高三化学一轮复习讲义 47　第一篇　第四部分　专题7　第35讲　化学反应速率与平衡的图像解答策略(能力课)

第35讲化学反应速率与平衡的图像解答策略(能力课)1．掌握化学反应速率与化学平衡的有关图像分析方法。2．掌握外界条件(温度、压强、催化剂、浓度、组成比等)对速率、平衡的图像影响。3．学会分析生产、科技中特定测定图像的分析方法。模型建构图像试题的一般解题思路(2021·广东卷，T19节选)我国力争于2030年前做到碳达峰，2060年前实现碳中和。CH4与CO2重整是CO2利用的研究热点之一。该重整反应体系主要涉及以下反应：a)CH4(g)＋CO2(g)⥬2CO(g)＋2H2(g)ΔH1b)CO2(g)＋H2(g)⥬CO(g)＋H2O(g)ΔH2c)CH4(g)⥬C(s)＋2H2(g)ΔH3d)2CO(g)⥬CO2(g)＋C(s)ΔH4e)CO(g)＋H2(g)⥬H2O(g)＋C(s)ΔH5设Kpr为相对压力平衡常数，其表达式写法：在浓度平衡常数表达式中，用相对分压代替浓度。气体的相对分压等于其分压(单位为kPa)除以p0(p0＝100kPa反应a、c、e的lnKpr随1T(1)反应a、c、e中，属于吸热反应的有______(填字母)。(2)反应c的相对压力平衡常数表达式为Kpr＝(3)在图中A点对应温度下、原料组成为n(CO2)∶n(CH4)＝1∶1、初始总压为100kPa的恒容密闭容器中进行反应，体系达到平衡时H2的分压为40kPa。计算CH4的平衡转化率，写出计算过程：_________________________________。(1)lnKpr越大，Kpr越大1T越大，(3)A点c反应的lnKpr＝0⇒Kpr＝1＝p2H2pCH4·p0⇒p(CH4)＝p2H2p0＝402100kPa＝16kPa；又p初始(CH分类突破速率图像1．瞬时速率图像(1)浓度改变(无断点)平衡正向移动平衡逆向移动(2)温度、压强改变(有断点)平衡向吸热方向移动平衡向气体体积减小方向移动(3)加催化剂或等体积反应的改变压强2．全程速率—时间图(ΔH<0)原因解释：AB段(v增大)，因为反应放热，随反应的进行，温度逐渐升高，反应速率逐渐增大；BC段(v减小)，因为随反应的进行，反应物浓度减小。3．速率—温度或压强图像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。1．(2024年1月·安徽适应性考试)稀土被称为新材料的宝库。稀土中的镧系离子可用离子交换法分离，其反应可表示为Ln3+(aq)＋3RSO3H(s)⥬(RSO3)3Ln(s)＋3H＋(aq)。某温度时，c(H＋)随时间变化关系如图所示。下列说法正确的是()A．t1时的正反应速率大于t2时的逆反应速率B．t1～t2时间段的平均反应速率为v(Ln3+)＝3c2-c1t2C．t3时增大c(H＋)，该平衡左移，平衡常数减小D．t3时离子交换反应停止常规平衡图像1．转化率(或百分含量)—时间—温度(或压强)图像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化学计量数的关系。[以mA(g)＋nB(g)⥬pC(g)中反应物A的转化率αA为例说明](1)“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。(2)正确掌握图像中反应规律的判断方法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减小的反应。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。2．恒温线或恒压线图像[以反应mA(g)＋nB(g)⥬pC(g)中反应物A的转化率αA为例说明](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生成物气体物质间的化学计量数的大小关系。如乙中同一温度下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。(3)对于化学反应mA(g)＋nB(g)⥬pC(g)，下图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。2．T℃时，A气体与B气体反应生成C气体。反应过程中A、B、C浓度变化如图(Ⅰ)所示，若保持其他条件不变，温度分别为T1和T2时，B的体积分数与时间的关系如图(Ⅱ)所示，则下列结论正确的是()(Ⅰ)(Ⅱ)A．T1和T2温度下分别对应的平衡常数K1和K2的关系是：K1>K2B．(t1＋10)min时，保持容器总压强不变，通入稀有气体，平衡向正反应方向移动C．T℃时，在相同容器中，若由0.4mol·L-1A、0.4mol·L-1B和0.2mol·L-1C反应，达到平衡后，C的浓度仍为0.4mol·L-1D．其他条件不变，升高温度，正、逆反应速率均增大，A的转化率增大3．纳米二氧化钛催化剂可用于工业上合成甲醇：CO(g)＋2H2(g)⥬CH3OH(g)ΔH＝akJ·mol-1。(1)按nH2nCO＝2投料比将H2与CO充入VL恒容密闭容器中，在一定条件下发生反应，测定CO的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。则a________(填“>”或“<”)0；压强p1、p2、p(2)在温度为T1℃时，向某恒容密闭容器中充入H2和CO发生上述反应，起始时c(H2)＝c(CO)＝2.0mol·L-1。达到平衡时，CO的转化率为图中的M点对应的转化率，则在该温度下，对应的N点的平衡常数为________(保留3位有效数字)。(3)p3压强下，Q点对应的v正________v逆(填“>”“＝”或“<”)。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，反应未达平衡；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。4．用(NH4)2CO3捕碳的反应为：(NH4)2CO3(aq)＋H2O(l)＋CO2(g)⥬2NH4HCO3(aq)。为研究温度对(NH4)2CO3捕获CO2效率的影响，将一定量的(NH4)2CO3溶液置于密闭容器中，并充入一定量的CO2气体，保持其他初始实验条件不变，分别在不同温度下，经过相同时间测得CO2气体浓度，得到趋势图。(1)c点的逆反应速率和d点的正反应速率的大小关系为v逆(c)________v正(d)(填“>”“＝”或“<”)。(2)b、c、d三点的平衡常数Kb、Kc、Kd从大到小的顺序为______________。(3)T3～T4温度区间，容器内CO2气体浓度呈现增大的变化趋势，其原因是____________________________________________________________________________________________________________________________________________。生产、科技中的特定测定图像生产、科技中的特定测定图像充分体现了化学知识的“学以致用”的社会责任的化学素养，是试卷命题专家特别关注的命题点。图像涉及的信息非常的多。如温度、压强、转化率、百分含量、反应速率、产率、选择性、投料比、脱除率等。分析时要注意这些物理量的含义。5．(2025·江苏镇江期中)CuCl2催化HCl转化为Cl2的主要反应为4HCl(g)＋O2(g)=2Cl2(g)＋2H2O(g)。恒容容器中，进料比c(HCl)∶c(O2)分别等于1∶1、4∶1、7∶1时，HCl平衡转化率与温度变化如图所示。下列说法正确的是()A．该反应的ΔH>0B．增加反应体系压强和及时分离出水都能加快化学反应速率C．按c(HCl)∶c(O2)＝4∶1进料可以保持反应物高转化率，同时降低产物分离的能耗D．进料浓度比c(HCl)∶c(O2)＝1∶1，K(400℃)＝0.426．汽车尾气是雾霾形成的原因之一。研究氮氧化物的处理方法可有效减少雾霾的形成，可采用氧化还原法脱硝：4NO(g)＋4NH3(g)＋O2(g)eq\o(⥬,\s\up7(催化剂))4N2(g)＋6H2O(g)ΔH<0根据图中所示判断提高脱硝效率的最佳条件是____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________；氨氮比一定时，在400℃时，脱硝效率最大，其可能的原因是_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________。7．以CO2为原料加氢合成二甲醚、甲醇有利于促进实现“碳中和”。在二氧化碳加氢制取二甲醚的合成塔中发生以下3个反应：ⅰ．CO2(g)＋3H2(g)⥬CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH＝－49.01kJ·mol-1ⅱ．2CH3OH(g)⥬CH3OCH3(g)＋H2O(g)ΔH＝－24.52kJ·mol-1ⅲ．CO2(g)＋H2(g)⥬CO(g)＋H2O(g)ΔH＝41.17kJ·mol-1(1)2CO2(g)＋6H2(g)⥬CH3OCH3(g)＋3H2O(g)的ΔH＝________kJ·mol-1。(2)在压强为3.0MPa、nH2nCO2＝4条件下，CO2的平衡转化率和产物的选择性与温度的关系如图所示(选择性是指生成某物质消耗的CO2①当温度超过290℃时，CO2的平衡转化率随温度升高而增大的原因是___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。除改变温度外，能提高二甲醚选择性的措施为__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(写一种即可)。②根据图中的数据，300℃时上述反应达到平衡，CH3OCH3的物质的量分数为________(保留三位有效数字)。1．(2022·江苏卷，T13)乙醇-水催化重整可获得H2。其主要反应为C2H5OH(g)＋3H2O(g)=2CO2(g)＋6H2(g)ΔH＝173.3kJ·mol-1，CO2(g)＋H2(g)=CO(g)＋H2O(g)ΔH＝41.2kJ·mol-1，在1.0×105Pa、n始(C2H5OH)∶n始(H2O)＝1∶3时，若仅考虑上述反应，平衡时CO2和CO的选择性及H2的产率随温度的变化如图所示。CO的选择性＝n生成COn生成COA．图中曲线①表示平衡时H2产率随温度的变化B．升高温度，平衡时CO的选择性增大C．一定温度下，增大nCD．一定温度下，加入CaO(s)或选用高效催化剂，均能提高平衡时H2产率2．(2021·江苏卷，T14)NH3与O2作用分别生成N2、NO、N2O的反应均为放热反应。工业尾气中的NH3可通过催化氧化为N2除去。将一定比例的NH3、O2和N2的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应管，NH3的转化率、生成N2的选择性[2n生成N下列说法正确的是()A．其他条件不变，升高温度，NH3的平衡转化率增大B．其他条件不变，在175～300℃范围，随温度的升高，出口处N2和氮氧化物的量均不断增大C．催化氧化除去尾气中的NH3应选择反应温度高于250℃D．高效除去尾气中的NH3，需研发低温下NH3转化率高和N2选择性高的催化剂3．(2024·江苏卷，T13)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