專題突破4化學反應速率與化學平衡圖像

第二章化學反應速率與化學平衡化學速率平衡圖像是展示化學平衡動態變化過程的直觀手法。雖然圖示不復雜，但卻有一定的抽象性和綜合性，因此分析化學平衡圖像，應從以下四步入手：(1)看圖像：一看軸，即縱、橫坐標的意義；二看點：即起點、拐點、交點、終點；三看線，即線的走向和變化趨勢；四看輔助線，即等溫線、等壓線、平衡線等；五看量的變化，如濃度變化、溫度變化、轉化率變化、物質的量變化等。(2)依據圖像信息，利用平衡移動原理，分析可逆反應的特征：吸熱還是放熱，氣體的化學計量數增大、減小還是不變，有無固體或純液體物質參加或生成等。(3)先拐先平：在化學平衡圖像中，先出現拐點的反應先達到平衡，可能是該反應的溫度高、濃度大、壓強大或使用了催化劑。(4)定一議二：勒夏特列原理只適用于一個條件的改變，所以圖像中有三個變量，先固定一個量，再討論另外兩個量的關系。一、

速率—時間圖像1二、其他常見的化學平衡圖像2內容索引一、

速率—時間圖像根據v-t圖像，可以很快地判斷出反應進行的方向，根據v正、v逆的變化情況，可以推斷出外界條件的改變情況。以合成氨反應為例：N2(g)＋3H2(g)

2NH3(g)

ΔH<0。條件c(N2)增大c(H2)減小c(NH3)增大v-t圖像

平衡移動方向正反應方向移動逆反應方向移動逆反應方向移動條件c(NH3)減小增大壓強減小壓強v-t圖像

平衡移動方向正反應方向移動正反應方向移動逆反應方向移動條件升高溫度降低溫度使用催化劑v-t圖像

平衡移動方向逆反應方向移動正反應方向移動不移動

密閉容器中發生反應：A(g)＋3B(g)

2C(g)

ΔH<0，根據v-t圖像，回答下列問題：

(1)下列時刻所改變的外界條件是t1____________；t3____________；t4__________。升高溫度加入催化劑減小壓強典例1t1時刻，改變條件，v′正、v′逆均增大，且

，平衡逆向移動，說明改變的條件是升高溫度。t3時刻，改變條件，

同等程度增大，且該反應是反應前后氣體物質的量不相等的反應，故改變的條件是加入催化劑。t4時刻，改變條件，

均減小，且

平衡逆向移動，說明改變的條件是減小壓強。(2)反應速率最快的時間段是__________。t3～t4時間段內，反應使用催化劑，由圖像可知該時間段內反應速率最快。t3～t4(3)下列措施能增大正反應速率的是________(填字母)。A.通入A(g) B.分離出C(g)C.降溫

D.增大容器容積A返回降溫、增大容器容積均會使正、逆反應速率減小；分離出C(g)時，v正不變，v逆減小，隨著反應的進行v正會減小；通入A(g)，反應物的濃度增大，v正增大。二、其他常見的化學平衡圖像以反應mA(g)＋nB(g)

xC(g)＋qD(g)為例，突破外界因素對化學平衡的影響的圖像問題：(一)轉化率—時間圖1.分析四種圖像由圖知：p一定時，ΔH<0由圖知：T一定時，m＋n>x＋q由圖知：T一定時，m＋n<x＋q由圖知：T一定時，m＋n＝x＋q2.解答這類圖像題時應注意以下兩點(1)“先拐先平，數值大”原則分析反應由開始(起始物質相同時)至達到平衡所用時間的長短可推知反應條件的變化。①若為溫度變化引起，溫度較高時，反應達平衡所需時間短。如甲圖500℃先達平衡。②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、丙、丁圖1.01×107Pa先達平衡。(2)掌握圖像中反應規律的判斷方法①圖甲中，升高溫度，A的轉化率降低，平衡逆向移動，正反應為放熱反應。②圖乙中，增大壓強，A的轉化率升高，平衡正向移動，則正反應為氣體體積減小的反應。③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。

一定條件下，CO2(g)＋3H2(g)

H2O(g)＋CH3OH(g)

ΔH＝－53.7kJ·mol－1，向2L恒溫密閉容器中充入1molCO2和2.8molH2反應，圖中過程Ⅰ、Ⅱ是在兩種不同催化劑作用下建立平衡的過程中CO2的轉化率[α(CO2)]隨時間(t)的變化曲線。下列說法中不正確的是

A.m點：v正>v逆B.活化能：過程Ⅱ>過程ⅠC.n點時該反應的平衡常數K＝50D.過程Ⅰ，t2時刻改變的反應條件可能是升高溫度典例2√典例2m點CO2的轉化率不是最大，反應向正反應方向進行，因此v正>v逆，A項正確；過程Ⅰ首先達到平衡狀態，說明反應速率快，因此活化能：過程Ⅱ>過程Ⅰ，B項正確；n點時CO2的轉化率是80%，則根據方程式可知：

CO2(g)＋3H2(g)

H2O(g)＋CH3OH(g)起始濃度/(mol·L－1)0.51.4

0

0轉化濃度/(mol·L－1)0.41.2

0.4

0.4平衡濃度/(mol·L－1)0.1

0.2

0.4

0.4所以該反應的平衡常數K＝

＝200，C項錯誤；過程Ⅰ，t2時刻CO2的轉化率降低，說明反應向逆反應方向進行，由于正反應放熱，因此改變的反應條件可能是升高溫度，D項正確。(二)含量—時間—溫度(壓強)圖這類圖像反映了反應物或生成物的量在不同溫度(壓強)下與時間的關系，解題時要注意，一定條件下物質含量不再改變時，即為化學反應達到平衡的時刻，分析方法同(一)。

由圖知：p一定時，ΔH>0

由圖知：T一定時，m＋n>x＋q

已知：4NH3(g)＋5O2(g)

4NO(g)＋6H2O(g)ΔH＝－1025kJ·mol－1，若反應起始物質的量相同，下列關于該反應的示意圖不正確的是√典例3由于該反應的正反應為放熱反應，溫度升高平衡逆向移動，NO的含量降低，故A項正確，C項錯誤；該反應的正反應是氣體體積增大的反應，壓強減小平衡正向移動，NO的含量增大，故B項正確；催化劑的使用只能改變反應速率，不能使平衡發生移動，NO的含量不變，故D項正確。(三)轉化率—溫度—壓強圖1.分析四種圖像

由圖知：m＋n>x＋q，ΔH>0

由圖知：m＋n<x＋q，ΔH<0

由圖知：m＋n>x＋q，ΔH<0

由圖知：m＋n<x＋q，ΔH>02.解答這類圖像時應注意以下兩點(“定一議二”原則)(1)通過分析相同溫度下不同壓強時反應物A的轉化率大小來判斷平衡移動的方向，從而確定反應方程式中反應物與生成物氣體物質間的化學計量數的大小關系。如圖甲中任取一條溫度曲線研究，壓強增大，A的轉化率增大，平衡正向移動，正反應為氣體體積減小的反應，圖丙中任取橫坐標一點作橫坐標垂直線，也能得出相同結論。(2)通過分析相同壓強下不同溫度時反應物A的轉化率的大小來判斷平衡移動的方向，從而確定反應的熱效應。如圖丙中任取一條壓強曲線研究，溫度升高，A的轉化率減小，平衡逆向移動，正反應為放熱反應，圖乙中任取橫坐標一點作橫坐標垂直線，也能得出相同結論。

可逆反應mX(g)＋nY(g)

xZ(g)在不同溫度及壓強(p1和p2)條件下反應物X的轉化率的變化情況如圖所示。下列判斷正確的是

A.正反應吸熱，m＋n<xB.正反應吸熱，m＋n>xC.正反應放熱，m＋n<xD.正反應放熱，m＋n>x√典例4根據第二個圖像，隨著溫度的升高，X的轉化率減小，說明升溫平衡逆向移動，正反應為放熱反應；從第一個圖像看出，在p1下先達到平衡，可知p1>p2，則增大壓強時，X的轉化率增大，說明增大壓強平衡正向移動，m＋n>x。(四)含量—溫度—壓強圖這類圖像的縱坐標為反應物或生成物的含量，橫坐標為溫度或壓強，分析方法同(三)。

由圖知：m＋n>x＋q，ΔH>0

由圖知：m＋n<x＋q，ΔH<0

由圖知：m＋n>x＋q，ΔH<0

由圖知：m＋n<x＋q，ΔH>0

如圖是溫度和壓強對反應X＋Y

2Z影響的示意圖。圖中縱坐標表示平衡混合氣體中Z的體積分數。下列敘述正確的是

A.X、Y、Z均為氣態B.恒容時，混合氣體的密度可作為此反應是否達到化學平衡狀態的判斷依據C.升高溫度時v正增大，v逆減小，平衡向右移動D.使用催化劑能提高Z的產量√典例5由題圖可知，在溫度不變時增大壓強，Z的體積分數減小，即平衡逆向移動，所以X、Y中至多有一種是氣體，A錯誤；因反應物中有非氣體物質存在，所以恒容時只要平衡發生移動，混合氣體的質量就會發生變化，則密度必然改變，所以混合氣體的密度可作為此反應是否達到化學平衡狀態的判斷依據，B正確；升高溫度，v正、v逆都增大，C錯誤；催化劑對平衡移動無影響，不能提高Z的產量，D錯誤。(五)其他圖像1.圖像(1)：t1點時，狀態ⅠC的含量的增加量大于狀態Ⅱ；條件改變時，平衡不發生移動。所以，條件Ⅰ有兩種可能：①使用催化劑；②增大壓強，且滿足m＋n＝x＋q。2.圖像(2)：T1為平衡點；T1點以前，v正>v逆，沒有達到化學平衡狀態，T1點以后，隨著溫度的升高，C的含量減小，表示化學平衡向逆反應方向移動，正反應為放熱反應，ΔH<0。3.圖像(3)：p1為平衡點；p1點以前，v正>v逆，反應沒有達到化學平衡狀態；

p1點以后，隨著壓強的增大，C的含量減小，表示化學平衡向逆反應方向移動，逆反應為氣體分子數減小的反應，即m＋n<x＋q。4.圖像(4)：對于化學反應mA(g)＋nB(g)

pC(g)＋qD(g)，L線上所有的點都是平衡點。L線的左上方(E點)，A的百分含量大于此壓強時平衡體系的A的百分含量，所以，E點v正