2024版新教材高考化学全程一轮总复习第七章化学反应速率与化学平衡微专题大素养19化学反应速率和化学平衡图像学生用书

微专题·大素养 eq \o(○,\s\up1(19)) 化学反应速率和化学平衡图像考点一　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v­t图像(3)利用图像“断点”判断影响速率的外因【示例1】　在一密闭容器中发生反应N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)　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～t2C．t2～t3 D．t3～t4E．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～t3C．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。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。(1)AB段(v增大)，原因是反应放热，溶液温度逐渐升高，v增大。(2)BC段(v减小)，原因是溶液中c(H＋)逐渐减小，v减小。【示例2】　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3．含量—时间—温度(压强)图像常见图像形式有如下几种。其中C%指生成物的百分含量，B%指反应物的百分含量。【示例3】　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“v(逆)；M点为刚达到平衡点；M点后为平衡受温度影响的情况，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ΔHv(逆)；同理L线的下方(F点)满足v(正)0，且a＝2C．若在图1所示的平衡状态下，再向体系中充入He，此时v(正)>v(逆)D．200 ℃时，向容器中充入2 mol A和1 mol B，达到平衡时，A的体积分数大于0.5微点拨　图像题的解题方法(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大，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。考点二　复杂化学平衡图像分类突破【典型图像例析】题型一　转化率—投料比—温度图像【示例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a MPa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”)。题型二　根据图像判断投料比【示例2】　采用一种新型的催化剂(主要成分是Cu­Mn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。则催化剂中约为________时最有利于二甲醚的合成。题型三　最佳反应条件选择【示例3】　汽车尾气是雾霾形成的原因之一。研究氮氧化物的处理方法可有效减少雾霾的形成，可采用氧化还原法脱硝：4NO(g)＋4NH3(g)＋O2(g) ⇌4N2(g)＋6H2O(g)　ΔHK2。答案：(1)0.02 mol·L－1·min－1　(2)1∶2　(3)变大　(4)④⑥　④　(5)>示例4　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。答案：D示例5　解析：答案：B考点二典型图像例析示例1　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　不变示例2　解析：由图可知当催化剂中约为2.0时，CO的转化率最大，生成的二甲醚最多。答案：2.0示例3　答案：氨氮物质的量之比为1，温度为400 ℃　在400 ℃时催化剂的活性最好，催化效率最高，同时400 ℃温度较高，反应速率快示例4　答案：(1)870 K(860～880 K范围内都可以)　(2)该反应放热，升高温度，反应向逆反应方向进行　(3)加入的CO会与NO的分解产物O2发生反应，促进NO分解平衡向生成N2的方向移动，导致NO转化率升高示例5　解析：图中纵轴表示各组分的体积分数，H2S的分解反应为吸热反应，随着温度升高，体积分数减小的是反应物H2S，体积分数增大的是生成物单质硫和氢气；选择1 100 ℃时的数据进行分析，H2S的体积分数为70%，此时生成的两种单质的体积分数分别为20%、10%，若将单质硫写为“S”，则与氢气的体积分数应该相等，若将单质硫写为双原子分子“S2”，则氢气的体积分数为“S2”的两倍，故H2S分解反应的化学方程式为答案：体验1　答案：Mn　200 ℃左右b～a段，开始温度较低，催化剂活性较低，脱氮反应速率较慢，反应还没达到化学平衡，随着温度升高反应速率变大，一定时间参与反应的氮氧化物变多，导致脱氮率逐渐增大体验2　答案：该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，导致CO的转化率降低体验3　解析：(1)该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，C3H8的转化率应该降低，但实际上C3H8的转化率随温度升高而上升，可能是升高温度催化剂的活性增大导致的。(2)根据图像，575 ℃时，C3H8的转化率为33%，C3H6的产率为17%，假设参加反应的C3H8为100 mol，生成的C3H6为17 mol，C3H6的选择性为×100%≈51.5%。(3)根据图像，535 ℃时，C3H6的选择性为×100%≈66.7%，550 ℃时，C3H6的选择性为×100%≈61.5%，575 ℃时，C3H6的选择性为×100%≈51.5%，故选择相对较低的温度能够提高C3H6选择性。答案：(1)温度升高，催化剂的活性增大(2)51.5%(3)选择相对较低的温度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细析图想原理得结论物质的量变化之比等于化学计量数之比化学方程式为2A(g)＋B(g) ⇌C(g)原比例n(A)∶n(B)＝2∶1，在恒温恒容容器中按原比例(2 mol A和1 mol B)增加反应物的物质的量等同于加压加压，平衡向正反应方向移动，A的体积分数减小，即小于0.5升高温度平衡向吸热(生成C)方向移动ΔH>0按化学计量数之比投料，生成物的百分含量最高a＝2