新高考化學一輪復習化學反應速率與平衡圖像及其實際應用課件（55張）

素養(yǎng)提能三化學反應速率與平衡圖像及其實際應用導讀:化學平衡圖像類試題是高考的熱點題型,試題的創(chuàng)新性、探究性逐年提升,在情境上、取材上都有所創(chuàng)新,如設計新穎的速率、平衡計算,通過圖像、表格等提供豐富的信息數(shù)據(jù),而且常與元素、化合物知識相互聯(lián)系,綜合考查。解題的關鍵是根據(jù)反應特點,明確反應條件,認真分析圖像,充分挖掘隱含的信息,緊扣化學原理,找準切入點,解決問題。必備知識類型一速率—時間(v-t)圖像1.“漸變”類v-t圖像圖像分析結論t1時v′正突然增大,v′逆逐漸增大;v′正>v′逆,平衡向正反應方向移動t1時其他條件不變,增大反應物的濃度t1時v′正突然減小,v′逆逐漸減小;v′逆>v′正,平衡向逆反應方向移動t1時其他條件不變,減小反應物的濃度t1時v′逆突然增大,v′正逐漸增大;v′逆>v′正,平衡向逆反應方向移動t1時其他條件不變,增大生成物的濃度t1時v′逆突然減小,v′正逐漸減小;v′正>v′逆,平衡向正反應方向移動t1時其他條件不變,減小生成物的濃度2.“斷點”類v-t圖像圖像分析結論t1時v′正、v′逆均突然增大,且v′正>v′逆;平衡向正反應方向進行t1時其他條件不變,增大反應體系的壓強且m+n>p+q(正反應為氣體體積減小的反應)t1時其他條件不變,升高溫度且Q>0(吸熱反應)t1時v′正、v′逆均突然增大,且v′逆>v′正;平衡向逆反應方向進行t1時其他條件不變,增大反應體系的壓強且m+n<p+q(正反應為氣體體積增大的反應)

t1時其他條件不變,升高溫度且Q<0(放熱反應)t1時v′正、v′逆均突然減小,且v′正>v′逆;平衡向正反應方向進行t1時其他條件不變,減小反應體系的壓強且m+n<p+q(正反應為氣體體積增大的反應)

t1時其他條件不變,降低溫度且Q<0(放熱反應)t1時v′逆、v′正均突然減小,且v′逆>v′正;平衡向逆反應方向進行t1時其他條件不變,減小反應體系的壓強且m+n>p+q(正反應為氣體體積減小的反應)

t1時其他條件不變,降低溫度且Q>0(吸熱反應)3.“平臺”類v-t圖像圖像分析結論t1時v′正、v′逆均突然增大且v′正=v′逆,平衡不移動t1時其他條件不變,使用催化劑t1時其他條件不變,增大反應體系的壓強且m+n=p+q(反應前后氣體體積無變化)t1時v′正、v′逆均突然減小且v′正=v′逆,平衡不移動t1時其他條件不變,減小反應體系的壓強且m+n=p+q(反應前后氣體體積無變化)

典例導航[典例1]

向1L的密閉容器中加入1molX、0.3molZ和一定量的Y三種氣體。一定條件下發(fā)生反應,各物質的濃度隨時間的變化如圖甲所示。圖乙為t2時刻后改變反應條件,平衡體系中反應速率隨時間變化的情況,且四個階段都各改變一種不同的條件。下列說法不正確的是(

)考查情境:本題以物質的量濃度及化學反應速率隨時間的變化圖像為載體,對反應方程式和速率影響因素進行考查,在復雜、陌生的研究對象及問題情境下,體現(xiàn)了對外界條件對速率影響的綜合性、應用性考查。必備知識:主要考查的必備知識包括以下四個方面:一是化學反應中速率與化學計量數(shù)的關系;二是外界條件對速率的影響;三是化學反應速率的求算;四是轉化率大小的比較。關鍵能力:本題側重于對理解與辨析、分析與推測等關鍵能力的考查。能夠對速率及其影響因素知識融會貫通,有正確復述、再現(xiàn)、辨識的能力;能夠將實際問題分解,通過運用外界條件對速率的影響,采用分析、綜合的方法,解決有關速率圖像問題。答案:B有關速率圖像的分析思路解題策略考向專練考向一濃度—時間圖像A1.在一定條件下,X氣體與Y氣體反應生成Z氣體。反應過程中,反應物與生成物的物質的量濃度隨時間變化的曲線如圖所示,則下列敘述正確的是(

)考向二借助圖像分析速率影響因素B2=5min,平衡時3v正(A)=2v逆(D)～t2,A的平均反應速率為0.15mol·L-1·min-12～t3,各物質的濃度一定相等的平衡轉化率為25%類型二平衡移動類圖像必備知識1.含量—時間—溫度(壓強)圖像常見形式有如圖幾種。(C%指生成物的質量分數(shù);B%指某反應物的質量分數(shù))2.恒壓(溫)的圖像分析該類圖像的縱坐標為物質的平衡濃度(c)或反應物的轉化率(α),橫坐標為溫度(T)或壓強(p),常見類型如圖所示:如圖2所示曲線是其他條件不變時,某反應物的最大轉化率(α)與溫度(T)的關系曲線,圖中標出的1、2、3、4四個點,表示v正>v逆的點是3,表示v正<v逆的點是1,而2、4點表示v正=v逆。典例導航[典例2](雙選題)(2019·江蘇卷)在恒壓、NO和O2的起始濃度一定的條件下,催化反應相同時間,測得不同溫度下NO轉化為NO2的轉化率如圖中實線所示(圖中虛線表示相同條件下NO的平衡轉化率隨溫度的變化)。下列說法正確的是(

)考查情境:本題以不同溫度下NO轉化為NO2的轉化率為載體,在情境設置上,提供的實驗探究情境,在復雜、陌生的研究對象及問題情境下,體現(xiàn)了“定一議二”解題思想,以及對化學平衡移動知識的綜合性、應用性考查。必備知識:主要考查的必備知識包括以下三個方面:一是外界條件對化學平衡的影響;二是根據(jù)圖形的變化特點分析反應的熱效應;三是根據(jù)圖形和信息對轉化率和平衡常數(shù)的求算。關鍵能力:本題考查的關鍵能力側重于歸納與論證及探究與創(chuàng)新能力。能夠通過對圖形的觀察,獲取有關反應吸、放熱及溫度對轉化率的影響等感性知識,并進行初步加工、吸收、有序存儲的能力。在解決簡單化學平衡圖像問題的過程中,運用科學的方法,初步了解外界條件對平衡移動的規(guī)律。答案:BD平衡移動類圖像的解題模型思維建?？枷驅＞毧枷蛞缓銣鼐€(或恒壓線)圖像1.某化學科研小組研究在其他條件不變時,改變某一條件對化學平衡的影響,得到如圖變化規(guī)律(圖中p表示壓強,T表示溫度,n表示物質的量)。根據(jù)以上規(guī)律判斷,下列結論正確的是(

)A.反應Ⅰ:ΔH>0,p2>p1B.反應Ⅱ:ΔH<0,T1<T2C.反應Ⅲ:ΔH>0,T2>T1或ΔH<0,T2<T1D.反應Ⅳ:ΔH<0,T2>T1C解析:反應Ⅰ中溫度降低,A的平衡轉化率升高,說明平衡向正反應方向移動,故正反應是放熱反應,ΔH<0,壓強增大平衡向正反應方向移動,A的轉化率升高,故p2>p1,A錯誤;反應Ⅱ中T1溫度下反應先達到平衡,說明T1>T2,溫度降低,n(C)增大,說明平衡向正反應方向移動,故正反應是放熱反應,ΔH<0,B錯誤;反應Ⅳ中,若T2>T1,則溫度高,A的平衡轉化率增大,說明平衡向正反應方向移動,正反應是吸熱反應,ΔH>0,D錯誤。2.(2021·重慶新高考適應性考試)MTP是一類重要的藥物中間體,可以由TOME經(jīng)環(huán)化后合成。其反應式為:為了提高TOME的轉化率,反應進行時需及時從溶液體系中移出部分甲醇。TOME的轉化率隨反應時間的變化如圖所示。設TOME的初始濃度為amol/L,反應過程中的液體體積變化忽略不計。下列說法錯誤的是(

)、Y兩點的MTP的物質的量濃度相等、Z兩點的瞬時速率大小為v(X)>v(Z)考向二轉化率(或百分含量)—時間—溫度(或壓強)圖像C考向三平衡移動特殊圖像則:(1)ΔH

(填“>”“=”或“<”)0。(2)在T1～T2及T4～T5兩個溫度區(qū)間,容器內CO2氣體濃度呈現(xiàn)如圖所示的變化趨勢,其原因是

。

解析:(1)由題圖可知當溫度為T1時,反應不是平衡狀態(tài),隨著溫度升高反應速率越來越快,T3時達到平衡狀態(tài),溫度繼續(xù)升高,CO2濃度上升,平衡逆移,故正反應放熱,ΔH<0。答案:(1)<

(2)T1～T2區(qū)間,化學反應未達到平衡,溫度越高,化學反應速率越快,所以CO2被捕獲的量隨溫度升高而提高。T4～T5區(qū)間,化學反應已達到平衡,由于正反應是放熱反應,溫度升高平衡向逆反應方向移動,所以不利于CO2捕獲平衡移動圖像題解題技巧練后小結(1)先拐先平在含量(轉化率)—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系,有時還需要作輔助線。(3)三步分析法一看反應速率是增大還是減小;二看v正、v逆的相對大小;三看化學平衡移動的方向。類型三工業(yè)生產(chǎn)中適宜條件的選擇與圖像分析必備知識化工生產(chǎn)適宜條件選擇的一般原則條件原則從化學反應速率分析既不能過快,又不能太慢從化學平衡移動分析既要注意外界條件對速率和平衡影響的一致性,又要注意兩者影響的矛盾性從原料的利用率分析增加易得廉價原料,提高難得高價原料的利用率,從而降低生產(chǎn)成本從實際生產(chǎn)能力分析如設備承受高溫、高壓能力等從催化劑的使用活性分析注意催化劑的活性對溫度的限制典例導航(1)溫度高于300℃,CO2平衡轉化率隨溫度升高而上升的原因是

.

。

(2)220℃時,在催化劑作用下CO2與H2反應一段時間后,測得CH3OCH3的選擇性為48%(圖中A點)。不改變反應時間和溫度,一定能提高CH3OCH3選擇性的措施有

。

考查情境:本題以CO2平衡轉化率和平衡時CH3OCH3的選擇性隨溫度的變化為載體,在復雜、陌生的研究對象及問題情境下,體現(xiàn)了轉化率和催化劑的選擇與溫度的關系,以及對化學平衡移動知識的綜合性、應用性、創(chuàng)新性的考查。必備知識:主要考查的必備知識包括以下三個方面:一是溫度與轉化率的關系;二是溫度與催化劑選擇的關系;三是借助圖像分析外界條件對反應速率和平衡的影響。關鍵能力:本題考查的關鍵能力側重于理解與辨析、歸納與論證能力。能夠對外界條件對化學平衡影響知識融會貫通,有正確復述、再現(xiàn)、辨認的能力;能夠通過對圖形的觀察,獲取有關溫度與轉化率及催化劑選擇的關系,并進行初步加工、吸收、有序存儲的能力。答案:(1)反應Ⅰ的ΔH>0,反應Ⅱ的ΔH<0,溫度升高使CO2轉化為CO的平衡轉化率上升,使CO2轉化為CH3OCH3的平衡轉化率下降,且上升幅度超過下降幅度(2)增大壓強,使用對反應Ⅱ催化活性更高的催化劑解析:(1)根據(jù)題給熱化學反應方程式可知,反應Ⅰ為吸熱反應,升高溫度,平衡向正反應方向移動,CO2的平衡轉化率增大,反應Ⅱ為放熱反應,升高溫度,平衡向逆反應方向進行,CO2的轉化率降低,溫度超過300℃時,反應ⅠCO2的平衡轉化率上升幅度超過反應ⅡCO2的平衡轉化率下降幅度,因此溫度超過300℃時,CO2平衡轉化率隨溫度升高而上升。(2)圖中A點CH3OCH3的選擇性沒有達到此溫度下平衡時CH3OCH3的選擇性,依據(jù)CH3OCH3選擇性公式,提高CH3OCH3選擇性,在不改變反應時間和溫度情況下,由反應Ⅱ知,可以增大壓強,或者使用對反應Ⅱ催化活性更高的催化劑?？枷驅＞毧枷蛞晦D化率(去除率)—投料比—溫度圖像

Ax(主要指NO和NO2)是大氣主要污染物之一。有效去除大氣中的NOx是環(huán)境保護的重要課題。在有氧條件下,新型催化劑M能催化NH3與NOx反應生成N2。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的反應器中反應(裝置見圖1)。反應相同時間NOx的去除率隨反應溫度的變化曲線如圖2所示,在50～250℃范圍內隨著溫度的升高,NOx的去除率先迅速上升后上升緩慢的主要原因是

;

當反應溫度高于380℃時,NOx的去除率迅速下降的原因可能是

。

解析:因為反應時間相同,所以低溫時主要考慮溫度和催化劑對化學反應速率的影響;高溫時NH3與O2發(fā)生催化氧化反應。在50～250℃范圍內,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去除反應速率增大。當溫度超過一定值時,催化劑的活性下降,同時氨氣與氧氣能夠反應生成NO而使反應速率減小。答案: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去除反應速率增大催化劑活性下降;NH3與O2反應生成了NO考向二轉化率(去除率)—催化劑圖像解析:由題圖可知,當催化劑中n(Mn)/n(Cu)約為時,CO的轉化率最大,生成的二甲醚最多。答案:則催化劑中n(Mn)/n(Cu)約為

時最有利于二甲醚的合成。

答案:(1)AD(1)利于提高合成氨平衡產(chǎn)率的條件有

。

A.低溫B.高溫C.低壓D.高壓E.催化劑②下圖中可以示意標準平衡常數(shù)KΘ隨溫度T變化趨勢的是

。

解析:②根據(jù)K隨著T增大而減小,而且根據(jù)KΘ表達式,不是線性關系,故選A。答案:②A(3)實際生產(chǎn)中,常用工藝條件,Fe作催化劑,控制溫度773K,壓強3.0×105Pa,原料氣中N2和H2物質的量之比為1∶。①分析說明原料氣中N2過量的理由:

。

解析:(3)①根據(jù)題意,從提高轉化率和提高速率角度分析,原料氣中N2相對易得,適度過量有利于提高H2的轉化率;N2在Fe催化劑上的吸附是決速步驟,適度過量有利于提高整體反應速率。答案:(3)①原料氣中N2相對易得,適度過量有利于提高H2的轉化率;N2在Fe催化劑上的吸附是決速步驟,適度過量有利于提高整體反應速率②關于合成氨工藝的下列理解,正確的是

。

A.合成氨反應在不同溫度下的ΔH和ΔS都小于零B.控制溫度(773K)遠高于室溫,是為了保證盡可能高的平衡轉化率和快的反應速率C.當溫度、壓強一定時,在原料氣(N2和H2的比例不變)中添加少量惰性氣體,有利于提高平衡轉化率D.基于NH3有較強的分子間作用力可將其液化,不斷將液氨移去,利于反應正向進行E.分離空氣可得N2,通過天然氣和水蒸氣轉化可得H2,原料氣須經(jīng)過凈化處理,以防止催化劑中毒和安全事故發(fā)生答案:②ADE解析:②A項,合成氨反應在不同溫度下的ΔH和ΔS都小于零,正確;B項,升高溫度使平衡逆向移動,減小平衡轉化率,控制溫度(773K)遠高于室溫,不是為了保證盡可能高的平衡轉化率,錯誤;C項,當溫度、壓強一定時,在原料氣(N2和H2的比例不變)中添加少量惰性氣體,相當于減小了分壓,平衡逆向移動,不利于提高平衡轉化率,錯誤;D項,基于NH3有較強的分子間作用力可將其液化,不斷將液氨移去,利于反應正向進行,正確;E項,分離空氣可得N2,通過天然氣和水蒸氣轉化可得H2,原料氣須經(jīng)過凈化處理,以防止催化劑中毒和安全事故發(fā)生,正確;故選ADE。工業(yè)合成氨條件的選擇練后小結(1)壓強為10～30MPa的高壓。增大壓強,利