高考化学答题技巧之化学反应原理 题型四 平衡图像原因解释(原卷版)Word（37页）

题型四 平衡图像原因解释 1．化学平衡图象解题步骤 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，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，难度较大。大多数是以图表或图像的 形式给出信息需要考生对信息快速提取并加工出化学模型进行解答，这也是这部分真正的 难点所在。需要考生分辨出影响速率和平衡的因素，必备知识上考察影响速率和平衡的因 素，能力上要求考生信息的提取和加工，分析和推理的能力，既要求功底扎实又要求思维 灵活，发展了宏观辨识与微观探析，证据推理与模型认知的核心素养。在实际生产过程中， 影响因素是多元化、多方位和多层次的。在近几年的相关考题中，对单一因素影响的考查已经越 来越少了，主要以“多因素影响”出现，考查考生的综合分析判断能力。以实际情景(场景)为背 景，更能体现核心素养的要求。 2．复杂(竞争、连续)反应图象的解题流程 一、影响化学平衡的因素 1．若其他条件不变，改变下列条件对化学平衡的影响 改变的条件(其他条件不变) 化学平衡移动的方向 浓度 增大反应物浓度或减小生成物浓度 向正反应方向移动 减小反应物浓度或增大生成物浓度 向逆反应方向移动 压强(对有气体 参加的反应) 反应前后气体体积改变 增大压强 向气体分子总数减小的方向移动 减小压强 向气体分子总数增大的方向移动 反应前后气体体积不变 改变压强 平衡不移动 温度 升高温度 向吸热反应方向移动 降低温度 向放热反应方向移动 催化剂 同等程度改变v 正、v 逆，平衡不移动 2．“惰性气体”对化学平衡移动的影响 (1)恒温、恒容下：加入惰性气体⃗ 引起体系总压增大，但体积不变，各反应物、生成物的浓度均未 改变，故反应速率不变，V 正、V 逆也不变，化学平衡也不发生移动 (2)恒温、恒压下：加入惰性气体⃗ 引起体积增大⃗ 引起各反应物浓度减少⃗ 引起反应速率减小， V 正、V 逆均减小，等效于降压，故化学平衡向气体总体积增大的方向移动 二、常见化学平衡图像的类型 1．速率—时间图像(vt 图像)： Ⅰ Ⅱ Ⅲ 解题原则：分清正反应、逆反应及二者的相对大小，分清“突变”和“渐变”；正确判断化学平衡的 移动方向；熟记浓度、压强、温度、催化剂等对化学平衡移动的影响规律。 Ⅰ．v′正突变，v′逆渐变，且v′正>v′逆，说明是增大了反应物的浓度，使v′正突变，且平衡正向移动。 Ⅱ．v′正、v′逆都是突然减小的，且v′正>v′逆，说明平衡正向移动，该反应的正反应可能是放热反应或气体 总体积增大的反应，降低温度或减小压强，使v′正、v′逆突然减小，且v′正＞v′逆。 Ⅲ．v′正、v′逆都是突然增大的且增大程度相同，说明该化学平衡没有发生移动，可能是使用了催化剂， 也可能是对反应前后气体总体积不发生变化的反应压缩体积(即增大压强)所致。 2．百分含量(或转化率)—时间—温度(或压强)图像： Ⅰ Ⅱ Ⅲ 解题原则——“先拐先平数值大”。 在化学平衡图像中，先出现拐点的反应则先达到平衡，先出现拐点的曲线表示的温度较高(如图Ⅰ中 T2>T1)、压强较大(如图Ⅱ中p2>p1)或使用了催化剂(如图Ⅲ中a 使用了催化剂)。 Ⅰ．表示T2>T1，正反应是放热反应，温度升高，平衡逆向移动。 Ⅱ．表示p2>p1，A 的转化率减小，说明正反应是气体总体积增大的反应，压强增大，平衡逆向移动。 Ⅲ．生成物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 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)。 3．百分含量(或转化率)—压强—温度图像： Ⅰ Ⅱ 解题原则——“定一议二”。 在化学平衡图像中，包括纵坐标、横坐标和曲线所表示的三个变量，分析方法是确定其中一个变量， 讨论另外两个变量之间的关系。如上图Ⅰ中确定压强为105 Pa 或107 Pa，则生成物C 的百分含量随温度T 的升高而逐渐减小，说明正反应是放热反应；再确定温度T 不变，作横坐标的垂线，与压强线出现两个交 点，分析生成物C 的百分含量随压强p 的变化可以发现，压强增大，生成物C 的百分含量增大，说明正反 应是气体总体积减小的反应。 三、化学平衡图像题的思维建模 有关化学平衡、化学反应速率的图表题一直是高考关注的热点，在审题时，一般采用“看特点，识图 表，想原理，巧整合”四步法解答。 细致推敲 排除干扰 认真分析 抓住关键 整合知识 发散思维 已有知识 题给信息 得出结论 精细推敲 提出假设 获取信息 第一步：看特点。即分析可逆反应方程式，观察物质的状态、气态物质分子数的变化(正反应是气体分 子数增大的反应，还是气体分子数减小的反应)、反应热(正反应是放热反应，还是吸热反应)等。 第二步：识图像。即识别图像类型，横坐标和纵坐标的含义、线和点(平台、折线、拐点等)的关系。 利 用规律“先拐先平，数值大”判断，即曲线先出现拐点，先达到平衡，其温度、压强越大。 第三步：想原理。联想化学反应速率、化学平衡移动原理，特别是影响因素及使用前提条件等。[来源 科 第四步：巧整合。图表与原理整合，逐项分析图表，重点看图表是否符合可逆反应的特点、化学反应 速率和化学平衡原理。 1．(2023•海南卷，16 节选)磷酸二氢钾在工农业生产及国防工业等领域都有广泛的应用。某研究小组 用质量分数为85%的磷酸与KCl(s)反应制备KH2PO4(s)，反应方程式为H3PO4(aq)+KCl(s) KH2PO4(s) +HCl(g)一定条件下的实验结果如图1 所示。 回答问题： (1)该条件下，反应至1h 时KCl 的转化率为_______。 (2)该制备反应的ΔH 随温度变化关系如图2 所示。该条件下反应为_______反应(填“吸热”或“放 热”)，且反应热随温度升高而_______。 2．(2023•江苏卷，14 节选)V2O5-WO3/TiO2催化剂能催化NH3脱除烟气中的NO，反应为：4NH3(g)＋ O2(g)+4NO(g)=4N2g)+6H2O(g) ΔH＝-1632.4kJ·mol−1 (2)催化剂的应用。将一定物质的量浓度的NO、O2、NH3(其余为N2)气体匀速通过装有V2O5-WO3/TiO2 催化剂的反应器，测得NO 的转化率随温度的变化如题图所示。反应温度在320~360℃范围内，NO 转化率 随温度变化不明显的原因是___________；反应温度高于380℃，NO 转化率下降，除因为进入反应器的 NO 被还原的量减少外，还有___________(用化学方程式表示)。 3．(2023•湖北省选择性考试，19 节选)(5) (g) C40H18 (g) + H• (g)及 C40H10 (g) + H• (g)反应的lnK (K 为平衡常数)随温度倒数的关系如图所示。已知本实验条件下， (R 为理想气体常数，c 为截距)。图中两条线几乎平行，从结构的角度分析其原因是_______。 4．(2023•湖南卷，16 节选)(3)在 、 下，以水蒸气作稀释气。Fe2O3作催化剂，乙苯除脱氢 生成苯乙烯外： ① ② ③ ④ 还会发生如下两个副反应： ⑤ ⑥ 以上反应体系中，芳香烃产物苯乙烯、苯和甲苯的选择性S( )随乙苯转化率的变化曲线如图所示，其中曲线b 代表的产物是 _______，理由是_______； 5．(2023•辽宁省选择性考试，18 节选)硫酸工业在国民经济中占有重要地位。 (3)接触法制硫酸的关键反应为SO2的催化氧化： SO2(g)+ O2(g) SO3(g) ΔH=-98.9kJ·mol-1 ( ) ⅰ为寻求固定投料比下不同反应阶段的最佳生产温度，绘制相应转化率(α)下反应速率(数值已略去)与 温度的关系如下图所示，下列说法正确的是_______。 a．温度越高，反应速率越大 b．α=0.88 的曲线代表平衡转化率 c．α 越大，反应速率最大值对应温度越低 d．可根据不同 下的最大速率，选择最佳生产温度 ( ) ⅱ为提高钒催化剂的综合性能，我国科学家对其进行了改良。不同催化剂下，温度和转化率关系如下 图所示，催化性能最佳的是_______(填标号)。 ( ) ⅲ设O2的平衡分压为p，SO2的平衡转化率为αe，用含p 和αe的代数式表示上述催化氧化反应的 Kp=_______(用平衡分压代替平衡浓度计算)。 6．(2023•山东卷，20 节选)一定条件下，水气变换反应CO+H2O CO2+H2的中间产物是 HCOOH。为探究该反应过程，研究 水溶液在密封石英管中的分子反应： Ⅰ．HCOOH CO+H2O(快) Ⅱ．HCOOH CO2+H2(慢) (3) 温度下，在密封石英管内完全充满1.0 mol·L-1HCOOH 水溶液，使 分解，分解产物均完 全溶于水。含碳物种浓度与反应时间的变化关系如图所示(忽略碳元素的其他存在形式)。 时刻测得CO、 CO2的浓度分别为0.70 mol·L-1、0.16 mol·L-1，反应Ⅱ达平衡时，测得H2的浓度为y mol·L-1。体系达平衡后 _____(用含y 的代数式表示，下同)，反应Ⅱ的平衡常数为_____。 相同条件下，若反应起始时溶液中同时还含有0.10 mol·L-1盐酸，则图示点 中，CO 的浓度 峰值点可能是_____(填标号)。与不同盐酸相比，CO 达浓度峰值时，CO2浓度_____(填“增大”“减小”或 “不变”)， 的反应_____(填“增大”“减小”或“不变”)。 7．(2023•全国新课标卷，29 节选)氨是最重要的化学品之一，我国目前氨的生产能力位居世界首位。 (4)在不同压强下，以两种不同组成进料，反应达平衡时氨的摩尔分数与温度的计算结果如下图所示。 其中一种进料组成为 ，另一种为 。(物质i 的摩尔分数： ) ①图中压强由小到大的顺序为_______，判断的依据是_______。 ②进料组成中含有情性气体 的图是_______。 ③图3 中，当 、 时，氮气的转化率 _______。该温度时，反应 的平衡常数 _______ (化为最简式)。 8．(2023•浙江省6 月选考，19 节选)水煤气变换反应是工业上的重要反应，可用于制氢。 水煤气变换反应：H2O(g)+ CO(g) CO2 (g)+ H2(g) ΔH＝－41.2 kJ·mol－1 该反应分两步完成： 3Fe2O3(s)＋CO(g) 2Fe3O4(s)＋CO2(g) ΔH1＝－47.2 kJ·mol－1 2Fe3O4 (s)＋H2O(g) 3Fe2O3 (s)＋H2(g) ΔH2 (4)水煤气变换反应是放热的可逆反应，需在多个催化剂反应层间进行降温操作以“去除”反应过程中 的余热(如图1 所示)，保证反应在最适宜温度附近进行。 ①在催化剂活性温度范围内，图2 中b-c 段对应降温操作的过程，实现该过程的一种操作方法是_____ _。 A．按原水碳比通入冷的原料气 B．喷入冷水(蒸气) C．通过热交换器换热 ②若采用喷入冷水(蒸气)的方式降温，在图3 中作出 平衡转化率随温度变化的曲线____。 9．(2023•广东卷，19 节选)配合物广泛存在于自然界，且在生产和生活中都发挥着重要作用。 (1)某有机物 能与Fe2+形成橙红色的配离子[FeR3]2+，该配离子可被HNO3氧化成淡蓝色的配离子 [FeR3]3+。 ①基态 的 电子轨道表示式为 。 ②完成反应的离子方程式：NO3 - +2 [FeR3]2++3H+ ____+2 [FeR3]2++H2O (2)某研究小组对(1)中②的反应进行了研究。 用浓度分别为2.0 mol·L-1、2.5 mol·L-1、3.0 mol·L-1的HNO3溶液进行了三组实验，得到c[([FeR3]2+)]随 时间t 的变化曲线如图。 ①c(HNO3)= 3.0 mol·L-1时，在0~1 min 内，[FeR3]2+的平均消耗速率= 。 ②下列有关说法中，正确的有 。 A．平衡后加水稀释， 增大 B．[FeR3]2+平衡转化率： C．三组实验中，反应速率都随反应进程一直减小 D．体系由橙红色转变为淡蓝色所需时间： 1．(2024·广东省深圳市罗湖区高三期末节选)2023 年杭州亚运会开幕式首次使用“零碳甲醇”作为主 火炬塔燃料。 (4) NiO-In2O3可催化CO2的氢化，体系中产生CH3OH 和CO。现将一定比例的CO2、H2以一定流速通 过催化剂，某温度下，得到CO2的转化率、CH3OH 或CO 的选择性[ ]与催化剂 中NiO 质量分数的关系图： ①曲线 (填“X”或“Y”)表示CO2的转化率随催化剂中NiO 的质量分数的变化。 ②有利于提高CH3OH 选择性的反应条件是 (填标号)。 A．减小压强 B．使用更合适的催化剂 C．原料气中掺入适量的CO 2．(2024·江苏省苏州市高三期末节选)将模拟烟气(主要成分为NO、NH3、O2)匀速通过装有催化剂的 反应管，NH3和NO 反应机理可表示为( 表示吸附态)。 (3)负载不同含量CeO2的催化剂对NO 的脱除率随温度的变化如图所示。 ①130~200℃温度范围内，随着温度的升高， 脱除率均迅速增大原因是 。 ②催化剂的催化效率与反应物在载体表面的吸附和活性物质表面的反应有关。温度高于400℃，使用 催化剂 的NO 脱除率明显低于催化剂 ，其原因是 。 3．利用太阳能光解水，制备的H2用于还原CO2合成有机物，可实现资源的再利用 用H2还原CO2可以在一定条件下合成CH3OH(不考虑副反应) CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＜0 恒压下，CO2和H2的起始物质的量比为1∶3 时，该反应在无分子筛膜时甲醇的平衡产率和有分子筛膜 时甲醇的产率随温度的变化如图所示，其中分子筛膜能选择性分离出H2O (1)甲醇平衡产率随温度升高而降低的原因为_________________________________________。 (2)P 点甲醇产率高于T 点的原因为________________________________________________。 (3)根据图，在此条件下采用该分子筛膜时的最佳反应温度为______℃。 4．乙苯催化脱氢制取苯乙烯的反应为： (g)＋CO2(g) (g)＋ CO(g)＋H2O(g)， 其反应历程如下： 一定温度下，向恒容密闭容器中充入一定量的乙苯和CO2，起始压强为p0 [气体分压(p 分)=气体总压(p 总)×气体体积分数]。乙苯平衡转化率与p(CO2)的关系如下图所示，请解释乙苯平衡转化率随着p(CO2)变化 而变化的原因________________________________________________。 5．在密闭容器中充入5 mol CO 和4 mol NO，发生2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g) ΔH＝－746.5 kJ·mol－1反应，如图为平衡时NO 的体积分数与温度、压强的关系。 若在D 点对反应容器升温的同时扩大体积至体系压强减小，重新达到的平衡状态可能是图中A～G 点 中的________点。 5.容积均为1L 的甲、乙两个容器，其中甲为绝热容器，乙为恒温容器。相同温度下，分别充入0.2mol 的NO2，发生反应：2NO2(g) N2O4(g) ΔH<0，甲中NO2的相关量随时间变化如图所示。 0～3s 内，甲容器中NO2的反应速率增大的原因是__________________________。 6．(2024·云南部分名校高三联考理科综合节选)(4)在体积均为2L 的甲、乙两恒容密闭容器中分别通入 l mol N2 和3mol H2，分别在不同条件下达到平衡，测得 NH₃ 的物质的量与时间的关系如图2 所示。 ①相对甲，乙仅改变的一个条件是 ，正反应速率：a (填“>”、“<”或“=”)b。 ②在该条件下，乙的平衡常数为 (结果保留2 位小数)。 7．(2024· 浙江省9 +1 高中联盟高三联考节选)氢能源是最具应用前景的能源之一。甲烷-水蒸气催化重 整制氢(SMR)是一种制高纯氢的方法之一，其涉及的主要反应如下： 反应Ⅰ：CH4(g)＋H2O(g) CO(g)＋3H2(g) ΔH1＝+206.3kJ·mol−1 反应Ⅱ：CH4(g)＋2H2O(g) CO2(g)＋4H2(g) ΔH2 反应Ⅲ：CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) ΔH3＝-41.1kJ·mol−1 (3)650 ( ℃局部温度过高会造成积碳)、按照一定流速通入原料气，当水碳比[ ]一定时，催化剂 中无添加吸附剂和添加P-Li4SiO4吸附剂(吸收CO2)，各气体组分反应的平衡含量与时间的关系如图所示： ①催化剂中添加P-Li4SiO4吸附剂与无添加吸附剂比较，t1min 前H2的平衡含量升高，CO2、CO 和CH4 的平衡含量降低；t1min 后H2的平衡含量降低，CO2、CO 和CH4的平衡含量升高，最后与无添加吸附剂时 的含量相同，可能的原因是 。 ②实验时发现t1min 后CO2的平衡含量低于理论平衡值，CO 的平衡含量高于理论平衡值，可能的原因 是 。(用化学反应方程式表示) 8．(2024·山东烟台高三期中联考节选)将CO2转化为高附加值碳基燃料，可有效减少碳排放。将CO2 和H2在催化剂作用下，可实现二氧化碳甲烷化。可能发生反应： i．CO2(g)+4H2 (g) CH4 (g)+2 H2O(g) ΔH1 ii．CO2(g)+H2 (g) CO (g)+ H2O(g) ΔH2＝+41.2 kJ·mol－1 iii．CO(g)+3H2 (g) CH4 (g)+ H2O(g) ΔH3＝-206.1kJ·mol－1 (1)利用不同催化剂，在一定温度和反应时间条件下，测得产物的生成速率与催化剂的关系如图可知有 利于制甲烷的催化剂是 。 2．(2024·湖北鄂东南省级示范高中教育教学改革联盟高三联考节选)空气中CO2含量的控制和CO2资 源利用具有重要意义。 (1)已知25℃、101 下，在合成塔中，可通过二氧化碳和氢气合成甲醇，后续可制备甲酸。某反应 体系中发生反应如下： Ⅰ．CO2(g)+H2 (g) CO (g)+ H2O(g) ΔH1＝+41.2 kJ·mol－1 Ⅱ．CO2(g)+3H2 (g) CH3OH (g)+ H2O(g) ΔH2＝-49 kJ·mol－1 Ⅲ．CO2(g)+4H2 (g) CH4 (g)+2 H2O(g) ΔH3＝-165 kJ·mol－1 (2)向刚性密闭容器中通入一定量CO2和H2，发生反应Ⅰ和反应Ⅱ，温度对 和CH3OH 的物质的量 分数影响如图所示。