新高考化学一轮复习化学反应速率与平衡图像及其实际应用课件（55张）

素养提能三化学反应速率与平衡图像及其实际应用导读:化学平衡图像类试题是高考的热点题型,试题的创新性、探究性逐年提升,在情境上、取材上都有所创新,如设计新颖的速率、平衡计算,通过图像、表格等提供丰富的信息数据,而且常与元素、化合物知识相互联系,综合考查。解题的关键是根据反应特点,明确反应条件,认真分析图像,充分挖掘隐含的信息,紧扣化学原理,找准切入点,解决问题。必备知识类型一速率—时间(v-t)图像1.“渐变”类v-t图像图像分析结论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t1时其他条件不变,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t1时其他条件不变,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t1时其他条件不变,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t1时其他条件不变,减小生成物的浓度2.“断点”类v-t图像图像分析结论t1时v′正、v′逆均突然增大,且v′正>v′逆;平衡向正反应方向进行t1时其他条件不变,增大反应体系的压强且m+n>p+q(正反应为气体体积减小的反应)t1时其他条件不变,升高温度且Q>0(吸热反应)t1时v′正、v′逆均突然增大,且v′逆>v′正;平衡向逆反应方向进行t1时其他条件不变,增大反应体系的压强且m+n<p+q(正反应为气体体积增大的反应)

t1时其他条件不变,升高温度且Q<0(放热反应)t1时v′正、v′逆均突然减小,且v′正>v′逆;平衡向正反应方向进行t1时其他条件不变,减小反应体系的压强且m+n<p+q(正反应为气体体积增大的反应)

t1时其他条件不变,降低温度且Q<0(放热反应)t1时v′逆、v′正均突然减小,且v′逆>v′正;平衡向逆反应方向进行t1时其他条件不变,减小反应体系的压强且m+n>p+q(正反应为气体体积减小的反应)

t1时其他条件不变,降低温度且Q>0(吸热反应)3.“平台”类v-t图像图像分析结论t1时v′正、v′逆均突然增大且v′正=v′逆,平衡不移动t1时其他条件不变,使用催化剂t1时其他条件不变,增大反应体系的压强且m+n=p+q(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t1时其他条件不变,减小反应体系的压强且m+n=p+q(反应前后气体体积无变化)

典例导航[典例1]

向1L的密闭容器中加入1molX、0.3molZ和一定量的Y三种气体。一定条件下发生反应,各物质的浓度随时间的变化如图甲所示。图乙为t2时刻后改变反应条件,平衡体系中反应速率随时间变化的情况,且四个阶段都各改变一种不同的条件。下列说法不正确的是(

)考查情境:本题以物质的量浓度及化学反应速率随时间的变化图像为载体,对反应方程式和速率影响因素进行考查,在复杂、陌生的研究对象及问题情境下,体现了对外界条件对速率影响的综合性、应用性考查。必备知识:主要考查的必备知识包括以下四个方面:一是化学反应中速率与化学计量数的关系;二是外界条件对速率的影响;三是化学反应速率的求算;四是转化率大小的比较。关键能力:本题侧重于对理解与辨析、分析与推测等关键能力的考查。能够对速率及其影响因素知识融会贯通,有正确复述、再现、辨识的能力;能够将实际问题分解,通过运用外界条件对速率的影响,采用分析、综合的方法,解决有关速率图像问题。答案:B有关速率图像的分析思路解题策略考向专练考向一浓度—时间图像A1.在一定条件下,X气体与Y气体反应生成Z气体。反应过程中,反应物与生成物的物质的量浓度随时间变化的曲线如图所示,则下列叙述正确的是(

)考向二借助图像分析速率影响因素B2=5min,平衡时3v正(A)=2v逆(D)～t2,A的平均反应速率为0.15mol·L-1·min-12～t3,各物质的浓度一定相等的平衡转化率为25%类型二平衡移动类图像必备知识1.含量—时间—温度(压强)图像常见形式有如图几种。(C%指生成物的质量分数;B%指某反应物的质量分数)2.恒压(温)的图像分析该类图像的纵坐标为物质的平衡浓度(c)或反应物的转化率(α),横坐标为温度(T)或压强(p),常见类型如图所示:如图2所示曲线是其他条件不变时,某反应物的最大转化率(α)与温度(T)的关系曲线,图中标出的1、2、3、4四个点,表示v正>v逆的点是3,表示v正<v逆的点是1,而2、4点表示v正=v逆。典例导航[典例2](双选题)(2019·江苏卷)在恒压、NO和O2的起始浓度一定的条件下,催化反应相同时间,测得不同温度下NO转化为NO2的转化率如图中实线所示(图中虚线表示相同条件下NO的平衡转化率随温度的变化)。下列说法正确的是(

)考查情境:本题以不同温度下NO转化为NO2的转化率为载体,在情境设置上,提供的实验探究情境,在复杂、陌生的研究对象及问题情境下,体现了“定一议二”解题思想,以及对化学平衡移动知识的综合性、应用性考查。必备知识:主要考查的必备知识包括以下三个方面:一是外界条件对化学平衡的影响;二是根据图形的变化特点分析反应的热效应;三是根据图形和信息对转化率和平衡常数的求算。关键能力:本题考查的关键能力侧重于归纳与论证及探究与创新能力。能够通过对图形的观察,获取有关反应吸、放热及温度对转化率的影响等感性知识,并进行初步加工、吸收、有序存储的能力。在解决简单化学平衡图像问题的过程中,运用科学的方法,初步了解外界条件对平衡移动的规律。答案:BD平衡移动类图像的解题模型思维建模考向专练考向一恒温线(或恒压线)图像1.某化学科研小组研究在其他条件不变时,改变某一条件对化学平衡的影响,得到如图变化规律(图中p表示压强,T表示温度,n表示物质的量)。根据以上规律判断,下列结论正确的是(

)A.反应Ⅰ:ΔH>0,p2>p1B.反应Ⅱ:ΔH<0,T1<T2C.反应Ⅲ:ΔH>0,T2>T1或ΔH<0,T2<T1D.反应Ⅳ:ΔH<0,T2>T1C解析:反应Ⅰ中温度降低,A的平衡转化率升高,说明平衡向正反应方向移动,故正反应是放热反应,ΔH<0,压强增大平衡向正反应方向移动,A的转化率升高,故p2>p1,A错误;反应Ⅱ中T1温度下反应先达到平衡,说明T1>T2,温度降低,n(C)增大,说明平衡向正反应方向移动,故正反应是放热反应,ΔH<0,B错误;反应Ⅳ中,若T2>T1,则温度高,A的平衡转化率增大,说明平衡向正反应方向移动,正反应是吸热反应,ΔH>0,D错误。2.(2021·重庆新高考适应性考试)MTP是一类重要的药物中间体,可以由TOME经环化后合成。其反应式为:为了提高TOME的转化率,反应进行时需及时从溶液体系中移出部分甲醇。TOME的转化率随反应时间的变化如图所示。设TOME的初始浓度为amol/L,反应过程中的液体体积变化忽略不计。下列说法错误的是(

)、Y两点的MTP的物质的量浓度相等、Z两点的瞬时速率大小为v(X)>v(Z)考向二转化率(或百分含量)—时间—温度(或压强)图像C考向三平衡移动特殊图像则:(1)ΔH

(填“>”“=”或“<”)0。(2)在T1～T2及T4～T5两个温度区间,容器内CO2气体浓度呈现如图所示的变化趋势,其原因是

。

解析:(1)由题图可知当温度为T1时,反应不是平衡状态,随着温度升高反应速率越来越快,T3时达到平衡状态,温度继续升高,CO2浓度上升,平衡逆移,故正反应放热,ΔH<0。答案:(1)<

(2)T1～T2区间,化学反应未达到平衡,温度越高,化学反应速率越快,所以CO2被捕获的量随温度升高而提高。T4～T5区间,化学反应已达到平衡,由于正反应是放热反应,温度升高平衡向逆反应方向移动,所以不利于CO2捕获平衡移动图像题解题技巧练后小结(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。类型三工业生产中适宜条件的选择与图像分析必备知识化工生产适宜条件选择的一般原则条件原则从化学反应速率分析既不能过快,又不能太慢从化学平衡移动分析既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性,又要注意两者影响的矛盾性从原料的利用率分析增加易得廉价原料,提高难得高价原料的利用率,从而降低生产成本从实际生产能力分析如设备承受高温、高压能力等从催化剂的使用活性分析注意催化剂的活性对温度的限制典例导航(1)温度高于300℃,CO2平衡转化率随温度升高而上升的原因是

.

。

(2)220℃时,在催化剂作用下CO2与H2反应一段时间后,测得CH3OCH3的选择性为48%(图中A点)。不改变反应时间和温度,一定能提高CH3OCH3选择性的措施有

。

考查情境:本题以CO2平衡转化率和平衡时CH3OCH3的选择性随温度的变化为载体,在复杂、陌生的研究对象及问题情境下,体现了转化率和催化剂的选择与温度的关系,以及对化学平衡移动知识的综合性、应用性、创新性的考查。必备知识:主要考查的必备知识包括以下三个方面:一是温度与转化率的关系;二是温度与催化剂选择的关系;三是借助图像分析外界条件对反应速率和平衡的影响。关键能力:本题考查的关键能力侧重于理解与辨析、归纳与论证能力。能够对外界条件对化学平衡影响知识融会贯通,有正确复述、再现、辨认的能力;能够通过对图形的观察,获取有关温度与转化率及催化剂选择的关系,并进行初步加工、吸收、有序存储的能力。答案:(1)反应Ⅰ的ΔH>0,反应Ⅱ的ΔH<0,温度升高使CO2转化为CO的平衡转化率上升,使CO2转化为CH3OCH3的平衡转化率下降,且上升幅度超过下降幅度(2)增大压强,使用对反应Ⅱ催化活性更高的催化剂解析:(1)根据题给热化学反应方程式可知,反应Ⅰ为吸热反应,升高温度,平衡向正反应方向移动,CO2的平衡转化率增大,反应Ⅱ为放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向进行,CO2的转化率降低,温度超过300℃时,反应ⅠCO2的平衡转化率上升幅度超过反应ⅡCO2的平衡转化率下降幅度,因此温度超过300℃时,CO2平衡转化率随温度升高而上升。(2)图中A点CH3OCH3的选择性没有达到此温度下平衡时CH3OCH3的选择性,依据CH3OCH3选择性公式,提高CH3OCH3选择性,在不改变反应时间和温度情况下,由反应Ⅱ知,可以增大压强,或者使用对反应Ⅱ催化活性更高的催化剂。考向专练考向一转化率(去除率)—投料比—温度图像

Ax(主要指NO和NO2)是大气主要污染物之一。有效去除大气中的NOx是环境保护的重要课题。在有氧条件下,新型催化剂M能催化NH3与NOx反应生成N2。将一定比例的O2、NH3和NOx的混合气体,匀速通入装有催化剂M的反应器中反应(装置见图1)。反应相同时间NOx的去除率随反应温度的变化曲线如图2所示,在50～250℃范围内随着温度的升高,NOx的去除率先迅速上升后上升缓慢的主要原因是

;

当反应温度高于380℃时,NOx的去除率迅速下降的原因可能是

。

解析:因为反应时间相同,所以低温时主要考虑温度和催化剂对化学反应速率的影响;高温时NH3与O2发生催化氧化反应。在50～250℃范围内,NOx的去除率迅速上升段是催化剂活性随温度升高增大与温度升高共同使NOx去除反应速率迅速增大;上升缓慢段主要是温度升高引起的NOx去除反应速率增大。当温度超过一定值时,催化剂的活性下降,同时氨气与氧气能够反应生成NO而使反应速率减小。答案:迅速上升段是催化剂活性随温度升高增大与温度升高共同使NOx去除反应速率迅速增大;上升缓慢段主要是温度升高引起的NOx去除反应速率增大催化剂活性下降;NH3与O2反应生成了NO考向二转化率(去除率)—催化剂图像解析:由题图可知,当催化剂中n(Mn)/n(Cu)约为时,CO的转化率最大,生成的二甲醚最多。答案:则催化剂中n(Mn)/n(Cu)约为

时最有利于二甲醚的合成。

答案:(1)AD(1)利于提高合成氨平衡产率的条件有

。

A.低温B.高温C.低压D.高压E.催化剂②下图中可以示意标准平衡常数KΘ随温度T变化趋势的是

。

解析:②根据K随着T增大而减小,而且根据KΘ表达式,不是线性关系,故选A。答案:②A(3)实际生产中,常用工艺条件,Fe作催化剂,控制温度773K,压强3.0×105Pa,原料气中N2和H2物质的量之比为1∶。①分析说明原料气中N2过量的理由:

。

解析:(3)①根据题意,从提高转化率和提高速率角度分析,原料气中N2相对易得,适度过量有利于提高H2的转化率;N2在Fe催化剂上的吸附是决速步骤,适度过量有利于提高整体反应速率。答案:(3)①原料气中N2相对易得,适度过量有利于提高H2的转化率;N2在Fe催化剂上的吸附是决速步骤,适度过量有利于提高整体反应速率②关于合成氨工艺的下列理解,正确的是

。

A.合成氨反应在不同温度下的ΔH和ΔS都小于零B.控制温度(773K)远高于室温,是为了保证尽可能高的平衡转化率和快的反应速率C.当温度、压强一定时,在原料气(N2和H2的比例不变)中添加少量惰性气体,有利于提高平衡转化率D.基于NH3有较强的分子间作用力可将其液化,不断将液氨移去,利于反应正向进行E.分离空气可得N2,通过天然气和水蒸气转化可得H2,原料气须经过净化处理,以防止催化剂中毒和安全事故发生答案:②ADE解析:②A项,合成氨反应在不同温度下的ΔH和ΔS都小于零,正确;B项,升高温度使平衡逆向移动,减小平衡转化率,控制温度(773K)远高于室温,不是为了保证尽可能高的平衡转化率,错误;C项,当温度、压强一定时,在原料气(N2和H2的比例不变)中添加少量惰性气体,相当于减小了分压,平衡逆向移动,不利于提高平衡转化率,错误;D项,基于NH3有较强的分子间作用力可将其液化,不断将液氨移去,利于反应正向进行,正确;E项,分离空气可得N2,通过天然气和水蒸气转化可得H2,原料气须经过净化处理,以防止催化剂中毒和安全事故发生,正确;故选ADE。工业合成氨条件的选择练后小结(1)压强为10～30MPa的高压。增大压强,利