2027届高考化学一轮复习讲义：6.7 化学反应速率与化学平衡图像分析

这是一份2027届高考化学一轮复习讲义：6.7 化学反应速率与化学平衡图像分析，共15页。
1.“渐变”类v-t图像
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,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)常见含“断点”的速率变化图像分析
1.可逆反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)在一定条件下达到平衡状态。在t1时刻改变某一条件,化学反应速率与反应时间的关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.维持温度、反应体系容积不变,t1时充入SO3(g)
B.维持温度、压强不变,t1时充入SO3(g)
C.维持反应体系容积不变,t1时升高反应体系温度
D.维持温度、反应体系容积不变,t1时充入一定量Ar
答案 B
解析 维持温度、反应体系容积不变,t1时充入SO3(g),此时逆反应速率增大,正反应速率不变,故A错误;维持温度、压强不变,t1时充入SO3(g),此时逆反应速率增大,而且反应体系容积增大导致正反应速率减小,故B正确;维持反应体系容积不变,t1时升高反应体系温度,正、逆反应速率都增大,故C错误;维持温度、反应体系容积不变,t1时充入一定量Ar,反应物和生成物浓度都不变,正、逆反应速率都不变,故D错误。
2.在一密闭容器中发生反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔHp,放热反应
B.T1>T2,p1p,吸热反应
C.T1p2,m+nT2,p1Kd。
考点四 化工生产中的复杂图像
一、催化剂的投料比图像
1.采用一种新型的催化剂(主要成分是Cu-Mn合金),利用CO和H2制备二甲醚(DME)。
主反应:2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)
副反应:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
测得反应体系中各物质的产率或转化率与催化剂的关系如图所示。
则催化剂中n(Mn)n(Cu)约为 时最有利于二甲醚的合成。
答案 2.0
解析 由图可知当催化剂中n(Mn)n(Cu)约为2.0时,CO的转化率最大,生成的二甲醚最多。
(1)改变投料比相当于增加一种反应物的浓度,另一种反应物的转化率升高,而自身的转化率降低。(2)当按化学反应方程式的计量数之比投入反应物,各组分的平衡转化率相同,平衡时产物的体积分数最大。
二、生成物的选择性图像
2.(2024·江西百师联盟开学考试)压强一定的条件下,将1 ml (COOCH3)2和4 ml H2按一定流速通过装有催化剂的反应管,利用(COOCH3)2催化加氢制乙二醇。主要发生如下反应:
ⅰ.(COOCH3)2(g)+2H2(g)CH3OOCCH2OH(g)+CH3OH(g) ΔH1>0
ⅱ.(COOCH3)2(g)+4H2(g)HOCH2CH2OH(g)+2CH3OH(g) ΔH2>0
测得(COOCH3)2的转化率及CH3OOCCH2OH、HOCH2CH2OH的选择性与温度的关系如图所示。已知:选择性定义为
n生成(CH3OOCCH2OH)或n生成(HOCH2CH2OH)n总转化[(COOCH3)2]×100%。下列说法正确的是( )
A.曲线M表示(COOCH3)2的转化率随温度变化曲线
B.192~198 ℃范围内,CH3OOCCH2OH的选择性随温度升高而增大
C.保持其他条件不变,加快气体的流速可以提高(COOCH3)2的转化率
D.195 ℃时,生成CH3OH的物质的量为1.455 ml
答案 D
解析 A.根据题意,随着温度升高,反应ⅰ、ⅱ均正向移动,(COOCH3)2的转化率增大,故曲线M不代表(COOCH3)2的转化率随温度变化曲线,A错误;B.曲线R是HOCH2CH2OH的选择性,195 ℃时曲线M与曲线R相交,则曲线M是CH3OOCCH2OH的选择性,根据图像,192~198 ℃范围内,CH3OOCCH2OH的选择性随温度升高而减小,B错误;C.加快气体的流速时,气体来不及在催化剂表面反应,(COOCH3)2的转化率会降低,C错误;D.195 ℃时(COOCH3)2的转化率为97%,即转化的n(COOCH3)2=0.97 ml,由图像知,195 ℃时CH3OOCCH2OH和HOCH2CH2OH的选择性相等,则n(CH3OOCCH2OH)=n(HOCH2CH2OH)=0.485 ml,此时n(CH3OH)=n(CH3OOCCH2OH)+2n(HOCH2CH2OH)=1.455 ml,D正确。
1.(双选)(2024·山东卷)逆水气变换反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH>0。一定压力下,按CO2、H2物质的量之比n(CO2)∶n(H2)=1∶1 投料,T1、T2温度时反应物摩尔分数随时间变化关系如图所示。已知该反应的速率方程为v=kc0.5(H2)c(CO2),T1、T2温度时反应速率常数k分别为k1、k2。下列说法错误的是( )
A.k1>k2
B.T1、T2温度下达平衡时反应速率的比值:v(T1)v(T2)T2;T1温度下达到平衡时反应物的摩尔分数低于T2温度下平衡时;由于起始CO2与H2的物质的量之比为1∶1,则达到平衡时CO2和H2的摩尔分数相等。A.根据分析,T1比T2反应速率快,反应速率常数与温度有关,结合反应速率方程知k1>k2,A项正确;B.反应的速率方程为v=kc0.5(H2)c(CO2),则v(T1)v(T2)=k1c0.5(H2)1c(CO2)1k2c0.5(H2)2c(CO2)2,T1温度下达到平衡时反应物的摩尔分数低于T2温度下平衡时的量,则v(T1)v(T2)p2>p1,B项正确;压强为p4、温度为1 100 ℃时,甲烷的平衡转化率为80.00%,故平衡时各物质的浓度分别为c(CH4)=0.02 ml·L-1,c(CO2)=0.02 ml·L-1,c(CO)=0.16 ml·L-1,c(H2)=0.16 ml·L-1,平衡常数K=0.162××0.02≈1.64,C项正确;压强为p4时,y点未达到平衡,此时v正>v逆,D项错误。
12.乙醇-水催化重整可获得H2。其主要反应为C2H5OH(g)+3H2O(g)===2CO2(g)+6H2(g) ΔH=+173.3 kJ·ml-1,CO2(g)+H2(g)===CO(g)+H2O(g) ΔH=+41.2 kJ·ml-1,在1.0×105 Pa、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。
CO的选择性=n生成(CO)n生成(CO2)+n生成(CO)×100%,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的选择性减小
C.一定温度下,增大n(C2H5OH)n(H2O)乙醇平衡转化率降低
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
答案 C
解析 根据已知反应①C2H5OH(g)+3H2O(g)===2CO2(g)+6H2(g) ΔH=+173.3 kJ·ml-1,反应②CO2(g)+H2(g)===CO(g)+H2O(g) ΔH=+41.2 kJ·ml-1,温度较低时,以反应①为主,CO2的选择性最大,CO的选择性最小,随着温度的升高,反应速率加快,CO2的选择性逐渐减小,CO的选择性逐渐增大,H2的产率逐渐升高,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,以此解题。A.由分析可知②代表H2的产率,故A错误;B.由分析可知升高温度,平衡时CO的选择性增大,故B错误;C.一定温度下,增大n(C2H5OH)n(H2O),可以认为开始时水蒸气的物质的量不变,增大乙醇的物质的量,乙醇的平衡转化率降低,故C正确;D.加入CaO同时吸收CO2和水蒸气,无法判断平衡如何移动,无法判断如何影响平衡时H2产率,故D错误。
13.用H2还原CO2可以在一定条件下合成CH3OH(不考虑副反应):CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔHc+d,ΔH>0
a+b>c+d,ΔH>0