1、素养提升课化学反应速率、化学平衡图像1.速率时间图像(v-t图像) 解题关键:分清正反应速率、逆反应速率的相对大小,分清“突变”和“渐变”;正确判断化学平衡的移动方向;熟记浓度、温度、压强、催化剂等对化学平衡移动的影响规律。.v正突变,v逆渐变,且v正v逆,说明是增大了反应物的浓度,使v正突变,且平衡正向移动。.v正、v逆都是突然减小的,且v正v逆,说明平衡正向移动,可能是放热反应降温或气体总体积增大的反应减压。.v正、v逆都是突然增大的,且增大程度相同,说明该化学平衡没有发生移动,可能是使用了催化剂,也可能是对反应前后气体分子数不变的反应压缩体积(即增大压强)所致。2.百分含量(或转化率)时
2、间图像(温度、压强或催化剂对照线) 解题关键:“先拐先平数值大”。即先出现拐点的反应先达到平衡,先出现拐点的曲线表示的温度较高、压强较大或使用了催化剂。图表示T2T1,正反应是放热反应,升高温度,平衡逆向移动。图表示p2p1,增大压强,反应物A的转化率减小,说明正反应是气体总体积增大的反应,增大压强,平衡逆向移动。图中生成物C的百分含量不变,说明平衡不发生移动,但反应速率ab,故a使用了催化剂;也可能该反应是反应前后气体总体积不变的可逆反应,a增大了压强(压缩体积)。3.百分含量(或转化率)温度压强图像(恒压线或恒温线) 解题关键:“定一议二”。化学平衡图像包括纵坐标、横坐标和曲线所表示的三个
3、变量,分析时先确定其中一个变量,再讨论另外两个变量之间的关系。如图中确定压强为105 Pa或107 Pa,则生成物C的百分含量随温度T的升高而逐渐减小,说明正反应是放热反应;再确定温度T不变,作横坐标的垂线,与压强线出现两个交点,分析生成物C的百分含量随压强p的变化可以发现,增大压强,生成物C的百分含量增大,说明正反应是气体总体积减小的反应。依此分析图。典例精析【例1】对反应:aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)H的反应特点与对应的图像的说法中不正确的是() A.图中,若p1p2,则a+bc+dB.图中,若T2T1,则H0且a+b=c+dC.图中,t1时刻改变的条件一定是使用了催化剂D
4、.图中,若Hp2,由图可知,当温度相同时,p1时A%低于P2时A%,压强增大,平衡正向移动,则反应前气体分子数大于反应后气体分子数,即a+bc+d,A项正确;图中,压强增大,A的平衡转化率不变,平衡不移动,则a+b=c+d,若T2T1,由图可知,温度升高,A的平衡转化率降低,平衡逆向移动,则正反应为放热反应,HT2,若Hp2p3;温度升高,反应和平衡逆向移动,反应正向移动,所以T1温度时,三条曲线交于一点的原因为T1温度时以反应为主,反应前后气体分子数相等,压强改变对平衡没有影响。(3)根据图示可知,温度越低,CO2的平衡转化率越大,CH3OH的平衡产率越大,压强越大,CO2的平衡转化率越大,
5、CH3OH的平衡产率越大,所以选择低温和高压,答案选A项。答案: (1) a+bVb(a+b)(1-a-b)(3-3a-b)(2)乙p1p2p3T1温度时以反应为主,反应前后气体分子数相等,压强改变对平衡没有影响(3)A模型建构化学反应速率、化学平衡图像题目的解答思路活学活用1.下图是可逆反应A+2B2C+3D的化学反应速率与化学平衡随外界条件改变(先降温后加压)而变化的情况。由此可推断()A.正反应是放热反应B.D可能是气体C.逆反应是放热反应D.A、B、C、D均为气体解析:降温后v正v逆,平衡向正反应方向移动,证明正反应放热,加压后v正v逆,平衡向正反应方向移动,正反应气体体积减小,D不可
6、能是气体。答案:A2.反应mA(g)+nB(g)eC(g)+fD(s)H。若按反应物的化学计量数比投料,在一定条件下进行反应,该反应达到平衡时C的体积分数与温度、压强的关系如图所示。下列叙述中正确的是()A.该反应的H0B.该化学方程式中m+ne+fC.加入催化剂可增大正反应速率,逆反应速率不变D.向平衡后的恒压容器中再充入一定量C,达到新平衡时,C的浓度与原平衡时的相同解析:当压强不变时,温度越高,平衡时C的体积分数越小,故He,B项错误;加入催化剂,正、逆反应速率都增大,并且增大的倍数相同,C项错误;恒压条件下开始按反应物的化学计量数比投料,在一定条件下进行反应,平衡后向恒压容器中再充入一
7、定量C,再次达到新平衡时,这两次平衡等效,故C的浓度与原平衡时的相同,D项正确。答案:D3.在一个恒容的密闭容器中有0.1 mol/L CO2、0.1 mol/L CH4,在一定条件下发生反应:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)H,测得CH4平衡转化率与温度、压强关系如图所示,下列有关说法中不正确的是()A.Hp3p2p1C.1 100 时该反应的平衡常数为1.64D.压强为p4时,在Y点:v正v逆解析:由图可知,压强一定时,温度越高,甲烷的平衡转化率越大,故正反应为吸热反应,H0,A项错误;该反应为气体分子数增加的反应,压强越大,甲烷的平衡转化率越小,故压强:p4p3p2p
8、1 ,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 mol/L,c(CO2)=0.02 mol/L,c(CO)=0.16 mol/L,c(H2)=0.16 mol/L,即平衡常数K=0.1620.1620.020.021.64,C项正确;压强为p4时,Y点未达到平衡,此时v正v逆,D项正确。答案:A4.利用I2O5可消除CO污染,反应为I2O5(s)+5CO(g)5CO2(g)+I2(s)。不同温度下,向装有足量的I2O5固体的2 L 恒容密闭容器中通入2 mol CO,测得CO2的体积分数(CO2)随时间t变化曲
9、线如图所示,下列说法中正确的是()A.N点时,CO的转化率为20%B.容器内的压强保持恒定,表明反应达到平衡状态C.N点和Q点的化学平衡常数:KNKQD.00.5 min反应速率v(CO)=0.3 mol/(Lmin)解析:设N点时反应的CO的物质的量为y mol,利用三段式分析: I2O5(s)+5CO(g)5CO2(g)+I2(s)起始量/mol 2 0变化量/mol yyN点量/mol2-yyN点时CO2的体积分数(CO2)=ymol2mol100%=80%,解得y=1.6,则CO的转化率为1.6mol2mol100%=80%,A项错误;该反应为反应前后气体分子数不变的反应,容器中压强始
10、终不变,故容器中压强保持恒定,不能作为平衡状态的标志,B项错误;N点时CO2的体积分数比Q点时CO2的体积分数大,说明反应进行的程度大,则化学平衡常数:KNKQ,C项正确;00.5 min时,设反应的CO的物质的量为x mol,列三段式如下: I2O5(s)+5CO(g)5CO2(g)+I2(s)起始量/mol2 0变化量/molx xM点量/mol 2-xxM点时CO2的体积分数(CO2)=xmol2mol100%=30%,解得x=0.6,则从反应开始至M点时的反应速率为v(CO)=0.6mol2 L0.5min=0.6 mol/(Lmin),D项错误。答案:C5.二氧化碳催化加氢合成乙烯是
11、综合利用CO2的热点研究领域,请回答下列问题。(1)CO2催化加氢生成乙烯和水的反应中,产物的物质的量之比n(C2H4)n(H2O)= 。当反应达到平衡时,若增大压强,则n(C2H4) (填“变大”“变小”或“不变”)。(2)理论计算表明,原料初始组成n(CO2)n(H2)=13,在体系压强为0.1 MPa,反应达到平衡时,四种组分的物质的量分数x随温度T的变化如图所示。图中,表示C2H4、CO2变化的曲线分别是、。CO2催化加氢合成C2H4反应的H(填“大于”或“小于”)0。(3)根据图中点A(440 K,0.39),计算该温度时反应的平衡常数Kp=(列出计算式,以分压表示,分压=总压物质的
12、量分数)。(4)二氧化碳催化加氢合成乙烯反应往往伴随副反应,生成C3H6、C3H8、C4H8等低碳烃。一定温度和压强条件下,为了提高反应速率和乙烯选择性,应当。解析: (1)CO2催化加氢生成乙烯和水,该反应的化学方程式为2CO2+6H2 CH2CH2+4H2O,因此,该反应中产物的物质的量之比n(C2H4)n(H2O)=14。由于该反应是气体分子数减少的反应,当反应达到平衡状态时,若增大压强,则化学平衡向正反应方向移动,n(C2H4)变大。(2)由题中信息可知,两反应物的初始投料之比等于化学计量数之比;由图中曲线的起点坐标可知,c和a所表示的物质的物质的量分数之比为13、d和b表示的物质的物
13、质的量分数之比为14,则结合化学计量数之比可以判断,表示乙烯变化的曲线是d,表示二氧化碳变化的曲线是c。由图中曲线的变化趋势可知,升高温度,乙烯的物质的量分数减小,则化学平衡向逆反应方向移动,则该反应为放热反应,H小于0。(3)原料初始组成n(CO2)n(H2)=13,在体系压强为0.1 MPa时建立平衡。由A点坐标可知,该温度下,氢气和水的物质的量分数均为0.39,则乙烯的物质的量分数为水的物质的量分数的14,即0.394,二氧化碳的物质的量分数为氢气的物质的量分数的13,即0.393,因此,该温度下反应的平衡常数Kp=(0.390.1)40.3940.1(0.390.1)60.3930.1
14、2=9410.0393。(4)工业上通常通过选择合适的催化剂,以增大化学反应速率,同时还可以提高目标产品的选择性,减少副反应的发生。因此,一定温度和压强下,为了提高反应速率和乙烯的选择性,应当选择合适的催化剂。答案: (1)14变大(2)dc小于(3)9410.0393或0.3940.3940.3960.393210.13等(4)选择合适的催化剂等6.已知CO2催化加氢合成乙醇的反应原理为2CO2(g)+6H2(g)C2H5OH(g)+3H2O(g)HT2T1。(2)图乙中m1、m2、m3投料比从大到小的顺序为m1m2m3,因相同温度下,增大氢气的量,平衡正向移动,二氧化碳的转化率增大。(3)
15、温度升高,反应逆向进行,所以产物的物质的量逐渐减少,反应物的物质的量增大,由图可知,曲线a代表的物质为H2,曲线b表示CO2,曲线c为H2O,曲线d表示乙醇;设开始时氢气的投入量是3n mol,则二氧化碳的物质的量是n mol,二氧化碳的转化量是x mol,则:2CO2(g)+6H2(g)C2H5OH(g)+3H2O(g)起始量moln 3n0 0变化量molx 3x 0.5x 1.5x平衡量mol n-x3n-3x 0.5x1.5xP点H2、H2O的物质的量分数相同,所以3n-3x=1.5x,解得x=23n,各物质的总物质的量是(n-x+3n-3x+0.5x+1.5x)mol=83n mol,总压为5 MPa的恒压条件下,p(二氧化碳)=p(乙醇)=13n83n5 MPa=0.1255 MPa,p(氢气)=p(水)=n83n5 MPa=0.3755 MPa,T4温度时,该反应的平衡常数Kp=0.1255(0.3755)3(0.1255)2(0.3755)6。答案: (1)T3T2T1 (2)m1m2m3(3)乙醇0.1255(0.3755)3(0.1255)2(0.3755)6