2020高考化学刷题冲刺（含最新模拟题）专题十六化学反应速率和化学平衡讲义 36页

1 专题十六 化学反应速率和化学平衡 考点 1 化学反应速率 1.[2017 浙江 4 月选考,21,2 分]对水样中溶质 M 的分解速率影响因素进行研究。在相同温度 下,M 的物质的量浓度(mol·L-1)随时间(min)变化的有关实验数据见下表。 时间 M 的物质的量浓 度水样 0 5 10 15 20 25 Ⅰ(pH=2) 0.40 0.28 0.190.130.100.09 Ⅱ(pH=4) 0.40 0.31 0.240.200.180.16 Ⅲ(pH=4) 0.20 0.15 0.120.090.070.05 Ⅳ(pH=4,含 Cu2+) 0.20 0.09 0.050.030.01 0 下列说法不正确的是 ( ) A.在 0~20 min 内, Ⅰ 中 M 的分解速率为 0.015 mol·L-1·min-1 B.水样酸性越强,M 的分解速率越快 C.在 0~25 min 内,Ⅲ中 M 的分解百分率比Ⅱ大 D.由于 Cu2+存在,Ⅳ中 M 的分解速率比Ⅰ快 本题考查考生提取信息的能力,表格中的数据是控制变量法的体现,要敏锐地观察到Ⅰ与Ⅱ 的区别在于pH不同,起始浓度相同;Ⅱ与Ⅲ的区别在于pH相同,起始浓度不同;Ⅲ与Ⅳ的区别 在于Ⅳ加了铜离子。 解题模型:链接考法 2 命题角度 2、3 2.[2018 海南,16 节选,7 分](1)100 ℃时,在不同金属离子存在下,纯过氧化氢 24 h 的分解 率见下表: 离子 加入量 /(mg·L-1) 分解率/% 离子 加入量 /(mg·L-1) 分解率/% 2 无 — 2 Fe3+ 1.0 15 Al3+ 10 2 Cu2+ 0.1 86 Zn2+ 10 10 Cr3+ 0.1 96 由上表数据可知,能使过氧化氢分解反应活化能降低最多的离子是 。贮运过氧化氢 时,可选用的容器材质为 (填标号)。 A.不锈钢 B.纯铝 C.黄铜 D.铸铁 (2)过氧化氢的 Ka1=2.24×10-12,H2O2 的酸性 H2O(填“大于”“小于”或“等于”)。 研究表明,过氧化氢溶液中 HO2 -的浓度越大,过氧化氢的分解速率越快。常温下,不同浓度的 过氧化氢分解率与 pH 的关系如图所示。一定浓度的过氧化氢,pH 增大分解率增大的原因 是 ;相同 pH 下,过氧化氢浓度越大分解率越低的 原因是 。 考查考生快速准确提取表格、图像中隐藏化学信息的能力,以及利用化学原理解释分解速率 与 pH 的关系的能力。 解题模型:链接考法 2 命题角度 1、2 3.[2014 新课标全国卷Ⅱ,26 节选,5 分]在容积为 1.00 L 的容器中,通入一定量的 N2O4,发生 反应 N2O4(g) 2NO2(g),随温度升高,混合气体的颜色变深。 回答下列问题: 反应的ΔH 0(填“大于”或“小于”);100 ℃时,体系中各物质浓度随时间变化如 图所示。在 0~60 s 时段,反应速率 v(N2O4)为 mol·L-1·s-1;反应的平衡常数 K1 为 。 3 本题以图像为载体,考查考生从图像中提取信息并围绕反应速率和化学平衡常数进行化学计 算的能力。 解题模型:链接考法 1 命题角度 1 考点 2 化学平衡状态及化学平衡的移动 4.[2019 浙江 4 月选考,17,2 分]下列说法正确的是 ( ) A.H2(g)+I2(g) 2HI(g),其他条件不变,缩小反应容器体积,正逆反应速率不变 B.C(s)+H2O(g) H2(g)+CO(g),碳的质量不再改变说明反应已达平衡 C.若压强不再随时间变化能说明反应 2A(?)+B(g) 2C(?)已达平衡,则 A、C 不能同时是气 体 D.1 mol N2 和 3 mol H2 反应达到平衡时 H2 转化率为 10%,放出热量 Q1;在相同温度和压强下, 当 2 mol NH3 分解为 N2 和 H2 的转化率为 10%时,吸收热量 Q2,Q2 不等于 Q1 本题选取了几个化学反应,以“拼盘式”的考查形式进行命题,考查影响化学反应速率的因 素及化学平衡状态的判断等。 解题模型:链接考法 2 命题角度 2;考法 3 命题角度 5.[2019 江苏,15,4 分][双选]在恒压、NO 和 O2 的起始浓度一定的条件下,催化反应相同时间, 测得不同温度下 NO 转化为 NO2 的转化率如图中实线所示(图中虚线表示相同条件下 NO 的平 衡转化率随温度的变化)。下列说法正确的是 ( ) 4 A.反应 2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)的ΔH>0 B.图中 X 点所示条件下,延长反应时间能提高 NO 转化率 C.图中 Y 点所示条件下,增加 O2 的浓度不能提高 NO 转化率 D.380 ℃下,c 起始(O2)=5.0×10-4 mol·L-1,NO 平衡转化率为 50%,则平衡常数 K>2 000 审题时一定要注意分清实线是不同温度下相同时间内 NO 的转化率,虚线是相同条件下 NO 的 平衡转化率,达到化学平衡前,无论是放热反应还是吸热反应,都随着温度升高反应速率增大。 解题模型:链接考法 6 命题角度 2 考点 3 化学平衡常数与转化率 6.[2019 全国卷Ⅱ,27 节选,9 分]环戊二烯( )是重要的有机化工原料,广泛用于农药、橡 胶、塑料等生产。回答下列问题: (1)已知: (g) (g)+H2(g) ΔH1=100.3 kJ·mol-1 ① H2(g)+I2(g) 2HI(g) ΔH2=-11.0 kJ·mol-1 ② 对于反应: (g)+I2(g) (g)+2HI(g) ③ ΔH3= kJ·mol-1。 (2)某温度下,等物质的量的碘和环戊烯( )在刚性容器内发生反应③,起始总压为 105 Pa, 平衡时总压增加了 20%,环戊烯的转化率为 ,该反应的平衡常数 Kp= Pa。达 到平衡后,欲增加环戊烯的平衡转化率,可采取的措施有 (填标号)。 A.通入惰性气体 B.提高温度 C.增加环戊烯浓度 D.增加碘浓度 (3)环戊二烯容易发生聚合生成二聚体,该反应为可逆反应。不同温度下,溶液中环戊二烯浓 度与反应时间的关系如图所示,下列说法正确的是 (填标号)。 5 A.T1>T2 B.a 点的反应速率小于 c 点的反应速率 C.a 点的正反应速率大于 b 点的逆反应速率 D.b 点时二聚体的浓度为 0.45 mol·L-1 本题主要考查化学反应原理相关知识。涉及考点:利用盖斯定律计算反应热,转化率、分压平 衡常数的计算以及提高目标产物平衡转化率的措施的选择,对浓度-时间图像的理解与分析 等,考查考生从图像中获取化学信息并用于解决化学问题、作出合理判断的能力,综合性较强, 有一定的难度和区分度。 解题模型:链接考法 1 命题角度 2;考法 6 命题角度 3;考法 7 命题角度 2 7.[2018 全国卷Ⅱ,27,14 分]CH4-CO2 催化重整不仅可以得到合成气(CO 和 H2),还对温室气体 的减排具有重要意义。回答下列问题: (1)CH4-CO2 催化重整反应为 CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g)。 已知:C(s)+2H2(g) CH4(g) ΔH=-75 kJ·mol-1 C(s)+O2(g) CO2(g) ΔH=-394 kJ·mol-1 C(s)+1 2O2(g) CO(g) ΔH=-111 kJ·mol-1 该催化重整反应的ΔH= kJ·mol-1。有利于提高 CH4 平衡转化率的条件是 (填 标号)。 A.高温低压 B.低温高压 C.高温高压 D.低温低压 某温度下,在体积为 2 L 的容器中加入 2 mol CH4、1 mol CO2 以及催化剂进行重整反应,达到 平衡时 CO2 的转化率是 50%,其平衡常数为 mol2·L-2。 6 (2)反应中催化剂活性会因积碳反应而降低,同时存在的消碳反应则使积碳量减少。相关数据 如表: 积碳反应 CH4(g) C(s)+2 H2(g) 消碳反应 CO2(g)+C(s) 2CO(g) ΔH/(kJ·mol-1) 75 172 活化能/ (kJ·mol-1 ) 催化剂 X 33 91 催化剂 Y 43 72 ①由上表判断,催化剂 X Y(填“优于”或“劣于”),理由是 。在反应进料 气组成、压强及反应时间相同的情况下,某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如图 1 所 示,升高温度时,下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数(K)和速率(v)的叙述正确的是 (填标号)。 图 1 图 2 A.K 积、K 消均增加 B.v 积减小、v 消增加 C.K 积减小、K 消增加 D.v 消增加的倍数比 v 积增加的倍数大 ②在一定温度下,测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为 v=k·p(CH4)·[p(CO2)]-0.5(k 为 速率常数)。在 p(CH4)一定时,不同 p(CO2)下积碳量随时间的变化趋势如图 2 所示,则 pa(CO2)、 pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序为 。 本题图表信息丰富,能较好地考查考生接受、吸收、整合化学信息的能力。化学反应速率与 化学平衡知识通常结合图表进行命题,且呈现的图表年年都有创新之处,也会结合新概念进 行命题。考生在复习备考时,要有意识地培养自己解读图表、提取关键信息的能力,熟练掌握 7 “三段式”法解题的步骤,积累化学反应原理分析题的答题技巧及模板,将图表中的信息、可 逆反应的特点、勒夏特列原理和实际情况四个方面结合起来进行回答。 解题模型:链接考法 1 命题角度 2;考法 2 命题角度 1;考法 6 命题角度 3;考法 7 命题角度 2 8.[2019 全国卷Ⅰ,28,14 分]水煤气变换[CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)]是重要的化工过程, 主要用于合成氨、制氢以及合成气加工等工业领域中。回答下列问题: (1)Shibata 曾做过下列实验:①使纯 H2 缓慢地通过处于 721 ℃下的过量氧化钴 CoO(s),氧化 钴部分被还原为金属钴 Co(s),平衡后气体中 H2 的物质的量分数为 0.025 0。 ②在同一温度下用 CO 还原 CoO(s),平衡后气体中 CO 的物质的量分数为 0.019 2。 根据上述实验结果判断,还原 CoO(s)为 Co(s)的倾向是 CO H2(填“大于”或“小 于”)。 (2)721 ℃时,在密闭容器中将等物质的量的 CO(g)和 H2O(g)混合,采用适当的催化剂进行反 应,则平衡时体系中 H2 的物质的量分数为 (填标号)。 A.<0.25 B.0.25 C.0.25~0.50 D.0.50 E.>0.50 (3)我国学者结合实验与计算机模拟结果,研究了在金催化剂表面上水煤气变换的反应历程, 如图所示,其中吸附在金催化剂表面上的物种用*标注。 可知水煤气变换的ΔH 0(填“大于”“等于”或“小于”)。该历程中最大能垒(活化 能)E 正= eV,写出该步骤的化学方程式 。 (4)Shoichi 研究了 467 ℃、489 ℃时水煤气变换中 CO 和 H2 分压随时间变化关系(如图所 示),催化剂为氧化铁,实验初始时体系中的pH2O和 pCO 相等、pCO2和pH2相等。 8 计算曲线 a 的反应在 30~90 min 内的平均速率v(a)= kPa·min-1。467 ℃时pH2和 pCO 随时间变化关系的曲线分别是 、 。489 ℃时pH2和 pCO 随时间变化关系的曲 线分别是 、 。 该题很好地体现了化学学科核心素养中的“宏观辨识与微观探析”。全国卷化学部分常以热 化学方程式为载体,考查盖斯定律、焓变与键能等热化学基础知识,难度较小,但 2019 年全国 卷Ⅰ对该考点的新颖设计可能预示该题型设计将面临重大变化,有向反应趋向、活化能、化 学变化过程能量分析等方向过渡的趋势,将会更注重对考生解决实际问题能力的考查,难度 会略有增加。 解题模型:链接考法 1 命题角度 1;考法 2 命题角度 1 考点 1 化学反应速率 考法 1 化学反应速率的计算与大小比较 命题角度 1 化学反应速率的计算 1 [2014 海南,14 节选,5 分]硝基苯甲酸乙酯在 OH-存在下发生水解反应: O2NC6H4COOC2H5+OH- O2NC6H4COO-+C2H5OH 9 两种反应物的初始浓度均为 0.050 mol·L-1,15 ℃时测得 O2NC6H4COOC2H5 的转化率α随时间变 化的数据如表所示。回答下列问题: t/s 0 120 180 240 330 530 600 700 800 α/% 0 33.0 41.8 48.8 58.0 69.0 70.4 71.0 71.0 列式计算该反应在 120~180 s 与 180~240 s 区间的平均反应速 率 、 ;比较两者大小可得出 的结论是 。 很多考生前两空给出的答案只有计算结果 7.3×10-5mol·L-1·s-1 和 5.8×10-5mol·L-1·s-1,忽视了“列式计算”的要求。列式计算如下: 120~180s,v=0.050mol·L-1×(41.8%−33.0%) (180-120)s ≈7.3×10-5mol·L-1·s-1。 180~240s,v=0.050mol·L-1×(48.8%−41.8%) (240-180)s ≈5.8×10-5mol·L-1·s-1。 由两段时间的平均反应速率数值可知随着反应进行,反应物浓度降低,反应速率减慢。 见解析 命题角度 2 速率常数(新角度) 2018 全国卷Ⅱ第 27 题考查催化剂的选择、K 和 v 的变化,并引入速率常数和速率方 程,2018 全国卷Ⅲ第 28 题引入正、逆反应速率常数并进行相关计算,且速率常数在 2017 年 江苏卷第 15 题和 2016 年海南卷第 16 题中均有涉及,说明有关速率常数的相关知识已作为新 信息出现在不同年份的高考试卷中,考生在平时的复习中要多关注。 2 [2018 全国卷Ⅲ,28 节选,11 分]三氯氢硅(SiHCl3)是制备硅烷、多晶硅的重要原料。 对于反应 2SiHCl3(g) SiH2Cl2(g)+SiCl4(g),采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂,在 323 K 和 343 K 时 SiHCl3 的转化率随时间变化的结果如图所示。 10 (1)343 K 时反应的平衡转化率α= %。平衡常数 K343 K= (保留 2 位小数)。 (2)在 343 K 下:要提高 SiHCl3 转化率,可采取的措施是 ;要缩短反应达到 平衡的时间,可采取的措施有 、 。 (3)比较 a、b 处反应速率大小:va vb(填“大于”“小于”或“等于”)。反应速率 v = v 正 - v 逆 = k 正 x2SiHCl3 - k 逆 xSiH2Cl2xSiCl4 , k 正 、 k 逆分别为正、逆向反应速率常数,x 为物质的量分数,计算 a 处的 v正 v逆 = (保留 1 位小 数)。 (1)温度越高,反应越先达到平衡,由图知,左侧曲线对应的温度为 343K,343K 时反应 的平衡转化率为 22%。设开始时加入 SiHCl3 的浓度为 amol·L-1,根据化学方程式和 SiHCl3 的平衡转化率知,达平衡时,SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4 的浓度分别为 0.78amol·L-1、 0.11amol·L-1、0.11amol·L-1,化学平衡常数 K343K=0.11a×0.11a (0.78a)2 ≈0.02。(2)根据化学平衡移动 原理并结合该反应特点,及时分离出生成物可提高反应物的转化率。缩短反应达到平衡的时 间,实质就是提高反应速率,可采用加压的方式或选择更为高效的催化剂。(3)温度越高,反应 速率越大,a 点所在曲线对应的温度高于 b 点所在曲线对应的温度,所以 a 点的反应速率大于 b 点的反应速率。a 点所在曲线达到平衡时,v 正=v 逆,即 k 正x2SiHCl3=k 逆xSiH2Cl2xSiCl4,从题图可 知 a 点所在曲线平衡时 SiHCl3 的转化率为 22%,设开始加入 SiHCl3ymol·L-1,则根据“三段式” 法得 2SiHCl3(g) SiH2Cl2(g)+SiCl4(g) 开始/(mol·L-1) y 0 0 转化/(mol·L-1) 0.22y 0.11y 0.11y 平衡/(mol·L-1) 0.78y 0.11y 0.11y 代入 k 正x2SiHCl3=k 逆xSiH2Cl2xSiCl4得, k正 k逆 =0.112 0.782 在 a 处 SiHCl3 的转化率为 20%,根据“三段式”法得 2SiHCl3(g) SiH2Cl2(g)+SiCl4(g) 开始/(mol·L-1) y 0 0 转化/(mol·L-1) 0.2y 0.1y 0.1y 11 a 处/(mol·L-1) 0.8y 0.1y 0.1y 则 v正 v逆 = k正x2SiHCl3 k逆xSiH2Cl2xSiCl4 = k正 k逆 ×(0.8y)2 (0.1y)2=0.112 0.782×(0.8y)2 (0.1y)2≈1.3。 (1)22 0.02 (2)及时移去产物 改进催化剂 提高反应物压强(浓度) (3)大于 1.3 解法拓展 本题也可根据 k正 k逆 =K343K=0.112 0.782直接进行计算,比利用“三段式”法计算 k正 k逆 更简便。 核心素养对接 核心素养 之“证据推理与模型认知”——速率常数概念模型 1.假设基元反应(能够一步完成的反应)为 aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g), 其速率可表示为 v=kca(A)cb(B),式中的 k 称为反应速率常数(或速率常数),它表示单位浓度下的化学反应速 率,与浓度无关,但受温度、催化剂等因素的影响,通常速率常数越大,反应进行得越快。不同 反应有不同的速率常数。 2.正、逆反应的速率常数与平衡常数的关系 对于基元反应 aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g),v 正=k 正·ca(A)·cb(B),v 逆=k 逆·cc(C)·cd(D), 平衡常数 K=cc(C)·cd(D) ca(A)·cb(B)= k正·v逆 k逆·v正 ,反应达到平衡时 v 正=v 逆,故 K= k正 k逆 。 考法 2 影响化学反应速率的因素 命题角度 1 影响化学反应速率的内因 3 [2016 全国卷Ⅲ,27 改编]采用 NaClO2 溶液作为吸收剂可同时对煤燃烧排放的烟气 (含有 SO2 和 NOx)进行脱硫、脱硝。在鼓泡反应器中通入含有 SO2 和 NO 的烟气,反应温度 323 K,NaClO2 溶液浓度为 5×10-3 mol/L。反应一段时间后溶液中离子浓度的分析结果如表所示。 离子 SO4 2− SO3 2− NO3 - NO2 - Cl- c/(mol/ L) 8.35×1 0-4 6.87×1 0-6 1.5×10 -4 1.2×10 -5 3.4×10 -3 12 由实验结果可知,脱硫反应速率 脱硝反应速率(填“大于”或“小于”)。原因是除 了 SO2 和 NO 在烟气中的初始浓度不同外,还可能是 。 由表中数据可以看出:经过相同的反应时间,c(SO4 2−)>c(NO3 -),即在相同时间内 SO4 2−的 浓度增加得多,因此脱硫反应速率大于脱硝反应速率。影响反应速率的因素有外因和内因, 外因有浓度、温度、压强、催化剂等,由于是相同的反应体系,所以温度、压强、催化剂等因 素是相同的,有可能是 SO2 比 NO 的溶解度大而导致初始浓度不同。内因可能是脱硫反应的活 化能低于脱硝反应的活化能。 大于 NO 溶解度较低或脱硝反应活化能较高 命题角度 2 影响化学反应速率的外因 4 T ℃时,向一容积为 2 L 的密闭容器中充入 2 mol A、0.6 mol C 和一定量的 B 三种 气体,一定条件下发生反应。其相关信息如下:图 1 中 t0~t1 阶段 c(B)未画出;图 2 中 t2、t3、 t4 时刻改变的条件分别是温度、压强、加催化剂中的一种。 图 1 图 2 (1)反应的化学方程式可以写为 ,该反应的ΔH 0(填“>”或“<”),t2 时刻 改变的条件是 。 (2)维持温度不变,在 t1 时刻再向该容器中加入 1 mol A、0.5 mol B、0.3 mol C,重新达平 衡后 A 的转化率为 。 (1)图 2 中 t2、t3、t4 时刻改变的条件分别是温度、压强、加催化剂中的一种,t2 时刻 正、逆反应速率同等程度增大,改变的 条件是催化剂;t3 时刻正、逆反应速率同等程度减小,据此推断出改变的条件是压强,且减小 压强平衡不移动,故该反应是前后气体分子数不变的可逆反应;t4 时刻升高温度逆反应速率 比正反应速率增大得多,表明该反应的逆过程是吸热反应。综上所述,该反应是气体分子数不 变 的 放 热 反 应 。 根 据 浓 度 - 时 间 图 像 确 定 化 学 反 应 方 程 式 : 图 1 中 ,t0~t1 时 间 13 段,Δc(A)=0.2mol·L-1,Δc(C)=0.3mol·L-1,根据前面判断的该反应是前后气体分子数不变 的可逆反应知,该反应的化学方程式为 2A+B 3C,依据各物质浓度变化之比等于化学计量 数之比,得出Δc(B)=0.1mol·L-1,B 的起始浓度 c(B)=(0.4+0.1)mol·L-1=0.5mol·L-1。(2) 由图 1 知 t1 时刻达到平衡时 A 的转化率为 20%;t1 时刻平衡后按起始各物质的比值再向该容 器中加入 1molA、0.5molB、0.3molC,相当于起始时充入 3molA、1.5molB 和 0.9molC,容积不 变,压强增大,对于反应前后气体分子数不变的可逆反应,平衡不移动,转化率不变,仍为 20%。 (1)2A+B 3C < 加催化剂 (2)20% 命题角度 3 用控制变量法探究影响化学反应速率的因素(预测角度) 高考注重以外界条件对化学反应速率的影响及化学反应速率的测定为载体考查实验条件的 控制思想。常见的命题形式:(1)以表 格的形式给出多组实验数据,让考生找出每组数据的变化对化学反应速率的影响。(2)给出影 响化学反应速率的几种因素,让考生设计实验分析各因素对化学反应速率的影响。 5 [2018 北京,27 改编]I-可以作为水溶液中 SO2 歧化反应的催化剂,可能的催化过程如 下。 i.SO2+4I-+4H+ S↓+2I2+2H2O ii.I2+2H2O+SO2 SO4 2−+4H++2I- 为探究 i、ii 反应速率与 SO2 歧化反应速率的关系,实验如下:分别将 18 mL SO2 饱和溶液加 入 2 mL 下列试剂中,密闭放置观察现象。(已知:I2 易溶解在 KI 溶液中) 序号 A B C D 试剂组成 0.4 mol·L-1KI a mol·L-1 KI 0.2 mol·L-1 H2SO4 0.2 mol·L-1H2SO4 0.2 mol·L-1 KI 0.000 2 mol I2 实验现象 溶液变黄,一段时间后 出现浑浊 溶液变黄,出现浑浊较 A 快 无明显现象 溶液由棕褐色很快褪色,变成黄 色,出现浑浊较 A 快 (1)B 是 A 的对比实验,则 a= 。 (2)比较 A、B、C,可得出的结论是 。 14 (3)实验表明,SO2 的歧化反应速率 D>A。结合 i、ii 反应速率解释原 因: 。 (1)由于 B 是 A 的对比实验,所以两组实验中 KI 的浓度必须相同,即 a=0.4。(2)A 说 明 I-能催化二氧化硫发生歧化反应。C 中无明显现象,说明 H+单独存在时不具有催化作用,不 能使二氧化硫歧化反应速率增大。B 中溶液变黄,出现浑浊较 A 快,结合 C 可知,增强溶液的 酸性,可增强 I-的催化效果。(3)由于 I-催化二氧化硫的歧化反应是 i 与 ii 两个过程分步进 行的,所以两个反应中任何一个反应的速率都会影响总反应的速率。D 中直接加入 I2,故反应 ii 可立即发生,而由反应 ii 产生的 H+可使反应 i 速率增大,所以 D 的反应速率比 A 的大。 (1)0.4 (2)I-是 SO2 歧化反应的催化剂,H+单独存在时不具有催化作用,但 H+可以加 快歧化反应速率 (3)反应 ii 比 i 快;D 中由反应 ii 产生的 H+使反应 i 加快 1. [2018 四川成都摸底测试]SCR 脱硝是目前最成熟的烟气脱硝技术,其反应原 理为 8NH3(g)+6NO2(g) 7N2(g)+12H2O(g) ΔH<0。 向 10 L 的密闭容器中加入 0.040 mol NH3 和 0.030 mol NO2 以 及适量催化剂,在 T ℃时发生反应,用气体传感器测得不同时间的 NO2 转化率α随时间变化的 数据如表所示。 t/s 0 1 2 3 4 5 6 7 8 α/% 0 18.033.845.055.664.271.180.080.0 (1)0~3 s 内的平均反应速率 v(NO2)= ;与之相比 3~6 s 内的平均反应速率 (填“增大”“减小”或“相等”);由此可得出的结论是 。 (2)T ℃时该反应的平衡常数(K)的计算式为 。 (3)研究表明:在使用等质量催化剂时,增大催化剂的比表面积可提高化学反应速率。 ①为了分别验证温度、催化剂的比表面积对化学反应速率的影响规律,某同学设计了如表所 示的三组实验,请完善表格中的数据。 实验编号 温度 /℃ c(NH3)初始/(mol·L-1) c(NO2)初始/(mol·L-1) 催化剂的比表面积/(m2·g-1) 15 Ⅰ 350 8.0×10-3 6.0×10-3 120 Ⅱ 80 Ⅲ 150 80 ②请在给出的坐标图中,画出表中Ⅱ、Ⅲ中 NO2 浓度随时间变化的趋势曲线,并标明实验编号。 核心素养对接 核心素养之“变化观念与平衡思想”——控制变量法解题模型 考点 2 化学平衡状态及化学平衡的移动 考法 3 化学平衡状态的判断 16 命题角度 化学平衡状态的判断 6 [2018 浙江 4 月选考,14,2 分]反应 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0,若在恒压绝热 容器中发生,下列选项表明反应一定已达平衡状态的是 A.容器内的温度不再变化 B.容器内的压强不再变化 C.相同时间内,断开 H—H 键的数目和生成 N—H 键的数目相等 D.容器内气体的浓度 c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)=1∶3∶2 因该反应在恒压绝热容器中进行且为放热反应,当容器内的温度不再变化时,说明放 出的热量不再变化,可以判断反应已达平衡状态,A 项正确;因反应在恒压条件下进行,压强 始终不变,故压强不再变化不能表明反应一定已达平衡状态,B 项错误;相同时间内,断开 H—H键的数目和生成N—H键的数目相等,不能表明反应一定已达平衡状态,C项错误;容器内 气体的浓度 c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)=1∶3∶2,不能表明反应一定已达平衡状态,D 项错误。 A 考法点睛·学习理解 “反应混合物中各组分的浓度之比(或物质的量之比)等于化学计量数之比”不是平衡状态 的必然标志,所以不能据此判断反应是否达到平衡状态。 2. [2017 全国卷Ⅲ,28 节选,7 分]298 K 时,将 20 mL 3x mol·L-1 Na3AsO3、20 mL 3x mol·L-1 I2 和 20 mL NaOH 溶液混合,发生反 应:AsO3 3−(aq)+I2(aq)+2OH-(aq) AsO4 3−(aq)+2I-(aq)+H2O(l)。溶液中 c(AsO4 3−)与反应时间 (t)的关系如图所示。 (1)下列可判断反应达到平衡的是 (填标号)。 a.溶液的 pH 不再变化 17 b.v(I-)=2v(AsO3 3−) c.c(AsO4 3−)/c(AsO3 3−)不再变化 d.c(I-)=y mol·L-1 (2)tm 时,v 正 v 逆(填“大于”“小于”或“等于”)。 (3)tm 时 v 逆 tn 时 v 逆(填“大于”“小于”或“等于”),理由是 。 (4)若平衡时溶液的 pH=14,则该反应的平衡常数 K 为 。 考法 4 化学平衡移动的影响因素 命题角度 分析影响化学平衡移动的因素 7 [2018 天津,5,6 分]室温下,向圆底烧瓶中加入 1 mol C2H5OH 和含 1 mol HBr 的氢溴 酸,溶液中发生反应:C2H5OH+HBr C2H5Br+H2O,充分反应后达到平衡。已知常压下,C2H5Br 和 C2H5OH 的沸点分别为 38.4 ℃和 78.5 ℃。下列有关叙述错误 的是 A.加入 NaOH,可增大乙醇的物质的量 B.增大 HBr 浓度,有利于生成 C2H5Br C.若反应物均增大至 2 mol,则两种反应物平衡转化率之比不变 D.若起始温度提高至 60 ℃,可缩短反应达到平衡的时间 加入 NaOH,c(HBr)减小,平衡向逆反应方向移动,乙醇的物质的量增大,A 项正确;增大 HBr 浓度,平衡向正反应方向移动,有利于生成 C2H5Br,B 项正确;若反应物按照化学计量数之 比加入溶液中,则各物质的平衡转化率相等,故反应物均增大至 2mol,两种反应物平衡转化 率之比不变,C项正确;若起始温度提高至60℃,生成物C2H5Br为气态,能够从反应体系中逸出, 导致反应不断向正反应方向进行,因此不能缩短反应达到平衡的时间,D 项错误。 D 考点 3 化学平衡常数与转化率 18 考法 5 化学平衡常数的应用 命题角度 判断反应进行的方向 8 已知反应 Fe2+(aq)+Ag+(aq) Fe3+(aq)+Ag(s)的 K=3.17 。如图所示的装置中,闭合 K,立即能观察到的主要实验现象是 ,石墨为电池的 极,理由 是 。 Qc= c(Fe3+) c(Fe2+)·c(Ag+)= 0.100 0.064×0.100>3.17,故反应 Fe2+(aq)+Ag+(aq) Fe3+(aq)+Ag(s)的平衡 向逆反应方向移动,此时铁离子作氧化剂,石墨电极为正极,银被氧化,银电极为负极;闭合 K 立即能观察到的主要现象是电流表指针发生偏转。 电流表指针发生偏转 正 Qc= c(Fe3+) c(Fe2+)·c(Ag+)= 0.100 0.064×0.100>3.17,故反应向逆反应方向移 动,此时铁离子作氧化剂,石墨电极为正极 考法 6 平衡转化率变化的分析和判断 命题角度 1 平衡转化率变化的判断 9 在恒温恒容密闭容器中,分别发生下列反应: ①2NO2(g) N2O4(g) ②2HI(g) H2(g)+I2(g) ③2SO3(g) 2SO2(g)+O2(g) 反应①、②、③达到平衡后分别充入适量反应物,再次达到平衡后,反应物的转化率分 别 、 、 (填“增大”“减小”或“不变”)。 19 要善于建立模型来解题。“反应达到平衡后分别充入适量反应物”相当于增大压强, 根据勒夏特列原理知,其他条件不变,增大压强,平衡向气体分子数减小的方向移动,则反应 ①平衡向右移动,反应物的转化率增大;反应②平衡不移动,反应物的转化率不变;反应③平 衡向左移动,反应物的转化率减小。 增大 不变 减小 命题角度 2 提高平衡转化率的方法(热点角度) 10 [2019 全国卷Ⅲ,28 节选,8 分]近年来,随着聚酯工业的快速发展,氯气的需求量和 氯化氢的产出量也随之迅速增长。因此,将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。 回答下列问题: (1)Deacon 发明的直接氧化法为 4HCl(g)+O2(g) 2Cl2(g)+2H2O(g)。如图为刚性容器中,进 料浓度比 c(HCl)∶c(O2)分别等于 1∶1、4∶1、7∶1 时 HCl 平衡转化率随温度变化的关系: 可知反应平衡常数 K(300 ℃) K(400 ℃)(填“大于”或“小于”)。设 HCl 初始浓 度为 c0,根据进料浓度比 c(HCl)∶c(O2)=1∶1 的数据计算 K(400 ℃)= (列出计算式)。 按化学计量比进料可以保持反应物高转化率,同时降低产物分离的能耗。进料浓度比 c(HCl)∶c(O2) 过 低 、 过 高 的 不 利 影 响 分 别 是 、 。 (2)在一定温度的条件下,进一步提高 HCl 的转化率的方法 是 。(写出 2 种) (1)由题给 HCl 平衡转化率随温度变化的关系图可知,随温度升高,HCl 平衡转化率降 低,则此反应为放热反应,温度越高,平衡常数越小,即 K(300℃)大于 K(400℃)。结合题图可 知,c(HCl)∶c(O2)=1∶1、400℃时 HCl 的平衡转化率为 84%,由“三段式”法得: 4HCl(g) + O2(g) 2Cl2(g) + 2H2O(g) 20 起始 c0 c0 0 0 转化 0.84c0 0.21c0 0.42c0 0.42c0 平衡 (1-0.84)c0 (1-0.21)c00.42c0 0.42c0 则 K(400℃)=c2(Cl2)·c2(H2O) c4(HCl)·c(O2) = (0.42)2×(0.42)2 (1-0.84)4×(1−0.21)c0 ;进料浓度比 c(HCl)∶c(O2)过低会使 O2 和 Cl2 分离的能耗较高,过高则会造成 HCl 转化率较低。(2)题述反应是气体体积减小的反应,增大 反应体系压强可使反应正向移动;提高HCl的转化率,及时分离出产物也能提高HCl的转化率。 (1)大于 (0.42)2×(0.42)2 (1-0.84)4×(1−0.21)c0 O2 和 Cl2 分离能耗较高 HCl 转化率较低 (2)增加反 应体系压强、及时除去产物 命题角度 3 有关物质的平衡转化率或产率的影响因素(热点角度) 11 [2017 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)+1 2O2(g) C4H8(g)+H2O(g) ΔH2=-119 kJ·mol-1 ③H2(g)+1 2O2(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 21 (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 5 9 0 ℃ 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 。 (1)根据盖斯定律,可得①=②-③,则 ΔH1=ΔH2-ΔH3=-119kJ·mol-1+242kJ·mol-1=+123kJ·mol-1。反应①为反应前后气体分子数 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分子数增大的方向移动,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,逆反应速率增大,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增大反应速率,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。 (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 考法归纳·学习理解 转化率分为非平衡转化率和平衡转化率,非平衡转化率随反应速率增大而增大;平衡转化率 的变化符合勒夏特列原理,具体如表所示: 条件 可逆反应特 点 平衡移动 方向 平衡转化率变 化 升温(降 温) 正反应吸热 正向(逆 向) 增大(减小) 正反应放热 逆向(正 向) 减小(增大) 22 通过改 变体积 增大压 强(减小 压强) 正反应气 体分子数 增加 逆向(正 向) 减小(增大) 正反应气 体分子数 减少 正向(逆 向) 增大(减小) 气体分子 数不变 不移动 不变 催化剂 不移动 不变 增加某 反应物 浓度(反 应物多 种) 正向 该反应物平 衡转化率减 小,其他反应 物平衡转化 率增大 3. [平衡转化率与非平衡转化率][福建高考节选,2 分]已 知:H2S(g) H2(g)+1 2S2(g) 在恒容密闭容器中,控制不同温度进行 H2S 分解实验。以 H2S 起始浓度均为 c mol·L-1 测定 H2S 的转化率,结果如图。图中 a 为 H2S 的平衡转化率与温度关系曲线,b 曲线表示不同温度下 反应经过相同时间且未达到化学平衡时 H2S 的转化率。说明随温度的升高,曲线 b 向曲线 a 逼近的原因: 。 考法 7 “三段式”法解答有关化学平衡的计算 命题角度 1 浓度平衡常数的计算 23 12 [2017 全国卷Ⅰ,28 节选,8 分]H2S 与 CO2 在高温下发生反 应:H2S(g)+CO2(g) COS(g)+H2O(g)。在 610 K 时,将 0.10 mol CO2 与 0.40 mol H2S 充入 2.5 L 的空钢瓶中,反应平衡后水的物质的量分数为 0.02。 (1)H2S 的平衡转化率α1= %,反应平衡常数 K= 。 (2)在 620 K 重复实验,平衡后水的物质的量分数为 0.03,H2S 的转化率α2 α1,该反 应的ΔH 0。(填“>”“<”或“=”) (3)向反应器中再分别充入下列气体,能使 H2S 转化率增大的是 (填标号)。 A.H2S B.CO2 C.COS D.N2 反应特点:反应前后气体分子数不变的可逆反应 “三段式”法计算各组分平衡时的物质 的量 K=c(H2O)·c(COS) c(H2S)·c(CO2)=n(H2O)·n(COS) n(H2S)·n(CO2),升温(610K→620K),平衡后 H2O 的物质的量分数增大 (0.02→0.03),说明升温,平衡向吸热的正反应方向移动,故ΔH>0 (1)该反应是气体分子数相等的反应,平衡时 n(H2O)=0.02×0.50mol=0.01mol。 H2S(g)+CO2(g) COS(g)+H2O(g) 起始/mol0.400.10 0 0 转化/mol0.010.01 0.010.01 平衡/mol0.390.09 0.010.01 H2S 的平衡转化率α1=0.01 0.40×100%=2.5%。对于气体分子数相等的反应,可直接用物质的量替代 浓 度 计 算 平 衡 常 数 : K=c(COS)·c(H2O) c(H2S)·c(CO2)=n(COS)·n(H2O) n(H2S)·n(CO2)=0.01×0.01 0.39×0.09≈2.8×10-3。(2)总物质的量不变,H2O 的物质的量分数增 大,说明平衡正向移动,H2S 的转化率增大。即升高温度,平衡向正反应方向移动,正反应是吸 热反应。(3)平衡之后,再充入 H2S,则 CO2 的转化率增大,H2S 的转化率减小,A 项错误;充入 CO2, 平衡正向移动,H2S 的转化率增大,B 项正确;充入 COS,平衡逆向移动,H2S 的转化率减小,C 项 错误;充入 N2,无论体积是否变化,对于气体分子数相等的反应,平衡不移动,H2S 的转化率不 变,D 项错误。 24 (1)2.5 2.8×10-3 (2)> > (3)B 考点扫描 [2019 天津,7 节选,2 分]在 1L 真空密闭容器中加入 amolPH4I 固体,t℃时发生如下反应: PH4I(s) PH3(g)+HI(g) ① 4PH3(g) P4(g)+6H2(g) ② 2HI(g) H2(g)+I2(g) ③ 达平衡时,体系中 n(HI)=bmol,n(I2)=cmol,n(H2)=dmol,则 t℃时反应①的平衡常数 K 值为 (用字母表示)。 提示:(b+8c-2d 3 )b 命题角度 2 压强平衡常数(Kp)的计算(新角度) 13 [2018 全国卷Ⅰ,28 节选,13 分]采用 N2O5 为硝化剂是一种新型的绿色硝化技术,在 含能材料、医药等工业中得到广泛应用。回答下列问题: (1)F.Daniels 等曾利用测压法在刚性反应器中研究了 25 ℃时 N2O5(g)分解反应: 2N2O5(g) 4NO2(g)+O2(g) 2N2O4(g) 其中 NO2 二聚为 N2O4 的反应可以迅速达到平衡。体系的总压强 p 随时间 t 的变化如表所示 (t=∞时,N2O5(g)完全分解): t/min 0 40 80 160 260 1 3001 700 ∞ p/kPa 35.8 40.3 42.5 45.9 49.2 61.2 62.3 63. 1 ①已知:2N2O5(g) 2N2O4(g)+O2(g) ΔH1=-4.4 kJ·mol-1 2NO2(g) N2O4(g) ΔH2=-55.3 kJ·mol-1 则反应 N2O5(g) 2NO2(g)+1 2O2(g)的ΔH= kJ·mol-1。 25 ②研究表明,N2O5(g)分解的反应速率 v=2×10-3×pN2O5(kPa·min-1)。t=62 min 时,测得体系中 pO2=2.9 kPa,则此时的pN2O5= kPa,v= kPa·min-1。 ③若提高反应温度至 35 ℃,则 N2O5(g)完全分解后体系压强 p∞(35 ℃) 63.1 kPa(填 “大于”“等于”或“小于”),原因 是 。 ④25 ℃时 N2O4(g) 2NO2(g)反应的平衡常数 Kp= kPa(Kp 为以分压表示的平衡常数, 计算结果保留 1 位小数)。 (2)对于反应 2N2O5(g) 4NO2(g)+O2(g),R.A.Ogg 提出如下反应历程: 第一步 N2O5 NO2+NO3 快速平衡 第二步 NO2+NO3 NO+NO2+O2 慢反应 第三步 NO+NO3 2NO2 快反应 其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡。下列表述正确的是 (填标号)。 A.v(第一步的逆反应)>v(第二步反应) B.反应的中间产物只有 NO3 C.第二步中 NO2 与 NO3 的碰撞仅部分有效 D.第三步反应活化能较高 (1)①将已知热化学方程式依次编号为 a、b,根据盖斯定律,由1 2×a-b 得 N2O5(g) 2NO2(g)+1 2O2(g) ΔH=ΔH1-2ΔH2 2 =-4.4+2×55.3 2 kJ·mol-1=+53.1kJ·mol-1。②t=62min 时,体系中pO2=2.9kPa,根据“三段式”法得 2N2O5(g) 2N2O4(g)+O2(g) 起始 35.8kPa 0 0 转化 5.8kPa 5.8kPa2.9kPa 62min 30.0kPa 5.8kPa2.9kPa 26 则 62min 时pN2O5=30.0kPa,v=2×10-3×30.0kPa·min-1=6.0×10-2kPa·min-1。③刚性反应容器 的体积不变,25℃N2O5(g)完全分解时体系的总压强为 63.1kPa,升高温度,从两个方面分析: 一方面是体积不变,升高温度,体系总压强增大;另一方面,2NO2 N2O4 的逆反应是吸热反应, 升温,平衡向生成 NO2 的方向移动,体系物质的量增加,故体系总压强增大。④N2O5 完全分解生 成 N2O4 和 O2,起始pN2O5=35.8kPa,其完全分解时pN2O4=35.8kPa,pO2=17.9kPa,设 25℃平衡时 N2O4 转化了 x,则 N2O4 2NO2 平衡 35.8kPa-x 2x 35.8kPa-x+2x+17.9kPa=63.1kPa,解得 x=9.4kPa。平衡 时,pN2O4=26.4kPa,pNO2=18.8kPa,Kp= pNO2 2 pN2O4 =18.82 26.4 kPa≈13.4kPa。(2)第一步反应快速平衡,说明第 一步反应的正、逆反应速率都较大,则第一步反应的逆反应速率大于第二步反应的速率,A 项 正确;反应的中间产物除 NO3 外,还有 NO,B 项错误;有效碰撞才能发生反应,第二步反应慢,说 明部分碰撞有效,C 项正确;第三步反应快,说明反应活化能较低,D 项错误。 (1)①+53.1 ②30.0 6.0×10-2 ③大于 温度提高,体积不变,总压强提高;NO2 二 聚为放热反应,温度提高,平衡左移,体系物质的量增加,总压强提高 ④13.4 (2)AC 教材链接 从近几年高考卷看,教材边角知识常成为考点,本题中有两点值得注意:一是 NO2 和 N2O4 之间 转化的热效应,在人教版《化学》(选修 4)第 28 页实验 2-7 中出现。二是本题涉及的有效碰 撞理论源于人教版《化学》(选修 4)第 3 页,这就启示我们在备考过程中要回归教材,挖掘教 材细节。 核心素养对接 核心素养之“证据推理与模型认知”——压强平衡常数概念模型 本题是考查“证据推理与模型认知”的化学学科核心素养的试题,“刚性反应器”对应恒容 密闭容器模型,“t=∞”对应完全反应情况,以“分压表示的反应速率和平衡常数”对应以 物质的量浓度表示的反应速率和平衡常数,考查考生迅速理解题意,找到解题模型,形成解题 思路,实现思维有效转化的能力。 一定条件下,若平衡体系中有气体物质,也可用其分压代替浓度,所求得的平衡常数为压强平 衡常数,以 Kp 表示。(1)对于反应 aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g),其压强平衡常数表达式为 27 Kp=pc C·pd D pa A·pb B 。浓度平衡常数与压强平衡常数的关系:Kc=cc(C)·cd(D) ca(A)·cb(B),又 p=n VRT=cRT,则 Kp=Kc·(RT)Δn[Δn=(c+d)-(a+b)]。 (2)气体分压=气体总压×该气体的物质的量分数或体积分数。 考法 8 等效平衡 命题角度 等效平衡的应用 14 [2015 天津,6,6 分]某温度下,在 2 L 的密闭容器中,加入 1 mol X(g)和 2 mol Y(g) 发生反应:X(g)+mY(g) 3Z(g),平衡时,X、Y、Z 的体积分数分别为 30%、60%、10%。在此 平衡体系中加入 1 mol Z(g),再次达到平衡后,X、Y、Z 的体积分数不变。下列叙述不正确的 是 A.m=2 B.两次平衡的平衡常数相同 C.X 与 Y 的平衡转化率之比为 1∶1 D.第二次平衡时,Z 的浓度为 0.4 mol·L-1 在原平衡体系中加入 1molZ,再次达到平衡后,X、Y、Z 的体积分数不变,说明该平衡与 原平衡是等效平衡,则化学方程式两边气态物质的化学计量数相等,即 m=2,A 项叙述正确。温 度不变,平衡常数不变,B 项叙述正确。起始时 X、Y 的物质的量之比等于化学计量数之比,则 二者的平衡转化率相等,C 项叙述正确。起始时加入 1molX 和 2molY,相当于 3molZ,平衡时 Z 的物质的量为 3mol×10%=0.3mol,在平衡体系中再加入 1molZ,相当于起始时共加入 4molZ, 则新平衡时 Z 的物质的量为 4mol×10%=0.4mol,其浓度为0.4mol 2L =0.2mol·L-1,D 项叙述错误。 D 核心素养对接 核心素养之“证据推理与模型认知”——构建等效平衡思维模型 1.构建恒温恒容平衡思维模型(图甲) 新平衡状态可认为是两个原平衡状态简单地叠加并压缩而成,相当于增大压强。 28 2.构建恒温恒压平衡思维模型(以气体物质的量增加的反应为例,图乙) 新平衡状态可认为是两个原平衡状态简单地叠加,压强不变,平衡不移动。 冲刺双一流 疑难 5 突破化学反应速率和化学平衡图像题的解题方法 突破点 1 v-t 图 速率-时间图:逐一改变各项条件,正、逆反应速率随时间的变化情况与平衡移动方向的关系 如表所示[以 2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH<0 为例]。 条件 c(SO2)增大 c(O2)减小 c(SO3)增大 v-t 图像 平衡移 动方向 正反应方向 逆反应方向 逆反应方向 条件 c(SO3)减小 增大压强 减小压强 v-t 图像 29 平衡移 动方向 正反应方向 正反应方向 逆反应方向 条件 升高温度 降低温度 使用催化剂 v-t 图像 平衡移 动方向 逆反应方向 正反应方向 不移动 15 [2015 新课标全国卷Ⅰ,28 改编]Bodensteins 研究了下列反应: 2HI(g) H2(g)+I2(g) ΔH>0 在 716 K 时,气体混合物中碘化氢的物质的量分数 x(HI)与反应时间 t 的关系如下表: t/min 0 20 40 60 80 120 x(HI) 1 0.91 0.85 0.815 0.795 0.784 x(HI) 0 0.60 0.73 0.773 0.780 0.784 由上述实验数据计算得到 v 正~x(HI)和 v 逆~x(H2)的关系可用下图表示。当升高到某一温度时, 反应重新达到平衡,相应的点分别为 (填字母)。 30 升高温度前达到平衡时 x(HI)=0.784,由“三段式”法知 x(H2)=0.108。升高温度,正、 逆反应速率都增大,但平衡正向移动,HI 的物质的量分数减小,H2 的物质的量分数增大,分析 题图,反应重新达到平衡时,相应的点分别是 A、E。 A、E 4. [2019 湖南长沙统考]一定温度下,密闭容器中进行反 应:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH<0。测得 v 正(SO2)随反应时间(t)的变化如图所示,其中在 t2 时改变了某个条件。下列有关说法正确的是 ( ) A.t1 时平衡常数 K1 小于 t3 时平衡常数 K2 B.t1 时平衡混合气的M1大于 t3 时平衡混合气的M2 C.t2 时改变的条件可能是升温或缩小容器体积 D.t1 时平衡混合气中 SO3 的体积分数等于 t3 时平衡混合气中 SO3 的体积分数 5.向绝热恒容密闭容器中通入 SO2 和 NO2,一定条件下使反应 SO2(g)+NO2(g) SO3(g)+NO(g)达到平衡,正反应速率随时间变化的示意图如图所示。 (1)由图可得出的正确结论是 (填标号)。 A.反应在 c 点达到平衡状态 B.反应物浓度:a 点小于 b 点 31 C.反应物的总能量小于生成物的总能量 D.Δt1=Δt2 时,SO2 的转化率:a~b 段小于 b~c 段 (2)请补充完整该反应从开始到平衡这一过程的 v 正-t 示意图。 突破点 2 物质参数-时间图 1.浓度-时间图:如 A(g)+B(g) AB(g)的反应情况如图 1 所示。 2.含量-时间图,常见形式有以下几种(C%指某生成物的质量分数;B%指某反应物的质量分数)。 图 2 图 3 图 4 图 5 图 6 32 16 [α-t 图像][2019 湖南四校摸底调研联考]已 知:2CH3COCH3(l) CH3COCH2COH(CH3)2(l)。取等量 CH3COCH3 分别在 0 ℃和 20 ℃下反应, 测得其转化率(α)随时间(t)变化的曲线如图所示。下列说法正确的是 A.曲线Ⅱ表示 20 ℃时的转化反应 B.升高温度能提高反应物的平衡转化率 C.在 a 点时,曲线Ⅰ和曲线Ⅱ表示反应的化学平衡常数相等 D.化学反应速率的大小顺序为 d>b>c 根据“先拐先平数值大”可知,曲线Ⅰ先达到平衡状态,因此曲线Ⅰ对应的温度较高, 曲线Ⅰ表示 20℃时的转化反应,A 项错误。曲线Ⅰ温度较高,但平衡转化率较低,故升高温度 能降低反应物的平衡转化率,B 项错误。a 点时,虽然曲线Ⅰ和曲线Ⅱ表示的 CH3COCH3 的转化 率相等,但化学平衡常数仅与温度有关,它们对应的温度不同,则平衡常数不相等,C 项错误。 b 点处温度比 c 点处高且转化率相同,故 b 点处反应速率比 c 点处大。d 点处比 b 点处转化率 低,故 d 点处反应物浓度比 b 点处的大,d 点处反应速率比 b 点处大,故化学反应速率的大小 顺序为 d>b>c,D 项正确。 D 17 [c-t 图像][2018 湖北调研测试节选]如图 1 是反应 CO(g)+H2O(g) H2(g)+CO2(g) ΔH<0 中 CO 和 CO2 的浓度随时间变化的曲线。若 t4 时通过改变容器容积的方法将压强增大为 原来的 2 倍,在图中 t4~t5 区间内画出 CO、CO2 浓度变化曲线,并标明物质(假设各物质状态均 保持不变)。 图 1 33 图像中纵轴、横轴分别表示浓度和时间,该反应是气体分子数不变的放热反应,压强增 大为原来的 2 倍,容器容积缩小到原来的1 2,则 CO 和 CO2 的浓度均增大到原来的 2 倍,平衡不移 动,补充后的图像如图 2 所示。 图 2 见解析 解法点睛·应用实践 利用文字信息补充或设计图像 首先要看清纵轴、横轴表示的物理量,结合反应特点和平衡移动原理,根据题中变化量与反应 速率、浓度、转化率等物理量之间的变化关系,在图像中补充曲线,一定要注意“起点、拐点、 变化趋势、终点”。 6. [n-t 图像][2019 河南郑州第一次质量预测]在容积为 2 L 的刚性密闭容器 中加入 1 mol CO2 和 3 mol H2,发生反应 CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)。在其他条件不 变的情况下,温度对反应的影响如图所示(注:T1、T2 均大于 300 ℃)。下列说法正确的是 ( ) A.该反应在 T1 时的平衡常数比在 T2 时的小 B.处于 A 点的反应体系从 T1 变到 T2,达到平衡时 n(CO2) n(CH3OH)减小 C.T2 时,反应达到平衡时生成甲醇的反应速率 v(CH3OH)=nB tB mol·L-1·min-1 D.T1 时,若反应达到平衡后 CO2 的转化率为α,则容器内的压强与起始压强之比为(2-α)∶2 34 突破点 3 物质参数-温度(压强)图 物质参数-温度(压强)图像的纵轴一般为物质的量浓度(c)或反应物的转化率(α),横轴为温 度(T)或压强(p),常见类型如图所示。 18[α-T(p)图像][2015 北京,26 节选,4 分]反应:2H2SO4(l) 2SO2(g)+O2(g)+2H2O(g) ΔH=+550 kJ·mol-1。 它由两步反应组成: ⅰ.H2SO4(l) SO3(g)+H2O(g) ΔH=+177 kJ·mol-1; ⅱ.SO3(g)分解。 L(L1、L2)、X 可分别代表压强或温度。如图表示 L 一定时,ⅱ中 SO3(g)的平衡转化率随 X 的 变化关系。 (1)X 代表的物理量是 。 (2)判断 L1、L2 的大小关系,并简述理 由: 。 (1)根据盖斯定律得出 2SO3(g) 2SO2(g)+O2(g) ΔH=+196kJ·mol-1,该反应是吸热 反应,若 X 为温度,当压强不变升高 温度时,SO3 的平衡转化率升高,不符合题图中曲线的变化趋势;该反应为气体分子数增大的 反应,若 X 为压强,当温度不变增大压强时,平衡向逆反应方向移动,SO3 的平衡转化率降低, 符合题图中曲线的变化趋势,所以 X 为压强,L 为温度。(2)该反应为吸热反应,若压强不变升 高温度,则 SO3 的平衡转化率升高,所以 L2>L1。 35 (1)压强 (2)L1