2022版高考化学一轮复习第七章化学反应速率和化学平衡专题讲座三“化学反应速率、化学平衡图像”类型与突破学案

2021版高考化学一轮复习第七章化学反应速率和化学平衡专题讲座三“化学反应速率、化学平衡图像”类型与突破学案

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专题讲座三“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

适合正反应为放热的反应

适合正反应为吸热的反应

压强

增大

减小

增大

减小

适合正反应为气体

物质的量增大的反应

适合正反应为气体

物质的量减小的反应

1．(2017·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，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________(填选项)。

A．t0～t1B．t1～t2C．t2～t3

D．t3～t4E．t4～t5F．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。

答案(1)ACDF(2)CEB(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<T0

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)＝

eq\f(0.3mol－0.05mol,2L×3min)

≈0.042mol·L－1·min－1，B项不正确；Y的转化率为

eq\f(0.4－0.15,0.4)

×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．(2015·四川理综，7)一定量的CO2与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应：C(s)＋CO2(g)2CO(g)，平衡时，体系中气体体积分数与温度的关系如下图所示：

已知：气体分压(p分)＝气体总压(p总)×体积分数。下列说法正确的是()

A．550℃时，若充入惰性气体，v正、v逆均减小，平衡不移动

B．650℃时，反应达平衡后CO2的转化率为25.0%

C．T时，若充入等体积的CO2和CO，平衡向逆反应方向移动

D．925℃时，用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp＝24.0p总

答案B

解析A项，C(s)＋CO2(g)2CO(g)的正反应是气体物质的量增加的反应，由于反应容器为体积可变的恒压密闭容器，充入惰性气体容器体积扩大，对反应体系相当于减小压强，故v正、v逆均减小，平衡正向移动，错误；B项，由图可知，650℃时，若设起始时CO2的体积为1L，平衡时CO2消耗的体积为xL，则

C(s)＋CO2(g)2CO(g)

V(始)/L10

V(变)/Lx2x

V(平)/L1－x2x

eq\f(2x,1－x＋2x)

×100%＝40.0%，x＝0.25，CO2的转化率为25%，正确；C项，由图可知，T时平衡体系中CO和CO2的体积分数均为50%，故若恒压时充入等体积的CO2和CO两种气体，平衡不发生移动，错误；D项，925℃时，CO的平衡分压p(CO)＝p总×96.0%，CO2的平衡分压p(CO2)＝p总×4%，根据化学平衡常数的定义可知Kp＝

eq\f(p2CO,pCO2)

＝

eq\f(p总×96.0%2,p总×4.0%)

＝23.04p总，错误。

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)

eq\o(,\s\up7(催化剂))

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)

eq\o(,\s\up7(催化剂))

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Ag­ZSM­5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

eq\o(=====,\s\up7(催化剂))

3N2＋4CO2＋4H2O②350℃、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<v逆

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

eq\f(2,3)

，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<v逆，D项正确。

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

eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(nH2,nCO2)))

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＝

eq\f(0.5×1.53,12×16)

≈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