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第3课时 化学反应速率和化学平衡图像[学习目标定位] 认识化学反应速率、化学平衡典型图像,学会化学平衡图像题的分析解答方法
一、化学反应速率图像v-t图像
1.“渐变”类v-t图——浓度对化学反应速率的影响1图像Ⅰ中,v′正突变,而v′逆渐变,t1时刻图像中有一条线是连续的,且v′正v′逆,说明t1时刻改变的条件是增大了反应物的浓度,使v′正突变,平衡正向移动2图像Ⅱ中,v′正渐变,v′逆突变,t1时刻图像中有一条线是连续的,且v′正v′逆,说明t1时刻改变的条件是减小了生成物的浓度,使v′逆突变,平衡正向移动
2.“断点”类v-t图——温度或压强对化学反应速率的影响1图像Ⅰ中,v′正、v′逆都是突然增大的,t1时刻,图像中出现了“断点”,且v′正v′逆,平衡正向移动改变的条件是升高温度或增大压强2图像Ⅱ中,v′正、v′逆都是突然变小的,t1时刻,图像中出现了“断点”,且v′正v′逆,平衡正向移动,说明该反应改变的条件是降低温度或减小压强
3.“平台”类v-t图——催化剂或压强对化学反应速率的影响图像中v′正、v′逆都是突然增大,且增大的程度相同,t1时刻,图像中出现了“平台”,化学平衡不移动,改变的条件可能是使用了催化剂或对反应前后气体总体积不发生变化的反应增大了压强v-t图像中,若v正和v逆中有一个在原平衡点连续渐变,则一定为改变反应物或生成物之一浓度引起的速率变化;若v正和v逆都在原平衡点向平衡线同侧突变,则一定为改变温度或压强引起反应速率的变化例1 某密闭容器中发生如下反应Xg+Yg2Zg ΔH0下图表示该反应的速率v随时间t变化的关系,t
2、t
3、t5时刻外界条件有所改变,但都没有改变各物质的初始加入量下列说法中正确的是 A.t2时一定加入了催化剂B.t3时减小了压强C.t5时可能升高了温度D.t4~t5时间内转化率最低答案 C解析 A项,由图可知,t2时刻改变条件,正逆反应速率增大且相等,若增大压强平衡也不发生移动,则t2时不一定加入了催化剂,错误;B项,t3时刻改变条件,正逆反应速率均减小,且正反应速率大于逆反应速率,若减小压强,平衡不发生移动,与图像不符,错误;C项,t5时刻改变条件,正逆反应速率增大,且逆反应速率大于正反应速率,若升高温度,平衡逆向移动,与图像符合,正确;D项,催化剂对平衡移动无影响,t3~t4时间内平衡逆向移动,转化率减小,t5~t6时间内平衡逆向移动,转化率继续减小,显然t5~t6时间内转化率比t4~t5时间内转化率低,错误考点 化学反应速率与化学平衡图像题点 速率-时间v-t图像方法总结 1看清化学方程式ΔH符号及气体系数变化2分析图像含义v正、v逆的渐变或突变和v正、v逆的相对大小3联想外界条件对反应速率的影响规律例2 可逆反应2SO2g+O2g2SO3g ΔH0在一定条件下达到平衡状态,时间为t1时改变条件化学反应速率与反应时间关系如图下列说法正确的是 A.维持温度、反应体系体积不变,t1时充入SO3gB.维持压强不变,t1时升高反应体系温度C.维持温度不变,t1时扩大反应体系体积D.维持温度、压强不变,t1时充入SO3g答案 D解析 先观察原反应的特点可知,原反应是一个气体体积减小的放热反应,根据图像可知该反应在t1时改变了某个条件使正反应速率减小,而使逆反应速率增大,只能是在该时刻增大了生成物的浓度而减小了反应物的浓度,所以只有D选项符合D选项在温度、压强不变的情况下充入SO3g,使体积变大,所以导致反应物的浓度减小考点 化学反应速率与化学平衡图像题点 速率-时间v-t图像方法总结 v-t图像中,若v正和v逆在原平衡点反方向突变,视为改变浓度条件,反应物和生成物一方浓度增大,另一方浓度减小
二、化学平衡图像
1.百分含量或转化率—时间—温度或压强图像在化学平衡图像中,先出现拐点的反应则先达到平衡,先出现拐点的曲线表示的温度较高如图1或表示的压强较大如图2[仍以aAg+bBgcCg为例]根据图像回答下列问题1图1中,温度T
1、T2的大小关系是T2T1,温度升高,C%C的含量减小,化学平衡逆向移动,正反应是放热反应2图2中,压强p
1、p2的大小关系是p1p2,压强增大,A%A的含量减小,化学平衡正向移动,a+bc
2.百分含量或转化率—压强—温度图像在化学平衡图像中,包括纵坐标、横坐标和曲线,所表示的意义共三个量确定横坐标所表示的量后,讨论纵坐标与曲线的关系;或者确定纵坐标所表示的量,讨论横坐标与曲线的关系即“定一议二”原则解题过程中,可以作辅助线帮助分析例如反应aAg+bBgcCg在不同温度下T1T2,压强p与混合气体中C的含量C%的关系图像如图所示根据图像回答下列问题1T1为一条等温线,随着压强的增大,C%减小,化学平衡逆向移动,a+bc2在压强一定时如p3,温度升高,C%增大,化学平衡正向移动,正反应是吸热反应化学平衡图像题的解题流程―→↓――→↓―→↓―→例3 已知可逆反应4NH3g+5O2g4NOg+6H2Og ΔH=-1025kJ·mol-1若反应物起始物质的量相同,下列关于该反应的示意图不正确的是 答案 D解析 升高温度,平衡向逆反应方向移动,平衡时NO的含量小,且达到平衡时需要的时间短,故A项正确,D项错误;B项增大压强,平衡向逆反应方向移动,平衡时NO的含量小,且达到平衡时需要的时间短,故正确;C项有无催化剂只影响到达平衡状态的时间,不影响平衡移动,故正确考点 化学反应速率与化学平衡图像题点 “先拐先平”分析化学图像方法规律 先拐先平可逆反应mAg+nBgpCg+qDg,在含量或转化率-时间曲线中,先出现拐点的曲线先达到平衡,这表示反应的温度高或压强大例4 对于反应2Ag+Bg2Cg ΔH0,下列图像正确的是 A.
①②B.
②③C.
③④D.
①④答案 D解析 该反应的特点是气体物质分子数目减小的放热反应,增大压强,平衡向正反应方向移动,A的转化率增大,B的含量减小,C的物质的量分数增大;升高温度,平衡向逆反应方向移动,A的转化率减小,B的物质的量分数增大,C的物质的量分数减小,达到平衡的时间短,故
①④正确考点 化学反应速率与化学平衡图像题点 “定一议二”分析化学平衡图像方法规律 定一议二图像中有三个量时,先确定一个量不变,再讨论另外两个量的关系
1.一密闭容器中发生反应2SO2g+O2g2SO3g ΔH0,如图表示该反应的速率v在某一时间内的变化则下列时间段中,SO3的百分含量最高的是 A.t0→t1B.t2→t3C.t3→t4D.t5→t6答案 A解析 在t1~t
2、t4~t5两段时间中,v逆v正,说明平衡左移,SO3的百分含量减小,t2~t
3、t3~t
4、t5~t6平衡不移动,SO3的百分含量不变,所以SO3的百分含量较高的一段时间应该是t0~t1考点 化学反应速率和化学平衡图像题点 速率-时间v-t图像
2.反应Ls+aGgbRg达到平衡时,温度和压强对该反应的影响如图所示,图中,压强p1p2,x轴表示温度,y轴表示平衡混合气体中G的体积分数据此可判断 A.上述反应正方向是吸热反应B.上述反应正方向是放热反应C.abD.a+1b答案 A解析 由图像知,相同压强下,温度越高,G的体积分数越小,即升高温度,平衡正向移动,正反应为吸热反应;相同温度时,压强越大,G的体积分数越大,即增大压强,平衡逆向移动,因L为固体,所以ab考点 化学反应速率和化学平衡图像题点 “定一议二”分析化学平衡图像
3.下列各图中,表示2Ag+Bg2Cg正反应放热这个可逆反应的正确图像为 答案 A解析 随着温度的升高,化学平衡应向吸热反应方向移动,即向逆反应方向移动,所以生成物C的体积分数减小,反应物的含量增大,反应物的转化率减小;增大体系的压强,由于反应的两边都是气态物质,所以正反应和逆反应的速率都增大;而加入催化剂,只能加快反应速率,缩短反应达到平衡的时间,但不能使平衡移动,所以达到平衡后,各组分的浓度及体积分数不变考点 化学反应速率和化学平衡图像题点 化学平衡图像的综合
4.可逆反应mAgnBg+pCs ΔH=Q,温度和压强的变化对正、逆反应速率的影响分别符合下图中的两个图像,以下叙述正确的是 A.mn,Q0B.mn+p,Q0C.mn,Q0D.mn+p,Q0答案 C解析 由左图知,升温v逆v正,即平衡逆向移动,正反应为放热反应,ΔH0;由右图知,增大压强v正v逆,平衡正向移动,则正反应为气体系数减小的反应,即mn考点 化学反应速率和化学平衡图像题点 速率-压强或温度图像
5.如图所示曲线表示其他条件一定时,反应2NOg+O2g2NO2g ΔH0NO的转化率与温度的关系曲线,图中标有a、b、c、d四点,其中表示未达到平衡状态,且v正v逆的点是 A.a点B.b点C.c点D.d点答案 C解析 线上的点为平衡点,所以a、b点是平衡点,c点对应的平衡点在c点上方,说明NO的转化率变大才能达到平衡,反应应正向进行,正反应速率大于逆反应速率,正确;d点反应应逆向进行,正反应速率小于逆反应速率考点 化学反应速率和化学平衡图像题点 转化率-温度图像
6.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,得到如下变化规律下图中,p表示压强,T表示温度,n表示物质的量,t表示反应时间根据以上规律判断填“”“=”或“”1反应Ⅰp2________p1,ΔH________02反应ⅡT1________T2,ΔH________03反应Ⅲ若T2________T1,ΔH________04反应Ⅳ若T2________T1,ΔH________0答案 1 2 3 或 4 或 解析 1对反应Ⅰ而言,增大压强,平衡向右移动,A的转化率αA增大,所以p2p1;图a表示随温度升高,αA减小,平衡向左移动,则正反应是放热反应,ΔH02图b表示在两种不同温度下,C的物质的量逐渐增大至达到平衡的过程T1温度下nC增加得快,且先达到平衡,说明T1T2,由T1→T2,降低温度,nC增大,说明平衡向右移动,ΔH03图c表示随起始时nB的增大,在两种不同温度下C的体积分数φC先增大后减小的变化曲线T2时φC高于T1时的φC,可能有两种情况若T2T1,即升温平衡右移,ΔH0;若T2T1,即降温平衡右移,ΔH04图d所呈现的信息是随压强的增大,A的平衡转化率不变,但T2时αA比T1时αA大若T2T1,则升温平衡右移,ΔH0;若T1T2,则升温平衡左移,ΔH0考点 化学反应速率和化学平衡图像题点 化学平衡图像的综合[对点训练]题组1 速率—时间图像
1.可逆反应2Xg+Ys2Zg在t1时刻达到平衡状态当增大平衡体系压强减小容器体积时,下列有关正、逆反应速率v随时间变化的图像正确的是 答案 C解析 此可逆反应是等体积反应,达到平衡状态后,增大平衡体系的压强,正、逆反应速率仍相等,但由于压强增大,所以反应速率都增大考点 化学反应速率和化学平衡图像题点 速率—时间v-t图像
2.如图为某化学反应的反应速率与时间的关系示意图在t1时刻升高温度或增大压强,反应速率的变化都符合示意图中表示的反应是 A.2SO2g+O2g2SO3g ΔH0B.4NH3g+5O2g4NOg+6H2Og ΔH0C.H2g+I2g2HIg ΔH0D.2Ag+Bg2Cg ΔH0答案 B解析 由图像知增大压强或升高温度后,v正、v逆都增大,由于v逆增大的多,平衡逆向移动A项,该反应的正反应为气体体积减小的放热反应,增大压强,平衡正向移动,升高温度,平衡逆向移动,错误;B项,该反应的正反应为气体体积增大的放热反应,增大压强,化学平衡逆向移动,升高温度,化学平衡逆向移动,正确;C项,该反应是反应前后气体体积相等的可逆反应,增大压强,平衡不移动,升高温度,平衡正向移动,错误;D项,该反应的正反应为气体体积减小的吸热反应,增大压强,平衡正向移动,升高温度,平衡正向移动,错误考点 化学反应速率和化学平衡图像题点 速率—时间v-t图像
3.合成氨反应N2g+3H2g2NH3g ΔH=-
92.4kJ·mol-1,在反应过程中,正反应速率的变化如图所示下列说法正确的是 A.t1时增大了压强B.t2时充入了稀有气体C.t3时升高了温度D.t4时降低了温度答案 A解析 A项,t1时正反应速率增大,且大于逆反应速率,应为增大压强,正确;B项,t2时正、逆反应速率同等程度增大,使用了催化剂,错误;C项,t3时正反应速率减小,且逆反应速率大于正反应速率,为减小压强,错误;D项,t4时反应速率瞬间不变,然后减小,应为减小生成物浓度,错误考点 化学反应速率和化学平衡图像题点 速率—时间v-t图像
4.可逆反应aX+2Yg2Zg在一定条件下达到平衡后,t1和t2时各改变某一种外界条件,化学反应速率v—时间t图像如图则下列说法中正确的是 A.若X是固体,则t1时一定是增大了容器的压强B.若X是气体,则t2时不可能是减小容器压强C.若X是固体,则t1时可能是增大了X的质量D.若t2时采用了降温措施,则该反应的正反应方向ΔH0答案 B解析 A项,若X为固体,增大压强,平衡不移动,若使用催化剂,平衡也不移动,错误;B项,若X为气体,t2时正、逆反应速率都减小,不可能是减小容器压强,因为减小压强,平衡逆向移动,而图像中是正向移动,正确;C项,若X为固体,t1时若增大了X的质量,平衡不移动,反应速率不变,错误;D项,t2时若采用降温,正、逆反应速率都减小,平衡正向移动,说明正反应为放热反应,ΔH小于0,错误考点 化学反应速率和化学平衡图像题点 速率—时间v-t图像题组2 “先拐先平”分析化学平衡图像
5.对于可逆反应mAg+nBgpCs+qDg反应过程中,其他条件不变时,产物D的质量分数D%与温度T或压强p的关系如图所示,请判断下列说法正确的是 A.降温,化学平衡向正反应方向移动B.使用催化剂可使D%有所增加C.化学方程式中气体的化学计量数m+nqD.C的颗粒越小,正反应速率越快,有利于平衡向正反应方向移动答案 A解析 由“先拐先平,数值大”可知,T2T
1、p2p1;升高温度,D%减小,平衡逆向移动,正反应放热,A项正确;催化剂不能使平衡发生移动,B项错误;增大压强,D%减小,平衡逆向移动,m+nq,C项错误;固体颗粒的大小不影响平衡移动,D项错误考点 化学反应速率和化学平衡图像题点 “先拐先平”分析化学平衡图像
6.在密闭容器中进行下列反应Mg+NgRg+2L,此反应符合下图图像下列叙述正确的是 A.正反应吸热,L是气体B.正反应吸热,L是固体C.正反应放热,L是气体D.正反应放热,L是液体答案 C解析 由“先拐先平”可推知,T1T2,p1p2,结合图像,升高温度,R的含量减小,正反应为放热反应;增大压强,R的含量减小,平衡向逆反应方向移动,故反应物中气态物质系数之和小于生成物中气态物质系数之和,故L为气体考点 化学反应速率和化学平衡图像题点 “先拐先平”分析化学平衡图像题组3 “定一议二”分析化学平衡图像
7.有一化学平衡mAg+nBgpCg+qDg,如图表示的是A的转化率与压强、温度的关系下列叙述正确的是 A.正反应是放热反应;m+np+qB.正反应是吸热反应;m+np+qC.正反应是放热反应;m+np+qD.正反应是吸热反应;m+np+q答案 D解析 图像中有三个量,应定一个量来分别讨论另外两个量之间的关系定压强,讨论T与A的转化率的关系同一压强下,温度越高,A的转化率越高,说明正反应是吸热反应;定温度,讨论压强与A的转化率的关系同一温度下,压强越大,A的转化率越高,说明正反应是体积缩小的反应,即m+np+q考点 化学反应速率和化学平衡图像题点 “定一议二”分析化学平衡图像
8.对于反应As+2Bg3Cg ΔH0,C%跟外界条件X、Y的关系如图所示,下列结论正确的是 A.X表示温度,Y表示压强,且Y1Y2Y3B.Y表示压强,X表示温度,且Y3Y2Y1C.X表示压强,Y表示温度,且Y1Y2Y3D.Y表示温度,X表示压强,且Y3Y2Y1答案 D解析 根据曲线走向,随温度的升高C%降低,说明随温度升高,平衡向逆反应方向移动,逆反应为吸热反应,A、B项错误;根据曲线走向,随压强增大,C%降低,说明平衡向逆反应方向移动,然后作等压线,随温度的升高,平衡应向正反应方向移动,C%应增大,C项错误,D项正确考点 化学反应速率和化学平衡图像题点 “定一议二”分析化学平衡图像题组4 化学平衡图像的综合
9.可逆反应aAg+bBgcCg+dDg ΔH,同时符合下列两图中各曲线的是 A.a+bc+d T1T2 ΔH0B.a+bc+d T1T2 ΔH0C.a+bc+d T1T2 ΔH0D.a+bc+d T1T2 ΔH0答案 B解析 图1中T2先达平衡,则T2T1,T2→T1时,生成物浓度增大,说明温度降低平衡向正反应方向移动,则正反应为放热反应,ΔH0;图2中达平衡v正=v逆后增大压强,v正v逆,说明平衡向正反应方向移动,则该反应的正反应为气体分子数减小的反应,a+bc+d,B对考点 化学反应速率和化学平衡图像题点 化学平衡图像的综合
10.下列图示与对应的叙述相符的是 A.图Ⅰ反应H2+I22HI达平衡后,升高温度时反应速率随时间的变化B.图Ⅱ反应2SO2+O22SO3达平衡后,缩小容器体积时各成分的物质的量随时间的变化C.图Ⅲ反应N2+3H22NH3在恒温情况下,反应速率与压强的关系D.图Ⅳ反应COg+H2gCOg+H2Og ΔH0,水蒸气含量随时间的变化答案 B解析 A项,升高温度,平衡发生移动,正、逆速率变化不相等,图像与实际不相符;B项,缩小容器体积,压强增大,平衡向正反应方向移动,SO3的物质的量增大,SO2与O2的物质的量减小,图像与实际相符合;C项,增大压强,正、逆反应速率都增大,平衡向正反应方向移动,正反应速率增大更多,图像中逆反应速率增大更多,图像与实际不相符;D项,由图可知,温度T2先到达平衡,则温度T2T1,升高温度,平衡向正反应方向移动,水蒸气的含量增大,图像中温度越高,水蒸气的含量越低,图像与实际不相符考点 化学反应速率和化学平衡图像题点 化学平衡图像的综合[综合强化]
11.在密闭容器中,反应2Xg+Y2g2XYg ΔH0达到甲平衡在仅改变某一条件后,达到乙平衡,下列分析正确的是 A.图Ⅰ中,甲、乙的平衡常数分别为K
1、K2,则K1K2B.图Ⅱ中,平衡状态甲与乙相比,平衡状态甲的反应物转化率低C.图Ⅱ中,t时刻增大了压强D.图Ⅲ表示反应分别在甲、乙条件下达到平衡,说明乙温度高于甲答案 D解析 若升高温度,则平衡向逆反应方向移动,平衡常数减小,故图Ⅰ中t时刻改变的条件不可能是升高温度,可能是增大压强,由于温度不变,平衡常数不变,故A项错误;图Ⅱ表示加入催化剂,正、逆反应速率同等程度增大,平衡不移动,故反应物的转化率不变,B项错误;增大压强,平衡向正反应移动,图Ⅱ中反应速率增大,平衡不发生移动,故改变的条件肯定不是增大压强,故C项错误;乙先达到平衡,说明乙的反应速率快,故乙温度高于甲,D项正确考点 化学反应速率和化学平衡图像题点 化学平衡图像的综合
12.对于可逆反应N2g+3H2g2NH3g ΔH0,下列研究目的和图示相符的是 选项AB研究目的压强对反应的影响温度对反应的影响图示选项CD研究目的平衡体系增加N2对反应的影响催化剂对反应的影响图示答案 C解析 A项,“先拐先平,数值大”可知p1p2,增大压强平衡正向移动,NH3的体积分数增加,错误;B项,ΔH0,说明正向反应是放热反应,升温平衡逆向移动,N2的转化率降低,错误;C项,平衡体系中增加N2,则反应物浓度增加,正反应速率增加,逆反应速率瞬间不变,然后前者减小,后者增大,正确;D项,使用催化剂反应速率加快,达到平衡所需时间减小,错误考点 化学反应速率和化学平衡图像题点 化学平衡图像的综合
13.在恒容密闭容器中通入X并发生反应2XgYg,温度T
1、T2下,X的物质的量浓度cX随时间t变化的曲线如图所示1该反应进行到M点放出的热量________填“”或“”进行到W点放出的热量2T2下,在0~t1时间内,vY=________mol·L-1·min-13M点的正反应速率________填“”或“”N点的逆反应速率4M点时再加入一定量X,平衡后X的转化率________填“增大”“减小”或“不变”答案 1 2 3 4增大解析 1根据图像可知W点消耗的X的物质的量比M点消耗的X的物质的量大,因此反应进行到W点放热多些20~t1时间内X的浓度减小了a-bmol·L-1,则Y浓度增加
0.5a-bmol·L-1,因此vY=mol·L-1·min-13根据先拐先平知T1T2,M点的反应速率大于W点的反应速率,N点没有达到平衡,此时反应正向进行程度大,即N点的正反应速率大于逆反应速率,W点的正反应速率大于N点的逆反应速率,因此M点的正反应速率大于N点的逆反应速率4M点时,再加入一定量的X,则相当于增大压强,平衡正向移动,X的转化率增大考点 化学反应速率和化学平衡图像题点 “先拐先平”分析化学平衡图像
14.某温度时,在一个容积为2L的密闭容器中,X、Y、Z三种物质的物质的量随时间的变化曲线如图所示根据图中数据,试填写下列空白1该反应的化学方程式为________________________________________________________2反应开始至2min,气体Z的平均反应速率为_____________________________3若X、Y、Z均为气体,反应达到平衡时
①压强是开始时的________倍;
②若此时将容器的体积缩小为原来的倍,达到平衡时,容器内温度将升高容器不与外界进行热交换,则该反应的正反应为________填“放热”或“吸热”反应4若上述反应在2min后的t1~t6内反应速率与反应时间的关系图像如下,在每一时刻均改变一个影响反应速率的因素,则________填字母A.在t1时增大了压强B.在t3时加入了催化剂C.在t4时降低了温度D.t2~t3时X的转化率最高答案 13X+Y2Z
20.05mol·L-1·min-13
①
0.9
②放热 4B解析 1由图像知平衡时,ΔnX∶ΔnY∶ΔnZ=
0.3mol∶
0.1mol∶
0.2mol=3∶1∶2,又由于该反应不能进行彻底,所以化学方程式为3X+Y2Z2vZ==
0.05mol·L-1·min-13
①X、Y、Z均为气体时,反应前n总=
2.0mol,平衡时n总=
0.7mol+
0.9mol+
0.2mol=
1.8mol,所以p平∶p始=n平∶n始=
1.8mol∶
2.0mol=
0.9
②将容器体积缩小,相当于增压,达平衡时,温度升高,根据勒·夏特列原理,该反应的正反应为放热反应4在t1时如果增大压强,则正、逆反应速率都增大,A错误;在t3时应该是加入了催化剂,正、逆反应速率都增大,并且增大的倍数相同,平衡不移动,B正确;在t4时如果是降低了温度,则平衡正向移动,正反应速率大于逆反应速率,C错误;由图可以看出,从t1~t2,平衡向逆反应方向移动,X的转化率降低,从t2~t4,平衡不移动,X的转化率不变,从t4~t5,平衡继续向逆反应方向移动,X的转化率又降低,因此,t0~t1时X的转化率最高,D错误考点 化学反应速率和化学平衡图像题点 化学平衡图像的综合。