第九章化學反應速率化學平衡第三節化學平衡圖象及化學反應原理的綜合應用復習目標展示1.掌握幾種典型的化學圖象及其分析方法。2.了解合成氨工業的生產流程及生產條件的選擇。3.能夠綜合利用反應速率原理和平衡原理討論有關工業生產問題。知識點1外界條件對化學平衡影響的基本圖象問題1：常見的化學平衡圖象有哪幾種類型？常見類型對于反應mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g),若m＋n＞p＋q,且ΔH＞0(想一想：將圖補充完整)1．V-t圖象2.c-t圖象(1)可逆反應達到平衡時，宏觀速率(從某反應物量的消耗或某生成物量的增加來計算)為零,此時各物質的濃度不一定相等、不一定與方程式的計量數成比例。3.c-p（T）圖象4.其他圖象a是在b的基礎上加入正催化劑【思維延伸】

(1)濃度—時間圖此類圖象能說明平衡體系各組分(或某一成分)在反應過程中的變化情況。如A+BAB反應情況如右圖所示，此類圖象要注意各物質曲線的折點(達平衡)時刻相同,各物質濃度變化的內在聯系及比例符合化學方程式中的化學計量數關系。(2)含量—時間—溫度(壓強)圖常見形式有如下幾種(C%指其產物的質量分數；B%指某反應

物的質量分數)，如下圖所示：知識點2合成按工業問題2：怎樣選擇合成氨工業的生產條件？5．合成氨工業的簡要流程可用方框圖表示為：(2)制得的N2、H2需凈化、除雜質、再用

壓縮至高壓。(3)氨的合成：在適宜的條件下，在

中進行。(4)氨的分離：經冷凝使氨液化，將氨分離出來，并將沒有轉化成NH3的

和

循環送入合成塔，使其充分利用，提高原料的利用率。壓縮機合成塔N2H26．適宜條件的選擇500℃2×107Pa～5×107Pa鐵觸媒【思維延伸】合成氨工業上投入原料N2和H2時，體積比一般不是1∶3，而是1∶2.6或1∶2.4，即使用過量的N2，提高H2的利用率；因為N2來自空氣，來源豐富，成本低容易得到。考點1化學平衡圖象分析法1．不管是速率圖象還是平衡圖象,都要搞清縱、橫坐標的含義,都要與化學原理相聯系,特別是與平衡移動原理相聯系。2．三步分析法:一看反應速率是增大還是減小;二看Δv正、Δv逆的相對大小；三看化學平衡移動的方向。3．四要素分析法：看曲線的起點;看曲線的變化趨勢；看曲線的轉折點;看曲線的終點。(一定要注意可逆反應的特點。)4．先拐先平:對于可逆反應mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g),在轉化率—時間曲線中,先出現拐點的曲線先達到平衡。它所對應的溫度高或壓強大。這時如果轉化率也增大，則反應中ΔH>0，m＋n＞p＋q；若轉化率降低，則ΔH<0，m＋n＜p＋q。5．定一議二：圖象中有三個變量時，先確定一個量不變，再討論另外兩個變量的關系。【例1】(2009·重慶理綜，13)各可逆反應達平衡后，改變反應條件，其變化趨勢正確的是 ()解析：本題考查化學平衡圖象知識。選項A，CH3COOH溶出液中加入CH3COONa晶體，增大了溶液中的c(CH3COO－)，CH3COOH電離平衡向左移動，溶液中的c(H＋)減小，pH增大，錯誤。選項B，加入KCl對平衡無影響，c(Fe3＋)不變。選項C，恒溫恒壓下加入稀有氣體，平衡向著氣體物質的量增大的方向(逆反應)移動，H2的轉化率降低。選項D，該可逆反應的正反應為吸熱反應，升溫平衡向正反應方向移動，CH3OCH3轉化率增大，正確。答案：D變式練習1．(2009·全國Ⅰ理綜，13)下圖表示反應X(g)4Y(g)＋Z(g),ΔH＜0,在某溫度時X的濃度隨時間變化的曲線：下列有關該反應的描述正確的是()

A．第6min后，反應就終止了B．X的平衡轉化率為85%C．若升高溫度，X的平衡轉化率將大于85%D．若降低溫度，v正和v逆將以同樣倍數減小解析：A項，6min時反應達到了平衡狀態，但正、逆反應并未停止，；B項,X的起始濃度為1.0mol·L－1,平衡時為0.15mol·L－1，濃度變化量為0.85mol·L－1，轉化率為85%；C項，正反應放熱，升高溫度平衡向逆反應方向移動，X的轉化率將小于85%；D項，降溫正、逆反應速率均減小，但逆反應速率減小的倍數大于正反應速率減小的倍數。答案：B考點2合成氨工業合成氨工業的反應原理：N2＋3H22NH3,ΔH＝－92.4kJ/mol；正反應為氣體體積縮小的放熱反應，每有amolNH3生成，氣體總物質的量就減小amol。【例2】(2009·重慶聯考題)有關合成氨工業的下列說法中,正確的是 ()A．從合成塔出來的混合氣體,其中NH3只占15%，所以生產氨的工廠的效率都很低B．由于氨易液化,N2、H2在實際生產中是循環使用的，所以總體來說氨的產率很高C．合成氨工業的反應溫度控制在500℃,目的是使化學平衡向正反應方向移動D．合成氨廠采用的壓強是20～50MPa，因為該壓強下鐵觸媒的活性最大解析：本題考查了合成氨工業的基礎知識，需要從反應速率和化學平衡兩個角度理解合成氨反應的條件選擇。合成氨工業中從合成塔出來的混合氣體，NH3只占15%，但由于分離出NH3后，N2和H2可循環使用，所以總體來說氨的產率是很高的，則A說法錯誤，B說法正確。合成氨工業的反應溫度控制在500℃左右而不選擇常溫，是為了加快反應速率，且催化劑鐵觸媒在500℃時催化活性最高，C說法錯誤。合成氨的反應為氣體體積減小的反應，增大壓強主要是為了使平衡向正反應方向移動，與催化劑活性無關，D說法錯誤。答案：B變式練習2．如下圖所示是合成氨的簡單流程示意圖：沿X路線回去的物質是 ()A．N2和H2 B．催化劑 C．N2 D．H2解析：合成氨的工藝流程中，從合成塔出來的混合氣體，經過降溫，分離出氨氣，未反應的N2、H2可以循環使用，以提高原料的利用率。

答案：A客觀題以考查讀圖、析圖能力以及圖與原理相結合的知識內容為主。【考題一】(全國高考題)右圖是溫度和壓強對X＋Y2Z反應影響的示意圖。圖中橫坐標表示溫度，縱坐標表示平衡時混合氣體中Z的體積分數。下列敘述正確的是()A．上述可逆反應的正反應為放熱反應B．X、Y、Z均為氣態C．X和Y中只有一種為氣態，Z為氣態D．上述反應的逆反應的ΔH＞0審題視點：圖中三條曲線均是等壓線——即壓強一定時的變化線；同時還可以根據三條等壓線做一個等溫線(溫度一定時變化線平行于縱軸)。思路點撥：本題考查考生對曲線的分析能力。從圖象可知，溫度越高，Z的體積分數越大，說明升高溫度，平衡正向移動，正反應方向是吸熱反應，A、D錯；在圖中所作等溫線可知，壓強越大，Z的體積分數越小，即增大壓強，平衡逆向移動，逆反應方向是氣體體積縮小的方向，所以Z必為氣體，又因Z的體積分數發生了變化，說明除Z為氣體外，還有其他氣體，故X、Y中必有氣體，且只有一種，B錯，C正確。標準答案：C高分解密解化學平衡圖象題三步驟：(1)看懂圖象：看圖象要五看。一看面，即看清橫坐標和縱坐標；二看線，即看線的走向、變化趨勢；三看點，即看曲線的起點、終點、交點、拐點、原點、極值點等；四看要不要作輔助線，如等溫線、等壓線；五看定量圖象中有關量的多少。(2)聯想規律：聯想外界條件對化學反應速率和化學平衡的影響規律。(3)推理判斷：結合題中給定的化學反應和圖象中的相關信息，根據有關知識規律分析作出判斷。主觀題

以考查化學反應速率、化學平衡理論在實際生產、生活中應用為主。【考題二】(12分)(2009·廣東單科，20)甲酸甲酯水解反應方程式為：HCOOCH3(l)＋H2O(l)HCOOH(l)＋CH3OH(l)ΔH>0某小組通過實驗研究該反應(反應過程中體積變化忽略不計)。反應體系中各組分的起始量如下表：甲酸甲酯轉化率在溫度T1下隨反應時間(t)的變化見下圖：(1)根據上述條件，計算不同時間范圍內甲酸甲酯的平均反應速率，結果見下表：

請計算15～20min范圍內甲酸甲酯的減少量為

mol，甲酸甲酯的平均反應速率為

mol·min－1(不要求寫出計算過程)。(2)依據以上數據，寫出該反應的反應速率在不同階段的變化規律及其原因：。0.0459.0×10－3

該反應中甲酸具有催化作用①反應初期：雖然甲酸甲酯量較大，但甲酸量很小，催化效果不明顯，反應速率較慢；②反應中期：甲酸量逐漸增多，催化效果顯著，反應速率明顯增大；③反應后期：甲酸量增加到一定程度后，濃度對反應速率的影響成主導因素，特別是逆反應速率的增大，使總反應速率逐漸減小，直至為零(3)上述反應的平衡常數表達式為：

，則該反應在溫度T1下的K值為

。(4)其他條件不變，僅改變溫度為T2(T2大于T1)，畫出溫度T2下甲酸甲酯轉化率隨反應時間變化的預期結果示意圖。0.14

點評1．溫度、濃度、壓強和催化劑對化學反應速率的影響在實際化工生產中都是為了在單位時間內產生最大經濟效益為目的。而外界條件的改變可能不利于平衡向生成物的方向移動。2．該反應中幾個表格和圖像明確表明了反應中各物質的變化情況，所以要充分利用這些圖表。點撥(1)15min時甲酸甲酯轉化率為6.7%，20min時甲酸甲酯轉化率為11.2%，則其減少量為：1.00×11.2%－1.00×6.7%＝0.045mol。平均反應速率為：(2)由表中數據及(1)中計算出的15～20min的平均反應速率可知，反應前期反應速率增加，隨著反應的進行反應速率增加更快，反應后期反應速率又減小。結合影響反應速率的因素可推測是反應中生成的甲酸具有催化作用。反應初期生成甲酸量少，催化效果不明顯，反應速率較慢，隨著生成甲酸量增多，催化效果顯著，反應速率明顯增大，到反應后期，濃度對反應速率的影響起主導作用，使反應速率減小。(3)平衡時甲酸甲酯轉化率為24.0%，則(4)升高溫度，反應速率加快，達到平衡時間短；該反應是吸熱反應，升高溫度時平衡向正反應方向移動，故T2比T1溫度下甲酸甲酯轉化率要高；抓住這兩點，則不難畫出示意圖。作答與批改實錄

題后反思1．不能正確識表圖像，從圖像中獲取有用信息。2．根據化學平衡常數計算，要注意知識的合理遷移。即：濃度的確定。*(2010·廣州模擬一)甲醇(CH3OH)是一種重要的化工原料，合成甲醇的主要反應為：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)；ΔH＜0。Ⅰ.在一定條件下，上述反應在一密閉容器中達到平衡。(1)體積不變的條件下,下列措施中有利于提高CO的轉化率的是()A．升高溫度B．增大壓強C．通入COD．通入H2答案：BD(2)在保證H2濃度不變的情況下，增大容器的體積，平衡

(填字母)。(提示：已知平衡常數只隨溫度改變而改變，若某體系中CO、H2、CH3OH的濃度存在上述關系，就說明該體系是平衡體系)A．向正反應方向移動B．向逆反應方向移動C．不移動作出此判斷的理由是。C該反應達到平衡時，平衡常數。增大容器體積時，

等比例減小，由于H2濃度不變，此時的值仍然等于K，所以平衡不移動Ⅱ.原料氣的加工過程中常常混有一定量CO2，為了研究不同溫度下CO2對該反應的影響，以CO2、CO和H2的混合氣體為原料在一定條件下進行實驗，結果表明，原料氣各組分含量不同時，反應生成甲醇和副產物甲烷的碳轉化率是不相同的。實驗數據見下表：(3)由上表數據可得出多個結論。結論一：在一定條件下，反應溫度越高，碳轉化率

。結論二：。(4)為了驗證結論二，有科學家又用以下五組不同組成的原料氣再次進行實驗。越高原料氣含少量CO2有利于提高生成甲醇的碳轉化率，CO2含量過高碳轉化率又降低且有甲烷生成進行該驗證實驗時，控制不變的因素有

、

、

等。思路點撥：本題考查化學平衡，中等題。Ⅰ.(1)提高CO的轉化率，則平衡向正反應方向移動，注意通入CO，平衡向正反應方向溫度壓強CO和H2的體積分數之比移動，但CO的轉化率降低。(2)根據平衡常數變化分析平衡移動方向。Ⅱ.根據表格提供的數據，反應溫度越高，碳轉化率越高；CO2的含量對碳的轉化率有影響。高分解密首先要熟記與速率有關的基礎知識、與平衡有關的基礎知識，要明確速率只討論快慢問題，而平衡只討論可逆反應進行程度大小的問題，其次要將速率和平衡有關知識有機結合在一起，綜合討論工業生產效益問題。規律支持適宜生產條件選擇的一般原則(1)對任一可逆反應，增大某一反應物濃度，能提高反應速率和其他反應物的轉化率。故生產中常使廉價易得的原料適當過量，以提高另一原料的利用率，如氮氣與氫氣的配比為1.07∶3。(2)對氣體分子數減少的反應，增大總壓使平衡向正反應方向移動。但壓強太大，設備要求成本增高,故必須綜合考慮。(3)對放熱反應，升溫，提高反應速率，但轉化率降低，若溫度太低，反應速率又太慢，故需使用適當的催化劑。對吸熱反應，升溫，加快反應速率，又能提高轉化率，但要避免反應物或生成物的過熱分解。(4)使用催化劑可大大提高反應速率且不影響化學平衡，但使用時必須注意其活性溫度范圍，且防止催化劑“中毒”，延長使用壽命。1．(5分)(2009·安徽理綜改動)汽車尾氣凈化中的一個反應如下:NO(g)＋CO(g)N2(g)＋CO2(g)ΔH＝－373.4kJ·mol－1在恒容的密閉容器中，反應達平衡后，改變某一條件，下列示意圖正確的是 ()

解析:因為在恒容的密閉容器中所有物質又都為氣體,根據ρ＝判斷ρ不隨平衡移動而變化,A項不正確；升溫平衡向左移動，B項不正確，根據M＝，當n增大時，(m不變)M減小,C項正確；D項中NO的轉化率應隨n(N2)增大而減小,D項不正確。

答案：C2．(5分)(2010·福州八中月考題)工業上利用焦炭與水蒸氣生產H2的反應原理為：C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)；ΔH＞0,CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g);ΔH＜0。第二步生產的原料CO來源于第一步的產物。為提高原料的利用率及H2的日產量，下列措施中不可取的是()①第一步產生的混合氣體直接作為第二步的反應物②第二步生產應采用適當的溫度和催化劑③第一、二步生產中均充入足量水蒸氣④第二步應在低溫下進行⑤第二步生產采用高壓⑥第二步生產中增大CO的濃度A．①③⑤B．②④⑥C．②③⑤D．①④⑤⑥解析：第一步產生的H2使第二步的平衡逆移，故應先進行分離；第二步反應為放熱反應，溫度過低，反應速率太小而影響產量，溫度過高則對平衡不利，且要考慮催化劑的活性，故應選擇適當的溫度和催化劑，故②正確④錯；增大廉價易得的水蒸氣濃度可提高CO轉化率，③正確；壓強對第二步反應無影響，不必采取高壓，⑤錯；增大CO濃度并未提高主要原材料C的利用率，⑥錯。答案：D3．(5分)(2010·模擬題)已知:4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)；ΔH＝－1025kJ/mol該反應是一個可逆反應。若反應物起始物質的量相同,下列關于該反應的示意圖不正確的是 ()解析：該可逆反應特點：(1)正反應放熱；(2)正反應方向氣體分子數增大；(3)該反應是可逆反應，可表示為4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)。A項圖象：1200℃時先達到平衡，1000℃時，達到平衡時NO含量較高，1200℃→1000℃：降溫，平衡向放熱方向移動(生成NO方向)，NO含量升高，A正確；B項圖象：10×105Pa時先達到平衡，1×105Pa下達到平衡時NO含量較大。壓強較小時，平衡體系中NO的含量較高，B對；C項，從圖象看，溫度較高時先達到平衡，但是，溫度越高，NO含量應越低，C項不正確；D項，有無催化劑只是在到達平衡的時間有差別，所以D項也正確。答案：C4.(5分)(2010·模擬題)在密閉容器中進行反應：H2(g)＋I2(g)2HI(g)，在溫度為T1和T2時，產物的量和時間的關系如圖所示，符合圖象的正確判斷是()A．T1＞T2，ΔH＞0B．T1＞T2，ΔH＜0C．T1＜T2，ΔH＞0D．T1＜T2，ΔH＜0解析：根據“先拐先平數值大”的原則，從圖中可以看出，反應時的溫度T1<T2，且溫度越高，HI的量越少，說明升高溫度，平衡向逆反應方向移動，即該反應的正反應屬于放熱反應，ΔH＜0。

答案：D5．(10分)(2010·山東省實驗中學期中考題)制取硝酸銨的流程圖如下

請回答下列問題：(1)合成氨的原料通常各來自何處？(2)已知N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)；ΔH＝－92kJ·mol－1。請解釋：①舉例說明什么是可逆反應？②為有效提高氨的產率，實際生產中宜采取哪些措施？(3)寫出氨催化氧化的化學方程式。鉑銠合金網有何作用？為什么鉑銠合金網未預熱也會發熱？(4)生產硝酸的過程中常會產生一些氮的氧化物，如何消除它們對大氣的污染？寫出反應方程式。(5)舉出硝酸銨的兩種主要用途。解釋為什么該用途對現代社會非常重要？(6)在一定溫度和壓強的密閉容器中，將平均相對分子質量為8.5的H2和N2混合，當該反應達到平衡時，測出平衡混合氣的平均相對分子質量為10，此時N2的轉化率為

，平衡混合氣體中NH3的體積分數為

。(7)請你為硝酸廠的選址提出合理化建議。解析：運用化學反應速率、化學平衡原理，結合流程圖和涉及反應的特點及化工生產的實際情況分析解答。答案：(1)N2取自于空氣，H2可來自于水煤氣。(2)①在高溫、高壓和有催化劑存在的條件下，N2與H2可以直接化合生成氨(NH3)，并放出熱量，同時，NH3也會分解成N2和H2，即在相同條件下能同時向正、逆兩個反應方向進行的反應，這樣的反應叫可逆反應。②可采取增壓，及時分離氨，并循環利用N2和H2。30%17.6%(3)4NH3＋5O24NO＋6H2O，Pt－Rh合金網起催化作用；因為氨的催化氧化反應是放熱反應，保證Pt—Rh合金網達到一定溫度而不必預熱。(4)可用堿液吸收氮的氧化物。NO＋NO2＋2NaOH2NaNO2＋H2O2NO2＋2NaOHNaNO3＋NaNO2＋H2O(5)NH4NO3可作化肥和炸藥。前者可促使植物生長，增加農作物產量；后者可用于軍事、建設上制造炸藥，故該物質對現代社會的發展與和平作用重大。(7)廠址的選擇應具備以下有利條件：原料和產品運輸方便，生產動力來源充足，廢物易于處理，地價較便宜等。*(2010·模擬題)(1)下表為某溫度和壓強下，密閉容器中SO2被氧化為SO3反應在不同時間各物質的濃度(mol/L)試畫出V(SO3)—t圖：時間(min)010203040506070SO210753.52111O253.52.51.7510.50.50.5SO30356.58999答案：起點、拐點、終點準確，曲線準確，不描點，曲線準確也給分。描點參考：(2)工業上生產硫酸時，利用催化氧化反應將SO2轉化為SO3是一個關鍵步驟。壓強及溫度對SO2轉化率的影響如下表(原料氣各成分的體積分數為：S