50　第五部分　第八章　学案41　化学反应速率与平衡的图像分析

学案41化学反应速率与平衡的图像分析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。考点一常见的图像类型速率图像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______(填“正向”“逆向”或“不”)移动。(2)若t1时升高温度，请画出v-t图。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。2．对于可逆反应mA(g)＋nB(s)⥬pC(g)＋qD(g)，其他条件不变时，产物D的质量分数D%与温度T或压强p的关系如图所示，下列说法正确的是()A．T1>T2，p2>p1B．升温，A的转化率提高C．该式中化学计量数m＋n<p＋qD．加压时，平衡向逆反应方向移动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n(H2)n(CO)＝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(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。几种特定图像1．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．lgK—1TⅠ代表降温1T增大，lgK增大，即K增大，反应为放热反应，4．(2025·湖北名校模拟，节选)在573K时，体积为2L的刚性密闭容器中投入2molCO2和6molH2发生反应：CO2(g)＋3H2(g)⥬CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH＝－49kJ·mol-1，达到平衡。(1)为了提高CH3OH产率可以采取的措施有_______________________________________________________________________________________________________________________(任写两项措施)。(2)图1中能表示该反应的平衡常数的对数lnK与1T(T表示温度)之间的变化关系的曲线是______(填“m”或“n”)(3)测得在相同时间内，不同温度下的H2转化率如图2所示，v(a)逆________(填“>”“<”或“＝”)v(c)逆；若b点达到平衡状态，则T2温度下该反应的平衡常数K值为________(保留两位小数)。化工生产中的复杂图像分析生产、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。5．(2025·重庆名校二模)硫酸工业尾气中SO2可用CO处理并回收S，涉及的反应有：反应Ⅰ：SO2(g)＋3CO(g)⥬COS(g)＋2CO2(g)ΔH1<0反应Ⅱ：COS(g)⥬S(g)＋CO(g)ΔH2。恒压条件下，按n(SO2)∶n(CO)＝1∶3充入原料，其中SO2的平衡转化率以及COS和S的平衡选择性随温度的变化如图所示。已知曲线b表示COS的平衡选择性。(X的平衡选择性＝生成X的物质的量转化的SO2的物质的量×100%下列说法不正确的是()A．曲线c表示S的平衡选择性B．ΔH2>0C．1400K下，反应SO2(g)＋2CO(g)⥬S(g)＋2CO2(g)的平衡常数K＝5.12D．其他条件不变，增大体系压强SO2的平衡转化率不变考点二速率—平衡图像的解题思路速率—平衡图像的分析思路(2025·保定模拟)利用CO2和H2合成乙烯：2CO2(g)＋6H2(g)⥬CH2CH2(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+C3.0=-3.4Ea+C，可得外界条件改变，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；平衡时v正＝v逆，因为T(N)>T(M)，故v逆1．(2025·东北三省四市联考，节选)二氧化碳加氢制二甲醚，其中涉及的反应有：ⅰ．CO2(g)＋3H2(g)⥬CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH1<0ⅱ．2CH3OH(g)⥬CH3OCH3(g)＋H2O(g)ΔH2<0ⅲ．CO2(g)＋H2(g)⥬CO(g)＋H2O(g)ΔH3>0已知：生成物M的选择性：S＝M物质含有的碳原子数×在恒压(5.0MPa)密闭容器中充入4molH2和1molCO2发生反应，CO2的平衡转化率和生成物的选择性随温度变化如图所示(不考虑其他因素影响)：(1)在220℃条件下，计算反应ⅱ在220℃下的平衡常数Kp＝________(保留三位有效数字)。(2)温度高于280℃，CO2平衡转化率随温度升高而增大的原因是__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。2．(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为体系初始压强，p0＝240kPa，p为体系平衡压强)，结果如图甲。图甲中温度由高到低的顺序为__________，判断依据为______________________________________________________________