新高考新教材广西专版2024届高考化学二轮总复习专题10化学反应速率与化学平衡课件

化学反应速率与化学平衡专题十内容索引010203考点一外界条件对化学反应速率的影响考点二化学平衡化学平衡常数及有关计算考点三化学反应速率与化学平衡的有关图像04专项突破•素能提升【考情分析•定向备考】

高频考点两年考向命题角度再思考1.外界条件对化学反应速率的影响考向1.化学反应速率的计算[2022广东卷,15][2021广东卷,14][2021河北卷,13][2021湖南卷,16(3)]考向2.判断外界条件对化学反应速率的影响[2023辽宁卷,12][2022广东卷,13][2022湖南卷,6、14]考向1.从化学平衡图像中获取信息,根据定义式“”计算反应速率,或根据反应速率方程及相关数据计算化学反应速率。考向2.结合图像,分析外界条件(如温度、压强等)对化学反应速率的影响等。高频考点两年考向命题角度再思考2.化学平衡化学平衡常数及有关计算考向1.化学平衡及影响因素[2023湖南卷,13][2022湖北卷,13][2022河北卷,13][2022湖南卷,14、16][2022全国甲,28][2021广东卷,19(2)][2021湖南卷,11][2021湖南卷,14]考向2.化学平衡常数及计算[2022海南卷,8][2022湖南卷,14][2022全国甲,28][2021全国甲,28(2)][2021全国乙,28(2)(3)][2021广东卷,19(4)][2021湖南卷,16(3)][2021河北卷,16(2)(3)]考向1.基于化学平衡图像,分析转化率、含量等变化的原因;结合化学反应特点,选择反应发生的合适条件等。考向2.基于化学平衡图像,获取物质的转化率、百分含量等数据,依据“三段式法”计算化学平衡常数(K)或压强平衡常数(Kp)。高频考点两年考向命题角度再思考3.化学反应速率与化学平衡的有关图像考向1.化学反应速率图像[2021湖南卷,14]考向2.化学平衡图像[2022湖南卷,14][2021湖南卷,11][2021全国甲,28(2)]考向1.结合反应速率-温度(或压强)图像,分析反应速率变化的原因。考向2.结合化学平衡图像,考查外界条件对化学平衡的影响、化学平衡转化率和平衡常数的计算等。考点一外界条件对化学反应速率的影响【要点归纳•夯基提能】

1.掌握计算化学反应速率的两种方法(1)根据定义式及图表中数据计算:微点拨①计算时一定要注意溶液的体积,不能盲目地把Δn当作Δc代入公式进行计算;②还要注意单位及规范书写。(2)根据“比例关系”计算。对于反应“mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)”,则有v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=m∶n∶p∶q。

要注意物质的状态2.从不同角度认识反应速率常数(1)假设基元反应(能够一步完成的反应)为aA(g)+bB(g)===cC(g)+dD(g),其速率可表示为v=kca(A)cb(B),式中的k称为反应速率常数或速率常数。微点拨①反应速率常数(k)表示单位浓度下的化学反应速率,与浓度无关,但受温度、催化剂、固体表面积等因素的影响;②通常反应速率常数越大,反应进行得越快。(2)正、逆反应的速率常数与平衡常数的关系。3.从“有效碰撞”角度认识外界条件对化学反应速率的影响(1)活化分子和有效碰撞。①能够发生有效碰撞的分子叫做活化分子。活化能是指为了能发生化学反应,普通分子(具有平均能量的分子)变成活化分子所需要吸收的最低能量,即活化分子比普通分子多出的那部分能量。②能够发生化学反应的碰撞叫做有效碰撞。

两个条件缺一不可发生有效碰撞的两个条件:一是反应物分子必须具有足够的能量(即活化分子);二是分子碰撞时要有合适的取向。微点拨活化能是影响化学反应速率的内因。相同条件下,不同化学反应的速率不同,主要是活化能大小不同引起。一般情况,反应的活化能越小,化学反应速率越大,反之,反应的活化能越大,反应速率越小。(2)影响化学反应速率的外界因素。

(3)“惰性气体”(非反应气体)对化学反应速率的影响。

【明确考向•真题演练】

真题示例1-1.(2022广东卷)在相同条件下研究催化剂Ⅰ、Ⅱ对反应X→2Y的影响,各物质浓度c随反应时间t的部分变化曲线如图,则(

)。A.无催化剂时,反应不能进行B.与催化剂Ⅰ相比,Ⅱ使反应活化能更低C.a曲线表示使用催化剂Ⅱ时X的浓度随t的变化D.使用催化剂Ⅰ时,0~2min内,v(X)=1.0mol·L-1·min-1D解析

由图可知,无催化剂时,随着反应进行,生成物的浓度也在增加,说明反应也在进行,A项错误。由图可知,催化剂Ⅰ比催化剂Ⅱ催化效果好,反应速率大,说明催化剂Ⅰ使反应活化能更低,B项错误。由图可知,使用催化剂Ⅱ时,在0~2

min内Y的浓度变化了2.0

mol·L-1,而a曲线表示的X的浓度变化了2.0

mol·L-1,二者变化量之比不等于化学计量数之比,所以a曲线不表示使用催化剂Ⅱ时X的浓度随时间t的变化,C项错误。使用催化剂Ⅰ时,在0~2

min内,Y的浓度变化了4.0

mol·L-1,1-2.(2022海南卷)某空间站的生命保障系统功能之一是实现氧循环,其中涉及反应:CO2(g)+4H2(g)

CH4(g)+2H2O(g)。(1)某研究小组模拟该反应,温度t下,向容积为10L的抽空的密闭容器中通入0.1molCO2和0.1molH2,反应平衡后测得容器中n(CH4)=0.05mol,则CO2的转化率为

。

50%或0.5(2)在相同条件下,CO2(g)与H2(g)还会发生不利于氧循环的副反应:CO2(g)+3H2(g)

CH3OH(g)+H2O(g)。在反应器中按n(CO2)∶n(H2)=1∶4通入反应物,在不同温度、不同催化剂条件下,反应进行到2min时,测得反应器中CH3OH、CH4浓度(μmol·L-1)如下表所示:催化剂t=350

℃t=400

℃c(CH3OH)c(CH4)c(CH3OH)c(CH4)催化剂Ⅰ10.812722345.242780催化剂Ⅱ9.2107753438932在选择使用催化剂Ⅰ和350℃条件下反应,0~2min生成CH3OH的平均反应速率为

μmol·L-1·min-1;若某空间站的生命保障系统实际选择使用催化剂Ⅱ和400℃的反应条件,原因是

。

5.4相同催化剂,400℃的反应速率更大;相同温度,催化剂Ⅱ副产物浓度低,甲烷与甲醇比例高解析

(1)温度t下,向容积为10

L的抽空的密闭容器中通入0.1

mol

CO2和0.1

mol

H2,反应平衡后测得容器中n(CH4)=0.05

mol,则CO2的转化率为(2)在选择使用催化剂Ⅰ和350

℃条件下反应,由表中信息可知,0~2

min

CH3OH的浓度由0增加到10.8

μmol·L-1,因此,0~2

min生成CH3OH的平均反应速率为

=5.4

μmol·L-1·

min-1;由表中信息可知,在选择使用催化剂Ⅰ和350

℃条件下反应,0~2

min

CH3OH的浓度由0增加到10.8

μmol·L-1,c(CH4)∶c(CH3OH)=12

722∶10.8≈1

178;在选择使用催化剂

Ⅱ

和350

℃条件下反应,0~2

min

CH3OH的浓度由0增加到9.2

μmol·L-1,c(CH4)∶

c(CH3OH)=10

775∶9.2≈1

171;在选择使用催化剂Ⅰ和400

℃条件下反应,0~2

min

CH3OH的浓度由0增加到345.2

μmol·L-1,c(CH4)∶c(CH3OH)=42

780∶345.2≈124;在选择使用催化剂

Ⅱ

和400

℃条件下反应,0~2

min

CH3OH的浓度由0增加到34

μmol·L-1,c(CH4)∶c(CH3OH)=38

932∶34≈1

145。因此,若某空间站的生命保障系统实际选择使用催化剂Ⅱ和400

℃的反应条件的原因是:相同催化剂,400

℃的反应速率更大,相同温度,催化剂Ⅱ副产物浓度低,甲烷与甲醇比例高。1-3.(2020全国Ⅱ节选)高温下,甲烷生成乙烷的反应如下:2CH4C2H6+H2。反应在初期阶段的速率方程为r=k×,其中k为反应速率常数。(1)设反应开始时的反应速率为r1,甲烷的转化率为α时的反应速率为r2,则r2=

r1。

(2)对于处于初期阶段的该反应,下列说法正确的是

。

A.增加甲烷浓度,r增大B.增加H2浓度,r增大C.乙烷的生成速率逐渐增大D.降低反应温度,k减小(1-α)AD解析

(1)若甲烷的转化率为α,则此时甲烷的浓度为c(CH4)×(1-α),根据速率方程,可以得出r2=(1-α)r1。(2)根据速率方程,可以得出甲烷浓度越大,反应速率越大,A项正确。速率方程中没有涉及H2的浓度,即r的大小与H2的浓度无关,B项错误。随着反应进行,甲烷浓度减小,反应速率减小,乙烷的生成速率逐渐减小,C项错误。降低温度,反应速率会减小,D项正确。方法技巧利用“三段式法”巧解化学反应速率计算题。(1)写出有关反应的化学方程式。(2)找出各物质的起始浓度、转化浓度和某时刻浓度。(3)根据已知条件列出“三段式”进行计算。对点演练1-1.(2023广东汕头金山中学一模)还原CoO制备Co可通过下列两个反应实现:723K下,在初始压强相同(均为12.0kPa)的甲、乙两密闭容器中分别发生反应Ⅰ、反应Ⅱ,得到部分气体的分压随时间的变化关系如图所示。下列说法错误的是(

)。A.甲容器中,10~40min内用H2表示的平均反应速率v(H2)=0.15kPa·min-1B.增大起始时容器的压强,CoO的平衡转化率增大C.此条件下,选择CO还原CoO的效率更高D.723K时,反应Ⅱ的平衡常数Kp=119B1-2.T1

℃时,在一密闭容器中发生反应4NO(g)N2(g)+2NO2(g),其正反应速率表达式为v正=k正·cn(NO),测得速率和浓度的关系如下表。序号c(NO)/(mol·L-1)v正/(mol·L-1·s-1)①0.104.00×10-9②0.206.40×10-8③0.303.24×10-7则n=

,k正=

mol-3·L3·s-1。达到平衡后,若减小压强,则混合气体的平均相对分子质量将

(填“增大”“减小”或“不变”)。

44×10-5减小解析

将表中①②数据代入“v正=k正·cn(NO)”可得:4.00×10-9=0.10nk正,6.40×10-8=

0.20nk正,将上述两式相比较,可求出n=4,k正=4

×

10-5

mol-3·L3·s-1。平均摩尔质量

,各物质都是气体,总质量不变;减小压强,平衡向气体体积增大的方向移动,总物质的量增大,平均相对分子质量减小。方法技巧(1)在相同的浓度下,可用速率常数大小比较化学反应速率的大小。(2)同一化学反应,温度不同,速率常数不同,但浓度不影响速率常数。考向2

判断外界条件对化学反应速率的影响真题示例2-1.(2022广东卷)恒容密闭容器中,BaSO4(s)+4H2(g)BaS(s)+4H2O(g)在不同温度下达平衡时,各组分的物质的量(n)如图所示。下列说法正确的是(

)。A.该反应的ΔH<0B.a为n(H2O)随温度的变化曲线C.向平衡体系中充入惰性气体,平衡不移动D.向平衡体系中加入BaSO4,H2的平衡转化率增大C解析

由题图可知,随温度升高,氢气的物质的量减少,说明温度升高,平衡向正反应方向移动,该反应的ΔH>0,A项错误;因为正反应ΔH>0,随温度的升高n(H2O)应呈现较大的增大趋势,由题图a走势可知,B项错误;向恒容密闭容器中充入惰性气体,由于容器容积不变,各组分的浓度不发生变化,平衡常数不变,平衡不发生移动,C项正确;BaSO4为固体,向平衡体系中加入固体,平衡不发生移动,氢气的平衡转化率不变,D项错误。2-2.(2021河北卷)室温下,某溶液初始时仅溶有M和N且浓度相等,同时发生以下两个反应:①M+N===X+Y;②M+N===X+Z。反应①的速率可表示为v1=k1c2(M),反应②的速率可表示为v2=k2c2(M)(k1、k2为速率常数)。反应体系中组分M、Z的浓度随时间变化情况如图。下列说法错误的是(

)。A.0~30min时间段内,Y的平均反应速率为6.67×10-3mol·L-1·min-1B.反应开始后,体系中Y和Z的浓度之比保持不变C.如果反应能进行到底,反应结束时62.5%的M转化为ZD.反应①的活化能比反应②的活化能大A对点演练2-1.(2023辽宁抚顺一中模拟)我国科学家修饰催化剂使其高效地将CO2和H2转化为CH4,反应原理:CO2(g)+4H2(g)

CH4(g)+2H2O(g)。在恒容密闭容器中充入CO2和H2发生上述反应。下列说法错误的是(

)。A.达到平衡后,再充入少量H2,CO2的平衡转化率增大B.其他条件不变,加入催化剂,能同时增大正、逆反应速率C.其他条件不变,充入氩气,能使平衡向正反应方向移动D.其他条件不变,降低温度,能减小正、逆反应速率C解析

达到平衡后,再充入少量氢气,平衡向正反应方向移动,二氧化碳的平衡转化率增大,A项正确;其他条件不变,加入催化剂,能降低反应的活化能,正、逆反应速率均增大,B项正确;其他条件不变,在恒容密闭容器中充入氩气,反应体系中各物质浓度均没有变化,化学反应速率不变,平衡不移动,C项错误;其他条件不变,降低温度,活化分子的数目和百分数均减少,有效碰撞次数减少,正、逆反应速率均减小,D项正确。2-2.(2023陕西西安二模)恒温密闭容器中,发生反应:2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)

ΔH<0。起始时,若按照n(CO2)∶n(H2)=1∶3的投料比充入容器,测得平衡时n(H2)和n(H2O)随温度的变化如图所示。下列说法中正确的是(

)。A.L线表示平衡时n(H2O)随温度的变化B.其他条件不变时,若扩大容器容积,则v正减小,v逆增大C.x=5.16D.使用催化剂,可降低反应的活化能,减小ΔH的值C解析

由于ΔH<0,随着温度的升高,平衡逆向移动,n(H2)增大,n(H2O)减小,故L线为n(H2)随温度的变化曲线,A项错误;其他条件不变时,若扩大容器容积,浓度均减小,则v正、v逆均减小,B项错误;由图知,在393

K时,n(H2)=4.2

mol,n(H2O)=5.8

mol,升高温度,反应将向逆反应方向移动,在a点时,n(H2)=n(H2O),设由393

K升温到460

K时,H2O(g)反应的物质的量为b

mol,由关系式6H2(g)~4H2O(g),则4.2+

b=5.8-b,b=0.64,x=5.16,C项正确;使用催化剂,只能降低反应的活化能,且增大反应速率,但不能减小ΔH的值,D项错误。易错警示若一个反应分多步进行,活化能越大,反应速率越小,整个总反应的反应速率由慢反应决定。【易错易混•防范失分】

判断正误(正确的画“√”,错误的画“×”)。(1)对于放热反应,升高温度,反应速率减小,降低温度,反应速率增大。(

)(2)对可逆反应FeCl3+3KSCNFe(SCN)3+3KCl,加入KCl固体,逆反应速率增大。(

)(3)对于反应C(s)+CO2(g)2CO(g),增加碳的量,反应速率增大。(

)(4)淀粉酶催化淀粉水解反应中,温度越高淀粉水解速率越大。(

)××××考点二化学平衡化学平衡常数及有关计算【要点归纳•夯基提能】

1.判断化学平衡状态的“三要素”(1)分析反应条件,看清反应体系是恒温恒容、恒温恒压还是绝热容器。(2)分析反应特点,看清反应前后气体分子总数是否发生变化,确定反应过程中气体总物质的量、总压强是否变化。(3)巧用“正逆相等,变量不变”作出判断。

微点拨分析可逆反应时,要注意反应的特殊情况,看清是否有固体参加或生成,是否存在固体的分解反应等。2.掌握化学平衡移动的判断方法(1)根据勒夏特列原理判断。通过比较改变外界条件,平衡破坏瞬间的正、逆反应速率的相对大小来判断平衡移动的方向。项目引起v正、v逆的变化占优势的反应化学平衡移动方向外界条件改变v正>v逆正反应占优势向正反应方向(或向右)移动v正<v逆逆反应占优势向逆反应方向(或向左)移动v正=v逆双向进行程度相等化学平衡不移动(2)根据浓度商(Q)与平衡常数(K)的关系判断(相同温度)。

判断前提条件根据比较浓度商(Q)与化学平衡常数(K)的大小来判断平衡移动的方向。①若Q>K,平衡向逆反应方向(或向左)移动;②若Q=K,平衡不发生移动;③若Q<K,平衡向正反应方向(或向右)移动。微点拨①对于反应H2(g)+I2(g)2HI(g),由于反应前后气体的分子总数相等,外界压强增大(或减小)时,平衡无论正向或逆向移动都不能减弱压强的改变,故对于该反应,压强改变,平衡不发生移动。②催化剂能同等程度地改变正、逆反应速率,故催化剂不会影响化学平衡,平衡转化率不变。3.化学平衡常数及计算(1)平衡常数表达式。(2)依据化学方程式计算平衡常数。①同一可逆反应中,K正·K逆=1。②若几个可逆反应的化学方程式相加,得到总反应的化学方程式,则总反应的平衡常数等于各分步反应平衡常数之积。例如,反应①+②=③,则有K3=K1·K2。4.掌握四种常用计算关系

注意两个计算式中反应物、生成物的位置

【明确考向•真题演练】

考向1

化学平衡及影响因素真题示例A.x1<x2B.反应速率:vb正<vc正C.点a、b、c对应的平衡常数:Ka<Kb=KcD.反应温度为T1,当容器内压强不变时,反应达到平衡状态B解析

因加入1

mol

CH4和一定量的H2O发生反应,增大n(H2O)时,

减小,但CH4的平衡转化率增大,结合图像知x1<x2,A项正确;b、c两点,温度相同,但体系中反应物浓度b点大于c点,则vb正>vc正,B项错误;依据相同投料比时CH4转化率随温度变化曲线知,正反应为吸热反应,则温度升高,K值变大,故Ka<Kb=Kc,C项正确;该反应为气体分子数改变的可逆反应,恒温恒容时,容器内压强不变,说明反应达到平衡状态,D项正确。D

A.随c(X)的减小,反应①、②的速率均减小B.体系中v(X)+v(Y)=v(Z)C.欲提高Y的产率,需提高反应温度且控制反应时间D.温度低于T1时,总反应速率由反应②决定A解析

由图甲中的信息可知,浓度随时间变化逐渐减小的代表的是X,浓度随时间变化逐渐增大的代表的是Z,浓度随时间变化先增大后减小的代表的是Y;由图乙中的信息可知,反应①的速率常数随温度升高增大的幅度小于反应②的。由图甲中的信息可知,随c(X)的减小,c(Y)先增大后减小,c(Z)增大,因此,反应①的速率随c(X)的减小而减小,而反应②的速率先增大后减小,A项错误;根据体系中发生的反应可知,在Y的浓度达到最大值之前,单位时间内X的减少量等于Y和Z的增加量,因此,v(X)=v(Y)+v(Z),但是,在Y的浓度达到最大值之后,单位时间内Z的增加量等于Y和X的减少量,故v(X)+v(Y)=v(Z),B项正确;升高温度可以增大反应①的速率,但是反应①的速率常数随温度升高增大的幅度小于反应②的,且反应②的速率随着Y的浓度的增大而增大,因此,欲提高Y的产率,需提高反应温度且控制反应时间,C项正确;由图乙信息可知,温度低于T1时,k1>k2,反应②为慢反应,因此,总反应速率由反应②决定,D项正确。方法技巧突破化学平衡移动及分析题的方法。解答化学平衡移动及分析题,要先分析反应特点,再依据勒夏特列原理判断平衡移动的方向及结果,解题思维流程如下:对点演练1-1.(2023上海黄浦模拟)向密闭容器中充入S2Cl2、Cl2和SCl2,发生反应S2Cl2(g)+Cl2(g)

2SCl2(g),S2Cl2与SCl2的初始消耗速率(v)与温度(T)的关系如图所示(图中A、B点处于平衡状态)。下列说法不正确的是(

)。A.a为v(SCl2)随温度的变化曲线B.该反应正反应为放热反应C.0℃下反应一段时间,S2Cl2的物质的量增多D.反应达到平衡后向体系中充入氦气,平衡不移动C解析

由方程式S2Cl2(g)+Cl2(g)2SCl2(g)可知,平衡时SCl2的反应速率是S2Cl2的2倍,则a为v(SCl2)随温度的变化曲线,A项正确;图中A、B点处于平衡状态对应的温度为250

℃,300

℃时SCl2的消耗速率大于S2Cl2的消耗速率的2倍,说明平衡逆向移动,则正反应为放热反应,B项正确;0

℃时,SCl2的消耗速率等于S2Cl2的消耗速率,则SCl2的消耗速率小于S2Cl2的消耗速率的2倍,说明平衡正向进行,S2Cl2的物质的量减少,C项错误;反应达到平衡后向体系中充入氦气,反应物和生成物的浓度都不发生变化,平衡不移动,D项正确。1-2.工业合成尿素以NH3和CO2作为原料,发生反应:2NH3(l)+CO2(l)H2O(l)+NH2CONH2(l)

ΔH=-93.7kJ·mol-1。(1)在不同温度下,反应中CO2的转化率与时间的关系如图1。①温度T1

(填“>”“<”或“=”)T2,原因是

。②保持容器容积不变,在反应初期,可以提高单位时间内CO2转化率的措施有

。A.增大氨的浓度B.通入“惰性气体”C.升高温度D.增大水的分压(分压=总压×物质的量分数)图1①曲线a、b,W较大的曲线是

(填“a”或“b”)。

②其他条件不变时,随着温度的升高,CO2平衡转化率下降的原因是

。

图2答案

(1)①>图中T1的曲线斜率较大,反应速率较大,因此温度较高②AC(2)①

B②2NH3(l)+CO2(l)H2O(l)+NH2CONH2(l)是放热反应,温度升高,平衡向逆反应方向移动解析

(1)①分析图中曲线斜率,T1的曲线斜率较大,反应速率较快,因此温度较高,据此推知温度:T1>T2。②增大氨的浓度,平衡正向移动,CO2的转化率提高,A项正确。通入“惰性气体”,不改变反应物的浓度,平衡不移动,CO2的转化率不变,B项错误。在反应初期,升高温度,反应速率增大,单位时间内CO2的转化率提高,C项正确。增大水的分压,对平衡无影响,CO2的转化率不变,D项错误。方法技巧外界条件对平衡转化率(α)的影响及分析。在一恒容密闭容器中通入a

mol

A、b

mol

B发生反应aA(g)+bB(g)cC(g),达到平衡后,改变下列条件,分析转化率的变化情况:(1)再通入b

mol

B,α(A)增大,α(B)减小。(2)再通入a

mol

A、b

mol

B:①若a+b>c,α(A)增大、α(B)增大;②若a+b=c,α(A)不变、α(B)不变;③若a+b<c,α(A)减小、α(B)减小。考向2

化学平衡常数及计算真题示例2-1.(2022海南卷)某温度下,反应CH2=CH2(g)+H2O(g)

CH3CH2OH(g)在密闭容器中达到平衡。下列说法正确的是(

)。A.增大压强,v正>v逆,平衡常数增大B.加入催化剂,平衡时CH3CH2OH(g)的浓度增大C.恒容下,充入一定量的H2O(g),平衡向正反应方向移动D.恒容下,充入一定量的CH2=CH2(g),CH2═CH2(g)的平衡转化率增大C解析

该反应是一个气体分子数减少的反应,增大压强可以增大化学反应速率,正反应速率增大的幅度大于逆反应速率增大的幅度,故v正>v逆,平衡向正反应方向移动,但是因为温度不变,故平衡常数不变,A项错误;催化剂不影响化学平衡状态,因此,加入催化剂不影响平衡时CH3CH2OH(g)的浓度,B项错误;恒容下,充入一定量的H2O(g),H2O(g)的浓度增大,平衡向正反应方向移动,C项正确;恒容下,充入一定量的CH2=CH2(g),平衡向正反应方向移动,但是CH2=CH2(g)的平衡转化率减小,D项错误。2-2.(2022河北卷)工业上常用甲烷水蒸气重整制备氢气,体系中发生如下反应:(1)下列操作中,能提高CH4(g)平衡转化率的是

。

A.增加CH4(g)用量B.恒温恒压下通入惰性气体C.移除CO(g)D.加入催化剂BC0.43解析

(1)A.增加CH4(g)用量可以提高H2O(g)的转化率,但是CH4(g)平衡转化率减小,A项不符合题意;B.恒温恒压下通入惰性气体,相当于减小体系压强,反应混合物中各组分的浓度减小,反应Ⅰ的化学平衡正向移动,能提高CH4(g)平衡转化率,B项符合题意;C.移除CO(g),减小了反应混合物中CO(g)的浓度,反应Ⅰ的化学平衡正向移动,能提高CH4(g)平衡转化率,C项符合题意;D.加入催化剂不能改变平衡状态,故不能提高CH4(g)平衡转化率,D项不符合题意。综上所述,上述操作中,能提高CH4(g)平衡转化率的是BC。2-3.硫酸是一种重要的基本化工产品。接触法制硫酸生产中的关键工序是SO2的催化氧化:(1)当SO2(g)、O2(g)和N2(g)起始的物质的量分数分别为7.5%、10.5%和82%时,在0.5MPa、2.5MPa和5.0MPa压强下,SO2平衡转化率α随温度的变化如图所示。反应在5.0MPa、550℃时α=

,判断的依据是

。影响α的因素有

。

(2)将组成(物质的量分数)为2m%SO2(g)、m%O2(g)和q%N2(g)的气体通入反应器,在温度t、压强p条件下进行反应。平衡时,若SO2转化率为α,则SO3压强为

,平衡常数Kp=

(以分压表示,分压=总压×物质的量分数)。

答案

(1)0.975该反应气体分子数减少,增大压强,α提高。5.0MPa>2.5MPa=p2,所以p1=5.0MPa温度、压强和反应物的起始浓度(组成)解析

(1)要分析反应在5.0

MPa、500

℃时的α,首先必须判断此时的压强对应题图p1、p2、p3中哪一个。在其他条件相同时,正反应是气体分子数减少的反应,压强越大SO2平衡转化率α越大,可确定此时对应压强为p1,SO2平衡转化率α=0.975。方法技巧利用“三段式法”计算平衡常数和转化率。先确定各物质的起始浓度、转化浓度和平衡浓度,再代入平衡常数表达式进行计算。对于反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),起始A、B的物质的量浓度(mol·L-1)分别为a、b

,达到平衡时A的转化浓度为mx

mol·L-1,则有:对点演练2-1.恒容密闭容器中充入3molCH4和6molH2S,发生反应:CH4(g)+2H2S(g)CS2(g)+4H2(g),温度变化对平衡时各组分的物质的量分数的影响如下图所示:下列说法错误的是(

)。A.当满足2v逆(H2S)=v正(H2)时,反应达到平衡状态B.采用高温、低压条件,有利于提高CH4的平衡转化率C.图中M点时,保持温度不变,再向容器中充入3molCH4和6molH2S,达到新平衡时,CH4的物质的量分数小于H2的物质的量分数D.图中N点对应温度下,以物质的量分数表示的化学平衡常数C解析

反应速率比等于化学计量数之比,2v逆(H2S)=v正(H2)表示正逆反应方向,能说明达到平衡状态,A项正确。由图知,温度升高,CH4的物质的量分数减小,说明平衡正向移动,正反应方向是气体分子数增大的反应,则减小压强,平衡正向移动,则采取高温、低压条件,有利于提高CH4的平衡转化率,B项正确。恒容密闭容器中,达平衡时,向容器内加入3

mol

CH4和6

mol

H2S,建立等效平衡,相当于压强增大一倍,则平衡逆向移动,达到新平衡时,CH4的物质的量分数大于H2的物质的量分数,C项错误。N点温度下,设CH4转化了x

mol,列三段式:2-2.已知反应NO2(g)+SO2(g)NO(g)+SO3(g)

ΔH<0,某研究小组研究不同温度T1

℃、T2

℃下的平衡态中lgp(NO2)和lgp(SO3)两个压强对数的关系如图所示,实验初始时体系中的p(NO2)和p(SO2)相等、p(NO)和p(SO3)相等。(1)A、B两点体系压强pA与pB的比值

=

;同一温度下图像呈线性变化的理由是

。

(2)温度为T1时化学平衡常数Kp=

,T1

(填“>”“<”或“=”)T2。反应过程中气体分子总数不变,改变压强平衡不移动

0.01<解析

(1)NO2(g)+SO2(g)NO(g)+SO3(g)该反应为气体分子数不变的反应,改变压强,平衡不移动,实验初始时体系中的p(NO2)和p(SO2)相等、p(NO)和p(SO3)相等,故平衡体系中p(NO2)和p(SO2)相等、p(NO)和p(SO3)相等,由图可知,A点lg

p(SO3)=0,lg

p(NO2)=1,即p(SO3)=100=1=p(NO),p(NO2)=101=10=p(SO2),pA=2×[p(SO3)+p(NO2)]=2×(1+10)=22,B点lg

p(SO3)=1,lg

p(NO2)=2,p(SO3)=101=10=p(NO),p(NO2)=102=100=p(SO2),pB=2×[p(SO3)+p(NO2)]=2×(10+100)=220,故

;该反应为气体分子数不变的反应,改变压强,平衡不移动,故同一温度下图像呈线性变化。(2)由(1)中的数据可知A点时

;该反应为放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,p(NO2)增大,由图可知,当lg

p(SO3)=1时,T1、T2温度下对应的lg

p(NO2)分别为2、3,温度为T1下的lg

p(NO2)小于温度为T2下的lg

p(NO2),即温度为T1下的p(NO2)小于温度为T2下的p(NO2),故有T1<T2。【易错易混•防范失分】

判断正误(正确的画“√”,错误的画“×”)。(1)反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),当v(SO2)=v(SO3)时,该反应一定达到平衡状态。(

)(2)恒温恒容下,反应H2(g)+Br2(g)2HBr(g)中气体的颜色不变时达到平衡状态。(

)(3)增加反应物的浓度,平衡正向移动,化学平衡常数(K)增大。(

)(4)达到平衡时,增加一种反应物的量,另一反应物的转化率一定增大。(

)(5)C(s)+CO2(g)2CO(g)

ΔH>0,其他条件不变时,升高温度,反应速率v(CO2)和CO2的平衡转化率均增大。(

)(6)改变条件,平衡正向移动,反应物的平衡转化率一定增大。(

)√×××√×考点三化学反应速率与化学平衡的有关图像【要点归纳•夯基提能】

1.利用图像“断点”判断化学反应速率的影响因素(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,使速率(v)-时间(t)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,如图所示: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:微点拨在速率-时间图像中,外界条件改变时,要判断是否出现“断点”,若出现“断点”,改变的条件可能是改变温度、改变压强或使用催化剂。若只改变反应物的浓度或生成物的浓度,速率-时间图像不会出现“断点”。2.转化率(α)-时间(t)-温度(T)或压强(p)图像及分析以mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)为例:(1)图甲中,T2>T1,升高温度,αA减小,说明平衡逆向移动,正反应的ΔH<0。(2)图乙中,p1>p2,增大压强,αA增大,说明平衡正向移动,正反应是气体总分子数减小的反应。(3)若纵坐标表示A的百分含量,则甲中正反应的ΔH>0,乙中正反应是气体总分子数增大的反应。3.恒温线(或恒压线)图像及分析

(1)纵坐标代表反应物的转化率(α)或平衡浓度(c),横坐标代表温度(T)或压强(p)。(2)采用“定一议二”法,即将自变量(温度或压强)之一看作恒量,讨论另外两个量的关系。4.百分含量[ω(A)]-温度(T)图像对于化学反应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(如图所示);M点后为平衡受温度的影响情况,即升高温度,A的百分含量增加或C的百分含量减少,平衡逆向移动,故该反应的ΔH<0。微点拨分析化学反应速率和平衡图像的三个步骤:①判断反应速率是增大还是减小;②确定v(正)、v(逆)的相对大小;③判断化学平衡的移动方向及移动结果(包括平衡转化率、物质的浓度、百分含量等)。【明确考向•真题演练】

考向1

化学反应速率图像真题示例(2021辽宁卷)某温度下,降冰片烯在钛杂环丁烷催化下聚合,反应物浓度与催化剂浓度及时间关系如图。已知反应物消耗一半所需的时间称为半衰期。下列说法错误的是(

)。A.其他条件相同时,催化剂浓度越大,反应速率越大B.其他条件相同时,降冰片烯浓度越大,反应速率越大C.条件①,反应速率为0.012mol·L-1·min-1D.条件②,降冰片烯起始浓度为3.0mol·L-1时,半衰期为62.5minB对点演练1-1.(2023湖南邵阳二模)T

℃时,在容积为2L的恒温恒容密闭容器中充入4molCO和4molN2O,发生反应CO(g)+N2O(g)CO2(g)+N2(g),测得CO(g)和CO2(g)的物质的量随时间的变化如图所示。该反应的正、逆反应速率可分别表示为v正=k正·c(CO)·c(N2O),v逆=k逆·c(CO2)·c(N2),k正、k逆分别为正、逆反应速率常数,只受温度影响。下列说法正确的是(

)。A.从反应开始至达到平衡时,以CO2表示的平均反应速率为0.04mol·L-1·min-1B.该反应在A、B两点的正反应速率之比为vA∶vB=25∶4C.当容器中混合气体的密度不随时间变化时,该反应达到平衡状态D.T

℃时,该反应的平衡常数为K=8B1-2.在某一恒温容积可变的密闭容器中发生反应:A(g)+B(g)2C(g)

ΔH<0。t1时刻达到平衡后,在t2时刻改变某一条件,其反应过程如下图所示。下列说法正确的是(

)。CA.0~t2时,v正>v逆B.Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时,A的体积分数Ⅰ>ⅡC.t2时刻改变的条件是向密闭容器中加入CD.Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时,平衡常数KⅠ<KⅡ解析

0~t1,反应正向进行,说明v正>v逆,t1~t2,反应到达平衡,v正=v逆,A项错误。t2时刻改变条件后达到新平衡,逆速率不变,说明改变条件后与原平衡等效,平衡不移动,因此达到平衡时A的体积分数Ⅰ=Ⅱ,B项错误。向密闭容器中加入C,逆反应速率瞬间增大,再次建立的平衡与原平衡等效,说明和原平衡相同,符合图像,C项正确。该反应是在恒温下进行,化学平衡常数只与温度有关,温度不变,化学平衡常数不变,所以Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时,平衡常数KⅠ=KⅡ,D项错误。易错警示分析化学反应速率图像的三个易错点。

考向2

化学平衡图像真题示例2-2.(2022全国乙)油气开采、石油化工、煤化工等行业废气普遍含有的硫化氢,需要回收处理并加以利用。回答下列问题。(1)已知下列反应的热化学方程式:①2H2S(g)+3O2(g)══2SO2(g)+2H2O(g)

ΔH1=-1036kJ·mol-1②4H2S(g)+2SO2(g)══3S2(g)+4H2O(g)

ΔH2=+94kJ·mol-1③2H2(g)+O2(g)══2H2O(g)

ΔH3=-484kJ·mol-1计算H2S热分解反应④2H2S(g)══S2(g)+2H2(g)

ΔH4=

kJ·mol-1。

(2)较普遍采用的H2S处理方法是克劳斯工艺,即利用反应①和②生成单质硫。另一种方法是利用反应④高温热分解H2S。相比克劳斯工艺,高温热分解方法的优点是

,缺点是

。

(3)在1470K、100kPa反应条件下,将n(H2S)∶n(Ar)=1∶4的混合气进行H2S热分解反应。平衡时混合气中H2S与H2的分压相等,H2S平衡转化率为

,平衡常数Kp=

。

(4)在1373K、100kPa反应条件下,对于n(H2S)∶n(Ar)分别为4∶1、1∶1、1∶4、1∶9、1∶19的H2S-Ar混合气,热分解反应过程中H2S转化率随时间的变化如下图所示。①n(H2S)∶n(Ar)越小,H2S平衡转化率

,理由是

。

②n(H2S)∶n(Ar)=1∶9对应图中曲线

,计算其在0~0.1s之间,H2S分压的平均变化率为

kPa·s-1。答案

(1)+170(2)能获取可作燃料的氢气消耗能源(3)50%

4.76(4)①越高恒压条件下,H2S的分压越小,越有利于H2S分解反应的正向进行②d

24.9(2)反应④可生成氢气,因此优点为“能获取可作燃料的氢气”;二者的反应条件不同,反应④需要高温分解,因此缺点是消耗能源。(4)①H2S分解反应是气体化学计量数增大的反应,因此恒压条件下,H2S的分压越小,越有利于H2S分解反应正向进行,即H2S的平衡转化率越大。②由图像和转化率大小关系可知,曲线a、b、c、d、e分别表示n(H2S)∶n(Ar)为4∶1、1∶1、1∶4、1∶9和1∶19时的转化率与时间的关系,因此n(H2S)∶n(Ar)=1∶9对应的是曲线d。设起始时H2S的物质的量为1

mol,则Ar的物质的量为9

mol,由题图可知,当0.1

s时H2S的转化率为24%,则:则0.1

s时气体的总物质的量为0.76

mol+0.12

mol+0.24

mol+9

mol=10.12

mol。起始时,H2S的分压为100

kPa×0.1=10

kPa,0.1

s时H2S的分压为100

kPa×

≈7.51

kPa,即变化值约为2.49

kPa,则变化率为24.9

kPa·s-1。方法技巧解答化学平衡图像题的思维模板。解题时,要先分析反应特点(反应物和生成物的状态、反应前后气体总分子数的变化、ΔH的正负),再分析化学平衡图像,并联想规律,得出结论。

对点演练

科研人员研究压强对催化剂活性的影响:在1073K时,将恒定组成的CO2、CH4混合气体,以恒定流速通过反应器,测得数据如图。注:Ra是以CH4的转化率表示的催化剂活性保留分率,即反应进行到某一时刻的催化剂活性与反应初始催化剂活性之比。下列分析不正确的是(

)。A.ΔH1=+247.1kJ·mol-1B.压强越大,Ra降低越快,其主要原因是反应①平衡逆向移动C.保持其他条件不变,适当增大投料时

,可减缓Ra的衰减D.研究表明“通入适量O2有利于重整反应”,因为O2能与C反应并放出热量B解析

根据盖斯定律,①=②-③,ΔH1=ΔH2-ΔH3=+247.1

kJ·mol-1,A项正确;压强越大,Ra降低越快,说明催化剂活性降低越快,积碳越多,其主要原因是反应③为气体体积减小的反应,加压平衡正向移动,使得积碳增多,B项错误;由选项B分析知,保持其他条件不变,适当增大投料时

,增大CO2浓度,使反应③平衡逆向移动,减少积碳,可减缓Ra的衰减,C项正确;通入适量O2,O2能与C反应并放出大量的热,可减少积碳减缓Ra的衰减,同时反应放热使得反应①正向移动,有利于重整反应,D项正确。2-2.(1)氮及其化合物是科学家们一直在探究的问题,它们在工农业生产和生命活动中起着重要的作用。氨的催化氧化是工业制取硝酸的重要步骤,假设只会发生以下两个竞争反应Ⅰ、Ⅱ。反应Ⅰ:4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g)

ΔH1=-905.0kJ·mol-1反应Ⅱ:4NH3(g)+3O2(g) 2N2(g)+6H2O(g)

ΔH2为分析某催化剂对该反应的选择性,将1molNH3和2molO2充入1L密闭容器中,在不同温度、相同时间下,测得有关物质的量关系如图1。图1①该催化剂在低温时对反应

(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)的选择性更好。

②高于840℃时,NO的产率降低的可能原因是

(填字母)。

A.NH3溶于水

B.反应活化能增大C.反应Ⅰ的平衡常数变小

D.催化剂活性降低(2)NH3是造成水体富营养化的重要原因之一,用NaClO溶液氧化可除去氨氮。其反应机理如图2所示(其中H2O和NaCl略去)。图2图3①NaClO氧化NH3的总反应的化学方程式为

。

③为了提高氨氮的去除率,在实际工艺过程中温度控制在15~30℃,其可能的原因是

。

答案

(1)①Ⅱ

②CD(2)①2NH3+3NaClO===N2+3H2O+3NaCl

②1.5③温度过低时化学反应速率小,去除效率低;温度过高时,促进HClO的分解(或NaClO分解),NaClO的利用率降低,且氨在温度过高时易挥发解析

(1)①由图1知,在低温时,生成N2比生成NO多,故该催化剂在低温时对反应Ⅱ选择性更好;②由于反应用到了催化剂,故此时NO产率降低有可能是因为温度过高导致催化剂活性下降,另外此反应正向为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,也会导致NO产率下降,故选CD。(2)①由图2知,初步确定总反应的反应物为NaClO、NH3,生成物为N2,根据元素质量守恒,结合题干信息,确定生成物中还有H2O、NaCl,配平得总反应方程式为2NH3+3NaClO===N2+3H2O+3NaCl。②去除率较高,余氯较低,说明去除效果最佳,由图3可知符合要求的最佳值约为1.5。③控温15~30

℃,可从温度过低和过高两个角度回答,即温度过低时化学反应速率小,去除效率低;温度过高时,促进HClO的分解(或

NaClO

分解),NaClO

的利用率降低,且氨在温度过高时易挥发。方法技巧突破化学反应速率和平衡图像的“三技巧”。

【易错易混•防范失分】

有可逆反应A(g)+3B(g)2C(g)

ΔH<0。该反应的速率与时间的关系如图所示:已知在t1、t3、t5、t7时反应都达到平衡,如果t2、t4、t6、t8时都只改变了一个反应条件。判断正误(正确的画“√”,错误的画“×”)。(1)图中t1~t2、t5~t6、t7~t8时间段均存在速率关系:v正(A)=2v逆(C)。(

)(2)图中t3~t4时间内C的质量分数一定大于t1~t2时间内C的质量分数。(

)(3)t2时刻,可能是升高温度,逆反应速率增大倍数大于正反应速率增大倍数。(

)(4)t4时刻,可能是减小压强,平衡正向移动,化学平衡常数(K)增大。(

)(5)t6时刻,可能是增大生成物浓度,达到新平衡时,C(g)的体积分数增大。(

)(6)t8时刻,改变条件可能是增大压强,A(g)的平衡转化率不变。(

)××√×××专项突破•素能提升十、化学平衡题解题策略【热点专攻】化学反应原理一直是高考命题的重点和热点,大多以生产、生活、环境或科技素材为载体进行设置。主要考查点有:①结合图像(或速率方程式)计算化学反应速率或分析反应速率变化的原因;②结合化学平衡图像,考查化学平衡常数(或压强平衡常数)和平衡转化率的计算、化学平衡移动的原因分析等。随着新高考命题改革的推进,各自主命题试题中可能会出现选择题和综合性大题,还可能将电化学、电解质溶液知识等融于其中,侧重考查考生的理解与辨析能力、分析与推测能力、归纳与论证能力等化学学科的关键能力,应引起高度关注。【解法导引】

此类试题大多给出考生相对陌生的“文字”“图表”“图像”等生产环保情境、学术探索情境等,解答问题的“三个步骤”如下:1.浏览全题,明确题给已知信息和待求(或分析)的数据(或原因),挖掘解题的切入点。2.对于图表数据类试题,分析数据,研究数据间的内在联系,找出数据的变化规律,挖掘数据的隐含意义。(1)图像曲线(及曲线中数据)、表格数据变化常联系勒夏特列原理。(2)升温、增压(导致体系内物质浓度增大)、增大反应物或生成物浓度、使用催化剂、反应物固体颗粒表面积增大,都使v正、v逆增大。(3)平衡是否移动与v正、v逆的相对大小有关。但外界因素对v正、v逆变化趋势的影响占主导因素,不因平衡移动而改变。(4)催化剂只能改变速率大小,不能使平衡发生移动。催化剂能降低反应所需活化能,但不能改变该反应的ΔH。(5)解释原因时,应从反应速率、平衡移动两个角度,联系多个反应,综合思考。(6)计算用到“三段式”,学会K与Kp的变通,信息公式的临场运用(利用平衡思想)。K、Kp只与温度有关。3.针对题目中所设计的问题,联系相关理论进行逐个作答。【题型突破】二氧化碳催化加氢合成乙烯是综合利用CO2的热点研究领域。回答下列问题。(1)CO2催化加氢生成乙烯和水的反应中,产物的物质的量之比n(C2H4)∶n(H2O)=

。当反应达到平衡时,若增大压强,则n(C2H4)

(填

“变大”“变小”或“不变”)。

1∶4变大

(2)理论计算表明,原料初始组成n(CO2)∶n(H2)=1∶3,在体系压强为0.1MPa,反应达到平衡时,四种组分的物质的量分数x随温度T的变化如图所示。图中,表示C2H4、CO2变化的曲线分别是

、

。CO2催化加氢合成C2H4反应的ΔH

(填“大于”或“小于”)0。

dc小于

(3)根据图中点A(440K,0.39),计算该温度时反应的平衡常数Kp=________(列出计算式。

以分压表示,分压=总压×物质的量分数)。

(4)二氧化碳催化加氢合成乙烯反应往往伴随副反应,生成C3H6、C3H8、C4H8等低碳烃。一定温度和压强条件下,为了提高反应速率和乙烯选择性,应当

。

选择合适催化剂等

【解题思路】(1)①陌生化学方程式的书写。根据化学方程式可知,该反应中产物的物质的量之n(C2H4)∶n(H2O)=1∶4。②外界条件对平衡的影响。第一步

分析化学反应的特点。该反应的反应物和生成物均为气态,且反应物的化学计量数之和大于生成物的化学计量数之和。第二步

得出增大压强使平衡如何移动。增大压强,化学平衡向正反应方向移动,n(C2H4)变大。(2)①化学平衡图像的分析。390K时,a、c曲线所表示物质的物质的量比为3∶1;b、d曲线所表示的物质的物质的量比为4∶1,由此可知,a、b、c、d曲线所表示的物质分别为H2、H2O、CO2、C2H4。②外界条件对平衡的影响。由题给图像可知,随着温度的升高,a、c所表示的H2和CO2物质的量逐渐增大,说明平衡逆向移动,因此该反应是放热反应,即ΔH小于0。(3)Kp的计算——利用定义表达式的计算。第一步

写出定义表达式。第二步

找数据。

第三步

代数计算。

(4)反应条件的选择。

结论:为了同时提高反应速率和乙烯的选择性,应当选择合适的催化剂。

【应考训练】下列说法错误的是(

)。A.该反应的ΔH>0B.由图可知,1100℃时Al2O3几乎失去催化活性C.不加催化剂时,温度越高,反应速率越大,达到平衡所需的时间越短D.A点达到平衡时,若此时气体总压强为p,则平衡常数Kp=0.25p1.已知H2S分解反应:2H2S(g)2H2(g)+S2(g),在无催化剂及Al2O3催化下,恒容密闭容器中只充入H2S,在反应器中不同温度时反应,每间隔相同时间测定一次H2S的转化率,其转化率与温度的关系如图所示:D解析

由图可知,升高温度,H2S的转化率增大,说明升高温度,平衡向正反应方向移动,正反应为吸热反应,ΔH>0,A项正确。1

100

℃,有