1、核心素养微专题核心素养微专题 化学反应速率和平衡图象的分析化学反应速率和平衡图象的分析 1.1.化学反应速率平衡图象的基本类型化学反应速率平衡图象的基本类型 (1)速率-时间图象 此类图象定性揭示了v(正)、v(逆)随时间(含条件改变对化学反应速率的影响) 变化规律,体现了平衡的“动、等、定、变”的基本特征,以及平衡移动方向等。 反应 N2(g)+3H2(g)2NH3(g) HT1,正反应是放热反应,温度升高,平衡逆向移动。 .表示p2p1,压强增大,A 的转化率减小,平衡逆向移动。 说明正反应是气体总体 积增大的反应。 .生成物 C 的百分含量不变,说明平衡不发生移动,但反应速率 ab,故
2、a 可能使 用了催化剂;也可能该反应是反应前后气体总体积不变的可逆反应,a 增大了压 强(压缩体积)。 2.2.解题方法解题方法“三看两原则”“三看两原则” 3.3.思维建模思维建模解题四步骤解题四步骤 【典例】(2019全国卷改编)环戊二烯容易发生聚合生成二聚体,该反应为可 逆反应。 不同温度下,溶液中环戊二烯浓度与反应时间的关系如图所示,下列说法 正确的是 ( ) T1T2 a 点的反应速率小于 c 点的反应速率 a 点的正反应速率大于 b 点的逆反应速率 b 点时二聚体的浓度为 0.45 molL -1 A. B. C. D. 【思维建模】解答速率平衡图象的思维流程一般为 【解析】选 D
3、。由图知虚线对应的速率快,对应温度高,则T2T1,错误;由T2(c 点)T1(a 点),但环戊二烯的浓度 a 点大于 c 点,则 a 点、c 点的速率大小无法确 定,错误;a 点、b 点的温度相同,环戊二烯的浓度 a 点大于 b 点,则 a 点的正反 应速率大于 b 点的正反应速率,b 点没有达到平衡状态,则 b 点的正反应速率大于 b 点的逆反应速率,正确;b 点时环戊二烯的浓度减少 0.9 molL -1,则 b 点时二 聚体的浓度为 0.45 molL -1,正确。 1.以 CO2和 NH3为原料可合成尿素,反应为 2NH3(g)+CO2(g) CO(NH2)2(s)+H2O(g)。达到
4、平衡时,NH3的转化率随温度变化的情况如下图。 下列说法不正确的是 ( ) A.该反应的 Hy2 C.若y表示反应起始时的水碳比,则y1y2 D.在恒温恒容(2L)的容器和绝热恒容(2L)容器中,分别加入 2mol NH3(g)和 1mol CO2(g),达到平衡时,恒温恒容体系中氨气的转化率大于绝热恒容体系中氨气的 转化率 【解析】选 C。由图象可知,氨气的转化率随温度的升高而降低,因此,该反应是 放热反应,A 项正确;正反应方向为压强减小的变化,因此压强越大,平衡越正向 移动,氨气的转化率越高,所以y1y2,B 项正确;起始时的水碳比越小,代 表起始时 CO2越多,则氨气的转化率越高,因此
5、y17,+2 价铁更难被氧化 C.由、推测,FeCl2被 O2氧化的反应为放热反应 D.60 、pH=2.5 时, 4 h 内 Fe 2+的平均消耗速率大于 0.15a molL-1h-1 【解析】选 D。由、可知, pH 越小,+2 价铁氧化速率越快,故 A 错误;若 pH7,FeCl2变成 Fe(OH)2,Fe(OH)2非常容易被氧化成 Fe(OH)3,故 B 错误;由、 推测,升高温度,相同时间内+2 价铁的氧化率增大,升高温度+2 价铁的氧化速率 加快,由图中数据不能判断反应的热效应,故 C 错误;50 、pH=2.5 时,4 h 内 Fe 2+ 的氧化率是 60%,即消耗 0.6a
6、mol L -1,4 h 内平均消耗速率等于 0.15a mol L-1 h-1, 温度升高到 60 、pH=2.5 时,+2 价铁的氧化率速率加快,4 h 内 Fe 2+的平均消耗 速率大于 0.15a molL -1h-1。 3.已知可逆反应 X(g)+2Y(g)Z(g) Hp(Q) D.若起始时,在容器中充入 0.25 mol Cl2和 0.25 mol H2O(g),300 达平衡时 容器中c(HCl)=0.1 molL -1 【解析】选 C。图象中 HCl 转化率随温度升高而减小,说明升温平衡逆向移动,正 反应为放热反应,Hp(Q),故 C 正确;若起始时,在 0.5 L 容器中只充
7、入 0.25 mol Cl2和 0.25 mol H2O(g),等效于在 0.5 L 容器中充入 0.5 mol HCl 和 0.125 mol O2,充 入的 HCl 和 O2物质的量为容器的两倍,相当于在容器的基础上增大压强,将 体积缩小为原来的 ,增大压强平衡正向移动,300 达到平衡时 0.1 molL -1 T1,则 Hc+d,S” “T1,随着温度的升高,甲烷的物质的 量增加,说明升高温度,平衡向逆反应方向移动,即正反应方向 H0;前 10 min,消耗甲烷的物质的量为(0.4-0.3)mol=0.1 mol,即消耗 NO2的物质的量为 20.1 mol=0.2 mol,根据化学反
8、应速率的表达式,v(NO2)=;使用催 化剂,只加快反应速率,对化学平衡无影响,A 错误;正反应方向是放热反应,升高 温度平衡向逆反应方向移动,NO2的转化率降低,但化学反应速率加快,B 错误;缩 小容器的体积,相当于增大压强,平衡向逆反应方向进行,NO2的转化率降低,但反 应速率加快,C 错误;增加 CH4的浓度,平衡向正反应方向移动,NO2的转化率增大, 化学反应速率加快,D 正确。 答案: T1” “”或“=”)。 若达到化学平衡状态 A 时,容器的体积为 20 L。如果反应开始时仍充入 10 mol CO 和 20 mol H2,则在平衡状态 B 时容器的体积V(B)=_L。 【解析】
9、(1)已知2CH4(g)+O2(g)2CO(g)+4H2(g) H=a kJmol -1, CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) H=b kJmol -1,则根据盖斯定律可知+2 可 得到 2CH4(g)+O2(g)2CH3OH(g) H=(a+2b) kJmol -1。 (2)用甲醇表示的反应速率v=0.75 molL -110 min=0.075 molL-1min-1,CO 表示的反应速率等于用甲醇表示的反应速率,即 0.075 molL -1min-1;化学平衡 常数是在一定条件下,当可逆反应达到平衡状态时,生成物浓度的幂之积和反应 物 浓 度 的 幂 之 积 的 比 值 , 所
10、以 根 据 方 程 式 可 知 平 衡 常 数 表 达 式 为 K=。 (3)氢气的消耗速率等于 CH3OH 的生成速率的 2 倍,不能说明正、逆反应速率相 等,不一定平衡,A 错误;氢气的体积分数不再改变是化学平衡的特征,达到了平 衡,B 正确;体系中氢气的转化率和 CO 的转化率相等,不能说明正、逆反应速率相 等,不一定平衡,C 错误;体系中气体的平均摩尔质量等于气体质量和物质的量的 比值,物质的量变化,质量不变,所以当体系中气体的平均摩尔质量不再改变,证 明达到了平衡,D 正确。 正反应方向为气体体积减小的方向,T1 时比较 CO 的转化率,转化率越大,则 压强越大,图象中pB转化率大于pA,可知pApB。 利用 A 点可得平衡常数K=4,温度不变,平衡常数不变。A、B 两状 态温度相同,即化学平衡常数相等,且 B 点时 CO 的转化率为 0.8, 则 CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) 起始(mol): 10 20 0 转化(mol): 8 16 8 平衡(mol): 2 4 8 设体积为V L,则有K=4, 解得V=4,即V(B)=4 L。 答案:(1)2CH4(g)+O2(g)2CH3OH(g) H=(a+2b) kJmol -1 (2)0.075 molL -1min-1 (3)AC 4
