第40讲　化学反应速率与平衡的图像解答策略(能力课)（共64张PPT）-2024届高考化学一轮复习

(共64张PPT)
第40讲　化学反应速率与平衡的图像解答策略(能力课)
第四部分　化学反应原理
第七章　化学反应速率与化学平衡
　　　　　1.掌握反应速率与化学平衡的有关图像分析方法。　2.掌握外界条件(温度、压强、催化剂、浓度、组成比等)对速率、平衡的图像影响。　3.学会分析生产、科技中特定测定图像的分析方法。
环节一　模型建构
01
图像试题的一般解题思路
　(2021·广东选择性考试，T19节选)我国力争于2030年前做到碳达峰，2060年前实现碳中和。CH4与CO2重整是CO2利用的研究热点之一。该重整反应体系主要涉及以下反应：
(1)反应a、c、e中，属于吸热反应的有______(填字母)。
(3)在图中A点对应温度下、原料组成为n(CO2)∶n(CH4)＝1∶1、初始总压为100 kPa的恒容密闭容器中进行反应，体系达到平衡时H2的分压为40 kPa。计算CH4的平衡转化率，写出计算过程：
___________________________________________________________。
环节二　分类突破
02
　　　　　　 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(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，压强或温度增大，正反应速率增大得快，平衡正向移动。
1．(2022·合肥调研)向绝热恒容密闭容器中通入SO2和NO2，一定条件下发生反应：SO2(g)＋NO2(g) SO3(g)＋NO(g)，反应过程中正反应速率随时间的变化关系如图所示。下列有关说法正确的是(　　)
A．该反应在c点时达到平衡状态
B．SO2的浓度：aC．反应物具有的总能量小于生成物具有的总能量
D．若Δt1＝Δt2，则正反应SO2的消耗量：ab段D　[
]
　　　　　　 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
(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，从而确定反应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)，右图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2．在某密闭容器中，可逆反应：A(g)＋B(g) xC(g)符合图Ⅰ所示关系，φ(C)表示C气体在混合气体中的体积分数。由此判断，下列关于图Ⅱ的说法不正确的是(　　)
A．p3>p4，y轴表示A的转化率
B．p3>p4，y轴表示B的转化率
C．p3>p4，y轴表示B的质量分数
D．p3>p4，y轴表示混合气体的平均相对分子质量
C　[根据图Ⅰ可知，T1>T2，ΔH<0；p2>p1，x<2。p3>p4，增大压强，平衡正向移动，B的质量分数减小，C项错误。]
(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)＝2.0 mol·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________v逆(填“>”“＝”或“<”)。
[答案]　(1)<　p3
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。
4．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)________v正(d)(填“>”“＝”或“<”，下同)。
(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_______________________________________________________。
[解析]　(1)温度越高，反应速率越快，d点温度高，则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)Kc>Kd。
[答案]　(1)<　(2)Kb>Kc>Kd　(3)T3～T4区间，化学反应已达到平衡，由于正反应是放热反应，温度升高平衡向逆反应方向移动，不利于CO2的捕获
生产、科技中的特定测定图像
　生产、科技中的特定测定图像充分体现了化学知识的“学以致用”的社会责任的化学素养。是高考命题专家特别关注的命题点。图像涉及的信息非常的多。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。
　　　　　　涉及投料比的条件选择图像分析
5．采用一种新型的催化剂(主要成分是Cu—Mn合金)，利用CO和H2制备二甲醚(DME)。
测得反应体系中各物质的产率或转化率与催化剂的关系如图所示。
[答案]　2.0
根据图中所示判断提高脱硝效率的最佳条件是___________________；
氨氮比一定时，在400 ℃时，脱硝效率最大，其可能的原因是_______________________________________。
[答案]　氨氮物质的量之比为1，温度为400 ℃
在400 ℃时催化剂的活性最好，催化效率最高，同时400 ℃温度较高，反应速率快
　　　　　　涉及物质选择性的图像分析
7．(2022·淄博模拟)以CO2为原料加氢合成二甲醚、甲醇有利于促进实现“碳中和”。在二氧化碳加氢制取二甲醚的合成塔中发生以下3个反应：
①当温度超过290 ℃，CO2的平衡转化率随温度升高而增大的原因是____________________________________________________________________________________________。
除改变温度外，能提高二甲醚选择性的措施为________(写一种即可)。
②根据图中的数据，300 ℃时上述反应达到平衡CH3OCH3的物质的量分数为________(保留三位有效数字)。
[解析]　(1)目标反应由2×反应ⅰ＋反应ⅱ得到，由盖斯定律可知，ΔH＝2ΔH1＋ΔH2＝2×(－49.01 kJ·mol－1)＋(－24.52 kJ·mol－1)＝－122.54 kJ·mol－1。
(2)①由题给方程式可知，反应ⅰ、ⅱ都是放热反应，而反应ⅲ是吸热反应，当温度超过290 ℃时，反应ⅲ的平衡正向移动，被促进成为主要反应，二氧化碳的转化率增大；二氧化碳与氢气合成二甲醚的反应为气体分子数减小的反应，反应ⅲ为气体分子数不变的反应，增大压强，合成二甲醚的反应平衡向正反应方向移动，反应ⅲ平衡不移动，
所以增大压强能提高二甲醚的选择性。②从图中可读出300 ℃时，CO2的平衡转化率为30%，CO的选择性为70%，二甲醚的选择性为20%，设CO2初始为10 mol，H2初始为40 mol，CO2转化了10 mol×30%＝3 mol，剩余7 mol。生成二甲醚0.5×3 mol×20%＝0.3 mol，生成CO 3 mol×70%＝2.1 mol，生成甲醇3 mol×(1－20%－70%)＝0.3 mol。0.3 mol二甲醚含H原子物质的量为0.3 mol×6＝1.8 mol，0.3 mol甲醇含H原子物质的量为0.3 mol×4＝1.2 mol，由H原子守恒可知，体系中H原
[答案]　(1)－122.54　(2)①反应ⅰ、ⅱ都是放热反应，而反应ⅲ是吸热反应，当温度超过290 ℃时，反应ⅲ的平衡正向移动，被促进成为主要反应，CO2转化率增大　增大压强(或使用合适的催化剂)　②0.622%　
真题感悟·明确考向
03
1．(2022·广东选择性考试，T13)恒容密闭容器中，BaSO4(s)＋4H2(g)
BaS(s)＋4H2O(g)在不同温度下达平衡时，各组分的物质的量(n)如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．该反应的ΔH<0
B．a为n(H2O)随温度的变化曲线
C．向平衡体系中充入惰性气体，平衡不移动
D．向平衡体系中加入BaSO4，H2的平衡转化率增大
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C　[n(H2)随温度升高而减小，正向吸热，ΔH>0，A错误；n(H2O)随温度升高而增大，B错误；BaSO4为固体，加入BaSO4，平衡不移动，α(H2)不变，D错误。]
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2．(2022·全国甲卷，T28节选)(1)在1.0×105Pa，将TiO2、C、Cl2以物质的量比1∶2.2∶2进行反应。体系中气体平衡组成比例(物质的量分数)随温度变化的理论计算结果如图所示。
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①反应C(s)＋CO2(g)===2CO(g)的平衡常数Kp(1 400 ℃)＝_______Pa。
②图中显示，在200 ℃平衡时TiO2几乎完全转化为TiCl4，但实际生产中反应温度却远高于此温度，其原因是____________________。
(2)TiO2碳氯化是一个“气—固—固”反应，有利于TiO2－C“固—固”接触的措施是___________________________________________。
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[答案]　(1)7.2×105　为了提高反应速率，在相同时间内得到更多的TiCl4产品，提高效益　(2)将两固体粉碎后混合，同时鼓入Cl2，使固体粉末“沸腾”
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3．(2022·山东等级考，T20)利用γ 丁内酯(BL)制备1，4 丁二醇(BD)，反应过程中伴有生成四氢呋喃(THF)和1 丁醇(BuOH)的副反应，涉及反应如下：
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已知：①反应Ⅰ为快速平衡，可认为不受慢反应Ⅱ、Ⅲ的影响；②因反应Ⅰ在高压H2氛围下进行，故H2压强近似等于总压。回答下列问题：
(1)以5.0×10－3 mol BL或BD为初始原料，在493 K、3.0×103 kPa的高压H2氛围下，分别在恒压容器中进行反应。达平衡时，以BL为原料，体系向环境放热X kJ；以BD为原料，体系从环境吸热Y kJ。忽略副反应热效应，反应Ⅰ焓变ΔH(493 K，3.0×103 kPa)＝________ kJ·mol－1。
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(2)初始条件同上。xⅰ表示某物种ⅰ的物质的量与除H2外其他各物种总物质的量之比，xBL和xBD随时间t变化关系如图甲所示。实验测得X1
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