2023届新教材高考化学一轮复习化学反应速率和化学平衡图像学案

微专题G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.瞬时速率一时间图像

（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，都可能使速率一时间

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/,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。T图像

图像分析结论

。时0%突然增大，。'迪逐渐增

八时其他条件不变，增大反应

工大；v'if>v's，平衡向正反应

物的浓度

方向移动

017

6时ME突然减小,。'逆逐渐减

A时其他条件不变，减小反应

小；。'逆平衡向逆反应

逆物的浓度

方向移动

01।t

6时必突然增大,。'正逐渐增

h时其他条件不变，增大生成

大；"迎正，平衡向逆反应

逆物的浓度

1A

01方向移动

”时叫突然减小,。'正逐渐减

九时其他条件不变，减小生成

小；。'正逆，平衡向正反应

物的浓度

逆一方向移动

0111

（3）利用图像“断,「判断影响所E率的外因

图像儿

OA70O/.t0ht

升高降低升高降低

Z1时刻温度

正反应为放热的反应正反应为吸热的反应

所改变

增大减小增大减小

的条件压强

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

［应用体验1］在一密闭容器中发生反应N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）AH<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。

\

□,I

口：J

回答下列问题：

(1)处于平衡状态的时间段是(填字母，下同)。

A/0〜介B.力〜亥C.殳〜办D.，3〜/4

E.以〜75F.玄〜,

(2)判断小打、。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

八时刻；时刻；加时刻。

(3)依据(2)中的结论，下列时间段中，氨的百分含量最高的是o

A.而〜“B.玄〜为

C./3~/4D.

(4)如果在“时刻，从反应体系中分离出部分氨，。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.全程速率一时间图像

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(°增大)，原因是反应放热，溶液温度逐渐升高，。增大。

(2)BC段①减小)，原因是溶液中c(H+)逐渐减小，o减小。

[应用体验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)戈SCh(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.加|=加2时，SO2的转化率：a〜b段小于b〜c段

3.含量一时间一温度(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。

(7>。，正反应为吸热反应)

5泌,正反应为体积减小的反应)

(.Pl>p2,正反应为体积增大的反应)

［析图关键1表示不同条件下，反应达到平衡的时间快慢、反应速率的快慢以及平衡混

合物中某物质的百分含量的关系。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

析判断反应的热效应及反应前后气体体积的变化。

［应用体验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)=)C(g)AH<0»在一定条件下，容器中A、C的物质的量浓度随时间变化的曲线如

图所示。请回答下列问题：

(1)用A的浓度变化表示该反应在0〜10min内的平均反应速率P(A)=

(2)根据图示可确定x：y=。

(3)0〜10min容器内压强(填“变大”“不变”或“变小”)。

(4)推测第10min引起曲线变化的反应条件可能是(填编号，下同)：第16min

引起曲线变化的反应条件可能是。

①减压②增大A的浓度③增大C的量④升温⑤降温⑥加催化剂

(5)若平衡I的平衡常数为K，平衡H平衡常数为K2,则Ki丘(填或

4.转化率(或质量分数)与压强一温度图像

(1)恒压线图像

［析图关键|表示两个外界条件同时变化时，反应物A的转化率变化情况，解决这类图

像一般采用“定一议二”的方法，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。如图1中，当压强相等(任意一条等压线)时，升高温度，A的转化率增大，说明

升高温度平衡正向移动，即正反应为吸热反应。当温度相等时，在图1中作垂线，与三条等

压线交于三点，这三点自下而上为增大压强，A的转化率增大，说明增大压强平衡正向移动，

即正反应为气体体积减小的反应。

(2)恒温线图像

［析图关键］图3中，当温度相等(任意一条等温线)时，增大压强，A的转化率增大，

说明增大压强平衡正向移动，即正反应是气体体积减小的反应。当压强相等时，在图3中作

垂线，与两条等温线交于两点，这两点自下而上为降低温度，A的转化率增大，说明降低温

度平衡正向移动，即正反应为放热反应。

［应用体验4］

已知某可逆反应〃?A(g)+"B(g)WpC(g)在密闭容器中进行，如图表示在不同反应时间⑺

时，温度(7)和压强(p)与反应物B在混合气体中的体积分数［<p(B)］的关系曲线，由曲线分析，

下列判断正确的是()

A.T\<Tz，p\>pz，m+n>p,放热反应

B.T\>Ti,pi<p2,tn+n>p,吸热反应

C.T\<T2>pi>p2<m+n<p,放热反应

D.TAT?，pi",m+n<p,吸热反应

5.化学平衡中的其他图像

（1）对于化学反应：机人值）+,小世）w

pC（g）+qD（g）,M点前，表示从反应开始，。（正）>o（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△“<0。

C%M

对于化学反应：，〃A（g）+〃B（g）RC（g）+qD（g）,L线上所有的点都是平衡点。乙线的上方

（£点），A的百分含量大于此压强时平衡体系中A的百分含量，所以E点满足0（正）>0（逆）;

同理L线的下方（F点）满足。（正）<。（逆）。

I应用体验5］在容积为2L的恒容密闭容器中发生反应xA（g）+），B（g）WzC（g）,图1表示

200c时容器中A、B、C物质的量随时间的变化关系，图2表示不同温度下平衡时C的体

积分数随起始〃（A）:“（B）的变化关系。则下列结论正确的是（）

平衡时C的体积分数

、200七

100/

5//min”(A)：〃(B)

图1

A.200℃时，，反应从开始到平衡的平均速率。（B）=0.04mol-L-LmirTi

B.反应xA（g）+yB（g）:zC（g）的△”>（）,且a=2

C.若在图1所示的平衡状态下，再向体系中充入He,此时仇正）>0（逆）

D.200℃时，向容器中充入2molA和1molB,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

一看面（纵、横坐标的意义）

/、二看线（线的走向和变化趋势）

名面展）一三看点（起点、拐点、终点）

四看是否作辅助线（如等温线、等压线、平衡线）

五看量的变化（如浓度变化、温度变化）

向高屋联想平衡移动原理，分析条件对反应速率、

与等L化学平衡移动的影响

森赢汽_利用原理，结合图像，分析图像中所代表反应

此工吵一速率变化或化学平衡的线，作出判断

（1）先拐先平：在含量（转化率）一时间曲线中，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。五、o也的相对大小；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

这类图像常与生产生活中的实际问题相结合，从反应时间、投料比值、催化剂的选择、

转化率等角度考查。图像形式看似更加难辨，所涉问题看似更加复杂，但只要仔细分析，抓

住图像中的关键点(常为最高点、最低点、转折点)、看清横坐标、纵坐标代表的条件、弄清

曲线的变化趋势，即可将复杂图像转化为常规图像。进而运用化学平衡知识进行解答即可。

【典型图像例析】

题型一转化率一投料比一温度图像

［例II将燃煤废气中的C02转化为甲醛的反应原理为2cO2(g)+6H2(g)wCHQCH3(g)

+3H2O(g)o已知在压强为aMPa下，该反应在不同温度、不同投料比时，CCh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m(H2)/〃(CCh)］,则

K将(填“增大”“减小”或“不变”)。

题型二根据图像判断投料比

［例21采用一种新型的催化剂(主要成分是Cu-Mn合金)，利用CO和比制备二甲醛

(DME)o

主反应：2CO(g)+4H2(g)WCH30cH3(g)+H2O(g)

副反应：CO(g)+H2O(g)^CO2(g)+H2(g)

CO(g)+2H2(g)wCH30H(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。

则催化剂中磊约为-------时最有利于二甲醛的合成。

题型三最佳反应条件选择

［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)AW<0

根据下图判断提高脱硝效率的最佳条件是;氨氮比

一定时，在400℃时，脱硝效率最大,其可能的原因是o

题型四曲线发生某种变化原因的解释

［例4］汽车使用乙醇汽油并不能减少NO、的排放，某研究小组在实验室以耐高温试剂

Ag-ZSW-5催化，测得NO转化为N2的转化率随温度变化情况如下图所示。

送

w爵

ffsi

z

3积

詈

N

5006007008009001000

反应温度/K

。无CO时NO直接分解为N2的产率▲CO剩余的百分率

□=1条件下，NO还原为N?的转化率

(1)在嘿=1条件下，最佳温度应控制在_______左右。

n(.CO)

(2)若不使用CO,温度超过775K,发现NO的分解率降低，其可能的原因为。

(3)用平衡移动原理解释为什么加入CO后NO转化为N2的转化率增大：o

题型五陌生反应方程式书写

［例5］向密闭容器中加入0.2molH2S,反应在不同温度(900-1500°C)下达到平衡时，

混合气体中各组分的体积分数如图所示，则在此温度区间内，H2s分解反应的化学方程式为

%100

整/

次80

里60

及

£40

会

总20

疝

900110013001500

温度

［应用体验1］下图是在一定时间内，使用不同催化剂Mn和Cr在不同温度下对应的脱

氮率，由图可知工业使用的最佳催化剂为、相应温度为;使用Mn作催化

剂时，脱氮率b〜a段呈现如图变化的可能原因是.

［应用体验2］采用一种新型的催化剂（主要成分是Cu-Mn的合金），利用CO和出制备

二甲醛，反应为4H2（g）+2CO（g）?CH30cH3（g）+H2O（g）。有研究者在压强为5.00MPa的条

件下，将H2和CO反应直接制备二甲醛，结果如下图所示，其中CO的转化率随温度升高

而降低的原因是

［应用体验3］丙烷氧化脱氢法制备丙烯的主要反应如下：

C3H8（g）+|O2（g）wC3H6（g）+H2O（g）△”2=-118kJmolI

在催化剂作用下，C3H8氧化脱氢除生成C3H6外，还生成CO、CO2等物质。c3H8的转

化率和C3H6的产率随温度变化关系如图所示。

（1）图中C3H8的转化率随温度升高而上升的原因是。

⑵575c时，C3H6的选择性为——。CH6的选择性=反就黑湍器量义1。。％）

（3）基于本研究结果，能提高C3H6选择性的措施是。

微专题18化学反应速率和化学平衡图像

考点一

应用体验1解析：（1）根据图示可知，而〜”、介〜“、“〜以、4〜%时间段内，。正、Vit

相等，反应处于平衡状态。（2）八时，。/、。达同时增大，且。过增大得更快，平衡向逆反应方

向移动，所以九时改变的条件是升温。“时，。正、。金同时增大且增大量相同，平衡不移动，

所以"时改变的条件是加催化剂。■时，。壬、。埼同时减小，但平衡向逆反应方向移动，所

以久时改变的条件是减小压强。（3）根据图示知，。〜介、白〜右时间段内平衡均向逆反应方向

移动，NH3的含量均比小〜”时间段的低，所以“〜A时间段内N%的百分含量最高。（4）fe

时刻分离出部分N%,。送立刻减小，而。,逐渐减小，在力时刻二者相等，反应重新达到平

衡，据此可画出反应速率的变化曲线。

答案：（l）ACDF（2）CEB（3）A

应用体验2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。

答案：D

应用体验3解析：（1）0〜10min内仇A）=@f典空二=o.o2molLFmin「i。⑵根

10mm

据图像可知，0〜10min内A的物质的量浓度减少量为0.2mol-L-1,C的物质的量浓度增

加量为0.4molL-i,x、y之比等于A、C的浓度的变化量之比，故x：y=0.2mol-L1:0.4mol-L

r=l：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0〜10min容器内压

强变大。（4）根据图像可知，10min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；12〜16min,反应处于平衡状态，16min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16min时升高温度，则KI>K2«

答案：（1）0.02mol•L【min।（2）1：2（3）变大（4）④⑥④（5）>

应用体验4解析：由图可知，压强一定时，温度力先达到平衡，故温度：Tt>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，压强力先达到平衡，故压强：pi<pz,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，w+〃<p。

答案：D

应用体验5解析:

细析图想原理得结论

化学方程式为

A、B、C的变化量

zj/mol物质的量变化之比等于化学计

之比为2：1：1

0.82A(g)+B(g)W

-Jl_量数之比

0.6起始;»(A)=0.8molC(g)

71(B)=0.4mol

0.4原比例〃（A）：n（B）=2：1,在加压，平衡向正反

0.2平衡时A的体

积分数为05恒温恒容容器中按原比例（2应方向移动，A的

05r/minmolA和1molB）增加反应物体积分数减小，即

以衡时C的体积分数的物质的量等同于加压小于0.5

升高温度c的

升高温度平衡向吸热（生成C）

百分含量增大AH>0

/200七生成物C的百方向移动

u分含量最高

[loot按化学计量数之比投料，生成

/较低温度下a=2

Oan(A)：n(B)—►反应物的百分含量最高

答案：B

考点二

基础知识

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

例2解析：由图可知当催化剂中