1、1高考热点课 5化学反应速率和化学平衡图像解题方法命题分析：化学反应速率和化学平衡图像分析类试题是高考的热点题型，该类试题经常涉及的图像类型有含量时间温度(压强)图像、恒温、恒压曲线等，图像中蕴含着丰富的信息，具有简明、直观、形象的特点，命题形式灵活，难度不大，解题的关键是根据反应特点，明确反应条件，认真分析图像，充分挖掘蕴含的信息，紧扣化学原理，找准切入点解决问题。突破方法1解题步骤2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，先确定一个量不变，再讨论另外两个量的关系，有
2、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。3分类突破突破点 1 (1)速率时间图像“断点”分析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，即出现“断点” 。根据“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(2)常见含“断点”的速率变化图像分析(2018合肥市质检一)在一恒温恒压的密闭容器中发生反应：M(g)N(g)2R(g) H0， t1时刻达到平
3、衡，在 t2时刻改变某一条件，其反应过程如图所示。下列说法不正确的是( )3A t1时刻的 v(正)小于 t2时刻的 v(正)B t2时刻改变的条件是向密闭容器中加 RC、两过程达到平衡时，M 的体积分数相等D、两过程达到平衡时，反应的平衡常数相等解析 恒温恒压下 t2时刻改变某一条件，逆反应速率瞬间增大，再次建立的平衡与原平衡等效，根据等效平衡原理， t2时刻改变的条件是向密闭容器中加 R，B 项正确； t1时刻反应达到平衡， v(正) v(逆)，而 t2时刻加 R，体积增大， v(正)瞬间减小， v(逆)瞬间增大，故 t1时刻的 v(正)大于 t2时刻的 v(正)，A 项错误；、两过程达到
4、的平衡等效，M的体积分数相等，C 项正确；、两过程的温度相同，则反应的平衡常数相等，D 项正确。答案 A对于反应 2SO2(g)O 2(g)2SO 3(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)( )4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 增大的倍数，B 正确；升高温度， v 正
5、、 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。突破点 2 物质的量(或浓度)时间图像将物质的量(或浓度)减少的物质作为反应物，将物质的量(或浓度)增加的物质作为产物；依据物质的转化量之比一定等于方程式系数比来确定化学方程式。如：某温度时，在一个容积为 2 L 的密闭容器中，X、Y、Z 三种物质的物质的量随时间的变化曲线如图所示。则该反应的化学方程式为 3XY2Z ，前 2 min 内 v(X)0.075 molL 1 min1 。(2018郑州市质检一)汽车发动机工作时会引发反应 N2(g)O 2(g)2NO(g) 。2000 K 时，向固定容积
6、的密闭容器中充入等物质的量的 N2、O 2发生上述反应，各组分体积分数( )的变化如图所示。N 2的平衡转化率为_。解析 设起始时 N2、O 2均为 a mol，平衡建立过程中 N2转化 x mol，则平衡时 N2、O 2均为( a x) mol，NO 为 2x mol，则 0.6，解得 x0.6 a，故 N2的平衡转化率为2x2a100%60%。0.6aa答案 60%5(全国卷)在容积为 1.00 L 的容器中，通入一定量的 N2O4，发生反应 N2O4(g)2NO 2(g)，随温度升高，混合气体的颜色变深。在 060 s 时段，反应速率 v(N2O4)为_molL 1 s1 。答案 0.0
7、010解析 由题图可知，060 s 时段，N 2O4的物质的量浓度变化为 0.060 molL1 ， v(N2O4) 0.0010 molL 1 s1 。0.060 molL 160 s突破点 3 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 (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 aA(g) bB(g) cC(g)中反应物的转化率 A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。若为温度变化引起，温度较高时，反应达平衡所需时
8、间短。如甲中 T2 T1。若为压强变化引起，压强较大时，反应达平衡所需时间短。如乙中 p1 p2。使用催化剂时，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图甲中， T2 T1，升高温度， A降低，平衡逆向移动，正反应为放热反应。图乙中， p1 p2，增大压强， A升高，平衡正向移动，则正反应为气体分子数减小的反应。(2018全国卷节选)三氯氢硅(SiHCl 3)是制备硅烷、多晶硅的重要原料。回6答下列问题：(1)SiHCl3在常温常压下为易挥发的无色透明液体，遇潮气时发烟生成(HSiO) 2O 等，写出该反应的化学方程式_。(3)对于反应 2SiHC
9、l3(g)=SiH2Cl2(g)SiCl 4(g)，采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂，在 323 K 和 343 K 时 SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。343 K 时反应的平衡转化率 _%，平衡常数 K343 K_(保留两位小数)。在 343 K 下：要提高 SiHCl3转化率，可采取的措施是_；要缩短反应达到平衡的时间，可采取的措施有_、_。解析 (1)根据题目表述，三氯氢硅和水蒸气反应得到(HSiO) 2O，方程式为：2SiHCl33H 2O=(HSiO)2O 6HCl。(3)温度越高反应速率越快，达到平衡用的时间就越少，所以由图可知，曲线 a 代表343 K 的反应。从
10、图中读出，达到平衡状态时反应的转化率为 22%。设初始加入的三氯氢硅的浓度为 1 molL1 ，得到：2SiHCl 3(g)SiH 2Cl2(g)SiCl 4(g)1 0 0起 始 molL 10.22 0.11 0.11反 应 molL 10.78 0.11 0.11平 衡 molL 1所以平衡常数 K0.11 20.7820.02。7温度不变，提高三氯氢硅转化率的方法可以是将产物从体系分离(两边气体体积相等，压强不影响平衡)。缩短达到平衡的时间，就是加快反应速率，所以可以采取的措施是提高反应物压强(浓度)、加入更高效的催化剂(改进催化剂)。答案 (1)2SiHCl 33H 2O=(HSiO
11、)2O6HCl(3)22 0.02 及时移去产物 改进催化剂 提高反应物压强(浓度) 大于 1.3(重庆高考)在恒容密闭容器中通入 X 并发生反应：2X(g)Y(g) ，温度T1、 T2下 X 的物质的量浓度 c(X)随时间 t 变化的曲线如图所示，下列叙述正确的是( )8A该反应进行到 M 点放出的热量大于进行到 W 点放出的热量B T2下，在 0 t1时间内， v(Y) molL1 min1a bt1CM 点的正反应速率 v 正 大于 N 点的逆反应速率 v 逆DM 点时再加入一定量 X，平衡后 X 的转化率减小答案 C解析 依据题中图示，可看出 T1T2，由于 T1时 X 的平衡浓度大，
12、可推出该反应为放热反应。A 项，M 点与 W 点比较，X 的转化量前者小于后者，故进行到 M 点放出的热量应小于进行到 W 点放出的热量，错误；B 项，2 v(Y) v(X) molL1 min1 ，错误；Ca bt1项， T1T2，温度越高，反应速率越大，M 点的正反应速率 v 正 W 点的正反应速率 v 正 ，而W 点的正反应速率 v 正 其逆反应速率 v 逆 N 点的逆反应速率 v 逆 ，正确；D 项，恒容时充入 X，压强增大，平衡正向移动，X 的转化率增大，错误。突破点 4 转化率(或含量)温度压强图像这类图像的纵坐标为物质的平衡浓度或反应物的转化率，横坐标为温度或压强。以mA(g)
13、nB(g) xC(g) qD(g)为例m n x q， H0 m n x q， H09m n x q， H0 m n x q， H0m n x q， H0 m n x q， H0(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(或 C 的含量)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)通过分析相同压强下不同温度时反应物 A 的转化率(或 C 的含量)的大小来判断平衡移动的方向，从而确定反应 H 的正、负。(2018北京高考改编)近年来，研究人员提出利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储。过程如下：(1)反应
14、：3SO 2(g)2H 2O(g)=2H2SO4(l)S(g) H254 kJmol 1(2)对反应，在某一投料比时，两种压强下，H 2SO4在平衡体系中物质的量分数随温度的变化关系如图所示。10p2_p1(填“”或“”)，得出该结论的理由是_。(3)I 可以作为水溶液中 SO2歧化反应的催化剂，可能的催化过程如下。将补充完整。.SO 24I 4H =S2I 22H 2O.I 22H 2O_= =_2I (4)探究、反应速率与 SO2歧化反应速率的关系，实验如下：分别将 18 mL SO2饱和溶液加入到 2 mL 下列试剂中，密闭放置观察现象。(已知：I 2易溶解在 KI 溶液中)B 是 A
15、的对比实验，则 a_。比较 A、B、C，可得出的结论是_。实验表明，SO 2的歧化反应速率 DA，结合、反应速率解释原因：11_。解析 (2)在横坐标上任取一点，作纵坐标的平行线，可见温度相同时， p2时 H2SO4物质的量分数大于 p1时；反应是气体分子数减小的反应，增大压强平衡向正反应方向移动，H2SO4物质的量增加，体系总物质的量减小，H 2SO4物质的量分数增大，则 p2p1。(3)反应的总反应为 3SO22H 2O=2H2SO4S，I 可以作为水溶液中 SO2歧化反应的催化剂，催化剂在反应前后质量和化学性质不变，(总反应反应)2 得反应的离子方程式为 I22H 2OSO 2=4H S
16、O 2I 。24(4)B 是 A 的对比实验，采用控制变量法，B 比 A 多加了 0.2 molL1 H2SO4，A 与B 中 KI 浓度应相等，则 a0.4。对比 A 与 B，加入 H 可以加快 SO2歧化反应的速率；对比 B 与 C，单独 H 不能催化SO2的歧化反应；比较 A、B、C，可得出的结论是：I 是 SO2歧化反应的催化剂，H 单独存在时不具有催化作用，但 H 可以加快歧化反应速率。对比 D 和 A，D 中加入 KI 的浓度小于 A，D 中多加了 I2，反应消耗 H 和 I ，反应中消耗 I2，D 中“溶液由棕褐色很快褪色，变成黄色，出现浑浊较 A 快” ，反应速率DA，由此可见
17、，反应比反应速率快，反应产生 H 使 c(H )增大，从而使反应加快。答案 (2) 反应是气体物质的量减小的反应，温度一定时，增大压强使反应正向移动，H 2SO4的物质的量增大，体系总物质的量减小，H 2SO4的物质的量分数增大(3)SO2 SO 4H 24(4)0.4 I 是 SO2歧化反应的催化剂，H 单独存在时不具有催化作用，但 H 可以加快歧化反应速率反应比快；D 中由反应产生的 H 使反应加快(2016四川高考)一定条件下，CH 4与 H2O(g)发生反应：CH 4(g)H 2O(g)CO(g) 3H 2(g)。设起始 Z，在恒压下，平衡时 (CH4)(CH4的体积分数)与n H2O
18、n CH4Z 和 T(温度)的关系如图所示。下列说法正确的是( )A该反应的焓变 H0B图中 Z 的大小为 a3b12C图中 X 点对应的平衡混合物中 3n H2On CH4D温度不变时，图中 X 点对应的平衡在加压后 (CH4)减小答案 A解析 由图可知，随着温度升高甲烷的体积分数逐渐减小，说明升温平衡正向移动，则正反应为吸热反应，即焓变 H0，A 正确；增大水蒸气的物质的量，平衡正向移动，则 的比值越大，甲烷的体积分数越小，故 a0制备。回答下列问题：15.丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器(氢气的作用是活化催化剂)，出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。图 b 为丁烯产率与
19、进料气中 n(氢气)/ n(丁烷)的关系。图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势，其降低的原因是_。.图 c 为反应产率和反应温度的关系曲线，副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。丁烯产率在 590 之前随温度升高而增大的原因可能是_、_；590 之后，丁烯产率快速降低的主要原因可能是_。(2)(2016全国卷)丙烯腈(CH 2=CHCN)是一种重要的化工原料，工业上可用“丙烯氨氧化法”生产，主要副产物有丙烯醛(CH 2=CHCHO)和乙腈(CH 3CN)等。回答下列问题：.以丙烯、氨、氧气为原料，在催化剂存在下生成丙烯腈(C 3H3N)和副产物丙烯醛(C3H4O)的热化学方程式如下：C 3
20、H6(g)NH 3(g) O2(g)=C3H3N(g)3H 2O(g) H515 kJmol 132C 3H6(g)O 2(g)=C3H4O(g)H 2O(g) H353 kJmol 1两个反应在热力学上趋势均很大，其原因是_；有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是_；提高丙烯腈反应选择性的关键因素是_。.图 a 为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线，最高产率对应的温度为 460 。低于460 时，丙烯腈的产率_(填“是”或“不是”) 对应温度下的平衡产率，判断理由是_；高于 460 时，丙烯腈产率降低的可能原因是_(双选，填标号)。A催化剂活性降低 B平衡常数变大C副反应增多 D反应活化能增大.丙
21、烯腈和丙烯醛的产率与 n(氨)/n(丙烯)的关系如图 b 所示。由图可知，最佳 n(氨)/n(丙烯)约为_，理由是_。进料气氨、空气、丙烯的理论体积比约为_。答案 (1).氢气是产物之一，随着 n(氢气)/n(丁烷)增大，逆反应速率增大16.升高温度有利于反应向吸热方向进行 温度升高反应速率加快 丁烯高温裂解生成短链烃类(2).两个反应均为放热量大的反应 降低温度、降低压强 催化剂.不是 该反应为放热反应，平衡产率应随温度升高而降低 AC.1 该比例下丙烯腈产率最高，而副产物丙烯醛产率最低 17.51解析 (1).由于氢气是产物之一，随着 n(氢气)/n(丁烷)增大，逆反应速率增大，所以丁烯产
22、率降低。.该反应的正反应为吸热反应，因此升高温度可以使平衡向右移动，使丁烯的产率增大，另外，反应速率也随温度的升高而增大。由题意知，丁烯在高温条件下能够发生裂解，因此当温度超过 590 时，参与裂解反应的丁烯增多，而使产率降低。(2).判断反应自发进行的趋势可从熵变和焓变两方面考虑，反应和的熵变不大，但放出的热量均很大，这是导致两个反应在热力学上趋势均很大的主要原因。根据影响平衡移动的因素可知，提高丙烯腈平衡产率(即使反应的平衡右移)的条件可以是降低温度、降低压强。在影响反应速率的外界因素中，催化剂的影响最大，且不同的反应一般使用的催化剂也不同，因此催化剂是提高丙烯腈反应选择性的关键因素。.温度升高，反应的平衡常数变小，反应的活化能不变，高于 460 时，丙烯腈产率降低的原因可能是催化剂的活性降低、副反应增多，A、C 正确。.由反应可知 n(NH3) n(O2) n(C3H6)11.51，由于 O2在空气中所占体积分数约为 ，所以理论上进料气氨、空气、丙烯的体积比 V(NH3) V(空气) V(C3H6)151(1.55)117.51。17
