第46講 化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡的常規(guī)圖像

1.系統(tǒng)掌握速率、平衡圖像的分析方法。
2．加深對勒夏特列原理的理解。
類型一 瞬時(shí)速率—時(shí)間圖像
1.“漸變”類速率—時(shí)間圖像
2.“斷點(diǎn)”類速率—時(shí)間圖像
3.特殊“斷點(diǎn)”速率—時(shí)間圖像
t1時(shí)刻改變的條件是____________或可能________(僅適用于反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量不變的反應(yīng))。
4．反應(yīng)進(jìn)程類速率—時(shí)間圖像
Zn與足量鹽酸的反應(yīng)，化學(xué)反應(yīng)速率隨時(shí)間的變化出現(xiàn)如圖所示情況。
(1)AB段(v增大)反應(yīng)放熱，溶液溫度逐漸升高，v增大；
(2)BC段(v減小)溶液中c(H＋)逐漸減小，v減小。
【教考銜接】
例 [2021·湖南卷，11改編]已知：A(g)＋2B(g)?3C(g) ΔH＜0，向一恒溫恒容的密閉容器中充入1 ml A和3 ml B發(fā)生反應(yīng)，t1時(shí)達(dá)到平衡狀態(tài)I，在t2時(shí)改變某一條件，t3時(shí)重新達(dá)到平衡狀態(tài)Ⅱ，正反應(yīng)速率隨時(shí)間的變化如圖所示。下列說法正確的是________。
a．容器內(nèi)壓強(qiáng)不變，表明反應(yīng)達(dá)到平衡
b．t2時(shí)改變的條件：向容器中加入C
c．平衡時(shí)A的體積分?jǐn)?shù)φ：φ(Ⅱ)＞φ(Ⅰ)
d．平衡常數(shù)K：K(Ⅱ)＜K(Ⅰ)
聽課筆記

【對點(diǎn)演練】
1．可逆反應(yīng)2SO2(g)＋O2(g)?2SO3(g)在一定條件下達(dá)到平衡狀態(tài)。在t1時(shí)刻改變某一條件，化學(xué)反應(yīng)速率與反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系如圖所示。下列說法正確的是( )
A．維持溫度、反應(yīng)體系容積不變，t1時(shí)充入SO3(g)
B．維持溫度、壓強(qiáng)不變，t1時(shí)充入SO3(g)
C．維持反應(yīng)體系容積不變，t1時(shí)升高反應(yīng)體系溫度
D．維持溫度、反應(yīng)體系容積不變，t1時(shí)充入一定量Ar
2．在一密閉容器中發(fā)生反應(yīng)N2(g)＋3H2(g)?2NH3(g) ΔHKC
B．A、C兩點(diǎn)氣體的顏色：A深，C淺
C．由狀態(tài)B到狀態(tài)A，可以用加熱的方法
D．A、C兩點(diǎn)氣體的平均相對分子質(zhì)量：A>C
3．向體積均為1 L的兩恒容容器中分別充入2 ml X和1 ml Y發(fā)生反應(yīng)：2X(g)＋Y(g)?Z(g) ΔH，其中甲為絕熱過程，乙為恒溫過程，兩反應(yīng)體系的壓強(qiáng)隨時(shí)間的變化曲線如圖所示。下列說法正確的是( )
A．ΔH>0
B．氣體的總物質(zhì)的量：na0可知，該反應(yīng)正向吸熱，保持其他條件不變，隨著溫度的升高，該反應(yīng)平衡正向移動(dòng)，且反應(yīng)速率增大，達(dá)到平衡的時(shí)間縮短，即可畫出曲線。
答案：
類型三
夯實(shí)·必備知識
＞ ＞ ＞ ＞
突破·關(guān)鍵能力
教考銜接
典例 解析：①合成氨的反應(yīng)中，壓強(qiáng)越大越有利于氨的合成，因此，壓強(qiáng)越大平衡時(shí)氨的摩爾分?jǐn)?shù)越大。由圖中信息可知，在相同溫度下，反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)氨的摩爾分?jǐn)?shù)p1＜p2＜p3，因此，圖中壓強(qiáng)由小到大的順序?yàn)閜1＜p2＜p3，判斷的依據(jù)是：合成氨的反應(yīng)為氣體分子數(shù)減少的反應(yīng)，壓強(qiáng)越大平衡時(shí)氨的摩爾分?jǐn)?shù)越大。②對比圖3和圖4中的信息可知，在相同溫度和相同壓強(qiáng)下，圖4中平衡時(shí)氨的摩爾分?jǐn)?shù)較小。在恒壓下充入惰性氣體Ar，反應(yīng)混合物中各組分的濃度減小，各組分的分壓也減小，化學(xué)平衡要朝氣體分子數(shù)增大的方向移動(dòng)，因此，充入惰性氣體Ar不利于合成氨，進(jìn)料組成中含有惰性氣體Ar的圖是圖4。
答案：①p1＜p2＜p3 合成氨的反應(yīng)為氣體分子數(shù)減少的反應(yīng)，壓強(qiáng)越大平衡時(shí)氨的摩爾分?jǐn)?shù)越大 ②圖4
對點(diǎn)演練
1．解析：由圖像可知，隨溫度升高Z的體積分?jǐn)?shù)增大，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，逆反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故A、D錯(cuò)誤；相同溫度下，壓強(qiáng)越大，Z的體積分?jǐn)?shù)越小，說明增大壓強(qiáng)平衡左移，則Z為氣態(tài)，X、Y中最多只有一種氣態(tài)物質(zhì)，故B錯(cuò)誤、C正確。
答案：C
2．解析：A、C兩點(diǎn)對應(yīng)的溫度相同，平衡常數(shù)只受溫度的影響，KA＝KC，A錯(cuò)誤；A點(diǎn)到C點(diǎn)，壓強(qiáng)增大，NO2(g)的濃度增大，雖然平衡逆向移動(dòng)，最終二氧化氮的濃度比原濃度大，即C點(diǎn)氣體顏色比A點(diǎn)深，B錯(cuò)誤； A點(diǎn)到B點(diǎn)，NO2的體積分?jǐn)?shù)減小，說明相同壓強(qiáng)下，T2到T1，平衡逆向移動(dòng)，T2>T1，即由狀態(tài)B到狀態(tài)A，可以用加熱的方法，C正確；A點(diǎn)到C點(diǎn)，壓強(qiáng)增大，平衡逆向移動(dòng)，該反應(yīng)的逆反應(yīng)為氣體相對分子質(zhì)量增大的反應(yīng)，即A點(diǎn)氣體的平均相對分子質(zhì)量小于C點(diǎn)氣體的平均相對分子質(zhì)量，D錯(cuò)誤。
答案：C
3．解析：甲容器在絕熱條件下，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，壓強(qiáng)先增大后減小，剛開始壓強(qiáng)增大的原因是因?yàn)槿萜鳒囟壬撸瑒t說明反應(yīng)放熱，即ΔH＜0，故A錯(cuò)誤；圖中a點(diǎn)和c點(diǎn)的壓強(qiáng)相等，na＜nc，故B正確；a點(diǎn)為平衡點(diǎn)，設(shè)Y轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量濃度為x ml·L－1，則列出三段式如下：
2X(g)＋Y(g)?Z(g)
c0 2 1 0
Δc 2x x x
c平 2－2x 1－x x
則有[(2－2x)＋(1－x)＋x]ml0.75，那么化學(xué)平衡常數(shù)K＝cZc2X·cY>×0.25＝12，故C錯(cuò)誤；根據(jù)上述分析及圖像可知，a點(diǎn)溫度高于b點(diǎn)，且a點(diǎn)壓強(qiáng)大于b點(diǎn)，則va正＞vb正，故D錯(cuò)誤。
答案：B
答題規(guī)范⑥
模型認(rèn)知
典例1 解析： eq \(C,\s\up6(·)) 40H19(g)?C40H18(g)＋H·(g)及 eq \(C,\s\up6(·)) 40H11(g)?C40H10(g)＋H·(g)反應(yīng)的ln K(K為平衡常數(shù))隨溫度倒數(shù)的關(guān)系。圖中兩條線幾乎平行，說明斜率幾乎相等，根據(jù)ln K＝－ΔHRT＋c(R為理想氣體常數(shù)，c為截距)可知，斜率相等，則說明焓變相等，原因是在兩反應(yīng)過程中，斷裂和形成的化學(xué)鍵相同。
答案：在兩反應(yīng)過程中，斷裂和形成的化學(xué)鍵相同
典例2 解析：600 ℃以下，甲烷轉(zhuǎn)化率隨溫度升高增大程度大于二氧化碳轉(zhuǎn)化率，該階段R減小，600 ℃以上，二氧化碳轉(zhuǎn)化率隨溫度升高增大程度大于甲烷轉(zhuǎn)化率，該階段R增大，根據(jù)圖1可知1 000 ℃時(shí)，CH4轉(zhuǎn)化率為100%，即Δn(CH4)＝1 ml，CO2轉(zhuǎn)化率為60%，即Δn(CO2)＝3 ml×60%＝1.8 ml，故R＝Δn(CO2)/Δn(CH4)＝1.8 ml1 ml＝1.8，故400～1 000 ℃間R的變化趨勢如圖：
答案：
規(guī)范精練
1．解析：(1)溫度越高，反應(yīng)速率越快，d點(diǎn)溫度高，則c點(diǎn)的逆反應(yīng)速率和d點(diǎn)的正反應(yīng)速率的大小關(guān)系為v逆(c)＜v正(d)。(2)根據(jù)圖像，溫度為T3時(shí)反應(yīng)達(dá)平衡，此后溫度升高，c(CO2)增大，平衡逆向移動(dòng)，說明正反應(yīng)是放熱反應(yīng)。升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小，故Kb＞Kc＞Kd。
答案：(1)＜ (2)Kb＞Kc＞Kd (3)T3～T4溫度區(qū)間，化學(xué)反應(yīng)已達(dá)到平衡，由于正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，不利于CO2的捕獲
2．解析：①圖中有分子篩膜時(shí)，P點(diǎn)甲醇產(chǎn)率最大，達(dá)到平衡狀態(tài)，P點(diǎn)后甲醇的產(chǎn)率降低，其原因是合成甲醇的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，甲醇產(chǎn)率降低。②P點(diǎn)有分子篩膜，T點(diǎn)無分子篩膜，而分子篩膜能選擇性分離出H2O，使平衡正向移動(dòng)，提高甲醇的產(chǎn)率。③由圖可知，當(dāng)有分子篩膜，溫度為210 ℃時(shí)，甲醇產(chǎn)率最大，故該分子篩膜的最佳反應(yīng)溫度為210 ℃。
答案：①該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)(或平衡常數(shù)減小) ②分子篩膜從反應(yīng)體系中不斷分離出H2O，有利于反應(yīng)正向進(jìn)行，甲醇產(chǎn)率升高 ③210
3．答案：p4>p3>p2>p1 該反應(yīng)正向是氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，相同溫度下，壓強(qiáng)升高乙烯轉(zhuǎn)化率升高
4．答案：(1)870 K(860～880 K范圍內(nèi)都可以)
(2)該反應(yīng)放熱，升高溫度，反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行
(3)加入的CO會(huì)與NO的分解產(chǎn)物O2發(fā)生反應(yīng)，促進(jìn)NO分解平衡向生成N2的方向移動(dòng)，導(dǎo)致NO的轉(zhuǎn)化率增大
5．答案：Mn 200 ℃ b～a段，開始溫度較低，催化劑活性較低，脫氮反應(yīng)速率較慢，反應(yīng)還沒達(dá)到化學(xué)平衡，隨著溫度升高反應(yīng)速率變大，一定時(shí)間參與反應(yīng)的氮氧化物變多，導(dǎo)致脫氮率逐漸增大
圖像
分析
結(jié)論
t1時(shí)v′正突然增大，v′逆逐漸增大；v′正＞v′逆，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)
t1時(shí)其他條件不變，______________________________________
t1時(shí)v′正突然減小，v′逆逐漸減小；v′逆＞v′正，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)
t1時(shí)其他條件不變，減小反應(yīng)物的濃度
t1時(shí)v′逆突然增大，v′正逐漸增大；v′逆＞v′正，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)
t1時(shí)其他條件不變，__________________________________________
t1時(shí)v′逆突然減小，v′正逐漸減??；v′正＞v′逆，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)
t1時(shí)其他條件不變，減小生成物的濃度
圖像
t1時(shí)
刻所
改變
的條
件
溫度
____
降低
升高
降低
正反應(yīng)為____反應(yīng)
正反應(yīng)為吸熱的反應(yīng)
壓強(qiáng)
____
減小
增大
減小
正反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量____的反應(yīng)
正反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)
圖像
結(jié)論
a＋b____c＋d，ΔH____0
a＋b____c＋d，ΔH____0

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