突破全国卷专题讲座(二)

突破全国卷专题讲座 (二) 化学反应速率及化学平衡图像的综合应用 [学生用书 P44][命题趋势]化学图像题具有简明、直观、形象的特点，是近年来高考的热点题型。 而多变量图像题还具有信息量大、可随意调控试题难度等特点，能够很全面地考查学生分析、比较、概括和归纳问题的能力，因此备受命题者青睐。 化学反应速率及化学平衡的考查经常与图像相互结合，近年来屡屡出现在高考选择题和非选择题中。此类试题的主要特点有：(1)图像在一个坐标系上有多个变化量，图像较为复杂；(2)图像中隐含信息量大，对学生读图获取信息能力的要求较高；由于多变量的存在，要求学生会多角度、多层次去思考和探究问题，有效地考查了学生综合分析、推理判断的能力。[突破策略]1．图像类型归纳(1)浓度-时间图像[如A(g)＋B(g) AB(g)](2)含量-时间-温度(压强)图像(C%指某产物的质量分数， B%指某反应物的质量分数 )(3)恒压(或恒温)线图像(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，H<0；图②，若T1>T2，则正反应为气体体积增大的反应，H<0。(4)几种特殊图像①对于化学反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，如图所示，M点前，表示从反应物开始，v正>v逆；M点为刚达到平衡点；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，故正反应的H<0。②对于化学反应 mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，如图所示，L线上所有的点都是平衡点。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。2．解题步骤3．解题技巧(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快， 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。4．绘图要领一标：标原点，标横、纵坐标的物理量及单位。二比：比照原图像，画出新图像，并标明相关量。[突破训练]题型一传统图像类型1．在恒温恒容条件下，将一定量NO2和N2O4的混合气体通入容积为2L的密闭容器中发生反应：N2O4(g)2NO2(g)H>0，反应过程中各物质的物质的量浓度(c)随时间(t)的变化曲线如图所示。该温度下，该反应的平衡常数为________，若温度升高，K值将________(填“增大”“减小”或“不变”)。(2)a、b、c、d

四个点中，表示化学反应处于平衡状态的是

________点。从起点开始到首次达到平衡时间内，以

NO2表示的反应速率为

________。(3)25min

时，加入了

________(填加入物质的化学式及加入的物质的量

)，使平衡发生了移动。(4)d点对应NO2的物质的量浓度________(填“大于”“小于”或“等于”)0.8mol·L－1，理由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。－1，c(N2O4)＝0.4mol·L－1解析：(1)由题图可知，平衡时c(NO2)＝0.6mol·L，故该温度下该反应的平衡常数K＝0.62/0.4＝0.9；升温，反应正向进行(正反应为吸热反应)，平衡常数增大。－1(2)由题图知，a、b、c、d四点中只有b、d点处于平衡状态；v(NO2)＝(0.6molL·－0.2－1－1·min－1mol·L)/10min＝0.04mol〃L。(3)利用25mim后的物质的浓度变化可知在25min时加入了NO2，其加入的物质的量－1－1＝(1.0molL·－0.6molL·)×2L＝0.8mol。(4)假设平衡时二氧化氮的浓度为0.8mol－1L·，则此时Q＝1.28>K＝0.9，平衡要逆向移动，使二氧化氮的浓度降低，所以平衡时二氧化氮的浓度小于－10.8molL·。答案：(1)0.9增大(2)b、d0.04mol·L－1·min－1(3)0.8molNO2(4)小于假设平衡时二氧化氮的浓度为0.8mol·L－1，则此时Q＝1.28>K＝0.9，平衡要逆向移动，使二氧化氮的浓度降低2．(2017长·沙十校高三联考 )工业上可由天然气为原料制备甲醇，也可由水煤气合成甲醇。(1)已知：2CH4(g)＋O2(g)===2CO(g)＋4H2(g)CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g) H＝bkJ/mol试 写 出 由 CH4 和 O2 制 取

H＝akJ/mol甲醇的热

化 学

方 程 式

：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)通过下列反应制备甲醇： CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)。图甲是反应时 CO(g)和CH3OH(g)的浓度随时间

t的变化情况。从反应开始到平衡，

用CO表示平均反应速率

v(CO)________，该反应的平衡常数表达式为K＝__________________。(3)在一容积可变的密闭容器中充入 10molCO和20molH2，CO的平衡转化率随温度(T)、压强(p)的变化如图乙所示。①下列说法不能判断该反应达到化学平衡状态的是________(填字母)。A．H2的消耗速率等于CH3OH的生成速率的2倍B．H2的体积分数不再改变C．体系中H2的转化率和CO的转化率相等D．体系中气体的平均摩尔质量不再改变②比较A、B两点压强大小pA________pB(填“＞”“＜”或“＝”)。③若达到化学平衡状态A时，容器的体积为20L。如果反应开始时仍充入10molCO和20molH2，则在平衡状态B时容器的体积V(B)＝________L。解析：(1)已知①2CH4(g)＋O2(g)===2CO(g)＋4H2(g)H＝akJ/mol，②CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g)H＝bkJ/mol，则根据盖斯定律可知①＋②×2可得到2CH4(g)＋O2(g)===2CH3OH(g)H＝(a＋2b)kJ/mol。(2)用甲醇表示的反应速率v＝0.75mol/L10÷min＝0.075mol/(Lmin)·，CO表示的反应速率等于用甲醇表示的反应速率，即0.075mol/(Lmin)·；化学平衡常数是在一定条件下，当可逆反应达到平衡状态时 ，生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值 ，所以根据方程c（CH3OH）式可知平衡常数表达式为K＝c（CO）·c2（H2）。(3)①A.氢气的消耗速率等于CH3OH的生成速率的2倍，不能说明正、逆反应速率相等，不一定平衡，A错误；B.氢气的体积分数不再改变是化学平衡的特征，达到了平衡，B正确；C.体系中氢气的转化率和CO的转化率相等，不能说明正、逆反应速率相等，不一定平衡，C错误；D.体系中气体的平均摩尔质量等于气体质量和物质的量的比值，物质的量变化，质量不变，所以当体系中气体的平均摩尔质量不再改变，证明达到了平衡，D正确，故选AC。②正反应方向为气体体积减小的方向，T1℃时比较CO的转化率，转化率越大，则压强越大，图像中pB转化率大于pA，可知pA＜pB。③利用A点可得平衡常数K＝0.252＝4，温度不变，平衡常数不变。A、B两状态0.25×0.5温度相同，即化学平衡常数相等，且B点时CO的转化率为0.8，则CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)起始(mol):10200转化(mol):8168平衡(mol):2488V设体积为VL，则有K＝2 42＝4，〃V V解得V＝4，即V(B)＝4L。答案：(1)2CH4(g)＋O2(g)===2CH3OH(g)H＝(a＋2b)kJ/molc（CH3OH）(2)0.075mol/(Lmin)·c（CO）·c2（H2）(3)①AC②＜③4题型二陌生图像类的综合题3．(1)将燃煤废气中的CO2转化为二甲醚的反应原理为催化剂2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g)。已知在压强为aMPa下，该反应在不同温度、不同投料比时，CO2的转化率如图：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”)。(2)采用一种新型催化剂(主要成分是Cu-Mn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 n(Mn)/n(Cu)约为________时最有利于二甲醚的合成。解析：(1)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。(2)由题图可知当催化剂中 n(Mn)/n(Cu)约为2.0时，CO的转化率最大，生成的二甲醚最多。答案：(1)放热 不变 (2)2.04．(1)一定条件下，用Fe2O3、NiO或Cr2O3作催化剂对燃煤烟气回收。反应为2CO(g)＋SO2(g)催化剂H＝－270kJmol·－1。2CO2(g)＋S(l)①其他条件相同、催化剂不同，SO2的转化率随反应温度的变化如图1，Fe2O3和NiO作催化剂均能使 SO2的转化率达到最高， 不考虑催化剂价格因素， 选择Fe2O3的主要优点是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。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________。如图

(2)目前，科学家正在研究一种以乙烯作为还原剂的脱硝3，脱硝率与温度、负载率 (分子筛中催化剂的质量分数

(NO)原理，其脱硝机理示意图)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Ag-ZSM-5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___________________________________________