微專題六涉及化學(xué)反應(yīng)速率和平衡圖像的綜合應(yīng)用

[專題精講]

一、化學(xué)反應(yīng)速率的圖像

1.速率-時間圖像 此類圖像定性地揭示了v正、v逆隨時間(含條件改變對速率的影響)而變化的規(guī)律，體現(xiàn)了平衡的“動、等、定、變”的基本特征，以及平衡移動的方向。如N2＋3H22NH3

ΔH<0，建立平衡后，加熱對速率的影響如圖所示。要因為隨反應(yīng)的進行，溶液中c(H+)逐漸減小，導(dǎo)致反應(yīng)速率逐漸2.全程速率-時間圖像如Zn與足量鹽酸的反應(yīng)，反應(yīng)速率隨時間的變化出現(xiàn)如圖所示情況。

AB段(v逐漸增大)，因為是放熱反應(yīng)，隨反應(yīng)的進行，溫度逐漸升高，導(dǎo)致反應(yīng)速率的逐漸增大；BC段(v逐漸減小)，則主減小。3.物質(zhì)的量(或濃度)-時間圖像例如，某溫度時，在定容(VL)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。(1)由圖像得出的信息：①X、Y是反應(yīng)物，Z是產(chǎn)物；②t3

時反應(yīng)達平衡，X、Y沒有全部反應(yīng)。4.速率-溫度(壓強)圖像

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。圖中交點是平衡狀態(tài)，溫度升高后逆反應(yīng)速率增大得快，平衡逆向移動；壓強增大后正反應(yīng)速率增大得快，平衡正向移動。二、化學(xué)平衡的圖像1.含量(或轉(zhuǎn)化率)-時間-溫度(或壓強)圖像

常見圖像形式有如下幾種。其中C%指生成物的百分含量，B%指反應(yīng)物的百分含量。其他條件不變，改變?nèi)我粭l件，如使用催化劑、升高溫度或增大壓強時，都能加快反應(yīng)速率，縮短達到平衡所需的時間。(a用催化劑，b不用)(T2>T1，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng))(T2>T1，正反應(yīng)為放熱反應(yīng))(p1>p2，正反應(yīng)為體積減小的反應(yīng))(p1>p2，正反應(yīng)為體積增大的反應(yīng))

解答這類圖像題時采用“先拐先平，數(shù)值大”原則，即該類圖像的折點表示反應(yīng)達到平衡的時間，越先出現(xiàn)拐點，達到平衡所用的時間越短，說明反應(yīng)速率越快，進一步可以確定T的高低或壓強的大小；根據(jù)平衡線的高低可判斷出平衡移動的方向，確定出可逆反應(yīng)的特點(ΔH和ΔVg)。

2.轉(zhuǎn)化率(或濃度)-溫度-壓強圖像[簡稱恒壓(溫)線]

已知不同溫度下的轉(zhuǎn)化率-壓強圖像或不同壓強下的轉(zhuǎn)化率-溫度圖像，推斷反應(yīng)的熱效應(yīng)或反應(yīng)前后氣體物質(zhì)間化學(xué)計量數(shù)的關(guān)系。[以反應(yīng)A(g)＋B(g)甲C(g)中反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率αA

為例說明]

乙解答這類圖像題時應(yīng)注意以下兩點。

(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(xué)計量數(shù)的大小關(guān)系。如圖甲中任取一條溫度曲線研究，壓強增大，αA

增大，平衡正向移動，正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，圖乙中任取橫坐標(biāo)一點作橫坐標(biāo)垂直線，也能得出結(jié)論。

(2)通過分析相同壓強下不同溫度時反應(yīng)物A的轉(zhuǎn)化率的大小來判斷平衡移動的方向，從而確定反應(yīng)的熱效應(yīng)。如利用上述分析方法，在圖甲中作垂直線，圖乙中任取一曲線，即能分析出正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。3.兩種特殊圖像(1)對于化學(xué)反應(yīng)mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，M點前，表示化學(xué)反應(yīng)從反應(yīng)物開始，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)，平衡左移，ΔH<0。(2)對于化學(xué)反應(yīng)mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，L線上所有的點都是平衡點。左上方(E點)，A%大于此壓強時平衡體系中的A%，E點必須朝正反應(yīng)方向移動才能達到平衡狀態(tài)，所以，E點v(正)>v(逆)；右下方(F點)，則v(正)<v(逆)。

[典例精析]

角度1速率變化圖像

【典例1】下列各圖是溫度(或壓強)對反應(yīng)：2A(s)＋2B(g)2C(g)＋D(g)(正反應(yīng)為吸熱反應(yīng))的正、逆反應(yīng)速率的影響，曲線交點表示建立平衡時的溫度或壓強，其中正確的是()ABCD

解析：無論是升高溫度還是增大壓強，v(正)、v(逆)均應(yīng)增大，B項中v(逆)減小，D項中v(正)和v(逆)均減小，故B、D均錯誤；該反應(yīng)的正反應(yīng)是一個氣體分子數(shù)增大的吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動，則v(正)>v(逆)，A錯誤；增大壓強，平衡向逆反應(yīng)方向移動，則v(逆)>v(正)，C正確。答案：C【典例2】對于達到平衡的可逆反應(yīng)：X＋YW＋Z，其他條件不變時，增大壓強，正、逆反應(yīng)速率變化的情況如圖所示。)下列對X、Y、W、Z四種物質(zhì)狀態(tài)的描述正確的是( A.W、Z均為氣體，X、Y中只有一種為氣體

B.X、Y均為氣體，W、Z中只有一種為氣體

C.X、Y或W、Z中均只有一種為氣體

D.X、Y均為氣體，W、Z均為液體或固體

解析：由圖像可知，增大壓強，正、逆反應(yīng)速率都加快，但正反應(yīng)速率增大的程度大于逆反應(yīng)速率增大的程度，可見化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動，即正反應(yīng)是一個氣體體積縮小的反應(yīng)。W、Z均為氣體，X、Y中只有一種為氣體，不符合圖像，A錯誤；X、Y均為氣體，W、Z中只有一種是氣體，符合圖像，B正確；X、Y或W、Z中均只有一種為氣體，則加壓平衡不移動，不符合圖像，C錯誤；若生成物均為液體或固體，則加壓時逆反應(yīng)速率不發(fā)生變化，不符合圖像，D錯誤。答案：B角度2物質(zhì)的量(或濃度)、百分含量(或轉(zhuǎn)化率)變化圖像pC(g)＋qD(g)，如

【典例3】有一化學(xué)平衡mA(g)＋nB(g)圖所示的是A的轉(zhuǎn)化率與壓強、溫度的關(guān)系。下列敘述正確的是()A.正反應(yīng)是放熱反應(yīng)；m＋n>p＋qB.正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)；m＋n<p＋qC.正反應(yīng)是放熱反應(yīng)；m＋n<p＋qD.正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)；m＋n>p＋q

解析：圖像中有三個量，應(yīng)定一個量來分別討論另外兩個量之間的關(guān)系。定壓強，討論T與A的轉(zhuǎn)化率的關(guān)系：同一壓強下，溫度越高，A的轉(zhuǎn)化率越高，說明正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)；定溫度，討論壓強與A的轉(zhuǎn)化率的關(guān)系：同一溫度下，壓強越大，A的轉(zhuǎn)化率越高，說明正反應(yīng)是體積縮小的反應(yīng)，即m＋n>p＋q。答案：D容器起始時T/℃n(HCl)/molZⅠ3000.25aⅡ3000.25bⅢ3000.254

【典例4】有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個體積均為0.5L的恒容密閉容器，在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中按不同投料比(Z)充入HCl

和O2(如下表所示)，加入催化劑發(fā)生反應(yīng)：4HCl(g)＋O2(g)2Cl2(g)＋2H2O(g)ΔH。HCl

的平衡轉(zhuǎn)化率與Z和T的關(guān)系如圖所示。下列說法不正確的是()A.ΔH<0B.a<4<bC.若容器Ⅲ反應(yīng)某時刻處于R點，則R點的反應(yīng)速率v正>v逆D.300℃時，該反應(yīng)平衡常數(shù)的值為320

解析：由圖可知，HCl

的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而減小，說明升溫平衡逆向移動，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則ΔH<0，A正確；增大氧氣的物質(zhì)的量，可促進HCl

的轉(zhuǎn)化，即投料比越小，HCl

轉(zhuǎn)化率越大，故a<4<b，B正確；R點溫度與Q點相同，但轉(zhuǎn)化率小于平衡時轉(zhuǎn)化率，可知反應(yīng)正向進行，則R點v正>v逆，C正確；300℃時，Z＝4，n(HCl)＝0.25mol，n(O2)＝0.0625mol，即c(HCl)則：=0.5mol·L－1，c(O2)＝0.125mol·L－1，HCl的平衡轉(zhuǎn)化率為80%，起始(mol·L)0.5轉(zhuǎn)化(mol·L)0.4平衡(mol·L)0.10.1×0.0254HCl(g)＋O2(g)2Cl2(g)＋2H2O(g)－1－1－10.125 0.10.025

00.20.2

00.20.2K＝0.22×0.22 4＝640，D錯誤。答案：D角度3其他圖像【典例5】向絕熱恒容密閉容器中通入SO2

和NO2，一定條件下使反應(yīng)SO2(g)＋NO2(g)SO3(g)＋NO(g)達到平衡，正反應(yīng)速)率隨時間變化的示意圖如圖所示。由圖可得出的正確結(jié)論是( A.反應(yīng)在c點達到平衡狀態(tài)

B.反應(yīng)物濃度：a點小于b點

C.反應(yīng)物的總能量低于生成物的總能量

D.Δt1＝Δt2

時，SO2的轉(zhuǎn)化率：a～b段小于b～c段

解析：c點v(正)最大，但不一定達到平衡，A錯誤；a點反應(yīng)物的濃度大于b點反應(yīng)物的濃度，B錯誤；反應(yīng)初始階段，隨著反應(yīng)的不斷進行，反應(yīng)速率逐漸加快，說明該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量，C錯誤；由于b～c段v(正)大于a～b段，故b～c段SO2

的轉(zhuǎn)化率大于a～b段，D正確。答案：D【典例6】一定量的

CO2

與足量的碳在體積可變的恒壓密閉2CO(g)。平衡時，體系中氣體體積容器中反應(yīng)：C(s)＋CO2(g)分數(shù)與溫度的關(guān)系如圖所示。已知：氣體分壓(p分)＝氣體總壓(p總)×體積分數(shù)。下列說法正確的是()

A.550℃時，若充入惰性氣體，v正、v逆均減小，平衡不移動

B.650℃時，反應(yīng)達平衡后CO2

的轉(zhuǎn)化率為25.0% C.T℃時，若充入等體積的CO2

和CO，平衡向逆反應(yīng)方向移動

D.925℃時，用平衡分壓代替平衡濃度表示的化學(xué)平衡常數(shù)Kp＝24.0p總

解析：550℃時，若充入惰性氣體，v正、v逆均減小，由于保持了壓強不變，相當(dāng)于擴大了體積，平衡正向移動，A錯誤；在650℃時，CO的體積分數(shù)為40%，根據(jù)反應(yīng)方程式：C(s)＋CO2(g) 2CO(g)，設(shè)開始加入1molCO2，反應(yīng)了xmolCO2，則有：C(s)＋CO2(g)2CO(g)始態(tài)/mol變化/mol平衡/mol

1

x1－x02x2x

答案：B角度4陌生圖像讀圖專練【典例7】TK下，在容積為

1.00L的某密閉容器中進行反應(yīng)CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)ΔH<0，相關(guān)數(shù)據(jù)如圖1所示。

(1)該反應(yīng)0～10min的平均速率v(H2)＝__________；M點和N點的逆反應(yīng)速率較大的是____________[填“v逆(M)”“v逆(N)”或“不能確定”]。

(2)10min時容器內(nèi)CO的體積分數(shù)為___________。圖1圖2

(3)實驗測得不同溫度下的ln

K(化學(xué)平衡常數(shù)K的自然對數(shù))如圖2所示，請分析ln

K隨T呈現(xiàn)上述變化趨勢的原因：_____________________________________________________________?！镜淅?】研究碳、氮、硫等大氣污染物和水污染物的處理對建設(shè)美麗中國具有重要意義。(1)用活化后的V2O5

作催化劑，氨氣將NO還原成N2

的一種反應(yīng)歷程如圖所示。①寫出總反應(yīng)的化學(xué)方程式：______________________________________________。

②測得該反應(yīng)的平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系為lg

K＝5.08＋217.5/T，該反應(yīng)是________(填“吸熱”或“放熱”)反應(yīng)。 ③該反應(yīng)的氮氣濃度隨溫度變化如圖所示，則將NO轉(zhuǎn)化為N2的最佳溫度為________；當(dāng)溫度在700K時，發(fā)生副反應(yīng)的化學(xué)方程式為___________________________________________。

(2)利用氨水吸收工業(yè)廢氣中的SO2，既可解決環(huán)境問題，又可制備(NH4)2SO3

?？捎?NH4)2SO3

為原料，利用空氣氧化法制備(NH4)2SO4，其氧化速率與溫度關(guān)系如下圖所示。

試解釋在溫度較高時，(NH4)2SO3氧化速率下降的原因：___________________________________________________________。解析：(1)①用V2O5

作催化劑，NH3、O2

和NO反應(yīng)生成N2和H2O，反應(yīng)方程式為4NH3＋4NO＋O24N2＋6H2O；②lg

K＝5.08＋217