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微專題七　化學反應速率和平衡圖像的綜合應用
第七章
化學反應速率與化學平衡
[專題精講]
(一)速率平衡圖像的解題步驟
(二)速率平衡圖像的類型及特點
1.速率—時間圖像(v-t 圖像)
解題關鍵：“三步分析法”。即一看反應速率是增大還是減
小；二看v正、v逆的相對大小；三看化學平衡的移動方向。分清正
反應速率、逆反應速率的相對大小，分清“突變”和“漸變”；
熟記濃度、溫度、壓強、催化劑等對化學平衡移動的影響規(guī)律；
正確判斷化學平衡的移動方向。
Ⅰ.正反應速率突變，逆反應速率漸變，v正′>v逆′，說明是增大
了反應物的濃度，使正反應速率突變，且平衡正向移動。
Ⅱ.v正、v逆都是突然減小的，v正′>v逆′，平衡正向移動，說明
該反應的正反應可能是放熱反應或氣體總體積增大的反應，改變
的條件是降低溫度或減小壓強。
Ⅲ.v正、v逆都是突然增大的，并且 v正、v逆增大程度相同，說
明該化學平衡沒有發(fā)生移動，可能是使用了催化劑，也可能是對
反應前后氣體總體積不發(fā)生變化的反應增大壓強(壓縮體積)所致。
【注意】判斷平衡移動方向，根據(jù) v正′、v逆′的相對大小，判
斷改變的是哪種外界條件。即看改變條件的那一時刻 v正′、v逆′的
變化，若 v正′或 v逆′有一個在原平衡未變則為改變濃度；若兩個都
發(fā)生了“突變”，則為改變溫度或壓強；若兩個都發(fā)生了“突變”
且仍然相等，則為加入催化劑或等體積反應改變壓強。
2.百分含量(或轉化率)—時間—溫度(或壓強)圖像
解題關鍵：“先拐先平數(shù)值大”，即先出現(xiàn)拐點的反應先達
到平衡，先出現(xiàn)拐點的曲線表示的溫度較高、壓強較大或使用了
催化劑。
Ⅰ.T2>T1，溫度升高，平衡逆向移動，正反應是放熱反應。
Ⅱ.p2>p1，壓強增大，A(反應物)的轉化率減小，說明正反應
是氣體總體積增大的反應。
Ⅲ.生成物 C 的百分含量不變，說明平衡不發(fā)生移動，但反應
速率 a>b，故 a 可能是使用了催化劑；若該反應是反應前后氣體總
體積不變的可逆反應，a 也可能是增大了壓強(壓縮體積)。
3.恒壓(或恒溫)線(α表示反應物的轉化率，n 表示反應物的平
衡物質的量)
解題關鍵：“定一議二”，即化學平衡圖像包括縱坐標、橫
坐標和曲線所表示的三個變量，分析時先把自變量(溫度、壓強)
之一設為定量，再討論另外兩個變量之間的關系，再依據(jù)外界條
件對平衡的影響規(guī)律判斷反應的熱效應及反應前后氣體體積的變
化。
Ⅰ.若 p1>p2>p3，壓強增大，反應物的轉化率增大，平衡向正
反應方向移動，故正反應為氣體體積減小的反應；溫度升高，反
應物的轉化率減小，平衡向逆反應方向移動，故正反應為放熱反
應。
Ⅱ.若 T1>T2，溫度升高，反應物的物質的量增大，平衡向逆
反應方向移動，故正反應為放熱反應；壓強增大，反應物的物質
的量增大，平衡向逆反應方向移動，故正反應為氣體體積增大的
反應。
4.物質的量(濃度)—時間圖像[n(c)-t 圖像]
解題關鍵：各物質的 n 或 c 不隨時間變化時達到平衡狀態(tài)，
根據(jù)起始量和平衡量求出轉化量，各物質的轉化量之比等于化學
計量數(shù)之比，可以得出化學方程式中的化學計量數(shù)。
例如：在 2 L 密閉容器中，某一反應有關物質 A(g)、B(g)、
C(g)的物質的量變化隨時間變化如圖所示。
①橫坐標表示反應過程中時間變化，縱坐標表示反應過程中
物質的物質的量的變化。
②在反應達2 min時，正反應速率與逆反應速率相等，反應達
到平衡狀態(tài)。
③該反應的化學方程式為 3A(g)＋B(g)
2C(g)。
④若用 A 物質的量濃度的變化表示反應達平衡(2 min)時的正
反應速率是 0.15 mol·L-1·min-1。
5.反應過程中特定組分含量變化圖像
(1)對于化學反應 mA(g)＋nB(g)
pC(g)＋qD(g)，
解題關鍵：平衡點前看反應速率大小，平衡點后看平衡受溫
度的影響情況。
①M 點前，表示化學反應從反應物開始到建立平衡的過程，
v正>v逆；
②M 點為剛達到平衡點，v正＝v逆；
③M 點后為平衡受溫度的影響情況，即升高溫度，A 的百分
含量增加或 C 的百分含量減少，平衡向逆反應方向移動，故正反
應為放熱反應。
(2)對于化學反應 mA(g)＋nB(g)
pC(g)＋qD(g)，
解題關鍵：根據(jù)點與平衡點的相對位置判斷正、逆反應速率
大小。
①L 線上所有的點都是平衡點，v正＝v逆；
②L 線的左上方(E 點)，A 的百分含量大于此壓強時平衡體系
中 A 的百分含量，E 點必須向正反應方向移動才能達到平衡狀態(tài)，
故 E 點：v正>v逆；
③L 線的右下方(F 點)，A 的百分含量小于此壓強時平衡體系
中 A 的百分含量，F(xiàn) 點必須向逆反應方向移動才能達到平衡狀態(tài)，
故 F 點：v正[典例精析]
角度1 速率—時間圖像
【典例1】“綠水青山就是金山銀山”，為了踐行這一理念，
國家加大了對氮氧化物排放的控制力度。用活性炭還原處理氮氧
化物的有關反應為 C(s)＋2NO(g)
CO2(g)＋N2(g)
ΔH<0。向容
積可變的密閉容器中加入(足量的)活性炭和 NO，在 t2 時刻改變某
一條件，其反應的速率—時間圖像如圖所示。下列說法正確的是
(
)
A.給該反應升溫，v正減小，v逆增大
B.t2 時刻改變的條件是向密閉容器中加 NO
C.t1 時刻的 v逆大于 t2 時刻的 v正
D.若氣體的密度不變，不能說明該反應達到平衡
解析：升高溫度，任何反應的反應速率均增大，故給該反應
升溫，v正增大，v逆增大，A 錯誤；由圖像可知，壓強一定條件下，
t2 時刻改變條件以后，逆反應速率突然減小，達到新平衡時，與原
反應速率相同，故改變的條件是向密閉容器中加NO，B 正確；由
B 項分析可知，t2 時刻改變的條件是向密閉容器中加NO，正反應
速率增大，逆反應速率減小，則 t1 時刻的 v逆小于 t2 時刻的 v正，
C 錯誤；由題干反應方程式可知，反應前后氣體的物質的量保持
不變，即恒溫下容器的體積保持不變，反應正向氣體質量增加，
故若氣體的密度不變，則氣體質量不變，說明該反應達到平衡，
D 錯誤。
答案：B
[思維建模]捕捉圖像中的五個關鍵點
[變式訓練 1]對于達到平衡的可逆反應：X＋Y
W＋Z，其
他條件不變時，增大壓強，正、逆反應速率變化的情況如圖所示。
)
下列對 X、Y、W、Z 四種物質狀態(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、逆反應速率都加快，但
正反應速率增大的程度大于逆反應速率增大的程度，可見化學平
衡向正反應方向移動，即正反應是一個氣體體積縮小的反應。即
X、Y 均為氣體，W、Z 中只有一種是氣體，B 正確。
答案：B
角度2 物質的量(或濃度)、百分含量(或轉化率)變化圖像
【典例2】(2023年張家口模擬)某實驗探究小組研究 25 ℃時
N2O5 的分解反應：2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)。該小組根據(jù)表格
中的實驗數(shù)據(jù)繪制 c-t 圖像如圖所示。下列說法正確的是(
)
t/min 0 1 2 3 4
c(N2O5)/(mol·L-1) 0.160 0.114 0.080 0.056 0.040
c(O2)/(mol·L-1) 0 0.023 0.040 0.052 0.060
A.曲線Ⅰ是 N2O5 的濃度變化曲線
B.曲線Ⅱ是 O2 的濃度變化曲線
C.在 0～1 min、1～2 min 兩個時間段里，化學反應速率最快
的是 0～1 min
D.只增大容器體積，化學反應速率增大
解析：曲線Ⅰ的初始濃度為 0，是 O2 的濃度變化曲線，A 錯
誤；曲線Ⅱ的初始濃度為 0.160 mol·L-1，是 N2O5 的濃度變化曲線，
B 錯誤；在 0～1 min、1～2 min 兩個時間段里，氧氣濃度的變化
量分別是0.023 mol·L-1、0.04 mol·L-1－0.023 mol·L-1＝0.017 mol·L-1，
化學反應速率最快的是 0～1 min，C 正確；只增大容器體積，壓
強減小，化學反應速率減小，D 錯誤。
答案：C
[變式訓練 2]恒容密閉容器中存在下列平衡：
CO(g)＋H2O(g)
CO2(g)＋H2(g)。CO2(g)的平衡
物質的量濃度 c(CO2)與溫度 T 的關系如圖所示。
下列說法錯誤的是(
)
A.在 T2 ℃時，若反應進行到狀態(tài) D，則一定有 v正B.平衡狀態(tài) A 與 C 相比，平衡狀態(tài) A 的 c(CO)小
C.若 T1 ℃、T2 ℃時的平衡常數(shù)分別為 K1、K2，則 K1D.反應 CO(g)＋H2O(g)
CO2(g)＋H2(g)的ΔH>0
解析：由圖可知，曲線上的點為平衡點，T2 ℃時，D→B減少
二氧化碳的濃度可達到平衡濃度，則平衡逆向移動，v 正A 正確；由圖可知，溫度越高，二氧化碳的含量越大，則正反應
為吸熱反應，平衡狀態(tài) A 與 C 相比，溫度不同，升高溫度平衡正
向移動，c(CO)減小，則平衡狀態(tài) C 的 c(CO)小，B 錯誤；溫度升
高，平衡正向移動，K 增大，可知若 T1、T2 時的平衡常數(shù)分別為
K1、K2，則K1ΔH>0，D 正確。
答案：B
角度 3 含量—時間—溫度(壓強)
【典例3】已知可逆反應：4NH3(g)＋5O2(g)
4NO(g) ＋
6H2O(g)
ΔH＝－1025 kJ·mol-1。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(
)
A
B
C
D
解析：升高溫度，平衡向逆反應方向移動，平衡時一氧化氮
的含量小，且達到平衡時需要的時間短，A 正確，D 錯誤；增大
壓強，平衡向逆反應方向移動，平衡時一氧化氮的含量小，且達
到平衡時需要的時間短，B 正確；有無催化劑只影響到達平衡狀
態(tài)的時間，不影響平衡移動，C 正確。
答案：D
[變式訓練 3]已知某可逆反應 mA(g)＋nB(g)
pC(g)在密閉
容器中進行，如圖表示在不同反應時間(t)時，溫度(T)和壓強(p)與
反應物 B 在混合氣體中的體積分數(shù)[φ(B)]的關系曲線，由曲線分
析，下列判斷正確的是(
)
A.T1p2，m＋n>p，放熱反應
B.T1>T2，p1p，吸熱反應
C.T1p2，m＋nD.T1>T2，p1解析：由圖可知，壓強一定時，溫度T1先達到平衡，故T1>T2，
升高溫度，B 在混合氣體中的體積分數(shù)減小，說明平衡正向移動，
正反應為吸熱反應；溫度一定時，壓強 p2 先達到平衡，故 p1增大壓強，B 在混合氣體中的體積分數(shù)增大，說明平衡逆向移動，
正反應為氣體體積增大的反應，則 m＋n答案：D
角度4 恒壓(或恒溫)線
【典例4】反應 mA(g)＋nB(g)
eC(g)＋fD(s)
ΔH。若按
反應物的化學計量數(shù)比投料，在一定條件下進行反
應，該反應達到平衡時 C 的體積分數(shù)與溫度、壓強
的關系如圖所示。下列敘述中正確的是(
)
A.該反應的ΔH>0
B.該化學方程式中 m＋nC.加入催化劑可增大正反應速率，逆反應速率不變
D.向平衡后的恒壓容器中再充入一定量 C，達到新平衡時，
C的濃度與原平衡時的相同
解析：當壓強不變時，溫度越高，平衡時 C 的體積分數(shù)越小，
故ΔH<0，A 錯誤；當溫度不變時，增大壓強，平衡向氣體分子數(shù)
減小的方向進行，由圖可知，當溫度不變時，壓強越大，平衡時C
的體積分數(shù)越大，又因為 D 是固體，故該化學方程式中 m＋n>e，
B 錯誤；加入催化劑，正、逆反應速率都增大，并且增大的倍數(shù)
相同，C 錯誤；恒壓條件下開始按反應物的化學計量數(shù)比投料，
在一定條件下進行反應，平衡后向恒壓容器中再充入一定量 C，
再次達到新平衡時，這兩次平衡等效，故 C 的濃度與原平衡時的
相同，D 正確。
答案：D
[思維建模]圖像信息加工處理的角度
[變式訓練 4]氮、碳氧化物的無害化處理是研究的熱點。一
定條件下 N2O 發(fā)生如下反應：
Ⅰ.2N2O(g)
2N2(g)＋O2(g)
Ⅱ.N2O(g)＋CO(g)
N2(g)＋CO2(g)
在不同壓強的密閉容器中，分別充入 1 mol N2O 和 1 mol CO，
發(fā)生反應Ⅰ和反應Ⅱ，測得 N2O 的平衡轉化率與溫度的關系如圖
所示。p1、p2、p3 由小到大的順序為__________；溫度高于 T0 ℃
時，容器內發(fā)生的主要反應為____________( 填“Ⅰ”“Ⅱ”或
“Ⅰ和Ⅱ”)。
解析：反應Ⅰ是正反應氣體體積增大的反應，當溫度一定時，
增大壓強，反應Ⅰ平衡向逆反應方向即氣體體積減小的方向移動，
N2O 的轉化率降低，因此三者壓強由小到大的順序是 p1溫度高于 T0 ℃時，壓強改變對N2O的平衡轉化率基本無影響，反
應Ⅱ是反應前后氣體體積不變的反應，因此溫度高于T0 ℃時，容
器內主要發(fā)生的是反應Ⅱ。
答案：p1角度5 特殊圖像
【典例5】(2023 年德州模擬)CH4—CO2 重整反應能夠有效去
除大氣中的 CO2，是實現(xiàn)“碳中和”的重要途徑之一，發(fā)生的反
應如下：
重整反應　CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)　ΔH
積碳反應Ⅰ　2CO(g)===CO2(g)＋C(s)　ΔHⅠ＝－172 kJ·mol-1
積碳反應Ⅱ　CH4(g)===C(s)＋2H2(g)　ΔHⅡ＝＋75 kJ·mol-1
在恒壓、起始投料比
＝1的條件下，體系中含碳組分平
衡時的物質的量隨溫度變化關系曲線如圖所示。下列說法正確的
是(
)
A.重整反應的反應熱ΔH＝－247 kJ·mol-1
B.曲線 B 表示 CH4 平衡時物質的量隨溫度的變化
C.積碳會導致催化劑失活，降低 CH4 的平衡轉化率
D.低于 600 ℃時，降低溫度有利于減少積碳的量并去除 CO2
氣體
解析：重整反應的熱化學方程式＝Ⅱ－Ⅰ，對應的ΔH＝ΔHⅡ
－ΔHⅠ＝＋247 kJ·mol-1，所以重整反應和積碳反應Ⅱ均為吸熱反應，升高溫度CH4參與的反應平衡均正向移動，所以CH4平衡時物質的量隨溫度升高而降低，積碳反應Ⅰ生成CO2，積碳反應Ⅱ消耗CH4，所以平衡時CH4物質的量小于CO2，所以曲線B表示CH4，曲線A表示CO2，CO、C均作為生成物，所以曲線D表示C，則曲線C表示CO。綜上，曲線A表示CO2，曲線B表示CH4，曲線C表示CO，曲線D表示C。由上述分析可知，A錯誤，
B 正確；催化劑失活會導致反應速率降低，不會影響平衡轉化率，
C 錯誤；根據(jù)曲線 C，低于 600 ℃時，溫度升高，CO 增大，說明
反應以重整反應為主，消耗 CO2，生成 CO，而增多的 CO 會使積
碳反應Ⅰ正向移動，導致 C 增多，反之，降低溫度會導致積碳的
量減少，同時 CO2 增多，不利于去除 CO2 氣體，D 錯誤。
答案：B
[思維建模]
1.特殊圖像類型的解題步驟
(1)看清坐標所代表的意義，如反應時間、投料比值、催化劑
的選擇、轉化率等；
(2)抓住圖像中的關鍵點(常為最高點、最低點、拐點)、看清曲
線的變化趨勢；
(3)將特殊圖像轉化為常規(guī)圖像；
(4)運用化學平衡知識進行解答。
2.特殊平衡圖像題解題角度
(1)曲線上的每個點是否都到達平衡
往往需要通過曲線的升降趨勢或斜率變化來判斷，如果還未
達到平衡則不能使用平衡移動原理，只有達到平衡以后的點才能
應用平衡移動原理。
(2)催化劑的活性是否受溫度的影響
不同的催化劑因選擇性不同受溫度的影響也會不同。一般來
說，催化劑的活性在一定溫度下最高，低于或高于這個溫度都會
下降。
(3)不同的投料比對產(chǎn)率造成的影響
可以根據(jù)“定一議二”的方法，根據(jù)相同投料比下溫度或壓
強的改變對產(chǎn)率的影響或相同溫度或壓強下改變投料比時平衡移
動的方向進行判斷，確定反應熱或反應前后氣體體積的變化。
[變式訓練 5](2023 年煙臺模擬)工業(yè)上用 C6H5Cl 和 H2S 的高
溫氣相反應制備苯硫酚(C6H5SH)，同時有副產(chǎn)物 C6H6 生成：
Ⅰ.C6H5Cl(g)＋H2S(g)
C6H5SH(g)＋HCl(g) ΔH1
使 C6H5Cl 和 H2S 按物質的量比 1∶1 進入反應器，定時測定
反應器尾端出來的混合氣體中各產(chǎn)物的量，得到單程收率
與溫度的關系如圖所示。
下列說法正確的是(　　)
A.ΔH1<0 ΔH2<0
B.反應Ⅰ的活化能較大
C.590 ℃以上，隨溫度升高，反應Ⅰ消耗 H2S 減少
解析：溫度大于 590 ℃時，隨溫度升高，苯硫酚的單程收率
降低，說明ΔH1<0，隨溫度升高，苯的單程收率增大，說明ΔH2>0，
A 錯誤；溫度較低時，苯的單程收率小，說明Ⅱ反應速率小，Ⅱ
的活化能較大，B錯誤；590 ℃以上，隨溫度升高，苯硫酚的單程
收率降低，反應Ⅰ消耗 H2S 減少，C 正確；設通入氯苯、H2S 的
物質的量各為 1 mol，645 ℃時，苯硫酚的單程收率為 20%、苯的
單程收率為 20%，則反應Ⅰ消耗 0.2 mol氯苯、0.2 mol H2S，生成
答案：C
苯硫酚0.2 mol、氯化氫0.2 mol；反應Ⅱ消耗0.2 mol氯苯、0.2 mol H2S，生成苯0.2 mol、氯化氫0.2 mol、S8 0.025 mol，容器中含有0.6 mol氯苯、0.6 mol H2S、苯硫酚0.2 mol、氯化氫0.4 mol；反應
[變式訓練 6]CO2 的回收和資源化對于實現(xiàn)“碳中和”具有重
要意義。CO2 催化加氫合成二甲醚是一種 CO2 轉化方法，其過程
中主要發(fā)生下列反應：
反應Ⅰ：CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)　
ΔH＝＋41.2 kJ·mol-1
反應Ⅱ：2CO2(g)＋6H2(g)===CH3OCH3(g)＋3H2O(g)　
ΔH＝－12.25 kJ·mol-1
(1)圖中表示 CO2 平衡轉化率的是曲線________(填“M”或
“N”)。
(2)溫度高于 300 ℃，曲線 N 隨溫度升高而上升的原因是____
________________________________________________________
________________________________________________________
_______________________________________________________。
解析：(1)反應Ⅰ是吸熱反應，溫度升高，平衡正向移動；反
應Ⅱ是放熱反應，溫度升高，該反應逆向移動，二甲醚的選擇性
降低，圖中表示 CO2 平衡轉化率的是曲線 N。(2)溫度高于 300 ℃，
二氧化碳轉化率隨溫度升高而上升的原因是以吸熱反應Ⅰ為主，
溫度升高，反應Ⅰ正向移動，二氧化碳轉化率升高。
答案：(1)N
(2)溫度高于 300 ℃，以吸熱反應Ⅰ為主，溫度升高，反應Ⅰ
正向移動，二氧化碳轉化率升高

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