化学反应速率和平衡图象的分析 高考化学一轮复习强化提升课学案新人教版

化学反应速率和平衡图象的分析

　本部分知识在高考中更多是以新情境下的曲线形式考查，考查学生的分析图象的能力，能从图象中找到曲线起点、趋势、拐点，能正确分析可逆反应的特征，从而比较速率大小、判断平衡移动方向、计算特征点的物理量等。考查化学平衡移动原理，考查宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知、变化观念与平衡思想的学科素养。

命题角度1：速率－时间图象(v－t图象)

【典例1】(2021·重庆模拟)某温度下，2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＜0已达到平衡，保持其他条件不变，只改变其中一个条件，v(正)、v(逆)的变化如图所示。下列判断正确的是(　　)

A．①图可能是加压引起的

B．②图可能是恒压通O2引起的

C．③图可能是升高温度引起的

D．④图是移走部分SO3引起的

【解析】选D。增大压强，正逆反应速率都增大，但是正反应速率大于逆反应速率，平衡正向移动，故A错误；恒压条件下通入氧气，瞬间O2浓度增大，v(正)增大，SO3浓度减小，v(逆)减小，平衡正向移动，故B错误；升高温度正逆反应速率都增大，平衡逆向移动，改变条件时逆反应速率大于正反应速率，故C错误；减小三氧化硫浓度，改变条件瞬间，逆反应速率减小、正反应速率不变，正反应速率大于逆反应速率，平衡正向移动，故D正确。

命题角度2：百分含量(或转化率)－时间－温度(或压强)图象

【典例2】(2021·天津模拟)可逆反应mA(s)＋nB(g)eC(g)＋fD(g)，反应过程中，当其他条件不变时，C的百分含量(C%)与温度(T)和压强(p)的关系如图。下列叙述正确的是(　　)

A．到达平衡后，若升温，则K减小

B．到达平衡后，加入催化剂C%增大

C．化学方程式中n＞e＋f

D．到达平衡后，若增加A的量，B的转化率增大

【以图析题·培养关键能力】

【解析】选A。T2达到平衡时间短，温度较高，而C%含量低，则正反应方向放热，p2达到平衡时间短，压强较大，而C%含量低，则n＜e＋f，催化剂不影响平衡移动，到达平衡后，若升温，正反应是放热反应，所以K减小，故A正确；使用催化剂平衡不移动，C%不变，故B错误；p2达到平衡时间短，压强较大，而C%含量低，则n＜e＋f，故C错误；到达平衡后，若增加A的量，平衡不移动，所以B的转化率不变，故D错误。

【归纳总结】解题原则——“先拐先平数值大”。

①斜率大且先达到平衡的速率大，对应物理量(温度或压强)大；

②平台高的纵坐标对应量大，结合温度大小即可判断反应的热效应，或结合压强大小即可判断反应前后气体分子数多少。

一、常见图象及解题方法

1．物质的量(或浓度)－时间图象[n(或c)－t图象]：

此类图象说明各平衡体系组分(或某一组分)在反应过程中的变化情况。

解题原则：注意各物质曲线的拐点(到达平衡的时刻)，各物质浓度变化的内在联系及比例符合化学方程式中的化学计量数关系等情况。

2．速率－时间图象(v－t图象)：

解题原则：分清正反应、逆反应及二者的相对大小，分清“突变”和“渐变”；正确判断化学平衡的移动方向；熟记浓度、压强、温度、催化剂等对化学平衡移动的影响规律。

3．百分含量(或转化率)－时间－温度(或压强)图象：

解题原则——“先拐先平数值大”。先出现拐点的反应即先达到平衡，速率快，温度较高、压强较大(如图Ⅰ、Ⅱ)或使用了催化剂(如图Ⅲ)。再看平台高度，纵坐标大小与平衡状态相对应，将温度高低、压强大小与平衡状态相联系，即可得到反应热或气体分子数信息。

4．百分含量(或转化率)－压强－温度图象：

解题原则——“定一议二”。讨论三个量之间的关系，先确定其中一个量(看曲线趋势或作辅助线)，再讨论另两个的关系，从而得到反应热或气体分子数信息。

二、化学平衡图象题的解题方法

1．看图象：

“一看”面(即纵坐标与横坐标的意义)；

“二看”线(即线的走向和变化趋势)；

“三看”点(即起点、拐点、交点、终点)；

“四看”辅助线(如等温线、等压线、平衡线等)；

“五看”量的变化(如浓度变化、温度变化等)。

2．想规律：

联想外界条件的改变对化学反应速率和化学平衡的影响规律。

3．用技巧：

①先拐先平：在转化率—时间曲线中，先出现拐点的曲线先达到平衡，这表示反应的温度高或压强大。

②定一议二：图象中有三个量时，先确定一个量不变，再讨论另外两个量的关系。

4．作判断：

根据图象中表现的关系与所学规律相对比，作出符合题目要求的判断。

1．(速率－时间图象)可逆反应mA(g)＋nB(g)⇌pC(g)＋qD(g)的v­t图象如图甲所示。若其他条件都不变，只是在反应前加入合适的催化剂，则其v－t图象如图乙所示。下列判断不正确的是(　　)

A.a1＜a2

B．图甲平衡时和图乙中反应速率相等

C．t1＞t2

D．平衡时图甲和图乙中反应限度相同

【解析】选B。使用催化剂，反应速率加快，则a1＜a2，故A正确；乙使用催化剂，则图乙中反应速率大于图甲中反应速率，故B错误；反应速率加快，时间变短，则t1＞t2，故C正确；催化剂不影响化学平衡，则平衡时图甲和图乙中反应限度相同，故D正确。

2．[百分含量(或转化率)－时间－温度(或压强)图象](2021·乌鲁木齐模拟)其他条件相同时，研究反应2SiHCl3(g) SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)，在323 K和343 K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．343 K时平衡转化率为21%

B．a、b点对应的反应速率大小关系：v(a)＜v(b)

C．323 K时，增大压强可以提高SiHCl3的转化率

D．2SiHCl3(g) SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)的正反应为吸热

【解析】选D。先拐先平温度高，温度越高，反应速率越快，由图示可知343 K为a曲线，则由图示曲线可知，反应2SiHCl3(g) SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)的平衡转化率为22%，故A错误；由图象可知，a点的反应温度高于b点，温度高反应速率快，所以a点的反应速率比b高，v(a)＞v(b)，故B错误；反应为气体体积不变的反应，323 K时，增大压强，平衡不移动，不能提高SiHCl3的转化率，故C错误；先拐先平温度高，温度越高SiHCl3的转化率越大，升温平衡正向进行，则正反应为吸热反应，故D正确。

3．[百分含量(或转化率)－压强－温度图象](2021·海淀区模拟)反应mY(g)＋nZ(g)qX(g)　ΔH，在不同温度下的平衡体系中，物质Y的体积分数随压强变化的曲线如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．m＋n＜q

B．该反应的ΔH＞0

C．A、C两点化学平衡常数：KA＞KC

D．B、C两点的反应速率：vB＜vC

【解析】选D。根据图象可知，在温度不变时，增大压强，Y的体积分数减小，说明增大压强，化学平衡向正反应方向移动，根据平衡移动原理，增大压强，化学平衡向气体体积减小的方向移动，正反应方向是气体体积减小的反应方向，所以m＋n＞q，故A错误；根据图象可知：在压强不变时，升高温度，达到平衡时Y的体积分数增大，说明升高温度化学平衡向逆反应方向移动。根据平衡移动原理，升高温度，化学平衡向吸热反应方向移动，该反应的正反应是放热反应，所以ΔH＜0，故B错误；A、C点的温度均为500 ℃，化学平衡常数只受温度影响，温度不变，K不变，因此KA＝KC，故C错误；压强B＜C，温度B＜C，条件越高化学反应速率越快，所以B、C两点的反应速率vB＜vC，故D正确。

【加固训练——拔高】

1．[百分含量(或转化率)－压强－温度图象](2021·北京模拟)如图是温度和压强对X＋Y2Z反应影响的示意图。图中横坐标表示温度，纵坐标表示平衡混合气体中Z的体积分数。下列叙述正确的是(　　)

A．上述可逆反应的正反应为放热反应

B．X、Y、Z均为气态

C．X和Y中最多只有一种为气态，Z为气态

D．上述反应的逆反应的ΔH＞0

【解析】选C。由图象曲线变化可知，随着温度的升高，Z的体积分数增大，说明升高温度平衡向正反应方向移动，说明正反应吸热，故A错误；如X、Y、Z均为气态，反应前后气体的体积不变，增大压强，平衡应不移动，但由图象可知增大压强平衡向逆反应方向移动，故B错误；增大压强，Z的体积分数减小，说明增大压强平衡向逆反应方向移动，则说明反应前的气体化学计量数之和小于生成物气体的化学计量数，则X和Y中只有一种是气态，Z为气态，故C正确；由A可知，正反应吸热，ΔH＞0，则逆反应ΔH＜0，故D错误。

2．(2021·宿州模拟)可逆反应mA(s)＋nB(g)⇌eC(g)＋fD(g)反应过程中，当其他条件不变时，C的体积分数φ(C)、不同温度(T)和不同压强(p)的条件下随时间(t)的变化关系如图所示。下列叙述正确的是(　　)

A．达到平衡后，若使用催化剂，C的体积分数将增大

B．达到平衡后，增加A的质量有利于化学平衡向正反应方向移动

C．化学方程式中，n＜e＋f

D．当平衡后，若温度升高，化学平衡向正反应方向移动

【解析】选C。催化剂只改变化学反应速率，对平衡移动没有影响，C的体积分数将不变，故A错误；A为固体，加入A，化学反应速率以及平衡都不发生改变，故B错误；由②可以看出增大压强，C的百分含量降低，说明增大压强平衡向逆反应方向移动，则应有n＜e＋f，故C正确；由图(1)可知，温度升高，C的百分含量降低，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，故D错误。