专题 化学反应速率和平衡图像 课件(共43张PPT)

(共43张PPT)
专题 化学反应速率和平衡图像
考题统计
化学反应速率和平衡图像:
湖北卷(2023),广东卷(2022、2021),湖南卷(2023、2022、2021),河北卷(2022、2021),辽宁卷(2022、2021),山东卷(2022、2021、2020),海南卷(2022、2021),江苏卷(2022、2021),北京卷(2022、2021),天津卷(2021),全国新课标卷(2023)
聚焦核心要点
要点1速率-时间(v-t)图像及分析
1.“渐变”类v-t图像及分析
图像 分析 结论
t1时v'(正)突然增大,v'(逆)逐渐增大;v'(正)>v'(逆),平衡向正反应方向移动 t1时其他条件不变,增大反应物的浓度
图像 分析 结论
t1时v'(正)突然减小,v'(逆)逐渐减小;v'(逆)>v'(正),平衡向逆反应方向移动 t1时其他条件不变,减小反应物的浓度
t1时v'(逆)突然增大,v'(正)逐渐增大;v'(逆)>v'(正),平衡向逆反应方向移动 t1时其他条件不变,增大生成物的浓度
图像 分析 结论
t1时v'(逆)突然减小,v'(正)逐渐减小;v'(正)>v'(逆),平衡向正反应方向移动 t1时其他条件不变,减小生成物的浓度
2.“断点”类v-t图像及分析
图像
t1时刻 所改变 的条件 温度 升高 降低 升高 降低
正反应为放热的反应 正反应为吸热的反应 压强 增大 减小 增大 减小
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 3.“平台”类v-t图像及分析
图像 分析 结论
t1时v'(正)、v'(逆)均突然增大且v'(正)=v'(逆),平衡不移动 其他条件不变,t1时使用催化剂
其他条件不变,t1时增大反应体系的压强且反应前后气体体积无变化
图像 分析 结论
t1时v'(正)、v'(逆)均突然减小且v'(正)=v'(逆),平衡不移动 其他条件不变,t1时减小反应体系的压强且反应前后气体体积无变化
要点2化学平衡图像及分析
1.浓度(转化率、百分含量)-时间图像及分析
C%指生成物的百分含量,B%指反应物的百分含量。
微点拨
解题“秘钥”——“先拐先平,数值大”。即曲线先出现拐点的首先达到平衡,反应速率快,以此判断温度或压强的高低,再依据外界条件对平衡的影响分析判断反应的热效应及反应前后气体体积的变化。
2.转化率(或质量分数)与压强-温度图像
(1)恒压线图像
(2)恒温线图像
微点拨
表示两个外界条件同时变化时,反应物A的转化率变化情况,解决这类图像一般采用“定一议二”的方法,即把自变量(温度、压强)之一设为恒量,讨论另外两个变量的关系。
3.两类特殊图像
(1)对于化学反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),M点前,表示从反应开始,v(正)>v(逆);M点为刚达到平衡点;M点后为平衡受温度的影响情况,即升高温度,A%增加或C%减少,平衡逆向移动,则有ΔH<0。
(2)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。L线的上方(E点),A%大于此压强时平衡体系中A%,则E点满足v(正)>v(逆);同理L线的下方(F点)满足v(正)精研核心命题
命题点1浓度(速率、转化率)-时间图像及分析
典例1　(2023·湖南卷)向一恒容密闭容器中加入1 mol CH4和一定量的H2O,发生反应:CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)。CH4的平衡转化率按不同投料比 随温度的变化曲线如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.x1B.反应速率:vb正C.点a、b、c对应的平衡常数:KaD.反应温度为T1,当容器内压强不变时,
反应达到平衡状态
B
解析 加入1 mol CH4和一定量的H2O发生反应,增大n(H2O)时,x= 减小,但CH4的平衡转化率增大,结合图像知x1vc正,B错误;依据相同投料比时CH4转化率随温度变化曲线知,正反应为吸热反应,则温度升高,K值变大,故Ka变式演练(2023·湖南岳阳一模)在起始温度均为T ℃、容积均为10 L的密闭容器A(恒温)、B(绝热)中均加入1 mol N2O和4 mol CO,发生反应N2O(g)+CO(g) N2(g)+CO2(g)　ΔH<0。已知k(正)、k(逆)分别是正、逆反应速率常数,v(正)=k(正)·c(N2O)·c(CO),v(逆)=k(逆)·c(N2)·c(CO2),A、B容器中N2O的转化率随时间的变化关系如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.曲线M表示B容器中N2O的转化率随时间的变化
B.用CO的浓度变化表示曲线N在0~100 s内的反应速率为1×10-4 mol·L-1·s-1
C.Q点v(正)大于P点v(逆)
D
解析 该反应是放热反应,B(绝热)容器中温度高于A(恒温),又起始加入反应物量相同,则相同时间内B中速率大,先达到平衡,故M线表示B容器中N2O的转化率随时间的变化,A正确;曲线N在0~100 s N2O转化率为10%,则消耗N2O为0.1 mol,同时消耗0.1 mol CO,则有v(CO)= =1×10-4 mol·L-1·s-1,B正确;P点和Q点N2O转化率相同且均未达平衡,即P点v(正)>v(逆),又Q点温度高于P点,则Q点v(正)>P点v(正),故Q点v(正)>P点v(逆),C正确;曲线N达到平衡时N2O转化率为25%,即消耗0.25 mol N2O和0.25 mol CO,则平衡时N2O为0.75 mol、CO为3.75 mol、N2为0.25 mol、CO2为0.25 mol,由于平衡时有v(正)=v(逆),则
命题点2温度(或压强)-时间图像及分析
典例2　(2022·湖南卷,14改编)向容积均为1 L的两恒容容器中分别充入2 mol X和1 mol Y发生反应:2X(g)+Y(g) Z(g)　ΔH,其中甲为绝热过程,乙为恒温过程,两反应体系的压强随时间的变化曲线如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.ΔH>0
B.气体的总物质的量:naC.a点平衡常数:K<12
D.反应速率:va正B
解析 甲容器在绝热条件下,随着反应的进行,压强先增大后减小,根据理想气体状态方程pV=nRT可知,刚开始压强增大的原因是容器内的温度升高,则上述反应放热,即ΔH<0,A错误。该反应为放热反应,图中a点和c点的压强相等,甲容器为绝热过程,乙容器为恒温过程,若两者气体物质的量相等,则甲容器压强大于乙容器压强,说明a点气体总物质的量小于c点时气体总物质的量,即na　　　　　　　2X(g)+Y(g) Z(g)
起始/(mol·L-1) 2 1 0
转化/(mol·L-1) 2x x x
平衡/(mol·L-1) 2-2x 1-x x
变式演练(2023·广东佛山一模)一定温度下,在刚性容器中加入等物质的量的H2(g)与NO(g)发生反应:2H2(g)+2NO(g) N2(g)+2H2O(g)　ΔH<0,测得H2(g)与H2O(g)的分压随时间变化如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.当气体密度不再变化时,反应达到平衡
B.体系中气体总物质的量n初始∶n平衡=5∶4
C.升高温度,反应速率:v(正)减小,v(逆)增大
D.该反应的活化能:E(正)>E(逆)
B
解析 反应过程中气体总质量不变,容器容积不变,则气体密度保持不变,不能判断反应是否达到平衡,A错误;根据题意,列出三段式:
　　 2H2(g)+2NO(g) N2(g)+2H2O(g)　总压强
起始/kPa 2.5p0 2.5p0 0 0 5p0
变化/kPa 2p0 2p0 p0 2p0
平衡/kPa 0.5p0 0.5p0 p0 2p0 4p0
则体系中气体总物质的量:n初始∶n平衡=p初始∶p平衡=5p0∶4p0=5∶4,B正确;升高温度,正、逆反应速率都增大,C错误;该反应为放热反应,则正反应活化能小于逆反应活化能,D错误。
【思维建模】解答化学反应速率和平衡图像类题目的思维模型
练真题·明考向
1.(2022·浙江1月选考卷)在恒温恒容条件下,发生反应A(s)+2B(g) 3X(g), c(B)随时间的变化如图中曲线甲所示。下列说法不正确的是(　　)
A.从a、c两点坐标可求得从a到c时间间隔内该化学反应的平均速率
B.从b点切线的斜率可求得该化学反应在反应开始时的瞬时速率
C.在不同时刻都存在关系:2v(B)=3v(X)
训练分层落实
D.维持温度、容积、反应物的起始量不变,向反应
体系中加入催化剂,c(B)随时间变化关系如图中曲线乙所示
C
解析 题图中可以得到单位时间内的浓度变化,反应速率是单位时间内物质的浓度变化计算得到,从a、c两点坐标可求得从a到c时间间隔内该化学反应的平均速率,A正确;b点处的切线的斜率是CO的瞬时速率,B正确;化学反应速率之比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比,则有3v(B)=2v(X),C错误;维持温度、容积不变,向反应体系中加入催化剂,平衡不移动,反应速率增大,达到新的平衡状态,平衡状态与原来的平衡状态相同,D正确。
2.(2021·重庆卷)甲异腈(CH3NC)在恒容密闭容器中发生异构化反应: CH3NC(g) ―→ CH3CN(g),反应过程中甲异腈浓度c随时间t的变化曲线如图所示(图中T为温度)。该反应的反应速率v与c的关系为v=kc,k为速率常数(常温下为常数),a点和b点反应速率相等,即v(a)=v(b)。下列说法错误的是(　　)
A.b~f段的平均反应速率为
1.0×10-4 mol·L-1·min-1
B.a点反应物的活化分子数多于d点
C.T1>T2
D.3v(d)=2v(e)
C
练易错·避陷阱
3.(2023·河北沧州一模)T ℃时,向容积为2 L的刚性容器中充入1 mol CO2和一定量的H2发生反应:CO2(g)+2H2(g) HCHO(g)+H2O(g),达到平衡时,HCHO的分压(分压=总压×物质的量分数)与起始 的关系如图所示。已知:初始加入2 mol H2时,容器内气体的总压强为1.2p kPa。下列说法错误的是(　　)
A.5 min时反应到达c点,v(H2)=0.1 mol·L-1·min-1
D.c点时,再加入CO2(g)和H2O(g),使二者分压均增大0.2p kPa,平衡不移动
B
4.(2023·江西上饶一模)利用天然气水蒸气重整制H2的反应为CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)　ΔH>0,每次只改变一种条件(X),其他条件不变,CH4的平衡转化率(φ)随X的变化趋势如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.X为温度时,φ的变化趋势为曲线N
B.X为压强时,φ的变化趋势为曲线M
D
解析 X为温度时,升高温度,平衡正向移动,CH4的平衡转化率φ增大,则φ的变化趋势为曲线M,A错误;X为压强时,增大压强,平衡逆向移动,CH4的平衡转化率φ减小,则φ的变化趋势为曲线N,B错误;X为投料比 时,增大CH4的物质的量,虽然平衡正向移动,但CH4的平衡转化率φ减小,则φ的变化趋势为曲线N,C错误;若CH4(g)、H2O(g)初始浓度均为0.2 mol·L-1,φ=25%,则平衡时CH4(g)、H2O(g)、CO(g)、H2(g)的物质的量浓度分别为0.15 mol·L-1、0.15 mol·L-1、0.05 mol·L-1、0.15 mol·L-1, D正确。
练预测·押考向
5.T ℃时,含等浓度的AgNO3与Fe(NO3)2的混合溶液中发生反应Fe2+(aq)+Ag+(aq) Fe3+(aq)+Ag(s)　ΔH<0,t1时刻,改变某一外界条件继续反应至t2(t2=4t1)时刻,溶液中c(Ag+)和c(Fe3+)随时间的变化关系如图所示。下列说法正确的是(　　)
已知:T ℃时,该反应的化学平衡常数K=1。
A.若t1时刻未改变外界条件,则此时该反应处于平衡状态
B.若t2时刻反应达到平衡,则t1时刻改变的条件可能为升温
C.若始终保持温度不变,则平均反应速率: 表示0~t1 s内Fe2+的平均反应速率, 表示0~t2 s内Fe2+的平均反应速率)
D.0~t2 s内Ag+的平均反应速率为 mol·L-1·s-1
答案 A　
6.水煤气变换:CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)　ΔH<0是重要的化工过程,主要用于合成氨、制氢以及合成气加工等工业领域中。回答下列问题:
(1)将一定量的CO(g)和H2O(g)充入某恒容密闭容器中,测得在不同催化剂作用下,相同时间内CO的转化率与温度的变化如图1所示:点1~3中,达到平衡状态的点是　　　　　;降低水煤气变换反应活化能效果最差的催化剂是　　　　　(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)。
图1
3
Ⅲ　
(2)对于反应CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g),采用催化剂Ⅰ,在1 073 K和973 K时,在恒容密闭容器中充入等物质的量的CO(g)、H2O(g),CO的转化率随时间变化的结果如图2所示。
图2
①下列能表示该反应达到化学平衡状态的
是　　　　　(填字母)。
A.容器内压强不再变化
B.容器内气体的密度不再变化
C.混合气体的平均摩尔质量不再变化
D.v正(CO)=v逆(CO2)
D
②973 K时CO的平衡转化率α=　　　　　%,1 073 K时该反应的平衡常数K=　　　　　(写成分数形式,下同)。
③已知反应速率v=v(正)-v(逆)=k(正)x(CO)·x(H2O)-k(逆)x(CO2)·x(H2),k(正)、k(逆)分别为正、逆向反应速率常数,x为物质的量分数,计算点a处的
27
解析 (1)从题图中可知,同等条件下,在催化剂Ⅰ的作用下,相同时间内CO的转化率是最高的,所以催化剂Ⅰ的催化效果是最好的,催化剂Ⅲ效果最差,速率最慢,所以降低活化能的效果最差;该反应在点3达到平衡状态。
(2)①该反应为气体分子数不变的反应,故反应过程中,容器内压强始终不变,A项错误;恒容则容器容积不变,容器内气体的质量不变,故混合气体的密度始终不变,B项错误;气体的质量不变,气体的物质的量也不变,混合气体的平均摩尔质量也一直保持不变,C项错误;该反应过程中始终存在v正(CO)=v正(CO2),所以v正(CO2)=v逆(CO2)时,同一种物质的反应速率v(正)=v(逆),反应达到平衡状态,故D项正确。②该反应为放热反应,降低温度,平衡正向移动,CO的平衡转化率增大,973 K时反应的平衡转化率是27%。设CO(g)、H2O(g)的浓度均为1 mol·L-1,由题图知,1 073 K时CO的平衡转化率为25%。由三段式可知:
　　　　　　　CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)
起始/(mol·L-1) 1 1 0 0
转化/(mol·L-1) 0.25 0.25 0.25 0.25
平衡/(mol·L-1) 0.75 0.75 0.25 0.25
③由v=v(正)-v(逆)=k(正)x(CO)·x(H2O)-k(逆)x(CO2)·x(H2)可知v(正)=k(正)x(CO)·x(H2O);v(逆)=k(逆)x(CO2)·x(H2)。平衡时有v(正)=v(逆),即 ,点a处CO的转化率为20%。由三段式可知:
　　　　　　CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)
起始/(mol·L-1) 1 1 0 0
转化/(mol·L-1) 0.20 0.20 0.20 0.20
a点/(mol·L-1) 0.80 0.80 0.20 0.20