【备战2023高考】化学总复习——专题讲座（七）《常考速率、平衡图像题解题策略》讲义

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专题讲座（七） 常考速率、平衡图像题解题策略目录第一部分：网络构建（总览全局）第二部分：知识点精准记忆第三部分：典型例题剖析高频考点1  考查速率时间图像的分析判断高频考点2  考查浓度或物质的的量时间图像的分析判断高频考点3  考查转化率(或百分含量)—时间—温度(或压强)图像的分析判断高频考点4  考查恒温线或恒压线图像的分析判断高频考点5  考查组分含量或浓度与温度的关系图像的分析判断高频考点6  考查化学平衡曲线外的非平衡点分析高频考点7  考查速率温度或压强图像的分析判断高频考点8  考查转化率-投料比-压强或温度图像的分析判断正文第一部分：网络构建（总览全局）   第二部分：知识点精准记忆知能点一   速率图像1.速率—时间图像在v-t图中，一般直观的表达了化学反应速率随时间的变化特点。1）识图：这类图像定性地揭示了反应过程中 v（正）、v（逆）随时间（含条件改变对化学反应速率的影响）而变化的规律，体现了平衡的“逆、动、等、定、变、同”的基本特征，以及平衡移动的方向。分析这类图像的重点及易错点是图像中演变出来的相关面积，曲线下方阴影部分的面积大小就表示在该时间段内某物质的浓度的变化量。另外，由v-t图可知，在一般情况下，同一个反应有先快后慢的特点，生成等量产物（或消耗等量反应物），所需的时间逐渐变长。2）类型（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（3）“平台”类v­t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)（4）全程速率—时间图像例如：Zn与足量盐酸的反应，化学反应速率随时间的变化出现如图所示情况。原因：(1)AB段(v增大)，反应放热，溶液温度逐渐升高，v增大。(2)BC段(v减小)，溶液中c(H＋)逐渐减小，v减小。3）常见v-t图像分析方法(1)看图像中正、逆反应速率的变化趋势,看二者是同等程度的变化,还是不同程度的变化。同等程度的变化一般从压强(反应前后气体体积不变的反应)和催化剂角度考虑;若是不同程度的变化,可从温度、浓度、压强(反应前后气体体积改变的反应)角度考虑。(2)对于反应速率变化程度不相等的反应,要注意观察改变某个条件瞬间,正、逆反应速率的大小关系及变化趋势。同时要联系外界条件对反应速率的影响规律,加以筛选、验证、排除。(3)改变条件判断v(正)、v(逆)的相对大小时,可以从平衡移动方向讨论,若平衡正移,v(正)>v(逆),若平衡逆移,v(正)<v(逆)。2.速率—压强(或温度)图像这类图像中曲线的意义是外界条件(如温度、压强等)对正、逆反应速率影响的变化趋势及变化幅度。图中交点是平衡状态，压强或温度增大，正反应速率增大得快，平衡正向移动。（1）对于速率～温度曲线，温度改变后，吸热反应速率变化大，放热反应速率变化小。即吸热大变，放热小变。以mA＋nBpC＋qD；△Ｈ＝Ｑ为例（2）对于速率～压强曲线，压强改变后，气体体积之和大的一侧反应速率变化大，气体体积之和小的一侧反应速率变化小。以mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)；△Ｈ＝Ｑ为例  知能点二   物质的量(或浓度)—时间图像这类图像能说明平衡体系中各组分在反应过程中的浓度变化情况。1、识图：在c-t图中，一般横坐标表示时间，纵坐标表示浓度或物质的量等变化，分析图时要抓住随着时间的变化曲线的基本走势问题，其重点及易错点应抓住曲线的斜率，某一时刻曲线的斜率大小就表示该时刻反应的速率快慢，曲线越陡表示反应的速率越大，曲线越平缓表示反应的速率越小。2、规律：①若为温度变化引起，温度较高时，反应达平衡所需时间短。②若为压强变化引起，压强较大时，反应达平衡所需时间短。③若为是否使用催化剂，使用适宜催化剂时，反应达平衡所需时间短。3、实例：某温度时，在定容(V L)容器中，X、Y、Z三种物质的物质的量随时间的变化曲线如图所示。(1)由图像得出的信息①X、Y是反应物，Z是产物。②t3 s时反应达到平衡状态，X、Y并没有全部反应，该反应是可逆反应。③0～t3 s时间段：Δn(X)＝n1－n3mol，Δn(Y)＝n2－n3mol，Δn(Z)＝n2mol。(2)根据图像可进行如下计算①某物质的平均速率、转化率，如v(X)＝ mol·L－1·s－1；Y的转化率＝×100%。②确定化学方程式中的化学计量数之比，如X、Y、Z三种物质的化学计量数之比为(n1－n3)∶(n2－n3)∶n2。4、易错提醒：解该类图像题要注意各物质曲线出现折点(达到平衡)的时刻相同，各物质浓度变化的内在联系及比例符合化学方程式中的化学计量数关系。知能点三  百分含量、转化率、时间、温度、压强等多维图像分析1．常见图像形式（1）转化率(或百分含量)—时间—温度(或压强)图像该类图像中常常与化学平衡知识相联系，重在考查化学平衡相关知识点。这类图像反映了反应物或生成物的量在不同温度（压强）下对时间的关系，解题时要注意一定条件下物质含量不再改变时，应是化学反应达到平衡的特征。A.识图：一般当转化率达到一个定值，即转化率或百分含量保持不变，该反应达到化学平衡，我们可以借助图像中曲线的数值大小，进一步结合影响平衡的一些外界因素，分析整合，得出相关结论。已知不同温度或压强下，反应物的转化率α(或百分含量)与时间的关系曲线，推断温度的高低及反应的热效应或压强的大小及气体物质间的系数的关系。B.规律：“先拐先平，数值大”原则分析反应由开始(起始物质相同时)达到平衡所用时间的长短可推知反应条件的变化。①若为温度变化引起，温度较高时，反应达平衡所需时间短。如图甲中T2>T1。②若为压强变化引起，压强较大时，反应达平衡所需时间短。如图乙中p1>p2。③若为使用催化剂引起，使用适宜催化剂时，反应达平衡所需时间短。如图丙中a使用催化剂。C.实例：正确掌握图像中反应规律的判断方法[以mA(g)＋nB(g)pC(g)中反应物A的转化率αA为例说明]①图甲中，T2>T1，升高温度，αA降低，平衡逆向移动，正反应为放热反应。②图乙中，p1>p2，增大压强，αA升高，平衡正向移动，则正反应为气体体积缩小的反应。③若纵坐标表示A的百分含量，则甲中正反应为吸热反应，乙中正反应为气体体积增大的反应。（2）恒温线或恒压线图像该类图像的纵坐标为物质的平衡浓度（反应物或生成物）或反应物的转化率，横坐标为温度或压强。A.识图：(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。解答此类图像问题，往往可作分析时可沿横轴作一条平行于纵轴的虚线——恒压线或恒温线，然后进行定一议二，从而可解决问题。B.规律：(1)“定一议二”原则：可通过分析相同温度下不同压强时反应物A的转化率大小来判断平衡移动的方向，从而确定反应方程式中反应物与产物气体物质间的系数的大小关系。如乙中任取两条压强曲线研究，压强增大，αA增大，平衡正向移动，正反应为气体体积减小的反应，甲中任取一曲线，也能得出结论。(2)通过分析相同压强下不同温度时反应物A的转化率的大小来判断平衡移动的方向，从而确定反应的热效应。如利用上述分析方法，在甲中作垂直线，乙中任取一曲线，即能分析出正反应为放热反应。（3）反应过程中组分含量或浓度与温度的关系图像对于化学反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，在相同时间段内，M点前，表示化学反应从反应物开始，则v正>v逆，未达平衡；M点为刚达到的平衡点。M点后为平衡受温度的影响情况，即升温，A%增大(C%减小)，平衡逆向移动，ΔH<0。 （4）化学平衡曲线外的非平衡点分析对于化学反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，L线上所有的点都是平衡点。左上方(E点)，A%大于此压强或温度时平衡体系中的A%，E点必须向正反应方向移动才能达到平衡状态，所以，E点v正>v逆；则右下方(F点)v正<v逆。  知能点四  图像类分析方法1.思维建模2.解题步骤第一步：看特点。即分析可逆反应方程式，观察物质的状态、气态物质分子数的变化(正反应是气体分子数增大的反应，还是气体分子数减小的反应)、反应热(正反应是放热反应，还是吸热反应)等。第二步：识图像。即识别图像类型，一看“面”（理清横坐标、纵坐标表示的含义）；二看“线”（分析曲线的走向和变化趋势，它与横坐标、纵坐标的关系）；三看 “点”（重点分析特殊点——起点、拐点、交点、终点的含义）；四看是否要作辅助线（如等温线、等压线等），五看定量图像中有关量的多少问题。第三步：联想化学反应速率、化学平衡移动原理，特别是影响因素及使用前提条件等。利用规律“先拐先平，数值大”判断，即曲线先出现拐点，先达到平衡，其温度、压强越大。第四步：图表与原理整合。逐项分析图表，重点看图表是否符合可逆反应的特点、化学反应速率和化学平衡原理。3.解题技巧①先拐先平：在含量—时间曲线中，先出现拐点的则先达到平衡，说明该曲线表示的温度较高或压强较大。②定一议二：在含量—T/p曲线中，图像中有三个变量，先确定一个量不变，再讨论另外两个量的关系(因平衡移动原理只适用于“单因素”的改变)。即确定横坐标所示的量后，讨论纵坐标与曲线的关系或确定纵坐标所示的量后(通常可画一垂线)，讨论横坐标与曲线的关系。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。4.易错点拨（1）“先拐先平”与速率快慢的误区：在反应速率与化学平衡图像中，我们容易错误认为曲线先出现拐点，则反应速率一定快，由此得出反应温度或压强、浓度一定大等错误观点。正确的分析应该是先出现拐点，先平衡，即常说的“先拐先平”，但比较反应速率快慢时，应该依据曲线斜率的大小，斜率大，反应速率快，如下面图像，尽管曲线b先平衡，但其反应速率小于曲线a对应的速率。（2）未达到平衡的曲线误认为是平衡时的曲线。如根据下面图像判断某反应正反应为放热反应还是吸热反应时，从o—a—b阶段，误认为升高温度，生成物浓度增大，反应向正反应方向进行，所以该正反应为吸热反应。该错误结论的得出原因在于o—a—b阶段时，该反应并没有达到平衡状态，b点为平衡时状态，通过b—c阶段可以得出，在平衡状态下，若升高温度，生成物浓度减少，平衡逆向移动，所以该反应的正反应为放热反应。（3）图像中涉及定量问题时，应该注意相关“量”与反应原理的对应关系。如合成氨中，若H2 、 N2的浓度按照3:1置入反应装置中，尽管H2 、 N2的浓度不断减少，根据反应原理，二者减少量应该满足3:1的关系，显然下面图像中曲线的变化是错误的结论。 第三部分：典型例题剖析高频考点1  考查速率时间图像的分析判断例1.某密闭容器中充入等物质的量的A和B，一定温度下发生反应A(g)＋xB(g)2C(g)，达到平衡后，在不同的时间段内反应物的浓度随时间的变化如图甲所示，正逆反应速率随时间的变化如图乙所示，下列说法中正确的是(　　)A．30～40 min间该反应使用了催化剂B．化学方程式中的x＝1，正反应为吸热反应C．30 min时降低温度，40 min时升高温度D．前8 min A的平均反应速率为0.08 mol·L－1·min－1【变式训练】下图表示反应N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）ΔH＝－92．2kJ/mol。在某段时间t0～t6中反应速率与反应过程的曲线图如下，则氨的百分含量最高的一段时间是A．t0～t1 B．t2～t3 C．t3～t4 D．t5～t6高频考点2  考查浓度或物质的的量时间图像的分析判断例2.在绝热恒容的容器中发生　，C的浓度变化如图所示，下列说法正确的是A．当容器的压强不发生改变时，化学反应达到平衡状态B．在10min时，的反应速度为C．增加反应物A，可提高的转化率D．不同时刻都存在，平衡常数为【变式训练】一定温度下，向容器中加入A可发生反应如下：①A→B，②A→C，③。反应体系中A、B、C的浓度随时间t的变化曲线如图所示。下列说法正确的是 A．反应①的活化能大于反应②B．该温度下，反应③的平衡常数大于1C．时，B的消耗速率小于生成速率D．升高温度，时体系中B的含量增大高频考点3  考查转化率(或百分含量)—时间—温度(或压强)图像的分析判断例3.已知：   ，在恒容密闭容器中通入和，在温度分别为、下，测得的转化率随时间变化如图。下列说法正确的是A．温度：，平衡常数：B．点正反应速率点逆反应速率C．平衡时，通入氩气使体系压强增大，平衡正向移动D．时，生成的平均反应速率为【变式训练】（2022·山东·德州市教育科学研究院三模）用CO还原可减轻汽车尾气对空气的污染，该反应的热化学方程式为：。在体积为1L的密闭容器A(500℃，恒温)、B(起始500℃，绝热)中分别加入0.1mol和0.4molCO，测得容器中转化率随时间变化关系如图。下列说法正确的是A．A容器中的转化率随时间的变化关系是图中的曲线aB．可通过缩小容器体积来缩短b曲线对应容器达到平衡的时间，同时不改变的平衡转化率C．500℃该反应的化学平衡常数D．在平衡后向A容器中加入0.075mol与0.025mol，则平衡正向移动高频考点4  考查恒温线或恒压线图像的分析判断例4.（2022·重庆市育才中学模拟预测）在密闭容器中充入1和1，在一定条件下发生反应：，测得的平衡转化率与温度及压强的关系如图所示。实验测得，，(、为速率常数，只与温度有关)，下列说法错误的是A．达到平衡后，仅升高温度，增大的倍数小于增大的倍数B．若密闭容器(对应压强下)体积为1L，则b点C．的物质的量浓度：b点点D．逆反应速率：a点点【变式训练】（2022·北京市第五中学三模）以、为原料合成涉及的主要反应如下：①   ②   的平衡转化率()、的选择性()随温度、压强变化如下：已知：下列分析不正确的是A．B．400℃左右，体系发生的反应主要是②C．由图可知，，D．初始、，平衡后、，若只发生①、②，则的平衡转化率为24%高频考点5  考查组分含量或浓度与温度的关系图像的分析判断例5．（2022·江苏南通·模拟预测）以 CO2、H2为原料合成 CH3OH 涉及的反应如下： 反应Ⅰ： CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1=-49kJ·mol-1反应Ⅱ： CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g) ΔH2=+41kJ·mol-1反应Ⅲ： CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g) ΔH3在 5MPa 下，按照 n(CO2)：n(H2)=1：3 投料，平衡时，CO和CH3OH在含碳产物中物质的量分数及 CO2的转化率随温度的变化如图。下列说法正确的是 A．反应Ⅲ中反应物的总键能大于生成物的总键能B．曲线 n 代表 CH3OH 在含碳产物中物质的量分数C．该条件下温度越低，越有利于工业生产 CH3OHD．图示 270℃时，平衡体系中CO2的体积分数为 20%【变式训练】（2022·辽宁丹东·二模）在1L恒容密闭容器中充入体积比为3：1的H2和CO2，二者在催化剂、加热条件下反应可以合成乙烯：6H2+2CO2CH2=CH2+4H2O(g)，不同温度对CO2的平衡转化率及催化剂的催化效率的影响如图所示。下列有关说法错误的是A．该反应的正反应方向为放热反应B．M点时，产物乙烯的体积分数约为7.7%C．其他条件相同时，M点的反应速率一定比N点的反应速率大D．温度高于250°C，催化剂催化效率降低可能是因为高温使催化剂失活高频考点6  考查化学平衡曲线外的非平衡点分析例6.我国科学家开发单原子钯催化剂Pd1/Ni@G，实现苯乙炔高效选择性与H2加成制备苯乙烯，为除去苯乙烯中少量苯乙炔杂质提供新思路。在一定温度下，向2L恒容密闭容器中充入1mol苯乙炔(g)和nmolH2(g)，只发生反应：C6H5C≡CH(g)+H2(g)C6H5CH=CH2(g)。实验测得苯乙烯的平衡分压与起始投料[]的关系如图。当=3时，起始时容器内气体的总压强为80kPa，若5min时反应到达c点(提示：用气体分压计算的平衡常数为Kp，分压=总压×物质的量分数)。下列推断错误的是A．达到c点时，0～5min内v(H2)=0.05mol·L-1·min-1B．a点平衡常数Kp=0.02(kPa)-1C．若c点增大H2、苯乙烯的量使其压强都增大5%，平衡不移动D．d点的逆反应速率大于正反应速率【变式训练】甲醇脱氢可制取甲醛：CH3OH(g) HCHO(g)＋H2(g)∆H=-QkJ/mol，甲醇的平衡转化率随温度变化曲线如图所示。下列有关说法正确的是(    )A．Q>0B．600 K时，Y点甲醇的υ(正)<υ(逆)C．从Y点到Z点可通过增大压强实现D．从Y点到X点可通过使用催化剂实现高频考点7  考查速率-温度或压强图像的分析判断例7.（2022·辽宁·大连市一0三中学模拟预测）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的催化氧化：。研究表明，催化氧化的反应速率方程为式中：k为反应速率常数，随温度t升高而增大；α为平衡转化率，α′为某时刻转化率，n为常数。在α′=0.90时，将一系列温度下的k、α值代入上述速率方程，得到的v-t曲线如图所示。下列说法正确的是A．该反应在任何温度下都能自发B．与足量充分反应，放出的热量为C．升高温度，能增大单位体积内活化分子百分数和活化分子数D．反应速率先随温度的升高而增大，原因是温度升高导致k、α均增大【变式训练】（2022·全国·高三专题练习）可逆反应mA(g)⇌nB(g)+pC(s)；△H=Q，温度和压强的变化对正、逆反应速率的影响分别符合如图中的两个图象，以下叙述正确的是：(　　)A．m＞n，Q＜0 B．m＞n+p，Q＞0C．m＞n，Q＞0 D．m＜n+p，Q＜0高频考点8  考查转化率-投料比-压强或温度图像的分析判断例8．（2022·天津天津·二模）向2L容密闭容器中投入一定量的CO和，发生如下反应：       ，CO的平衡转化率与温度、投料比[]的关系如下图所示。A．B．投料比：C．在400K、条件下，反应Ⅰ的平衡常数的值为0.25D．在500K、条件下，增大压强，CO的平衡转化率能从Y点到Z点【变式训练】（2022·北京·和平街第一中学三模）异丁醇催化脱水制备异丁烯主要涉及以下2个反应。研究一定压强下不同含水量的异丁醇在恒压反应器中的脱水反应，得到了异丁烯的平衡产率随温度的变化结果如图。下列说法不正确的是A．其他条件不变时，在催化剂的活性温度内，升高温度有利于异丁烯的制备B．高于190℃时，温度对异丁烯的平衡产率影响不大的原因是、C．190℃时，增大(异丁醇)，不利于反应②的进行D．若只有异丁烯、水和二聚异丁烯生成，则初始物质浓度与流出物质浓度c之间存在：(异丁醇)=c(异丁烯)+2c(二聚异丁烯)