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(原卷版)Word（18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。 (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 催化剂 高温、高压 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 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 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 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 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 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 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 3．下列有关的说法中，其中正确的是 A．在氯酸钾加热分解的反应中，当其他条件相同时，在有催化剂时(a)和无催化剂时(b)的速率～时间 图像可用图一表示 B．若在恒压容器中发生反应：2NH3(g) N2(g)+3H2(g)，达到平衡后再充入适量He，其反应速 率～时间图像可用图二表示 C．2NO2(g) N2O4(g)，在加热升温的条件下平衡向逆反应方向移动的主要原因是该反应为放热反 应，加热温度升高时导致正反应速率减慢、而逆反应速率加快 D．对于可逆反应C(s)＋H2O(l) CO(g)＋H2(g)，当其他条件相同时，若增加单质碳(C)的量可使 平衡一定正向移动 4．接触法制硫酸生产中的关键工序是SO2的催化氧化：SO2(g)+ O2(g) SO3(g)，起始的物质 的量分数分别为7.5%、10.5%和82%时，在0.5MPa、2.5MPa 和5.0MPa 压强下，SO2平衡转化率α 随温度 的变化如图所示。下列有关说法不正确的是( ) A．该反应△H＜0 B．p1=0.5MPa；p3=5MPa C．在5.0MPa、550℃时的α=97.5% D．500℃时，p1时比p2对应的转化率高，反应速率快 5．(2023·江苏省南京市高三学情调研)将金红石(TiO2)转化为TiCl4是生产金属钛的关键步骤。在 1.0×105Pa，将TiO2、C、Cl2以物质的量比1：2：2 进行反应，平衡体系中主要物质的物质的量分数(x)随温 度变化理论计算结果如图所示。 下列说法不正确的是( ) A．200~1600℃反应达到平衡时，TiO2的转化率均已接近100% B．将400℃时的平衡体系加热至800℃，平衡C(s)+CO2(g) 2CO(g)向正反应方向移动 C．1000℃时，测得某时刻x(TiCl4)=0.2.其他条件不变，延长反应时间能使x(TiCl4)超过该温度下平衡 时的x(TiCl4) D．实际生产时反应温度选择900℃而不选择200℃，其主要原因是：900℃比200℃时化学反应速率 更快，生产效益更高 6．(2024·山东烟台高三统考期中)接触法制硫酸的关键反应为SO2的催化氧化：2SO2 (g)+ O2(g) 2SO3(g)。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=0.92 的曲线可能代表平衡转化率 C．α 越大，反应速率最大值对应温度越高 D．X、Y、Z 三点比较，X 点对应的温度是最佳生产温度 7．(2024·江西景德镇高三第一次质量检测联考)工业上一种处理硫化氢的反应为：CH4(g)+ 2H2S(g) CS2 (g)+ 4H2(g)，压强恒定条件下，进料比[ ]分别为a、b、c，反应中H2S 的平衡转化率随 温度变化情况如图所示，下列说法正确的是( ) A．上述反应中所有分子皆为非极性分子 B．该反应在任意温度下都可自发进行 C．当气体的总质量不再变化时，反应达到平衡状态 D．a＞b＞c 8．(2024·广东湛江高三毕业班调研考试)我国科学家团队打通了温和条件下草酸二甲酯【(COOCH3)2】 催化加氢制乙二醇的技术难关，反应为(COOCH3)2 (g)+ 4H2(g) HOCH2CH2OH (g)+ 2CH3OH(g) ΔH。 如图所示，在恒容密闭容器中，反应温度为T1时，c(HOCH2CH2OH)和c(H2)随时间t 的变化分别为曲线I 和 Ⅱ，反应温度为T2时，c(H2)随时间t 的变化为曲线Ⅲ。下列判断正确的是( ) A．ΔH>0 B．a、b 两时刻生成乙二醇的速率：v(a)=v(b) C．在T2温度下，反应在0~t2内的平均速率为 D．其他条件相同，在T1温度下，起始时向该容器中充入一定量的氮气，则反应达到平衡的时间小于 t1 9．(2024·河南省六市重点中学高三调研考试)在体积均为2 L 的恒温恒容密闭容器1、2 中，同时充入1 mol Cl2(g)和1 mol PCl3(g)，初始反应温度不同的条件下发生反应：PCl3(g)＋Cl2(g) PCl5(g)。下列叙述错 误的是( ) A．平衡时压强：容器1>容器2 B．初始反应温度：容器1>容器2 C．容器1 中0～3 min 内v(PCl3)=0.2 mol·L－1·min－1 D．容器2 中达到平衡时PCl5产率为80％ 10．(2024·河南省部分名校高三联考)丙烯在催化剂上选择性还原NO 的反应为 。在三个2 L 的恒容密闭容器中分别加入0.5 mol 和4.5 mol NO 发生上述反应，实验测得三个容器中n(NO)随时间(t)的变化如图所示。下列说法错误的是( ) A．500℃条件下，曲线a 所在的容器中使用了合适的催化剂 B．500℃条件下，20 min 时达到平衡，则该容器中0~20min 内用 表示的平均反应速率为 C．正反应速率： D．800℃条件下，混合气体的起始压强与平衡压强之比为90：91 11．(2024·河南省南阳、洛阳等2 地二十所名校高三联考)一定条件下向10L 的恒容密闭容器中通入 2molCO2，6molH2，在催化剂存在下发生反应：CO2 (g)+3H2(g) CH3OH (g)+ H2O(g) ΔH，经过10min 时测得CO2的转化率与温度(T)的关系如图所示。下列分析中正确的是( ) A．a 点处对应体系中：v 正=v 逆 B．与b 点对应的反应，前10min 内v(H2)=0.03mol·L-1·min-1 C．该反应的 D．当容器中气体密度保持不变时，表明该反应达到平衡状态 12．SCl2可用作有机合成的氯化剂。在体积为 的密闭容器中充入0.2mol SCl2，发生反应：2