高考化学一轮复习精品导学案专题75 化学反应速率 化学平衡图象原卷版.docx
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高考化学一轮复习精品导学案专题75化学反应速率化学平衡图象原卷版
化学反应速率和化学平衡图像类试题是高考的热点题型,该类试题经常涉及到的图像类型有物质的量(浓度)、速率—时间图像、含量—时间—温度(压强)图像、恒温、恒压曲线等,图像中蕴含着丰富的信息量,具有简明、直观、形象的特点,命题形式灵活,难度不大,解题的关键是根据反应特点,明确反应条件,认真分析图像充分挖掘蕴含的信息,紧扣化学原理,找准切入点解决问题。
该类题型在选择题和简答题中都有涉及,能够很好地考查学生分析问题和解决问题的水平,在复习备考中应引起充足的重视。
考点一、物质的量(浓度)、速率——时间图像
【例1】25℃时,在体积为2L的密闭容器中,气态物质A、B、C的物质的量n(mol)随时间t的变化如图所示,已知达到平衡后,降低温度,A的转化率增大。
(1)根据上图数据,写出该反应的化学方程式:
__________________________。
此反应的平衡常数表达式K=________,从反应开始到第一次平衡时的平均速率v(A)为________。
(2)在5~7min内,若K值不变,则此处曲线变化的原因是________________________。
(3)下图表示此反应的反应速率v和时间t的关系图:
各阶段的平衡常数如下表所示:
t2~t3
t4~t5
t5~t6
t7~t8
K1
K2
K3
K4
K1、K2、K3、K4之间的关系为________(用“>”、“<”或“=”连接)。
A的转化率最大的一段时间是________。
【归纳总结】
1.物质的量(或浓度)—时间图像
此类图像能说明平衡体系中各组分(或某一成分)在反应过程中的变化情况,解题时要注意代表各物质曲线的折点(达平衡时刻),各物质的物质的量(或浓度)变化量的内在联系,即比例符合化学方程式中化学计量数比例关系等情况。
如2A
3B+C的反应情况如图所示。
2.速率—时间图像
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,反映了平衡移动的方向。
如N2+3H2
2NH3ΔH<0,建立平衡后,加热对速率的影响如图。
【变式探究】已知NO2和N2O4能够相互转化:
2NO2(g)
N2O4(g)(正反应为放热反应)。
现将一定量NO2和N2O4的混合气体通入一体积为1L的恒温密闭容器中,反应物浓度随时间变化关系如图所示,回答下列问题:
(1)图中共有两条曲线X和Y,其中曲线______表示NO2浓度随时间的变化;a、b、c、d四个点中,表示化学反应处于平衡状态的点是________。
(2)前10min内用NO2表示的化学反应速率v(NO2)=__________mol·L-1·min-1;反应实行至25min时,曲线发生变化的原因是_________________________________________________________。
(3)若要达到与最后相同的化学平衡状态,在25min时还能够采取的措施是________。
A.加入催化剂B.缩小容器体积
C.升高温度D.加入一定量的N2O4
【方法技巧】
根据速率—时间图像判断反应条件的方法
1.看图像中正、逆反应速率的变化趋势,两者是同等水准的变化,还是不同水准的变化。
同等水准的变化一般从压强(反应前后气体体积不变的反应)和催化剂考虑;若是不同水准的变化,从温度、浓度、压强(反应前后气体体积改变的反应)角度考虑。
2.对于反应速率变化不相等的反应,要注意观察改变某个条件瞬间,正、逆反应速率的大小关系及变化趋势。
同时要联系外界条件对反应速率的影响规律,加以筛选、验证、排除。
考点二、含量—时间—温度(压强)图像
【例2】可逆反应aA(s)+bB(g)
cC(g)+dD(g)ΔH=QkJ·mol-1,反应过程中,当其他条件不变时,某物质在混合物中的含量与温度(T)、压强(p)的关系如图所示,据图分析,以下说法准确的是()。
A.T1>T2,ΔH>0B.T10
C.p1>p2,a+b=c+dD.p1【归纳总结】
常见形式有如下几种。
(C%指生成物的质量分数;B%指某反应物的质量分数)
【变式探究】在密闭容器中实行反应M(g)+N(g)
Y(g)+2Z(?
),产物Y在平衡混合物中的质量分数(Y%)在不同温度、压强条件下随时间的变化如下图所示,则下列叙述准确的是()。
A.正反应为放热反应,Z是气体
B.正反应为放热反应,Z是固体或液体
C.正反应为吸热反应,Z是气体
D.正反应为吸热反应,Z是固体或液体
【解题技巧】
速率平衡图像题解题技巧
(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快,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。
(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。
考点三、恒温(压)图像分析
【例3】用CO合成甲醇(CH3OH)的化学方程式为CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)ΔH<0,按照相同的物质的量投料,测得CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如下图所示。
下列说法准确的是()。
A.温度:
T1>T2>T3
B.正反应速率:
v(b)>v(d)v(a)>v(c)
C.平衡常数:
K(a)>K(c)K(b)=K(d)
D.平均摩尔质量:
M(b)>M(d)M(a)<M(c)
【知识归纳】
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【变式探究】研究和开发CO2和CO的创新利用是环境保护和资源利用双赢的课题。
CO可用于合成甲醇。
在压强为0.1MPa条件下,在体积为bL的密闭容器中充入amolCO和2amolH2,在催化剂作用下合成甲醇:
CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)。
平衡时CO的转化率与温度、压强的关系如下图:
(1)该反应属于________反应(填“吸热”或“放热”)。
(2)100℃时,该反应的平衡常数:
K=________(用含a、b的代数式表示)。
若一个可逆反应的平衡常数K值很大,对此反应的说法准确的是________(填序号)。
a.该反应使用催化剂意义不大
b.该反应发生将在很短时间内完成
c.该反应达到平衡时至少有一种反应物百分含量很小
d.该反应一定是放热反应
(3)在温度和容积不变的情况下,再向平衡体系中充入amolCO、2amolH2,达到平衡时CO转化率________(填“增大”、“不变”或“减小”,下同),平衡常数________。
(4)在某温度下,向一容积不变的密闭容器中充入2.5molCO、7.5molH2,反应生成CH3OH(g),达到平衡时,CO转化率为90%,此时容器内压强为开始时压强的________倍。
【解题模板】
解化学反应速率与化学平衡图像题的思路——“一看、二想、三判断”
(1)一看——看图像。
①看轴:
弄清纵、横坐标的含义;②看线:
弄清线的走向、变化趋势及线的斜率;③看点:
弄清曲线上起点、拐点、交点、最高点与最低点的含义;④看量的变化:
弄清是浓度变化、温度变化、压强变化还是转化率变化;⑤看是否需要作辅助线:
如等温线、等压线等。
(2)二想——想规律。
联想外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响规律。
(3)三判断——通过将图像分析和理论分析相结合,作出准确判断。
1.【2019年高考四川卷】一定条件下,CH4与H2O(g)发生反应:
CH4(g)+H2O(g)
CO(g)+3H2(g),设起始
=Z,在恒压下,平衡时
(CH4)的体积分数与Z和T(温度)的关系如图所示。
下列说法准确的是()
A.该反应的焓变△H>0
B.图中Z的大小为a>3>b
C.图中X点对应的平衡混合物中
=3
D.温度不变时,图中X点对应的平衡在加压后
(CH4)减小
2.【2019年高考海南卷】(9分)顺-1,2-二甲基环丙烷和反-1,2-二甲基环丙烷可发生如下转化:
该反应的速率方程可表示为:
v(正)=k(正)c(顺)和v(逆)=k(逆)c(反),k(正)和k(逆)在一定温度时为常数,分别称作正,逆反应速率常数。
回答下列问题:
(1)已知:
t1温度下,k(正)=0.006s-1,k(逆)=0.002s-1,该温度下反应的平衡常数值K1=_____;该反应的活化能Ea(正)小于Ea(逆),则
________0(填“小于”“等于”或“大于”)。
(2)t2温度下,图中能表示顺式异构体的质量分数随时间变化的曲线是_______(填曲线编号),平衡常数值K2=_____;温度t2___t1(填“小于”“等于”或“大于”),判断理由是______。
3.【2019年高考新课标Ⅱ卷】丙烯腈(CH2=CHCN)是一种重要的化工原料,工业上可用“丙烯氨氧化法”生产,主要副产物有丙烯醛(CH2=CHCHO)和乙腈CH3CN等,回答下列问题:
(1)以丙烯、氨、氧气为原料,在催化剂存有下生成丙烯腈(C3H3N)和副产物丙烯醛(C3H4O)的热化学方程式如下:
①C3H6(g)+NH3(g)+
3/2O2(g)=C3H3N(g)+3H2O(g)△H=-515kJ/mol
②C3H6(g)+O2(g)=C3H4O(g)+H2O(g)△H=-353kJ/mol
两个反应在热力学上趋势均很大,其原因是;有利于提升丙烯腈平衡产率的反应条件是;提升丙烯腈反应选择性的关键因素是。
(2)图(a)为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线,最高产率对应温度为460OC.低于460OC时,丙烯腈的产率(填“是”或者“不是”)对应温度下的平衡产率,判断理由是;高于460OC时,丙烯腈产率降低的可能原因是(双选,填标号)
A.催化剂活性降低B.平衡常数变大C.副反应增多D.反应活化能增大
(3)丙烯腈和丙烯醛的产率与n(氨)/n(丙烯)的关系如图(b)所示。
由图可知,最佳n(氨)/n(丙烯)约为,理由是。
进料氨、空气、丙烯的理论体积约为
1.(2019·福建理综,12)在一定条件下,N2O分解的部分实验数据如下:
反应时间/min
0
10
20
30
40
50
c(N2O)/(mol·L-1)
0.100
0.090
0.080
0.070
0.060
0.050
反应时间/min
60
70
80
90
100
c(N2O)/(mol·L-1)
0.040
0.030
0.020
0.010
0.000
下图能准确表示该反应相关物理量变化规律的是()。
(注:
图中半衰期指任一浓度N2O消耗一半时所需的相对应时间,c1、c2均表示N2O初始浓度且c12.(2019·安徽卷,11)一定条件下,通过下列反应能够制备特种陶瓷的原料MgO:
MgSO4(s)+CO(g)
MgO(s)+CO2(g)+SO2(g)ΔH>0。
该反应在恒容的密闭容器中达到平衡后,若仅改变图中横坐标x的值,重新达到平衡后,纵坐标y随x变化趋势合理的是()。
选项
x
y
A
温度
容器内混合气体的密度
B
CO的物质的量
CO2与CO的物质的量之比
C
SO2的浓度
平衡常数K
D
MgSO4的质量(忽略体积)
CO的转化率
1.有一化学平衡mA(g)+nB(g)
pC(g)+qD(g),如图表示的是A的转化率与压强、温度的关系。
下列叙述准确的是()。
A.正反应是放热反应;m+n>p+q
B.正反应是吸热反应;m+n
C.正反应是放热反应;m+n
D.正反应是吸热反应;m+n>p+q
2.已知可逆反应:
4NH3(g)+5O2(g)
4NO(g)+6H2O(g)ΔH=-1025kJ·mol-1。
若反应物起始物质的量相同,下列关于该反应的示意图不准确的是()。
3.在容积一定的密闭容器中发生可逆反应A(g)+2B(g)
2C(g)ΔH>0,平衡移动关系如下图所示。
下列说法准确的是()。
A.p1B.p1>p2,纵坐标指C的质量分数
C.p1D.p14.在容积不变的密闭容器中实行反应:
2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g)ΔH<0。
下列各图表示当其他条件不变时,改变某一条件对上述反应的影响,其中分析准确的是()。
A.图Ⅰ表示温度对化学平衡的影响,且甲的温度较高
B.图Ⅱ表示t0时刻使用催化剂对反应速率的影响
C.图Ⅲ表示t0时刻增大O2的浓度对反应速率的影响
D.图Ⅳ中a、b、c三点中只有b点已经达到化学平衡状态
3.近年来,我国北京等地出现严重雾霾天气,据研究,雾霾的形成与汽车排放的CO、NO2等有毒气体相关。
对汽车加装尾气净化装置,可使有毒气体相互反应转化为无毒气体,反应方程式为4CO(g)+2NO2(g)===4CO2(g)+N2(g)ΔH=-1200kJ·mol-1。
对于该反应,温度不同(T2>T1)其他条件相同时,下列图像准确的是()。
4.T℃时,将气体X与气体Y置于一密闭容器中,反应生成气体Z,反应过程中各物质的浓度变化如图Ⅰ所示。
保持其他条件不变,在T1、T2两种温度下,Y的体积分数变化如图Ⅱ所示。
下列结论准确的是()。
A.t2时,保持其他条件和物质状态不变,增大压强,化学平衡向逆反应方向移动
B.其他条件不变,若升高温度,正、逆反应速率均增大,且X的转化率增大
C.图Ⅱ中T1>T2,正反应是吸热反应
D.T℃时,若密闭容器中各物质起始浓度为:
0.4mol/LX、0.4mol/LY、0.2mol/LZ,保持其他条件不变,达到平衡时Z的浓度为0.4mol/L
5.科学家采用“组合转化”技术,将CO2在一定条件下转化为重要的化工原料乙烯:
2CO2(g)+6H2(g)
C2H4(g)+4H2O(g),正反应为吸热反应,该反应达到平衡后,改变横坐标表示的反应条件,下列图示错误的是()。
6.某恒容密闭容器中充入一定量SO2和O2实行反应:
2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g)ΔH<0,反应速率(v)与温度(T)、SO2的体积分数[V(SO2)%]与压强(p)的关系分别如图甲、图乙所示。
下列说法不准确的是()。
A.图甲中,曲线1表示逆反应速率与温度的关系
B.图甲中,d点表示温度为T0时,反应已经达到平衡
C.图乙中,温度恒定时,a、b两点对应的反应速率:
va>vb
D.图乙中,温度恒定时,c点的反应正在向逆反应方向实行
7.密闭容器中实行的可逆反应:
aA(g)+bB(g)
cC(g)在不同温度(T1和T2)及压强(p1和p2)下,混合气体中B的质量分数w(B)与反应时间(t)的关系如图所示。
下列判断准确的是()。
A.T1c,正反应为吸热反应
B.T1>T2,p1C.T1p2,a+bD.T1>T2,p1>p2,a+b>c,正反应为放热反应
8.有一反应:
2A+B
2C,其中A、B、C均为气体,右图中的曲线是该反应在不同温度下的平衡曲线,x轴表示温度,y轴表示B的转化率,图中有a、b、c三点,如图所示,则下列描述准确的是()。
A.该反应是放热反应
B.b点时混合气体的平均摩尔质量不再变化
C.T1温度下a点表示若想达到平衡,能够采取增大压强的方法
D.c点可表示v(正)<v(逆)
9.合成氨反应为:
N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)。
图1表示在一定的温度下此反应过程中的能量的变化。
图2表示在2L的密闭容器中反应时N2的物质的量随时间的变化曲线。
图3表示在其他条件不变的情况下,改变起始物氢气的物质的量对此反应平衡的影响。
下列说法准确的是()。
A.该反应为自发反应,由图1可得加入适当的催化剂,E和ΔH都减小
B.图2中0~10min内该反应的平均速率v(H2)=0.045mol·L-1·min-1,从11min起其他条件不变,压缩容器的体积为1L,则n(N2)的变化曲线为d
C.图3中a、b、c三点所处的平衡状态中,反应物N2的转化率最高的是b点
D.图3中T1和T2表示温度,对应温度下的平衡常数为K1、K2,则:
T1>T2,K1>K2
10.一定温度下,将1molA和1molB气体充入2L密闭容器,发生反应:
A(g)+B(g)
xC(g)+D(s)ΔH>0,t1时达到平衡。
在t2、t3时刻分别改变反应的一个条件,测得容器中气体C的浓度随时间变化如图所示。
下列说法准确的是()。
A.t1~t3间该反应的平衡常数均为4
B.反应方程式中的x=1
C.t2时刻改变的条件是使用催化剂
D.t3时刻改变的条件是移去少量物质D
11.在一定条件下,容积分别为1L和2L的甲、乙两密闭容器中同时充入2molA和2molB的混合气体,发生如下反应:
2A(g)+B(g)xC(g)ΔH=QkJ·mol-1,保持甲、乙两容器温度不变且相同,两容器中相关A的量随时间的变化如图:
(1)根据上述图像判断,x________3(填“>”“=”或“<”)。
写出该反应的平衡常数表达式:
K=________,已知温度升高时,K值减小,则Q________0(填“>”“=”或“<”)。
(2)用B物质表示从0~3min内乙容器中反应的平均速率v(B)=________。
(结果保留三位小数)
(3)能说明甲容器中反应达到平衡状态的是________(填编号)。
a.2n(A)=n(B)=x·n(C)
b.c(A)、c(B)、c(C)保持一个定值
c.x·v逆(B)=v正(C)
d.甲容器中气体的密度保持不变
(4)甲、乙两容器中反应达到平衡时所耗时间相同,原因可能是__________________________。
12.反应A(g)
B(g)+C(g)在容积为1.0L的密闭容器中实行,A的初始浓度为0.050mol·L-1。
温度T1和T2下A的浓度与时间关系如图所示。
回答下列问题:
(1)上述反应的温度T1________T2,平衡常数K(T1)________K(T2)。
(填“大于”、“小于”或“等于”)
(2)若温度T2时,5min后反应达到平衡,A的转化率为70%,则:
①平衡时体系总的物质的量为_____________________________________________________。
②反应的平衡常数K=___________________________________________________________。
③反应在0~5min区间的平均反应速率v(A)=________。
13.火力发电厂释放出大量二氧化碳,对燃煤废气实行脱碳等处理,可实现绿色环保、节能减排、废物利用等目的。
将CO2转化为甲醇是一种新型脱碳技术,其反应为CO2(g)+3H2(g)
CH3OH(g)+H2O(g)ΔH。
(1)取五份等体积的CO2和H2的混合气体(物质的量之比均为1∶3),分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中,发生上述反应,反应相同时间后,测得甲醇的体积分数φ(CH3OH)与反应温度T的关系曲线如图Ⅰ所示,则上述CO2转化为甲醇的反应的ΔH________0(填“>”、“<”或“=”)。
(2)如图Ⅱ是在恒温密闭容器中,压强为p1时H2的体积分数随时间t的变化曲线,请在图中画出该反应在p2(p2>p1)时H2的体积分数随时间t的变化曲线。
(3)在一恒温恒容密闭容器中充入1molCO2和3molH2,实行上述反应。
测得CO2和CH3OH(g)的物质的量浓度随时间的变化如图Ⅲ所示。
则0~10min内,氢气的平均反应速率为________;该温度下,反应的平衡常数为________(保留三位有效数字);10min后,向该容器中再充入1molCO2和3molH2,则再次达到平衡时CH3OH(g)的体积分数________(填“增大”、“减小”或“不变”)。