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  • 2021-07-02 发布

2021届新高考选考化学一轮复习人教版热点题型8化学反应速率与化学平衡图像题学案

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热点题型8 化学反应速率与化学平衡图像题 ‎——变化观念与平衡思想 突破一 利用速率时间图像的“断点”探究外因对化学反应速率和化学平衡的影响 ‎[热点精讲]‎ ‎1.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,根据出现“断点”前后的速率大小,即可对外界条件的变化情况做出判断。‎ ‎2.速率时间图像 ‎(1)改变反应物的浓度(无断点)‎ ‎(2)改变生成物的浓度(无断点)‎ ‎(3)改变气体体系的压强(有断点)‎ ‎①对于正反应方向为气体体积增大(或减小)的反应 ‎②对于反应前后气体体积不变的反应 ‎(4)改变温度(有断点)‎ 对于正反应放热(或吸热)的反应 ‎(5)加催化剂(有断点)‎ ‎(1)条件增强,曲线在原图像的上方;条件减弱,曲线在原图像的下方。‎ ‎(2)浓度改变时,图像曲线一条无断点,一条有断点;其他条件改变时,图像曲线均有断点。‎ ‎[热点精练]‎ ‎1.对于反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH<0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(O ~t1:v正=v逆;t1时改变条件,t2时重新建立平衡)(  )‎ 解析:选C。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正瞬间增大,v逆瞬间不变,A正确;增大压强,v正、v逆都瞬间增大,v正增大的倍数大于v逆,B正确;升高温度,v正、v逆都瞬间增大,速率曲线是不连续的,C错误;加入催化剂,v正、v逆同时同倍数增大,D正确。‎ ‎2.在一密闭容器中发生反应N2+3H22NH3 ΔH<0,达到平衡后,只改变某一个条件时,反应速率与反应时间的关系如图所示。‎ 回答下列问题:‎ ‎(1)处于平衡状态的时间段是________(填字母,下同)。‎ A.t0~t1  B.t1~t2  C.t2~t3  D.t3~t4   E.t4~t5   F.t5~t6‎ ‎(2)判断t1、t3、t4时刻分别改变的一个条件。‎ A.增大压强   B.减小压强   C.升高温度  D.降低温度 E.加催化剂 F.充入氮气 t1时刻________;t3时刻________;t4时刻________。‎ ‎(3)依据(2)中的结论,下列时间段中,氨的百分含量最高的是________。‎ A.t0~t1        B.t2~t3‎ C.t3~t4 D.t5~t6‎ ‎(4)如果在t6时刻,从反应体系中分离出部分氨,t7时刻反应达到平衡状态,请在图中画出反应速率的变化曲线。‎ 解析:(1)根据图示可知,t0~t1、t2~t3、t3~t4、t5~t6时间段内,v正、v逆相等,反应处于平衡状态。(2)t1时,v正、v逆同时增大,且v逆增大得更多,平衡向逆反应方向移动,所以t1时改变的条件是升高温度。t3时,v正、v逆同时增大且增大量相同,平衡不移动,所以t3时改变的条件是加催化剂。t4时,v正、v逆同时减小,平衡向逆反应方向移动,所以t4时改变的条件是减小压强。(3)根据图示知,t1~t2、t4~t5时间段内平衡均向逆反应方向移动,NH3的含量均比t0~t1时间段的低,所以t0~t1时间段内NH3的百分含量最高。(4)t6时刻分离出部分NH3,v逆瞬间减小,然后逐渐增大,而v正在原来基础上逐渐减小,在t7时刻二者相等,反应重新达到平衡,据此可画出反应速率的变化曲线。‎ 答案:(1)ACDF (2)C E B (3)A ‎(4)‎ 突破二 常规图像分类突破 ‎[热点精讲]‎ ‎1.图像类型 ‎(1)浓度时间 如A(g)+B(g)AB(g)‎ ‎(2)含量时间温度(压强)‎ ‎(C%指某产物的气体体积分数,B%指某反应物的气体体积分数)‎ ‎(3)恒压(或恒温)线 ‎(α表示某反应物的转化率,表示某反应物的气体体积分数)‎ 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,则正反应为气体体积增大的反应,ΔH<0。‎ ‎(4)几种特殊图像 ‎①如下图,对于化学反应:mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),M点前,表示化学反应从反应物开始,则v正>v逆;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的百分含量增加或C的百分含量减少,平衡左移,故正反应ΔH<0。‎ ‎  ‎ ‎②如下图,对于化学反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),L线上所有的点都是平衡点。L线左上方的点(E点),A的百分含量大于此压强时平衡体系中的A的百分含量,所以,E点v正>v逆;则L线右下方的点(F点),v正p+q B.正反应是吸热反应;m+np+q 解析:选D。图像中有三个变量,应先确定一个量不变来分别讨论另外两个量之间的关系。确定压强不变,讨论T与A的转化率的关系:同一压强下,温度越高,A的转化率越大,说明正反应是吸热反应;确定温度不变,讨论压强与A的转化率的关系:同一温度下,压强越大,A的转化率越大,说明正反应是气体体积缩小的反应,即m+n>p+q。‎ ‎4.(双选)(2020·德州高三模拟)T0时,在2 L的密闭容器中发生反应:X(g)+Y(g)Z(g)(未配平),各物质的物质的量随时间变化的关系如图a所示。其他条件相同,温度分别为T1、T2时发生反应,X的物质的量随时间变化的关系如图b所示。下列叙述中正确的是(  )‎ A.该反应的正反应是放热反应 B.T0时,从反应开始到平衡时:v(X)=0.083 mol·L-1·min-1‎ C.图a中反应达到平衡时,Y的转化率为37.5%‎ D.T1时,若该反应的平衡常数K为50,则T1T2,温度越高,X的物质的量越大,则平衡向左移动,正反应是放热反应,A项正确;v(X)=≈0.042 mol·L-1·min-1,B项不正确;Y的转化率为×100%=62.5%,C项不正确;由图a可知,X、Y、Z的物质的量变化之比为1∶1∶2,则反应为X(g)+Y(g)2Z(g),则T0时平衡常数为≈33.3<50,由A项分析可知,该反应为放热反应,故平衡常数越小,温度越高,D项正确。‎ ‎5.臭氧在烟气脱硝中的反应为2NO2(g)+O3(g)N2O5(g)+O2(g)。若此反应在恒容密闭容器中进行,相关图像如下,其中对应分析结论正确的是(  )‎ A B 平衡后升温,NO2含量降低 ‎0~2 s内,v(O3)=0.2 mol·L-1·s-1‎ C D v正:b点>a点 b点:v逆>v正 恒温,t1时再充入O3‎ 解析:选C。A项,由图可知,该反应为放热反应,平衡后升高温度,平衡逆向移动,NO2含量升高,错误;B项,0~2 s内,v(O3)=v(NO2)=×=0.1 mol·L-1·s-1,错误;C项,升高温度,NO2含量升高,速率增大,v正:b点>a点,b点反应逆向进行,故v逆>v正,正确;D项,t1时再充入O3,平衡正向移动,v正>v逆,错误。‎ 突破三 新型图像突破 ‎[热点精讲]‎ 新型图像往往根据实际工业生产,结合图像,分析投料比、转化率、产率的变化。此类题目信息量较大,能充分考查学生读图、提取信息、解决问题的能力,在高考中受到命题者的青睐。‎ ‎1.转化率投料比温度图像 ‎ 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:‎ 此反应________(填“放热”或“吸热”);若温度不变,增大投料比[n(H2)/n(CO2)],则平衡常数K将________(填“增大”“减小”或“不变”)。‎ ‎【解析】 当投料比一定时,温度越高,CO2的转化率越小,所以升温,平衡左移,‎ 正反应为放热反应。平衡常数只与温度有关,不随投料比的变化而变化。‎ ‎【答案】 放热 不变 ‎2.根据图像判断投料比 ‎ 采用一种新型的催化剂(主要成分是CuMn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。‎ ‎【解析】 由题图可知,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,同时副产物的产率相对较小。‎ ‎【答案】 2.0‎ ‎3.废物回收及污染处理图像 ‎ (1)一定条件下,用Fe2O3、NiO或Cr2O3做催化剂对燃煤烟气进行回收,反应为2CO(g)+SO2(g)2CO2(g)+S(l) ΔH=-270 kJ·mol-1。‎ ‎①其他条件相同、催化剂不同,SO2的转化率随反应温度的变化如图1,Fe2O3和NiO做催化剂均能使SO2的转化率达到最高,不考虑催化剂价格因素,选择Fe2O3的主要优点是________________________________________________________________________。‎ ‎②某科研小组用Fe2O3做催化剂,在380 ℃时,分别研究了n(CO)∶n(SO2)为1∶1、3∶1时SO2转化率的变化情况(图2)。则图2中表示n(CO)∶n(SO2)=3∶1的变化曲线为________。‎ ‎(2)汽车使用乙醇汽油并不能减少NOx的排放,这使NOx的有效消除成为环保领域的重要研究课题。某研究小组在实验室以AgZSM5为催化剂,测得NO转化为N2‎ 的转化率随反应温度变化的情况如图3所示。‎ 若不使用CO,温度超过775 K时,发现NO的分解率降低,其可能的原因是_____________________________________________________;在n(NO)/n(CO)=1的条件下,应控制的最佳温度在________左右。‎ ‎【答案】 (1)①Fe2O3做催化剂时,在相对较低温度下即可获得较高的SO2转化率,从而节约能源 ②a ‎(2)NO的分解反应是放热反应,升高温度不利于分解反应正向进行 870 K ‎[热点精练]‎ ‎6.(双选)(2020·滨州高三月考)将一定量氨基甲酸铵(NH2COONH4)加入密闭容器中,发生反应NH2COONH4(s)2NH3(g)+CO2(g)。该反应的平衡常数的负对数(-lg K)随温度(T)的变化曲线如图所示,下列说法中不正确的是(  )‎ A.该反应的ΔH>0‎ B.NH3的体积分数不变时,该反应一定达到平衡状态 C.A点对应状态的平衡常数K(A)为10-2.294‎ D.30 ℃时,B点对应状态的v正>v逆 解析:选BD。此题的关键是弄清-lg K越小,K越大,由图中数据可知,随温度升高,-lg K逐渐减小,说明随温度升高,化学平衡向右移动,正反应为吸热反应,A项正确;由反应NH2COONH4(s)2NH3(g)+CO2(g)可知,氨的体积分数始终为,为恒量,B项错误;A点时,-lg K=2.294,C项正确;由B点对应的数值可知,此时Qc>K,反应向逆反应方向进行,v正b,A错误;b点只能说明该温度下,CO2和H2O的浓度相等,不能说明v正(CO2)=v逆(H2O),B错误;从图像可知,a点H2和H2O的物质的量百分数相等,故物质的量相等,C正确;其他条件恒定,充入更多H2,使反应物浓度增大,正反应速率增大,即v(CO2)增大,D正确。‎ ‎8.(2017·高考全国卷Ⅱ,27,14分)丁烯是一种重要的化工原料,可由丁烷催化脱氢制备。回答下列问题:‎ ‎(1)正丁烷(C4H10)脱氢制1丁烯(C4H8)的热化学方程式如下:‎ ‎①C4H10(g)===C4H8(g)+H2(g) ΔH1‎ 已知:②C4H10(g)+O2(g)===C4H8(g)+H2O(g)  ΔH2=-119 kJ·mol-1‎ ‎③H2(g)+O2(g)===H2O(g)  ΔH3=-242 kJ·mol-1‎ 反应①的ΔH1为________kJ·mol-1。图(a)是反应①平衡转化率与反应温度及压强的关系图,x________0.1(填“大于”或“小于”);欲使丁烯的平衡产率提高,应采取的措施是________(填标号)。‎ A.升高温度      B.降低温度 C.增大压强 D.降低压强 ‎(2)丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器(氢气的作用是活化催化剂),出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。图(b)为丁烯产率与进料气中n(氢气)/n(丁烷)的关系。图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势,其降低的原因是_______________________。‎ ‎(3)图(c)为反应产率和反应温度的关系曲线,副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。丁烯产率在590 ℃之前随温度升高而增大的原因可能是_____________________、__________________________________;590 ℃之后,丁烯产率快速降低的主要原因可能是________________________________________________________________________。‎ 解析:(1)根据盖斯定律,可得①=②-③,则ΔH1=ΔH2-ΔH3=-119 kJ·mol-1+242 kJ·mol-1=+123 kJ·mol-1。反应①为气体总体积增大的反应,在温度相同时降低压强有利于提高平衡转化率,故x<0.1。反应①为吸热反应,升高温度有利于平衡正向移动,A项正确;降低压强平衡向气体总体积增大的方向移动,D项正确。(2)结合图(b)可看出随着n(氢气)/n(丁烷)增大,丁烯产率先升高后降低,这是因为氢气是生成物,当n(氢气)/n(丁烷)逐渐增大时,逆反应速率加快,故丁烯的产率逐渐降低。(3)在590 ℃之前随温度升高丁烯产率逐渐增大,这是因为温度升高不仅能加快反应速率,还能促使平衡正向移动;但温度高于590 ℃时,丁烯高温裂解生成短链烃类,导致丁烯产率快速降低。‎ 答案:(1)+123 小于 AD ‎(2)氢气是产物之一,随着n(氢气)/n(丁烷)增大,逆反应速率增大 ‎(3)升高温度有利于反应向吸热方向进行 温度升高反应速率加快 丁烯高温裂解生成短链烃类