热点突破四 化学反应速率与化学平衡图像解题方法

化学反应速率与化学平衡图像解题方法[突破方法]

1．化学平衡图像题的思维流程

2．解题步骤

3．解题技巧

(1)“定一议二”原则

在化学平衡图像中，了解纵轴、横轴和曲线所表示的三个物理量的意义。在确定横轴所表示的物理量后，讨论纵轴与曲线的关系，或在确定纵轴所表示的物理量后，讨论横轴与曲线的关系。

如反应2A(g)＋B(g)??2C(g)达到化学平衡时，A的平衡转化率与压强和温度的关系如图1所示[纵轴为A的平衡转化率(α)，横轴为反应温度(T)]。

定压看温度变化，升高温度曲线走势降低，说明A的转化率降低，平衡向逆反应方向移动，正反应是放热反应。

定温看压强变化，因为此反应是反应后气体体积减小的反应，压强增大，平衡向正反应方向移动，A的转化率增大，故p2>p1。

(2)“先拐先平数值大”原则

对于同一化学反应在化学平衡图像中，先出现拐点的反应先达到平衡状态，先出现拐点的曲线表示的温度较高(如图2所示，α表示反应物的转化率)或压强较大[如图3所示，φ(A)表示反应物A的体积分数]。

图2：T2>T1，正反应放热。

图3：p1

(3)三看分析法

一看反应速率是增大还是减小；二看v正、v逆的相对大小；三看化学平衡移动的方向。

例1[2017·河南郑州质检]一定条件下向某密闭容器中加入0.3 mol A、0.1 mol C和一定量的B三种气体，图甲表示各物质浓度随时间的变化，图乙表示反应速率随时间的变化，t2、t3、t4、t5时刻后各

改变一种条件，且改变条件均不同。若t4时刻改变条件是压强，则下列说法错误的是()

A．若t1＝15 s，则前15 s的平均反应速率v(C)＝0.004 mol·L－1·s －1

B．该反应的化学方程式为3A(g)??B(g)＋2C(g)

C．t2、t3、t5时刻改变的条件分别是升高温度、加入催化剂、增大反应物浓度

D．B的起始物质的量为0.04 mol

答案 C

解析由题图甲可知，15 s内c(C)由0.05 mol·L－1升高到0.11

mol·L－1，则有v(C)＝(0.11－0.05) mol·L－1

15 s＝0.004 mol·L

－1·s－1，A正

确。由题图甲可知，t1时刻达到平衡状态时，Δc(A)、Δc(C)分别为0.09 mol·L－1、0.06 mol·L－1，则A、C的化学计量数之比为3∶2；由题图乙可知，t4时刻改变压强，正、逆反应速率同等程度变化，说明反应前后气体总分子数相等，从而推知该反应为3A(g)??B(g)＋2C(g)，B 正确。t2时刻正、逆反应速率均增大，可能是升高温度；t3时刻正、逆反应速率均同等程度增大，可能是加入了催化剂；t5时刻正、逆反应速率均增大，不可能是仅增大反应物浓度引起的，C错误。起始时

加入0.1 mol C，此时c(C)＝0.05 mol·L－1，则容器容积为

0.1 mol 0.05 mol·L－

＝2 L；由题图甲可知，反应中消耗0.09 mol·L－1 A，则生成0.03 mol·L －1 B，故B的起始物质的量为0.05 mol·L－1×2 L－0.03 mol·L－1×2 L

＝0.04 mol，D正确。

例2[2017·山东济宁期末]氮和碳的化合物与人类生产、生活密切相关。

(1)在压强为0.1 MPa条件下，将CO和H2的混合气体在催化剂作用下转化为甲醇的反应为CO(g)＋2H2(g)??CH3OH(g)ΔH<0。

①下列有关叙述能说明该反应达到平衡状态的是________(填序号)。

a．混合气体的密度不再变化

b．CO和H2的物质的量之比不再变化

c．v正(H2)＝v逆(CH3OH)

d．CO在混合气体中的质量分数保持不变

②T1℃时，在一个容积为5 L的恒压容器中充入1 mol CO、2 mol H2，经过5 min达到平衡，CO的转化率为0.75，则T1℃时，CO(g)＋2H2(g)??CH3OH(g)的平衡常数K＝________。

③T1℃时，在容积为5 L的恒容容器中充入一定量的H2和CO，

反应达到平衡时CH3OH的体积分数与n(H2)

n(CO)

的关系如图甲所示。温

度不变，当n(H2)

n(CO)

＝2.5时，达到平衡状态，CH3OH的体积分数可能

是图像中的________点。

(2)用催化转化装置净化汽车尾气，装置中涉及的反应之一为2NO(g)＋2CO(g)??N2(g)＋2CO2(g)。

①探究上述反应中NO的平衡转化率与压强、温度的关系，得到如图乙所示的曲线。催化装置比较适合的温度和压强是________。

②测试某型号汽车在冷启动(冷启动指发动机水温低的情况下启动)时催化装置内CO和NO百分含量随时间变化曲线如图丙所示。则前10 s内，CO和NO百分含量无明显变化的原因是__________________________________。

答案(1)①ad②75③F

(2)①400 K、1 MPa②尚未达到催化剂工作温度(或尚未达到反应所需的温度)

解析(1)①恒压条件下进行反应CO(g)＋2H2(g)??CH3OH(g)，容器的容积不断变化，混合气体的总质量不变，则气体的密度不断变化，若混合气体的密度不再变化，则达到平衡状态，a正确；若按物质的量之比为1∶2 投入CO和H2的话，二者的物质的量之比一直不变，b错误；达到平衡时，v正(H2)＝2v逆(CH3OH)，c错误；CO 在混合气体中的质量分数保持不变，则n(CO)保持不变，该反应达到平衡状态，d正确。

②T1℃时，恒压容器中进行反应，经过5 min达到平衡，CO

的转化率为0.75，则平衡时混合气体的总物质的量为1.5 mol ；根据恒温恒压时，气体的体积之比等于其物质的量之比，此时容器的容积为5 L ×1.5 mol 3 mol

＝2.5 L ，则平衡时CO(g)、H 2(g)、CH 3OH(g)的浓度分别为0.1 mol·L －1、0.2 mol·L －1、0.3 mol·L －1，故T 1 ℃时，该反应

的平衡常数K ＝c (CH 3OH )c (CO )·c 2(H 2)＝0.30.1×0.22

＝75。 ③T 1 ℃时，图甲中C 点n (H 2)n (CO )＝2，n (H 2)n (CO )

由2变为2.5，相当于增加H 2的量，平衡正向移动，根据勒夏特列原理分析可知，n (CH 3OH)增加量小于n 总(气体)的增加量，则CH 3OH 的体积分数减小，故图中F 点符合要求。

(2)①由图乙可知，在压强一定时，温度越低，NO 的平衡转化率越高，故应选用400 K 下进行反应；在400 K 时，增大压强，NO 的平衡转化率变化不大，故可选用较低压强下进行反应，降低对设备的要求，可选用压强为1 MPa 的条件。

②汽车在冷启动时，发动机水温低，催化装置中催化剂未达到其理想的工作温度，反应2NO(g)＋2CO(g)??N 2(g)＋2CO 2(g)进行的程度较小，故CO 和NO 百分含量无明显变化。

1．对于可逆反应A(g)＋2B(g)??2C(g) ΔH >0，下列图像中，正确的是( )

答案 A

解析该反应的正反应为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，A%减小，A正确；该反应的正反应为吸热反应，升高温度，v(正)、v(逆)均增大，平衡正向移动，则v(正)>v(逆)，B错误；升高温度，反应速率加快，达到平衡的时间缩短，C错误；平衡后，增大压强，v(正)、v(逆)均增大，平衡正向移动，则v(正)>v(逆)，D错误。

2．下列叙述与图像相对应的是()

A．图(1)是N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g)的化学平衡图像，在t0时刻充入一定量的NH3，平衡逆向移动

B．图(2)中p2>p1，T1>T2

C．图(3)表示的化学方程式为2A===B＋3C

D．图(4)对应反应2X(g)＋3Y(g)??2Z(g)ΔH<0，y可以表示Y 的百分含量

答案 B

解析在t0时刻充入一定量的NH3，v′(正)应与平衡点相连，A 项错误；由先拐先平知p2>p1，T1>T2，B项正确；图(3)表示的是可逆反应，C项错误；温度升高，平衡逆向移动，Y的百分含量将增大，D项错误。

化学反应速率与化学平衡图像解题方法

专题训练

1.对于可逆反应2A(g)＋B(g)??2C(g)ΔH<0，下列图像表示正确的是()

答案 C

解析使用催化剂不会影响平衡，只能缩短达到平衡的时间，A 项错误；温度升高，平衡逆向移动，A的转化率会降低，B项错误；温度越高，化学反应速率越快，达到平衡所用时间最短升高温度，平衡逆向移动，C的体积分数降低，C项正确；平衡常数只与温度有关，D项错误。

2.在恒容密闭容器中通入X并发生反应：2X(g)??Y(g)，温度T1、T2下X的物质的量浓度c(X)随时间t变化的曲线如图所示，下列叙述正确的是()

A ．该反应进行到M 点放出的热量大于进行到W 点放出的热量

B ．T 2下，在0～t 1时间内，v (Y)＝a －b t 1

mol·L －1·min －1 C ．M 点的正反应速率v 正大于N 点的逆反应速率v 逆

D ．M 点时再加入一定量X ，平衡后X 的转化率减小

答案 C

解析 依据题中图示，可看出T 1>T 2，由于T 1时X 的平衡浓度大，可推出该反应为放热反应。A 项，M 点与W 点比较，X 的转化量前者小于后者，故进行到M 点放出的热量应小于进行到W 点放出的热量，A 项错误；B 项，2v (Y)＝v (X)＝a －b t 1

mol·L －1·min －1，B 项错误；C 项，T 1>T 2且M 点的Y 的浓度大于N 点的，故M 点v 逆大于N 点v 逆，而M 点v 正＝v 逆，所以M 点v 正大于N 点v 逆，C 项正

确；D 项，恒容时充入X ，压强增大，平衡正向移动，X 的转化率增大，D 项错误。

3．[2017·安徽合肥教学质量检测]在密闭容器中进行反应：X(g)＋2Y(g)??2Z(g) ΔH >0。下图能正确表示该反应有关物理量变化规律的是( )

答案 C

解析正反应吸热，升高温度平衡向正反应方向移动，正反应速率大于逆反应速率，A错误；正反应吸热，升高温度平衡向正反应方向移动，Z的含量升高，B错误；升高温度或增大压强，平衡均向正反应方向进行，X的转化率升高，C正确；平衡常数只与温度有关，温度不变，平衡常数为定值，D错误。

4．[2017·惠州调研]在 2 L密闭容器中进行反应C(s)＋H2O(g)??CO(g)＋H2(g)ΔH>0，测得c(H2O)随反应时间(t)的变化如

图所示。下列判断正确的是()

A．0～5 min内，v(H2)＝0.05 mol·L－1·min－1

B．5 min时该反应的K值一定小于12 min时的K值

C．10 min时，改变的外界条件可能是减小压强

D．5 min时该反应的v(正)大于11 min时的v(逆)

答案 B