·郴州质检）一定条件下，CO2（g）＋3H2（g）H2O（g）＋CH3OH（g）　ΔH＝－53.7kJ·mol－1；向2L恒容恒温密闭容器中充入1molCO2和2.8molH2反应，图中过程Ⅰ、Ⅱ是在两种不同催化剂作用下建立平衡的过程中CO2的转化率[α（CO2）]随时间（t）的变化曲线。

下列说法中不正确的是（　　）

A.m点：

v正＞v逆B.活化能：

过程Ⅱ＞过程Ⅰ

C.n点时该反应的平衡常数K＝50D.过程Ⅰ，t2时刻改变的反应条件可能是升高温度

答案　C

解析　m点CO2的转化率不是最大，反应向正反应方向进行，因此v正＞v逆，A项正确；过程Ⅰ首先达到平衡状态，说明反应速率快，因此活化能：

过程Ⅱ＞过程Ⅰ，B项正确；n点时CO2的转化率是80%，则根据方程式可知

CO2（g）＋3H2（g）H2O（g）＋CH3OH（g）

起始浓度（mol·L－1）　0.5　　1.4　　0　　 0

转化浓度（mol·L－1）　0.4　　1.2　　0.4　　0.4

平衡浓度（mol·L－1）　0.1　　0.2　　0.4　　0.4

所以该反应的平衡常数K＝

＝200，C项错误；过程Ⅰ，t2时刻CO2的转化率降低，说明平衡向逆反应方向移动，由于正反应放热，因此改变的反应条件可能是升高温度，D项正确。

4.臭氧在烟气脱硝中的反应为2NO2（g）＋O3（g）N2O5（g）＋O2（g）。

若此反应在恒容密闭容器中进行，相关图像如下，其中对应分析结论正确的是（　　）

A

B

平衡后升温，NO2含量降低

0～2s内，v（O3）＝0.2mol·L－1·s－1

C

D

v正：

b点>a点

b点：

v逆>v正

恒温，t1时再充入O3

答案　C

解析　由图可知该反应为放热反应，平衡后升高温度，NO2含量升高，A项错误；0～2s内，v（O3）＝0.1mol·L－1·s－1，B项错误；升高温度，NO2含量升高，速率增大，v正：

b点>a点，b点反应逆向进行，故v逆>v正，C项正确；t1时再充入O3，平衡正向移动，v正＞v逆，D项错误。

三、陌生图像突破

新型图像往往根据实际工业生产，结合图像，分析投料比、转化率、产率的变化。

此类题目信息量较大，能充分考查学生读图、提取信息、解决问题的能力，在新课标高考中受到命题者的青睐。

1.转化率—投料比—温度图像

[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aMPa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”）。

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

2.根据图像判断投料比

[例2]　采用一种新型的催化剂（主要成分是Cu—Mn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n（Mn）/n（Cu）约为________时最有利于二甲醚的合成。

解析　由图可知当催化剂中n（Mn）/n（Cu）约为2.0时，CO的转化率最大，生成的二甲醚最多。

答案　2.0

3.废物回收及污染处理图像

[例3]　

（1）一定条件下，用Fe2O3、NiO或Cr2O3作催化剂对燃煤烟气进行回收。

反应为

2CO（g）＋SO2（g）

2CO2（g）＋S（l）　ΔH＝－270kJ·mol－1

①其他条件相同、催化剂不同，SO2的转化率随反应温度的变化如图1，Fe2O3和NiO作催化剂均能使SO2的转化率达到最高，不考虑催化剂价格因素，选择Fe2O3的主要优点是__________________________________________________________________________。

②某科研小组用Fe2O3作催化剂。

在380℃时，分别研究了[n（CO）∶n（SO2）]为1∶1、3∶1时SO2转化率的变化情况（图2）。

则图2中表示n（CO）∶n（SO2）＝3∶1的变化曲线为______。

（2）目前，科学家正在研究一种以乙烯作为还原剂的脱硝（NO）原理，其脱硝机理示意图如图3，脱硝率与温度、负载率（分子筛中催化剂的质量分数）的关系如图4所示。

①写出该脱硝原理总反应的化学方程式：

_____________________________________。

②为达到最佳脱硝效果，应采取的条件是_____________________________________。

（3）汽车使用乙醇汽油并不能减少NOx的排放，这使NOx的有效消除成为环保领域的重要课题。

某研究小组在实验室以Ag-ZSM-5为催化剂，测得NO转化为N2的转化率随温度变化情况如图5所示。

若不使用CO，温度超过775K，发现NO的分解率降低，其可能的原因是______________；在n（NO）/n（CO）＝1的条件下，应控制的最佳温度在________左右。

答案　

（1）①Fe2O3作催化剂时，在相对较低温度可获得较高的SO2转化率，从而节约能源　②a

（2）①6NO＋3O2＋2C2H4

3N2＋4CO2＋4H2O　②350℃、负载率3.0%

（3）NO分解反应是放热反应，升高温度不利于分解反应进行　870K

1.（2018·山西省实验中学月考）将一定量氨基甲酸铵（NH2COONH4）加入密闭容器中，发生反应NH2COONH4（s）2NH3（g）＋CO2（g）。

该反应的平衡常数的负对数（－lgK）值随温度（T）的变化曲线如图所示，下列说法中不正确的是（　　）

A.该反应的ΔH>0

B.NH3的体积分数不变时，该反应一定达到平衡状态

C.A点对应状态的平衡常数K（A）的值为10－2.294

D.30℃时，B点对应状态的v正

答案　B

解析　此题的关键是弄清－lgK越小，K越大，由图中数据可知随温度的升高，－lgK逐渐减小，说明随温度的升高，化学平衡向右移动，正反应为吸热反应，A项正确；NH2COONH4（s）2NH3（g）＋CO2（g），可知氨气的体积分数始终为

，为一恒量，B项错误；A点时，－lgK＝2.294，C项正确；由B点对应的数值可知此时Q>K，反应向逆反应方向进行，v正

2.以二氧化碳和氢气为原料制取乙醇的反应为2CO2（g）＋6H2（g）CH3CH2OH（g）＋3H2O（g）。

某压强下的密闭容器中，按CO2和H2的物质的量比为1∶3投料，不同温度下平衡体系中各物质的物质的量百分数（y%）随温度变化如图所示。

下列说法正确的是（　　）

A.a点的平衡常数小于b点

B.b点，v正（CO2）＝v逆（H2O）

C.a点，H2和H2O的物质的量相等

D.其他条件恒定，充入更多H2，v（CO2）不变

答案　C

解析　从图像可知，温度越高氢气的含量越高，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小，故平衡常数：

a>b，A错误；b点只能说明该温度下，CO2和H2O的浓度相等，不能说明v正（CO2）＝v逆（H2O），B错误；从图像可知，a点H2和H2O的物质的量百分数相等，故物质的量相等，C正确；其他条件恒定，充入更多H2，反应物浓度增大，正反应速率增大，v（CO2）也增大，D错误。

3.在恒容密闭容器中进行反应：

2CO2（g）＋6H2（g）C2H5OH（g）＋3H2O（g）　ΔH。

在某压强下起始时按不同氢碳比

投料（如图中曲线①②③），测得CO2的平衡转化率与温度的关系如图所示，下列有关说法正确的是（　　）

A.该反应的ΔH>0

B.氢碳比：

①<②<③

C.其他条件不变的情况下，增大容器的体积可提高CO2的转化率

D.若起始CO2的浓度为2mol·L－1、H2为4mol·L－1，在图中曲线③氢碳比条件下进行，则400K时该反应的平衡常数数值约为1.7

答案　D

解析　根据图像可知，在氢碳比相等的条件下，随着温度的升高，CO2的转化率降低，说明升高温度，平衡向逆反应方向移动，因此正反应是放热反应，ΔH<0，A错误；氢碳比越大，CO2的转化率越高，根据图像可知，在温度相等的条件下，CO2的转化率：

①>②>③，则氢碳比：

①>②>③，B错误；正反应是气体体积减小的反应，因此其他条件不变的情况下，缩小容器的体积，压强增大，平衡向正反应方向进行，可提高CO2的转化率，C错误；根据图像可知，400K时曲线③中CO2的转化率是50%，这说明消耗CO21mol·L－1，则消耗氢气3mol·L－1，生成乙醇和水蒸气分别是0.5mol·L－1、1.5mol·L－1，剩余CO2和氢气分别是1mol·L－1、1mol·L－1，该温度下平衡常数K＝

≈1.7，D正确。

4.[2015·全国卷Ⅰ，28（4）]Bodensteins研究了下列反应：

2HI（g）H2（g）＋I2（g）　ΔH＞0

在716K时，气体混合物中碘化氢的物质的量分数x（HI）与反应时间t的关系如下表：

t/min

0

20

40

60

80

120

x（HI）

1

0.91

0.85

0.815

0.795

0.784

x（HI）

0

0.60

0.73

0.773

0.780

0.784

①根据上述实验结果，该反应的平衡常数K的计算式为_________________________。

②上述反应中，正反应速率为v正＝k正x2（HI），逆反应速率为v逆＝k逆x（H2）x（I2），其中k正、k逆为速率常数，则k逆为_______（以K和k正表示）。

若k正＝0.0027min－1，在t＝40min时，v正＝________min－1。

③由上述实验数据计算得到v正～x（HI）和v逆～x（H2）的关系可用下图表示。

当升高到某一温度时，反应重新达到平衡，相应的点分别为______________（填字母）。

答案　①

　②k正/K　1.95×10－3　③A、E

解析　①2HI（g）H2（g）＋I2（g）是反应前后气体物质的量不变的反应。

反应后x（HI）＝0.784，则x（H2）＝x（I2）＝0.108，K＝

＝

＝

。

②到达平衡时，v正＝v逆，即k正x2（HI）＝k逆x（H2）x（I2），k逆＝k正·

＝k正/K。

在t＝40min时，x（HI）＝0.85，v正＝k正x2（HI）＝0.0027min－1×（0.85）2≈1.95×10－3min－1。

③原平衡时，x（HI）为0.784，x（H2）为0.108，二者在图中的纵坐标均约为1.6（因为平衡时v正＝v逆），升高温度，正、逆反应速率均加快，对应两点在1.6上面，升高温度，平衡向正反应方向移动，x（HI）减小（A点符合），x（H2）增大（E点符合）。