05第31讲化学反应速率与平衡图像分析【正文】听课手册

第31讲化学反应速率与平衡图像分析1.能运用温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响规律解释生产、生活、实验室中的实际问题,能结合速率和平衡图像讨论化学反应条件的选择和优化。

2.针对典型案例,结合速率和平衡图像,从限度、速率等角度对化学反应和化工生产条件进行综合分析。1.含“断点”的v-t图像分析图像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规律方法v-t图像中无“断点”,曲线是“渐变”的,即逐渐升高或降低,则改变的条件是浓度。若曲线是向上“渐变”,表示改变的条件是“增强”,反之,改变的条件是“减弱”,如工业合成氨的反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH<0。因t1时刻改变条件后,v'逆>v'正,平衡逆向移动,故改变的条件是增大NH3的浓度。2.含量-时间或含量-时间-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。(1)(2)(3)(4)(5)规律方法“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分子数的变化。3.转化率(或质量分数)与压强-温度图像(1)恒压线图像图甲中,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,在图中作垂直于横坐标的直线,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,即正反应为气体分子数减小的反应。(2)恒温线图像图丙中,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,即正反应是气体分子数减小的反应。当压强相等时,在图中作垂直于横坐标的直线,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。规律方法“定一议二”,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。4.化学平衡中的其他图像(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v正>v逆;同理L线的下方(F点)满足v正<v逆。【对点自测】1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)图①表示p2>p1,正反应为气体分子数增大的反应 ()(2)图②表示随温度升高,吸热反应的平衡常数变化 ()(3)图③若表示p2>p1,可逆反应的正反应为气体分子数减小的吸热反应 ()2.在容积不变的密闭容器中,一定量的SO2与O2发生反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)。温度分别为T1和T2时,SO3的体积分数随时间的变化如图所示,下列说法中不正确的是 ()A.该反应的ΔH<0B.温度:T1<T2C.化学平衡常数:K(T1)>K(T2)D.保持T1不变,增大体系的压强,可得到与T2相同的平衡状态题组一反应速率-时间图像1.[2025·湖北黄冈调研]某温度下,在恒容密闭容器中SO2、O2、SO3建立化学平衡:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)ΔH<0,改变下列条件对正、逆反应速率的影响不正确的是 ()A.压缩容器体积B.通入O2C.使用催化剂D.升高温度2.可逆反应A(g)+3B(g)2C(g)ΔH<0。该反应的速率与时间的关系如图所示:如果t2、t4、t6、t8时都只改变了一个反应条件,则对应t2、t4、t6、t8时改变的条件正确的是 ()A.增大反应物浓度、使用了催化剂、减小压强、升高温度B.升高温度、减小压强、增大反应物浓度、使用了催化剂C.使用了催化剂、增大压强、减小反应物浓度、降低温度D.升高温度、减小压强、减小反应物浓度、使用了催化剂题后反思分析反应速率-时间图像,要注意判断以下几点:(1)图像连续还是不连续:连续一般是浓度改变影响的,不连续则是其他条件影响(判断改变条件)的。(2)图像上移还是下移:上移速率变大,下移速率变小(判断速率变化)。(3)达到新平衡前v正大还是v逆大:若v正>v逆,则平衡正移;若v正<v逆,则平衡逆移(判断移动方向)。题组二物质的量浓度(含量)-时间图像3.100℃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60s4.[2024·浙江宁波十校联考]利用I2O5可消除CO污染,其反应为I2O5(s)+5CO(g)5CO2(g)+I2(s)。不同温度下,向装有足量I2O5固体的2L恒容密闭容器中通入2molCO,测得CO2气体体积分数φ(CO2)随时间t的变化曲线如图所示。下列说法不正确的是 ()A.T1时,前0.5min内平均反应速率v(CO)=0.6mol·L-1·min-1B.温度T1>T2,b点和d点的化学平衡常数:Kb>KdC.若d点时仅缩小容器容积,CO2的体积分数和浓度均保持不变D.反应达到平衡状态时容器内气体密度不再变化方法技巧有关“拐点”图像的分析方法同一可逆反应,若反应条件不同,达到平衡所用的时间也可能不同,对应图像出现“拐点”的时间也就有差异。图像中先出现“拐点”的反应先达到平衡,即反应所处的外界条件(温度、压强)相对要高一些,或者是加入了催化剂。题组三转化率-温度(压强)图像5.[2025·辽宁沈阳郊联体联考]NH3可用于消除氮氧化物的污染。将NO2和NH3通入固定容积的密闭容器中,一定条件下发生反应6NO2(g)+8NH3(g)7N2(g)+12H2O(g)ΔH=akJ·mol-1,其中NO2的平衡转化率随温度、压强的变化关系如图所示,下列说法正确的是 ()A.NO2与水反应生成HNO3,则NO2为酸性氧化物B.高温才有利于该反应自发进行C.压强:p1>p2D.X点和Y点对应的化学平衡常数:K(X)=K(Y)6.在一恒容的密闭容器中充入0.1mol·L-1CO2、0.1mol·L-1CH4,于一定条件下发生反应CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g),测得CH4平衡转化率与温度、压强的关系如图所示,下列有关说法不正确的是 ()A.上述反应的ΔH<0B.压强:p4>p3>p2>p1C.1100℃时该反应的平衡常数约为1.64D.压强为p4时,在y点:v正>v逆方法规律分析化学反应速率和化学平衡图像题的方法经典真题·明考向1.[2023·湖南卷]向一恒容密闭容器中加入1molCH4和一定量的H2O,发生反应:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)。CH4的平衡转化率按不同投料比xx=n(CH4A.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2.[2024·湖南卷]恒压下,向某密闭容器中充入一定量的CH3OH(g)和CO(g),发生如下反应:主反应:CH3OH(g)+CO(g)CH3COOH(g)ΔH1副反应:CH3OH(g)+CH3COOH(g)CH3COOCH3(g)+H2O(g)ΔH2在不同温度下,反应达到平衡时,测得两种含碳产物的分布分数δ[δ(CH3COOH)=n(CH3COOH)n(CH3COOH)+A.投料比x代表nB.曲线c代表乙酸的分布分数C.ΔH1<0,ΔH2>0D.L、M、N三点的平衡常数:K(L)=K(M)>K(N)3.[2024·江苏卷]二氧化碳加氢制甲醇过程中的主要反应(忽略其他副反应)为①CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH1=+41.2kJ·mol-1②CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)ΔH2225℃、8×106Pa下,将一定比例CO2、H2混合气匀速通过装有催化剂的绝热反应管。装置及L1、L2、L3…位点处(相邻位点距离相同)的气体温度、CO和CH3OH的体积分数如图所示。下列说法正确的是 ()A.L4处与L5处反应①的平衡常数K相等B.反应②的焓变ΔH2>0C.L6处的H2O的体积分数大于L5处D.混合气从起始到通过L1处,CO的生成速率小于CH3OH的生成速率4.[2023·全国新课标卷节选]氨是最重要的化学品之一,我国目前氨的生产能力位居世界首位。回答下列问题:在不同压强下,以两种不同组成进料,反应达平衡时氨的摩尔分数与温度的计算结果如下图所示。其中一种进料组成为xH2=0.75、x