届高考化学素养提升全突破专题12 数形结合破解速率平衡图像原卷版.docx
《届高考化学素养提升全突破专题12 数形结合破解速率平衡图像原卷版.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《届高考化学素养提升全突破专题12 数形结合破解速率平衡图像原卷版.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
届高考化学素养提升全突破专题12数形结合破解速率平衡图像原卷版
专题12数形结合破解速率、平衡图像
——建立变化观念与模型认知
“速率、平衡图像题”属于化学坐标图形题，目的在于考查学生运用数学工具的能力、对数据和图形分析识别的能力及灵活运用所学化学知识、化学规律解决问题的能力，主要考查学生对题目所给信息进行有效获取、分析与处理数据的能力。
这种素养能力立意的综合试题要求我们：
认识化学变化是有条件、有多样性和复杂性的观念，学会分析化学反应速率的主要影响因素，能根据反应速率理论和化学平衡原理，从图像中挖掘出对解题有用的信息，抓住图像中的特殊点可以准确有效地解读图像，找出规律。
我们在学习过程中，需要通过开展概括关联、比较说明、推论预测、设计论证等活动，发展认识化学反应的基本角度，引导学生体会理论模型建构的过程。
促使学生形成从限度、速率、能耗等多角度综合调控化学反应的基本思路，发展学生“绿色化学”的观念和辩证思维的能力。
1．【2019•新课标Ⅱ】环戊二烯（
）是重要的有机化工原料，广泛用于农药、橡胶、塑料等生产。
环戊二烯容易发生聚合生成二聚体，该反应为可逆反应。
不同温度下，溶液中环戊二烯浓度与反应时间的关系如图所示，下列说法正确的是__________（填标号）。
A．T1＞T2
B．a点的反应速率小于c点的反应速率
C．a点的正反应速率大于b点的逆反应速率
D．b点时二聚体的浓度为0.45mol·L−1
2．【2019•新课标Ⅲ】近年来，随着聚酯工业的快速发展，氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。
因此，将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。
（1）Deacon发明的直接氧化法为：
4HCl（g）+O2（g）=2Cl2（g）+2H2O（g）。
下图为刚性容器中，进料浓度比
c（HCl）∶c（O2）分别等于1∶1、4∶1、7∶1时HCl平衡转化率随温度变化的关系：
可知反应平衡常数K（300℃）____________K（400℃）（填“大于”或“小于”）。
设HCl初始浓度为c0，根据进料浓度比c（HCl）∶c（O2）=1∶1的数据计算K（400℃）=____________（列出计算式）。
按化学计量比进料可以保持反应物高转化率，同时降低产物分离的能耗。
进料浓度比c（HCl）∶c（O2）过低、过高的不利影响分别是____________。
（2）在一定温度的条件下，进一步提高HCl的转化率的方法是______________。
（写出2种）
解答速率、平衡图像题的策略
速率、平衡图像问题是化学反应原理的重要组成部分之一，近年高考均涉及到此类问题，分析和解决这类问题需要我们注重对速率与平衡知识的深度理解及应用，才能更好地把外界条件的变化而引起的物理量的变化清晰地表征在化学图像上。
一、应重视对理论的深度理解
分析速率、平衡图像题的理论依据是速率理论和平衡移动原理，学习时应突破理解上的重难点。
外界因素如浓度、温度、压强、催化剂、反应物接触面积、固体颗粒大小等改变，会引起化学反应速率的变化。
但各个外界因素对可逆反应正、逆方向速率的影响程度不尽相同。
例如升高温度，正逆反应速率都升高，只是升高的程度大小不同；增大浓度，反应速率增大（但当往体系中加入某一物质时，若该物质为固体和纯液体时，不影响速率）；增大压强加快反应速率，必须引起参与反应的物质的浓度变化才可能引起速率的变化；催化剂同等程度的改变正逆反应速率但不影响平衡，催化剂的活性受温度等外界条件的影响等。
一些条件改变引起正、逆速率改变程度不同，原平衡被破坏，该影响速率的因素也是影响平衡的因素。
一些条件改变虽然引起正、逆速率改变，但改变的程度相同，该因素是影响速率的因素却不是影响平衡的因素。
例如，催化剂同等程度影响正逆反应速率，不影响平衡。
对方程式两边气体计量数相同的反应，改变压强，速率改变，但正、逆方向速率同时、同等程度改变，平衡不受影响。
在速率平衡图像中，如果涉及多个因素，这类问题较复杂，学生不仅需要具备有关速率和平衡理论的基础知识，还需要全面考察、分析问题，透过纷繁的现象，发现问题的本质，才能获得问题的正确答案。
二、学会剖析单因素作用于速率或平衡
外界因素改变，速率和平衡都可能发生改变，但不能将速率和平衡混为一谈，要辩证分析速率理论和平衡理论的本质区别，从实际出发将速率或平衡问题独立分析判断。
例如，反应的转化率或者产率随温度发生变化的图像，到底是用速率理论还是平衡理论去分析，需要我们思考、辨别、领悟，形成基本的思维模式：
速率理论适用于反应的整个过程，而平衡理论只适用于反应达到平衡以后。
只有经过独立思考、反思，不难获得反应的转化率或者产率随温度发生变化的图像的分析思路：
达到平衡以前，应用速率理论，温度越高，速率越快，转化率或产率越高；达到平衡以后，应用平衡理论，温度升高，平衡向吸热方向移动，若正反应吸热，转化率或产率增大；若正反应放热，转化率或产率下降。
学会分析题意，弄清楚起点和终点是定性点，还是定量点，弄清变化趋势。
弄清反应的类别是指单一反应、平行反应或连续反应；弄清外界条件的改变是对速率和平衡的单一影响还是同时影响，所作曲线是平衡曲线还是非平衡状态至建立平衡的曲线等。
三、透彻理解图像背后隐藏的本质
从外界条件（温度、压强、浓度、催化剂）的改变对速率和平衡的影响出发，着力扫清学生在理解这些知识点中易错、易混淆的部分。
遵循从简单到复杂的呈现原则，由单一温度改变入手，再讨论单一压强改变，但在压强一处进行了变式，即产物的状态改变后，平衡出现了特殊变化。
在讨论浓度因素时，从改变单一物质的浓度到改变多个物质的浓度，同时引入了定量的计算。
当讨论催化剂问题时，由单一催化剂的影响，转变为多催化剂影响，由温度改变不仅影响催化剂的活性，同时还引起反应速率和平衡的移动，问题设置更趋复杂。
【典例1】【2019•江苏】CO2的资源化利用能有效减少CO2排放，充分利用碳资源。
（3）CO2催化加氢合成二甲醚是一种CO2转化方法，其过程中主要发生下列反应：
反应Ⅰ：
CO2（g）+H2（g）
CO（g）+H2O（g）ΔH=41.2kJ·mol−1
反应Ⅱ：
2CO2（g）+6H2（g）
CH3OCH3（g）+3H2O（g）ΔH=﹣122.5kJ·mol−1
在恒压、CO2和H2的起始量一定的条件下，CO2平衡转化率和平衡时CH3OCH3的选择性随温度的变化如图。
其中：
CH3OCH3的选择性=
×100％
①温度高于300℃，CO2平衡转化率随温度升高而上升的原因是▲。
②220℃时，在催化剂作用下CO2与H2反应一段时间后，测得CH3OCH3的选择性为48%（图中A点）。
不改变反应时间和温度，一定能提高CH3OCH3选择性的措施有▲。
1．【山东省淄博市2019届高三三模】回收利用硫和氮的氧化物是保护环境的重要举措。
I.
（1）在模拟回收硫的实验中，向某恒容密闭容器中通入2.8molCO和1molSO2气体，反应在不同条件下进行，反应体系总压强随时间的变化如图所示。
①与实验a相比，实验c改变的实验条件可能是_________。
②请利用体积分数计算该条件下实验b的平衡常数K=________。
（列出计算式即可）（注：
某物质的体积分数=该物质的物质的量/气体的总物质的量）
II．用NH3消除NO污染的反应原理为：
4NH3（g）+6NO（g）
5N2（g）+6H2O（l）△H=-1807.98kJ/mol。
不同温度条件下，NH3与NO的物质的量之比分别为4:
1、3:
1、1:
3，得到NO脱除率曲线如图所示。
（1）曲线a中NH3的起始浓度为4×10-5mol/L,从A点到B点经过1秒，该时间段内NO的脱除速率为_______________________mg/（L·s）。
（2）不论以何种比例混合，温度超过900℃，NO脱除率骤然下降，除了在高温条件下氮气与氧气发生反应生成NO，可能的原因还有（一条即可）______________________________________。
2．【福州市2019届高三毕业班第三次质量检测】甲醇是一种可再生能源，具有广阔的开发和应用前景，可
用Pt/Al2O3、Pd/C、Rh/SiO2等作催化剂，采用如下反应来合成甲醇：
2H2（g）+CO（g）⇌CH3OH（g）。
（2）某科研小组用Pd/C作催化剂，在450℃时，研究了n（H）:
n（CO）分别为2:
1、3:
1时CO转化率的变化情况（如图），则图中表示n（H2）：
n（CO）=3:
1的变化曲线为______（填“曲线a"或“曲线b”）。
（3）某化学研究性学习小组模拟工业合成甲醇的反应，在2L的恒容密闭容器内充入1molCO和2molH2，加入合适催化剂后在某温度下开始反应，并用压力计监测容器内压强的变化如下：
反应时间/min
0
5
10
15
20
25
压强/MPa
12.6
10.8
9.5
8.7
8.4
8.4
则从反应开始到20min时，CO的平均反应速率为________,该温度下的平衡常数K为_______.
（4）将CO和H2加入密闭容器中，在一定条件下发生反应：
CO（g）+2H2（g）⇌CH3OH（g）ΔH<0。
平衡时CO的体积分数（%）与温度和压强的关系如下图所示（虚线框表示没有测定该条件下的数据）。
T1、T2、T3由大到小的关系是_________，判断理由是________________________________________________________________________________________________________.
3．【北京市房山区2019届高三下学期二模】甲醛（HCHO）在化工、医药、农药等方面有广泛的应用。
（1）甲醇脱氢法可制备甲醛（反应体系中各物质均为气态），结合下图回答问题。
①此反应的热化学方程式是___________________________________________。
②反应活化能：
过程I_________________过程II（填“>”“=”或“<”）
③过程II温度—转化率图如下，下列说法合理的是___________________________________。
A．甲醇脱氢法制备甲醛过程无副反应发生
B．温度高于650℃催化剂烧结，活性减弱
C．及时分离产品有利于提高甲醇生成甲醛的转化率
4．【山东省青岛市2019届高三5月第二次模考】二氧化碳减排和再利用技术是促进工业可持续发展和社会
环保的重要措施。
将工业废气中的二氧化碳转化为甲醇，其原理是：
CO2（g）+3H2（g）
H2O（g）+CH3OH（g）
△H=-53.7kJ/mol
（1）308K时，向2L密闭容器中通入0.04molCO2和0.08molH2，测得其压强（p）随时间（t）变化如图1中曲线I所示。
①反应开始至达平衡时，υ（H2）=________；该温度下反应的平衡常数为______mol-2·L2。
②若只改变某一条件，其他条件相同时，曲线变化为II，则改变的条件是_____________。
（2）还可以通过以下途径实现CO2向CH3OH的转化：
反应I：
CO2（g）+H2（g）
H2O（g）+CO（g）△H<0
反应Ⅱ：
2H2（g）+CO（g）
CH3OH（g）△H<0
反应I和反应Ⅱ的平衡常数K随温度T的变化如图2所示。
①根据图中数据分析可知，T1____T2（填“>”、“<”或“=”）；T2时CO2转化为CH3OH的平衡常数K=_____；
②目前，许多国家采用CO2代替CO（以煤和天然气为原料）生产CH3OH，其优点是_________。
5．【福建省莆田市2019届高三第二次质量检测】环戊烯是生产精细化工产品的重要中间体，其制备涉及的
反应如下：
氢化反应：
，
副反应：
，
解聚反应：
，
回答下列问题：
（1）反应
的△H=_____kJ/mol。
（2）一定条件下，将环戊二烯溶于有机溶剂进行氢化反应（不考虑二聚反应），反应过程中保持氢气压力不变，测得环戊烯和环戊烷的产率（以环戊二烯为原料计）随时间变化如图所示：
①0～4h氢化反应速率比副反应快的可能原因是__________________________________________。
②最佳的反应时间为_________h。
若需迅速减慢甚至停止反应，可采取的措施有____________________________________（写一条即可）。
③一段时间后，环戊烯产率快速下降的原因可能是_________________________________。
（3）解聚反应在刚性容器中进行（不考虑氢化反应和副反应）。
①其他条件不变，有利于提高双环戊二烯平衡转化率的是____________（填标号）。
A．增大双环戊二烯的用量B．使用催化剂C．及时分离产物D．适当提高温度
②实际生产中常通入水蒸气以降低双环戊二烯的温度（水蒸气不参与反应）。
某温度下，通入总压为300kPa的双环戊二烯和水蒸气，达到平衡后总压为500kPa，双环戊二烯的转化率为80%，则p（H2O）=______kPa，平衡常数Kp=_______kPa（Kp为以分压表示的平衡常数）。
6．【广东省揭阳市2019届高三第二次模拟考试】亚硝酸氯（ClNO）是有机合成中的重要试剂。
亚硝酸氯可
由NO与Cl2在通常条件下反应得到，化学方程式为2NO（g）+Cl2（g）
2ClNO（g）。
（1）氮氧化物与悬浮在大气中的海盐粒子相互作用时会生成亚硝酸氯，涉及如下反应：
①4NO2（g）+2NaCl（s）
2NaNO3（s）+2NO（g）+Cl2（g）K1
②2NO2（g）+NaCl（s）
NaNO3（s）+ClNO（g）K2
③2NO（g）+Cl2（g）
2ClNO（g）K3
则K1、K2、K3之间的关系为K3=____________。
（2）T℃时，2NO（g）+Cl2（g）
2ClNO（g）的正反应速率表达式为υ正=kcn（ClNO），测得速率和浓度的关系如下表：
序号
c（ClNO）/mol·L－1
υ/mol·L－1·s－1
①
0.30
3.6×10－8
②
0.60
1.44×10－7
③
0.90
3.24×10－7
n=__________；k=___________（注明单位）。
（2）在2L的恒容密闭容器中充入4molNO（g）和2molCl2（g），在不同温度下测得c（ClNO）与时间的关系
如图I。
①温度为T1时，能作为该反应达到平衡的标志的有__________。
a．气体体积保持不变b．容器压强保持不变c．平衡常数K保持不变
d．气体颜色保持不变e．υ（ClNO）=υ（NO）f．NO与ClNO的物质的量比值保持不变
②反应开始到10min时，Cl2的平均反应速率υ（Cl2）=_______________。
③温度为T2时，10min时反应已经达到平衡，该反应的平衡常数K=____________。
（4）一定条件下在恒温恒容的密闭容器中按一定比例充入NO（g）和Cl2（g），平衡时ClNO的体积分数φ随
的变化如图II，则A、B、C三个状态中，NO的转化率最小的是____点，当
时，达到平衡状态时ClNO的体积分数φ可能是D、E、F三点中的_____点。
解答速率平衡坐标图形题的流程通常为观察坐标系、明确点的含义、分析坐标走势和控制自变量。
首先，需要结合所学的化学平衡与化学反应速率的知识明确横、纵坐标的含义；
其次，要明确终点、交点、拐点和起点的含义，特别是终点与起点，往往和化学反应的平衡状态与初始状态相联系，对后续的分析十分重要；
再次，注意比较横坐标和纵坐标，弄清图形中坐标整体形状和每段坐标的变化趋势，此外为了判断化学平衡移动的程度、方向与化学反应状态，还要注意结合化学平衡和化学反应速率的知识；
最后，要以化学平衡和化学反应速率知识为基础学会控制自变量，结合图中的坐标进行对比分析。
在多变量条件下，让我们合理控制变量，并与各类化学知识连贯起来，深入分析图形坐标。
升级会员 