第27讲 化学反应速率、平衡图像（讲义）（原卷版）

第27讲化学反应速率、平衡图像目录考情分析网络构建考点一速率图像【夯基·必备基础知识梳理】知识点1速率—时间图像知识点2速率—压强(或温度)图像知识点3物质的量(或浓度)—时间图像【提升·必考题型归纳】考向1考查速率-时间图像考向2考查速率—压强(或温度)图像考向3考查浓度或物质的的量-时间图像考点二平衡图象【夯基·必备基础知识梳理】知识点1转化率(或百分含量)—时间—温度(或压强)图像知识点2恒温线或恒压线图像知识点3反应过程中组分含量或浓度与温度的关系图像【提升·必考题型归纳】考向1考查转化率(或百分含量)—时间—温度(或压强)图像的分析判断考向2考查恒温线或恒压线图像的分析判断考向3考查组分含量或浓度与温度的关系图像的分析判断考向4考查化学平衡曲线外的非平衡点分析考点三图像类分析方法【夯基·必备基础知识梳理】知识点1速率图像分析知识点2平衡图像分析【提升·必考题型归纳】考向1考查化学反应速率图像分析考向2考查化学平衡综合图像分析真题感悟考点要求考题统计考情分析速率图像2023山东卷14题，4分2022河北卷13题，3分2021辽宁卷12题，3分分析近三年的高考试题，高考命题在本讲有以下规律：化学反应速率和化学平衡图像分析类试题经常涉及的图像类型有含量—时间—温度(压强)图像、恒温、恒压曲线等，图像中蕴含着丰富的信息，具有简明、直观、形象的特点，命题形式灵活，难度不大，解题的关键是根据反应特点，明确反应条件，认真分析图像，充分挖掘蕴含的信息，紧扣化学原理，找准切入点解决问题。图像作为一种思维方法在解题过程中也有着重要作用，可以将一些较为抽象的知识，转化为图像，然后进行解决。注意掌握从图像中获取有效信息，解答与化学反应速率和化学平衡有关的问题，如反应速率、反应转化率、产率，提高转化率的措施等；从图表或图像中获取信息，计算转化率、平衡常数等。平衡图像2023湖南卷13题，4分2022广东卷13题，4分2021江苏卷14题，3分考点一速率图像知识点1速率—时间图像1.“渐变”类v－t图像图像分析结论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图像图像t1时刻所改变的条件温度升高降低升高降低适合正反应为放热的反应适合正反应为吸热的反应压强增大减小增大减小适合正反应为气体物质的量增大的反应适合正反应为气体物质的量减小的反应3.“平台”类v­t图像图像分析结论t1时v′正、v′逆均突然增大且v′正＝v′逆，平衡不移动t1时其他条件不变使用催化剂t1时其他条件不变增大反应体系的压强且m＋n＝p＋q(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t1时其他条件不变，减小反应体系的压强且m＋n＝p＋q(反应前后气体体积无变化)4.全程速率—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。原因：(1)AB段(v增大)，反应放热，溶液温度逐渐升高，v增大。(2)BC段(v减小)，溶液中c(H＋)逐渐减小，v减小。知识点2速率—压强(或温度)图像1.对于速率～温度曲线，温度改变后，吸热反应速率变化大，放热反应速率变化小。即吸热大变，放热小变。以mA＋nBpC＋qD；△Ｈ＝Ｑ为例2.对于速率～压强曲线，压强改变后，气体体积之和大的一侧反应速率变化大，气体体积之和小的一侧反应速率变化小。以mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)；△Ｈ＝Ｑ为例【名师点拨】这类图像中曲线的意义是外界条件(如温度、压强等)对正、逆反应速率影响的变化趋势及变化幅度。图中交点是平衡状态，压强或温度增大，正反应速率增大得快，平衡正向移动。知识点3物质的量(或浓度)—时间图像这类图像能说明平衡体系中各组分在反应过程中的浓度变化情况。1、识图：在c-t图中，一般横坐标表示时间，纵坐标表示浓度或物质的量等变化，分析图时要抓住随着时间的变化曲线的基本走势问题，其重点及易错点应抓住曲线的斜率，某一时刻曲线的斜率大小就表示该时刻反应的速率快慢，曲线越陡表示反应的速率越大，曲线越平缓表示反应的速率越小。2、规律：①若为温度变化引起，温度较高时，反应达平衡所需时间短。②若为压强变化引起，压强较大时，反应达平衡所需时间短。③若为是否使用催化剂，使用适宜催化剂时，反应达平衡所需时间短。3、实例：某温度时，在定容(VL)容器中，X、Y、Z三种物质的物质的量随时间的变化曲线如图所示。(1)由图像得出的信息①_________是反应物，_________是产物。②t3s时反应达到_________状态，X、Y并没有全部反应，该反应是_________反应。③0～t3s时间段：Δn(X)＝_________mol，Δn(Y)＝_________mol，Δn(Z)＝_________mol。(2)根据图像可进行如下计算①某物质的平均速率、转化率，如v(X)＝eq\f(n1－n3,V·t3)mol·L－1·s－1；Y的转化率＝eq\f(n2－n3,n2)×100%。②确定化学方程式中的化学计量数之比，如X、Y、Z三种物质的化学计量数之比为__________________。4、易错提醒：解该类图像题要注意各物质曲线出现折点(达到平衡)的时刻相同，各物质浓度变化的内在联系及比例符合化学方程式中的化学计量数关系。考向1考查速率-时间图像例1.在容积不变的密闭容器中存在如下反应：2A（g）＋B（g）3C（g）；ΔH<0，某研究小组研究了其他条件不变时，改变某一条件对上述反应的影响，下列分析正确的是溶液进行下列实验，结合实验，下列说法正确的是A．图Ⅰ表示的是t1时刻增大反应物的浓度对反应速率的影响B．图Ⅱ表示的一定是t1时刻加入催化剂后对反应速率的影响C．图Ⅲ表示的是温度对化学平衡的影响，且乙的温度较高D．图Ⅲ表示的是不同催化剂对平衡的影响，且甲的催化效率比乙高【变式训练】如图表示反应2SO2(g)＋O22SO3(g)+Q的正反应速率随时间的变化情况，试根据图中曲线判断下列说法可能正确的是A．t1时只减小了压强；B．t1时只降低了温度；C．t1时增加了SO2和O2的浓度，平衡向正反应方向移动；D．t1时减小SO2浓度的同时，增加了SO3的浓度；考向2考查速率—压强(或温度)图像例2.下列各图是温度(或压强)对2A(s)＋2B(g)2C(g)＋D(g)ΔH<0的正、逆反应速率的影响，曲线交点表示建立平衡时的温度或压强，其中正确的是()A．B．C．D．【变式训练】可逆反应mA(g)⇌nB(g)+pC(s)；△H=Q，温度和压强的变化对正、逆反应速率的影响分别符合如图中的两个图象，以下叙述正确的是：()A．m＞n，Q＜0 B．m＞n+p，Q＞0C．m＞n，Q＞0 D．m＜n+p，Q＜0考向3考查浓度或物质的的量-时间图像例3．（2023·天津南开·南开中学校考模拟预测）向刚性容器中投入与(足量)发生反应：(相对分子质量：M大于N)。测得不同温度下体积分数随时间t的变化曲线如图所示。下列说法正确的是A．内，B．温度升高，容器内气体的密度减小C．℃，再投入，平衡时D．【变式训练】（2023·河北邢台·统考一模）室温下，某溶液初始时仅溶有M，同时发生以下两个反应：①；②。反应①的速率可表示为，反应②的速率可表示为(、为速率常数)。体系中生成物浓度(c)随时间(t)变化的曲线如图所示。下列说法错误的是A．0~10s内，M的平均反应速率B．温度不变，反应过程中的值不变C．反应①的活化能比反应②的活化能大D．温度升高，体系中的值减小考点二平衡图像知识点1转化率(或百分含量)—时间—温度(或压强)图像该类图像中常常与化学平衡知识相联系，重在考查化学平衡相关知识点。这类图像反映了反应物或生成物的量在不同温度（压强）下对时间的关系，解题时要注意一定条件下物质含量不再改变时，应是化学反应达到平衡的特征。1.识图：一般当转化率达到一个定值，即转化率或百分含量保持不变，该反应达到化学平衡，我们可以借助图像中曲线的数值大小，进一步结合影响平衡的一些外界因素，分析整合，得出相关结论。已知不同温度或压强下，反应物的转化率α(或百分含量)与时间的关系曲线，推断温度的高低及反应的热效应或压强的大小及气体物质间的系数的关系。2.规律：“先拐先平，数值大”原则分析反应由开始(起始物质相同时)达到平衡所用时间的长短可推知反应条件的变化。①若为温度变化引起，温度较高时，反应达平衡所需时间短。如图甲中T2>T1。②若为压强变化引起，压强较大时，反应达平衡所需时间短。如图乙中p1>p2。③若为使用催化剂引起，使用适宜催化剂时，反应达平衡所需时间短。如图丙中a使用催化剂。3.实例：正确掌握图像中反应规律的判断方法[以mA(g)＋nB(g)pC(g)中反应物A的转化率αA为例说明]①图甲中，T2>T1，升高温度，αA降低，平衡逆向移动，正反应为放热反应。②图乙中，p1>p2，增大压强，αA升高，平衡正向移动，则正反应为气体体积缩小的反应。③若纵坐标表示A的百分含量，则甲中正反应为吸热反应，乙中正反应为气体体积增大的反应。知识点2恒温线或恒压线图像该类图像的纵坐标为物质的平衡浓度（反应物或生成物）或反应物的转化率，横坐标为温度或压强。1.识图：(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，ΔH＜0；图②，若T1>T2，则正反应为放热反应。解答此类图像问题，往往可作分析时可沿横轴作一条平行于纵轴的虚线——恒压线或恒温线，然后进行定一议二，从而可解决问题。2.规律：(1)“定一议二”原则：可通过分析相同温度下不同压强时反应物A的转化率大小来判断平衡移动的方向，从而确定反应方程式中反应物与产物气体物质间的系数的大小关系。如乙中任取两条压强曲线研究，压强增大，αA增大，平衡正向移动，正反应为气体体积减小的反应，甲中任取一曲线，也能得出结论。(2)通过分析相同压强下不同温度时反应物A的转化率的大小来判断平衡移动的方向，从而确定反应的热效应。如利用上述分析方法，在甲中作垂直线，乙中任取一曲线，即能分析出正反应为放热反应。知识点3反应过程中组分含量或浓度与温度的关系及非平衡点图像1.反应过程中组分含量或浓度与温度的关系图像对于化学反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，在相同时间段内，M点前，表示化学反应从反应物开始，则v正>v逆，未达平衡；M点为刚达到的平衡点。M点后为平衡受温度的影响情况，即升温，A%增大(C%减小)，平衡逆向移动，ΔH<0。2.化学平衡曲线外的非平衡点分析对于化学反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，L线上所有的点都是平衡点。左上方(E点)，A%大于此压强或温度时平衡体系中的A%，E点必须向正反应方向移动才能达到平衡状态，所以，E点v正>v逆；则右下方(F点)v正<v逆。考向1考查转化率(或百分含量)—时间—温度(或压强)图像的分析判断例1．（2023·辽宁沈阳·统考二模）在起始温度均为T℃、容积均为10L的密闭容器A(恒温)、B(绝热)中均加入和4molCO，发生反应。已知：、分别是正、逆反应速率常数，，，A、B容器中的转化率随时间的变化关系如图所示。下列说法中正确的是A．Q点与P点的平衡常数大小为：B．与浓度比为1∶1时，标志此反应已达平衡C．T℃时，D．用CO的浓度变化表示曲线N在0～100s内的平均速率为【变式训练】（2023·河北沧州·沧州市第二中学校联考三模）在2L刚性密闭容器中充入足量的Cu粉和2molNO2(g)，发生反应：2NO2(g)+4Cu(s)4CuO(s)+N2(g)△H。在不同温度下，NO2的转化率与时间的关系如图1所示；反应速率与时间的关系如图２所示。下列说法错误的是

已知：该条件下，NO2不发生反应生成N2O4。A．△H＜0B．v正：a点＜b点C．图2中t0min时改变的条件是增大N2浓度D．T1温度下，平衡常数K=1.875考向2考查恒温线或恒压线图像的分析判断例2．（2023·全国·模拟预测）可以利用碳、氮的化合物在一定条件下发生反应缓解环境污染。向某密闭容器中充入5molCO和4molNO，发生反应：

，平衡时NO的体积分数与温度、压强的关系如图所示。下列说法正确的是A．温度：B．若D点为平衡点，则D点的正反应速率与G点的逆反应速率可能相等C．E点时NO的平衡转化率为25%D．在实际应用中为提高效率，需要研发在高温下具有高活性的高效催化剂【变式训练】（2023·广东揭阳·普宁二中实验学校校联考二模）纳米二氧化钛催化剂可用于工业上合成甲醇：，按投料比将与充入恒容密闭容器中，在一定条件下发生反应，测得的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。下列说法错误的是A．B．C．N点转化率、平衡常数均大于M点D．、压强下，Q点对应的考向3考查组分含量或浓度与温度的关系图像的分析判断例3.（2023·海南省直辖县级单位·嘉积中学校考三模）在二氧化碳加氢制甲烷的反应体系中，主要发生反应的热化学方程式如下：反应I：CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)ΔH=-164.7kJ·mol-1反应Ⅱ：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH=+41.2kJ·mol-1反应Ⅲ：2CO(g)+2H2(g)CO2(g)+CH4(g)ΔH=-247.1kJ·mol-1向恒压、密闭容器中通入1molCO2和4molH2，平衡时CH4、CO、CO2的物质的量随温度的变化曲线如图所示。则图中曲线A表示的物质是

A．CO B．CH4 C．CO2 D．无法确定【变式训练】（2023·河北邢台·邢台市第二中学校联考三模）一定温度下，有两个体积均为2L的恒容密闭容器Ⅰ和Ⅱ，向Ⅰ中充入1molCO和2mol，向Ⅱ中充入2molCO和4mol，均发生下列反应并建立平衡：。测得不同温度下CO的平衡转化率如图所示。下列说法正确的是

A．该反应的B．L、M两点容器内正反应速率：C．曲线①表示容器Ⅱ的变化过程D．N点对应温度下该反应的平衡常数考向4考查化学平衡曲线外的非平衡点分析例4.（2023·北京海淀·101中学校考三模）CO2催化加氢合成二甲醚是一种CO2转化方法，其过程中主要发生下列反应：反应Ⅰ：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)△H1反应Ⅱ：2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)△H2恒压，投入1molCO2和适当过量的H2，CO2平衡转化率和平衡时CH3OCH3的选择性随温度的变化如图。其中：CH3OCH3的选择性=×100%下列说法中不正确的是A．△H1＞0，△H2＜0B．温度高于300℃，反应Ⅰ正移程度超过反应Ⅱ逆移程度C．220℃时，反应一段时间后，测得CH3OCH3的选择性为48%(即图中A点)。此时反应Ⅰ和Ⅱ均未达到平衡状态D．若平衡时CH3OCH3的选择性为48%，则体系中c(CH3OCH3)∶c(CO)=48∶52【变式训练】（2023·辽宁沈阳·统考三模）汽车尾气中NO产生的反应为：，一定条件下，等物质的量的(g)和(g)在恒容密闭容器中反应，如图曲线a表示该反应在温度T下浓度随时间的变化，曲线b表示该反应在某一起始反应条件改变时浓度随时间的变化。下列说法中正确的是

A．温度T下，混合气体的密度不变，说明反应达平衡B．温度T下，该反应的平衡常数C．曲线a对应条件下，D．曲线b对应的条件改变一定是升高温度考点三图像类分析方法知识点1速率图像分析方法1.识图这类图像定性地揭示了反应过程中v（正）、v（逆）随时间（含条件改变对化学反应速率的影响）而变化的规律，体现了平衡的“逆、动、等、定、变、同”的基本特征，以及平衡移动的方向。分析这类图像的重点及易错点是图像中演变出来的相关面积，曲线下方阴影部分的面积大小就表示在该时间段内某物质的浓度的变化量。另外，由v-t图可知，在一般情况下，同一个反应有先快后慢的特点，生成等量产物（或消耗等量反应物），所需的时间逐渐变长。2.常见v-t图像分析方法(1)看图像中正、逆反应速率的变化趋势,看二者是同等程度的变化,还是不同程度的变化。同等程度的变化一般从压强(反应前后气体体积不变的反应)和催化剂角度考虑;若是不同程度的变化,可从温度、浓度、压强(反应前后气体体积改变的反应)角度考虑。(2)对于反应速率变化程度不相等的反应,要注意观察改变某个条件瞬间,正、逆反应速率的大小关系及变化趋势。同时要联系外界条件对反应速率的影响规律,加以筛选、验证、排除。(3)改变条件判断v(正)、v(逆)的相对大小时,可以从平衡移动方向讨论,若平衡正移,v(正)>v(逆),若平衡逆移,v(正)<v(逆)。知识点2平衡图像分析方法1.思维建模2.解题步骤第一步：看特点。即分析可逆反应方程式，观察物质的状态、气态物质分子数的变化(正反应是气体分子数增大的反应，还是气体分子数减小的反应)、反应热(正反应是放热反应，还是吸热反应)等。第二步：识图像。即识别图像类型，一看“面”（理清横坐标、纵坐标表示的含义）；二看“线”（分析曲线的走向和变化趋势，它与横坐标、纵坐标的关系）；三看“点”（重点分析特殊点——起点、拐点、交点、终点的含义）；四看是否要作辅助线（如等温线、等压线等），五看定量图像中有关量的多少问题。第三步：联想化学反应速率、化学平衡移动原理，特别是影响因素及使用前提条件等。利用规律“先拐先平，数值大”判断，即曲线先出现拐点，先达到平衡，其温度、压强越大。第四步：图表与原理整合。逐项分析图表，重点看图表是否符合可逆反应的特点、化学反应速率和化学平衡原理。3.解题技巧①先拐先平：在含量—时间曲线中，先出现拐点的则先达到平衡，说明该曲线表示的温度较高或压强较大。②定一议二：在含量—T/p曲线中，图像中有三个变量，先确定一个量不变，再讨论另外两个量的关系(因平衡移动原理只适用于“单因素”的改变)。即确定横坐标所示的量后，讨论纵坐标与曲线的关系或确定纵坐标所示的量后(通常可画一垂线)，讨论横坐标与曲线的关系。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.易错点拨（1）“先拐先平”与速率快慢的误区：在反应速率与化学平衡图像中，我们容易错误认为曲线先出现拐点，则反应速率一定快，由此得出反应温度或压强、浓度一定大等错误观点。正确的分析应该是先出现拐点，先平衡，即常说的“先拐先平”，但比较反应速率快慢时，应该依据曲线斜率的大小，斜率大，反应速率快，如下面图像，尽管曲线b先平衡，但其反应速率小于曲线a对应的速率。（2）未达到平衡的曲线误认为是平衡时的曲线。如根据下面图像判断某反应正反应为放热反应还是吸热反应时，从o—a—b阶段，误认为升高温度，生成物浓度增大，反应向正反应方向进行，所以该正反应为吸热反应。该错误结论的得出原因在于o—a—b阶段时，该反应并没有达到平衡状态，b点为平衡时状态，通过b—c阶段可以得出，在平衡状态下，若升高温度，生成物浓度减少，平衡逆向移动，所以该反应的正反应为放热反应。（3）图像中涉及定量问题时，应该注意相关“量”与反应原理的对应关系。如合成氨中，若H2、N2的浓度按照3:1置入反应装置中，尽管H2、N2的浓度不断减少，根据反应原理，二者减少量应该满足3:1的关系，显然下面图像中曲线的变化是错误的结论。考向1考查化学反应速率图像分析例1.（2023·广东·校联考模拟预测）某温度下，向VL恒容密闭容器中通入4molX(g)，发生反应：①2X(g)=Y(g)+4Z(g)，②。反应体系中X、Y、Z的物质的量随时间t的变化曲线如图所示。下列说法错误的是A．25min时，气体X反应完全B．0~10min内，气体X的平均反应速率为C．25min时，向该体系中仅通入1mol后，反应②的平衡不发生移动(保持其他条件不变)D．该温度下，反应②的平衡常数L⋅mol【变式训练】（2023·广东惠州·统考一模）在体积为1L的恒容密闭容器中充入1molCO2和3molH2，一定条件下反应：。测得CO2和H2的浓度随时间变化如图所示。下列说法正确的是A．平衡时的转化率为75%B．平衡后充入惰性气体，平衡向正向移动C．该条件下，第9min时大于第3min时D．混合气体的密度不随时间的变化而变化，则说明上述反应达到平衡状态考向2考查化学平衡综合图像分析例2.（2023·广东江门·统考一模）一定量的CO2与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应：C(s)+CO2(g)⇌2CO(g)，平衡时，体系中气体体积分数与温度的关系如下图所示：已知：气体分压(p分)=气体总压(p总)×体积分数。下列说法错误的是A．该反应△H>0B．550℃时，充入惰性气体将使v正>v逆C．650℃时，反应达平衡后CO2的转化率为25.0%D．925℃时，用平衡