高三化学一轮复习讲义 53　第一篇　第四部分　第七章　第37讲　化学反应速率与平衡的图像(能力课)

第37讲化学反应速率与平衡的图像(能力课)1．掌握各类化学反应速率和平衡的图像分析方法。2．掌握生产、科技中特定图像的分析方法。3．建立“速率—平衡图像”的分析模型。分类突破速率图像1．瞬时速率图像(1)浓度改变(无断点)(2)温度、压强改变(有断点)(3)加催化剂或等体积反应的改变压强2．全程速率—时间图像(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，压强增大或温度升高，正反应速率增大得快，平衡正向移动。1．聚丙烯腈纤维俗名人造羊毛，由丙烯腈聚合而得。用丙烯合成丙烯腈的反应如下：2C3H6(g)＋2NH3(g)＋3O2(g)⥬2C3H3N(g)＋6H2O(g)ΔH＝－1030kJ·mol-1。(1)某密闭容器中发生上述反应，生成丙烯腈的反应速率与反应时间的关系如图所示。t1时刻表示体系改变的反应条件为__________________；t2时刻表示体系改变了另一反应条件，此时平衡________移动(填“正向”“逆向”或“不”)。(2)若t1时升高温度请画出v-t图。2．在恒温恒压下，某一容积可变的密闭容器中发生反应：A(g)＋B(g)⥬2C(g)ΔH<0，t1时达到平衡后，在t2时改变某一条件，其反应过程如图所示。下列说法正确的是()A．Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时，A的体积分数：Ⅰ>ⅡB．t2时改变的条件是向密闭容器中加入物质CC．0～t2时，v正>v逆D．Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时，平衡常数：K(Ⅰ)<K(Ⅱ)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，从而确定化学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)＋qD(g)，如图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。3．已知某可逆反应：mA(g)＋nB(g)⥬pC(g)在密闭容器中进行，如图表示在不同反应时间(t)时，温度(T)和压强(p)与反应物B在混合气体中的体积分数[φ(B)]的关系曲线，由曲线分析，下列判断正确的是()A．T1<T2，p1>p2，m＋n>p，放热反应B．T1>T2，p1<p2，m＋n>p，吸热反应C．T1<T2，p1>p2，m＋n<p，放热反应D．T1>T2，p1<p2，m＋n<p，吸热反应4．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________(填“>”“＝”或“<”)v逆。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。5．用(NH4)2CO3捕碳的反应：(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)______(填“>”“＝”或“<”)v正(d)。(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________________________________________________________________________________________________________________________________________。平衡常数K(lgK)与温度T或1TⅠ代表降温1T增大，lgK增大，即K增大，反应为放热反应，6．(2025·沧州模拟)丙烯是一种用途广泛的有机原料，可制备多种化工产品。请回答：已知：CH2=CHCH3与H2O发生加成反应的化学方程式如下(a、b均大于0)：Ⅰ：CH2=CHCH3(g)＋H2O(g)⥬HOCH2CH2CH3(g)ΔH1＝－akJ·mol-1Ⅱ：CH2=CHCH3(g)＋H2O(g)⥬CH3CH(OH)CH3(g)ΔH2＝－bkJ·mol-1“反应Ⅰ”和“反应Ⅱ”均满足范特霍夫方程lnKp＝－ΔHR×1T＋C(R为热力学常数，C为不同反应常数)，其平衡常数与温度的关系如图1所示，T1℃时，在初始压强为400kPa的恒容密闭容器中，按1∶1的物质的量之比充入CH2=CHCH3(g)和H2O(g)(1)图2中表示CH3CH(OH)CH3的曲线为______(填“M”或“N”)。(2)图2中CH2=CHCH3(g)的平衡转化率为________。(3)T1℃时，反应Ⅱ的平衡常数Kp＝________kPa-1(Kp为以分压表示的平衡常数)。(4)若其他条件不变，T1℃时，向压强为400kPa的恒压密闭容器中，充入n(CH2=CHCH3)∶n(H2O)＝1∶1的混合气体，达到新平衡时，CH3CH(OH)CH3(g)的平衡产率将________(填“变大”“变小”或“不变”)。化工生产中的复杂图像生产、科技中的特定测定图像充分体现了化学知识“学以致用”的社会责任，是高考命题专家特别关注的命题点。图像涉及的信息非常多，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。7．(2024·重庆一模，节选)二氧化碳与氢气反应过程涉及的主要反应如下：①CO2(g)＋3H2(g)⥬CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH1＝－49.5kJ·mol-1②CO2(g)＋H2(g)⥬CO(g)＋H2O(g)ΔH2＝＋41.2kJ·mol-1向2L恒容密闭容器中通入2molCO2(g)和2.24molH2(g)发生上述反应①和②，起始总压强为21.2MPa，实验测得CO2的平衡转化率和平衡时CH3OH的选择性(转化的CO2中生成CH3OH的百分比)随温度变化如图。表示CH3OH选择性的曲线是________(填“X”或“Y”)，a、c两点中CH3OH的产率更高的是________点，Y曲线如此变化的原因是_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。模型建构速率—平衡的图像分析思路(2024·保定模拟)利用CO2和H2合成乙烯：2CO2(g)＋6H2(g)⥬CH2=CH2(g)＋4H2O(g)ΔH。(1)上述反应的Arrhenius经验公式实验数据如图中曲线a所示，已知Arrhenius经验公式Rlnk＝-EaT＋C(Ea为活化能，k为速率常数，R和C为常数)。反应的活化能Ea＝________kJ·mol-1。当改变外界条件时，实验数据如图1中曲线b所示，则实验可能改变的外界条件是(2)在恒容密闭容器中，起始压强相同，反应温度、投料比n(H2)n(CO2)=x对CO2平衡转化率的影响如图2所示。则ΔH________(填“>”或“<”，下同)0；a________3；M、N两点的反应速率(1)根据题中图像和Rlnk＝-EaT+C可得9.0=-3.2Ea+C外界条件改变，变为曲线b，斜率变小，即活化能Ea变小，故改变的条件为加入催化剂。(2)α(CO2)随温度升高而变小，平衡逆向移动，ΔH<0；相同温度下，增大c(H2)，α(CO2)增大，即n(H2)n(CO2)增大，α(CO2)增大，故a>3；因平衡时v正＝v逆，因为T(N)>T(M)，故v逆1．(2024·山东卷，T15改编)逆水气变换反应：CO2(g)＋H2(g)⥬CO(g)＋H2O(g)ΔH>0。一定压强下，按CO2、H2物质的量之比n(CO2)∶n(H2)＝1∶1投料，T1、T2温度时反应物摩尔分数随时间变化关系如图所示。已知该反应的速率方程为v＝kc0.5(H2)c(CO2)，T1、T2温度时反应速率常数k分别为k1、k2。下列说法正确的是()A．k1<k2B．T1、T2温度下达平衡时反应速率的比值：vT1C．温度不变，仅改变体系初始压强，反应物摩尔分数随时间的变化曲线不变D．T2温度下，改变初始投料比例，可使平衡时各组分摩尔分数与T1温度时相同使反应CO2(g)＋H2(g)⥬CO(g)＋H2O(g)ΔH>0的反应速率增大且H2的转化率增大的措施有哪些？2．(2024·湖南卷，T14)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δδ(CH3COOH)＝n(CH3COOH)n(CH3COOH)+n(CH3A．投料比x代表nB．曲线c代表CH3COOH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)根据题中图像，为了提高CH3COOH的分布分数δ，如何改变温度？理由是什么？3．(2024·河北卷，节选)硫酰氯常用作氯化剂和氯磺化剂，工业上制备原理如下：SO2(g)＋Cl2(g)⥬SO2Cl2(g)ΔH＝－67.59kJ·mol-1(1)若正反应的活化能为E正kJ·mol-1，则逆反应的活化能E逆＝____________kJ·mol-1(用含E正的代数式表示)。(2)恒容密闭容器中按不同进料比充入SO2(g)和Cl2(g)，测定T1、T2、T3温度下体系达平衡时的Δp(Δp＝p0－p，p0为体系初始压