1、化学反应速率化学平衡图像问题化学反应速率、化学平衡图像问题近几年，高考题中所设计的化学平衡图像题目千变万化，其巧妙灵活的设计和新颖奇特的图像题常常考查学生灵活运用数学工具解决化学问题的能力。解决此类问题需从以下二步入手。一、解题必备知能1捕捉图像最基本的信息 (1)横坐标与纵坐标的含义 横坐标通常是：t、T、p等(即时间、温度、压强等)。 纵坐标通常是：v、c、n、等(即速率、物质的量浓度、物质的量、转化率、体积分数等)。 (2)线的走向与斜率 线的走向，即随着横坐标自变量的增大，纵坐标因变量是变大，变小，还是不变。当纵坐标所表示的物理量，如：速率，物质的量浓度，物质的量，转化率，体积分数等不
2、随横坐标的变化而变化时，图像中出现一条直线，那么该反应就到达了化学平衡状态。斜率，是化学平衡图像曲线中，一个重要的参数。斜率的应用，通常是对两条不同曲线的斜率进行比较，或者通过比较同一条曲线不同时刻的斜率变化来判断反应是改变了哪些外界条件。 (3)观察化学平衡图像中的“重点” 所谓的“重点”，指的就是化学平衡图像中的起点、拐点、终点、交点、突变点等，这些点往往隐藏着许多重要的信息，借助这些“重点”中的有效信息，能够快速地找到解题的思路，突破图像题的难点。 (4)跟踪化学平衡图像中量的变化 量的变化，指的是纵坐标表示的物理量所发生的变化是由什么外界条件改变而引起的。要解决这个问题，我们经常要借助
3、化学平衡移动理论。2灵活运用解题技巧先拐先平在化学平衡图像中，先出现拐点的反应先达到平衡，可能是该反应的温度高、浓度大、压强大或使用了催化剂。定一议二勒夏特列原理只适用于一个条件的改变，所以图像中有三个变量，先固定一个量，再讨论另外两个量的关系。二、题型技法点拨类型(一)利用“断点”突破vt图像1速率时间图像“断点”分析 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，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)。2常
4、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典例1对于反应2SO2(g)O2(g)2SO3(g)H0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(Ot1：v正v逆；t1时改变条件，t2时重新建立平衡)()解析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正增大，v逆瞬间不变，A正确；增大压强，v正、v逆都增大，v正增大的倍数大于v逆，B正确；升高温度，v正、v
5、逆都瞬间增大，C错误；加入催化剂，v正、v逆同时同倍数增大，D正确。答案C 对点训练1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，下列说法中正确的是() A3040 min间该反应使用了催化剂 B化学方程式中的x1，正反应为吸热反应 C30 min时降低温度，40 min时升高温度 D8 min前A的平均反应速率为0.08 molL1min1 解析：选DA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
6、相同，都为1；由乙图像可知，30 min时改变的条件为减小压强，40 min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。8 min前A的平均反应速率为0.08 molL1min1。2密闭容器中发生反应：A(g)3B(g)2C(g)Hv正，平衡逆向移动，说明改变的条件是升高温度。t3时刻，改变条件，v正、v逆同等程度增大，且该反应是反应前后气体物质的量不相等的反应，故改变的条件是加入催化剂。t4时刻，改变条件，v 正、v 逆均减小，且v 逆v 正，平衡逆向移动，说明改变的条件是减小压强。 (2)t3t4时间段内，反应使用催化剂，由图像可知该时间段内反应速率最快。
7、(3)降温、增大容器容积均会使正、逆反应速率减小；分离出C(g)时，v正不变，v逆减小，随着反应的进行v正会减小，通入A(g)，反应物的浓度增大，v正增大。 答案：(1)升高温度加入催化剂减小压强(2)t3t4(3)A类型(二)用先拐先平解决单一变量的平衡图像 以mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)HQ kJmol1为例。1“转化率时间”四种图像 P一定时，HpqT一定时，mnv逆 B活化能：过程过程 Cn点时该反应的平衡常数K50 D过程，t2时刻改变的反应条件可能是升高温度 解析：选Cm点CO2的转化率不是最大，反应向正反应方向进行，因此v正v逆，A项正确；过程首先达到平衡状态，说明反
8、应速率快，因此活化能：过程过程，B项正确；n点时CO2的转化率是80%，则根据方程式可知 CO2(g)3H2(g)H2O(g)CH3OH(g) 0.5 1.400 0.4 1.20.40.4 0.1 0.20.40.4 所以该反应的平衡常数K200，C项错误；过程，t2时刻CO2的转化率降低，说明反应向逆反应方向进行，由于正反应放热，因此改变的反应条件可能是升高温度，D项正确。类型(三)用定一议二的方法解决多种变量的平衡图像 以mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)HQ kJmol1为例。1“A的转化率(或C的含量)温度压强”四种图像mnpq，H0mnpq，Hpq，H0mn02解答这类图像时
9、应注意(“定一议二”原则)(1)通过分析相同温度下不同压强时反应物A的转化率大小来判断平衡移动的方向，从而确定反应方程式中反应物与产物气体物质间的化学计量数的大小关系。如图甲中任取一条温度曲线研究，压强增大，A的转化率增大，平衡正向移动，正反应为气体体积减小的反应，图丙中任取横坐标一点作横坐标垂直线，也能得出相同结论。(2)通过分析相同压强下不同温度时反应物A的转化率的大小来判断平衡移动的方向，从而确定反应的热效应。如图丙中任取一条压强曲线研究，温度升高，A的转化率减小，平衡逆向移动，正反应为放热反应，图乙中任取横坐标一点作横坐标垂直线，也能得出相同结论。典例3用CO和H2在催化剂的作用下合成
10、甲醇，发生的反应如下：CO(g)2H2(g) CH3OH(g)。在体积一定的密闭容器中按物质的量之比12充入CO和H2，测得平衡混合物中CH3OH的体积分数在不同压强下随温度的变化如图所示。下列说法正确的是()A该反应的H0，且p1p2B反应速率：v逆(状态A)v逆(状态B)C在C点时，CO转化率为75%D在恒温恒压条件下向密闭容器中充入不同量的CH3OH，达平衡时CH3OH的体积分数不同解析由图可知，升高温度，CH3OH的体积分数减小，平衡逆向移动，则该反应的H0,300 时，增大压强，平衡正向移动，CH3OH的体积分数增大，所以p1p2，故A错误；B点对应的温度和压强均大于A点，温度升高、
11、增大压强均使该反应的化学反应速率加快，因此v逆(状态A)v逆(状态B)，故B错误；设向密闭容器中充入了1 mol CO和2 mol H2，CO的转化率为x，则CO(g) 2H2(g)CH3OH(g)起始/mol120变化/molx2x x平衡/mol 1x 22x x在C点时，CH3OH的体积分数0.5，解得x0.75，故C正确；由等效平衡可知，在恒温恒压条件下向密闭容器中充入不同量的CH3OH，达平衡时CH3OH的体积分数都相同，故D错误。答案C对点训练5已知：(HF)2(g)2HF(g)H0，平衡体系的总质量m(总)与总物质的量n(总)之比在不同温度下随压强的变化曲线如图所示。下列说法正确
12、的是() A温度：T1T2 B平衡常数：K(a)K(b)v(a) D当30 gmol1时，n(HF)n(HF)221 解析：选C平衡体系的总质量m(总)与总物质的量n(总)之比即为混合气体的平均摩尔质量，压强一定时，升高温度，(HF)2(g)2HF(g)正向移动，n(总)增大，由于m(总)不变， 则减小，由图可知，温度：T1T2，A错误；平衡常数K随温度变化而发生变化，与压强大小无关，升高温度，平衡正向移动，平衡常数K增大，故平衡常数关系为K(a)K(c)T2，温度升高，反应速率加快，故反应速率：v(b)v(a)，C正确； n(HF)n(HF)221时，混合气体中26.7 gmol1，D错误。
13、6某化学科研小组研究在其他条件不变时，改变某一条件对化学平衡的影响，得到如图所示变化规律(图中p表示压强，T表示温度，n表示物质的量)。根据图示规律判断，下列结论正确的是() A反应：H0，p2p1 B反应：H0，T1T2 C反应：H0，T2T1或H0，T2T1 D反应：H0，T2T1 解析：选C反应中温度升高，X的平衡转化率降低，说明平衡向逆反应方向移动，故正反应是放热反应，H0，压强增大平衡向正反应方向移动，X的转化率升高，故p2p1，A错误；反应中T1温度下反应先达到平衡，说明T1T2，温度降低，n(Z)增大，说明平衡向正反应方向移动，故正反应是放热反应，H0，B错误；反应中，若T2T1
14、，则温度升高，X的平衡转化率增大，说明平衡向正反应方向移动，正反应是吸热反应，H0，D错误。类型(四)用综合思维解决复杂平衡图像在工业生产过程中，如何提升原料利用率、降低化学反应条件、提高产物的产率等是化学工作者研究的重要课题。命题者往往根据实际工业生产，结合图像，从分析投料比、转化率、产率等角度来命题。此类题目的信息量大，能充分考查学生读图、提取信息、解决实际问题的能力，因此是现代高考及平时模拟考试的“新宠”。以下是解决复杂平衡图像题应考虑的四个角度：1曲线上的每个点是否都到达平衡 往往需要通过曲线的升降趋势或斜率变化来判断，如果还未到达平衡则不能使用平衡移动原理，只有到达平衡以后的点才能应
15、用平衡移动原理。 如一定比例的CO2和H2在装有催化剂的反应器中发生反应：CO2(g)3H2(g) CH3OH(g)H2O(g)H63 kJmol1。体系中甲醇的产率和催化剂的催化活性与温度的关系如图所示，温度为470 K时，图中P点没有处于平衡状态，因为在490 K之前，甲醇产率随着温度升高而增大的原因是温度越高化学反应速率越快。2催化剂的活性是否受温度的影响 不同的催化剂因选择性不同受温度的影响也会不同。一般来说，催化剂的活性在一定温度下最高，低于或高于这个温度都会下降。 如以二氧化钛表面覆盖Cu2Al2O4为催化剂，可以将CO2和CH4直接转化成乙酸。在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的
16、生成速率如图所示。则根据两条曲线可以判断涉及影响反应速率的两个因素：催化剂和温度，250300 时，温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是温度超过250 时，催化剂的催化效率降低。3不同的投料比对产率也会造成影响 可以根据定一议二的方法，根据相同投料比下温度或压强的改变对产率的影响或相同温度或压强下改变投料比时平衡移动的方向进行判断，确定反应的吸放热或系数和的大小。 如将燃煤废气中的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： 当投料比一定时，温度越高，CO2的转化率越低，
17、所以升温，平衡左移，正反应为放热反应。若温度不变，提高投料比n(H2)/n(CO2)，则提高了二氧化碳的转化率。4考虑副反应的干扰或影响 往往试题会有一定的信息提示，尤其温度的改变影响较大。如磷石膏是湿法生产磷酸排出的工业废渣，主要成分是CaSO42H2O。用不同的还原剂可以将CaSO4还原，所得SO2可用于工业生产硫酸。以C作还原剂，向密闭容器中加入相同质量的几组不同C/S值(C与CaSO4的物质的量比)的混合物在1 100 加热，结果如图所示。当C/S值为0.5时，反应产物为CaO、SO2、CO2；当C/S值大于0.7时，反应所得气体中SO2的体积分数不升反降，其可能原因是当C/S值大于0
18、.7时，原料中的还原剂C的含量增加，则高温下过量的C与CO2发生反应CO2C2CO，从而使得气体总体积增大(或部分转化为其他含S物质)。典例4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13、31、41时，NO脱除率随温度变化的曲线如图所示。(1)曲线a中，NO的起始浓度为6104 mgm3，从A点到B点经过0.8 s，该时间段内NO的脱除速率为_mgm3s1。(2)曲线b对应的NH3与NO的物质的量之比是_，其理由是_。解析从A点到B点的浓度变化为(0.750.55)6104 mgm31.2104 mgm3，脱除速率为1.5104 mgm3s1；根据勒夏
19、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31。答案(1)1.5104(2)31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。 对点训练7(2018江苏高考节选)NOx(主要指NO和NO2)是大气主要污染物之一。有效去除大气中的NOx是环境保护的重要课题。在有氧条件下，新型催化剂M能催化NH3与NOx反应生成N2。将一定比例的O2、NH3和NOx的混合气体，
20、匀速通入装有催化剂M的反应器中反应(装置见图1)。 反应相同时间NOx的去除率随反应温度的变化曲线如图2所示，在50250 范围内随着温度的升高，NOx的去除率先迅速上升后上升缓慢的主要原因是_；当反应温度高于380 时，NOx的去除率迅速下降的原因可能是_ _。 解析：温度升高，反应速率增大，同时催化剂的活性增大也会提高反应速率。一段时间后催化剂活性增大幅度变小，主要是温度升高使反应速率增大。当温度超过一定值时，催化剂的活性下降，同时氨气与氧气能够反应生成NO而使反应速率减小。 答案：迅速上升段是催化剂活性随温度升高增大与温度升高共同使NOx去除反应速率迅速增大；上升缓慢段主要是温度升高引起的NOx去除反应速率增大催化剂活性下降；NH3与O2反应生成了NO8(2016全国卷节选)以丙烯、氨、氧气为原料，在催化剂存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副产物丙烯醛(C3H4O)的热化学方程式如下： C3H6(g)NH3(g)O2(g)=C3H3N(g)3H2O(g) H515 kJmol1 C3H6(g)O2(g)=C3H4O(g)H2O(g) H353 kJmol1 丙烯腈和丙烯醛的产率与的关系如图所示。由图可知，最佳约为_。 解析：由图可知，当1时，丙烯腈的产率最高，而丙烯醛的产率已趋近于0，如果再增大，丙烯腈的产率反而降低，故最佳约为1。 答案：1
