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2022高三一轮复习化学 第七章 核心素养提升(七) “化学反应速率、化学平衡图像”类型与突破课件
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这是一份2022高三一轮复习化学 第七章 核心素养提升(七) “化学反应速率、化学平衡图像”类型与突破课件，共59页。
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
二 突破常规图像1．图像类型及特点(1)转化率(或质量分数等)－压强－温度图像
特点：表示两个外界条件同时变化时，A的转化率的变化规律。解决这类图像题，采用“定一议二”法，即把自变量(温度、压强)之一设为恒量，讨论另外两个变量的关系。
特点：曲线上的点表示平衡状态，而X、Y点表示未达平衡状态，使反应由X点达到平衡状态，反应需向B的百分含量减小的方向进行；要使反应由Y点达到平衡状态，反应需向B的百分含量增大的方向进行。
(2)质量分数－时间图像 特点：表示不同条件下反应速率的快慢以及平衡混合物中D的质量分数大小。解题方法是“先拐先平，数值大”，即曲线先出现拐点的首先达到平衡，反应速率快，以此判断温度或压强的高低，再依据外界条件对平衡的影响分析。
2．一般解题思路——“四看”一看面：即看清坐标所代表的意义。二看线：看准线的走向、变化趋势及量的变化(需作辅助线、等温线、等压线等)。三看点：弄懂曲线上点的意义，特别是一些特殊点(如起点、交点、转折点、极值点等)。四看量：看横坐标和纵坐标所表示的物理量的变化。
三 化工生产图像分类突破
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
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CH3OCH3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CH3OCH3最多。[答案] 2.0
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________。
[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)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775 K，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] (3)NO分解反应是放热反应，升高温度不利于分解反应进行 870 K
①由图甲推断，B点SO2的平衡浓度为0.3 ml·L－1②由图甲推断，A点对应温度下的平衡常数为1.25×10－3③达平衡后，压缩容器容积，则反应速率变化图像可以用图乙表示④相同压强、不同温度下SO3的转化率与温度关系如图丙所示A．①② B．②③C．③④D．①④
②正确；压缩体积，相当于增大压强，平衡向气体体积减小的方向移动，即逆向移动，因体积减小，各物质的浓度增大，故化学反应速率加快，③正确；升高温度平衡向吸热的方向移动，即正向移动，SO3的转化率将增大，与图丙不符，④错误。答案：B
解析：根据图像分析，压强一定，温度升高，Fe3O4的平衡转化率升高，该反应为吸热反应，ΔH＞0，即a＞0，A选项正确；温度一定时，压强增大，平衡逆向移动，Fe3O4的平衡转化率降低，故p1＜p2，B选项错误；升高温度，平衡正移，反应的平衡常数增大，C选项正确；将体系中O2分离出去，平衡正向移动，能提高Fe3O4的转化率，D选项正确。
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的物质的量分数相等，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。
4．以二氧化钛表面覆盖Cu2Al2O4为催化剂，可以将CO2和CH4直接转化成乙酸。在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如图所示。250～300 ℃时，温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是_________。
解析：在两条曲线中注意弄清每条曲线所表示的含义，分析两个量之间内在的联系。这里涉及影响反应速率的两个因素：催化剂和温度，弄清影响因素即可。所以，250～300 ℃时，温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是温度超过250 ℃时，催化剂的催化效率降低。答案：温度超过250 ℃时，催化剂的催化效率降低
5．研究发现利用NH3可消除硝酸工业尾气中的NO污染。NH3与NO的物质的量之比分别为1∶3、3∶1、4∶1时，NO脱除率随温度变化的曲线如图所示。
(1)曲线a中，NO的起始浓度为6×10－4 mg·m－3，从A点到B点经过0.8 s，该时间段内NO的脱除速率为________mg·m－3·s－1。(2)曲线b对应的NH3与NO的物质的量之比是________，其理由是____________。
答案：(1)1.5×10－4 (2)3∶1 NH3与NO的物质的量之比越大，NO的脱除率越大，a、b、c三曲线对应的NH3与NO的物质的量之比依次为4∶1、3∶1、1∶3
章末新素材命题(七)[命题新素材]材料一 过氧化氢化学式为H2O2，其水溶液俗称双氧水。外观为无色透明液体，是一种强氧化剂，由于其还原产物为水，因此在工业上称为绿色氧化剂。其水溶液适用于医用伤口消毒及环境消毒和食品消毒。在一般情况下会分解生成水和氧气，但分解速度极慢，改变条件可以加快反应速度，例如升高温度、加入适当的催化剂(MnO2、某些金属离子如Fe3＋、Cu2＋等)。
[设题新角度]问题1：0.1 g MnO2粉末加入50 mL H2O2溶液中，测得在标准状况下放出气体的体积和时间的关系如图所示。若溶液的体积保持50 mL不变，计算前3 min H2O2的平均速率。(素养角度——证据推理与模型认知)
问题2：为比较Fe3＋和Cu2＋对H2O2分解的催化效果，某实验小组的同学设计了如图所示的实验装置进行实验。 有同学认为上述实验设计不合理，不能得出相应的结论。请简述理由并提出改进措施。(素养角度——科学探究与创新意识)
问题2.提示：二者的阴离子不同，对实验会造成干扰。为消除阴离子不同造成的干扰，可将0.1 ml·L－1的FeCl3溶液改为0.05 ml·L－1的Fe2(SO4)3溶液，或者将0.1 ml·L－1的CuSO4溶液改为0.1 ml·L－1的CuCl2溶液。
[设题新角度]问题1：为提高CH3OH的产率，理论上应采用什么样的条件？(素养角度——变化观念与平衡思想)问题2：250 ℃，在恒容密闭容器中由CO2(g)催化氢化合成CH3OH(g)，下图为不同投料比[n(H2)/n(CO2)]时某反应物X平衡转化率变化曲线。判断反应物X是CO2还是H2。(素养角度——证据推理与模型认知)
问题3：催化剂和反应条件与反应物转化率和产物的选择性高度相关。控制相同投料比和相同反应时间，有如下四组实验数据：根据上表所给数据，判断用CO2生产甲醇的最佳选项。(素养角度——科学探究与创新意识)
问题3 提示：选择性是指产物的专一性，在一个化学反应中若有多个产物，其中某一产物是目标产物，若这个物质的产率越高，说明该反应的选择性越好。观察四组数据，相比之下，B、D的选择性很高，且B的CO2转化率比D稍低些，但是B的CH3OH的选择性高出了不少，故最佳选项为B。
[命题新素材]材料三 改革开放以来，我国的经济发展取得了辉煌成绩，人民生活水平不断提高，从20世纪70年代出行基本靠走到如今私家车进入千家万户，家庭出行交通工具发生了质的飞跃。汽车走进寻常百姓家，给人们的生活带来便利，车水马龙的车流让马路变得热闹。但是汽车保有量的增多也给我们的环境带来了严重的问题，尾气中的主要污染物有CxHy、NOx、CO、SO2及固体颗粒物等。研究汽车尾气的成分及其发生的反应，可以为更好地治理汽车尾气提供技术支持。
问题1 提示：由温度高时反应速率快，达到平衡的时间短，判断T2＞T1，由图像可知，温度高时，N2的体积分数小，即升高温度会使平衡正向移动，则该反应的正反应为吸热反应，ΔH＞0。
计算该温度下的反应的平衡常数K。(素养角度——证据推理与模型认知)
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
二 突破常规图像1．图像类型及特点(1)转化率(或质量分数等)－压强－温度图像
特点：表示两个外界条件同时变化时，A的转化率的变化规律。解决这类图像题，采用“定一议二”法，即把自变量(温度、压强)之一设为恒量，讨论另外两个变量的关系。
特点：曲线上的点表示平衡状态，而X、Y点表示未达平衡状态，使反应由X点达到平衡状态，反应需向B的百分含量减小的方向进行；要使反应由Y点达到平衡状态，反应需向B的百分含量增大的方向进行。
(2)质量分数－时间图像 特点：表示不同条件下反应速率的快慢以及平衡混合物中D的质量分数大小。解题方法是“先拐先平，数值大”，即曲线先出现拐点的首先达到平衡，反应速率快，以此判断温度或压强的高低，再依据外界条件对平衡的影响分析。
2．一般解题思路——“四看”一看面：即看清坐标所代表的意义。二看线：看准线的走向、变化趋势及量的变化(需作辅助线、等温线、等压线等)。三看点：弄懂曲线上点的意义，特别是一些特殊点(如起点、交点、转折点、极值点等)。四看量：看横坐标和纵坐标所表示的物理量的变化。
三 化工生产图像分类突破
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
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CH3OCH3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CH3OCH3最多。[答案] 2.0
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________。
[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)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775 K，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] (3)NO分解反应是放热反应，升高温度不利于分解反应进行 870 K
①由图甲推断，B点SO2的平衡浓度为0.3 ml·L－1②由图甲推断，A点对应温度下的平衡常数为1.25×10－3③达平衡后，压缩容器容积，则反应速率变化图像可以用图乙表示④相同压强、不同温度下SO3的转化率与温度关系如图丙所示A．①② B．②③C．③④D．①④
②正确；压缩体积，相当于增大压强，平衡向气体体积减小的方向移动，即逆向移动，因体积减小，各物质的浓度增大，故化学反应速率加快，③正确；升高温度平衡向吸热的方向移动，即正向移动，SO3的转化率将增大，与图丙不符，④错误。答案：B
解析：根据图像分析，压强一定，温度升高，Fe3O4的平衡转化率升高，该反应为吸热反应，ΔH＞0，即a＞0，A选项正确；温度一定时，压强增大，平衡逆向移动，Fe3O4的平衡转化率降低，故p1＜p2，B选项错误；升高温度，平衡正移，反应的平衡常数增大，C选项正确；将体系中O2分离出去，平衡正向移动，能提高Fe3O4的转化率，D选项正确。
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的物质的量分数相等，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。
4．以二氧化钛表面覆盖Cu2Al2O4为催化剂，可以将CO2和CH4直接转化成乙酸。在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如图所示。250～300 ℃时，温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是_________。
解析：在两条曲线中注意弄清每条曲线所表示的含义，分析两个量之间内在的联系。这里涉及影响反应速率的两个因素：催化剂和温度，弄清影响因素即可。所以，250～300 ℃时，温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是温度超过250 ℃时，催化剂的催化效率降低。答案：温度超过250 ℃时，催化剂的催化效率降低
5．研究发现利用NH3可消除硝酸工业尾气中的NO污染。NH3与NO的物质的量之比分别为1∶3、3∶1、4∶1时，NO脱除率随温度变化的曲线如图所示。
(1)曲线a中，NO的起始浓度为6×10－4 mg·m－3，从A点到B点经过0.8 s，该时间段内NO的脱除速率为________mg·m－3·s－1。(2)曲线b对应的NH3与NO的物质的量之比是________，其理由是____________。
答案：(1)1.5×10－4 (2)3∶1 NH3与NO的物质的量之比越大，NO的脱除率越大，a、b、c三曲线对应的NH3与NO的物质的量之比依次为4∶1、3∶1、1∶3
章末新素材命题(七)[命题新素材]材料一 过氧化氢化学式为H2O2，其水溶液俗称双氧水。外观为无色透明液体，是一种强氧化剂，由于其还原产物为水，因此在工业上称为绿色氧化剂。其水溶液适用于医用伤口消毒及环境消毒和食品消毒。在一般情况下会分解生成水和氧气，但分解速度极慢，改变条件可以加快反应速度，例如升高温度、加入适当的催化剂(MnO2、某些金属离子如Fe3＋、Cu2＋等)。
[设题新角度]问题1：0.1 g MnO2粉末加入50 mL H2O2溶液中，测得在标准状况下放出气体的体积和时间的关系如图所示。若溶液的体积保持50 mL不变，计算前3 min H2O2的平均速率。(素养角度——证据推理与模型认知)
问题2：为比较Fe3＋和Cu2＋对H2O2分解的催化效果，某实验小组的同学设计了如图所示的实验装置进行实验。 有同学认为上述实验设计不合理，不能得出相应的结论。请简述理由并提出改进措施。(素养角度——科学探究与创新意识)
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[设题新角度]问题1：为提高CH3OH的产率，理论上应采用什么样的条件？(素养角度——变化观念与平衡思想)问题2：250 ℃，在恒容密闭容器中由CO2(g)催化氢化合成CH3OH(g)，下图为不同投料比[n(H2)/n(CO2)]时某反应物X平衡转化率变化曲线。判断反应物X是CO2还是H2。(素养角度——证据推理与模型认知)
问题3：催化剂和反应条件与反应物转化率和产物的选择性高度相关。控制相同投料比和相同反应时间，有如下四组实验数据：根据上表所给数据，判断用CO2生产甲醇的最佳选项。(素养角度——科学探究与创新意识)
问题3 提示：选择性是指产物的专一性，在一个化学反应中若有多个产物，其中某一产物是目标产物，若这个物质的产率越高，说明该反应的选择性越好。观察四组数据，相比之下，B、D的选择性很高，且B的CO2转化率比D稍低些，但是B的CH3OH的选择性高出了不少，故最佳选项为B。
[命题新素材]材料三 改革开放以来，我国的经济发展取得了辉煌成绩，人民生活水平不断提高，从20世纪70年代出行基本靠走到如今私家车进入千家万户，家庭出行交通工具发生了质的飞跃。汽车走进寻常百姓家，给人们的生活带来便利，车水马龙的车流让马路变得热闹。但是汽车保有量的增多也给我们的环境带来了严重的问题，尾气中的主要污染物有CxHy、NOx、CO、SO2及固体颗粒物等。研究汽车尾气的成分及其发生的反应，可以为更好地治理汽车尾气提供技术支持。
问题1 提示：由温度高时反应速率快，达到平衡的时间短，判断T2＞T1，由图像可知，温度高时，N2的体积分数小，即升高温度会使平衡正向移动，则该反应的正反应为吸热反应，ΔH＞0。
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