第42讲 化学反应速率与平衡的图像高考化学一轮复习课件

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任务2 常规平衡图像
任务1 化学反应速率图像
精炼高考真题·明确高考方向
任务3 化工生产中常见平衡图像
1.知道化学反应速率和化学平衡常规图像的类型及分析思路。2.加深外界条件对化学反应速率和化学平衡影响的理解。
1.“渐变”类v－t图像
t1时其他条件不变，增大反应物的浓度
t1时其他条件不变，减小反应物的浓度
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
任务1　化学反应速率图像
t1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
2.“断点”类v－t图像
3.“平台”类v－t图像
4.速率—压强(或温度)图像
上述反应的影响，下列分析正确的是溶液进行下列实验，结合实验，下列说法正确的是（ ）
A．图Ⅰ表示的是 t1时刻增大反应物的浓度对反应速率的影响B．图Ⅱ表示的一定是 t1时刻加入催化剂后对反应速率的影响C．图Ⅲ表示的是温度对化学平衡的影响，且乙的温度较高
D．图Ⅲ表示的是不同催化剂对平衡的影响，且甲的催化效率比乙高
2.(2025•“八省联考” 陕西、山西、宁夏、青海卷）一定温度下，恒容密闭容器中，物质Z发生反应Z(g)⇌ X(g)＋2Y(g) ΔH＞0，一段时间后开始计时，测得各物质的浓度随时间变化如图所示。下列说法正确的是( )
A．曲线Ⅰ代表物质X，曲线Ⅲ代表物质ZB．图中t1时刻的正反应速率大于t2时刻C．若升高温度，正反应速率加快，逆反应速率减慢D．0~40 min，用物质Y表示的平均反应速率为0.3mml·L－1·min－1
生成物的浓度增加量之比等于化学计量数之比，曲线Ⅰ为Y，A错误
t1时刻反应物的浓度大于t2时刻，浓度越大反应速率越快，B正确
升高温度，正逆反应速率均加快，C错误
由图可知，v(Z)=0.3，根据速率之比等于化学计量数之比，v(Y)=2v(Z)=0.6，D错误
(1)看面：搞清纵、横坐标所代表的意义，并与有关的原理相联系。(2)看线：弄清线的走向、变化趋势及线的陡与平所表示的含义。(3)看点：弄清曲线上点的含义，特别是一些特殊点，如起点、终点、交点、折点、最高点、最低点。例如在浓度—时间图上，一定要看清反应至终点时反应物的消耗量、生成物的增加量，并结合有关原理进行推理判断。(4)看变化趋势：在速率—时间图上，要注意看清曲线是连续的还是跳跃的，分清渐变和突变，大变和小变。例如，升高温度，v吸大增，v放小增；增大反应物浓度，v正突增，v逆渐增。
解答速率图像题的基本思路
多因素影响下的速率图像分析要点
1.常考影响化学反应速率的因素：
浓度、温度、压强、催化剂的活性、接触面积、原电池原理、副反应等。
2.随着时间的推移，反应物浓度减小，反应速率减小。
3.绝大多数催化剂都有活性温度范围.温度太低时，催化剂的活性很小，反应速率很慢;随温度升高，反应速率逐渐增大，物质转化率增大,
但温度过高又会破坏催化剂的活性。
1.转化率(或百分含量)—时间—温度(或压强)图像
以mA(g)＋nB(g)
pC(g)中反应物A的转化率αA为例说明
①图甲中，T2>T1，升高温度，αA降低，平衡逆向移动，正反应为放热反应。②图乙中，p1>p2，增大压强，αA升高，平衡正向移动，则正反应为气体体积缩小的反应。
“先拐先平数值大”，即图像先拐弯的先达到平衡，对应的温度或压强大。
③若纵坐标表示A的百分含量，则甲中正反应为吸热反应，乙中正反应为气体体积增大的反应。
2.转化率(或质量分数等)－压强－温度图像
3.恒温线或恒压线图像
(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。
分析时可沿横轴作一条平行于纵轴的虚线——恒温线或恒压线，然后进行定一议二，从而可解决问题。
4.应过程中组分含量或浓度与温度的关系及非平衡点图像
（1）反应过程中组分含量或浓度与温度的关系图像
对于化学反应mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，在相同时间段内，M点前，表示化学反应从反应物开始，则v正>v逆，未达平衡；M点为刚达到的平衡点。M点后为平衡受温度的影响情况，即升温，A%增大(C%减小)，平衡逆向移动，ΔH E反应物 D．单位时间的转化率：α(Z) > α(Y)
升高温度，H2S的平衡转化率增大，说明反应吸热因此E生成物 > E反应物 ，C正确
由图可知，反应为吸热反应，温度越高，平衡常数越大，A正确
200℃之前温度越高，催化效率越强，反应速率越快，因此Y速率更大，时间更短，B正确
Z点的催化效率远低于Y点，说明Y点速率更大，单位时间转化率更大，D错误
例1.向一恒容密闭容器中加入1mlCH4和一定量的H2O，发生反应：
1．转化率—投料比—温度图像
。CH4的平衡转化率按不同投料比
随温度的变化曲线如图所示。下列说法错误的是（ ）
A．x1＜x2B．反应速率：Vb正＜Vc正C．点a、b、c对应的平衡常数：Ka＜Kb=KcD．反应温度为T1，当容器内压强不变时，反应达到平衡状态
任务3　化工生产中常见平衡图像
解析：一定条件下，增大水的浓度，能提高CH4的转化率，即x值越小，CH4的转化率越大，则x1＜x2，A正确；b点和c点温度相同，CH4的起始物质的量都为1ml，b点x值小于c点，则b点加水多，反应物浓度大，则反应速率：Vb正＞Vc正，B错误；由图像可知，x一定时，温度升高CH4的平衡转化率增大，说明正反应为吸热反应，温度升高平衡正向移动，K增大；温度相同，K不变，则点a、b、c对应的平衡常数：Ka＜Kb=Kc，C正确；该反应为气体分子数增大的反应，反应进行时压强发生改变，所以温度一定时，当容器内压强不变时，反应达到平衡状态，D正确。
2．选择性（或产率、物质的量分数）——温度图像
例2.乙醇-水催化重整可获得H2。其主要反应为
在1.0×105Pa、n始(C2H5OH):n始(H2O)=1:3时，若仅考虑上述反应，平衡时CO2和CO的选择性及H2的产率随温度的变化如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．图中曲线①表示平衡时H2产率随温度的变化B．升高温度，平衡时CO的选择性增大
D．一定温度下，加入CaO(s)或选用高效催化剂，均能提高平衡时H2产率
解析：比较反应①、②，反应①的热效应更大，温度升高的时候对反应①影响更大一些，根据选择性的含义，升温时CO选择性增大，同时CO2的选择性减小，所以图中③代表CO的选择性，①代表CO2的选择性，②代表H2的产率。A错误、B正确；一定温度下，增大 ，可以认为开始时水蒸气物质的量不变，增大乙醇物质的量，乙醇的平衡转化率降低，C错误；加入CaO(s)或者选用高效催化剂，不会影响平衡时H2产率，D错误。
例3.在一定温度下，BaSO4和C在一密闭容器中进行反应： ，
CO的平衡浓度(ml/L)的对数
与温度的倒数 的关系如图所示，下列说
法中正确的是（ ）
A．Q点CO的消耗速率大于其生成速率B．该反应的
时，反应的平衡常数为1
D．温度不变，将R点状态的容器体积扩大，重新达到平衡时，气体的压强减小
解析：由化学方程式可知，该反应的化学平衡常数K=c4(CO)，由图可知，随着 逐渐增大，lgc(CO)逐渐减小，说明升高温度c(CO)增大，平衡向正反应方向移动，该反应为吸热反应。由图可知，Q点未达到平衡，其Qc>K，平衡向逆反应方向移动，则CO的消耗速率大于其生成速率，A正确；该反应为吸热反应，反应的ΔH>0，B错误；温度是 K即 时，根据图像可知，lgc(CO)=1，c(CO)=10ml/L，K=c4(CO)=10000，C错误；反应的化学平衡常数K=c4(CO)，平衡常数为温度函数，温度不变，平衡常数不变，则温度不变时，将R点状态的容器体积扩大，重新达到平衡时，c(CO)不变，则气体的压强不变，D错误。
(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，说明该曲线表示的反应速率大，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。
化学平衡图像题的解题技巧
1.(2025•山东高考)在恒容密闭容器中，Na2SiF6(s)热解反应所得固相产物和气相产物均为含氟化合物。平衡体系中各组分物质的量随温度的变化关系(实线部分)如图所示。已知：T2温度时，Na2SiF6(s)完全分解；体系中气相产物在T1、T3温度时的分压分别为p1、p3。下列说法错误的是( )
A．a线所示物种为固相产物B．T1温度时，向容器中通入N2，气相产物分压仍为p1C．p3小于T3温度时热解反应的平衡常数KpD．T1温度时、向容器中加入b线所示物种，重新达平衡时逆反应速率增大
2.(2025·江苏高考)甘油(C3H8O3)水蒸气重整获得H2过程中的主要反应：反应Ⅰ C3H8O3(g)=3CO(g)＋4H2(g) ΔH＞0反应Ⅱ CO(g)＋H2O(g) ⇌ CO2(g)＋H2(g) ΔH＜0反应Ⅲ CO2(g)＋4H2(g)=CH4(g)＋2H2O(g) ΔH＜01.0×105Pa条件下，1 ml C3H8O3和9 mlH2O发生上述反应达平衡状态时，体系中CO、H2、CO2和CH4的物质的量随温度变化的理论计算结果如图所示。下列说法正确的是( )
A．550℃时，H2O的平衡转化率为20%B．550℃反应达平衡状态时，n(CO2)：n(CO)=11：25C．其他条件不变，在400~550℃范围，平衡时H2O的物质的量随温度升高而增大D．其他条件不变，加压有利于增大平衡时H2的物质的量
3．(2025河南高考节选) CaCO3的热分解与NixPy催化的CH4重整结合，可生产高纯度合成气(H2+CO)，实现碳资源的二次利用。主要反应如下：反应Ⅰ：CaCO3(s) ⇌CaO(s)+CO2(g) ΔH1＝+178kJ·ml−1反应Ⅱ：CH4(g)＋CO2(g) ⇌2CO(g)＋2H2(g) ΔH2＝+247kJ·ml−1反应Ⅲ：CO2(g)＋H2(g) ⇌CO(g)＋H2O(g) ΔH3＝+41kJ·ml−1(1)在温度分别为T1、T2和T3下，CH4的平衡转化率与压强的关系如图2所示，反应温度最高的是_______ (填“T1/T2/T3”)，原因是_________________________ 。(2)一定温度、100kPa下，向体系中加入1.0 mlCaCO3和1.0 mlCH4，假设此条件下其他副反应可忽略，恒压反应至平衡时，体系中CaCO3转化率为80%，CH4转化率为60%，CO物质的量为1.3 ml，反应Ⅲ的平衡常数Kp=_______ (保留小数点后一位)，此时原位CO2利用率为_______
升高温度，反应Ⅱ正向移动
4．(2025•陕晋宁青高考) MgCO3/MgO循环在CO2捕获及转化等方面具有重要应用。科研人员设计了利用MgCO3与H2反应生成CH4的路线，主要反应如下：I．MgCO3(s)= MgO(s)+CO2(g) ΔH1＝+101kJ·ml−1II．CO2(g)＋4H2(g)=CH4(g)＋2H2O(g) ΔH2= -166kJ·ml−1III．CO2(g)＋H2(g)= CO(g)＋H2O(g) ΔH3＝+41kJ·ml−1(4) 100kPa下，在密闭容器中H2(g)和MgCO3(s)各1 ml发生反应。反应物(H2、MgCO3)的平衡转化率和生成物(CH4、CO2)的选择性随温度变化关系如下图(反应III在360℃以下不考虑)①表示CH4选择性的曲线是___________(填字母)。②点M温度下，反应Ⅱ的Kp=_______ (kPa)-2 (列出计算式即可)。③在550℃下达到平衡时，n(CO) _______ml。500~600℃，随温度升高H2平衡转化率下降的原因可能是________________________________________________________ 。
反应Ⅱ生成的氢气多于反应Ⅲ消耗的氢气
5．(2025•云南高考) 恒压100kPa下，向密闭容器中按n(H2O)：n(C2H5OH)=9：1投料，产氢速率和产物的选择性随温度变化关系如图1，关键步骤中间体的能量变化如图2。[比如：乙酸选择性
①、由图1可知，反应Ⅰ最适宜的温度为270℃，原因为________________________________ 。②、由图中信息可知，乙酸可能是 ________ (填“产物1”“产物2”或“产物3”)。③、270℃时，若该密闭容器中只发生反应Ⅰ、Ⅱ，平衡时乙醇的转化率为90%，乙酸的选择性为80%，则P(CH3COOH) : p(C2H5OH) ________，平衡常数Kp1=_______________kPa(列出计算式即可；用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)。
乙酸选择性最大且反应速率较快