2021高三全国统考化学（经典版）一轮学案：第7章热点专题突破4化学反应速率与化学平衡图像解题方法
展开化学反应速率与化学平衡图像解题方法
1．化学平衡图像题的思维流程
2．解题步骤
3．解题技巧
(1)“定一议二”原则
在化学平衡图像中，了解纵轴、横轴和曲线所表示的三个物理量的意义。在确定横轴所表示的物理量后，讨论纵轴与曲线的关系，或在确定纵轴所表示的物理量后，讨论横轴与曲线的关系。
如反应2A(g)＋B(g)2C(g)达到化学平衡时，A的平衡转化率与压强和温度的关系如图1所示[纵轴为A的平衡转化率(α)，横轴为反应温度(T)]。
定压看温度变化，升高温度曲线走势降低，说明A的转化率降低，平衡向逆反应方向移动，正反应是放热反应。
定温看压强变化，因为此反应是反应后气体体积减小的反应，压强增大，平衡向正反应方向移动，A的转化率增大，故p2>p1。
(2)“先拐先平数值大”原则
对于同一化学反应在化学平衡图像中，先出现拐点的反应先达到平衡状态，相应曲线对应的反应速率大，所以先出现拐点的曲线表示的温度较高(如图2所示，α表示反应物的转化率)或压强较大[如图3所示，φ(A)表示反应物A的体积分数]。
图2：T2>T1，正反应放热。
图3：p1<p2，正反应为气体体积减小的反应。
(3)三看分析法
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。
(2019·全国卷Ⅱ节选)环戊二烯容易发生聚合生成二聚体，该反应为可逆反应。不同温度下，溶液中环戊二烯浓度与反应时间的关系如图所示，下列说法正确的是________(填标号)。
A．T1>T2
B．a点的反应速率小于c点的反应速率
C．a点的正反应速率大于b点的逆反应速率
D．b点时二聚体的浓度为0.45 mol·L－1
解析 由图像的变化趋势可看出T2时，环戊二烯浓度的变化趋势大，反应速率快，因此T2大于T1，A错误；影响反应速率的因素有温度和环戊二烯的浓度等，a点温度低，但环戊二烯浓度大，c点温度高但环戊二烯浓度小，故无法比较a、c点速率大小，B错误；相同温度下，随着时间的延长，反应物的浓度逐渐减小，反应速率逐渐减小，因此a点的正反应速率大于b点的逆反应速率，C正确；由图像知，开始时环戊二烯的浓度为1.5 mol·L－1，b点时的浓度为0.6 mol·L－1，则环戊二烯转化的物质的量浓度为0.9 mol·L－1，则二聚体的浓度为＝0.45 mol·L－1。
答案 CD
(2019·全国卷Ⅲ节选)Deacon发明的直接氧化法为：4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)。下图为刚性容器中，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__________________________。
解析 由图像知，随着温度的升高，HCl的平衡转化率降低，所以4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)的ΔH<0，升高温度平衡左移，则K(300 ℃)>K(400 ℃)。在温度一定的条件下，c(HCl)和c(O2)的进料比越大，HCl的平衡转化率越低，所以题图中自上而下三条曲线是c(HCl)∶c(O2)(进料浓度比)为1∶1、4∶1、7∶1时的变化曲线。当c(HCl)∶c(O2)＝1∶1时，列三段式：
4HCl(g) ＋ O2(g) === 2Cl2(g)＋2H2O(g)
起始浓度 c0 c0 0 0
转化浓度 0.84c0 0.21c0 0.42c0 0.42c0
平衡浓度 (1－0.84)c0 (1－0.21)c0 0.42c0 0.42c0
K(400 ℃)＝＝
。
当c(HCl)∶c(CO2)过高时，HCl转化率较低；
当c(HCl)∶c(O2)过低时，过量的O2和Cl2分离时能耗较高。
答案 大于 O2和Cl2分离能耗较高、HCl转化率较低
1．对于可逆反应A(g)＋2B(g)2C(g) ΔH>0，下列图像中，正确的是( )
答案 A
解析 该反应的正反应为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，A%减小，A正确；该反应的正反应为吸热反应，升高温度，v(正)、v(逆)均增大，平衡正向移动，则v(正)>v(逆)，B错误；升高温度，反应速率加快，达到平衡的时间缩短，C错误；平衡后，增大压强，v(正)、v(逆)均增大，平衡正向移动，则v(正)>v(逆)，D错误。
2．(2019·江苏高考)CO2催化加氢合成二甲醚是一种CO2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＝41.2 kJ·mol－1
反应Ⅱ：2CO2(g)＋6H2(g)===CH3OCH3(g)＋3H2O(g) ΔH＝－122.5 kJ·mol－1
在恒压、CO2和H2的起始量一定的条件下，CO2平衡转化率和平衡时CH3OCH3的选择性随温度的变化见下图。
其中：CH3OCH3的选择性＝×100%
(1)温度高于300 ℃，CO2平衡转化率随温度升高而上升的原因是________________________。
(2)220 ℃时，在催化剂作用下CO2与H2反应一段时间后，测得CH3OCH3的选择性为48%(图中A点)。不改变反应时间和温度，一定能提高CH3OCH3选择性的措施有__________________________________。
答案 (1)反应Ⅰ的ΔH>0，反应Ⅱ的ΔH<0，温度升高使CO2转化为CO的平衡转化率上升，使CO2转化为CH3OCH3的平衡转化率下降，且上升幅度超过下降幅度
(2)增大压强，使用对反应Ⅱ催化活性更高的催化剂
解析 (1)由图像可知，当温度高于300 ℃时，CO2的平衡转化率增大，而CH3OCH3的选择性降低，即此温度下主要发生的是反应Ⅰ，因反应Ⅰ是吸热反应，当温度升高CO2转化为CO的平衡转化率上升；而反应Ⅱ是放热反应，当温度升高CO2转化为CH3OCH3的平衡转化率下降，且上升幅度超过下降幅度。
(2)要提高CH3OCH3的选择性，有两种措施：一是增大压强，使反应Ⅱ的平衡向右移动，从而提高CH3OCH3的选择性；二是使用对反应Ⅱ催化活性更高的催化剂，使反应Ⅱ更易发生，从而提高CH3OCH3的选择性。
