2020年高考化学提升突破专题十二 数形结合破解速率、平衡图像(带答案解析)

专题12 数形结合破解速率、平衡图像

——建立变化观念与模型认知

“速率、平衡图像题”属于化学坐标图形题，目的在于考查学生运用数学工具的能力、对数据和图形分析识别的能力及灵活运用所学化学知识、化学规律解决问题的能力，主要考查学生对题目所给信息进行有效获取、分析与处理数据的能力。

这种素养能力立意的综合试题要求我们：认识化学变化是有条件、有多样性和复杂性的观念，学会分析化学反应速率的主要影响因素，能根据反应速率理论和化学平衡原理，从图像中挖掘出对解题有用的信息，抓住图像中的特殊点可以准确有效地解读图像，找出规律。

我们在学习过程中，需要通过开展概括关联、比较说明、推论预测、设计论证等活动，发展认识化学反应的基本角度，引导学生体会理论模型建构的过程。促使学生形成从限度、速率、能耗等多角度综合调控化学反应的基本思路，发展学生“绿色化学”的观念和辩证思维的能力。

1．【2019•新课标Ⅱ】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。

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）。

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

【答案】CD

【解析】A ．温度越高化学反应速率越快，单位时间内反应物浓度减少越多，则T 1

度越高化学反应速率越快，因此a 点反应速率大于c 点反应速率，故B 错误；C ．a 点、b 点反应一直在正

向进行，故v （正）>v(逆)，a 点反应物浓度大于b 点，故a 点正反应速率大于b 点，故C 正确；D ．b 点时 环戊二烯浓度由1.5mol/L 减小到0.6mol/L ，减少了0.9mol/L ，因此生成二聚体0.45mol/L ，故D 正确。

【素养解读】本题通过不熟悉共轭二烯的二聚反应这一陌生情境，考查温度对可逆反应速率的影响规律、

化学平衡的建立、平均反应速率的计算等，这是新课程倡导的基于真实情境、实际问题、学科主干知识指

向学科核心素养的典型命题模式，有利于考查学生发展变化观念和模型认知素养的水平。

2．【2019•新课标Ⅲ】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。

（1） Deacon 发明的直接氧化法为：4HCl(g)+O 2(g)=2Cl 2(g)+2H 2O(g)。下图为刚性容器中，进料浓度比

c (HCl) ∶c (O 2)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c 0，根据进料浓度比c (HCl)∶c (O 2)=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 (O 2)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）

【答案】（1）大于 22

40

(0.42)(0.42)(10.84)(10.21)c ⨯-⨯- O 2和Cl 2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

【解析】（1）根据反应方程式知，HCl 平衡转化率越大，平衡常数K 越大，结合图像知升高温度平衡转化率降低，说明升高温度平衡向逆反应方向进行，则K(300℃)>K(400℃)；

由图像知，400℃时，HCl 平衡转化率为84%，用三段式法对数据进行处理得：

2224HCl(g)O (g)2Cl (g)2H O(g)+=+

起始（浓度） c 0 c 0 0 0

变化（浓度） 0.84c 0 0.21c 0 0.42c 0 0.42c 0

平衡（浓度）(1-0.84)c0(1-0.21)c0 0.42c0 0.42c0

则K=

22

4

(0.42)(0.42)

(10.84)(10.21)c

⨯

-⨯-

；根据题干信息知，进料浓度比过低，氧气大量剩余，导致分离产物氯气和氧气的能耗

较高；进料浓度比过高，HCl不能充分反应，导致HCl转化率较低；

（3）若想提高HCl的转化率，应该促使平衡正向移动，该反应为气体体积减小的反应，根据勒夏特列原理，可以增大压强，使平衡正向移动；也可以及时除去产物，减小产物浓度，使平衡正向移动；

【素养解读】本题以生产中真实情境为载体，考查化学平衡图像的识别与分析、进料比（或反应物浓度）

和温度对反应物平衡转化率的影响、三行数据解题模型的运用、解释原因、提高反应物转化率的方法或措

施等实际问题，弄清变化趋势是分析解决问题的关键，找准哪条曲线代表什么进料比且找准定量点（400℃

反应物的平衡转化率）是进行化学平衡计算的根据，解释不利影响和提高转化率的方法主要根据信息的接

受、吸收和整合能力以及化学平衡原理。

解答速率、平衡图像题的策略

速率、平衡图像问题是化学反应原理的重要组成部分之一，近年高考均涉及到此类问题，分析和解决这类问题需要我们注重对速率与平衡知识的深度理解及应用，才能更好地把外界条件的变化而引起的物理量的变化清晰地表征在化学图像上。

一、应重视对理论的深度理解

分析速率、平衡图像题的理论依据是速率理论和平衡移动原理，学习时应突破理解上的重难点。外界因素如浓度、温度、压强、催化剂、反应物接触面积、固体颗粒大小等改变，会引起化学反应速率的变化。但各个外界因素对可逆反应正、逆方向速率的影响程度不尽相同。例如升高温度，正逆反应速率都升高，只是升高的程度大小不同；增大浓度，反应速率增大（但当往体系中加入某一物质时，若该物质为固体和纯液体时，不影响速率）；增大压强加快反应速率，必须引起参与反应的物质的浓度变化才可能引起速率的变化；催化剂同等程度的改变正逆反应速率但不影响平衡，催化剂的活性受温度等外界条件的影响等。

一些条件改变引起正、逆速率改变程度不同，原平衡被破坏，该影响速率的因素也是影响平衡的因素。一些条件改变虽然引起正、逆速率改变，但改变的程度相同，该因素是影响速率的因素却不是影响平衡的因素。例如，催化剂同等程度影响正逆反应速率，不影响平衡。对方程式两边气体计量数相同的反应，改变压强，速率改变，但正、逆方向速率同时、同等程度改变，平衡不受影响。

在速率平衡图像中，如果涉及多个因素，这类问题较复杂，学生不仅需要具备有关速率和平衡理论的基础知识，还需要全面考察、分析问题，透过纷繁的现象，发现问题的本质，才能获得问题的正确答案。

二、学会剖析单因素作用于速率或平衡