大二轮高考总复习化学第一部分专题08高频题型04化学反应速率和化学平衡图像题的解题策略

高频题型四化学反应速率和化学平衡图像题的解题策略一、掌握基本图像的类型与分析1．速率变化图像反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)ΔH＞0，反应速率—时间(v－t)图像中，在平衡后的某时刻t1改变某一条件后，v正与v逆的变化有两种情况：(1)v正、v逆同时突变(2)v正、v逆之一渐变2．平衡移动图像反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，m＋n＞p＋q且ΔH＞0(1)速率—时间图：t1时增大反应物的浓度，正反应速率瞬间增大，然后逐渐减小，而逆反应速率逐渐增大；t2时升高温度，对任何反应，正反应和逆反应速率均增大，吸热反应的正反应速率增大较快；t3时减小压强，容器容积增大，浓度变小，正反应速率和逆反应速率均减小；t4时使用催化剂，正反应速率和逆反应速率均瞬间增大。(2)转化率(或含量)—时间图：图甲表示压强对反应物转化率的影响，对于气体反应物化学计量数之和大于气体生成物化学计量数之和的反应，压强越大，反应物的转化率越大；图乙表示温度对反应物转化率的影响，对于吸热反应，温度越高，反应物的转化率越大；图丙表示催化剂对反应物转化率的影响，催化剂只能改变化学反应速率，不能改变反应物的转化率。(3)恒压(温)线：分析时可沿横轴作一条平行于纵轴的虚线，即为等压线或等温线，然后分析另一条件变化对该反应的影响。二、理解特殊图像的类型与分析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，平衡逆向移动，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。1．(2016·四川理综)一定条件下，CH4与H2O(g)发生反应：CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)。设起始eq\f(nH2O,nCH4)＝Z，在恒压下，平衡时φ(CH4)的体积分数与Z和T(温度)的关系如图所示。下列说法正确的是()A．该反应的焓变ΔH>0B．图中Z的大小为a>3>bC．图中X点对应的平衡混合物中eq\f(nH2O,nCH4)＝3D．温度不变时，图中X点对应的平衡在加压后φ(CH4)减小解析：A.从图分析，随着温度升高甲烷的体积分数逐渐减小，说明升温平衡正向移动，则正反应为吸热反应，故正确；B.eq\f(nH2O,nCH4)的比值越大，则甲烷的体积分数越小，故a<3<b，故错误；C.起始加入量的比值为3，但随着反应的进行甲烷和水是按等物质的量反应，所以到平衡时比值不是3，故错误；D.温度不变时，加压，平衡逆向移动，甲烷的体积分数增大，故错误。答案：A2．(2017·全国卷Ⅱ)丁烯是一种重要的化工原料，可由丁烷催化脱氢制备。回答下列问题：(1)正丁烷(C4H10)脱氢制1－丁烯(C4H8)的热化学方程式如下：①C4H10(g)=C4H8(g)＋H2(g)ΔH1已知：②C4H10(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=C4H8(g)＋H2O(g)ΔH2＝－119kJ·mol－1③H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(g)ΔH3＝－242kJ·mol－1反应①的ΔH1为________kJ·mol－1。图(a)是反应①平衡转化率与反应温度及压强的关系图，x______0.1(填“大于”或“小于”)；欲使丁烯的平衡产率提高，应采取的措施是________(填标号)。A．升高温度 B．降低温度C．增大压强 D．降低压强图a图b图c(2)丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器(氢气的作用是活化催化剂)，出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。图(b)为丁烯产率与进料气中n(氢气)/n(丁烷)的关系。图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势，其降低的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)图(c)为反应产率和反应温度的关系曲线，副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。丁烯产率在590℃之前随温度升高而增大的原因可能是__________、______________；590℃之后________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)由盖斯定律可知，①式＝②式－③式，即ΔH1＝ΔH2－ΔH3＝－119kJ/mol－(－242kJ/mol)＝123kJ/mol。由图(a)可知，同温下，xMPa时丁烯的平衡产率高于0.1MPa时的，根据压强减小平衡向右移动可知，x小于0.1。欲提高丁烯的平衡产率，应使平衡向右移动，该反应的正反应为吸热反应，因此可以通过升高温度的方法使平衡向右移动；该反应为气体体积增大的反应，因此可以通过降低压强的方法使平衡向右移动，所以A、D选项正确。(2)由于氢气是产物之一，随着n(氢气)/n(丁烷)增大，逆反应速率增大，所以丁烯产率降低。(3)该反应的正反应为吸热反应，因此升高温度可以使平衡向右移动，使丁烯的产率增大，另外，反应速率也随温度的升高而增大。由题意知，丁烯在高温条件下能够发生裂解，因此当温度超过590℃答案：(1)123小于AD(2)氢气是产物之一，随着n(氢气)/n(丁烷)增大，逆反应速率增大(3)升高温度有利于反应向吸热方向进行温度升高反应速率加快丁烯高温裂解生成短链烃类化学反应速率和化学平衡图像类试题是化学试题中的一种特殊题型，其特点是：图像是题目的主要组成部分，把所要考查的化学知识寓于图中曲线上，具有简明、直观、形象的特点。该类试题在选择题与非选择题中均重点考查。因为图像是用二维坐标表示的，所以该类试题包含的信息量比较大，随着高考的不断改革以及对学科能力要求的不断提高，这种数形结合的试题将频频出现。经典图像的分析与运用1．(2017·孝感模拟)在一定温度和压强下，下列各可逆反应达到化学平衡状态时有如图所示的对应关系：(1)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＜0(曲线Ⅰ)(2)H2(g)＋I2(g)2HI(g)ΔH＞0(曲线Ⅱ)(3)2SO3(g)2SO2(g)＋O2(g)ΔH＞0(曲线Ⅲ)则图像中y可以表示()①平衡混合气中一种生成物的体积分数②平衡混合气中一种反应物的体积分数③平衡混合气中一种生成物的产率④平衡混合气中一种反应物的转化率A．①②③ B．①②④C．①③④ D．②③④解析：反应(1)是气体分子数减小的反应，增大压强时，平衡正向移动，①③④均增大，②减小；反应(2)是反应前后气体分子数不变的反应，增大压强时，平衡不移动，①②③④均不变；反应(3)是气体分子数增加的反应，增大压强时，平衡逆向移动，①③④均减小，②增大。综上所述，y可以表示①③④，本题选C。答案：C2．(2017·河南八市质量监测)在一恒容密闭容器中发生可逆反应A(g)＋3B(g)nC(g)ΔH＜0。y(某一物理量)随温度和压强的变化关系如图所示。下列说法正确的是()A．n＝3，p1＜p2，则y可表示B的百分含量B．若n＝4，则y可表示混合气体的密度C．若n＝5，p1＞p2，则y可表示A的转化率D．y不可能表示混合气体的平均摩尔质量解析：当n＝3时，正反应是气体分子数减小的放热反应，压强一定时，温度越高，B的百分含量越大；温度一定时，压强越大，B的百分含量越小，A项正确。当n＝4时，物质的总质量不变，若密闭容器容积恒定，则密度始终不变，B项错误。随温度升高，A的转化率降低，C项错误。当n＝5时，温度升高，混合气体的平均摩尔质量增大；温度一定时，压强增大，混合气体为平均摩尔质量增大，故y可能表示混合气体的平均摩尔质量，D项错误。答案：A特殊图像的分析与运用3．(2017·葫芦岛六校联考)已知反应：CO(g)＋3H2(g)CH4(g)＋H2O(g)。起始以物质的量之比为1∶1充入反应物，不同压强条件下，H2的平衡转化率随温度的变化情况如图所示(M、N点标记为▲)。下列有关说法正确的是()A．上述反应的ΔH＜0B．N点时的反应速率一定比M点快C．降低温度，H2的转化率可达到100%D．工业用此法制取甲烷应采用更高的压强解析：由题图可知，其他条件相同时，温度升高，H2的平衡转化率降低，平衡逆向移动，说明正反应放热，ΔH<0，A项正确；N点的压强比M点高，温度比M点低，N点时的反应速率不一定比M点快，B项错误；降低温度，H2的转化率会增大，但不会达到100%，C项错误；采用更高的压强会提高对设备的要求，增加经济成本，D项错误。答案：A4．氨是生产硝酸、尿素等物质的重要原料，工业合成氨是最重要的化工生产之一。(1)氨催化氧化法是工业制硝酸的主要方法。已知：2NO(g)＋3H2(g)2NH3(g)＋O2(g)ΔH1＝－272.9kJ·mol－12H2(g)＋O2(g)=2H2O(g)ΔH2＝－483.6kJ·mol－1则4NH3(g)＋5O2(g)=4NO(g)＋6H2O(g)ΔH3＝________。(2)恒容密闭容器中进行合成氨反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH4＝－92.4kJ·mol－1，其化学平衡常数(K)与温度的关系如下表：温度/K298398498…平衡常数(K)4.1×105K1K…K1________(填“＞”或“＜”)K2，其判断理由是______________________________________________________________________________________________________。(3)向氨合成塔中充入10molN2和40molH2进行氨的合成，一定温度(T)下平衡混合物中氨气的体积分数与压强(p)的关系如下图所示。①下列说法正确的是________(填字母)。A．由图可知增大体系压强(p)，有利于增大氨气在混合气体中的体积分数B．若图中T＝500℃，则温度为450C．工业上采用500℃D．当3v正(H2)＝2v逆(NH3)时，反应达到平衡状态②当温度为T、氨气的体积分数为25%时，N2的转化率为________。(4)工业上用NH3生产硝酸时，将NH3和O2按体积比1∶2混合通入某特定条件的密闭容器中进行反应，所有物质不与外界交换，最后所得溶液中溶质的质量分数为________。(5)氨碳比[n(NH3)/n(CO2)]对合成尿素的反应：2NH3(g)＋CO2(g)CO(NH2)2(g)＋H2O(g)有影响。T℃时，在一定体积为2L的恒容密闭容器中，将物质的量之和为3mol的NH3和CO2以不同的氨碳比进行反应，a、b分别表示CO2或NH3的转化率，c表示平衡体系中尿素的体积分数。[n(NH3)/n(CO2)]＝________时，尿素产量最大；该条件下反应的平衡常数K＝________。解析：(1)根据题意可知①2NO(g)＋3H2(g)2NH3(g)＋O2(g)ΔH1＝－272.9kJ·mol－1②2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g)ΔH2＝－483.6kJ·mol－1②×3－①×2，整理可得：4NH3(g)＋5O2(g)=4NO(g)＋6H2O(g)ΔH3＝－905.0kJ·mol－1。(2)在恒容密闭容器中进行合成氨反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH4＝－92.4kJ·mol－1是一个放热反应，升高温度，化学平衡向吸热的逆反应方向移动，化学平衡常数减小，所以K1＞K2。(3)①A项，由于合成氨气的反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)是气体体积减小的反应，增大压强，化学平衡正向移动，使氨气的含量增大，正确；B项，若图中T＝500℃，由于正反应是放热反应，降低温度，化学平衡向正反应方向移动，氨气的平衡含量增大，所以温度为450℃时对应的曲线是b，正确；C项，由于合成氨气的反应是放热反应，所以升高温度，化学平衡向逆反应方向移动，对于提高氮气的转化率不利，错误；D项，平衡时2v正(H2)＝3v逆(NH3)，错误。②当温度为T、氨气的体积分数为25%时，假设反应的N2的物质的量是xmol，则反应的氢气的物质的量是3xmol，反应产生的NH3的物质的量是2xmol，平衡时N2的物质的量是(10－x)mol；H2的物质的量是(40－3x)mol，则2x÷(50－2x)＝25%，解得x＝5，所以N2的转化率为(5mol÷10mol)(4)工业上用NH3生产硝酸时，将NH3和O2按体积比1∶2混合通入某特定条件的密闭容器中进行反应，4NH3＋5O2=4NO＋6H2O,4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3，将两个方程式叠加，可得反应方程式：NH3＋2O2=HNO3＋H2O，若所有物质不与外界交换，最后所得溶液中溶质的质量分数为[63÷(63＋18)]×100%≈77