微专题(二)　化学反应速率与平衡图像

微专题(二)化学反应速率与平衡图像纵观近几年高考化学试题，涉及化学反应速率和化学平衡类的题目，往往结合图像来呈现。试题利用数形结合的三维曲线图，将影响化学反应速率和化学平衡的外界因素(如温度、浓度、压强等)融入其中，充分考查学生的分析与推理能力。特别是近几年高考往往将工业生产中投料比、转化率的变化及反应条件的控制等融入坐标体系图像中，让图像的判读更加复杂困难。解题时要抓住曲线中的关键点和曲线的变化趋势，建立解题思维模型，运用速率和平衡理论解答图像中反映出的具体问题。有关平衡图像题的解题流程第一步：通过读图识图获取有用信息在依据化学反应原理中反应速率和平衡移动知识解读图像的基础上，还需要进行如下思考：明标在明确横、纵坐标含义的基础上，用变量的观点分析坐标，找出横、纵坐标的关系，再联想相应的已学化学知识找点在找出曲线中的起点、拐点、终点、交叉点、平衡点等的基础上，分析这些点的意义及影响这些点的主要因素有哪些析线正确分析曲线的变化趋势(上升、下降、平缓、转折等)，同时对走势有转折变化的曲线要分段分析，研究各段曲线变化趋势及其含义第二步：对获取的图像信息进行加工处理(对图像信息加工处理的角度如图所示)(1)为寻求固定投料比下不同反应阶段的最佳生产温度，绘制相应转化率(α)下反应速率(数值已略去)与温度的关系如下图所示，下列说法正确的是________。a．温度越高，反应速率越大b．α＝0.88的曲线代表平衡转化率c．α越大，反应速率最大值对应温度越低d．可根据不同α下的最大速率，选择最佳生产温度(2)为提高钒催化剂的综合性能，我国科学家对其进行了改良。不同催化剂下，温度和转化率关系如下图所示，催化性能最佳的是____(填标号)。(3)设O2的平衡分压为p，SO2的平衡转化率为αe。用含p和αe的代数式表示上述催化氧化反应的Kp＝________________(用平衡分压代替平衡浓度计算)。[解题观摩]

第一步：通过读图识图获取有用信息由图1可得以下信息：①根据不同转化率下的反应速率曲线可以看出，随着温度的升高反应速率先加快后减慢；②从图中所给出的速率曲线可以看出，相同温度下，转化率越低反应速率越快；③从图像可以看出随着转化率的增大，最大反应速率不断减小。由图2可得以下信息：从图中可以看出在300～550℃区间内，在相同温度下，催化剂(V-K-Cs-Ce)对应SO2的转化率好。第二步：对获取的图像信息进行加工处理(1)由题图可知，温度高于一定值时，温度升高，反应速率减小，a错误；由题图可知，相同温度下，转化率越低，反应速率越大，但转化率小于0.88时的反应速率图像没有给出，故无法判断α＝0.88的曲线能否代表平衡转化率，b错误；由题图可知，α越大，反应速率最大值对应温度越低，c正确；可根据不同α下的最大速率，选择最佳生产温度，d正确。(2)由题图可知，在相同温度下d催化剂对应的SO2转化率最高，故其催化性能最佳。(3)设SO2的起始分压为2x，结合题中信息可得：A．x1<x2B．反应速率：vb正<vc正C．点a、b、c对应的平衡常数：Ka<Kb＝KcD．反应温度为T1，当容器内压强不变时，反应达到平衡状态答案：B

解析：由题意分析结合图像分析可知，A项正确、B项错误；该反应为吸热反应，温度升高，平衡常数增大，结合题图可知，平衡常数：Ka<Kb＝Kc，C项正确；该反应反应前后气体分子数不相等，恒温恒容时，容器内压强不再发生变化，即反应达到平衡状态，D项正确。答案：B

在一定的温度下，当A、B起始物质的量之比刚好等于化学方程式中化学计量数之比时，平衡时生成物C的体积分数最大，A、B的起始物质的量之比＝0.4mol∶0.2mol＝2，即a＝2；由图2可知，n(A)∶n(B)一定时，温度越高，平衡时C的体积分数越大，说明升高温度平衡向正反应方向移动，升高温度平衡向吸热反应方向移动，故正反应为吸热反应，B正确。恒温恒容条件下，再向体系中充入0.2molB和0.2molC，由于B和C的化学计量数相等，所以Qc＝K，平衡不移动，故v正＝v逆，C错误。研究发现，在反应Ⅰ、Ⅱ中，H＋仅对反应Ⅰ有催化加速作用；反应Ⅰ速率远大于反应Ⅱ，近似认为反应Ⅰ建立平衡后始终处于平衡状态。忽略水的电离，其浓度视为常数。解析：4．(2023·茂名市第二次综合测试)二氧化碳催化加氢直接合成二甲醚(DME)既可以实现碳减排又可以得到重要的有机原料，对于保证经济的高速发展和实现长期可持续发展战略均具有重要意义，其中涉及的反应有：回答下列问题：(1)反应ⅰ、ⅱ、ⅲ的吉布斯自由能随温度变化如图，下列说法正确的是__________。A．常温下，反应ⅰ、ⅱ、ⅲ均能自发B．410K时，反应ⅰ和反应ⅲ的反应速率相等C．温度升高，CH3OH的选择性提高，CO的选择性降低D．提高二甲醚产率的关键是寻找对甲醇具有高选择性的催化剂(2)在3.0MPa下，研究人员在体积固定的容器中充入4molH2和1molCO2发生反应，CO2的平衡转化率和生成物的选择性随温度变化如图(不考虑其他因素影响)。解析：(1)298K时，反应ⅲ的吉布斯自由能大于0，不能自发进行，故A错误；410K时，反应ⅰ和反应ⅲ的吉布斯自由能相等，但不能确定二者反应速率的大小关系，故B错误；吉布斯自由能ΔG＝ΔH－TΔS，随着温度的增大，反应ⅰ的ΔG增大，不利于反应ⅰ的正向进行，随着温度的增大，反应ⅲ的ΔG减小，有利于反应ⅲ的正向进行，CH3OH的选择性降低，CO的选择性升高，故C错误；甲醇分解可以得到二甲醚，提高二甲醚产率的关键是寻找对甲醇具有高选择性的催化剂，故D正确。(2)①由题图可知，随着温度的升高，CO的选择性不断增大，说明反应ⅲ的平衡正向移动，则反应ⅲ是吸热反应，ΔH3>0；②若在220℃下，平衡时CO2的平衡转化率为40%，CO的选择性为5%，DME选择性为80%，根据已知条件列出“三段式”：③反应ⅰ是气体体积减小的反应，反应ⅱ和反应ⅲ都是气体体积不变的反应，增大压强，反应ⅰ正向移动，CO2的平衡转化率增大，CH3OH的浓度增大，CO2的浓度减小，反应ⅱ正向移动，反应