高考化学经典复习专题六化学反应速率与化学平衡图象题的破解完美

小专题六　化学反应速率与化学平衡图象题 的破解策略 一、利用图象“断点”探究外因对反应速率的影响 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－时间图象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： 图象 t1 时刻 所改变 的条件 温度 升高 降低 升高 降低 适合正反应为放热的反应 适合正反应为吸热的反应 压强 增大 减小 增大 减小 适合正反应为气体 物质的量增大的反应 适合正反应为气体 物质的量减小的反应 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)。 2.常见含“断点”的速率变化图象分析 [典例1](2018 年湖南长沙模拟)对于反应：X(g)＋Y(g) 2Z(g) ΔH＜0 的反应，某一时刻改变外界条件，其速率随时间 )。的变化图象如图所示。则下列说法符合该图象的是( A.t1 时刻，增大了 X 的浓度 B.t1 时刻，升高了体系温度 C.t1 时刻，降低了体系温度 D.t1 时刻，使用了催化剂 解析：由图象可知，外界条件同等程度地增大了该反应的 正、逆反应速率。增大 X 的浓度，升高(或降低)体系温度均不 会同等程度地改变正、逆反应速率，A、B、C 错误；使用催化 剂可同等程度地改变正、逆反应速率，D 正确。 答案：D 二、常规图象分类突破 考向1 等压线与等温线 [方法技巧] 速率平衡图象的五看 (1)一看面(纵、横坐标的意义)。 (2)二看线(曲线的走向和变化趋势)。 (3)三看点(起点、拐点、终点)。 (4)四看辅助线(如等温线、等压线、平衡线)。 (5)五看量的变化(如浓度变化、温度变化)。 [典例2](2018 年云南期中)如图表示外界条件(温 度、压强) 的变化对下列反应的影响：L(s) ＋ G(g) 2R(g) ΔH>0。在图中 y 轴是指( )。 A.平衡混合气中 R 的质量分数 B.G 的转化率 C.平衡混合气中 G 的体积分数 D.L 的转化率 解析：A 项，升温，平衡正向移动，R 的质量分数增大， 与图象不符；B 项，升温，平衡正向移动，G 的转化率增大， 与图象不符；C 项，升温，平衡正向移动，混合气中 G 的体积 分数减小；增大压强，平衡逆向移动，G 的体积分数增大，与 图象一致；D 项，温度升高，平衡正向移动，L 的转化率增大， 与图象不符。 答案：C 考向2 浓度或转化率—时间图象 [方法技巧] 速率平衡图象题解题技巧 (1)先拐先平：在含量(转化率)—时间曲线中，先出现拐点 的则先达到平衡，说明该曲线反应速率快，表示温度较高、有 催化剂、压强较大等。 (2)定一议二：当图象中有三个量时，先确定一个量不变， 再讨论另外两个量的关系，有时还需要作辅助线，通常是垂线 或平行线。 (3)三步分析法：一看反应速率是增大还是减小；二看v正、 v逆的相对大小；三看化学平衡移动的方向。 [典例 3](2018 年河北衡水中学调研)可逆反应 mA(g)＋nB(g) xC(g)在不同温度及压强(p1 和 p2)条件下反应物 A 的转化率 的变化情况如图所示。下列判断正确的是( )。 A.正反应吸热，m＋n＞x C.正反应放热，m＋n＜x B.正反应吸热，m＋nv(逆)；M 点为平衡点，M 点后为平衡 受温度的影响情况，正反应是放热反应。 或 (2)对于可逆反应 mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，L 线上 所有的点都是平衡点。左上方(E 点)A%大于此压强时平衡体系 中的A%，所以，E 点时v(正)>v(逆)；同理可分析右下方(F点)， v(正)0， A 错误；b 图象中，使用催化剂，反应速率加快，先达到平衡， B 正确；c 图象中，此反应为反应前后气体物质的量不变的化学 反应，改变压强不影响平衡状态，即不影响 A 的转化率，且由 于不断加入 B，A 的转化率增大，C 错误；d 图象中，反应实质 是 Fe3＋＋3SCN－ Fe(SCN)3，K＋和 Cl－不参加化学反应，KCl 浓度增大不影响化学平衡，D 错误。 答案：B 三、陌生图象突破 新型图象往往根据实际工业生产，结合图象，分析投料比、 转化率、产率的变化。此类题目信息量较大，能充分考查学生 读图、提取信息、解决问题的能力，在新课标高考中受到命题 者的青睐。 考向1 转化率—投料比—温度图象 [典例5]将燃煤废气中的 CO2 转化为二甲醚的反应原理为 2CO2(g)＋6H2(g) 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 的转化率见下图： 此反应__________(填“放热”或“吸热”)；若温度不变， 提高投料比[n(H2)/n(CO2)]，则 K 将________(填“增大”“减 小”或“不变”)。 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。 答案：放热 不变 考向2 根据图象判断投料比 [典例6]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) 副反应：CO(g)＋H2O(g) CH3OCH3(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________时最有利于二甲醚 的合成。 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。 答案：2.0 考向3 废物回收及污染处理图象 [典例7](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) 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 ______________________________________________________ __________________。 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 __________。 图 1 图 2 (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。 图 3 图 4 ①写出该脱硝原理总反应的化学方程式：__________。 ②为达到最佳脱硝效果，应采取的条件是____________。 (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 Ag-ZSM-5 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。 图 5 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__________________________；在 n(NO)/n(CO) ＝1 的条件下，应控制的最佳温度在________左右。 答案：(1)①Fe2O3 作催化剂时，在相对较低温度可获得较 高的 SO2 转化率，从而节约能源 ②曲线 a (2)①6NO＋3O2＋2C2H4 3N2＋4CO2＋4H2O ②350 ℃、负载率 3.0% (3)NO 分解反应是放热反应，升高温度不利于分解反应进 行 870 K