2024届高考化学一轮复习专题7第36讲化学反应速率与平衡的图像解答策略能力学案

这是一份2024届高考化学一轮复习专题7第36讲化学反应速率与平衡的图像解答策略能力学案，共31页。
模型建构
图像试题的一般解题思路
(2021·广东选择性考试，T19节选)我国力争于2030年前做到碳达峰，2060年前实现碳中和。CH4与CO2重整是CO2利用的研究热点之一。该重整反应体系主要涉及以下反应：
a)CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g) ΔH1
b)CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2
c)CH4(g)C(s)＋2H2(g) ΔH3
d)2CO(g)CO2(g)＋C(s) ΔH4
e)CO(g)＋H2(g)H2O(g)＋C(s) ΔH5
设Keq \\al(r,p)为相对压力平衡常数，其表达式写法：在浓度平衡常数表达式中，用相对分压代替浓度。气体的相对分压等于其分压(单位为kPa)除以p0(p0＝100 kPa)。
反应a、c、e的ln Keq \\al(r,p)随eq \f(1,T)(温度的倒数)的变化如图所示。
(1)反应a、c、e中，属于吸热反应的有______(填字母)。
(2)反应c的相对压力平衡常数表达式为Keq \\al(r,p)＝________。
(3)在图中A点对应温度下、原料组成为n(CO2)∶n(CH4)＝1∶1、初始总压为100 kPa的恒容密闭容器中进行反应，体系达到平衡时H2的分压为40 kPa。计算CH4的平衡转化率，写出计算过程：
________________________________________________________________
_______________________________________________________________。
[思路分析] (1)eq \b\lc\ \rc\}(\a\vs4\al\c1(ln K\\al(r,p)越大，K\\al(r,p)越大,\f(1,T)越大，T越小))⇒随温度的升高Keq \\al(r,p)的变化趋势⇒a、c反应为吸热反应，e反应为放热反应。
(3)A点c反应的ln Keq \\al(r,p)＝0⇒Keq \\al(r,p)＝1＝eq \f(p2H2,pCH4·p0)⇒p(CH4)＝eq \f(p2H2,p0)＝eq \f(402,100) kPa＝16 kPa；又p初始(CH4)＝eq \f(1,1＋1)×100 kPa＝50 kPa⇒α(CH4)＝eq \f(50－16,50)×100%＝68%。
[答案] (1)ac (2)eq \f(p2H2,pCH4·p0) (3)A点对应温度下，c反应的ln Keq \\al(r,p)＝0，Keq \\al(r,p)＝1＝eq \f(p2H2,pCH4·p0)，故p(CH4)＝eq \f(p2H2,p0)＝eq \f(402,100) kPa＝16 kPa，又p初始(CH4)＝eq \f(1,1＋1)×100 kPa＝50 kPa，所以，α(CH4)＝eq \f(50－16kPa,50 kPa)×100%＝68%
分类突破
速率图像
1．瞬时速率图像
(1)浓度改变(无断点)
平衡正向移动 平衡逆向移动
(2)温度、压强改变(有断点)
eq \a\vs4\al(平衡向吸热,方向移动) eq \a\vs4\al(平衡向气体体积,减小方向移动)
(3)加催化剂或等体积反应的改变压强
2．全程速率—时间图(ΔHT1。
②若为压强变化引起，压强较大时，反应达平衡所需时间短。如图乙中p1>p2。
③若为使用催化剂引起，使用适宜催化剂时，反应达平衡所需时间短。如图丙中a使用催化剂。
(2)正确掌握图像中反应规律的判断方法
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减小的反应。
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．恒温线或恒压线图像
[以反应mA(g)＋nB(g)pC(g)中反应物A的转化率αA为例说明]
(1)“定一议二”原则：可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生成物气体物质间的化学计量数的大小关系。如乙中同一温度下任取两条压强曲线研究，压强增大，αA增大，平衡正向移动，正反应为气体体积减小的反应，甲中任取一曲线，也能得出结论。
(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。如利用上述分析方法，在甲中作垂直线，乙中任取一曲线，即能分析出正反应为放热反应。
(3)对于化学反应mA(g)＋nB(g)pC(g)，右图L线上所有的点都是平衡点。左上方(E点)，A%大于此压强或温度时平衡体系中的A%，E点必须向正反应方向移动才能达到平衡状态，所以，E点v正>v逆；则右下方(F点)v正K2
B．(t1＋ 10)min时，保持容器总压强不变，通入稀有气体，平衡向正反应方向移动
C．T ℃时，在相同容器中，若由0.4 ml·L－1 A、0.4 ml·L－1 B和0.2 ml·L－1 C反应，达到平衡后，C的浓度仍为0.4 ml·L－1
D．其他条件不变，升高温度，正、逆反应速率均增大，A的转化率增大
C [由图(Ⅰ)可知，A和B的物质的量浓度减小，C的物质的量浓度增大，则A、B为反应物，C为生成物，由反应的浓度变化之比等于化学计量数之比可得：Δc(A)∶Δc(B)∶Δc(C)＝0.2 ml·L－1∶0.6 ml·L－1∶0.4 ml·L－1＝1∶3∶2，则反应的化学方程式为A＋3B2C。A.由图(Ⅱ)可知T1＞T2，升高温度，B的体积分数增大，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小，则K1”或“”“＝”或“Kc>Kd (3)T3～T4区间，化学反应已达到平衡，由于正反应是放热反应，温度升高平衡向逆反应方向移动，不利于CO2的捕获
生产、科技中的特定测定图像
生产、科技中的特定测定图像充分体现了化学知识的“学以致用”的社会责任的化学素养。是高考命题专家特别关注的命题点。图像涉及的信息非常的多。如温度、压强、转化率、百分含量、反应速率、产率、选择性、投料比、脱除率等。分析时要注意这些物理量的含义。
涉及投料比的条件选择图像分析
5．(2022·淮安一模)碘及其化合物有着多方面的用途，一碘甲烷(CH3I)热裂解可制取乙烯等低碳烯烃化工原料。CH3I热裂解时主要反应有：
反应Ⅰ：2CH3I(g)C2H4(g)＋2HI(g) ΔH1
反应Ⅱ：3C2H4(g)2C3H6(g) ΔH2
反应Ⅲ：2C2H4(g)C4H8(g) ΔH3(298 K)
实验测得，反应Ⅰ、Ⅱ的ΔH随温度的变化如图1所示，在1 L密闭的容器中，起始投料1 ml CH3I(g)，反应温度对平衡时体系中乙烯、丙烯和丁烯物质的量分数的影响如图2所示。
图1
图2
下列说法正确的是( )
A．298 K时，反应3CH3I(g)C3H6(g)＋3HI(g) ΔH＝－66.3 kJ·ml－1
B．图中曲线X表示乙烯的物质的量分数随温度的变化
C．A、B是曲线Y上两点，曲线Y对应反应的平衡转化率：α(A)α(B)，C错误；D.反应Ⅰ为吸热反应、反应Ⅱ、Ⅲ为放热反应，升高温度只有反应Ⅰ正向移动，反应Ⅱ、Ⅲ均逆向移动，D错误。]
6．汽车尾气是雾霾形成的原因之一。研究氮氧化物的处理方法可有效减少雾霾的形成，可采用氧化还原法脱硝：
4NO(g)＋4NH3(g)＋O2(g)eq \(,\s\up9(催化剂))4N2(g)＋6H2O(g) ΔH0 、ΔS0，故A错误；B.根据化学平衡常数的定义，该反应的平衡常数K＝eq \f(c4HCl,cSiCl4·c2H2)，故B正确；C.题中说的是高温，不是标准状况下，因此不能直接用22.4 L·ml－1计算，故C错误；D.ΔH＝反应物键能总和－生成物键能总和，即ΔH＝4E(Si—Cl)＋2E(H—H)－4E(H—Cl) －2E(Si—Si)，故D错误。]
4．(2022·全国甲卷，T28节选)(1)在1.0×105Pa，将TiO2、C、Cl2以物质的量比1∶2.2∶2进行反应。体系中气体平衡组成比例(物质的量分数)随温度变化的理论计算结果如图所示。
①反应C(s)＋CO2(g)===2CO(g)的平衡常数Kp(1 400 ℃)＝________Pa。
②图中显示，在200 ℃平衡时TiO2几乎完全转化为TiCl4，但实际生产中反应温度却远高于此温度，其原因是______________________________________。
(2)TiO2碳氯化是一个“气—固—固”反应，有利于TiO2－C“固—固”接触的措施是_________________________________________________________。
[解析] (1)①从图中可知，1 400 ℃，体系中气体平衡组成比例CO2是0.05，TiCl4是0.35，CO是0.6，反应C(s)＋CO2(g)===2CO(g)的平衡常数Kp(1 400 ℃)＝eq \f(0.6p总2,0.05p总)＝eq \f(0.6×1.0×1052,0.05×1.0×105)Pa＝7.2×105 Pa；②实际生产中需要综合考虑反应的速率、产率等，以达到最佳效益，实际反应温度远高于200 ℃，就是为了提高反应速率，在相同时间内得到更多的TiCl4产品。
[答案] (1)7.2×105 为了提高反应速率，在相同时间内得到更多的TiCl4产品，提高效益 (2)将两固体粉碎后混合，同时鼓入Cl2，使固体粉末“沸腾”
课时分层作业(三十六)
化学反应速率与平衡的图像解答策略
1．(2022·南京检测)在容积不变的容器中充入CO和NO发生如下反应：2CO(g)＋2NO(g)2CO2(g)＋N2(g)，其他条件不变时，分别探究温度和催化剂的比表面积对上述反应的影响。实验测得c(CO)与时间的关系如图所示。
已知：ⅰ.起始投料比n(CO)∶n(NO)均为2∶3；
ⅱ.比表面积：单位质量的物质具有的总面积。
下列说法不正确的是( )
A．Ⅰ、Ⅱ反应温度相同，催化剂的比表面积不同
B．Ⅱ中NO的平衡转化率为75%
C．在Ⅲ的条件下，该反应的平衡常数K＝62.5
D．0～t1 min，Ⅲ中平均反应速率veq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(CO))＝eq \f(2×10－3,t1) ml·L－1·min－1
B [A.Ⅰ、Ⅱ两个过程达到反应平衡时间不同，反应温度相同，催化剂的比表面积不同，催化剂比表面积越大，催化效率越高，A正确；B.Ⅱ中Δc(CO)＝4×
10－3 ml·L－1－1×10－3 ml·L－1＝3×10－3 ml·L－1，起始投料比n(CO)∶n(NO)均为2∶3，Δc(NO)＝6×10－3 ml·L－1－3×10－3 ml·L－1＝3×10－3 ml·L－1，NO的平衡转化率为3×10－3 ml·L－1÷6×10－3 ml·L－1
×100%＝50%，B错误；C.在Ⅲ的条件下，
2COeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(g))＋2NOeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(g))2CO2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(g))＋N2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(g))
eq \a\vs4\al(起始10－3, ml·L－1) 4 6 0 0
eq \a\vs4\al(转化10－3, ml·L－1) 2 2 2 1
eq \a\vs4\al(平衡10－3, ml·L－1) 2 4 2 1，
平衡常数K＝eq \f(c\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(N2))·c2\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(CO2)),c2\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(NO))·c2\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(CO)))＝62.5，C正确；D.0～t1 min，Ⅲ中平均反应速率veq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(CO))＝eq \f(4×10－3－2×10－3,t1) ml·L－1·min－1＝eq \f(2×10－3,t1) ml·L－1·min－1，D正确。]
2．减少碳排放、控制温室气体排放的增长已经成为可能。一种由二氧化碳和氢气合成乙醇的反应为2CO2(g)＋6H2(g)CH3CH2OH(g)＋3H2O(g)。选择合适的催化剂，相同时间内可以得出温度对合成乙醇的影响情况如图所示(乙醇选择性＝eq \f(CH3CH2OH产率,CO2转化率)×100%)。下列说法正确的是( )
A．该反应的ΔH>0
B．增大压强和升高温度都能提高CO2的平衡转化率
C．温度为T0时，乙醇的产率为57.4%
D．T0～T1温度下，随温度升高，乙醇的产率降低
C [A.根据图像，T1后随着温度的升高，乙醇的选择性和CO2转化率均减小，说明升高温度，反应平衡逆向移动，即正反应放热，所以该反应的ΔH