模板03 平衡图像原因解释(原卷版)-2025年高考化学答题技巧与模板构建

模板03平衡图像原因解释识识·题型解读考情分析+命题预测/技巧解读明·模板构建答题模板+技巧点拨技法01图像题的一般分析思路技法02化工生产中的复杂图像分析通·模板运用真题示例+模板答题+变式训练练·模板演练最新模拟、预测考向本节导航试题以某一反应的图像为载体，主要考查化学反应速率、化学平衡的基本知识，涉及外界条件对化学平衡的影响，图像的识别与分析问题。此类试题以图像的形式给出实验结果，要求学生利用平衡移动原理进行分析判断，主要考查学生信息获取与加工、逻辑推理与论证的能力。试题以某一反应的图像为载体，主要考查化学反应速率、化学平衡的基本知识，涉及外界条件对化学平衡的影响，图像的识别与分析问题。此类试题以图像的形式给出实验结果，要求学生利用平衡移动原理进行分析判断，主要考查学生信息获取与加工、逻辑推理与论证的能力。第一步叙述特点观察图像，描述图像或反应的特点第二步找出变化根据题目给出的条件，对比图像中重要点或线的变化第三步得出结论根据题目要求，得出肯定性结论技法01图像题的一般分析思路1．图像题的一般分析思路(1)仔细审题审明各物质的状态（有无固体、液体），明确气体分子数的变化（变大、变小或不变），正反应是吸热反应还是放热反应。(2)观察图像一看面：观察纵坐标（外界条件、时间等）和横坐标（反应速率、平衡转化率、含量等）。二看点：分析重要的点（起点、拐点、终点）的含义。观察重要的点；三看线：观察线的走向和变化趋势；四看辅助线：如等温线、等压线、平衡线；五看量的变化：如浓度、温度等的变化。(3)三想方法规律①三步分析法：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。②先拐先平数值大：在含量（转化率）—时间曲线中，先出现拐点的反应则先达到平衡，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。③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。④想规律做判断：联想化学反应速率、化学平衡移动规律，将图表与原理结合，对照得出结论。2．三类重要的图像分析模型以反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，m＋n＞p＋q，且ΔH＞0为例(1)速率—时间图——注意断点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——先拐先平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；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；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——定一议二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。3．特殊平衡图像的分析思路(1)对于化学反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，如图所示：M点前，表示从反应开始，v正>v逆；M点恰好达到平衡；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点满足v正>v逆；同理，L线的右下方(F点)满足v正＜v逆。技法02化工生产中的复杂图像分析除通过图像获取有用信息和对获取的信息进行加工处理外，还需注意以下4点：1．曲线上的每个点是否都达到平衡往往需要通过曲线的升降趋势或斜率变化来判断，如果还未达到平衡则不能使用平衡移动原理，只有达到平衡以后的点才能应用平衡移动原理。如图中虚线表示单位时间内A的产率随温度的升高先增大后减小，先增大的原因是P点之前反应尚未达到平衡，随温度的升高，反应速率增大，故单位时间内A的产率增大。2．催化剂的活性是否受温度的影响不同的催化剂因选择性不同受温度的影响也会不同。一般来说，催化剂的活性在一定温度下最高，低于或高于这个温度都会下降。如图，250～300℃时，温度升高而B的生成速率降低的原因是温度超过250℃时，催化剂的催化效率降低。3．不同的投料比对产率也会造成影响可以采用定一议二的方法，根据相同投料比下温度或压强的改变对产率的影响或相同温度或压强下改变投料比时平衡移动的方向进行判断，确定反应的吸放热或系数和的大小。如图，对于反应2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g)。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。若温度不变，提高投料比[n(H2)/n(CO2)]，则提高了二氧化碳的转化率。4．考虑副反应的干扰或影响往往试题会有一定的信息提示，尤其温度的改变影响较大。1．（2024·全国甲卷）CH4与Br2反应生成，部分会进一步溴化。(3)少量可提高生成的选择性。时，分别在有和无的条件下，将8molCH4和8molBr2，通入密闭容器，溴代甲烷的物质的量(n)随时间(t)的变化关系见下图。(ii)从图中找出提高了选择性的证据：。(ⅲ)研究表明，I2参与反应的可能机理如下：①②③④⑤⑥根据上述机理，分析提高选择性的原因：。【答案】(3)(ii)5s以后有I2催化的CH2Br2的含量逐渐降低，有I2催化的CH3Br的含量陡然上升(iii)I2的投入消耗了部分CH2Br2，使得消耗的CH2Br2发生反应生成了CH3Br1．（2024·安徽卷）【乙烷和乙烯混合气的分离】(4)通过修饰的Y分子筛的吸附-脱附。可实现C2H4和C2H6混合气的分离。的与分子的键电子形成配位键，这种配位键强弱介于范德华力和共价键之间。用该分子筛分离C2H4和C2H6的优点是。(5)常温常压下，将C2H4和C2H6等体积混合，以一定流速通过某吸附剂。测得两种气体出口浓度(c)与进口浓度(c0)之比随时间变化关系如图所示。下列推断合理的是(填标号)。A．前，两种气体均未被吸附B．p点对应的时刻，出口气体的主要成分是C2H6C．a-b对应的时间段内，吸附的C2H6逐新被C2H4替代2．（2024·山东卷）水煤气是的主要来源，研究对体系制的影响，涉及主要反应如下：回答列问题：(2)压力p下，体系达平衡后，图示温度范围内已完全反应，在T1温度时完全分解。气相中，和摩尔分数随温度的变化关系如图所示，则a线对应物种为(填化学式)。当温度高于T1时，随温度升高c线对应物种摩尔分数逐渐降低的原因是。1．（2024·湖北卷）用和焦炭为原料，经反应I、Ⅱ得到，再制备乙炔是我国科研人员提出的绿色环保新路线。反应I：反应Ⅱ：(3)恒压容器中，焦炭与的物质的量之比为，为载气。和下，产率随时间的关系曲线依实验数据拟合得到图2(不考虑接触面积的影响)。①初始温度为，缓慢加热至时，实验表明已全部消耗，此时反应体系中含物种为。②下，反应速率的变化特点为，其原因是。2．（2024·黑吉辽卷）为实现氯资源循环利用，工业上采用催化氧化法处理废气：。将和分别以不同起始流速通入反应器中，在和下反应，通过检测流出气成分绘制转化率()曲线，如下图所示(较低流速下转化率可近似为平衡转化率)。(4)图中较高流速时，小于和，原因是。3．（2024·河北卷）氯气是一种重要的基础化工原料，广泛应用于含氯化工产品的生产。硫酰氯及1，4-二(氯甲基)苯等可通过氯化反应制备。（1）硫酰氯常用作氯化剂和氯磺化剂，工业上制备原理如下：。②恒容密闭容器中按不同进料比充入和其，测定温度下体系达平衡时的(为体系初始压强，，P为体系平衡压强)，结果如图。上图中温度由高到低的顺序为，判断依据为。③下图曲线中能准确表示温度下随进料比变化的是(填序号)。4．（2023·新课标卷）氨是最重要的化学品之一，我国目前氨的生产能力位居世界首位。(4)在不同压强下，以两种不同组成进料，反应达平衡时氨的摩尔分数与温度的计算结果如下图所示。其中一种进料组成为，另一种为。(物质i的摩尔分数：)①图中压强由小到大的顺序为__________，判断的依据是____________________________。②进料组成中含有惰性气体的图是_______。5．（2023·广东卷）配合物广泛存在于自然界，且在生产和生活中都发挥着重要作用。（1）某有机物能与形成橙红色的配离子，该配离子可被氧化成淡蓝色的配离子。②完成反应的离子方程式：(2)某研究小组对（1）中②的反应进行了研究。用浓度分别为的溶液进行了三组实验，得到随时间t的变化曲线如图。①时，在内，的平均消耗速率=。②下列有关说法中，正确的有。A．平衡后加水稀释，增大B．平衡转化率：C．三组实验中，反应速率都随反应进程一直减小D．体系由橙红色转变为淡蓝色所需时间：6．(2023·辽宁选考节选)硫酸工业在国民经济中占有重要地位。(1)我国古籍记载了硫酸的制备方法——“炼石胆(CuSO4·5H2O)取精华法”。借助现代仪器分析，该制备过程中CuSO4·5H2O分解的TG曲线(热重)及DSC曲线(反映体系热量变化情况，数值已省略)如下图1所示。700℃左右有两个吸热峰，则此时分解生成的氧化物有SO2、________和________(填化学式)。图1图2(2)接触法制硫酸的关键反应为SO2的催化氧化：SO2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)SO3(g)ΔH＝－98.9kJ·mol－1(ⅰ)为寻求固定投料比下不同反应阶段的最佳生产温度，绘制相应转化率(α)下反应速率(数值已略去)与温度的关系如图2所示，下列说法正确的是________。a．温度越高，反应速率越大b．α＝0.88的曲线代表平衡转化率c．α越大，反应速率最大值对应温度越低d．可根据不同α下的最大速率，选择最佳生产温度(ⅱ)为提高钒催化剂的综合性能，我国科学家对其进行了改良。不同催化剂下，温度和转化率关系如图3所示，催化性能最佳的是________(填标号)。图3图4(3)工业上用浓硫酸吸收SO3。若用水吸收SO3会产生酸雾，导致吸收效率降低。SO3的吸收率与所用硫酸的浓度、温度的关系如图4所示。据图分析，最适合的吸收条件；硫酸的浓度________，温度________。7．一氯甲烷广泛用作溶剂、提取剂、推进剂、制冷剂、甲基化试剂，用于生产农药、医药等。600K时，CH3Cl和H2O作用生成CH3OH，CH3OH可继续反应生成(CH3)2O。反应原理如下：①CH3Cl(g)＋H2O(g)CH3OH(g)＋HCl(g)ΔH1＝＋19kJ·mol－1②2CH3OH(g)(CH3)2O(g)＋H2O(g)ΔH2＝－23.5kJ·mol－1(1)对于反应②，反应速率与浓度之间存在如下关系：v正＝k正·c2(CH3OH)，v逆＝k逆·c[(CH3)2O]·c(H2O)，k正、k逆为速率常数，只受温度影响，k和温度的关系为Rlnk＝RlnA－eq\f(Ea,T)(Ea为活化能，k为速率常数，R、A为常数)。下图1中两条直线分别表示lnk正和lnk逆与eq\f(1,T)的关系，表示lnk逆的是________(填“a”或“b”)，温度为T1时，反应②的平衡常数K＝________。图1图2(2)在恒温条件下，向2L恒容密闭容器中，充入1molCH3Cl和3molH2O发生反应，甲醇的物质的量随时间变化如图2所示：t2时，水的体积分数为65%，则CH3Cl的转化率为________，反应①的平衡常数Kx＝________[对于反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，Kx＝eq\f(xpC·xqD,xmA·xnB)，x为物质的量分数]。8．丙烯作为化工原料，其用量仅次于乙烯，应用丙烷脱氢制丙烯成为丙烯的重要来源，涉及的主要反应如下：ⅰ.2C3H8(g)＋O2(g)2C3H6(g)＋2H2O(g)ΔH1＝－235.0kJ·mol－1ⅱ.2C3H8(g)＋7O2(g)6CO(g)＋8H2O(g)ΔH2＝－2742.0kJ·mol－1按起始投料比eq\f(nO2,nC3H8)＝eq\f(1,2)将气体匀速通入到恒压(100kPa)密闭容器中，发生反应ⅰ和反应ⅱ。在相同时间不同温度(T)下，测得反应过程中C3H8、O2的转化率变化曲线如右图所示：M表示________(填“C3H8”或“O2”)的转化率随温度变化的曲线；C点后，随着温度升高，主要进行的反应是________(填“ⅰ”或“ⅱ”)。9．乙酸在催化剂的作用下和氢气反应可生成乙醇，反应体系主要发生如下反应：Ⅰ.CH3COOH(g)＋2H2(g)C2H5OH(g)＋H2O(g)ΔH1＝－44.2kJ·mol－1Ⅱ.CH3COOH(g)＋C2H5OH(g)CH3COOC2H5(g)＋H2O(g)ΔH2＝－18.4kJ·mol－1Ⅲ.CH3COOH(g)＋H2(g)CH3CHO(g)＋H2O(g)ΔH3＝＋24.5kJ·mol－1在200kPa反应条件下，将n(H2)∶n(CH3COOH)＝10∶1的混合气进行上述反应。平衡时乙酸的转化率、产物的选择性S随温度变化如下图所示。已知：S(CH3COOC2H5)＝eq\f(2nCH3COOC2H5,nCH3CH2OH＋2nCH3COOC2H5＋nCH3CHO)(1)图中表示乙酸的转化率随温度变化的曲线是________。当温度低于340℃时，随着温度的升高，CH3COOC2H5选择性变大的原因是______________________________________________。(2)H2和CH3COOH反应一段时间后，不改变反应时间和温度，能提高S(C2H5OH)的可能措施是________________________(任写一条)。10．草酸二甲酯(CH3OOCCOOCH3)的热催化加氢是生产乙二醇(HOCH2CH2OH)、乙醇酸甲酯(CH3OOCCH2OH)的重要工艺，主要反应如下：Ⅰ.CH3OOCCOOCH3(g)＋2H2(g)CH3OOCCH2OH(g)＋CH3OH(g)ΔH1＝－21.8kJ/molⅡ.CH3OOCCH2OH(g)＋2H2(g)HOCH2CH2OH(g)＋CH3OH(g)ΔH2＝－17.1kJ/molⅢ.HOCH2CH2OH(g)＋H2(g)CH3CH2OH(g)＋H2O(g)ΔH3＝－86.7kJ/mol回答下列问题：(1)在选定催化剂后研究投料比和压强对反应平衡的影响。测得在473.6K、1.5MPa的等温等压条件下，原料草酸二甲酯的转化率(α草酸二甲酯)及产物的选择性(S)随投料比的变化关系如图甲所示eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(S＝\f(生成某产物的草酸二甲酯的物质的量,参与反应的草酸二甲酯的总物质的量)))。当投料比大于80时，乙醇酸甲酯的选择性降低，原因是_________________________________。(2)在等压3MPa、投料比为50的条件下，α草酸二甲酯及各产物的选择性(S)随温度变化关系如图乙所示。当反应温度高于478K时，乙二醇的选择性降低，原因是___________________________；根据图乙数据，画出乙醇酸甲酯的产率随温度的变化图像(标出产率最高时的数据)。11．磷石膏是湿法生产磷酸排出的工业废渣，主要成分是CaSO4·2H2O。用不同的还原剂可以将CaSO4还原，所得SO2可用于工业生产硫酸。(1)以CO作还原剂，改变反应温度可得到不同的产物。不同温度下反应后所得固体成分的物质的量如图1所示。在低于800℃时主要还原产物为_______；高于800℃时CaS减少的原因是__________________________________(用化学方程式表示)。(2)以高硫煤为还原剂焙烧2.5h，不同条件对硫酸钙转化率的影响如图2所示。CaCl2的作用是_________；当温度高于1200℃时，无论有无CaCl2存在，CaSO4的转化率趋于相同，其原因是_________________________________________。(3)以C作还原剂，向密闭容器中加入相同质量的几组不同C/S值(C与CaSO4的物质的量比)的混合物在1100℃加热，结果如图3所示。当C/S值为0.5时，反应产物为CaO、SO2、CO2；当C/S值大于0.7时，反应所得气体中SO2的体积分数不升反降，其可能原因是_______________________________。12．(1)在400℃时，向1L的恒容反应器中充入1molCH4，发生反应2CH4(g)C2H4(g)＋2H2(g)ΔH＝＋202.0kJ·mol－1，测得平衡混合气体中C2H4的体积分数为20.0%。则在该温度下，其平衡常数K＝___________。按化学平衡移动原理，在图1中画出CH4的平衡转化率与温度及压强(p1＞p2)的关系曲线。(2)在制备C2H4时，通常存在副反应：2CH4(g)C2H6(g)＋H2(g)。在常温下，向体积为1L的恒容反应器中充入1molCH4，然后不断升高温度，得到图2所示C2H4与C2H6的体积分数关系。①在200℃时，测出乙烷的量比乙烯多的主要原因是________________________________。②在600℃后，乙烯的体积分数减少的主要原因是_____________________________________。13．甲醇是重要的化工原料。利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂的作用下合成甲醇，可能发生的反应如下：ⅰ、CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH1＝－63kJ·mol－1ⅱ、CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH2=＋36kJ·mol－1ⅲ、CH3OH(g)CO(g)＋2H2(g)ΔH3＝＋99kJ·mol－1一定比例的合成气在装有催化剂的反应器中反应12小时。体系中甲醇的产率和催化剂的催化活性与温度的关系如图1所示。温度为470K时，图中P点________(填“是”或“不是”)处于平衡状态。在490K之前，甲醇产率随着温度升高而增大的原因是_____________________________________；490K之后，甲醇产率下降的原因是________________________________________________。14．某实验室模拟反应2C(s)＋2NO2(g)N2(g)＋2CO2(g)ΔH＝－64.2kJ·mol－1，在密闭容器中加入足量的C和一定量的NO2气体，维持温度为T℃，如图为不同压强下该反应经过相同时间NO2的转化率随着压强变化的示意图。请从动力学角度分析，1050kPa前，反应中NO2转化率随着压强增大而增大的原因_____________________________________________；在1100kPa时，NO2的体积分数为__________。15．CH4—CO2重整反应[CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)ΔH>0]在大力推进生态文明建设、“碳达峰”、“碳中和”的时代背景下，受到更为广泛的关注。该反应以两种温室气体为原料，可以生成合成气。如何减少反应过程中的催化剂积碳，是研究的热点之一，某条件下，发生主反应的同时，还发生了积碳反应：CO歧化：2CO(g)CO2(g)＋C(s)ΔH＝－172kJ·mol－1CH4裂解：CH4(g)C(s)＋2H2(g)ΔH＝＋75kJ·mol－1(1)对积碳反应进行计算，得到温度和压强对积碳反应中平衡碳量的影响图(图a和图b)，其中表示温度和压强对CH4的裂解反应中平衡碳量影响的是______________(填字母)，理由是___________________________________________________。(2)实验表明，在重整反应中，低温、高压时会有显著积碳产生，由此可推断，对于该重整反应而言，其积碳主要由__________反应产生。综合以上分析，为抑制积碳产生，应选用高温、低压条件。16．CO2催化加氢合成二甲醚是一种CO2的转化方法，其过程中主要发生下列反应：反应Ⅰ：CO2(g)＋H2(g)=CO(g)＋H2O(g)ΔH＝41.2kJ·mol－1