第2章 第3节 第5课时 化学反应速率与平衡图像分析(一) 学案（含答案） 高中化学鲁科版选择性必修1

第5课时　化学反应速率与平衡图像分析(一)
[学习目标]　1.认识时间相关的各类图像。2.分析时间变化时各物理量变化的原因。
[重点难点]　理解图像变化的含义。
　　　　　　　速率—时间图像(v－t图像)
导学
1．浓度改变，速率—时间图像
共同特点：在t1时刻改变条件时，正、逆反应速率只有一个出现突变(断点)。
2．压强改变，速率—时间图像
已知反应mA(g)＋nB(g)??eC(g)，其他条件不变，只改变压强p。
共同特点：在t1时刻改变条件时，正、逆反应速率都出现突变(断点)。
3．温度改变，速率—时间图像
已知反应mA(g)＋nB(g)??pC(g)　ΔH<0，只改变温度。
共同特点：在t1时刻改变条件时，正、逆反应速率都出现突变(断点)。
4．使用催化剂，速率—时间图像
根据v′正、v′逆的相对大小，判断平衡移动的方向；根据改变条件的那一时刻v′正、v′逆的变化，判断改变的哪种外界条件；若v′正或v′逆有一个在原平衡未变，则改变的是浓度；若两个都发生了“突变”，则改变的是温度或压强；若两个都发生了“突变”且仍然相等，则是加入催化剂或等体反应改变压强。
导练
1.如图为某化学反应的反应速率与时间的关系示意图。在t1时刻升高温度或增大压强，反应速率的变化都符合示意图中表示的反应是(　　)
A．2SO2(g)＋O2(g)??2SO3(g)　ΔH＜0
B．4NH3(g)＋5O2(g)??4NO(g)＋6H2O(g)　ΔH＜0
C．H2(g)＋I2(g)??2HI(g)　ΔH＞0
D．2A(g)＋B(g)??2C(g)　ΔH＞0
答案　B
解析　由题中反应速率与时间的关系图可知，升高温度，正反应速率增大的程度小于逆反应速率增大的程度，平衡向逆反应方向移动，因此正反应是放热反应；增大压强，正反应速率增大的程度小于逆反应速率增大的程度，平衡向逆反应方向移动，因此正反应是气态物质系数增大的反应，只有B项符合题意。
2.乙酸甲酯转化为乙醇的反应原理为CH3COOCH3(g)＋2H2(g)??C2H5OH(g)＋CH3OH(g)　ΔH<0。该反应中反应速率随时间变化的关系如图所示，t1、t3、t4时刻分别改变某一外界条件。下列说法错误的是(　　)
A．t1时升高温度
B．t3时加入催化剂
C．t4时压缩反应容器的容积，使体系压强增大
D．在反应保持化学平衡的时间段中，C2H5OH的体积分数最小的时间段是t2～t3
答案　CD
解析　t1时升高温度，正、逆反应速率均增大，且平衡逆向移动，A项正确；t3时加入催化剂，正、逆反应速率同等程度增大，平衡不移动，B项正确；由图和上述分析可知，在反应保持化学平衡的时间段中，C2H5OH的体积分数最小的时间段是t5～t6，D项错误。
　　　　　　　转化率(含量)—时间图像
导学
1．转化率(α)或者百分含量(%)等在不同温度或压强下随时间变化的图像——单一条件
图像示例 方法指导
看拐点： 先拐→先平衡、速率快、条件高，即“先拐先平数值大”。 想原理： 温度高低→ΔH；压强大小→气体化学计量数
(1)图Ⅰ表示T2>T1，正反应是放热反应，温度升高，平衡逆向移动。 (2)图Ⅱ表示p2>p1，压强增大，A的转化率减小，平衡逆向移动，说明正反应是气体总体积增大的反应。 (3)图Ⅲ中反应产物C的百分含量不变，说明平衡不发生移动，但反应速率a>b，故a可能使用了催化剂；也可能该反应是反应前后气体总体积不变的可逆反应，a增大了压强(压缩体积)
2.转化率(α)或者百分含量(%)等在不同温度或压强下随时间变化的图像——多条件
图像示例 方法指导
A(g)＋B(g)??xC(g) 图像中有三个量时定“一”议“二”，利用控制变量法、结合“先拐先平数值大”原则分析化学平衡图像。T相同时比较p：p2>p1，x＝1； p相同时比较T：T2>T1正反应吸热
导练
1．已知：4NH3(g)＋5O2(g)??4NO(g)＋6H2O(g)　ΔH＝－1 025 kJ·mol－1。若反应物起始的物质的量相同，下列关于该反应的示意图不正确的是(　　)
答案　C
解析　因为正反应为放热反应，升高温度，反应速率加快，达到平衡所用时间减少，但是平衡向逆反应方向移动，NO的含量减小，A正确、C错误；增大压强，反应速率加快，达到平衡所用时间减少，正反应为气体体积增大的反应，增大压强，平衡向逆反应方向移动，NO的含量减小，B正确；催化剂对平衡没有影响，只是加快反应速率，缩短达到平衡所用的时间，D正确。
2.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
答案　D
解析　由“先拐先平数值大”原则，对比①②可知T1＞T2，对比②③可知p2＞p1；对比①②，温度由T2升高到T1，φ(B)减小，说明升温平衡向正反应方向移动，所以正向为吸热反应；对比②③，由p1加压到p2，φ(B)增大，说明加压平衡向逆反应方向移动，所以逆向为缩体反应，即m＋n＜p。
1．对于达到平衡的可逆反应：X＋Y??W＋Z(已配平)，在t时刻增大压强(其他条件不变)，正、逆反应速率(v)随时间变化的情况如图所示。下列对X、Y、W、Z四种物质状态的描述正确的是(　　)
A．W、Z均为气体，X、Y中只有一种为气体
B．X、Y均为气体，W、Z中只有一种为气体
C．X、Y或W、Z中均只有一种为气体
D．X、Y均为气体，W、Z均为液体或固体
答案　B
解析　由图像可知，增大压强，正、逆反应速率都增大，且平衡正向移动，而增大压强时平衡应向气体分子数减小的方向移动。
2．可逆反应：aA(g)＋bB(s)??cC(g)＋dD(g)，当其他条件不变时，反应过程中某物质在混合物中的百分含量与温度(T)、压强(p)的关系如图，下列判断正确的是(　　)
A．T10 B．T1>T2　ΔH<0
C．p1答案　C
解析　依据“先拐先平数值大”的原则，T13．在一密闭容器中发生反应：N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g)　ΔH＜0，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～t3
D．t3～t4　　E．t4～t5　　F．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
t1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～t3
C．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　(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逆增大得更多，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，NH3的含量均比t0～t1时间段的低，所以t0～t1时间段内NH3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。