2020年高考化學一輪總復習文檔第七章高考熱點課5

化學反應(yīng)速率和化學平衡圖像解題方法命題分析：化學反應(yīng)速率和化學平衡圖像分析類試題是高考的熱點題型，該類試題經(jīng)常涉及的圖像類型有含量—時間—溫度(壓強)圖像、恒溫、恒壓曲線等，圖像中蘊含著豐富的信息，具有簡明、直觀、形象的特點，命題形式靈活，難度不大，解題的關(guān)鍵是根據(jù)反應(yīng)特點，明確反應(yīng)條件，認真分析圖像，充分挖掘蘊含的信息，緊扣化學原理，找準切入點解決問題。突破方法1．解題步驟2．解題技巧(1)先拐先平在含量(轉(zhuǎn)化率)—時間曲線中，先出現(xiàn)拐點的先達到平衡，說明該曲線反應(yīng)速率快，表示溫度較高、有催化劑、壓強較大等。(2)定一議二當圖像中有三個量時，先確定一個量不變，再討論另外兩個量的關(guān)系，有時還需要作輔助線。(3)三步分析法一看反應(yīng)速率是增大還是減?。欢磛正、v逆的相對大??；三看化學平衡移動的方向。3．分類突破突破點1(1)速率—時間圖像“斷點”分析當可逆反應(yīng)達到一種平衡后，若某一時刻外界條件發(fā)生改變，都可能使速率—時間圖像的曲線出現(xiàn)不連續(xù)的情況，即出現(xiàn)“斷點”。根據(jù)“斷點”前后的速率大小，即可對外界條件的變化情況作出判斷。如圖，t1時刻改變的條件可能是使用了催化劑或增大壓強(僅適用于反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量不變的反應(yīng))。(2)常見含“斷點”的速率變化圖像分析(2018·合肥市質(zhì)檢一)在一恒溫恒壓的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：M(g)＋N(g)2R(g)ΔH＜0，t1時刻達到平衡，在t2時刻改變某一條件，其反應(yīng)過程如圖所示。下列說法不正確的是()A．t1時刻的v(正)小于t2時刻的v(正)B．t2時刻改變的條件是向密閉容器中加RC．Ⅰ、Ⅱ兩過程達到平衡時，M的體積分數(shù)相等D．Ⅰ、Ⅱ兩過程達到平衡時，反應(yīng)的平衡常數(shù)相等解析恒溫恒壓下t2時刻改變某一條件，逆反應(yīng)速率瞬間增大，再次建立的平衡與原平衡等效，根據(jù)等效平衡原理，t2時刻改變的條件是向密閉容器中加R，B項正確；t1時刻反應(yīng)達到平衡，v(正)＝v(逆)，而t2時刻加R，體積增大，v(正)瞬間減小，v(逆)瞬間增大，故t1時刻的v(正)大于t2時刻的v(正)，A項錯誤；Ⅰ、Ⅱ兩過程達到的平衡等效，M的體積分數(shù)相等，C項正確；Ⅰ、Ⅱ兩過程的溫度相同，則反應(yīng)的平衡常數(shù)相等，D項正確。答案A對于反應(yīng)2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)ΔH＜0已達平衡，如果其他條件不變時，分別改變下列條件，對化學反應(yīng)速率和化學平衡產(chǎn)生影響，下列條件與圖像不相符的是(O～t1：v正＝v逆；t1時改變條件，t2時重新建立平衡)()答案C解析分析時要注意改變條件瞬間v正、v逆的變化。增加O2的濃度，v正增大，v逆瞬間不變，A正確；增大壓強，v正、v逆都增大，v正增大的倍數(shù)大于v逆增大的倍數(shù)，B正確；升高溫度，v正、v逆都瞬間增大，C錯誤；加入催化劑，v正、v逆同時同倍數(shù)增大，D正確。突破點2物質(zhì)的量(或濃度)—時間圖像將物質(zhì)的量(或濃度)減少的物質(zhì)作為反應(yīng)物，將物質(zhì)的量(或濃度)增加的物質(zhì)作為產(chǎn)物；依據(jù)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化量之比一定等于方程式系數(shù)比來確定化學方程式。如：某溫度時，在一個容積為2L的密閉容器中，X、Y、Z三種物質(zhì)的物質(zhì)的量隨時間的變化曲線如圖所示。則該反應(yīng)的化學方程式為3X＋Y2Z，前2min內(nèi)v(X)＝0.075mol·L－1·min－1。(2018·鄭州市質(zhì)檢一)汽車發(fā)動機工作時會引發(fā)反應(yīng)N2(g)＋O2(g)2NO(g)。2000K時，向固定容積的密閉容器中充入等物質(zhì)的量的N2、O2發(fā)生上述反應(yīng)，各組分體積分數(shù)(φ)的變化如圖所示。N2的平衡轉(zhuǎn)化率為________。解析設(shè)起始時N2、O2均為amol，平衡建立過程中N2轉(zhuǎn)化xmol，則平衡時N2、O2均為(a－x)mol，NO為2xmol，則eq\f(2x,2a)＝0.6，解得xa，故N2的平衡轉(zhuǎn)化率為a,a)×100%＝60%。答案60%(全國卷Ⅱ)在容積為1.00L的容器中，通入一定量的N2O4，發(fā)生反應(yīng)N2O4(g)2NO2(g)，隨溫度升高，混合氣體的顏色變深。在0～60s時段，反應(yīng)速率v(N2O4)為________mol·L－1·s－1。答案解析由題圖可知，0～60s時段，N2O4的物質(zhì)的量濃度變化為0.060mol·L－1，v(N2O4)＝eq\f(0.060mol·L－1,60s)＝0.0010mol·L－1·s－1。突破點3轉(zhuǎn)化率(或百分含量)—時間—溫度(或壓強)圖像已知不同溫度或壓強下，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率α(或百分含量)與時間的關(guān)系曲線，推斷溫度的高低及反應(yīng)的熱效應(yīng)或壓強的大小及氣體物質(zhì)間的化學計量數(shù)的關(guān)系。[以aA(g)＋bB(g)cC(g)中反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率αA為例說明](1)“先拐先平，數(shù)值大”原則分析反應(yīng)由開始(起始物質(zhì)相同時)達到平衡所用時間的長短可推知反應(yīng)條件的變化。①若為溫度變化引起，溫度較高時，反應(yīng)達平衡所需時間短。如甲中T2＞T1。②若為壓強變化引起，壓強較大時，反應(yīng)達平衡所需時間短。如乙中p1＞p2。③使用催化劑時，反應(yīng)達平衡所需時間短。如圖丙中a使用催化劑。(2)正確掌握圖像中反應(yīng)規(guī)律的判斷方法①圖甲中，T2＞T1，升高溫度，αA降低，平衡逆向移動，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。②圖乙中，p1＞p2，增大壓強，αA升高，平衡正向移動，則正反應(yīng)為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)。(2018·全國卷Ⅲ節(jié)選)三氯氫硅(SiHCl3)是制備硅烷、多晶硅的重要原料?；卮鹣铝袉栴}：(1)SiHCl3在常溫常壓下為易揮發(fā)的無色透明液體，遇潮氣時發(fā)煙生成(HSiO)2O等，寫出該反應(yīng)的化學方程式___________________________________。(3)對于反應(yīng)2SiHCl3(g)=SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)，采用大孔弱堿性陰離子交換樹脂催化劑，在323K和343K時SiHCl3的轉(zhuǎn)化率隨時間變化的結(jié)果如圖所示。①343K時反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率α＝________%，平衡常數(shù)K343K＝________(保留兩位小數(shù))。②在343K下：要提高SiHCl3轉(zhuǎn)化率，可采取的措施是________________；要縮短反應(yīng)達到平衡的時間，可采取的措施有________________、________________。解析(1)根據(jù)題目表述，三氯氫硅和水蒸氣反應(yīng)得到(HSiO)2O，方程式為：2SiHCl3＋3H2O=(HSiO)2O＋6HCl。(3)①溫度越高反應(yīng)速率越快，達到平衡用的時間就越少，所以由圖可知，曲線a代表343K的反應(yīng)。從圖中讀出，達到平衡狀態(tài)時反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率為22%。設(shè)初始加入的三氯氫硅的濃度為1mol·L－1，得到：2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)eq\a\vs4\al(起始,mol·L－1)100eq\a\vs4\al(反應(yīng),mol·L－1)0.220.11eq\a\vs4\al(平衡,mol·L－1)0.78所以平衡常數(shù)K22≈0.02。②溫度不變，提高三氯氫硅轉(zhuǎn)化率的方法可以是將產(chǎn)物從體系分離(兩邊氣體體積相等，壓強不影響平衡)?？s短達到平衡的時間，就是加快反應(yīng)速率，所以可以采取的措施是提高反應(yīng)物壓強(濃度)、加入更高效的催化劑(改進催化劑)。答案(1)2SiHCl3＋3H2O=(HSiO)2O＋6HCl(3)①220.02②及時移去產(chǎn)物改進催化劑提高反應(yīng)物壓強(濃度)③(重慶高考)在恒容密閉容器中通入X并發(fā)生反應(yīng)：2X(g)Y(g)，溫度T1、T2下X的物質(zhì)的量濃度c(X)隨時間t變化的曲線如圖所示，下列敘述正確的是()A．該反應(yīng)進行到M點放出的熱量大于進行到W點放出的熱量B．T2下，在0～t1時間內(nèi)，v(Y)＝eq\f(a－b,t1)mol·L－1·min－1C．M點的正反應(yīng)速率v正大于N點的逆反應(yīng)速率v逆D．M點時再加入一定量X，平衡后X的轉(zhuǎn)化率減小答案C解析依據(jù)題中圖示，可看出T1>T2，由于T1時X的平衡濃度大，可推出該反應(yīng)為放熱反應(yīng)。A項，M點與W點比較，X的轉(zhuǎn)化量前者小于后者，故進行到M點放出的熱量應(yīng)小于進行到W點放出的熱量，錯誤；B項，2v(Y)＝v(X)＝eq\f(a－b,t1)mol·L－1·min－1，錯誤；C項，T1>T2，溫度越高，反應(yīng)速率越大，M點的正反應(yīng)速率v正>W點的正反應(yīng)速率v正′，而W點的正反應(yīng)速率v正′＝其逆反應(yīng)速率v逆′>N點的逆反應(yīng)速率v逆，正確；D項，恒容時充入X，壓強增大，平衡正向移動，X的轉(zhuǎn)化率增大，錯誤。突破點4轉(zhuǎn)化率(或含量)—溫度—壓強圖像這類圖像的縱坐標為物質(zhì)的平衡濃度或反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，橫坐標為溫度或壓強。[以mA(g)＋nB(g)xC(g)＋qD(g)為例]m＋n＞x＋q，ΔH＞0m＋n＜x＋q，ΔH＞0m＋n＞x＋q，ΔH＜0m＋n＞x＋q，ΔH＞0m＋n＞x＋q，ΔH＞0m＋n＜x＋q，ΔH＜0(1)“定一議二”原則：可通過分析相同溫度下不同壓強時反應(yīng)物A的轉(zhuǎn)化率(或C的含量)大小來判斷平衡移動的方向，從而確定反應(yīng)方程式中反應(yīng)物與產(chǎn)物氣體物質(zhì)間的化學計量數(shù)的大小關(guān)系。(2)通過分析相同壓強下不同溫度時反應(yīng)物A的轉(zhuǎn)化率(或C的含量)的大小來判斷平衡移動的方向，從而確定反應(yīng)ΔH的正、負。(2018·北京高考改編)近年來，研究人員提出利用含硫物質(zhì)熱化學循環(huán)實現(xiàn)太陽能的轉(zhuǎn)化與存儲。過程如下：(1)反應(yīng)Ⅱ：3SO2(g)＋2H2O(g)=2H2SO4(l)＋S(g)ΔH＝－254kJ·mol－1(2)對反應(yīng)Ⅱ，在某一投料比時，兩種壓強下，H2SO4在平衡體系中物質(zhì)的量分數(shù)隨溫度的變化關(guān)系如圖所示。p2________p1(填“＞”或“＜”)，得出該結(jié)論的理由是________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)I－可以作為水溶液中SO2歧化反應(yīng)的催化劑，可能的催化過程如下。將ⅱ補充完整。ⅰ.SO2＋4I－＋4H＋=S↓＋2I2＋2H2Oⅱ.I2＋2H2O＋________=________＋________＋2I－(4)探究ⅰ、ⅱ反應(yīng)速率與SO2歧化反應(yīng)速率的關(guān)系，實驗如下：分別將18mLSO2飽和溶液加入到2mL下列試劑中，密閉放置觀察現(xiàn)象。(已知：I2易溶解在KI溶液中)①B是A的對比實驗，則a＝________。②比較A、B、C，可得出的結(jié)論是____________________________________。③實驗表明，SO2的歧化反應(yīng)速率D＞A，結(jié)合ⅰ、ⅱ反應(yīng)速率解釋原因：__________________________________________________。解析(2)在橫坐標上任取一點，作縱坐標的平行線，可見溫度相同時，p2時H2SO4物質(zhì)的量分數(shù)大于p1時；反應(yīng)Ⅱ是氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，增大壓強平衡向正反應(yīng)方向移動，H2SO4物質(zhì)的量增加，體系總物質(zhì)的量減小，H2SO4物質(zhì)的量分數(shù)增大，則p2>p1。(3)反應(yīng)Ⅱ的總反應(yīng)為3SO2＋2H2O=2H2SO4＋S，I－可以作為水溶液中SO2歧化反應(yīng)的催化劑，催化劑在反應(yīng)前后質(zhì)量和化學性質(zhì)不變，(總反應(yīng)－反應(yīng)ⅰ)÷2得反應(yīng)ⅱ的離子方程式為I2＋2H2O＋SO2=4H＋＋SOeq\o\al(2－,4)＋2I－。(4)①B是A的對比實驗，采用控制變量法，B比A多加了0.2mol·L－1H2SO4，A與B中KI濃度應(yīng)相等，則a＝0.4。②對比A與B，加入H＋可以加快SO2歧化反應(yīng)的速率；對比B與C，單獨H＋不能催化SO2的歧化反應(yīng)；比較A、B、C，可得出的結(jié)論是：I－是SO2歧化反應(yīng)的催化劑，H＋單獨存在時不具有催化作用，但H＋可以加快歧化反應(yīng)速率。③對比D和A，D中加入KI的濃度小于A，D中多加了I2，反應(yīng)ⅰ消耗H＋和I－，反應(yīng)ⅱ中消耗I2，D中“溶液由棕褐色很快褪色，變成黃色，出現(xiàn)渾濁較A快”，反應(yīng)速率D>A，由此可見，反應(yīng)ⅱ比反應(yīng)ⅰ速率快，反應(yīng)ⅱ產(chǎn)生H＋使c(H＋)增大，從而使反應(yīng)ⅰ加快。答案(2)>反應(yīng)Ⅱ是氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，溫度一定時，增大壓強使反應(yīng)正向移動，H2SO4的物質(zhì)的量增大，體系總物質(zhì)的量減小，H2SO4的物質(zhì)的量分數(shù)增大(3)SO2SOeq\o\al(2－,4)4H＋(4)①0.4②I－是SO2歧化反應(yīng)的催化劑，H＋單獨存在時不具有催化作用，但H＋可以加快歧化反應(yīng)速率③反應(yīng)ⅱ比ⅰ快；D中由反應(yīng)ⅱ產(chǎn)生的H＋使反應(yīng)ⅰ加快(2016·四川高考)一定條件下，CH4與H2O(g)發(fā)生反應(yīng)：CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)。設(shè)起始eq\f(nH2O,nCH4)＝Z，在恒壓下，平衡時φ(CH4)(CH4的體積分數(shù))與Z和T(溫度)的關(guān)系如圖所示。下列說法正確的是()A．該反應(yīng)的焓變ΔH＞0B．圖中Z的大小為a>3>bC．圖中X點對應(yīng)的平衡混合物中eq\f(nH2O,nCH4)＝3D．溫度不變時，圖中X點對應(yīng)的平衡在加壓后φ(CH4)減小答案A解析由圖可知，隨著溫度升高甲烷的體積分數(shù)逐漸減小，說明升溫平衡正向移動，則正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，即焓變ΔH＞0，A正確；增大水蒸氣的物質(zhì)的量，平衡正向移動，則eq\f(nH2O,nCH4)的比值越大，甲烷的體積分數(shù)越小，故a<3<b，B錯誤；起始eq\f(nH2O,nCH4)＝3，甲烷和水按等物質(zhì)的量反應(yīng)，所以到平衡時該比值不是3，C錯誤；溫度不變時，加壓，平衡逆向移動，甲烷的體積分數(shù)增大，D錯誤。突破點5幾種特殊圖像(1)曲線的意義是外界條件(如溫度、壓強等)對正、逆反應(yīng)速率影響的變化趨勢及變化幅度。圖中交點A是平衡狀態(tài)，壓強繼續(xù)增大，正反應(yīng)速率增大得快，平衡正向移動。注：交點A之前增大p，只影響正、逆速率，A點之后增大p，既影響速率又影響平衡移動。(2)對于化學反應(yīng)mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，M點前，表示化學反應(yīng)從反應(yīng)物開始，則v正＞v逆；M點為剛達到的平衡點。M點后為平衡受溫度的影響情況，即升溫，A%增大(C%減小)，平衡逆向移動，ΔH＜0。(3)對于化學反應(yīng)mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，L線上所有的點都是平衡點。圖1中左上方(E點)，A%大于此壓強時平衡體系中的A%，E點必須向正反應(yīng)方向移動才能達到平衡狀態(tài)，所以，E點v正＞v逆；則右下方(F點)v正＜v逆。圖2中，左下方(B點)α(A)小于此溫度時平衡體系中的α(A)，B點必須向正反應(yīng)方向移動才能達到平衡狀態(tài)，所以B點v正＞v逆，則A點v正<v逆。(2018·江蘇高考節(jié)選)(4)在有氧條件下，新型催化劑M能催化NH3與NOx反應(yīng)生成N2。①NH3與NO2生成N2的反應(yīng)中，當生成1molN2時，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為________mol。②將一定比例的O2、NH3和NOx的混合氣體，勻速通入裝有催化劑M的反應(yīng)器中反應(yīng)(裝置如圖1)。反應(yīng)相同時間NOx的去除率隨反應(yīng)溫度的變化曲線如圖2所示，在50～250℃范圍內(nèi)隨著溫度的升高，NOx的去除率先迅速上升后上升緩慢的主要原因是__________________________________________________________________________________________________；當反應(yīng)溫度高于380℃時，NOx的去除率迅速下降的原因可能是____________________________________。解析(4)①NH3與NO2的反應(yīng)為8NH3＋6NO2eq\o(=,\s\up17(催化劑))7N2＋12H2O，該反應(yīng)中NH3中－3價的N升至0價，NO2中＋4價的N降至0價，生成7molN2轉(zhuǎn)移24mol電子。生成1molN2時轉(zhuǎn)移電子數(shù)為eq\f(24,7)mol。②因為反應(yīng)時間相同，所以低溫時主要考慮溫度和催化劑對化學反應(yīng)速率的影響；高溫時NH3與O2發(fā)生催化氧化反應(yīng)。在50～250℃范圍內(nèi)，NOx的去除率迅速上升段是催化劑活性隨溫度升高增大與溫度升高共同使NOx去除反應(yīng)速率迅速增大；上升緩慢段主要是溫度升高引起的NOx去除反應(yīng)速率增大。答案(4)①eq\f(24,7)②迅速上升段是催化劑活性隨溫度升高增大與溫度升高共同使NOx去除反應(yīng)速率迅速增大；上升緩慢段主要是溫度升高引起的NOx去除反應(yīng)速率增大催化劑活性下降；NH3與O2反應(yīng)生成了NO(1)(2017·全國卷Ⅱ改編)丁烯是一種重要的化工原料，可由丁烷催化脫氫[C4H10(g)=C4H8(g)＋H2(g)ΔH>0]制備?；卮鹣铝袉栴}：ⅱ.丁烷和氫氣的混合氣體以一定流速通過填充有催化劑的反應(yīng)器(氫氣的作用是活化催化劑)，出口氣中含有丁烯、丁烷、氫氣等。圖b為丁烯產(chǎn)率與進料氣中n(氫氣)/n(丁烷)的關(guān)系。圖中曲線呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢，其降低的原因是__________________________。ⅲ.圖c為反應(yīng)產(chǎn)率和反應(yīng)溫度的關(guān)系曲線，副產(chǎn)物主要是高溫裂解生成的短碳鏈烴類化合物。丁烯產(chǎn)率在590℃之前隨溫度升高而增大的原因可能是_____________________________________________________、_____；590℃之后，丁烯產(chǎn)率快速降低的主要原因可能是____________________________。(2)(2016·全國卷Ⅱ)丙烯腈(CH2=CHCN)是一種重要的化工原料，工業(yè)上可用“丙烯氨氧化法”生產(chǎn)，主要副產(chǎn)物有丙烯醛(CH2=CHCHO)和乙腈(CH3CN)等。回答下列問題：ⅰ.以丙烯、氨、氧氣為原料，在催化劑存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副產(chǎn)物丙烯醛(C3H4O)的熱化學方程式如下：①C3H6(g)＋NH3(g)＋eq\f(3,2)O2(g)=C3H3N(g)＋3H2O(g)ΔH＝－515kJ·mol－1②C3H6(g)＋O2(g)=C3H4O(g)＋H2O(g)ΔH＝－353kJ·mol－1兩個反應(yīng)在熱力學上趨勢均很大，其原因是__________________；有利于提高丙烯腈平衡產(chǎn)率的反應(yīng)條件是__________________；提高丙烯腈反應(yīng)選擇性的關(guān)鍵因素是__________________。ⅱ.圖a為丙烯腈產(chǎn)率與反應(yīng)溫度的關(guān)系曲線，最高產(chǎn)率對應(yīng)的溫度為460℃。低于460℃時，丙烯腈的產(chǎn)率________(填“是”或“不是”)對應(yīng)溫度下的平衡產(chǎn)率，判斷理由是______________________________________________；高于460℃時，丙烯腈產(chǎn)率降低的可能原因是____