版步步高高三化学一轮复习专题讲座三化学反应速率化学平衡图像类型突破.docx

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版步步高高三化学一轮复习专题讲座三化学反应速率化学平衡图像类型突破

专题讲座三　“化学反应速率、化学平衡图像”类型与突破

一、利用图像“断点”探究外因对反应速率的影响

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，都可能使速率－时间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：

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

图像

t1时刻所改变的条件

温度

升高

降低

升高

降低

适合正反应为放热的反应

适合正反应为吸热的反应

压强

增大

减小

增大

减小

适合正反应为气体

物质的量增大的反应

适合正反应为气体

物质的量减小的反应

1．（2017·马鞍山二中质检）对于反应2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g）　ΔH＜0已达平衡，如果其他条件不变时，分别改变下列条件，对化学反应速率和化学平衡产生影响，下列条件与图像不相符的是（O～t1：

v正＝v逆；t1时改变条件，t2时重新建立平衡）（　　）

答案　C

解析　分析时要注意改变条件瞬间v正、v逆的变化。

增加O2的浓度，v正增大，v逆瞬间不变，A正确；增大压强，v正、v逆都增大，v正增大的倍数大于v逆，B正确；升高温度，v正、v逆都瞬间增大，C错误；加入催化剂，v正、v逆同时同倍数增大，D正确。

2．（2018·长沙模拟）对于反应：

X（g）＋Y（g）2Z（g）　ΔH＜0的反应，某一时刻改变外界条件，其速率随时间的变化图像如图所示。

则下列说法符合该图像的是（　　）

A．t1时刻，增大了X的浓度

B．t1时刻，升高了体系温度

C．t1时刻，降低了体系温度

D．t1时刻，使用了催化剂

答案　D

解析　由图像可知，外界条件同等程度地增大了该反应的正、逆反应速率。

增大X的浓度，升高（或降低）体系温度均不会同等程度地改变正、逆反应速率，A、B、C错误；使用催化剂可同等程度地改变正、逆反应速率，D正确。

3．在一密闭容器中发生反应N2＋3H22NH3，达到平衡后，只改变某一个条件时，反应速率与反应时间的关系如图所示。

回答下列问题：

（1）处于平衡状态的时间段是________（填选项）。

A．t0～t1　　B．t1～t2　　C．t2～t3

D．t3～t4E．t4～t5F．t5～t6

（2）判断t1、t3、t4时刻分别改变的一个条件。

A．增大压强　B．减小压强　　C．升高温度

D．降低温度　E．加催化剂　　F．充入氮气

t1时刻________；t3时刻________；t4时刻________。

（3）依据

（2）中的结论，下列时间段中，氨的百分含量最高的是__________。

A．t0～t1B．t2～t3

C．t3～t4D．t5～t6

（4）如果在t6时刻，从反应体系中分离出部分氨，t7时刻反应达到平衡状态，请在图中画出反应速率的变化曲线。

答案　

（1）ACDF　

（2）C　E　B　（3）A

（4）

解析　

（1）根据图示可知，t0～t1、t2～t3、t3～t4、t5～t6时间段内，v正、v逆相等，反应处于平衡状态。

（2）t1时，v正、v逆同时增大，且v逆增大得更快，平衡向逆反应方向移动，所以t1时改变的条件是升温。

t3时，v正、v逆同时增大且增大量相同，平衡不移动，所以t3时改变的条件是加催化剂。

t4时，v正、v逆同时减小，但平衡向逆反应方向移动，所以t4时改变的条件是减小压强。

（3）根据图示知，t1～t2、t4～t5时间段内平衡均向逆反应方向移动，NH3的含量均比t0～t1时间段的低，所以t0～t1时间段内NH3的百分含量最高。

（4）t6时刻分离出部分NH3，v逆立刻减小，而v正逐渐减小，在t7时刻二者相等，反应重新达到平衡，据此可画出反应速率的变化曲线。

二、常规图像分类突破

1．图像类型

（1）浓度—时间

如A（g）＋B（g）AB（g）

（2）含量—时间—温度（压强）

（C%指产物的质量分数，B%指某反应物的质量分数）

（3）恒压（或恒温）线

（α表示反应物的转化率，c表示反应物的平衡浓度）

图①，若p1>p2>p3，则正反应为气体体积减小的反应，ΔH＜0；

图②，若T1>T2，则正反应为放热反应。

（4）几种特殊图像

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。

2．解题步骤

3．解题技巧

（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。

1.有一化学平衡mA（g）＋nB（g）pC（g）＋qD（g），如图表示的是A的转化率与压强、温度的关系。

下列叙述正确的是（　　）

A．正反应是放热反应；m＋n>p＋q

B．正反应是吸热反应；m＋n＜p＋q

C．正反应是放热反应；m＋n＜p＋q

D．正反应是吸热反应；m＋n>p＋q

答案　D

解析　图像中有三个变量，应定一个量来分别讨论另外两个量之间的关系。

定压强，讨论T与A的转化率的关系：

同一压强下，温度越高，A的转化率越高，说明正反应是吸热反应；定温度，讨论压强与A的转化率的关系：

同一温度下，压强越大，A的转化率越高，说明正反应是气体体积缩小的反应，即m＋n>p＋q。

2．（2018·惠州高三模拟）T0时，在2L的密闭容器中发生反应：

X（g）＋Y（g）Z（g）（未配平），各物质的物质的量随时间变化的关系如图a所示。

其他条件相同，温度分别为T1、T2时发生反应，X的物质的量随时间变化的关系如图b所示。

下列叙述中正确的是（　　）

A．该反应的正反应是吸热反应

B．T0时，从反应开始到平衡时：

v（X）＝0.083mol·L－1·min－1

C．图a中反应达到平衡时，Y的转化率为37.5%

D．T1时，若该反应的平衡常数K的值为50，则T1

答案　D

解析　根据“先拐先平，数值大”的原则可推知，T1>T2，温度越高，X的物质的量越大，则平衡向左移动，正反应放热，A项不正确；v（X）＝

≈0.042mol·L－1·min－1，B项不正确；Y的转化率为

×100%＝62.5%，C项不正确；由图a可知X、Y、Z物质的量变化之比为1∶1∶2，则反应为X（g）＋Y（g）2Z（g），则T0时平衡常数的值为33.3<50，平衡常数越小，温度越高，D项正确。

3．（2015·四川理综，7）一定量的CO2与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应：

C（s）＋CO2（g）2CO（g），平衡时，体系中气体体积分数与温度的关系如下图所示：

已知：

气体分压（p分）＝气体总压（p总）×体积分数。

下列说法正确的是（　　）

A．550℃时，若充入惰性气体，v正、v逆均减小，平衡不移动

B．650℃时，反应达平衡后CO2的转化率为25.0%

C．T时，若充入等体积的CO2和CO，平衡向逆反应方向移动

D．925℃时，用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp＝24.0p总

答案　B

解析　A项，C（s）＋CO2（g）2CO（g）的正反应是气体物质的量增加的反应，由于反应容器为体积可变的恒压密闭容器，充入惰性气体容器体积扩大，对反应体系相当于减小压强，故v正、v逆均减小，平衡正向移动，错误；B项，由图可知，650℃时，若设起始时CO2的体积为1L，平衡时CO2消耗的体积为xL，则

　　　　　　　　C（s）＋CO2（g）2CO（g）

V（始）/L10

V（变）/Lx2x

V（平）/L1－x2x

×100%＝40.0%，x＝0.25，CO2的转化率为25%，正确；C项，由图可知，T时平衡体系中CO和CO2的体积分数均为50%，故若恒压时充入等体积的CO2和CO两种气体，平衡不发生移动，错误；D项，925℃时，CO的平衡分压p（CO）＝p总×96.0%，CO2的平衡分压p（CO2）＝p总×4%，根据化学平衡常数的定义可知Kp＝

＝

＝23.04p总，错误。

4．臭氧在烟气脱硝中的反应为2NO2（g）＋O3（g）N2O5（g）＋O2（g）。

若此反应在恒容密闭容器中进行，相关图像如下，其中对应分析结论正确的是（　　）

A

B

平衡后升温，NO2含量降低

0～2s内，v（O3）＝0.2mol·L－1·s－1

C

D

v正：

b点>a点

b点：

v逆>v正

恒温，t1时再充入O3

答案　C

解析　由图可知该反应为放热反应，平衡后升高温度，NO2含量升高，A项错误；0～2s内，v（O3）＝0.1mol·L－1·s－1，B项错误；升高温度，NO2含量升高，速率增大，v正：

b点>a点，b点反应逆向进行，故v逆>v正，C项正确；t1时再充入O3，平衡正向移动，v正＞v逆，D项错误。

三、陌生图像突破

新型图像往往根据实际工业生产，结合图像，分析投料比、转化率、产率的变化。

此类题目信息量较大，能充分考查学生读图、提取信息、解决问题的能力，在新课标高考中受到命题者的青睐。

1．转化率—投料比—温度图像

[例1]　将燃煤废气中的CO2转化为甲醚的反应原理为

2CO2（g）＋6H2（g）CH3OCH3（g）＋3H2O（g）

已知在压强为aMPa下，该反应在不同温度、不同投料比时，CO2的转化率见下图：

此反应__________（填“放热”或“吸热”）；若温度不变，提高投料比[n（H2）/n（CO2）]，则K将________（填“增大”“减小”或“不变”）。

解析　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。

平衡常数只与温度有关，不随投料比的变化而变化。

答案　放热　不变

2．根据图像判断投料比

[例2]　采用一种新型的催化剂（主要成分是Cu－Mn合金），利用CO和H2制备二甲醚（DME）。

主反应：

2CO（g）＋4H2（g）CH3OCH3（g）＋H2O（g）

副反应：

CO（g）＋H2O（g）CO2（g）＋H2（g）

CO（g）＋2H2（g）CH3OH（g）

测得反应体系中各物质的产率或转化率与催化剂的关系如图所示。

则催化剂中n（Mn）/n（Cu）约为________时最有利于二甲醚的合成。

解析　由图可知当催化剂中n（Mn）/n（Cu）约为2.0时，CO的转化率最大，生成的二甲醚最多。

答案　2.0

3．废物回收及污染处理图像

[例3]　

（1）一定条件下，用Fe2O3、NiO或Cr2O3作催化剂对燃煤烟气进行回收。

反应为

2CO（g）＋SO2（g）2CO2（g）＋S（l）ΔH＝－270kJ·mol－1

①其他条件相同、催化剂不同，SO2的转化率随反应温度的变化如图1，Fe2O3和NiO作催化剂均能使SO2的转化率达到最高，不考虑催化剂价格因素，选择Fe2O3的主要优点是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

②某科研小组用Fe2O3作催化剂。

在380℃时，分别研究了[n（CO）∶n（SO2）]为1∶1、3∶1时SO2转化率的变化情况（图2）。

则图2中表示n（CO）∶n（SO2）＝3∶1的变化曲线为__________。

（2）目前，科学家正在研究一种以乙烯作为还原剂的脱硝（NO）原理，其脱硝机理示意图如图3，脱硝率与温度、负载率（分子筛中催化剂的质量分数）的关系如图4所示。

①写出该脱硝原理总反应的化学方程式：

_________________________________________

________________________________________________________________________。

②为达到最佳脱硝效果，应采取的条件是___________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）汽车使用乙醇汽油并不能减少NOx的排放，这使NOx的有效消除成为环保领域的重要课题。

某研究小组在实验室以AgZSM5为催化剂，测得NO转化为N2的转化率随温度变化情况如图5所示。

若不使用CO，温度超过775K，发现NO的分解率降低，其可能的原因是_______________；

在n（NO）/n（CO）＝1的条件下，应控制的最佳温度在________左右。

答案　

（1）①Fe2O3作催化剂时，在相对较低温度可获得较高的SO2转化率，从而节约能源　②a

（2）①6NO＋3O2＋2C2H43N2＋4CO2＋4H2O②350℃、负载率3.0%

（3）NO分解反应是放热反应，升高温度不利于分解反应进行　870K

1．（2018·山西省实验中学月考）将一定量氨基甲酸铵（NH2COONH4）加入密闭容器中，发生反应NH2COONH4（s）2NH3（g）＋CO2（g）。

该反应的平衡常数的负对数（－lgK）值随温度（T）的变化曲线如图所示，下列说法中不正确的是（　　）

A．该反应的ΔH>0

B．NH3的体积分数不变时，该反应一定达到平衡状态

C．A点对应状态的平衡常数K（A）的值为10－2.294

D．30℃时，B点对应状态的v正

答案　B

解析　此题的关键是弄清－lgK越小，K越大，由图中数据可知随温度的升高，－lgK逐渐减小，说明随温度的升高，化学平衡向右移动，正反应为吸热反应，A项正确；NH2COONH4（s）2NH3（g）＋CO2（g），可知氨气的体积分数始终为

，为一恒量，B项错误；A点时，－lgK＝2.294，C项正确；由B点对应的数值可知此时Q>K，反应向逆反应方向进行，v正

2．以二氧化碳和氢气为原料制取乙醇的反应为2CO2（g）＋6H2（g）CH3CH2OH（g）＋3H2O（g）。

某压强下的密闭容器中，按CO2和H2的物质的量比为1∶3投料，不同温度下平衡体系中各物质的物质的量百分数（y%）随温度变化如图所示。

下列说法正确的是（　　）

A．a点的平衡常数小于b点

B．b点，v正（CO2）＝v逆（H2O）

C．a点，H2和H2O的物质的量相等

D．其他条件恒定，充入更多H2，v（CO2）不变

答案　C

解析　从图像可知，温度越高氢气的含量越高，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小，故平衡常数：

a>b，A错误；b点只能说明该温度下，CO2和H2O的浓度相等，不能说明v正（CO2）＝v逆（H2O），B错误；从图像可知，a点H2和H2O的物质的量百分数相等，故物质的量相等，C正确；其他条件恒定，充入更多H2，反应物浓度增大，正反应速率增大，v（CO2）也增大，D错误。

3．在恒容密闭容器中进行反应：

2CO2（g）＋6H2（g）C2H5OH（g）＋3H2O（g）　ΔH。

在某压强下起始时按不同氢碳比

投料（如图中曲线①②③），测得CO2的平衡转化率与温度的关系如图所示，下列有关说法正确的是（　　）

A．该反应的ΔH>0

B．氢碳比：

①<②<③

C．其他条件不变的情况下，增大容器的体积可提高CO2的转化率

D．若起始CO2的浓度为2mol·L－1、H2为4mol·L－1，在图中曲线③氢碳比条件下进行，则400K时该反应的平衡常数数值约为1.7

答案　D

解析　根据图像可知，在氢碳比相等的条件下，随着温度的升高CO2的转化率降低，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，因此正反应是放热反应，ΔH<0，A错误；氢碳比越大，CO2的转化率越高，根据图像可知在温度相等的条件下，CO2的转化率：

①>②>③，则氢碳比：

①>②>③，B错误；正反应是气体体积减小的反应，因此其他条件不变的情况下，缩小容器的体积，压强增大，平衡向正反应方向进行，可提高CO2的转化率，C错误；根据图像可知，400K时曲线③中CO2的转化率是50%，这说明消耗CO21mol·L－1，则消耗氢气3mol·L－1，生成乙醇和水蒸气分别是0.5mol·L－1、1.5mol·L－1，剩余CO2和氢气分别是1mol·L－1、1mol·L－1，该温度下平衡常数K＝

≈1.7，D正确。

4．[2015·全国卷Ⅰ，28（4）]Bodensteins研究了下列反应：

2HI（g）H2（g）＋I2（g）　ΔH＞0

在716K时，气体混合物中碘化氢的物质的量分数x（HI）与反应时间t的关系如下表：

t/min

0

20

40

60

80

120

x（HI）

1

0.91

0.85

0.815

0.795

0.784

x（HI）

0

0.60

0.73

0.773

0.780

0.784

①根据上述实验结果，该反应的平衡常数K的计算式为______________________________。

②上述反应中，正反应速率为v正＝k正x2（HI），逆反应速率为v逆＝k逆x（H2）x（I2），其中k正、

k逆为速率常数，则k逆为________（以K和k正表示）。

若k正＝0.0027min－1，在t＝40min时，v正＝________min－1。

③由上述实验数据计算得到v正～x（HI）和v逆～x（H2）的关系可用下图表示。

当升高到某一温度时，反应重新达到平衡，相应的点分别为______________（填字母）。

答案　①

　②k正/K　1.95×10－3　③A点、E点

解析　①2HI（g）H2（g）＋I2（g）是反应前后气体物质的量不变的反应。

反应后x（HI）＝0.784，则x（H2）＝x（I2）＝0.108，K＝

＝

＝

。

②到达平衡时，v正＝v逆，即k正x2（HI）＝k逆x（H2）x（I2），k逆＝k正·

＝k正/K。

在t＝40min时，x（HI）＝0.85，v正＝k正x2（HI）＝0.0027min－1×（0.85）2≈1.95×10－3min－1。

③原平衡时，x（HI）为0.784，x（H2）为0.108，二者在图中的纵坐标均约为1.6（因为平衡时v正＝v逆），升高温度，正、逆反应速率均加快，对应两点在1.6上面，升高温度，平衡向正反应方向移动，x（HI）减小（A点符合），x（H2）增大（E点符合）。