高考化学答题技巧之选择题 题型04 化学反应速率与平衡图像分析(解析版)Word（25页）

题型04 化学反应速率与平衡图像分析 1．物质的量(浓度)、速率——时间图像 (1) 速率— 时间 图像 如N2＋3H2 2NH3ΔH<0， 建立平衡后，加热对速率的影 响如图。 此类图像定性地揭示了v(正)、v(逆)随时 间(含条件改变对速率的影响)而变化的规律， 体现了平衡的“动、等、定、变”的基本特 征，以及平衡移动的方向。 (2) 全程速率— 时间图像 如Zn 与足量盐酸的反 应，反应速率随时间的变化出 现如图情况。 解释原因：AB 段(v 渐大)，因为是放热 反应，随反应的进行，温度渐高，导致反应 速率的渐大；BC 段(v 渐小)，则主要因为随反 应的进行，溶液中c(H＋)渐小，导致反应速率 渐小。 (3)物质的量(或 浓度)—时间图 例如，某温度时，在定容 (V L)容器中，X、Y、Z 三种物 (1)由图像得出的信息是 ①X、Y 是反应物，Z 是产物； 识图是化学反应速率和化学平衡的难点，试题中涉及的图像已不仅仅是速率与简单的化学平衡，研 究体系也已不是单纯的气相体系，往往根据实际工业生产，更多的是研究复杂液相反应体系，坐标参数 也不再局限于时间、温度、压强、速率、转化率、百分含量，而是有更多的变量，像物质的量之比、气 体分压或离子浓度的对数或负对数等，分析投料比、转化率、产率的变化。多变量图象题是高考考查的 重要方向和趋势。 像 质的物质的量随时间的变化曲 线如图所示。 ②t3时反应达平衡，X、Y 没有全部反应。 (2)根据图像可进行如下计算： ①某物质的平均速率、转化率，如v(X)＝ mol·L－1·s－1，Y 的转化率＝×100%。 ②确定化学方程式中的化学计量数之比 如X、Y、Z 三种物质的化学计量数之比为(n1 －n3)∶(n2－n3)∶n2。 2．含量(或转化率)—时间—温度(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aA(g)＋bB(g) cC(g)中 反应物的转化率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。如乙中p1＞p2。 ③若为是否使用催化剂，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图中甲，T2＞T1，升高温度，αA降低，平衡逆移，正反应为放热反应。 ②图乙中，p1＞p2，增大压强，αA升高，平衡正移，则正反应为气体体积缩小 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。 解答速率平衡图 像两大方法 1.定一议二 当图像中有三个变量时，先确定一个量不变，再讨 论另外两个量的关系，有时还需要作辅助线。 2.三步分析法 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．恒温(压)图像分析 该类图像的纵坐标为物质的平衡浓度(c)或反应物的转化率(α)，横坐标为温度(T)或压强(p)，常见 类型如下所示： 如图2 所示曲线是其他条件不变时，某反应物的最大转化率(α)与温度(T)的关系曲线，图中标 出的1、2、3、4 四个点，表示 v 正>v 逆的点是3，表示v 正<v 逆的点是1，而2、4 点表示v 正＝v 逆。 4．有关化学反应速率和化学平衡的易错点 (1)无论是用某一反应物表示还是用某一生成物表示，由于Δc 是取浓度变化的绝对值，因此，其化学 反应速率都取正值，且是某一段时间内的平均速率。 (2)化学反应速率可用反应体系中一种反应物或生成物浓度的变化来表示，一般是以最容易测定的一种 物质表示，书写时应标明是什么物质的反应速率。 (3)在一定温度下，固体和纯液体物质，其单位体积里的物质的量保持不变，即物质的量浓度为常数， 因此它们的化学反应速率也被视为常数。由此可知，现在采用的表示化学反应速率的方法还有一定的局限 性。 (4)在同一反应中，用不同的物质表示同一时间的反应速率时，其数值可能不同，但这些数值所表达的 意义是相同的即都是表示同一反应的速率。各物质表示的反应速率的数值有相互关系，彼此可以根据化学 方程式中的各化学计量数进行换算。 (5)一般来说在反应过程中都不是等速进行的，因此某一时间内的反应速率实际上是这一段时间内的平 均速率。 (6)由于固体和纯液体的浓度可视为常数，故改变其用量反应速率不变。但当固体颗粒变小时，其表面 积增大将导致反应速率增大。 (7)压强对化学反应速率的影响是通过改变反应物浓度实现的，所以分析压强的改变对反应速率的影响 时，要从反应物浓度是否发生改变的角度来分析。若改变总压强而各物质的浓度不改变，则反应速率不变， 如恒容时通入稀有气体来增大压强，反应速率不变(因为浓度未改变)。 (8)改变温度，使用催化剂，反应速率一定发生变化，其他外界因素的改变，反应速率则不一定发生变 化。 高温、高压 催化剂 (9)其他条件一定，升高温度，不论正反应还是逆反应，不论放热反应还是吸热反应，反应速率都要增 大，只不过正、逆反应速率增加的程度不同。 (10)在不同条件下进行的反应物和生成物相反的反应不是可逆反应。 (11).各物质的物质的量之比等于方程式的化学计量数之比时，不一定是平衡状态，因为此条件并不能 说明各组分的物质的量不再变化了。 (12)化学平衡的建立与途径无关,既可以从正反应方向(投入反应物),也可以从逆反应方向(投入生成物) 建立。 (13)某一可逆反应，在一定条件下达到了平衡，化学反应速率再改变时，平衡不一定发生移动，如反 应前后气体体积不变的 反应，增大压强或使用催化剂，速率发生变化，但平衡不移动。如果平衡发生了移 动，则化学反应速率一定发生了改变。 (14)化学平衡向正反应方向移动，则反应物的转化率不一定增大，若有多种反应物的反应，当增大某 一反应物的浓度，化学平衡向正反应方向移动，只会使别的反应物的转化率增大，但该物质的转化率反而 减小。 (15)增加固体或纯液体的量，化学平衡不移动，因为当反应混合物中存在与其他物质不相混溶的固体 或液体物质时，由于其“浓度”是恒定 的，不随其量的增减而变化，故改变这些固体或液体的量，对化学 反应速率以及化学平衡均无影响，但要注意固体的表面积对化学反应速率的影响。 (1)化学平衡发生移动时，化学平衡常数不一定改变，只有温度改变，平衡常数才会改变。 (1)要记清楚最基本的速率时间图,如改变反应物或生成物的浓度导致速率变化时,正反应和逆反应速率 中有一支与原平衡点相连。若同时改变反应物和生成物浓度(或改变压强、温度、使用催化剂)则与原平衡 点相脱离。记住先到达平衡表示温度高,压强大。根据平衡图像分析可逆反应特点时,往往从最高点以后进 行分析,也就是说研究的对象必须是已建立平衡的反应。 (1)改变浓度和压强不能改变活化分子百分数,但能改变单位体积活化分子数,故能改变反应速率。改变 温度和使用催化剂均能改变活化分子百分数,使单位体积活化分子数改变,从而改变反应速率。 (1)勒夏特列原理只适用于判断“改变一个条件”时平衡移动的方向。若同时改变影响平衡移动的几个 条件，不能简单地根据平衡移动原理来判断平衡移动的方向，只有在改变的条件对平衡移动的方向影响一 致时，才能根据平衡移动原理进行判断。例如，N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0，同时加压、 升温，平衡移动的方向无法确定。若加压同时又降温，则平衡向正反应方向移动。 (20)正、逆反应的平衡常数互为倒数；若化学方程式中各物质的化学计量数都扩大或缩小至原来的n 倍，则化学平衡常数变为原来的n 次幂或次幂；两方程式相加得到新的化学方程式，其化学平衡常数是两 反应平衡常数的乘积。 (21)代入平衡常数表达式的是平衡浓度，而不是任意时刻的浓度，更不能将物质的量代入，反应物或 生成物中有固体和纯液体存在时，由于其浓度可看做“l”而不代入公式。 (22)化学平衡常数只与温度有关，与反应物或生成物的浓度无关。 (23)起始浓度、平衡浓度不一定符合化学计量数之比，但物质之间是按化学计量数之比反应和生成的， 故各物质的浓度变化之比一定等于化学计量数之比，这是计算的关键。 (24)反应能否自发进行需综合考虑焓变和熵变对反应的影响，复合判据ΔH－TΔS<0 的反应不一定能够 实际发生，只是指出了在该条件下化学反应自发进行的趋势，还要考虑化学反应的快慢问题。 (25)判断一个化学反应能否自发进行，若无任何外加条件，可以认为我们所学过的化学反应(电解反应 除外)都是能够自发进行的。 4．反应速率、平衡图像题解题模型---“四步法” 第一步： 把握反应特点。 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： 识别图象类型。 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： 联想平衡原理。 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。 第四步： 数形结合解答。 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•湖南卷，13)向一恒容密闭容器中加入1molCH4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．x1＜x2 B．反应速率：v 正b＜vc 正 C．点a、b、c 对应的平衡常数：Ka＜Kb =Kc D．反应温度为 ，当容器内压强不变时，反应达到平衡状态 【答案】B 【解析】A 项，一定条件下，增大水的浓度，能提高CH4的转化率，即x 值越小，CH4的转化率越大， 则x1＜x2，故A 正确；B 项，b 点和c 点温度相同，CH4的起始物质的量都为1mol，b 点x 值小于c 点，则 b 点加水多，反应物浓度大，则反应速率：v 正b＞vc 正，故B 错误；C 项，由图像可知，x 一定时，温度升 高CH4的平衡转化率增大，说明正反应为吸热反应，温度升高平衡正向移动，K 增大；温度相同，K 不变， 则点a、b、c 对应的平衡常数：Ka＜Kb =Kc，故C 正确；D 项，该反应为气体分子数增大的反应，反应进 行时压强发生改变，所以温度一定时，当容器内压强不变时，反应达到平衡状态，故D 正确；故选B。 2．(2022•湖南选择性考试，14 改编)向体积均为1L 的两恒容容器中分别充入 和 发生反 应：2X (g)+ Y(g) 2Z(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：na＜nc C．a 点平衡常数：K＞12 D．反应速率：V a 正＜Vb 正 【答案】B 【解析】A 项，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因为容器温度升高，则说明上述反应过程放热，即ΔH＜0，故A 错误；B 项，根据A 项分析可知，上述密闭溶液中的反应为放热反应，图中a 点和c 点的压强相等，因甲 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，则说明 甲容器中气体的总物质的量此时相比乙容器在减小即气体总物质的量：na＜nc，故B 正确；C 项，a 点为平 衡点，此时容器的总压为p，假设在恒温恒容条件下进行，则气体的压强之比等于气体的物质的量(物质的 量浓度)之比，所以可设Y 转化的物质的量浓度为xmol∙L−1，则列出三段式如下： 则有 ，计算得到 x=0.75 ，那么化学平衡常数 K= ，又甲容器为绝热条件，等效为恒温条件下升温，平衡逆向移动，则平衡常数 减小即平衡常数K＜12，故C 错误；D 项，根据图像可知，甲容器达到平衡的时间短，温度高，所以达到 平衡的速率相对乙容器的快，即V a 正＞Vb 正，故D 错误。故选B。 3．(2022•广东选择性考试，13 改编)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 【答案】C 【解析】A 项，从图示可以看出，平衡时升高温度，氢气的物质的量减少，则平衡正向移动，说明该 反应的正反应是吸热反应，即ΔH＞0，故A 错误； B 项，从图示可以看出，在恒容密闭容器中，随着温度 升高氢气的平衡时的物质的量减少，则平衡随着温度升高正向移动，水蒸气的物质的量增加，而a 曲线表 示的是物质的量不随温度变化而变化，故B 错误；C 项，容器体积固定，向容器中充入惰性气体，没有改 变各物质的浓度，平衡不移动，故C 正确；D 项，BaSO4是固体，向平衡体系中加入BaSO4，不能改变其 浓度，因此平衡不移动，氢气的转化率不变，故D 错误；故选C。 4． (2022•江苏卷，13)乙醇-水催化重整可获得H2。其主要反应为 C2H5OH(g)+3H2O(g)= 2CO2(g)＋6H2(g) ΔH2＝173.3kJ·mol−1 CO2(g)+H2(g)= CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝41.2kJ·mol−1 在 、n 始(C2H5OH)：n 始(H2O)=1：3 时，若仅考虑上述反应，平衡时CO2和CO 的选择性及H2 的产率随温度的变化如图所示。 CO 的选择性 ，下列说法正确的是( ) A．图中曲线①表示平衡时H2产率随温度的变化 B．升高温度，平衡时CO 的选择性增大 C．一定温度下，增大 可提高乙醇平衡转化率 D．一定温度下，加入CaO(s)或选用高效催化剂，均能提高平衡时H2产率 【答案】D 【解析】根据已知反应①C2H5OH(g)+3H2O(g)= 2CO2(g)＋6H2(g) ΔH2＝173.3kJ·mol−1，反应②CO2(g) +H2(g)= CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝41.2kJ·mol−1，且反应①的热效应更大，故温度升高的时候对反应①影响更大 一些，即CO2选择性增大，同时CO 的选择性减小，根据CO 的选择性的定义可知③代表CO2的选择性， ①代表CO 的选择性，②代表H2的产率。A 项，由分析可知②代表H2的产率，A 错误；B 项，由分析可知 升高温度，平衡时CO 的选择性减小，B 错误；C 项，两种物质参加反应增大一种物质的浓度，会降低该 物质的平衡转化率，C 错误；D 项，加入CaO(s)与水反应放热，对反应①影响较大，可以增大H2产率，或 者选用对反应①影响较大的高效催化剂，也可以增大H2产率，D 正确；故选D。 5．(2022•河北省选择性考试，11)恒温恒容条件下，向密闭容器中加入一定量X，发生反应的方程式为 ①X Y；②Y Z。反应①的速率 ，反应②的速率 ，式中 为速率常数。 图甲为该体系中X、Y、Z 浓度随时间变化的曲线，图乙为反应①和②的 曲线。下列说法错误的是( ) A．随 的减小，反应①、②的速率均降低 B．体系中 C．欲提高Y 的产率，需提高反应温度且控制反应时间 D．温度低于T1时，总反应速率由反应②决定 【答案】AB 【解析】由图中的信息可知，浓度随时间变化逐渐减小的代表的是X，浓度随时间变化逐渐增大的代 表的是Z，浓度随时间变化先增大后减小的代表的是Y；由图乙中的信息可知，反应①的速率常数随温度 升高增大的幅度小于反应②的。A 项，由图甲中的信息可知，随c(X)的减小，c(Y) 先增大后减小，c(Z)增 大，因此，反应①的速率随c(X)的减小而减小，而反应②的速率先增大后减小，A 错误；B 项，根据体系 中发生的反应可知，在Y 的浓度达到最大值之前，单位时间内X 的减少量等于Y 和Z 的增加量，因此，v (X)= v (Y) +v(Z)，但是，在Y 的浓度达到最大值之后，单位时间内Z 的增加量等于Y 和X 的减少量，故v (X) + v (Y) = v(Z)，B 错误；C 项，升高温度可以可以加快反应①的速率，但是反应①的速率常数随温度升 高增大的幅度小于反应②的，且反应②的的速率随着Y 的浓度的增大而增大，因此，欲提高Y 的产率，需 提高反应温度且控制反应时间，C 正确；D 项，由图乙信息可知，温度低于T 时，k1＞k2，反应②为慢反应， 因此，总反应速率由反应②决定，D 正确；故选AB。 1．一定温度下，X、Y、Z 三种气体在某恒容密闭容器中发生反应，其中气体的物质的量变化曲线如 图所示。下列说法正确的是( ) A．Q 点Y 的正反应速率和逆反应速率相等 B．从开始到达到平衡时用X 表示的平均反应速率是0.2mol·L-1·min-1 C．该反应的化学方程式可表示为：3X(g)+Z(g) 2Y(g) D．达到平衡后，再充入氩气，反应速率增大 【答案】C 【解析】A 项，Q 点没有到平衡，Y 的正反应速率和逆反应速率不相等，A 错误；B 项，从开始到达 到平衡时X 的物质的量改变量为6-3=3mol，没有说明容器的体积，不能用X 表示的平均反应速率，B 错误； C 项，从开始到平衡，X、Z 的物质的量减少，减少量分别为6-3=3mol，2-1=1mol，为反应物，Y 的物质的 量增加为生成物，增加量为2-0=2mol，故方程式为3X(g)+Z(g) 2Y(g)，C 正确；D 项，到平衡后， 充入氩气，各物质的浓度不变，反应速率不变，D 错误；故选C。 2．T1温度下，向2L 的密闭容器中充入NO，在催化剂作用下发生反应：NO(g) NO2(g)+X(g) (未 配平)，反应过程中部分数据如图所示，下列说法错误的是( ) A．X 可能为N2O B．0～1min 用X 表示的反应速率为 C． 温度下，测得容器内气体颜色保持不变，表明反应达到化学平衡状态 D．增大NO 气体的浓度、升高反应体系的温度，均能提高反应速率 【答案】B 【解析】A 项，若X 为N2O，则3NO(g) NO2(g)+N2O(g)，N2O、NO 的变化量比为1：3，与图像 相符，故A 正确；B 项，由图像可知，NO、NOx的变化量比为3：1，根据得失电子守恒，反应方程式为 3NO(g) NO2(g)+N2O(g)，X 是N2O， 内生成1molN2O，用N2O 表示的反应速率为 ，故B 错误；C 项，T1温度下，测得