2022年高考化学一轮复习讲义第7章第36讲　化学反应速率、平衡图像 (含解析)

这是一份2022年高考化学一轮复习讲义第7章第36讲　化学反应速率、平衡图像 (含解析)，共29页。试卷主要包含了02 ml·L－1·s－1，98 kJ·ml－1，4 MPa,12等内容，欢迎下载使用。
第36讲　化学反应速率、平衡图像
复习目标　1.系统掌握速率、平衡图像的分析方法。2.加深外因对化学反应速率影响的理解。3.能正确解答实际工业生产中有关图像的问题。
考点一　常规图像分类突破



1．瞬时速率—时间图像
(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)“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

(3)利用图像“断点”判断影响速率的外因
图像




t1时刻所改变的条件
温度
升高
降低
升高
降低
正反应为放热的反应
正反应为吸热的反应
压强
增大
减小
增大
减小
正反应为气体物质的量增大的反应
正反应为气体物质的量减小的反应


在一密闭容器中发生反应N2＋3H22NH3　ΔH＜0，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________(填字母，下同)。
A．t0～t1　　 B．t1～t2
C．t2～t3 D．t3～t4
E．t4～t5 F．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～t1 B．t2～t3
C．t3～t4 D．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。
2．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。

向绝热恒容密闭容器中通入SO2和NO2，一定条件下使反应SO2(g)＋NO2(g)SO3(g)＋NO(g)达到平衡，正反应速率随时间变化的示意图如下所示。由图可得出的正确结论是(　　)

A．反应在c点达到平衡状态
B．反应物浓度：a点小于b点
C．反应物的总能量低于生成物的总能量
D．Δt1＝Δt2时，SO2的转化率：a～b段小于b～c段
答案　D
解析　A项，化学平衡状态的标志是各物质的浓度不再改变，其实质是正反应速率等于逆反应速率，c点对应的正反应速率显然还在改变，一定未达平衡，错误；B项，a到b时正反应速率增加，反应物浓度随时间不断减小，错误；C项，从a到c正反应速率增大，之后正反应速率减小，说明反应刚开始时温度升高对正反应速率的影响大于浓度减小对正反应速率的影响，说明该反应为放热反应，即反应物的总能量高于生成物的总能量，错误；D项，随着反应的进行，正反应速率越快，消耗的二氧化硫就越多，SO2的转化率将逐渐增大，正确。
3．物质的量(或浓度)—时间图像
例如：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。

1．100 ℃时，向某恒容密闭容器加入1.6 mol·L－1的Q后会发生如下反应：2Q(g)M(g)。其中M的物质的量浓度随时间的变化如图所示：

下列说法错误的是(　　)
A．从反应开始到刚达到平衡的时间段内，v(Q)＝0.02 mol·L－1·s－1
B．a、b两时刻生成Q的速率：v(a)v(bc)＝0
D．其他条件相同，起始时将0.2 mol·L－1氦气与Q混合，则反应达到平衡所需时间少于60 s
答案　D
解析　根据分析，从反应开始到刚达到平衡的时间段内，v(Q)＝＝＝0.02 mol·L－1·s－1，故A正确；Q为反应物，初始时浓度最大，消耗速率最大，生成速率最小，随着反应的进行，Q的浓度逐渐减小，消耗速率逐渐减慢，生成速率逐渐增大，则a、b两时刻生成Q的速率：v(a)v(bc)＝0，故C正确；其他条件相同，向某恒容密闭容器中通入0.2 mol·L－1氦气与Q混合，容器体积不变，Q、M的浓度不变，与原平衡体系等效，则反应达到平衡所需时间等于60 s，故D错误。
2．向一容积不变的密闭容器中充入一定量A和B，发生如下反应：xA(g)＋2B(s)yC(g)　ΔH”“＝”或“
解析　(1)0～10 min内v(A)＝＝0.02 mol·L－1·min－1。(2)根据图像可知，0～10 min内A的物质的量浓度减少量为0.2 mol·L－1，C的物质的量浓度增加量为0.4 mol·L－1，x、y之比等于A、C的浓度的变化量之比，故x∶y＝0.2 mol·L－1∶0.4 mol·L－1＝1∶2。(3)该反应是气体分子数增大的反应，而容器容积不变，因此0～10 min容器内压强变大。(4)根据图像可知，10 min时改变条件后，A、C的浓度瞬时不变且随后反应速率加快，故改变的条件可能是升温或加入催化剂；12～16 min，反应处于平衡状态，16 min时改变条件后，A、C的浓度瞬时不变，且随后A的浓度逐渐增大，C的浓度逐渐减小，说明平衡逆向移动，故改变的条件可能是升温。(5)升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小。由于16 min时升高温度，则K1>K2。
4．浓度(转化率、百分含量)—时间图像
(1)识图技巧
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。
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。
(2)应用举例

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)





5．恒压(或恒温)线
(α表示反应物的转化率，n表示反应物的平衡物质的量)

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，气体体积增大。
6．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．已知某可逆反应mA(g)＋nB(g)pC(g)在密闭容器中进行，如图表示在不同反应时间(t)时，温度(T)和压强(p)与反应物B在混合气体中的体积分数[φ(B)]的关系曲线，由曲线分析，下列判断正确的是(　　)

A．T1＜T2，p1＞p2，m＋n＞p，放热反应
B．T1＞T2，p 1＜p2，m＋n＞p，吸热反应
C．T1＜T2，p1＞p2，m＋n＜p，放热反应
D．T1＞T2，p1＜p2，m＋n＜p，吸热反应
答案　D
解析　由图可知，压强一定时，温度T1先达到平衡，故温度：T1＞T2，升高温度，B在混合气体中的体积分数减小，说明平衡正向移动，正反应为吸热反应；温度一定时，压强p2先达到平衡，故压强：p1＜p2，增大压强，B在混合气体中的体积分数增大，说明平衡逆向移动，正反应为气体体积增大的反应，则m＋n＜p。
2．如图是温度和压强对反应X＋Y2Z影响的示意图。图中横坐标表示温度，纵坐标表示平衡混合气体中Z的体积分数。下列叙述正确的是(　　)

A．上述可逆反应的正反应为放热反应
B．X、Y、Z均为气态
C．X和Y中最多只有一种为气态，Z为气态
D．上述反应的逆反应的ΔH＞0
答案　C
解析　由图像可知，随温度升高Z的体积分数增大，正反应为吸热反应，逆反应为放热反应，故A、D错误；相同温度下，压强越大，Z的体积分数越小，说明增大压强平衡左移，则Z为气态，X、Y中最多只有一种气态物质，故B错误、C正确。
3．一定条件下，合成氨反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。图甲表示在此反应过程中的能量变化，图乙表示在2 L的密闭容器中反应时N2的物质的量随时间的变化曲线。图丙表示在其他条件不变的情况下，改变起始物氢气的物质的量对此反应平衡的影响。


下列说法正确的是(　　)
A．升高温度，该反应的平衡常数增大
B．由图乙信息，从11 min起其他条件不变，压缩容器的体积，则n(N2)的变化曲线为d
C．由图乙信息，10 min内该反应的平均速率v(H2)＝0.09 mol·L－1·min－1
D．图丙中温度T1”“　(2)该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动
解析　(1)根据图示可知，相同温度时，在催化剂Ⅰ的作用下，反应相同时间CO2的转化率最大，因此催化剂Ⅰ的效果最好；b点时反应还未达到平衡状态，CO2的转化率还会继续增加，反应正向进行，因此v正＞v逆。(2)该反应为放热反应，a点时达到平衡，从a点到c点，温度升高，平衡逆向移动，CO2的转化率下降。

1．(2020·全国卷Ⅲ，28)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”)。
(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0.1 MPa，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________0(填“大于”或“小于”)。
(3)根据图中点A(440 K,0.39)，计算该温度时反应的平衡常数Kp＝________(MPa)－3(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____________________。
答案　(1)1∶4　变大
(2)d　c　小于
(3)×
(4)选择合适催化剂等
解析　(1)CO2催化加氢生成乙烯和水的化学方程式为2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)，产物的物质的量之比n(C2H4)∶n(H2O)＝1∶4，该反应是气体体积减小的反应，增大压强平衡右移，则n(C2H4)变大。
(2)由平衡图像知，390 K时四种组分的物质的量分数之比满足1∶3的是c曲线和a曲线，物质的量分数之比满足1∶4的是d曲线和b曲线，结合反应方程式2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)和原始投料n(CO2)∶n(H2)＝1∶3可得，曲线c表示CO2，曲线a表示H2，曲线d表示C2H4，曲线b表示H2O；由图像的变化趋势可知，升高温度，曲线a、c增大，曲线b、d减小，说明平衡左移，所以正反应放热，ΔH＜0。
(3)起始投料比n(CO2)∶n(H2)＝1∶3，平衡时总压为0.1 MPa，结合反应方程式可知p(CO2)∶p(H2)＝1∶3，p(C2H4)∶p(H2O)＝1∶4，由图像可知p(H2)＝p(H2O)＝0.1 ×0.39，所以p(CO2)＝×0.39，p(C2H4)＝ ×0.39。
根据反应的化学方程式
2CO2(g)＋　6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)
平衡时压强： ×0.39    0.1 ×0.39　 ×0.39  0.1×0.39
该温度下的平衡常数Kp＝＝(MPa)－3＝×(MPa)－3。
(4)在一定温度和压强下，为了提高反应速率和乙烯的选择性，减少副反应的发生，应当选择合适催化剂等。
2．[2019·全国卷Ⅲ，28(1)(3)]近年来，随着聚酯工业的快速发展，氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。因此，将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。回答下列问题：
(1)Deacon发明的直接氧化法为：4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)。如图为刚性容器中，进料浓度比c(HCl)∶c(O2)分别等于1∶1、4∶1、7∶1时HCl平衡转化率随温度变化的关系：

可知反应平衡常数K(300 ℃)______K(400 ℃)(填“大于”或“小于”)。设HCl初始浓度为c0，根据进料浓度比c(HCl)∶c(O2)＝1∶1的数据计算K(400 ℃)＝______(列出计算式)。按化学计量比进料可以保持反应物高转化率，同时降低产物分离的能耗。进料浓度比c(HCl)∶c(O2)过低、过高的不利影响分别是________、________。
(3)在一定温度的条件下，进一步提高HCl的转化率的方法是___________________________。(写出2种)
答案　(1)大于　　O2和Cl2分离能耗较高　HCl转化率较低　(3)增加反应体系压强、及时除去产物
解析　(1)由题给HCl平衡转化率随温度变化的关系图可知，随温度升高，HCl平衡转化率降低，则此反应为放热反应，温度越高，平衡常数越小，即K(300 ℃)大于K(400 ℃)。结合题图可知，c(HCl)∶c(O2)＝1∶1、400 ℃时HCl的平衡转化率为84%，列出三段式：
　　　4HCl(g)　＋　O2(g)　===　2Cl2(g)＋2H2O(g)
起始 c0 　　　　　c0 　　　　0 　　　 0
转化 0.84c0 　　　0.21c0 　　 0.42c0 　 0.42c0
平衡 (1－0.84)c0 (1－0.21)c0   0.42c0   0.42c0
则K(400 ℃)＝＝；进料浓度比c(HCl)∶c(O2)过低会使O2和Cl2分离的能耗较高，过高则会造成HCl转化率较低。(3)题述反应是气体体积减小的反应，增大反应体系压强可使反应正向移动，提高HCl的转化率，及时分离出产物也能提高HCl的转化率。
3．[2019·全国卷Ⅰ，28(1)(2)(4)]水煤气变换[CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)　ΔH1，则x>0.5，φ(H2)>0.25；又反应可逆，则xb2 ；压强减小，反应达到平衡所需时间变长，则t1T1
解析　(1)n(H2)∶n(CO)越大，CO的转化率越大，故曲线a表示n(H2)∶n(CO)＝3∶1的变化曲线。
(2)反应进行到20 min时达到平衡，在恒温恒容容器中压强与气体的物质的量成正比，起始时总物质的量为3 mol，压强为12.6 MPa，平衡时压强为8.4 MPa，则平衡时总物质的量为
3 mol×＝2 mol，设反应中参加反应的CO的物质的量为x mol，则：
　　　 　2H2 (g)＋CO(g)CH3OH(g)
起始/mol 2 1 0
变化/mol 2x x x
平衡/mol 2－2x 1－x x
故(2－2x)＋(1－x)＋x＝2，解得x＝0.5，
则从反应开始到20 min时，CO的平均反应速率为＝0.012 5 mol·L－1·min－1；
该温度下的平衡常数K＝＝＝4。
(3)已知CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔHT2>T1。