适用于新高考新教材备战2025届高考化学一轮总复习第7章化学反应速率与化学平衡第38讲化学反应速率和平衡图像课件

第38讲化学反应速率和平衡图像【课标指引】

1.掌握常见化学反应速率和平衡图像的分析方法。2.加深外界条件对化学反应速率及化学平衡影响的理解。考点一化学反应速率图像考点二化学平衡图像目录索引

素养发展进阶考点一化学反应速率图像必备知识•梳理1.“渐变”类v-t图像及分析

图像分析结论

t1时v'(正)突然增大,v'(逆)逐渐增大;v'(正)>v'(逆),平衡向正反应方向移动t1时其他条件不变,增大反应物的浓度

t1时v'(正)突然减小,v'(逆)逐渐减小;v'(逆)>v'(正),平衡向逆反应方向移动t1时其他条件不变,减小反应物的浓度图像分析结论

t1时v'(逆)突然增大,v'(正)逐渐增大;v'(逆)>v'(正),平衡向逆反应方向移动t1时其他条件不变,增大生成物的浓度

t1时v'(逆)突然减小,v'(正)逐渐减小;v'(正)>v'(逆),平衡向正反应方向移动t1时其他条件不变,减小生成物的浓度2.“断点”类v-t图像及分析

图像

t1时刻所改变的条件温度升高降低升高降低正反应为放热的反应正反应为吸热的反应压强增大减小增大减小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3.“平台”类v-t图像及分析

图像分析结论

t1时v'(正)、v'(逆)均突然增大且v'(正)=v'(逆),平衡不移动其他条件不变,t1时使用催化剂其他条件不变,t1时增大反应体系的压强且反应前后气体体积无变化

t1时v'(正)、v'(逆)均突然减小且v'(正)=v'(逆),平衡不移动其他条件不变,t1时减小反应体系的压强且反应前后气体体积无变化关键能力•提升考向1速率—时间图像及分析例1绿水青山是习总书记构建美丽中国的伟大构想,因此国家加大了对氮氧化物排放的控制力度。用活性炭还原处理氮氧化物的有关反应为C(s)+2NO(g)CO2(g)+N2(g)

ΔH<0。向容积可变的密闭容器中加入(足量的)活性炭和NO,在t2时刻改变某一条件,其反应的速率-时间图像如图所示。下列说法正确的是(

)A.给该反应升温,v(正)减小,v(逆)增大B.t2时刻改变的条件是向密闭容器中加NOC.t1时刻的v(逆)大于t2时刻的v(正)D.若气体的密度不变,不能说明该反应达到平衡B解析

升高温度,任何反应的反应速率均增大,故给该反应升温,v(正)增大,v(逆)增大,A错误;由图像可知,压强一定条件下,t2时刻改变条件以后,逆反应速率突然减小,达到新平衡时,与原反应速率相同,故改变的条件是向密闭容器中加NO,B正确;由B项分析可知,t2时刻改变的条件是向密闭容器中加NO,正反应速率增大,逆反应速率减小,则t1时刻的v(逆)小于t2时刻的v(正),C错误;由题干反应方程式可知,反应前后气体的物质的量保持不变,即恒温下容器的容积保持不变,反应正向气体质量增加,故若气体的密度不变,则气体质量不变,说明该反应达到平衡,D错误。[对点训练1]

对于反应2SO2(g)+O2(g)

2SO3(g)ΔH<0已达到平衡,如果其他条件不变时,分别改变下列条件,对化学反应速率和化学平衡产生影响,下列条件与图像不相符的是[O~t1:v(正)=v(逆);t1时改变条件,t2时重新建立平衡](

)C解析

分析时要注意改变条件瞬间v(正)、v(逆)的变化。增大O2的浓度,v(正)瞬间增大,v(逆)瞬间不变,A正确;增大压强,v(正)、v(逆)都瞬间增大,v(正)增大的倍数大于v(逆),B正确;升高温度,v(正)、v(逆)都瞬间增大,速率曲线是不连续的,C错误;加入催化剂,v(正)、v(逆)同时同倍数增大,D正确。考向2物质的量(或浓度)—时间图像及分析例2已知X(g)和Y(g)可以相互转化:2X(g)

Y(g)

ΔH<0。现将一定量X(g)和Y(g)的混合气体通入容积为1L的恒温密闭容器中,反应物及生成物的浓度随时间变化的关系如图所示。下列说法不正确的是(

)A.若混合气体的压强不变,说明反应已达化学平衡状态B.a、b、c、d四个点表示的反应体系中,表示化学反应处于平衡状态的只有b点C.25~30min内用X表示的平均化学反应速率是0.08mol·L-1·min-1D.反应进行至25min时,曲线发生变化的原因是增加Y的浓度D解析

正反应是气体分子数减小的反应,当压强不再发生变化时,可以说明反应已经达到平衡状态,A正确;根据题图可知,只有b点表示的反应体系中,各物质的浓度不再发生变化,只有b点表示反应处于平衡状态,B正确;25~30

min内X的浓度变化量是0.4

mol·L-1,用X表示化学反应的平均速率为

=0.08

mol·L-1·min-1,C正确;由题图可知,反应进行至25

min时,曲线发生变化的原因是X物质的浓度增大,D错误。[对点训练2]100℃时,向某恒容密闭容器加入1.6mol·L-1的Q后会发生如下反应:2Q(g)

M(g)。其中M的物质的量浓度随时间的变化如图所示:下列说法错误的是(

)A.从反应开始到刚达到平衡的时间段内,v(Q)=0.02mol·L-1·s-1B.a、b两时刻生成Q的速率:v(a)<v(b)C.用Q浓度变化值表示的ab、bc两个时间段内的反应速率:v(ab)>v(bc)=0D.其他条件相同,起始时将0.2mol·L-1氦气与Q混合,则反应达到平衡所需时间少于60sD考点二化学平衡图像必备知识•梳理1.浓度(转化率、百分含量)—时间图像及分析C%指生成物的百分含量,B%指反应物的百分含量。2.转化率(或质量分数)与压强—温度图像(1)恒压线图像(2)恒温线图像

3.两类特殊图像(1)对于化学反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),M点前,表示从反应开始,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,即升高温度,A%增加或C%减少,平衡逆向移动,则有ΔH<0。(2)对于化学反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),L线上所有的点都是平衡点。L线的上方(E点),A%大于此压强时平衡体系中A%,则E点满足v(正)>v(逆);同理L线的下方(F点)满足v(正)<v(逆)。关键能力•提升考向1浓度(物质的量、转化率、百分含量)—时间图像及分析例1在其他条件不变时,只改变某一条件,化学反应aA(g)+B(g)

cC(g)的平衡的变化图像如下(图中p表示压强,T表示温度,n表示物质的量,α表示平衡转化率),据此分析下列说法正确的是(

)A.在图像反应Ⅰ中,说明正反应为吸热反应B.在图像反应Ⅰ中,若p1>p2,则此反应的ΔS>0C.在图像反应Ⅱ中,说明该正反应为吸热反应D.在图像反应Ⅲ中,若T1>T2,则该反应能自发进行D解析

A项,图像反应Ⅰ中任取一曲线,图中随着温度的升高反应物的平衡转化率减小,升高温度平衡向逆反应方向移动,则正反应为放热反应,错误;B项,在图像反应Ⅰ的横坐标上任取一点,作横坐标的垂直线与两曲线相交,若p1>p2,增大压强反应物的平衡转化率增大,增大压强平衡向正反应方向移动,则a+1>c,ΔS<0,错误;C项,图像反应Ⅱ中T1先出现拐点,T1反应速率快,T1>T2,T1平衡时n(C)小于T2平衡时n(C),升高温度平衡向逆反应方向移动,正反应为放热反应,错误;D项,图像反应Ⅲ增大压强平衡不移动,则a+1=c,若T1>T2,升高温度A的转化率减小,升高温度平衡向逆反应方向移动,则ΔH<0,该反应能自发进行,正确。[对点训练1]

在容积为VL的恒温密闭容器中模拟工业合成氨。充入N2和H2的总物质的量为1mol,容器内各组分的物质的量分数与反应时间t的关系如图所示。下列说法不正确的是(

)A.a表示N2的物质的量分数B.0~t1min,v(H2)=mol·L-1·min-1C.t2min时,NH3的分解速率小于其生成速率D.t3min时,改变的条件可能为减小容器容积B解析

开始时N2和H2各占50%,总物质的量是1

mol,则N2和H2各为0.5

mol,列三段式:

N2(g)+3H2(g)2NH3(g)起始量/mol

0.5

0.5

0转化量/mol

x

3x

2x某时刻量/mol

0.5-x

0.5-3x

2x考向2恒压(或恒温)线图像及分析例2以CO2和H2为原料制造更高价值的化学产品是用来缓解温室效应的研究方向。向2L容器中充入1molCO2和3molH2,发生反应CO2(g)+3H2(g)

CH3OH(g)+H2O(g),测得反应在不同温度和压强下,平衡混合物中CH3OH体积分数如图所示。下列说法错误的是(

)A.p1>p2B.a点CO2的转化率为75%C.a、b、c三点对应的化学反应速率v(a)<v(c)<v(b)D.b→a过程,平衡向正反应方向移动C解析

在其他条件不变的情况下,增大压强,平衡正向移动,CH3OH的体积分数增大,则p1>p2,A正确;设a点CO2的转化量为x

mol,氢气的转化量为3x

mol,甲醇的生成量为x

mol,水的生成量为x

mol,则

×100%=30%,解得x=0.75,则CO2的转化率为75%,B正确;随着温度的升高,甲醇的体积分数减小,平衡向逆反应方向移动,正反应为放热反应,压强越大,反应速率越快,则v(a)<v(b)<v(c),C错误;b→a过程,温度降低,则平衡向正反应方向移动,D正确。[对点训练2]

反应N2O4(g)2NO2(g)

ΔH=+57kJ·mol-1,在温度为T1、T2时,平衡体系中NO2的体积分数随压强变化曲线如图所示。下列说法正确的是(

)A.A、C两点的化学平衡常数:KA>KCB.A、C两点气体的颜色:A深,C浅C.由状态B到状态A,可以用加热的方法D.A、C两点气体的平均相对分子质量:A>CC解析

A、C两点对应的温度相同,平衡常数只受温度的影响,KA=KC,A错误;A点到C点,压强增大,NO2(g)的浓度增大,虽然平衡逆向移动,最终二氧化氮的浓度比原浓度大,即C点气体颜色比A点深,B错误;A点到B点,NO2的体积分数减小,说明相同压强下,T2到T1,平衡逆向移动,T2>T1,即由状态B到状态A,可以用加热的方法,C正确;A点到C点,压强增大,平衡逆向移动,该反应的逆反应为气体相对分子质量增大的反应,即A点气体的平均相对分子质量小于C点气体的平均相对分子质量,D错误。思维建模1.解答化学平衡图像类题的四个“步骤”2.分析化学平衡图像的三种“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)三看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。素养发展进阶进阶1练易错·避陷阱1.(2023·广东佛山一模)一定温度下,在刚性容器中加入等物质的量的H2(g)与NO(g)发生反应:2H2(g)+2NO(g)

N2(g)+2H2O(g)

ΔH<0,测得H2(g)与H2O(g)的分压随时间变化如图所示。下列说法正确的是(

)BA.当气体密度不再变化时,反应达到平衡B.体系中气体总物质的量:n初始∶n平衡=5∶4C.升高温度,反应速率:v(正)减小,v(逆)增大D.该反应的活化能:E正>E逆解析

反应过程中气体总质量不变,容器容积不变,则气体密度保持不变,不能判断反应是否达到平衡,A错误;列出“三段式”:

2H2(g)+2NO(g)

N2(g)+2H2O(g)

总压强起始

2.5p0

2.5p0

0

05p0变化

2p0

2p0

p0

2p0平衡

0.5p0

0.5p0

p0

2p0

4p0则体系中气体总物质的量:n初始∶n平衡=p初始∶p平衡=5p0∶4p0=5∶4,B正确;升高温度,正、逆反应速率都增大,C错误;该反应为放热反应,则正反应的活化能小于逆反应的活化能,D错误。2.(2023·广东佛山二模)在催化剂作用下,向容积为1L的容器中加入1molX和3molY,发生反应:X(g)+2Y(s)

2Z(s),平衡时和反应10min时X的转化率α(X)随温度的变化分别如曲线Ⅰ、Ⅱ所示。下列说法错误的是(

)CA.该反应ΔH>0B.200℃时,前10min的平均反应速率v(X)=0.02mol·L-1·min-1C.400℃时,反应的平衡常数K=2D.bc段变化可能是催化剂在温度高于400℃时活性降低导致进阶2练热点·提素能3.(2023·广东湛江二模)一定条件下热解制取H2:2H2S(g)+CH4(g)CS2(g)+4H2(g)。已知其他条件不变时,温度对H2S的平衡转化率和催化剂催化效率的影响如图所示。下列说法一定正确的是(

)CA.平衡常数:K(Y)>K(Z)B.达到平衡所需时间:t(X)<t(Y)C.总能量:E生成物>E反应物D.单位时间的转化率:α(Z)>α(Y)4.(2023·广东深圳第二次调研)恒温、恒压下,向密闭容器中充入少量正丁烷,可同时发生以下反应:B进阶3研真题·明考向

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B解析

加入1

mol

CH4和一定量的H2O发生反应,增大n(H2O)时,x=

减小,但CH4的平衡转化率增大,结合图像知x1<x2,A项正确;点b、c均为平衡状态,v(正)=v(逆),点b

CH4的平衡转化率大于点c,两点CH4的投料量相同,则反应产物CO、H2的平衡浓度:点b>点c,两点温度相同,故vc(逆)<vb(逆),vc(正)<vb(正),B项错误;依据相同投料比时CH4转化率随温度变化曲线知,正反应为吸热反应,则温度升高,K值变大,故Ka<Kb=Kc,C项正确;该反应为气体分子数改变的可逆反应,恒温恒容时,容器内压强不变,说明反应达到平衡状态,D项正确。6.(2023·江苏卷)二氧化碳加氢制甲烷过程中的主要反应为:CO2(g