2021高考化学一轮复习 第七章 专题讲座四 常考速率平衡图像识图策略

应用体验 ——不定项选择题 1.某化学科研小组研究在其他条件不变时，改变某一条件对化学平衡的影响， 得到如下变化规律(图中p表示压强，T表示温度，n表示物质的量)。 根据以上规律判断，下列结论正 确的是 A.反应Ⅰ：ΔH>0，p2>p1 B.反应Ⅱ：ΔH<0，T1<T2
√C.反应Ⅲ：ΔH>0，T2>T1或ΔH<0，
典型图像示例
1.转化率—投料比—温度图像 [例1] 将燃煤废气中的CO2转化为甲醚的反应原理为 2CO2(g)＋6H2(g) 催化剂 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的转化率见 右图：
此 反 应 _放__热__( 填 “ 放 热 ” 或 “ 吸 热 ”) ； 若温度不变，提高投料比[n(H2)/n(CO2)]， 则 K 将 _不__变___( 填 “ 增 大 ”“ 减 小 ” 或 “不变”)。
T2<T1 D.反应Ⅳ：ΔH<0，T2>T1
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2.在容积均为1 L的三个密闭容器中，分别放入铁粉并充入1 mol CO，控制在不 同温度下发生反应Fe(s)＋5CO(g) Fe(CO)5(g)，当反应进行到5 min时，测得 CO的体积分数与温度的关系如图所示。下列说法正确的是 A.反应进行到5 min时，b容器中v正＝v逆
一、常规图像分类突破
典型图像示例
1.速率时间图像 (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作出判断。如图： t1时刻改变的条件可能是使用了催化剂或增大压强 (仅适用于反应前后气体物质的量不变的反应)。
解析 t1时，v正、v逆同时增大，且v逆增大得更快，平衡向逆反应方向移动， 所以t1时改变的条件是升温。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，但平衡向逆反 应方向移动，所以t4时改变的条件是减小压强。
(3)依据(2)中的结论，下列时间段中，氨的百
提高CO2的转化率
√D.若起始CO2的浓度为2 mol·L－1、H2为4 mol·L－1，
若不使用CO，温度超过775 K，发现 NO的分解率降低，其可能的原因是 _N_O__分__解__反__应__是__放__热__反__应__，__升__高__温__度__ _不__利__于__分__解__反__应__进__行__；在n(NO)/n(CO) ＝1的条件下，应控制的最佳温度在 _8_7_0_K__左右。
①写出该脱硝原理总反应的化学方程式：_6_N_O__＋__3_O_2_＋__2_C_2_H_4__催__化__剂___3_N_2_＋___ _4_C_O__2＋__4_H__2O__。
②为达到最佳脱硝效果，应采取的条件是__3_5_0_℃__、__负__载__率__3_._0_%__。
(3)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 的转化率随温度变化情况如图5所示。
√A.上述反应的ΔH<0
B.压强：p4>p3>p2>p1 C.1 100 ℃时该反应的平衡常数约为1.64 D.压强为p4时，在y点：v正>v逆
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解析 p1、p2、p3、p4是四条等压线，由图像可知，压强一定时，温度越高， CH4的平衡转化率越高，故正反应为吸热反应，ΔH>0，A项错误； 该反应为气体分子数增加的反应，压强越高，甲烷的平衡转化率越小，故压 强p4>p3>p2>p1，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－1，c(CO2)＝0.02 mol·L－1，c(CO)＝0.16 mol·L－1， c(H2)＝0.16 mol·L－1，即平衡常数K＝00.1.0622××00..01262 ≈1.64，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。
解题能力提升
1～3题每小题有一个或两个选项符合题意
1.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
√C
D
平衡后升温，NO2 0～2 s内，v(O3)＝ v正：b点>a点
含量降低
0.2 mol·L－1·s－1 b点：v逆>v正
解析 当投料比一定时，温度越高，CO2的转化率越低，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。
2.根据图像判断投料比 [例2] 采用一种新型的催化剂(主要成分是Cu—Mn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__2_.0__时最有利于二甲醚的合成。
(2)应用举例 ①浓度—时间 如A(g)＋B(g)
AB(g)
②含量—时间—温度(压强) (C%指产物的质量分数，B%指某反应物的质量分数)
3.恒压(或恒温)线 (α表示反应物的转化率，c表示反应物的平衡浓度)
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 放热 反应。
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二、复杂化学平衡图像分类突破 题型特点 化 学 平 衡 图 像 题 ， 除 以 常 规 图 像 形 式 ( 如 c—t 图 、 含 量 — 时 间 — 温 度 图 、 含 量—时间—压强图、恒压线图、恒温线图等)考查平衡知识外，又出现了很多 新型图像。这些图像常与生产生活中的实际问题相结合，从反应时间、投料比 值、催化剂的选择、转化率等角度考查。图像形式看似更加难辨，所涉问题看 似更加复杂，但只要仔细分析，抓住图像中的关键点(常为最高点、最低点、 转折点)、看清横坐标、纵坐标代表的条件、弄清曲线的变化趋势，即可将复 杂图像转化为常规图像。进而运用化学平衡知识进行解答即可。
4.几种特殊图像 ①对于化学反应mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，M点前，表示从反应物开始， v正>v逆；M点为刚达到平衡点(如下图)；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(如 下图)。L线的左上方(E点)，A的百分含量大于此压强时平衡体系的A的百分含 量，所以，E点v正>v逆；则L线的右下方(F点)，v正＜v逆。
②某科研小组用Fe2O3作催化剂。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__a__。
(2)目前，科学家正在研究一种以乙烯作为还原剂的脱硝(NO)原理，其脱硝机 理示意图如图3，脱硝率与温度、负载率(分子筛中催化剂的质量分数)的关系 如图4所示。
质的量增大的反应
升高
降低
正反应为吸热的反应
增大
减小
正反应为气体物
质的量减小的反应
应用体验 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__A_C__D_F__(填字
母，下同)。
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2.在恒容密闭容器中进行反应：2CO2(g)＋6H2(g) C2H5OH(g)＋3H2O(g) ΔH。 在某压强下起始时按不同氢碳比 nnCHO22投料(如图中曲线①②③)，测得CO2的 平衡转化率与温度的关系如图所示，下列有关说法正确的是
A.该反应的ΔH>0 B.氢碳比：①<②<③ C.其他条件不变的情况下，增大容器的体积可
分含量最高的是__A___。
A.t0～t1 C.t3～t4
B.t2～t3 D.t5～t6
解析 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)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。 答案
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恒温，t1时再充入 O3
解析 由图可知该反应为放热反应，平衡后升高温度，NO2含量升高，A 项错误； 0～2 s内，v(O3)＝0.1 mol·L－1·s－1，B项错误； NO2含量相同时，升高温度，速率增大，v正：b点>a点，b点反应逆向进行， 故v逆>v正，C项正确； t1时再充入O3，平衡正向移动，v正＞v逆，D项错误。
解析 t6时刻分离出部分NH3，v逆立刻减小，而v正逐渐减小，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。
2.浓度(转化率、百分含量)时间图像 (1)识图技巧 分析反应由开始(起始物质相同时)达到平衡所用时间的长短可推知反应条件的 变化。 ①若为温度变化引起，温度较高时，反应达平衡所需时间短。 ②若为压强变化引起，压强较大时，反应达平衡所需时间短。 ③若为是否使用催化剂，使用适宜催化剂时，反应达平衡所需时间短。
t1时其他条件不变，增大生成 物的浓度
平衡向逆反应方向移动
t1时v′逆突然减小，v′正 逐渐减小；v′正＞v′逆，
t1时其他条件不变，减小生成 物的浓度
平衡向正反应方向移动
(3)利用图像“断点”判断影响速率的外因
图像
t1 时刻 所改 变的 条件
温度 压强
ຫໍສະໝຸດ Baidu升高
降低
正反应为放热的反应
增大
减小
正反应为气体物
解析 由图可知当催化剂中n(Mn)/n(Cu)约为2.0时，CO的转化率最大，生成 的二甲醚最多。
3.废物回收及污染处理图像
[例3] (1)一定条件下，用Fe2O3、NiO或Cr2O3作催化剂对燃煤烟气进行回收。 反应为 2CO(g)＋SO2(g) 催化剂 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作催化剂均能使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_F_e_2_O_3_作__催__化__剂__时__，__在__相__对__较__低__温__度__可__获__得__较__高__的__S_O_2_转___ _化__率__，__从__而__节__约__能__源___。
A.t0～t1 D.t3～t4
B.t1～t2 E.t4～t5
C.t2～t3 F.t5～t6
解析 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)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_C__；t3时刻_E__；t4时刻_B__。
√B.正反应为放热反应，平衡常数：K(T1)>K(T2) √C.b中v正大于a中v逆
D.反应达到平衡时，CO的转化率：b>c>a
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3.在一恒容的密闭容器中充入0.1 mol·L－1 CO2、0.1 mol·L－1CH4，在一定条件 下发生反应：CH4(g)＋CO2(g) 2CO(g)＋2H2(g)，测得CH4平衡转化率与温度、 压强关系如图，下列有关说法不正确的是
(2)“渐变”类v－t图像 图像
分析
结论
t1时v′正突然增大，v′逆 逐渐增大；v′正＞v′逆，
t1时其他条件不变，增大反应 物的浓度
平衡向正反应方向移动
t1时v′正突然减小，v′逆 逐渐减小；v′逆＞v′正，
t1时其他条件不变，减小反应 物的浓度
平衡向逆反应方向移动
t1时v′逆突然增大，v′正 逐渐增大；v′逆＞v′正，