2023统考版高考化学一轮第七章化学反应速率和化学平衡微专题大素养13化学平衡原理中的图像分析题课件

微专题大素养13化学平衡原理中的图像分析题\n类型1速率－时间图像(1)“渐变”类v－t图像图像分析结论t1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t1时其他条件不变，增大反应物的浓度t1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t1时其他条件不变，减小反应物的浓度\nt1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t1时其他条件不变，增大生成物的浓度t1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t1时其他条件不变，减小生成物的浓度\n(2)“断点”类v－t图像①速率－时间图像“断点”分析当可逆反应达到平衡后，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，即出现“断点”。根据“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，t1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)。\n②常见含“断点”的速率变化图像分析图像t1时刻所改变的条件温度升高降低升高降低适合正反应为放热的反应适合正反应为吸热的反应压强增大减小增大减小适合正反应为气体物质的量增大的反应适合正反应为气体物质的量减小的反应\n类型2变量(浓度、转化率、含量)—温度(压强)—时间图像(C%指产物的质量分数，B%指某反应物的质量分数)\n\n\n类型3恒压(或恒温)线(α表示反应物的转化率，c表示反应物的平衡浓度)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，则正反应为放热反应。\n(特殊图像的类型)1．对于化学反应mA(g)＋nB(g)⇌p(C)＋qD(g)，M点前，表示从反应物开始，v正>v逆；M点为刚达到平衡点(如下图)；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。\n2．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(如下图)。L线的左上方(E点)，E点A的百分含量大于此压强时平衡体系的A的百分含量，所以，E点v正>v逆；则L线的右下方(F点)，v正<v逆。\n3.曲线的意义是外界条件(如温度、压强等)对正、逆反应速率影响的变化趋势及变化幅度。图中交点A是平衡状态，压强增大，正反应速率增大得快，平衡正向移动。\n【素养专练】一、基础图像题1．可逆反应2X(g)＋Y(s)⇌2Z(g)在t1时刻达到平衡状态。当增大平衡体系压强(减小容器体积)时，下列有关正、逆反应速率(v)随时间变化的图像正确的是()答案：C\n解析：此可逆反应是反应前后气体的分子数不变的反应，达到平衡状态后，增大平衡体系的压强，正、逆反速率仍相等，但由于压强增大，所以反应速率都增大；综上，本题选C。\n2．某密闭容器中充入等物质的量的A和B，一定温度下发生反应A(g)＋xB(g)⇌2C(g)，达到平衡后，在不同的时间段内反应物的浓度随时间的变化如图甲所示，正逆反应速率随时间的变化如图乙所示，\n下列说法中正确的是()A.30～40min间该反应使用了催化剂B．化学方程式中的x＝1，正反应为吸热反应C．30min时降低温度，40min时升高温度D．前8minA的平均反应速率为0.08mol·L－1·min－1答案：D解析：A项，若使用催化剂，则化学反应速率加快，故错误；由甲图像可知，A、B的浓度变化相同，故A、B的化学计量数相同，都为1；由乙图像可知，30min时改变的条件为减小压强，40min时改变的条件为升高温度，且升高温度平衡向逆反应方向移动，则正反应为放热反应。前8minA的平均反应速率为＝0.08mol·L－1·min－1。\n3．利用I2O5可消除CO污染，其反应为：I2O5(s)＋5CO(g)⇌5CO2(g)＋I2(s)；不同温度下，向装有足量I2O5固体的2L恒容密闭容器中通入2molCO，测得CO2气体体积分数φ(CO2)随时间t变化曲线如图所示。下列说法正确的是()A．b点时，CO的转化率为20%B．容器内的压强保持恒定，表明反应达到平衡状态C．b点和d点的化学平衡常数：Kb>KdD．0到0.5min反应速率v(CO)＝0.3mol·L－1·min－1答案：C\n解析：5CO(g)＋I2O5(s)⇌5CO2(g)＋I2(s)起始量/mol20转化量/molyyb点量/mol2－yy根据b点时CO2的体积分数φ(CO2)＝＝0.80，得y＝1.6mol，CO的转化率为×100%＝80%，A错误；由于该反应前后气体的物质的量不变，所以容器内压强恒定，不能作为平衡状态的标志，B错误；由于反应温度不同，且b点比d点时生成物CO2的体积分数大，说明进行的程度大，则化学平衡常数：Kb>Kd，C正确；\n0到0.5min时，5CO(g)＋I2O5(s)⇌5CO2(g)＋I2(s)起始量/mol20转化量/molxxa点量/mol2－xx根据a点时CO2的体积分数φ(CO2)＝＝0.30，得x＝0.6mol，则从0到0.5min时的反应速率为：v(CO)＝＝0.6mol·L－1·min－1，D错误。\n4．在2L密闭容器中发生反应xA(g)＋yB(g)⇌zC(g)。图甲表示200℃时容器中A、B、C物质的量随时间的变化关系，图乙表示不同温度下平衡时C的体积分数随起始n(A)∶n(B)的变化关系。则下列结论正确的是()A．200℃时，反应从开始到平衡的平均速率v(B)＝L－1·min－1B．200℃时，该反应的平衡常数为25C．当外界条件由200℃降到100℃时，原平衡一定被破坏，且正、逆反应速率均增大D．由图乙可知，反应xA(g)＋yB(g)⇌zC(g)的ΔH<0，且a＝2答案：B\n解析：根据图甲知，v(B)＝＝L－1·min－1,A项错误；由图甲可知，在该反应中，0～5min，A、B、C的物质的量的变化量之比Δn(A)∶Δn(B)∶Δn(C)＝0.4∶0.2∶0.2＝2∶1∶1，所以，A、B、C的化学计量数之比x∶y∶z＝2∶1∶1，故x＝2、y＝1、z＝1，平衡常数K＝＝＝25，B项正确；由图乙可以看出，当投料比相同时，降低温度，平衡时C的体积分数减小，说明平衡逆向移动，但降低温度会使正、逆反应速率都减小，C项错误；根据图乙可知，该可逆反应的正反应是吸热反应，即ΔH>0，按化学计量数之比投料时，相同条件下原料转化率最大，产物的体积分数最大，故a＝2，D项错误。\n5．CO和H2在一定条件下合成甲醇的反应为：CO(g)＋2H2(g)⇌CH3OH(g)ΔH。现在容积均为1L的a、b、c、d、e五个密闭容器中分别充入1molCO和2molH2的混合气体，控温，进行实验，测得相关数据如下图1和图2。下列叙述不正确的是()A.该反应的ΔH<0B．在500℃条件下达平衡时CO的转化率为60%C．平衡常数K1(300℃)<K2(500℃)D．图2中达化学平衡的点为c、d、e答案：C\n解析：根据图1，随着温度升高，甲醇的物质的量减小，根据勒夏特列原理，该反应为放热反应，根据图2，当反应达到平衡时，甲醇的物质的量最大，依据化学平衡移动的定义，推出c、d、e达到平衡。A.根据图1，300℃时，甲醇物质的量为0.8mol，500℃时甲醇物质的量为0.6mol，升高温度，向逆反应方向移动，根据勒夏特列原理，该反应为放热反应，即ΔH<0，故A说法正确；B.500℃时甲醇的物质的量为0.6mol，则消耗CO的物质的量为0.6mol，即CO的转化率为0.6mol/1mol×100%＝60%，故B说法正确；C.化学平衡常数只受温度的影响，该反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向进行，即化学平衡常数减小，即K1(300℃)>K2(500℃)，故C说法错误；D.a到c反应向正反应方向进行，还没有达到平衡，当达到平衡时，甲醇的物质的量最多，即c、d、e为化学平衡点，故D说法正确。\n6．(NH4)2SO3氧化是氨法脱硫的重要过程。某小组在其他条件不变时，分别研究了一段时间内温度和(NH4)2SO3初始浓度对空气氧化(NH4)2SO3速率的影响，结果如图。\n下列说法不正确的是()A．60℃之前，氧化速率增大与温度升高化学反应速率加快有关B．60℃之后，氧化速率降低可能与O2的溶解度下降及(NH4)2SO3受热易分解有关C．(NH4)2SO3初始浓度增大到一定程度，氧化速率变化不大，与水解程度增大有关D．(NH4)2SO3初始浓度增大到一定程度，氧化速率变化不大，可能与O2的溶解速率有关答案：C\n解析：温度越高，氧化速率越快，60℃之前，氧化速率增大与温度升高化学反应速率加快有关，故A正确；反应物浓度降低，反应速率降低，温度升高后O2的溶解度下降及(NH4)2SO3受热易分解，均使反应物浓度降低，故B正确；水解不影响溶液中＋4价硫的总浓度，故C错误；当亚硫酸铵的浓度增大到一定程度后，亚硫酸根离子被氧化的速率大于氧气的溶解速率，因氧气的溶解速率较小导致亚硫酸根离子的氧化速率变化不大，故D正确。\n7．已知反应：CO(g)＋3H2(g)⇌CH4(g)＋H2O(g)。起始以物质的量之比为1∶1充入反应物，不同压强条件下，H2的平衡转化率随温度的变化情况如图所示(M、N点标记为▲)。下列有关说法正确的是()A.上述反应的ΔH<0B．N点时的反应速率一定比M点的快C．降低温度，H2的转化率可达到100%D．工业上用此法制取甲烷应采用更高的压强答案：A\n解析：根据图像，随着温度的升高，H2的转化率降低，说明平衡向逆反应方向移动，根据勒夏特列原理，正反应为放热反应，ΔH<0，A项正确；N点压强大于M点的，M点温度高于N点的，因此无法确定两点的反应速率快慢，B项错误；此反应是可逆反应，不能完全进行到底，C项错误；控制合适的温度和压强，既能保证反应速率较快，也能保证H2有较高的转化率，采用更高的压强对设备的要求更高，增加经济成本，D项错误。\n8．以二氧化碳和氢气为原料制取乙醇的反应为2CO2(g)＋6H2(g)⇌CH3CH2OH(g)＋3H2O(g)。某压强下的密闭容器中，按CO2和H2的物质的量比为1∶3投料，不同温度下平衡体系中各物质的物质的量百分数(y%)随温度变化如图所示。下列说法正确的是()A．a点的平衡常数小于b点B．b点，v正(CO2)＝v逆(H2O)C．a点，H2和H2O的物质的量相等D．其他条件恒定，充入更多H2，v(CO2)不变答案：C\n解析：从图像可知，温度越高氢气的含量越高，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，平衡常数越小，故平衡常数：a>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，反应物浓度增大，正反应速率增大，v(CO2)也增大，D错误。\n9．已知：在700℃的恒温、恒容密闭容器中发生反应3CH4(g)＋2N2(g)⇌3C(s)＋4NH3(g)，若CH4与N2在不同投料比时CH4的平衡转化率如图所示，下列说法正确的是()A.越大，CH4的转化率越高B．a点对应的平衡常数比c点的大C．b点对应的NH3的体积分数为26%D．不改变投料比，增加n(N2)时，NH3体积分数增大答案：D\n解析：由图像看出，CH4的转化率随的增大而降低，A错误；a、b两点的温度相同，平衡常数只与温度有关，则平衡常数不变，B错误；b点甲烷转化率为22%，＝0.75，则设甲烷为3mol，氮气为4mol，3CH4(g)＋2N2(g)⇌3C(s)＋4NH3(g)ΔH>0开始/mol340转化/mol0.660.440.88平衡/mol2.343.560.88则NH3的体积分数约为×100%＝13%，C错误；不改变投料比，增加n(N2)时，必然增加甲烷，平衡正向移动，氨气体积分数增加，D正确。\n10．氨催化氧化时会发生如下两个竞争反应Ⅰ、Ⅱ。4NH3(g)＋5O2(g)⇌4NO(g)＋6H2O(g)Ⅰ4NH3(g)＋3O2(g)⇌2N2(g)＋6H2O(g)ΔH<0Ⅱ为分析某催化剂对该反应的选择性，在1L密闭容器中充入1molNH3和2molO2，测得有关物质的物质的量与温度的关系如图所示。\n(1)该催化剂在低温时选择反应_____(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。(2)520℃时，4NH3(g)＋3O2(g)⇌2N2(g)＋6H2O(g)的平衡常数K＝___________(不要求得出计算结果，只需列出数字计算式)。(3)C点比B点所产生的NO的物质的量少的主要原因是__________________________________________。Ⅱ该反应为放热反应，当温度升高，平衡向左移动\n解析：(1)由图示可知低温时，容器中主要产物为N2，则该催化剂在低温时选择反应Ⅱ。(2)两个反应同时进行反应Ⅰ4NH3(g)＋5O2(g)⇌4NO(g)＋6H2O(g)变化物质的量浓度0.20.250.20.3(mol·L－1)反应Ⅱ4NH3(g)＋3O2(g)⇌2N2(g)＋6H2O(g)变化物质的量浓度0.40.30.20.6(mol·L－1)平衡物质的量浓度0.41.450.20.9(mol·L－1)故520℃时，4NH3(g)＋3O2(g)⇌2N2(g)＋6H2O(g)的平衡常数K＝。\n(3)已知4NH3(g)＋5O2(g)⇌4NO(g)＋6H2O(g)ΔH<0，正反应是放热反应，当反应达到平衡后，温度升高，平衡向左移动，导致NO的物质的量逐渐减小，即C点比B点所产生的NO的物质的量少。\n11．一定条件下合成乙烯：6H2(g)＋2CO2(g)CH2===CH2(g)＋4H2O(g)；已知温度对CO2的平衡转化率和催化剂催化效率的影响如图，下列说法不正确的是()A．生成乙烯的速率：v(M)有可能小于v(N)B．平衡常数：KM>KNC．当温度高于250℃，升高温度，平衡向逆反应方向移动，从而使催化剂的催化效率降低D．若投料比n(H2)∶n(CO2)＝3∶1，则图中M点时，乙烯的体积分数为7.7%答案：C\n解析：升温，CO2的平衡转化率减小，平衡左移，正反应为放热反应，所以KM>KN，B正确；A项，N点虽然催化剂的催化效率低于M点，但温度高，所以有可能v(N)>v(M)，正确；C项，催化剂的催化效率降低，是由于温度升高，催化剂的活性降低造成的，不是平衡移动造成的，错误；D项，M点CO2的平衡转化率为50%，此时，乙烯的体积分数为×100%≈7.7%。\n12．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：\n(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ΔH______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T1________T2(填“小于”“等于”或“大于”)，判断理由是___________________________________。3小于B小于放热反应升高温度时平衡向逆反应方向移动\n解析：(1)根据v(正)＝k(正)·c(顺)＝0.006s－1×c(顺)和v(逆)＝k(逆)·c(反)＝0.002s－1×c(反)，反应达到平衡时v(正)＝v(逆)，即0.006s－1×c(顺)＝0.002s－1×c(反),则该温度下反应的平衡常数值K1＝＝＝3；该反应的活化能Ea(正)小于Ea(逆)，则ΔH＝E1(正反应活化能)－E2(逆反应活化能)＝Ea(正)－Ea(逆)<0。(2)随反应的进行，顺1，2二甲基环丙烷的质量分数不断减少，且反应速率减慢，则顺式异构体的质量分数随时间变化的曲线是B；根据顺1，2二甲基环丙烷和反1，2二甲基环丙烷反应可知，T2温度下，平衡时顺1，2二甲基环丙烷的质量分数是30%，则反1，2二甲基环丙烷的质量分数是70%，因二者的摩尔质量相同，即反应平衡时顺1，2二甲基环丙烷的物质的量分数是30%，则反1，2二甲基环丙烷的物质的量分数是70%，代入平衡常数的表达式K2＝＝＝；因K1大于K2，此反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，得T2大于T1。\n13．研究发现利用NH3可消除硝酸工业尾气中的NO污染。NH3与NO的物质的量之比分别为1∶3、3∶1、4∶1时，NO脱除率随温度变化的曲线如图所示。\n(1)曲线a中，NO的起始浓度为6×10－4mg·m－3，从A点到B点经过0.8s，该时间段内NO的脱除速率为____________mg·m－3·s－1。(2)曲线b对应的NH3与NO的物质的量之比是________，其理由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。1.5×10－43∶1根据勒夏特列原理，NH3与NO的物质的量之比越大，NH3的量越多，促使平衡向正反应方向移动，NO的脱除率越大，再根据图像，可推得曲线b对应的NH3与NO的物质的量之比为3∶1\n14．(1)目前，科学家正在研究一种以乙烯作为还原剂的脱硝(NO)原理，其脱硝机理示意图如图1，脱硝率与温度、负载率(分子筛中催化剂的质量分数)的关系如图2所示。\n①写出该脱硝原理总反应的化学方程式：________________________________________。②为达到最佳脱硝效果，应采取的条件是____________________。6NO＋3O2＋2C2H43N2＋4CO2＋4H2O350℃、负载率3.0%\n(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的转化率随温度变化情况如图3所示。若不使用CO，温度超过775K，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。NO分解反应是放热反应，升高温度不利于分解反应进行870K\n方法总结解答平衡图像题“三步曲”