1、1专题讲座四 “化学反应速率、化学平衡图像”类型与突破一、利用图像“断点”探究外因对反应速率的影响1当可逆反应达到一种平衡后，若某一时刻外界条件发生改变，都可能使速率时间图像的曲线出现不连续的情况，根据出现“断点”前后的速率大小，即可对外界条件的变化情况作出判断。如图：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常见含“断点”的速率变化图像分析图像升高 降低 升高 降低温度正反应为放热的反应 正反应为吸热的反应增大 减小 增大 减小t1时刻所改变的条件 压强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1(2018马鞍山二中质检)
2、对于反应 2SO2(g)O 2(g)2SO3(g) H0 已达平衡，如果其他条件不变时，分别改变下列条件，对化学反应速率和化学平衡产生影响，下列条件与图像不相符的是( O t1： v 正 v 逆 ； t1时改变条件， t2时重新建立平衡)( )2答案 C解析 分析时要注意改变条件瞬间 v 正 、 v 逆 的变化。增加 O2的浓度， v 正 增大， v 逆 瞬间不变，A 正确；增大压强， v 正 、 v 逆 都增大， v 正 增大的倍数大于 v 逆 ，B 正确；升高温度， v 正 、v 逆 都瞬间增大，C 错误；加入催化剂， v 正 、 v 逆 同时同倍数增大，D 正确。2.(2018长沙模拟)
3、对于反应：X(g)Y(g) 2Z(g) H0 的反应，某一时刻改变外界条件，其速率随时间的变化图像如图所示。则下列说法符合该图像的是( )A t1时刻，增大了 X 的浓度B t1时刻，升高了体系温度C t1时刻，降低了体系温度D t1时刻，使用了催化剂答案 D解析 由图像可知，外界条件同等程度地增大了该反应的正、逆反应速率。增大 X 的浓度、升高(或降低)体系温度均不会同等程度地改变正、逆反应速率，A、B、C 错误；使用催化剂可同等程度地改变正、逆反应速率，D 正确。3在一密闭容器中发生反应 N23H 22NH3 H0，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
4、问题：(1)处于平衡状态的时间段是_(填字母，下同)。A t0 t1 B t1 t2 C t2 t3D t3 t4E t4 t5F 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3t1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)C E B (3)A(4)解析
5、 (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 增大得更快，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 同时增大且增大量相同，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，但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，NH 3的含量均比 t0 t1时间段的低，所以 t0 t1时间段内 N
6、H3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。二、常规图像分类突破1图像类型(1)浓度时间如 A(g)B(g) AB(g)(2)含量时间温度(压强)(C%指产物的质量分数，B%指某反应物的质量分数)4(3)恒压(或恒温)线( 表示反应物的转化率， c 表示反应物的平衡浓度)图，若 p1p2p3，则正反应为气体体积减小的反应， H0；图，若 T1T2，则正反应为放热反应。(4)几种特殊图像对于化学反应 mA(g) nB(g)pC(g) qD(g)，M 点前，表示从反应物开始，
7、v 正 v 逆 ；M点为刚达到平衡点(如下图)；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，故正反应 H0。5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 (如下图)。L线的左上方(E 点)，A 的百分含量大于此压强时平衡体系的 A 的百分含量，所以，E 点 v 正 v 逆 ；则 L 线的右下方(F 点)， v 正 v 逆 。2解题步骤3解题技巧(1)先拐先平在含量(转化率)时间曲线中，先出现拐点的先达到平衡，说明该曲线反应速率快，表示温度较高、有催化剂、压强较大等。(2)定一议二当图像中有三个量时，先确
8、定一个量不变，再讨论另外两个量的关系，有时还需要作辅助线。(3)三步分析法一看反应速率是增大还是减小；二看 v 正 、 v 逆 的相对大小；三看化学平衡移动的方向。1.有一化学平衡 mA(g) nB(g)pC(g) qD(g)，如图表示的是 A 的转化率与压强、温度的关系。下列叙述正确的是( )A正反应是放热反应； m np qB正反应是吸热反应； m n p q6C正反应是放热反应； m n p qD正反应是吸热反应； m np q答案 D解析 图像中有三个变量，应定一个量来分别讨论另外两个量之间的关系。定压强，讨论 T与 A 的转化率的关系：同一压强下，温度越高，A 的转化率越高，说明正反
9、应是吸热反应；定温度，讨论压强与 A 的转化率的关系：同一温度下，压强越大，A 的转化率越高，说明正反应是气体体积缩小的反应，即 m np q。2(2018惠州高三模拟) T0时，在 2L 的密闭容器中发生反应：X(g)Y(g) Z(g)(未配平)，各物质的物质的量随时间变化的关系如图 a 所示。其他条件相同，温度分别为 T1、 T2时发生反应，X 的物质的量随时间变化的关系如图 b 所示。下列叙述中正确的是( )A该反应的正反应是吸热反应B T0时，从反应开始到平衡时： v(X)0.083molL 1 min1C图 a 中反应达到平衡时，Y 的转化率为 37.5%D T1时，若该反应的平衡常
10、数 K 的值为 50，则 T1T2，温度越高，X 的物质的量越大，则平衡向左移动，正反应放热，A 项不正确； v(X) 0.042molL 1 min1 ，B 项不正确；Y 的转化率为0.3mol 0.05mol2L3min100%62.5%，C 项不正确；由图 a 可知 X、Y、Z 物质的量变化之比为0.4 0.150.4112，则反应为 X(g)Y(g) 2Z(g)，则 T0时平衡常数的值为 33.3a 点b 点： v 逆 v 正恒温， t1时再充入 O3答案 C解析 由图可知该反应为放热反应，平衡后升高温度，NO 2含量升高，A 项错误；02s 内，v(O3)0.1molL 1 s1 ，
11、B 项错误；升高温度，NO 2含量升高，速率增大， v 正 ：b 点a 点，b 点反应逆向进行，故 v 逆 v 正 ，C 项正确； t1时再充入 O3，平衡正向移动， v 正 v 逆 ，D 项错误。三、陌生图像突破新型图像往往根据实际工业生产，结合图像，分析投料比、转化率、产率的变化。此类题目信息量较大，能充分考查学生读图、提取信息、解决问题的能力，在新课标高考中受到命题者的青睐。1转化率投料比温度图像例 1 将燃煤废气中的 CO2转化为甲醚的反应原理为2CO2(g)6H 2(g) CH3OCH3(g)3H 2O(g)催 化 剂 已知在压强为 aMPa 下，该反应在不同温度、不同投料比时，CO
12、 2的转化率见下图：此反应_(填“放热”或“吸热”)；若温度不变，提高投料比 n(H2)/n(CO2)，则K 将_(填“增大” “减小”或“不变”)。解析 当投料比一定时，温度越高，CO 2的转化率越低，所以升温，平衡左移，正反应为放热反应。平衡常数只与温度有关，不随投料比的变化而变化。答案 放热 不变2根据图像判断投料比例 2 采用一种新型的催化剂(主要成分是 CuMn 合金)，利用 CO 和 H2制备二甲醚(DME)。9主反应：2CO(g)4H 2(g)CH3OCH3(g)H 2O(g)副反应：CO(g)H 2O(g)CO2(g)H 2(g)CO(g)2H 2(g)CH3OH(g)测得反应
13、体系中各物质的产率或转化率与催化剂的关系如图所示。则催化剂中 n(Mn)/n(Cu)约为_时最有利于二甲醚的合成。解析 由图可知当催化剂中 n(Mn)/n(Cu)约为 2.0 时，CO 的转化率最大，生成的二甲醚最多。答案 2.03废物回收及污染处理图像例 3 (1)一定条件下，用 Fe2O3、NiO 或 Cr2O3作催化剂对燃煤烟气进行回收。反应为2CO(g)SO 2(g) 2CO2(g)S(l)催 化 剂 H270kJmol 1其他条件相同、催化剂不同，SO 2的转化率随反应温度的变化如图 1，Fe 2O3和 NiO 作催化剂均能使 SO2的转化率达到最高，不考虑催化剂价格因素，选择 Fe
14、2O3的主要优点是_。某科研小组用 Fe2O3做催化剂。在 380时，分别研究了 n(CO) n(SO2)为 11、31时 SO2转化率的变化情况(图 2)。则图 2 中表示 n(CO) n(SO2)31 的变化曲线为_。(2)目前，科学家正在研究一种以乙烯作为还原剂的脱硝(NO)原理，其脱硝机理示意图如图3，脱硝率与温度、负载率(分子筛中催化剂的质量分数)的关系如图 4 所示。10写出该脱硝原理总反应的化学方程式：_。为达到最佳脱硝效果，应采取的条件是_。(3)汽车使用乙醇汽油并不能减少 NOx的排放，这使 NOx的有效消除成为环保领域的重要课题。某研究小组在实验室以 AgZSM5 为催化剂
15、，测得 NO 转化为 N2的转化率随温度变化情况如图 5 所示。若不使用 CO，温度超过 775K，发现 NO 的分解率降低，其可能的原因是_；在 n(NO)/n(CO)1 的条件下，应控制的最佳温度在_左右。答案 (1)Fe 2O3做催化剂时，在相对较低温度可获得较高的 SO2转化率，从而节约能源 a(2)6NO3O 22C 2H4 3N24CO 24H 2O催 化 剂 350、负载率 3.0%(3)NO 分解反应是放热反应，升高温度不利于分解反应进行 870K1(2018山西省实验中学月考)将一定量氨基甲酸铵(NH 2COONH4)加入密闭容器中，发生反应 NH2COONH4(s)2NH3
16、(g)CO 2(g)。该反应的平衡常数的负对数 (lg K)值随温度( T)的变化曲线如图所示，下列说法中不正确的是( )11A该反应的 H0BNH 3的体积分数不变时，该反应一定达到平衡状态CA 点对应状态的平衡常数 K(A)的值为 102.294 mol3L3D30时，B 点对应状态的 v 正 K，反应向逆反应方向进行， v 正b，A 错误；b 点只能说明该温度下，CO 2和 H2O 的浓度相等，不能说明 v 正 (CO2) v 逆 (H2O)，B 错误；从图像可知，a 点 H2和 H2O 的物质的量百分数相等，故物质的量相等，C 正确；其他条件恒定，充入更多 H2，反应物浓度增大，正反应
17、速率增大，v(CO2)也增大，D 错误。123在恒容密闭容器中进行反应：2CO 2(g)6H 2(g)C2H5OH(g)3H 2O(g) H。在某压强下起始时按不同氢碳比 投料(如图中曲线)，测得 CO2的平衡转化率与温度的nH2nCO2关系如图所示，下列有关说法正确的是( )A该反应的 H0B氢碳比：，则氢碳比：，B 错误；正反应是气体体积减小的反应，因此其他条件不变的情况下，缩小容器的体积，压强增大，平衡向正反应方向进行，可提高 CO2的转化率，C 错误；根据图像可知，400K 时曲线中 CO2的转化率是 50%，这说明消耗 CO21molL1 ，则消耗氢气3molL1 ，生成乙醇和水蒸气
18、分别是 0.5molL1 、1.5molL 1 ，剩余 CO2和氢气分别是1molL1 、1molL 1 ，该温度下平衡常数 K L4mol4 1.7L 4mol4 ，D 正确。0.51.53121642015全国卷，28(4)Bodensteins 研究了下列反应：2HI(g)H2(g)I 2(g) H0在 716K 时，气体混合物中碘化氢的物质的量分数 x(HI)与反应时间 t 的关系如下表：t/min 0 20 40 60 80 120x(HI) 1 0.91 0.85 0.815 0.795 0.784x(HI) 0 0.60 0.73 0.773 0.780 0.784根据上述实验结
19、果，该反应的平衡常数 K 的计算式为_。上述反应中，正反应速率为 v 正 k 正 x2(HI)，逆反应速率为 v 逆 k 逆 x(H2)x(I2)，其中 k13正 、 k 逆 为速率常数，则 k 逆 为_(以 K 和 k 正 表示)。若 k 正 0.0027min 1 ，在t40min 时， v 正 _min 1 。由上述实验数据计算得到 v 正 x(HI)和 v 逆 x(H2)的关系可用下图表示。当升高到某一温度时，反应重新达到平衡，相应的点分别为_(填字母)。答案 k 正 /K 1.9510 30.1080.1080.7842A、E解析 2HI(g) H2 (g)I 2 (g)是反应前后气
20、体物质的量不变的反应。反应后 x(HI)0.784，则 x(H2) x(I2) 0.108， K 。 到 达 平 衡 时 ， v 正 v 逆 ，cH2cI2c2HI0.108V 0.108V0.784V 2 0.108 0.1080.7842即 k 正 x2(HI) k 逆 x(H2)x(I2)， k 逆 k 正 k 正 /K。在 t40min 时， x(HI)x2HIxH2xI20.85， v 正 k 正 x2(HI)0.0027min 1 (0.85)21.9510 3 min1 。原平衡时， x(HI)为 0.784， x(H2)为 0.108，二者在图中的纵坐标均约为 1.6(因为平衡时 v 正 v 逆 )，升高温度，正、逆反应速率均加快，对应两点在 1.6 上面，升高温度，平衡向正反应方向移动，x(HI)减小(A 点符合)， x(H2)增大(E 点符合)。14
