2021届新高考选考化学一轮复习人教版热点题型8化学反应速率与化学平衡图像题学案
热点题型8 化学反应速率与化学平衡图像题
——变化观念与平衡思想
突破一 利用速率时间图像的“断点”探究外因对化学反应速率和化学平衡的影响
[热点精讲]
1．当可逆反应达到一种平衡后，若某一时刻外界条件发生改变，都可能使速率时间图像的曲线出现不连续的情况，根据出现“断点”前后的速率大小，即可对外界条件的变化情况做出判断。
2．速率时间图像
(1)改变反应物的浓度(无断点)
(2)改变生成物的浓度(无断点)
(3)改变气体体系的压强(有断点)
①对于正反应方向为气体体积增大(或减小)的反应
②对于反应前后气体体积不变的反应
(4)改变温度(有断点)
对于正反应放热(或吸热)的反应
(5)加催化剂(有断点)
(1)条件增强，曲线在原图像的上方；条件减弱，曲线在原图像的下方。
(2)浓度改变时，图像曲线一条无断点，一条有断点；其他条件改变时，图像曲线均有断点。
[热点精练]
1．对于反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH<0已达平衡，如果其他条件不变时，分别改变下列条件，对化学反应速率和化学平衡产生影响，下列条件与图像不相符的是(O ～t1：v正＝v逆；t1时改变条件，t2时重新建立平衡)( )
解析：选C。分析时要注意改变条件瞬间v正、v逆的变化。增加O2的浓度，v正瞬间增大，v逆瞬间不变，A正确；增大压强，v正、v逆都瞬间增大，v正增大的倍数大于v逆，B正确；升高温度，v正、v逆都瞬间增大，速率曲线是不连续的，C错误；加入催化剂，v正、v逆同时同倍数增大，D正确。
2．在一密闭容器中发生反应N2＋3H22NH3 ΔH<0，达到平衡后，只改变某一个条件时，反应速率与反应时间的关系如图所示。
回答下列问题：
(1)处于平衡状态的时间段是________(填字母，下同)。
A．t0～t1 B．t1～t2 C．t2～t3 D．t3～t4 E．t4～t5 F．t5～t6
(2)判断t1、t3、t4时刻分别改变的一个条件。
A．增大压强 B．减小压强 C．升高温度 D．降低温度 E．加催化剂 F．充入氮气
t1时刻________；t3时刻________；t4时刻________。
(3)依据(2)中的结论，下列时间段中，氨的百分含量最高的是________。
A．t0～t1 B．t2～t3
C．t3～t4 D．t5～t6
(4)如果在t6时刻，从反应体系中分离出部分氨，t7时刻反应达到平衡状态，请在图中画出反应速率的变化曲线。
解析：(1)根据图示可知，t0～t1、t2～t3、t3～t4、t5～t6时间段内，v正、v逆相等，反应处于平衡状态。(2)t1时，v正、v逆同时增大，且v逆增大得更多，平衡向逆反应方向移动，所以t1时改变的条件是升高温度。t3时，v正、v逆同时增大且增大量相同，平衡不移动，所以t3时改变的条件是加催化剂。t4时，v正、v逆同时减小，平衡向逆反应方向移动，所以t4时改变的条件是减小压强。(3)根据图示知，t1～t2、t4～t5时间段内平衡均向逆反应方向移动，NH3的含量均比t0～t1时间段的低，所以t0～t1时间段内NH3的百分含量最高。(4)t6时刻分离出部分NH3，v逆瞬间减小，然后逐渐增大，而v正在原来基础上逐渐减小，在t7时刻二者相等，反应重新达到平衡，据此可画出反应速率的变化曲线。
答案：(1)ACDF (2)C E B (3)A
(4)
突破二 常规图像分类突破
[热点精讲]
1．图像类型
(1)浓度时间
如A(g)＋B(g)AB(g)
(2)含量时间温度(压强)
(C%指某产物的气体体积分数，B%指某反应物的气体体积分数)
(3)恒压(或恒温)线
(α表示某反应物的转化率，表示某反应物的气体体积分数)
图①，若p1>p2>p3，则正反应为气体体积减小的反应，ΔH<0；
图②，若T1>T2，则正反应为气体体积增大的反应，ΔH<0。
(4)几种特殊图像
①如下图，对于化学反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，M点前，表示化学反应从反应物开始，则v正>v逆；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的百分含量增加或C的百分含量减少，平衡左移，故正反应ΔH<0。
②如下图，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线左上方的点(E点)，A的百分含量大于此压强时平衡体系中的A的百分含量，所以，E点v正>v逆；则L线右下方的点(F点)，v正
p＋q
B．正反应是吸热反应；m＋np＋q
解析：选D。图像中有三个变量，应先确定一个量不变来分别讨论另外两个量之间的关系。确定压强不变，讨论T与A的转化率的关系：同一压强下，温度越高，A的转化率越大，说明正反应是吸热反应；确定温度不变，讨论压强与A的转化率的关系：同一温度下，压强越大，A的转化率越大，说明正反应是气体体积缩小的反应，即m＋n>p＋q。
4．(双选)(2020·德州高三模拟)T0时，在2 L的密闭容器中发生反应：X(g)＋Y(g)Z(g)(未配平)，各物质的物质的量随时间变化的关系如图a所示。其他条件相同，温度分别为T1、T2时发生反应，X的物质的量随时间变化的关系如图b所示。下列叙述中正确的是( )
A．该反应的正反应是放热反应
B．T0时，从反应开始到平衡时：v(X)＝0.083 mol·L－1·min－1
C．图a中反应达到平衡时，Y的转化率为37.5%
D．T1时，若该反应的平衡常数K为50，则T1T2，温度越高，X的物质的量越大，则平衡向左移动，正反应是放热反应，A项正确；v(X)＝≈0.042 mol·L－1·min－1，B项不正确；Y的转化率为×100%＝62.5%，C项不正确；由图a可知，X、Y、Z的物质的量变化之比为1∶1∶2，则反应为X(g)＋Y(g)2Z(g)，则T0时平衡常数为≈33.3<50，由A项分析可知，该反应为放热反应，故平衡常数越小，温度越高，D项正确。
5．臭氧在烟气脱硝中的反应为2NO2(g)＋O3(g)N2O5(g)＋O2(g)。若此反应在恒容密闭容器中进行，相关图像如下，其中对应分析结论正确的是( )
A
B
平衡后升温，NO2含量降低
0～2 s内，v(O3)＝0.2 mol·L－1·s－1
C
D
v正：b点>a点
b点：v逆>v正
恒温，t1时再充入O3
解析：选C。A项，由图可知，该反应为放热反应，平衡后升高温度，平衡逆向移动，NO2含量升高，错误；B项，0～2 s内，v(O3)＝v(NO2)＝×＝0.1 mol·L－1·s－1，错误；C项，升高温度，NO2含量升高，速率增大，v正：b点>a点，b点反应逆向进行，故v逆>v正，正确；D项，t1时再充入O3，平衡正向移动，v正>v逆，错误。
突破三 新型图像突破
[热点精讲]
新型图像往往根据实际工业生产，结合图像，分析投料比、转化率、产率的变化。此类题目信息量较大，能充分考查学生读图、提取信息、解决问题的能力，在高考中受到命题者的青睐。
1．转化率投料比温度图像
将燃煤废气中的CO2转化为甲醚的反应原理为2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g)。
已知在压强为a MPa下，该反应在不同温度、不同投料比时，CO2的转化率如图：
此反应________(填“放热”或“吸热”)；若温度不变，增大投料比[n(H2)/n(CO2)]，则平衡常数K将________(填“增大”“减小”或“不变”)。
【解析】 当投料比一定时，温度越高，CO2的转化率越小，所以升温，平衡左移，
正反应为放热反应。平衡常数只与温度有关，不随投料比的变化而变化。
【答案】 放热 不变
2．根据图像判断投料比
采用一种新型的催化剂(主要成分是CuMn合金)，利用CO和H2制备二甲醚(DME)。
主反应：2CO(g)＋4H2(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)
副反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)
CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)
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。
则催化剂中n(Mn)/n(Cu)约为________时最有利于二甲醚的合成。
【解析】 由题图可知，当催化剂中n(Mn)/n(Cu)约为2.0时，CO的转化率最大，生成的二甲醚最多，同时副产物的产率相对较小。
【答案】 2.0
3．废物回收及污染处理图像
(1)一定条件下，用Fe2O3、NiO或Cr2O3做催化剂对燃煤烟气进行回收，反应为2CO(g)＋SO2(g)2CO2(g)＋S(l) ΔH＝－270 kJ·mol－1。
①其他条件相同、催化剂不同，SO2的转化率随反应温度的变化如图1，Fe2O3和NiO做催化剂均能使SO2的转化率达到最高，不考虑催化剂价格因素，选择Fe2O3的主要优点是________________________________________________________________________。
②某科研小组用Fe2O3做催化剂，在380 ℃时，分别研究了n(CO)∶n(SO2)为1∶1、3∶1时SO2转化率的变化情况(图2)。则图2中表示n(CO)∶n(SO2)＝3∶1的变化曲线为________。
(2)汽车使用乙醇汽油并不能减少NOx的排放，这使NOx的有效消除成为环保领域的重要研究课题。某研究小组在实验室以AgZSM5为催化剂，测得NO转化为N2
的转化率随反应温度变化的情况如图3所示。
若不使用CO，温度超过775 K时，发现NO的分解率降低，其可能的原因是_____________________________________________________；在n(NO)/n(CO)＝1的条件下，应控制的最佳温度在________左右。
【答案】 (1)①Fe2O3做催化剂时，在相对较低温度下即可获得较高的SO2转化率，从而节约能源 ②a
(2)NO的分解反应是放热反应，升高温度不利于分解反应正向进行 870 K
[热点精练]
6．(双选)(2020·滨州高三月考)将一定量氨基甲酸铵(NH2COONH4)加入密闭容器中，发生反应NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)。该反应的平衡常数的负对数(－lg K)随温度(T)的变化曲线如图所示，下列说法中不正确的是( )
A．该反应的ΔH>0
B．NH3的体积分数不变时，该反应一定达到平衡状态
C．A点对应状态的平衡常数K(A)为10－2.294
D．30 ℃时，B点对应状态的v正>v逆
解析：选BD。此题的关键是弄清－lg K越小，K越大，由图中数据可知，随温度升高，－lg K逐渐减小，说明随温度升高，化学平衡向右移动，正反应为吸热反应，A项正确；由反应NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)可知，氨的体积分数始终为，为恒量，B项错误；A点时，－lg K＝2.294，C项正确；由B点对应的数值可知，此时Qc>K，反应向逆反应方向进行，v正b，A错误；b点只能说明该温度下，CO2和H2O的浓度相等，不能说明v正(CO2)＝v逆(H2O)，B错误；从图像可知，a点H2和H2O的物质的量百分数相等，故物质的量相等，C正确；其他条件恒定，充入更多H2，使反应物浓度增大，正反应速率增大，即v(CO2)增大，D正确。
8．(2017·高考全国卷Ⅱ，27，14分)丁烯是一种重要的化工原料，可由丁烷催化脱氢制备。回答下列问题：
(1)正丁烷(C4H10)脱氢制1丁烯(C4H8)的热化学方程式如下：
①C4H10(g)===C4H8(g)＋H2(g) ΔH1
已知：②C4H10(g)＋O2(g)===C4H8(g)＋H2O(g) ΔH2＝－119 kJ·mol－1
③H2(g)＋O2(g)===H2O(g) ΔH3＝－242 kJ·mol－1
反应①的ΔH1为________kJ·mol－1。图(a)是反应①平衡转化率与反应温度及压强的关系图，x________0.1(填“大于”或“小于”)；欲使丁烯的平衡产率提高，应采取的措施是________(填标号)。
A．升高温度 B．降低温度
C．增大压强 D．降低压强
(2)丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器(氢气的作用是活化催化剂)，出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。图(b)为丁烯产率与进料气中n(氢气)/n(丁烷)的关系。图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势，其降低的原因是_______________________。
(3)图(c)为反应产率和反应温度的关系曲线，副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。丁烯产率在590 ℃之前随温度升高而增大的原因可能是_____________________、__________________________________；590 ℃之后，丁烯产率快速降低的主要原因可能是________________________________________________________________________。
解析：(1)根据盖斯定律，可得①＝②－③，则ΔH1＝ΔH2－ΔH3＝－119 kJ·mol－1＋242 kJ·mol－1＝＋123 kJ·mol－1。反应①为气体总体积增大的反应，在温度相同时降低压强有利于提高平衡转化率，故x<0.1。反应①为吸热反应，升高温度有利于平衡正向移动，A项正确；降低压强平衡向气体总体积增大的方向移动，D项正确。(2)结合图(b)可看出随着n(氢气)/n(丁烷)增大，丁烯产率先升高后降低，这是因为氢气是生成物，当n(氢气)/n(丁烷)逐渐增大时，逆反应速率加快，故丁烯的产率逐渐降低。(3)在590 ℃之前随温度升高丁烯产率逐渐增大，这是因为温度升高不仅能加快反应速率，还能促使平衡正向移动；但温度高于590 ℃时，丁烯高温裂解生成短链烃类，导致丁烯产率快速降低。
答案：(1)＋123 小于 AD
(2)氢气是产物之一，随着n(氢气)/n(丁烷)增大，逆反应速率增大
(3)升高温度有利于反应向吸热方向进行 温度升高反应速率加快 丁烯高温裂解生成短链烃类
