【创新设计】高考化学一轮复习 第3节 化学平衡图象及化学反应原理的综合运动 大纲人教

第九章化学反应速率化学平衡第三节化学平衡图象及化学反应原理的综合应用复习目标展示1.掌握几种典型的化学图象及其分析方法。2.了解合成氨工业的生产流程及生产条件的选择。3.能够综合利用反应速率原理和平衡原理讨论有关工业生产问题。知识点1外界条件对化学平衡影响的基本图象问题1：常见的化学平衡图象有哪几种类型？常见类型对于反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g),若m＋n＞p＋q,且ΔH＞0(想一想：将图补充完整)1．V-t图象2.c-t图象(1)可逆反应达到平衡时，宏观速率(从某反应物量的消耗或某生成物量的增加来计算)为零,此时各物质的浓度不一定相等、不一定与方程式的计量数成比例。3.c-p（T）图象4.其他图象a是在b的基础上加入正催化剂【思维延伸】

(1)浓度—时间图此类图象能说明平衡体系各组分(或某一成分)在反应过程中的变化情况。如A+BAB反应情况如右图所示，此类图象要注意各物质曲线的折点(达平衡)时刻相同,各物质浓度变化的内在联系及比例符合化学方程式中的化学计量数关系。(2)含量—时间—温度(压强)图常见形式有如下几种(C%指其产物的质量分数；B%指某反应

物的质量分数)，如下图所示：知识点2合成按工业问题2：怎样选择合成氨工业的生产条件？5．合成氨工业的简要流程可用方框图表示为：(2)制得的N2、H2需净化、除杂质、再用

压缩至高压。(3)氨的合成：在适宜的条件下，在

中进行。(4)氨的分离：经冷凝使氨液化，将氨分离出来，并将没有转化成NH3的

和

循环送入合成塔，使其充分利用，提高原料的利用率。压缩机合成塔N2H26．适宜条件的选择500℃2×107Pa～5×107Pa铁触媒【思维延伸】合成氨工业上投入原料N2和H2时，体积比一般不是1∶3，而是1∶2.6或1∶2.4，即使用过量的N2，提高H2的利用率；因为N2来自空气，来源丰富，成本低容易得到。考点1化学平衡图象分析法1．不管是速率图象还是平衡图象,都要搞清纵、横坐标的含义,都要与化学原理相联系,特别是与平衡移动原理相联系。2．三步分析法:一看反应速率是增大还是减小;二看Δv正、Δv逆的相对大小；三看化学平衡移动的方向。3．四要素分析法：看曲线的起点;看曲线的变化趋势；看曲线的转折点;看曲线的终点。(一定要注意可逆反应的特点。)4．先拐先平:对于可逆反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g),在转化率—时间曲线中,先出现拐点的曲线先达到平衡。它所对应的温度高或压强大。这时如果转化率也增大，则反应中ΔH>0，m＋n＞p＋q；若转化率降低，则ΔH<0，m＋n＜p＋q。5．定一议二：图象中有三个变量时，先确定一个量不变，再讨论另外两个变量的关系。【例1】(2009·重庆理综，13)各可逆反应达平衡后，改变反应条件，其变化趋势正确的是 ()解析：本题考查化学平衡图象知识。选项A，CH3COOH溶出液中加入CH3COONa晶体，增大了溶液中的c(CH3COO－)，CH3COOH电离平衡向左移动，溶液中的c(H＋)减小，pH增大，错误。选项B，加入KCl对平衡无影响，c(Fe3＋)不变。选项C，恒温恒压下加入稀有气体，平衡向着气体物质的量增大的方向(逆反应)移动，H2的转化率降低。选项D，该可逆反应的正反应为吸热反应，升温平衡向正反应方向移动，CH3OCH3转化率增大，正确。答案：D变式练习1．(2009·全国Ⅰ理综，13)下图表示反应X(g)4Y(g)＋Z(g),ΔH＜0,在某温度时X的浓度随时间变化的曲线：下列有关该反应的描述正确的是()

A．第6min后，反应就终止了B．X的平衡转化率为85%C．若升高温度，X的平衡转化率将大于85%D．若降低温度，v正和v逆将以同样倍数减小解析：A项，6min时反应达到了平衡状态，但正、逆反应并未停止，；B项,X的起始浓度为1.0mol·L－1,平衡时为0.15mol·L－1，浓度变化量为0.85mol·L－1，转化率为85%；C项，正反应放热，升高温度平衡向逆反应方向移动，X的转化率将小于85%；D项，降温正、逆反应速率均减小，但逆反应速率减小的倍数大于正反应速率减小的倍数。答案：B考点2合成氨工业合成氨工业的反应原理：N2＋3H22NH3,ΔH＝－92.4kJ/mol；正反应为气体体积缩小的放热反应，每有amolNH3生成，气体总物质的量就减小amol。【例2】(2009·重庆联考题)有关合成氨工业的下列说法中,正确的是 ()A．从合成塔出来的混合气体,其中NH3只占15%，所以生产氨的工厂的效率都很低B．由于氨易液化,N2、H2在实际生产中是循环使用的，所以总体来说氨的产率很高C．合成氨工业的反应温度控制在500℃,目的是使化学平衡向正反应方向移动D．合成氨厂采用的压强是20～50MPa，因为该压强下铁触媒的活性最大解析：本题考查了合成氨工业的基础知识，需要从反应速率和化学平衡两个角度理解合成氨反应的条件选择。合成氨工业中从合成塔出来的混合气体，NH3只占15%，但由于分离出NH3后，N2和H2可循环使用，所以总体来说氨的产率是很高的，则A说法错误，B说法正确。合成氨工业的反应温度控制在500℃左右而不选择常温，是为了加快反应速率，且催化剂铁触媒在500℃时催化活性最高，C说法错误。合成氨的反应为气体体积减小的反应，增大压强主要是为了使平衡向正反应方向移动，与催化剂活性无关，D说法错误。答案：B变式练习2．如下图所示是合成氨的简单流程示意图：沿X路线回去的物质是 ()A．N2和H2 B．催化剂 C．N2 D．H2解析：合成氨的工艺流程中，从合成塔出来的混合气体，经过降温，分离出氨气，未反应的N2、H2可以循环使用，以提高原料的利用率。

答案：A客观题以考查读图、析图能力以及图与原理相结合的知识内容为主。【考题一】(全国高考题)右图是温度和压强对X＋Y2Z反应影响的示意图。图中横坐标表示温度，纵坐标表示平衡时混合气体中Z的体积分数。下列叙述正确的是()A．上述可逆反应的正反应为放热反应B．X、Y、Z均为气态C．X和Y中只有一种为气态，Z为气态D．上述反应的逆反应的ΔH＞0审题视点：图中三条曲线均是等压线——即压强一定时的变化线；同时还可以根据三条等压线做一个等温线(温度一定时变化线平行于纵轴)。思路点拨：本题考查考生对曲线的分析能力。从图象可知，温度越高，Z的体积分数越大，说明升高温度，平衡正向移动，正反应方向是吸热反应，A、D错；在图中所作等温线可知，压强越大，Z的体积分数越小，即增大压强，平衡逆向移动，逆反应方向是气体体积缩小的方向，所以Z必为气体，又因Z的体积分数发生了变化，说明除Z为气体外，还有其他气体，故X、Y中必有气体，且只有一种，B错，C正确。标准答案：C高分解密解化学平衡图象题三步骤：(1)看懂图象：看图象要五看。一看面，即看清横坐标和纵坐标；二看线，即看线的走向、变化趋势；三看点，即看曲线的起点、终点、交点、拐点、原点、极值点等；四看要不要作辅助线，如等温线、等压线；五看定量图象中有关量的多少。(2)联想规律：联想外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响规律。(3)推理判断：结合题中给定的化学反应和图象中的相关信息，根据有关知识规律分析作出判断。主观题

以考查化学反应速率、化学平衡理论在实际生产、生活中应用为主。【考题二】(12分)(2009·广东单科，20)甲酸甲酯水解反应方程式为：HCOOCH3(l)＋H2O(l)HCOOH(l)＋CH3OH(l)ΔH>0某小组通过实验研究该反应(反应过程中体积变化忽略不计)。反应体系中各组分的起始量如下表：甲酸甲酯转化率在温度T1下随反应时间(t)的变化见下图：(1)根据上述条件，计算不同时间范围内甲酸甲酯的平均反应速率，结果见下表：

请计算15～20min范围内甲酸甲酯的减少量为

mol，甲酸甲酯的平均反应速率为

mol·min－1(不要求写出计算过程)。(2)依据以上数据，写出该反应的反应速率在不同阶段的变化规律及其原因：。0.0459.0×10－3

该反应中甲酸具有催化作用①反应初期：虽然甲酸甲酯量较大，但甲酸量很小，催化效果不明显，反应速率较慢；②反应中期：甲酸量逐渐增多，催化效果显著，反应速率明显增大；③反应后期：甲酸量增加到一定程度后，浓度对反应速率的影响成主导因素，特别是逆反应速率的增大，使总反应速率逐渐减小，直至为零(3)上述反应的平衡常数表达式为：

，则该反应在温度T1下的K值为

。(4)其他条件不变，仅改变温度为T2(T2大于T1)，画出温度T2下甲酸甲酯转化率随反应时间变化的预期结果示意图。0.14

点评1．温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响在实际化工生产中都是为了在单位时间内产生最大经济效益为目的。而外界条件的改变可能不利于平衡向生成物的方向移动。2．该反应中几个表格和图像明确表明了反应中各物质的变化情况，所以要充分利用这些图表。点拨(1)15min时甲酸甲酯转化率为6.7%，20min时甲酸甲酯转化率为11.2%，则其减少量为：1.00×11.2%－1.00×6.7%＝0.045mol。平均反应速率为：(2)由表中数据及(1)中计算出的15～20min的平均反应速率可知，反应前期反应速率增加，随着反应的进行反应速率增加更快，反应后期反应速率又减小。结合影响反应速率的因素可推测是反应中生成的甲酸具有催化作用。反应初期生成甲酸量少，催化效果不明显，反应速率较慢，随着生成甲酸量增多，催化效果显著，反应速率明显增大，到反应后期，浓度对反应速率的影响起主导作用，使反应速率减小。(3)平衡时甲酸甲酯转化率为24.0%，则(4)升高温度，反应速率加快，达到平衡时间短；该反应是吸热反应，升高温度时平衡向正反应方向移动，故T2比T1温度下甲酸甲酯转化率要高；抓住这两点，则不难画出示意图。作答与批改实录

题后反思1．不能正确识表图像，从图像中获取有用信息。2．根据化学平衡常数计算，要注意知识的合理迁移。即：浓度的确定。*(2010·广州模拟一)甲醇(CH3OH)是一种重要的化工原料，合成甲醇的主要反应为：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)；ΔH＜0。Ⅰ.在一定条件下，上述反应在一密闭容器中达到平衡。(1)体积不变的条件下,下列措施中有利于提高CO的转化率的是()A．升高温度B．增大压强C．通入COD．通入H2答案：BD(2)在保证H2浓度不变的情况下，增大容器的体积，平衡

(填字母)。(提示：已知平衡常数只随温度改变而改变，若某体系中CO、H2、CH3OH的浓度存在上述关系，就说明该体系是平衡体系)A．向正反应方向移动B．向逆反应方向移动C．不移动作出此判断的理由是。C该反应达到平衡时，平衡常数。增大容器体积时，

等比例减小，由于H2浓度不变，此时的值仍然等于K，所以平衡不移动Ⅱ.原料气的加工过程中常常混有一定量CO2，为了研究不同温度下CO2对该反应的影响，以CO2、CO和H2的混合气体为原料在一定条件下进行实验，结果表明，原料气各组分含量不同时，反应生成甲醇和副产物甲烷的碳转化率是不相同的。实验数据见下表：(3)由上表数据可得出多个结论。结论一：在一定条件下，反应温度越高，碳转化率

。结论二：。(4)为了验证结论二，有科学家又用以下五组不同组成的原料气再次进行实验。越高原料气含少量CO2有利于提高生成甲醇的碳转化率，CO2含量过高碳转化率又降低且有甲烷生成进行该验证实验时，控制不变的因素有

、

、

等。思路点拨：本题考查化学平衡，中等题。Ⅰ.(1)提高CO的转化率，则平衡向正反应方向移动，注意通入CO，平衡向正反应方向温度压强CO和H2的体积分数之比移动，但CO的转化率降低。(2)根据平衡常数变化分析平衡移动方向。Ⅱ.根据表格提供的数据，反应温度越高，碳转化率越高；CO2的含量对碳的转化率有影响。高分解密首先要熟记与速率有关的基础知识、与平衡有关的基础知识，要明确速率只讨论快慢问题，而平衡只讨论可逆反应进行程度大小的问题，其次要将速率和平衡有关知识有机结合在一起，综合讨论工业生产效益问题。规律支持适宜生产条件选择的一般原则(1)对任一可逆反应，增大某一反应物浓度，能提高反应速率和其他反应物的转化率。故生产中常使廉价易得的原料适当过量，以提高另一原料的利用率，如氮气与氢气的配比为1.07∶3。(2)对气体分子数减少的反应，增大总压使平衡向正反应方向移动。但压强太大，设备要求成本增高,故必须综合考虑。(3)对放热反应，升温，提高反应速率，但转化率降低，若温度太低，反应速率又太慢，故需使用适当的催化剂。对吸热反应，升温，加快反应速率，又能提高转化率，但要避免反应物或生成物的过热分解。(4)使用催化剂可大大提高反应速率且不影响化学平衡，但使用时必须注意其活性温度范围，且防止催化剂“中毒”，延长使用寿命。1．(5分)(2009·安徽理综改动)汽车尾气净化中的一个反应如下:NO(g)＋CO(g)N2(g)＋CO2(g)ΔH＝－373.4kJ·mol－1在恒容的密闭容器中，反应达平衡后，改变某一条件，下列示意图正确的是 ()

解析:因为在恒容的密闭容器中所有物质又都为气体,根据ρ＝判断ρ不随平衡移动而变化,A项不正确；升温平衡向左移动，B项不正确，根据M＝，当n增大时，(m不变)M减小,C项正确；D项中NO的转化率应随n(N2)增大而减小,D项不正确。

答案：C2．(5分)(2010·福州八中月考题)工业上利用焦炭与水蒸气生产H2的反应原理为：C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)；ΔH＞0,CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g);ΔH＜0。第二步生产的原料CO来源于第一步的产物。为提高原料的利用率及H2的日产量，下列措施中不可取的是()①第一步产生的混合气体直接作为第二步的反应物②第二步生产应采用适当的温度和催化剂③第一、二步生产中均充入足量水蒸气④第二步应在低温下进行⑤第二步生产采用高压⑥第二步生产中增大CO的浓度A．①③⑤B．②④⑥C．②③⑤D．①④⑤⑥解析：第一步产生的H2使第二步的平衡逆移，故应先进行分离；第二步反应为放热反应，温度过低，反应速率太小而影响产量，温度过高则对平衡不利，且要考虑催化剂的活性，故应选择适当的温度和催化剂，故②正确④错；增大廉价易得的水蒸气浓度可提高CO转化率，③正确；压强对第二步反应无影响，不必采取高压，⑤错；增大CO浓度并未提高主要原材料C的利用率，⑥错。答案：D3．(5分)(2010·模拟题)已知:4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)；ΔH＝－1025kJ/mol该反应是一个可逆反应。若反应物起始物质的量相同,下列关于该反应的示意图不正确的是 ()解析：该可逆反应特点：(1)正反应放热；(2)正反应方向气体分子数增大；(3)该反应是可逆反应，可表示为4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)。A项图象：1200℃时先达到平衡，1000℃时，达到平衡时NO含量较高，1200℃→1000℃：降温，平衡向放热方向移动(生成NO方向)，NO含量升高，A正确；B项图象：10×105Pa时先达到平衡，1×105Pa下达到平衡时NO含量较大。压强较小时，平衡体系中NO的含量较高，B对；C项，从图象看，温度较高时先达到平衡，但是，温度越高，NO含量应越低，C项不正确；D项，有无催化剂只是在到达平衡的时间有差别，所以D项也正确。答案：C4.(5分)(2010·模拟题)在密闭容器中进行反应：H2(g)＋I2(g)2HI(g)，在温度为T1和T2时，产物的量和时间的关系如图所示，符合图象的正确判断是()A．T1＞T2，ΔH＞0B．T1＞T2，ΔH＜0C．T1＜T2，ΔH＞0D．T1＜T2，ΔH＜0解析：根据“先拐先平数值大”的原则，从图中可以看出，反应时的温度T1<T2，且温度越高，HI的量越少，说明升高温度，平衡向逆反应方向移动，即该反应的正反应属于放热反应，ΔH＜0。

答案：D5．(10分)(2010·山东省实验中学期中考题)制取硝酸铵的流程图如下

请回答下列问题：(1)合成氨的原料通常各来自何处？(2)已知N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)；ΔH＝－92kJ·mol－1。请解释：①举例说明什么是可逆反应？②为有效提高氨的产率，实际生产中宜采取哪些措施？(3)写出氨催化氧化的化学方程式。铂铑合金网有何作用？为什么铂铑合金网未预热也会发热？(4)生产硝酸的过程中常会产生一些氮的氧化物，如何消除它们对大气的污染？写出反应方程式。(5)举出硝酸铵的两种主要用途。解释为什么该用途对现代社会非常重要？(6)在一定温度和压强的密闭容器中，将平均相对分子质量为8.5的H2和N2混合，当该反应达到平衡时，测出平衡混合气的平均相对分子质量为10，此时N2的转化率为

，平衡混合气体中NH3的体积分数为

。(7)请你为硝酸厂的选址提出合理化建议。解析：运用化学反应速率、化学平衡原理，结合流程图和涉及反应的特点及化工生产的实际情况分析解答。答案：(1)N2取自于空气，H2可来自于水煤气。(2)①在高温、高压和有催化剂存在的条件下，N2与H2可以直接化合生成氨(NH3)，并放出热量，同时，NH3也会分解成N2和H2，即在相同条件下能同时向正、逆两个反应方向进行的反应，这样的反应叫可逆反应。②可采取增压，及时分离氨，并循环利用N2和H2。30%17.6%(3)4NH3＋5O24NO＋6H2O，Pt－Rh合金网起催化作用；因为氨的催化氧化反应是放热反应，保证Pt—Rh合金网达到一定温度而不必预热。(4)可用碱液吸收氮的氧化物。NO＋NO2＋2NaOH2NaNO2＋H2O2NO2＋2NaOHNaNO3＋NaNO2＋H2O(5)NH4NO3可作化肥和炸药。前者可促使植物生长，增加农作物产量；后者可用于军事、建设上制造炸药，故该物质对现代社会的发展与和平作用重大。(7)厂址的选择应具备以下有利条件：原料和产品运输方便，生产动力来源充足，废物易于处理，地价较便宜等。*(2010·模拟题)(1)下表为某温度和压强下，密闭容器中SO2被氧化为SO3反应在不同时间各物质的浓度(mol/L)试画出V(SO3)—t图：时间(min)010203040506070SO210753.52111O253.52.51.7510.50.50.5SO30356.58999答案：起点、拐点、终点准确，曲线准确，不描点，曲线准确也给分。描点参考：(2)工业上生产硫酸时，利用催化氧化反应将SO2转化为SO3是一个关键步骤。压强及温度对SO2转化率的影响如下表(原料气各成分的体积分数为：S