高考化学一轮复习 讲义大单元四　第十一章　难点突破4　化学反应速率和化学平衡常规图像（广东版）

化学反应速率和化学平衡常规图像类型一速率—时间图像1.含“断点”的速率—时间图像(1)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反应正反应为吸热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(2)t1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”类速率—时间图像图像分析结论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1.[2025·重庆，17(3)②]利用弛豫法可研究快速反应的速率常数(k，在一定温度下为常数)，其原理是通过微扰(如瞬时升温)使化学平衡发生偏离，观测体系微扰后从不平衡态趋向新平衡态所需的弛豫时间(τ)，从而获得k的信息。对于H2O⥬H++OH-，若将纯水瞬时升温到25℃，测得τ=4.0×10-5s。已知：25℃时，c(H2O)=55.6mol·L-1，v(正)=k1c(H2O)，v(逆)=k2c(H+)c(OH-)，τ=1k1+2k2xe(x下列能正确表示瞬时升温后反应建立新平衡的过程示意图为(填字母)。答案D解析瞬时升温后，正、逆反应速率突变增大，平衡正向移动，但水的浓度是恒定的，正反应速率不再变化，逆反应速率逐渐增大，所以建立新平衡的过程示意图为D。2.在一密闭容器中发生反应：N2(g)+3H2(g)⥬2NH3(g)ΔH<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。回答下列问题：(1)处于平衡状态的时间段是(填字母，下同)。A.t0~t1 B.t1~t2C.t2~t3 D.t3~t4E.t4~t5 F.t5~t6(2)判断t1、t3、t4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t1时刻：；t3时刻：；t4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。A.t0~t1 B.t2~t3C.t3~t4 D.t5~t6(4)如果在t6时刻，从反应体系中分离出部分氨，t7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。答案(1)ACDF(2)CEB(3)A(4)解析(1)根据图示可知，t0~t1、t2~t3、t3~t4、t5~t6时间段内，v正、v逆相等，反应处于平衡状态。(2)t1时，v正、v逆同时增大，且v逆增大的更快，平衡向逆反应方向移动，所以t1时改变的条件是升温；t3时，v正、v逆同时增大且增大程度相同，平衡不移动，所以t3时改变的条件是加催化剂；t4时，v正、v逆同时减小，且v正减小的更快，平衡向逆反应方向移动，所以t4时改变的条件是减小压强。(3)根据图示知，t1~t2、t4~t5时间段内平衡均向逆反应方向移动，NH3的含量均比t0~t1时间段内的低，所以t0~t1时间段内NH3的百分含量最高。(4)t6时刻分离出部分NH3，v逆立刻减小，而v正逐渐减小，在t7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。类型二温度(压强)—浓度(含量)—时间图像1.识图技巧分析反应由开始(起始物质相同时)到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。(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。2.应用举例已知反应：mA(g)+nB(g)⥬pC(g)+qD(g)。[技法解读]“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。3.特殊图像对于化学反应mA(g)+nB(g)⥬pC(g)+qD(g)，如图所示，M点前，表示从反应物开始，v正>v逆；M点恰好达到平衡；M点后为平衡受温度的影响情况，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。1.(2025·佛山高三一模)T℃时，真空密闭容器中加入足量R，发生反应：R(s)⥬2S(g)+Q(g)，S的分压随时间的变化曲线如图所示。下列说法不正确的是()A.相对于曲线Ⅰ，曲线Ⅱ可能使用了催化剂B.T℃时，该反应的分压平衡常数Kp=500(kPa)3C.Q的体积分数不变，不能说明反应达到平衡状态D.T℃时，M点压缩容器体积，平衡逆向移动，新平衡时c(S)比原平衡大答案D解析曲线Ⅰ和曲线Ⅱ平衡时S分压相等，曲线Ⅱ压强变化比较快，可知曲线Ⅱ可能是使用了催化剂，故A正确；T℃，该反应平衡时S的分压为10kPa，可知Q的平衡分压为5kPa，Kp=p2(S)·p(Q)=(10kPa)2×5kPa=500(kPa)3，故B正确；反应R(s)⥬2S(g)+Q(g)中，R为固体，S与Q的分压比恒为2∶1，则Q的体积分数不变，不能说明反应达到平衡状态，故C正确；T℃时，M点压缩容器体积，平衡逆向移动，平衡常数K只与温度有关，温度不变，平衡常数不变，新平衡时c(S)与原浓度相等，故D错误。2.(2025·湛江高三模拟)蔗糖及其水解产物均为旋光性物质，但旋光能力不同(“+”表示右旋，“-”表示左旋)，可利用体系在反应过程中旋光度的变化来衡量反应进程。若反应时间为0、t、∞时溶液的旋光度分别用α0、αt、α∞表示，配制一定初始浓度的蔗糖水溶液，同一温度下与不同浓度的H2SO4和H3PO4混合，测定反应体系的旋光度值ln(αt-α∞)随时间变化如图所示。下列说法不正确的是()A.当体系旋光度不再变化时，水解反应达平衡状态B.与3mol·L-1H3PO4相比，同浓度的H2SO4会使反应活化能更低C.H2SO4浓度越大越有利于蔗糖水解D.平衡后加水稀释，c(答案C解析蔗糖、果糖、葡萄糖的旋光能力不同，当各物质浓度不再变化时，体系旋光度不再变化，因此可用体系旋光度的变化来衡量反应进程，A正确；由图可知，蔗糖水解速率与催化剂的酸性强弱有关，酸性越强，氢离子浓度越大，催化能力也越强，与3mol·L-1H3PO4相比，同浓度的H2SO4会使反应活化能更低，B正确；浓硫酸具有脱水性和强氧化性，会使蔗糖脱水成碳，所以并不是硫酸浓度越大越有利于蔗糖水解，C错误；平衡后加水稀释，水解反应正向进行，果糖浓度增大，蔗糖浓度减小，c(果糖)3.(2025·汕头高三模拟)为消除NO2的污染，某实验小组研究用活性炭进行处理，发生反应：2C(s)+2NO2(g)⥬N2(g)+2CO2(g)，一定温度下，向体积不等的密闭容器中分别加入足量活性炭和46gNO2，反应相同时间后测得NO2的转化率与容器体积的关系如图所示。下列有关说法正确的是()A.容器内的压强p(a)∶p(b)=6∶7B.bc段上述反应达到平衡状态C.c点状态下v(正)>v(逆)D.该温度下反应的平衡常数K=4答案C解析反应相同时间后，图中b点NO2的转化率最高，则b点恰好达到平衡状态，由于ab曲线上对应容器的体积逐渐增大，NO2的起始浓度逐渐减小，但浓度均大于b点，NO2的浓度越大，反应速率越快，达到平衡的时间越短，所以ab曲线上反应均达到平衡状态。该反应的正反应是气体体积增大的反应，随着容器体积的增大，NO2的转化率逐渐增大，b点达到最大；b点以后，随着容器体积的增大，NO2的起始浓度减小，反应速率减慢，达到平衡的时间延长，所以bc曲线上反应均未达到平衡状态，则反应正向进行，据此解答。46gNO2为1mol，a点反应了0.4mol二氧化氮、b点反应了0.8mol二氧化氮，结合反应，a、b点反应后总的物质的量分别为0.6mol+0.2mol+0.4mol=1.2mol、0.2mol+0.4mol+0.8mol=1.4mol，由于V1<V2，则p(a)∶p(b)>6∶7，A错误；由分析可知，bc曲线上反应均未达到平衡状态，B错误；由分析可知，c点反应向正方向移动，c点状态下v(正)>v(逆)，C正确；a点时反应达到平衡，a点反应了0.4mol二氧化氮，结合方程式，生成氮气、二氧化碳分别为0.2mol、0.4mol，平衡时二氧化氮为0.6mol，则K=(0.4V1)24.(2025·汕头高三模拟)NO在医药领域有广泛应用，但在空气中会污染环境。某研究小组研究实现NO的转化，发生反应：2CO(g)+2NO(g)⥬2CO2(g)+N2(g)，向体积为2L的密闭容器中充入2molCO和2molNO，在甲、乙两种催化剂作用下，反应5min，测得NO的转化率与温度的关系如图所示，下列有关说法正确的是()A.催化效果：甲<乙B.700℃、甲催化条件下，5min内v(CO)=0.32mol·L-1·min-1C.其他条件不变时，压缩容器体积，乙曲线可能整体向上移动D.300℃前，乙催化剂作用下降低温度可提高CO2的产率答案C解析由图可知，相同条件下，使用甲催化剂NO的转化率更高，故催化效果：甲>乙，A错误；由图可知，700℃、甲催化条件下，5min内NO的转化率为80%，则反应了1.6molNO，v(CO)=v(NO)=1.6mol2L×5min=0.16mol·L-1·min-1，B错误；反应5min时，乙中NO的转化率比同温度时甲低，说明乙中未达到平衡，其他条件不变时，压缩容器体积，化学反应速率增大，同一时间NO转化率增大，乙曲线可能整体向上移动，C正确；由图可知，300℃前，乙催化剂作用下反应没有达到平衡，降低温度，反应速率变慢，会降低CO2类型三恒温(恒压)线以mA(g)+nB(g)⥬pC(g)+qD(g)ΔH=QkJ·mol-1为例m+n>p+q，ΔH>0m+n<p+q，ΔH<0m+n>p+q，ΔH<0m+n<p+q，ΔH>0[技法解读]解答时应用“定一议二”原则，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。(1)通过分析相同温度、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化学计量数的大小关系。(2)通过分析相同压强、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。1.(2025·湛江高三模拟)某课题组为探究汽车尾气转化为氮气的最佳反应条件，向体积为1L的刚性容器中按n(NO)n(CO)=1的投料比充入NO和CO，发生反应：2NO(g)+2CO(g)⥬N2(g)+2CO2(g)。已知正、逆反应速率可以表达为v正=k正·c2(NO)·c2(CO)，v逆=k逆·c2(CO2)·c(N2)(k正、k逆表示速率常数)，测得CO的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。下列说法正确的是A.该反应为吸热反应B.压强的大小关系：p1<p2<p3C.M、X、Y三点的化学平衡常数：KM=KX=KYD.T1℃，若向该容器中充入2.0molNO和2.0molCO发生上述反应，N点的k逆答案D解析压强相同时，温度升高，CO的平衡转化率减小，反应逆向进行，故该反应为放热反应，A错误；温度相同时，压强增大，平衡正向移动，CO的转化率增大，故p1>p2>p3，B错误；M、X、Y三点温度不同，故化学平衡常数不相等，C错误；T1℃，若向该容器中充入2.0molNO和2.0molCO发生题述反应，化学平衡常数K只与温度有关，N点为非平衡状态，对应同温度的M点为平衡状态，平衡时n(CO)=n(NO)=(2-2×40%)mol=1.2mol，n(CO2)=0.8mol，n(N2)=0.4mol，且体积为1L，则k逆k正=1K=c2(NO)2.(2025·广东高三阶段练习)工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，其反应为N2(g)+3H2(g)⥬2NH3(g)。在不同温度、压强和相同催化剂条件下，初始时N2、H2分别为0.1mol、0.3mol，反应达到平衡后混合物中氨的体积分数(φ)如图所示。下列说法正确的是()A.该反应的ΔH<0，ΔS>0B.图中p1、p2和p3由大到小的顺序是p3>p2>p1C.高效催化剂会减小反应的ΔHD.图中B点时气体总物质的量约为0.24mol答案D解析由图可知，升高温度氨气的体积分数减小，则该反应的ΔH<0，该反应的正反应气体体积减小，则ΔS<0，A项错误；其他条件不变时，增大压强，平衡正向移动，氨的体积分数增大，所以p1>p2>p3，B项错误；高效催化剂能降低活化能，加快反应速率，但是不改变反应的焓变，C项错误；设平衡时N2转化了xmol，列三段式：N2(g)+3H2(g)⥬2NH3(g)初始/mol0.10.30转化/molx3x2x平衡/mol0.1-x0.3-3x2x2x0.1-x+0.3-3x+2x=0.667，x≈0.08，n(总3.在刚性容器中按n(CH3OH)∶n(CO2)=2∶1投料直接合成碳酸二甲酯(CH3OCOOCH3，简称DMC，是一种应用前景广泛的新材料)：2CH3OH(g)+CO2(g)⥬CH3OCOOCH3(g)+H2O(g)。一定条件下，平衡时CO2的转化率如图所示。(1)若温度为T℃、p1条件下，在1L密闭容器中通入0.1molCH3OH(g)和0.05molCO2(g)，5min达到A点平衡状态。则5min内CH3OH的平均反应速率为，该条件下平衡常数K=。达到平衡后，若再通入0.1molCH3OH(g)和0.1molH2O(g)，则此时v正(填“>”“<”或“=”)v逆。(2)v(A)、v(B)、v(C)由快到慢的顺序为。答案(1)0.01mol·L-1·min-110>(2)v(C)>v(B)>v(A)解析(1)由图可知，在T℃、p1条件下，二氧化碳的平衡转化率为0.5，列三段式：2CH3OH(g)+CO2(g)⥬CH3OCOOCH3(g)+H2O(g)起始/(mol·L-1)0.10.0500转化/(mol·L-1)0.050.0250.0250.025平衡/(mol·L-1)0.050.0250.0250.0255min内v(CH3OH)=0.05mol·L-15min=0.01mol·L-1·min-1，K=0.025×0.0250.025×0.052=10。达到平衡后，再通入0.1molCH3OH(g)和0.1molH2O(g)，则此时Q=0.125×0.0250.025×0.152≈5.6<K，平衡正向移动，即v正>v逆。(2)温度越高，反应速率越快。根据图像可知，C点对应温度最高，所以v(C)最快，通过反应2CH3OH(g)+CO2(g)⥬CH3OCOOCH3(g)+H2O(g)可知，该反应是气体体积减小的可逆反应，同一温度下，反应由A→B，增大压强，平衡正向移动，二氧化碳的转化率增大，因此p1<p2，B点对应的压强大，反应速率比A点快，因此v(A)、v(B)、v(类型四lgK(lnk)-T1T化学平衡常数对数图像：将体系中的化学平衡常数取常用对数，即lgK，与体系的温度或温度的倒数等作出的图像称为化学平衡常数对数图像。[图解]范特霍夫方程：lnK=-ΔHRT阿伦尼乌斯公式：k=Ae-EaRT→lnk1.(2025·广州模拟)反应N(aq)+P(aq)⥬Q(aq)，正反应速率可表示为v正=k正c(N)·c(P)，逆反应速率可表示为v逆=k逆c(Q)，其中k正、k逆分别为正、逆反应的速率常数，反应的lnk与1T关系如图所示。下列说法正确的是(A.该反应的ΔH>0B.升高温度，v正减小、v逆增大C.达到平衡时，k正kD.平衡后加水稀释，达到新平衡后n(Q)减小答案D解析由lnk与1T关系图所示，随着温度升高，lnk逐渐增大，且lnk逆增大更多，说明升高温度，平衡应逆向移动，则该反应的正反应为放热反应。由分析可知，该反应的正反应为放热反应，ΔH<0，A错误；升高温度，v正、v逆均增大，B错误；达到平衡时正、逆反应速率相等，则有v正=v逆，所以k正k逆=c(Q)c(N)·c(P)，C错误；平衡后加水稀释，各物质浓度均减小，平衡逆向移动，达到新