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微专题,18,化,学反应速率和化学平衡图像,考点一,考点二,考点一,考点一常规图像分类突破,1,瞬时速率时间图像,(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作出判断。如图,t,1,时刻改变的条件可能是使用了催化剂或增大压强,(,仅适用于反应前后气体物质的量不变的反应,),。,(2),“,渐变,”,类,v,-,t,图像,图像,分析,结论,t,1,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,t,1,时其他条件不变,，,增,大反应物的浓度,t,1,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,t,1,时其他条件不变,，,减,小反应物的浓度,t,1,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,t,1,时其他条件不变,，,增,大生成物的浓度,t,1,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,t,1,时其他条件不变,，,减,小生成物的浓度,(3),利用图像,“,断点,”,判断影响速率的外因,图像,t,1,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,应用体验,1,在一密闭容器中发生反应,N,2,(g),3H,2,(g),2NH,3,(g),H,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.,t,0,t,1,B,t,1,t,2,C,t,2,t,3,D,t,3,t,4,E,t,4,t,5,F,t,5,t,6,(2),判断,t,1,、,t,3,、,t,4,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,t,1,时刻,_,；,t,3,时刻,_,；,t,4,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,t,0,t,1,B,t,2,t,3,C,t,3,t,4,D,t,5,t,6,(4),如果在,t,6,时刻，从反应体系中分离出部分氨，,t,7,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。,ACDF,C,E,B,A,解析：,(1),根据图示可知，,t,0,t,1,、,t,2,t,3,、,t,3,t,4,、,t,5,t,6,时间段内，,v,正,、,v,逆,相等，反应处于平衡状态。,(2),t,1,时，,v,正,、,v,逆,同时增大，且,v,逆,增大得更快，平衡向逆反应方向移动，所以,t,1,时改变的条件是升温。,t,3,时，,v,正,、,v,逆,同时增大且增大量相同，平衡不移动，所以,t,3,时改变的条件是加催化剂。,t,4,时，,v,正,、,v,逆,同时减小，但平衡向逆反应方向移动，所以,t,4,时改变的条件是减小压强。,(3),根据图示知，,t,1,t,2,、,t,4,t,5,时间段内平衡均向逆反应方向移动，,NH,3,的含量均比,t,0,t,1,时间段的低，所以,t,0,t,1,时间段内,NH,3,的百分含量最高。,(4),t,6,时刻分离出部分,NH,3,，,v,逆,立刻减小，而,v,正,逐渐减小，在,t,7,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。,2,全程速率,时间图,像,例如：,Zn,与足量盐酸的反应，化学反应速率随时间的变化出现如图所示情况。,(1)AB,段,(,v,增大,),，原因是反应放热，溶液温度逐渐升高，,v,增大。,(2)BC,段,(,v,减小,),，原因是溶液中,c,(H,),逐渐减小，,v,减小。,应用体验,2,向绝热恒容密闭容器中通入,SO,2,和,NO,2,，一定条件下使反应,SO,2,(g),NO,2,(g),SO,3,(g),NO(g),达到平衡，正反应速率随时间变化的示意图如下所示。由图可得出的正确结论是,(,),A,反应在,c,点达到平衡状态,B,反应物浓度：,a,点小于,b,点,C,反应物的总能量低于生成物的总能量,D,t,1,t,2,时，,SO,2,的转化率：,a,b,段小于,b,c,段,答案：,D,解,析：,A,项，化学平衡状态的标志是各物质的浓度不再改变，其实质是正反应速率等于逆反应速率，,c,点对应的正反应速率显然还在改变，一定未达平衡，错误；,B,项，,a,到,b,时正反应速率增加，反应物浓度随时间不断减小，错误；,C,项，从,a,到,c,正反应速率增大，之后正反应速率减小，说明反应刚开始时温度升高对正反应速率的影响大于浓度减小对正反应速率的影响，说明该反应为放热反应，即反应物的总能量高于生成物的总能量，错误；,D,项，随着反应的进行，正反应速率越快，消耗的二氧化硫就越多，,SO,2,的转化率将逐渐增大，正确。,3,含量,时间,温度,(,压强,),图像,常见图像形式有如下几种。其中,C%,指生成物的百分含量，,B%,指反应物的百分含量。,析图关键,表示不同条件下，反应达到平衡的时间快慢、反应速率的快慢以及平衡混合物中某物质的百分含量的关系。解题方法是,“,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。,应用体验,3,向一容积不变的密闭容器中充入一定量,A,和,B,，发生如下反应：,x,A(g),2B(s),y,C(g),H,”,“,”,或,“,解析：,(1)0,10 min,内,v,(A),0.02 molL,1,min,1,。,(2),根据图像可知，,0,10 min,内,A,的物质的量浓度减少量为,，,C,的物质的量浓度增加量为,0.4 molL,1,，,x,、,y,之比等于,A,、,C,的浓度的变化量之比，故,x,y,0.2 molL,1,0.4 molL,1,1,2,。,(3),该反应是气体分子数增大的反应，而容器容积不变，因此,0,10 min,容器内压强变大。,(4),根据图像可知，,10 min,时改变条件后，,A,、,C,的浓度瞬时不变且随后反应速率加快，故改变的条件可能是升温或加入催化剂；,12,16 min,，反应处于平衡状态，,16 min,时改变条件后，,A,、,C,的浓度瞬时不变，且随后,A,的浓度逐渐增大，,C,的浓度逐渐减小，说明平衡逆向移动，故改变的条件可能是升温。,(5),升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小。由于,16 min,时升高温度，则,K,1,K,2,。,4,转化率,(,或质量分数,),与压强,温度图像,(1),恒压线图像,析图关键,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。如图,1,中，当压强相等,(,任意一条等压线,),时，升高温度，,A,的转化率增大，说明升高温度平衡正向移动，即正反应为吸热反应。当温度相等时，在图,1,中作垂线，与三条等压线交于三点，这三点自下而上为增大压强，,A,的转化率增大，说明增大压强平衡正向移动，即正反应为气体体积减小的反应。,(2),恒温线图,像,析图关键,图,3,中，当温度相等,(,任意一条等温线,),时，增大压强，,A,的转化率增大，说明增大压强平衡正向移动，即正反应是气体体积减小的反应。当压强相等时，在图,3,中作垂线，与两条等温线交于两点，这两点自下而上为降低温度，,A,的转化率增大，说明降低温度平衡正向移动，即正反应为放热反应。,应用体验,4,已知某可逆反应,m,A(g),n,B(g),p,C(g),在密闭容器中进行，如图表示在不同反应时间,(,t,),时，温度,(,T,),和压强,(,p,),与反应物,B,在混合气体中的体积分数,(B),的关系曲线，由曲线分析，下列判断正确的是,(,),A,T,1,T,2,，,p,1,p,2,，,m,n,p,，放热反应,B,T,1,T,2,，,p,1,p,2,，,m,n,p,，吸热反应,C,T,1,T,2,，,p,1,p,2,，,m,n,p,，放热反应,D,T,1,T,2,，,p,1,p,2,，,m,n,p,，吸热反应,答案：,D,解,析：,由图可知，压强一定时，温度,T,1,先达到平衡，故温度：,T,1,T,2,，升高温度，,B,在混合气体中的体积分数减小，说明平衡正向移动，正反应为吸热反应；温度一定时，压强,p,2,先达到平衡，故压强：,p,1,p,2,，增大压强，,B,在混合气体中的体积分数增大，说明平衡逆向移动，正反应为气体体积增大的反应，则,m,n,p,。,5,化学平衡中的其他图像,(1),对于化学反应：,m,A(g),n,B(g),p,C(g),q,D(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,点后为平衡受温度影响的情况，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,H,v,(,逆,),；同理,L,线的下方,(,F,点,),满足,v,(,正,)0,，且,a,2,C,若在图,1,所示的平衡状态下，再向体系中充入,He,，此时,v,(,正,),v,(,逆,),D,200,时，向容器中充入,2 mol A,和,1 mol B,，达到平衡时，,A,的体积分数大于,0.5,答案：,B,解析：,细析图,想原理,得结论,物质的量变化之比等于化学计,量数之比,化学方程式为,2A(g),B(g),C(g),原比例,n,(A),n,(B),2,1,，在恒温恒容容器中按原比例,(2 mol A,和,1 mol B),增加反应物的物质的量等同于加压,加压，平衡向正反应方向移动，,A,的体积分数减小，即小于,0.5,升高温度平衡向吸热,(,生成,C),方向移动,H,0,按化学计量数之比投料，生成物的百分含量最高,a,2,微点拨,图像题的解题方,法,(1),先拐先平：在含量,(,转化率,),时间曲线中，先出现拐点的先达到平衡，说明该曲线反应速率大，表示温度较高、有催化剂、压强较大等。,(2),定一议二：当图像中有三个量时，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。,(3),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。,考点二,考点二复杂化学平衡图像分类突破,这类图像常与生产生活中的实际问题相结合，从反应时间、投料比值、催化剂的选择、转化率等角度考查。图像形式看似更加难辨，所涉问题看似更加复杂，但只要仔细分析，抓住图像中的关键点,(,常为最高点、最低点、转折点,),、看清横坐标、纵坐标代表的条件、弄清曲线的变化趋势，即可将复杂图像转化为常规图像。进而运用化学平衡知识进行解答即可。,【典型图像例析】,题型一,转化率,投料比,温度图像,例,1,将燃煤废气中的,CO,2,转化为甲醚的反应原理为,2CO,2,(g),6H,2,(g),CH,3,OCH,3,(g),3H,2,O(g),。已知在压强为,a,MPa,下，该反应在不同温度、不同投料比时，,CO,2,的转化率见下图,：,此反应,_(,填,“,放热,”,或,“,吸热,”,),；若温度不变，提高投料比,n,(H,2,)/,n,(CO,2,),，则,K,将,_(,填,“,增大,”“,减小,”,或,“,不变,”,),。,放热,不变,解,析：,当投料比一定时，温度越高，,CO,2,的转化率越低，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。,题型二,根据图像判断投料比,例,2,采用一种新型的催化剂,(,主要成分是,CuMn,合金,),，利用,CO,和,H,2,制备二甲醚,(DME),。,主反应：,2CO(g),4H,2,(g),CH,3,OCH,3,(g),H,2,O(g),副反应：,CO(g),H,2,O(g),CO,2,(g),H,2,(g),CO(g),2H,2,(g),CH,3,OH(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,约为,_,时最有利于二甲醚的合成。,2.0,解,析：,由图可知当催化剂中,约为,2.0,时，,CO,的转化率最大，生成的二甲醚最多。,题型三,最佳反应条件选择,例,3,汽车尾气是雾霾形成的原因之一。研究氮氧化物的处理方法可有效减少雾霾的形成，可采用氧化还原法脱硝：,4NO(g),4NH,3,(g),O,2,(g),4N,2,(g),6H,2,O(g),H,0,根据下图判断提高脱硝效率的最佳条件,是,_,_,_,；,氨,氮比一定时，在,400,时，脱硝效率最大,，,其,可能的原因是,_,。,氨氮物质的量之比为,1,，温度为,400,在,400,时催化剂的活性最好，催化效率最高，同时,400,温度较高，反应速率快,题型四,曲线发生某种变化原因的解释,例,4,汽车使用乙醇汽油并不能减少,NO,x,的排放，某研究小组在实验室以耐高温试剂,AgZSW5,催化，测得,NO,转化为,N,2,的转化率随温度变化情况如下图所示,。,(1),在,1,条件下，最佳温度应控制在,_,左右。,(2),若不使用,CO,，温度超过,775 K,，发现,NO,的分解率降低,，,其,可能的原因为,_,_,_,。,(3),用平衡移动原理解释为什么加入,CO,后,NO,转化为,N,2,的转化率增大,：,_,_,_,。,870 K,该反应放热，升高温度，反应向逆反应方向进行,加入的,CO,会与,NO,的分解产物,O,2,发生反应，促进,NO,分解平衡向生成,N,2,的方向移动，导致,NO,转化率升高,题型五,陌生反应方程式书写,例,5,向密闭容器中加入,0.2 mol H,2,S,，反应在不同温度,(900,1 500,),下达到平衡时，混合气体中各组分的体积分数如图所示,，,则,在此温度区间内，,H,2,S,分解反应的化学方程式为,_,。,解析：,图中纵轴表示各组分的体积分数，,H,2,S,的分解反应为吸热反应，随着温度升高，体积分数减小的是反应物,H,2,S,，体积分数增大的是生成物单质硫和氢气；选择,1 100,时的数据进行分析，,H,2,S,的体积分数为,70%,，此时生成的两种单质的体积分数分别为,20%,、,10%,，若将单质硫写为,“,S,”,，则与氢气的体积分数应该相等，若将单质硫写为双原子分子,“,S,2,”,，则氢气的体积分数为,“,S,2,”,的两倍，故,H,2,S,分解反应的化学方程式为,2H,2,S,2H,2,S,2,。,应用体验,1,下图是在一定时间内，使用不同催化剂,Mn,和,Cr,在不同温度下对应的脱氮率，由图可知工业使用的最佳催化剂为,_,、相应温度为,_,；使用,Mn,作催化剂时，脱氮率,b,a,段呈现如图变化的可能原,因,?,Mn,200,左右,b,a,段，开始温度较低，催化剂活性较低，脱氮反应速率较慢，反应还没达到化学平衡，随着温度升高反应速率变大，一定时间参与反应的氮氧化物变多，导致脱氮率逐渐增大,应用体验,2,采用一种新型的催化剂,(,主要成分是,CuMn,的合金,),，利用,CO,和,H,2,制备二甲醚，反应为,4H,2,(g),2CO(g),CH,3,OCH,3,(g),H,2,O(g),。有研究者在压强为,5.00 MPa,的条件下，将,H,2,和,CO,反应直接制备二甲醚，结果如下图所示，其中,CO,的转化率随温度升高而降低的原,因,?,该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，导致,CO,的转化率降低,应用体验,3,丙烷氧化脱氢法制备丙烯的主要反应如下：,C,3,H,8,(g),O,2,(g),C,3,H,6,(g),H,2,O(g),H,2,118 kJmol,1,在催化剂作用下，,C,3,H,8,氧化脱氢除生成,C,3,H,6,外，还生成,CO,、,CO,2,等物质。,C,3,H,8,的转化率和,C,3,H,6,的产率随温度变化关系如图所示,。,(1),图中,C,3,H,8,的转化率随温度升高而上升的原因是,_,。,(2)575,时，,C,3,H,6,的选择性为,_,。,(C,3,H,6,的选择性,100%),(3),基于本研究结果，能提高,C,3,H,6,选择性的措施是,_,。,温度升高，催化剂的活性增大,51.5%,选择相对较低的温度,解析：,(1),该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，,C,3,H,8,的转化率应该降低，但实际上,C,3,H,8,的转化率随温度升高而上升，可能是升高温度催化剂的活性增大导致的。,(2),根据图像，,575,时，,C,3,H,8,的转化率为,33%,，,C,3,H,6,的产率为,17%,，假设参加反应的,C,3,H,8,为,100 mol,，生成的,C,3,H,6,为,17 mol,，,C,3,H,6,的选择性为,100%,51.5%,。,(3),根据图像，,535,时，,C,3,H,6,的选择性为,100%,66.7%,，,550,时，,C,3,H,6,的选择性为,100%,61.5%,，,575,时，,C,3,H,6,的选择性为,100%,51.5%,，故选择相对较低的温度能够提高,C,3,H,6,选择性。,
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