1、PAGE PAGE 15 化學反應速率與平衡圖像化學平衡圖像的一般思路eq x(看圖像)eq blcrc (avs4alco1(一看面縱、橫坐標的意義,二看線線的走向和變化趨勢,三看點起點、拐點、終點,四看輔助線如等溫線、等壓線、平衡線,五看量的變化如濃度變化、溫度變化)eq x(想規律)eq blcrc (avs4alco1(聯想平衡移動原理，分析條件對反應速,率、化學平衡移動的影響)eq x(作判斷)eq blcrc (avs4alco1(利用原理，結合圖像，分析圖像中代表反,應速率變化或化學平衡的線，作出判斷)【典例】(2021廣東選擇性考試，T19節選)我國力爭于2030年前做到碳達峰

2、，2060年前實現碳中和。CH4與CO2重整是CO2利用的研究熱點之一。該重整反應體系主要涉及以下反應：a)CH4(g)CO2(g)2CO(g)2H2(g)H1b)CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)H2c)CH4(g)C(s)2H2(g)H3d)2CO(g)CO2(g)C(s)H4e)CO(g)H2(g)H2O(g)C(s)H5(1)一定條件下，CH4分解形成碳的反應歷程如圖1所示。該歷程分_步進行，其中，第_步的正反應活化能最大。圖1(2)設Keq oal(r,p)為相對壓力平衡常數，其表達式寫法：在濃度平衡常數表達式中，用相對分壓代替濃度。氣體的相對分壓等于其分壓(單位為kPa)

3、除以p0(p0100 kPa)。反應a、c、e的ln Keq oal(r,p)隨eq f(1,T)(溫度的倒數)的變化如圖2所示。圖2反應a、c、e中，屬于吸熱反應的有_(填字母)。反應c的相對壓力平衡常數表達式為Keq oal(r,p)_。在圖中A點對應溫度下、原料組成為n(CO2)n(CH4)11、初始總壓為100 kPa的恒容密閉容器中進行反應，體系達到平衡時H2的分壓為40 kPa。計算CH4的平衡轉化率，寫出計算過程：_。思路點撥(1)圖1得出4個峰4步反應；每個峰的起點和峰的最高點的能量差為該步的活化能。(2)eq blc rc(avs4alco1(ln Koal(r,p)越大，K

4、oal(r,p)越大,f(1,T)越大，T越小)隨溫度的升高Keq oal(r,p)的變化趨勢a、c反應為吸熱反應，e反應為放熱反應A點c反應的ln Keq oal(r,p)0Keq oal(r,p)1eq f(p2H2,pCH4p0)p(CH4)eq f(p2H2,p0)eq f(402,100) kPa16 kPa；又p初始(CH4)eq f(1,11)100 kPa50 kPa(CH4)eq f(5016,50)100%68%。答案(1)44(2)aceq f(p2H2,pCH4p0)A點對應溫度下，c反應的ln Keq oal(r,p)0，Keq oal(r,p)1eq f(p2H2,

5、pCH4p0)，故p(CH4)eq f(p2H2,p0)eq f(402,100) kPa16 kPa，又p初始(CH4)eq f(1,11)100 kPa50 kPa，所以，(CH4)eq f(5016kPa,50 kPa)100%68% 反應速率圖像1速率時間圖像(vt圖)(1)濃度改變(無斷點) 平衡正向移動平衡逆向移動(2)壓強改變(有斷點，g0)eq avs4al(平衡向氣體體積,減小方向移動)eq avs4al(平衡向氣體體積,增大方向移動)(3)溫度改變(有斷點)升高溫度降低溫度平衡向吸熱方向移動平衡向放熱方向移動(4)加催化劑或等體積反應的改變壓強(5)全程速率時間圖(H0)原

6、因解釋：AB段(v增大)，因為反應放熱，隨反應的進行，溫度逐漸升高，反應速率逐漸增大；BC段(v減小)，因為隨反應的進行，反應物濃度減小。2速率溫度或壓強圖像曲線的意義是外界條件(如溫度、壓強等)對正、逆反應速率影響的變化趨勢及變化幅度。圖中交點是平衡狀態，壓強或溫度增大，正反應速率增大得快，平衡正向移動。1在一容積為2 L的密閉容器內加入2 mol的CO和6 mol的H2，在一定條件下發生如下反應：CO(g)2H2(g)CH3OH(g)HT1。若為壓強變化引起，壓強較大時，反應達平衡所需時間短。如乙中p1p2。若為使用催化劑引起，使用適宜催化劑時，反應達平衡所需時間短。如圖丙中a使用催化劑。

7、(2)正確掌握圖像中反應規律的判斷方法圖甲中，T2T1，升高溫度，A降低，平衡逆向移動，正反應為放熱反應。圖乙中，p1p2，增大壓強，A升高，平衡正向移動，則正反應為氣體體積減小的反應。若縱坐標表示A的百分含量，則甲中正反應為吸熱反應，乙中正反應為氣體體積增大的反應。2恒溫線或恒壓線圖像以反應A(g)B(g)C(g)Hv逆；則右下方(F點)v正v逆。3密閉容器中進行的可逆反應：aA(g)bB(g)cC(g)在不同溫度(T1和T2)及壓強(p1和p2)下，混合氣體中B的質量分數(B)與反應時間(t)的關系如圖所示。下列判斷正確的是()AT1T2，p1c，正反應為吸熱反應BT1T2，p1p2，ab

8、c，正反應為吸熱反應CT1p2，abT2，p1p2，abc，正反應為放熱反應B由(T1，p1)和(T1，p2)兩條曲線可以看出：溫度相同(T1)，但壓強為p2時先出現“拐點”，達到平衡所需的時間短，即反應速率大，所以p2p1；壓強較大(即壓強為p2)時對應的(B)較大，說明增大壓強平衡逆向移動，則abT2；溫度較高(即溫度為T1)時對應的(B)較小，說明升高溫度平衡正向移動，故正反應為吸熱反應。4納米二氧化鈦催化劑可用于工業上合成甲醇：CO(g)2H2(g)CH3OH(g)Ha kJmol1。(1)按eq f(nH2,nCO)2投料比將H2與CO充入V L恒容密閉容器中，在一定條件下發生反應，

9、測定CO的平衡轉化率與溫度、壓強的關系如圖所示。則a_(填“”或“”“”或“”)。解析(2)CO(g)2H2(g)CH3OH(g)eq avs4al(c始/molL1) 2.0 2.0 0eq avs4al(c/molL1) 2.040% 22.040% 2.040%eq avs4al(c平/molL1) 1.2 0.4 0.8Keq f(0.8,1.20.42)(molL1)24.17(molL1)2，M、N的溫度相同，故N的平衡常數為4.17(molL1)2。答案(1)p3p2 反應過程中組分含量或濃度與溫度的關系圖像對于化學反應mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)，在相同時間段內，M

10、點前，表示化學反應從反應物開始，則v正v逆，未達平衡；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)，平衡逆向移動，H0。5(2021泰安模擬)利用SCR技術處理汽車尾氣中的NO污染，其反應為4NO(g)4NH3(g)O2(g)4N2(g)6H2O(g)H0.C2H6(g)2CO2(g)4CO(g)3H2(g)H20(1)反應不利于反應中乙烯生成的原因是_；一定溫度和壓強下，為了提高反應速率和乙烯的選擇性，應當_。(2)容器體積為1.0 L，控制C2H6和CO2初始投料量為2 mol和3 mol，乙烷的平衡轉化率、乙烯的選擇性與溫度、壓強的關系如圖所示(乙烯的

11、選擇性eq f(轉化成為乙烯所消耗乙烷的量,乙烷的總轉化量)。則X代表_(填“溫度”或“壓強”)；L1和L2哪個大？并說出理由：_；M點反應的平衡常數為_ molL1(結果保留2位有效數字)。解析(1)反應有CO生成，CO濃度增大使反應平衡逆向移動，乙烯的產率減小；溫度和壓強確定的條件下，為了提高反應速率和乙烯的選擇性，應當選擇合適的催化劑。(2)反應、的正反應均為吸熱反應，同時為氣體分子數增加的反應，故升高溫度，、反應平衡均正向移動，乙烷的轉化率增大；增大壓強，、反應平衡均逆向移動，乙烷的轉化率減小，故X代表溫度，L1、L2代表不同壓強，L2L1。M點反應已達到平衡狀態，由圖乙可知，此時C2

12、H6的轉化率為50%，乙烯的選擇性為80%，此時容器容積為1.0 L，C2H6初始加入量為2.0 mol，CO2的初始加入量為3.0 mol，列三段式：反應：C2H6(g)CO2(g)C2H4(g)H2O(g)CO(g)eq avs4al(起始濃度/,molL1) 2.0 3.0 0 0 0eq avs4al(轉化濃度/,molL1) 10.8 10.8 10.8 10.8 10.8反應：C2H6(g)2CO2(g)4CO(g)3H2(g)eq avs4al(起始濃度/,molL1) 2.0 3.0 0 0eq avs4al(轉化濃度/,molL1) 10.2 20.2 40.2 30.2綜合

13、反應、可知，CO2消耗的總物質的量濃度為1.2 molL1，平衡時的c平(C2H6)2.0(0.80.2)molL11 molL1，c平(CO2)3.0(0.80.4)molL11.8 molL1，c平(H2O)0.8 molL1，c平(CO)1.6 molL1，c平(C2H4)0.8 molL1，故K()eq f(c平H2Oc平COc平C2H4,c平C2H6c平CO2)eq f(0.81.60.8,11.8) molL1 0.57 molL1。答案(1)反應有CO生成，CO濃度增大使反應平衡逆向移動，乙烯的產率減小選擇合適的催化劑(2)溫度L1、L2代表不同壓強，、的正反應均為氣體分子數增加

14、的反應，增大壓強，、反應平衡均逆向移動，乙烷的轉化率減小，故L2L1(其他合理答案也可)0.576已知環戊二烯加氫制備環戊烯涉及的反應：反應1：(g)H2(g)(g)主反應反應2：(g)2H2(g)(g)副反應某科研團隊利用環戊二烯的乙醇溶液催化加氫制備環戊烯。在反應溫度30 ，反應時間80 min，環戊二烯乙醇12,1 g某催化劑存在的實驗條件下，氫氣壓力對加氫結果的影響如圖。根據圖像判斷，該實驗條件下，最佳的氫氣壓力為_MPa；隨著壓力的升高，環戊烯的選擇性降低，可能的原因是_；雖然氫氣的壓力等因素對反應選擇性有一定影響，但提高反應選擇性的關鍵因素是_。解析根據題圖，隨著氫氣壓力的不斷增大

15、，環戊二烯的轉化率逐漸增大，當壓力大于0.5 MPa時轉化率變化不大，同時隨著壓力的不斷增大，環戊烯的選擇性逐漸減小，因此綜合考慮環戊二烯轉化率和環戊烯選擇性，選擇0.5 MPa為最佳的氫氣壓力；隨著壓力的不斷升高，環戊烯的選擇性降低，這是由于增大壓力有助于促進副反應的進行，因此反應中要選擇合適的氫氣壓力；雖然氫氣的壓力等因素對反應選擇性有一定的影響，但提高反應的選擇性的關鍵因素為催化劑的選擇，選擇合適的催化劑可以增大主反應中產物的產率同時抑制副反應的進行。答案0.5壓力增大促進副反應發生催化劑1(雙選)(2021山東名校模擬)對于反應2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)SiCl4(g)，

16、采用大孔弱堿性陰離子交換樹脂催化劑，其余條件不變，在323 K和343 K時SiHCl3的轉化率隨時間變化的結果如圖所示。下列敘述正確的是()Aa、b處反應速率大小：vavbB343 K時反應的平衡常數約為0.02C在343 K下要提高SiHCl3的平衡轉化率，可增大體系壓強D在323 K下要縮短反應達到平衡的時間，可選用更高效的催化劑BD根據圖像信息，其余條件相同，溫度高、速率快、先平衡，a為343 K時SiHCl3的轉化率曲線，b為323 K時SiHCl3的轉化率曲線。a、b處SiHCl3轉化率相同，則容器中SiHCl3的濃度相同，溫度高的曲線對應反應速率快，a點速率大于b點，A錯誤；由題

17、圖可知，343 K時SiHCl3的平衡轉化率為22%，設起始SiHCl3(g)濃度為1 molL1，則有三段式：2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)SiCl4(g)eq avs4al(起始濃度/,molL1) 1 0 0eq avs4al(轉化濃度/,molL1) 0.22 0.11 0.11eq avs4al(平衡濃度/,molL1) 0.78 0.11 0.11則343 K時該反應的平衡常數Keq f(c平SiH2Cl2c平SiCl4,coal(2,平)SiHCl3)eq f(0.11 molL12,0.78 molL12)0.02，B正確；該反應為反應前后氣體分子數不變的反應，增大壓

18、強平衡不移動，平衡轉化率不變，C錯誤；使用催化劑可以增大反應速率，縮短反應達到平衡的時間，D正確。2(2021全國甲卷，T28節選)CO2加氫制甲醇的總反應可表示為CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g)H0。合成總反應在起始物neq blc(rc)(avs4alco1(H2)/neq blc(rc)(avs4alco1(CO2)3時，在不同條件下達到平衡，設體系中甲醇的物質的量分數為x(CH3OH)，在t250 下的xeq blc(rc)(avs4alco1(CH3OH)p、在p5105Pa下的xeq blc(rc)(avs4alco1(CH3OH)t如圖所示。(1)用各物質的平

19、衡分壓表示總反應的平衡常數，表達式Kp_。(2)圖中對應等壓過程的曲線是_，判斷的理由是_。(3)當xeq blc(rc)(avs4alco1(CH3OH)0.10時，CO2的平衡轉化率_，反應條件可能為_或_。解析(2)H2和CO2合成甲醇的總反應為放熱反應，則升高溫度，平衡向逆反應方向移動，即混合氣體中的甲醇蒸氣含量減小，故曲線b為5105Pa時等壓過程的曲線，而曲線a為250 時等溫過程的曲線。(3)eq f(nH2,nCO2)3，設初始時H2的物質的量為3 mol，CO2的物質的量為1 mol，參加反應的CO2的物質的量為y mol，用“三段式”計算： CO2(g)3H2(g)=CH3

20、OH(g)H2O(g)eq avs4al(起始/mol) 1 3 0 0eq avs4al(轉化/mol) y 3y y yeq avs4al(平衡/mol) 1y 33y y y則x(CH3OH)eq f(y,42y)0.10，解得yeq f(1,3)，故CO2的平衡轉化率為eq f(f(1,3) mol,1 mol)100%33.3%。對照題圖中的x(CH3OH)0.10可知，反應條件是9105 Pa、250 或5105 Pa、210 。答案(1)eq f(pH2OpCH3OH,p3H2pCO2)(2)b總反應H0，升高溫度時平衡向逆反應方向移動，甲醇的物質的量分數變小(3)33.3%51

21、05 Pa、210 9105 Pa、250 3(2021湖南選擇性考試，T16節選)某興趣小組對該反應進行了實驗探究。在一定溫度和催化劑的條件下，將0.1 mol NH3通入3 L的密閉容器中進行反應(此時容器內總壓為200 kPa)，各物質的分壓隨時間的變化曲線如圖所示。(1)若保持容器體積不變，t1時反應達到平衡，用H2的濃度變化表示0t1時間內的反應速率veq blc(rc)(avs4alco1(H2)_mol L1min1(用含t1的代數式表示)；(2)t2時將容器容積迅速縮小至原來的一半并保持不變，圖中能正確表示壓縮后N2分壓變化趨勢的曲線是_(用圖中a、b、c、d表示)，理由是_；(3)在該溫度下，反應的標準平衡常數K_。已知：分壓總壓該組分物質的量分數，對于反應dD(g)eE(g)gG(g)hH(g)，Keq f(blc(rc)(avs4alco1(f(pG,p)gblc(rc)(avs4alco1(f(pH,p)h,blc(rc)(avs4alco1(f(pD,p)dblc(rc)(avs4alco1(f(pE