资源简介

(共57张PPT)
微专题七　化学反应速率和平衡图像的综合应用
第七章
化学反应速率与化学平衡
[专题精讲]
(一)速率平衡图像的解题步骤
(二)速率平衡图像的类型及特点
1.速率—时间图像(v-t 图像)
解题关键：“三步分析法”。即一看反应速率是增大还是减
小；二看v正、v逆的相对大小；三看化学平衡的移动方向。分清正
反应速率、逆反应速率的相对大小，分清“突变”和“渐变”；
熟记浓度、温度、压强、催化剂等对化学平衡移动的影响规律；
正确判断化学平衡的移动方向。
Ⅰ.正反应速率突变，逆反应速率渐变，v正′>v逆′，说明是增大
了反应物的浓度，使正反应速率突变，且平衡正向移动。
Ⅱ.v正、v逆都是突然减小的，v正′>v逆′，平衡正向移动，说明
该反应的正反应可能是放热反应或气体总体积增大的反应，改变
的条件是降低温度或减小压强。
Ⅲ.v正、v逆都是突然增大的，并且 v正、v逆增大程度相同，说
明该化学平衡没有发生移动，可能是使用了催化剂，也可能是对
反应前后气体总体积不发生变化的反应增大压强(压缩体积)所致。
【注意】判断平衡移动方向，根据 v正′、v逆′的相对大小，判
断改变的是哪种外界条件。即看改变条件的那一时刻 v正′、v逆′的
变化，若 v正′或 v逆′有一个在原平衡未变则为改变浓度；若两个都
发生了“突变”，则为改变温度或压强；若两个都发生了“突变”
且仍然相等，则为加入催化剂或等体积反应改变压强。
2.百分含量(或转化率)—时间—温度(或压强)图像
解题关键：“先拐先平数值大”，即先出现拐点的反应先达
到平衡，先出现拐点的曲线表示的温度较高、压强较大或使用了
催化剂。
Ⅰ.T2>T1，温度升高，平衡逆向移动，正反应是放热反应。
Ⅱ.p2>p1，压强增大，A(反应物)的转化率减小，说明正反应
是气体总体积增大的反应。
Ⅲ.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 a>b，故 a 可能是使用了催化剂；若该反应是反应前后气体总
体积不变的可逆反应，a 也可能是增大了压强(压缩体积)。
3.恒压(或恒温)线(α表示反应物的转化率，n 表示反应物的平
衡物质的量)
解题关键：“定一议二”，即化学平衡图像包括纵坐标、横
坐标和曲线所表示的三个变量，分析时先把自变量(温度、压强)
之一设为定量，再讨论另外两个变量之间的关系，再依据外界条
件对平衡的影响规律判断反应的热效应及反应前后气体体积的变
化。
Ⅰ.若 p1>p2>p3，压强增大，反应物的转化率增大，平衡向正
反应方向移动，故正反应为气体体积减小的反应；温度升高，反
应物的转化率减小，平衡向逆反应方向移动，故正反应为放热反
应。
Ⅱ.若 T1>T2，温度升高，反应物的物质的量增大，平衡向逆
反应方向移动，故正反应为放热反应；压强增大，反应物的物质
的量增大，平衡向逆反应方向移动，故正反应为气体体积增大的
反应。
4.物质的量(浓度)—时间图像[n(c)-t 图像]
解题关键：各物质的 n 或 c 不随时间变化时达到平衡状态，
根据起始量和平衡量求出转化量，各物质的转化量之比等于化学
计量数之比，可以得出化学方程式中的化学计量数。
例如：在 2 L 密闭容器中，某一反应有关物质 A(g)、B(g)、
C(g)的物质的量变化随时间变化如图所示。
①横坐标表示反应过程中时间变化，纵坐标表示反应过程中
物质的物质的量的变化。
②在反应达2 min时，正反应速率与逆反应速率相等，反应达
到平衡状态。
③该反应的化学方程式为 3A(g)＋B(g)
2C(g)。
④若用 A 物质的量浓度的变化表示反应达平衡(2 min)时的正
反应速率是 0.15 mol·L-1·min-1。
5.反应过程中特定组分含量变化图像
(1)对于化学反应 mA(g)＋nB(g)
pC(g)＋qD(g)，
解题关键：平衡点前看反应速率大小，平衡点后看平衡受温
度的影响情况。
①M 点前，表示化学反应从反应物开始到建立平衡的过程，
v正>v逆；
②M 点为刚达到平衡点，v正＝v逆；
③M 点后为平衡受温度的影响情况，即升高温度，A 的百分
含量增加或 C 的百分含量减少，平衡向逆反应方向移动，故正反
应为放热反应。
(2)对于化学反应 mA(g)＋nB(g)
pC(g)＋qD(g)，
解题关键：根据点与平衡点的相对位置判断正、逆反应速率
大小。
①L 线上所有的点都是平衡点，v正＝v逆；
②L 线的左上方(E 点)，A 的百分含量大于此压强时平衡体系
中 A 的百分含量，E 点必须向正反应方向移动才能达到平衡状态，
故 E 点：v正>v逆；
③L 线的右下方(F 点)，A 的百分含量小于此压强时平衡体系
中 A 的百分含量，F 点必须向逆反应方向移动才能达到平衡状态，
故 F 点：v正[典例精析]
角度1 速率—时间图像
【典例1】“绿水青山就是金山银山”，为了践行这一理念，
国家加大了对氮氧化物排放的控制力度。用活性炭还原处理氮氧
化物的有关反应为 C(s)＋2NO(g)
CO2(g)＋N2(g)
ΔH<0。向容
积可变的密闭容器中加入(足量的)活性炭和 NO，在 t2 时刻改变某
一条件，其反应的速率—时间图像如图所示。下列说法正确的是
(
)
A.给该反应升温，v正减小，v逆增大
B.t2 时刻改变的条件是向密闭容器中加 NO
C.t1 时刻的 v逆大于 t2 时刻的 v正
D.若气体的密度不变，不能说明该反应达到平衡
解析：升高温度，任何反应的反应速率均增大，故给该反应
升温，v正增大，v逆增大，A 错误；由图像可知，压强一定条件下，
t2 时刻改变条件以后，逆反应速率突然减小，达到新平衡时，与原
反应速率相同，故改变的条件是向密闭容器中加NO，B 正确；由
B 项分析可知，t2 时刻改变的条件是向密闭容器中加NO，正反应
速率增大，逆反应速率减小，则 t1 时刻的 v逆小于 t2 时刻的 v正，
C 错误；由题干反应方程式可知，反应前后气体的物质的量保持
不变，即恒温下容器的体积保持不变，反应正向气体质量增加，
故若气体的密度不变，则气体质量不变，说明该反应达到平衡，
D 错误。
答案：B
[思维建模]捕捉图像中的五个关键点
[变式训练 1]对于达到平衡的可逆反应：X＋Y
W＋Z，其
他条件不变时，增大压强，正、逆反应速率变化的情况如图所示。
)
下列对 X、Y、W、Z 四种物质状态的描述正确的是(
A.W、Z 均为气体，X、Y 中只有一种为气体
B.X、Y 均为气体，W、Z 中只有一种为气体
C.X、Y 或 W、Z 中均只有一种为气体
D.X、Y 均为气体，W、Z 均为液体或固体
解析：由图像可知，增大压强，正、逆反应速率都加快，但
正反应速率增大的程度大于逆反应速率增大的程度，可见化学平
衡向正反应方向移动，即正反应是一个气体体积缩小的反应。即
X、Y 均为气体，W、Z 中只有一种是气体，B 正确。
答案：B
角度2 物质的量(或浓度)、百分含量(或转化率)变化图像
【典例2】(2023年张家口模拟)某实验探究小组研究 25 ℃时
N2O5 的分解反应：2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)。该小组根据表格
中的实验数据绘制 c-t 图像如图所示。下列说法正确的是(
)
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.曲线Ⅰ是 N2O5 的浓度变化曲线
B.曲线Ⅱ是 O2 的浓度变化曲线
C.在 0～1 min、1～2 min 两个时间段里，化学反应速率最快
的是 0～1 min
D.只增大容器体积，化学反应速率增大
解析：曲线Ⅰ的初始浓度为 0，是 O2 的浓度变化曲线，A 错
误；曲线Ⅱ的初始浓度为 0.160 mol·L-1，是 N2O5 的浓度变化曲线，
B 错误；在 0～1 min、1～2 min 两个时间段里，氧气浓度的变化
量分别是0.023 mol·L-1、0.04 mol·L-1－0.023 mol·L-1＝0.017 mol·L-1，
化学反应速率最快的是 0～1 min，C 正确；只增大容器体积，压
强减小，化学反应速率减小，D 错误。
答案：C
[变式训练 2]恒容密闭容器中存在下列平衡：
CO(g)＋H2O(g)
CO2(g)＋H2(g)。CO2(g)的平衡
物质的量浓度 c(CO2)与温度 T 的关系如图所示。
下列说法错误的是(
)
A.在 T2 ℃时，若反应进行到状态 D，则一定有 v正B.平衡状态 A 与 C 相比，平衡状态 A 的 c(CO)小
C.若 T1 ℃、T2 ℃时的平衡常数分别为 K1、K2，则 K1D.反应 CO(g)＋H2O(g)
CO2(g)＋H2(g)的ΔH>0
解析：由图可知，曲线上的点为平衡点，T2 ℃时，D→B减少
二氧化碳的浓度可达到平衡浓度，则平衡逆向移动，v 正A 正确；由图可知，温度越高，二氧化碳的含量越大，则正反应
为吸热反应，平衡状态 A 与 C 相比，温度不同，升高温度平衡正
向移动，c(CO)减小，则平衡状态 C 的 c(CO)小，B 错误；温度升
高，平衡正向移动，K 增大，可知若 T1、T2 时的平衡常数分别为
K1、K2，则K1ΔH>0，D 正确。
答案：B
角度 3 含量—时间—温度(压强)
【典例3】已知可逆反应：4NH3(g)＋5O2(g)
4NO(g) ＋
6H2O(g)
ΔH＝－1025 kJ·mol-1。若反应物起始物质的量相同，下
列关于该反应的示意图不正确的是(
)
A
B
C
D
解析：升高温度，平衡向逆反应方向移动，平衡时一氧化氮
的含量小，且达到平衡时需要的时间短，A 正确，D 错误；增大
压强，平衡向逆反应方向移动，平衡时一氧化氮的含量小，且达
到平衡时需要的时间短，B 正确；有无催化剂只影响到达平衡状
态的时间，不影响平衡移动，C 正确。
答案：D
[变式训练 3]已知某可逆反应 mA(g)＋nB(g)
pC(g)在密闭
容器中进行，如图表示在不同反应时间(t)时，温度(T)和压强(p)与
反应物 B 在混合气体中的体积分数[φ(B)]的关系曲线，由曲线分
析，下列判断正确的是(
)
A.T1p2，m＋n>p，放热反应
B.T1>T2，p1p，吸热反应
C.T1p2，m＋nD.T1>T2，p1解析：由图可知，压强一定时，温度T1先达到平衡，故T1>T2，
升高温度，B 在混合气体中的体积分数减小，说明平衡正向移动，
正反应为吸热反应；温度一定时，压强 p2 先达到平衡，故 p1增大压强，B 在混合气体中的体积分数增大，说明平衡逆向移动，
正反应为气体体积增大的反应，则 m＋n答案：D
角度4 恒压(或恒温)线
【典例4】反应 mA(g)＋nB(g)
eC(g)＋fD(s)
ΔH。若按
反应物的化学计量数比投料，在一定条件下进行反
应，该反应达到平衡时 C 的体积分数与温度、压强
的关系如图所示。下列叙述中正确的是(
)
A.该反应的ΔH>0
B.该化学方程式中 m＋nC.加入催化剂可增大正反应速率，逆反应速率不变
D.向平衡后的恒压容器中再充入一定量 C，达到新平衡时，
C的浓度与原平衡时的相同
解析：当压强不变时，温度越高，平衡时 C 的体积分数越小，
故ΔH<0，A 错误；当温度不变时，增大压强，平衡向气体分子数
减小的方向进行，由图可知，当温度不变时，压强越大，平衡时C
的体积分数越大，又因为 D 是固体，故该化学方程式中 m＋n>e，
B 错误；加入催化剂，正、逆反应速率都增大，并且增大的倍数
相同，C 错误；恒压条件下开始按反应物的化学计量数比投料，
在一定条件下进行反应，平衡后向恒压容器中再充入一定量 C，
再次达到新平衡时，这两次平衡等效，故 C 的浓度与原平衡时的
相同，D 正确。
答案：D
[思维建模]图像信息加工处理的角度
[变式训练 4]氮、碳氧化物的无害化处理是研究的热点。一
定条件下 N2O 发生如下反应：
Ⅰ.2N2O(g)
2N2(g)＋O2(g)
Ⅱ.N2O(g)＋CO(g)
N2(g)＋CO2(g)
在不同压强的密闭容器中，分别充入 1 mol N2O 和 1 mol CO，
发生反应Ⅰ和反应Ⅱ，测得 N2O 的平衡转化率与温度的关系如图
所示。p1、p2、p3 由小到大的顺序为__________；温度高于 T0 ℃
时，容器内发生的主要反应为____________( 填“Ⅰ”“Ⅱ”或
“Ⅰ和Ⅱ”)。
解析：反应Ⅰ是正反应气体体积增大的反应，当温度一定时，
增大压强，反应Ⅰ平衡向逆反应方向即气体体积减小的方向移动，
N2O 的转化率降低，因此三者压强由小到大的顺序是 p1温度高于 T0 ℃时，压强改变对N2O的平衡转化率基本无影响，反
应Ⅱ是反应前后气体体积不变的反应，因此温度高于T0 ℃时，容
器内主要发生的是反应Ⅱ。
答案：p1角度5 特殊图像
【典例5】(2023 年德州模拟)CH4—CO2 重整反应能够有效去
除大气中的 CO2，是实现“碳中和”的重要途径之一，发生的反
应如下：
重整反应　CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)　ΔH
积碳反应Ⅰ　2CO(g)===CO2(g)＋C(s)　ΔHⅠ＝－172 kJ·mol-1
积碳反应Ⅱ　CH4(g)===C(s)＋2H2(g)　ΔHⅡ＝＋75 kJ·mol-1
在恒压、起始投料比
＝1的条件下，体系中含碳组分平
衡时的物质的量随温度变化关系曲线如图所示。下列说法正确的
是(
)
A.重整反应的反应热ΔH＝－247 kJ·mol-1
B.曲线 B 表示 CH4 平衡时物质的量随温度的变化
C.积碳会导致催化剂失活，降低 CH4 的平衡转化率
D.低于 600 ℃时，降低温度有利于减少积碳的量并去除 CO2
气体
解析：重整反应的热化学方程式＝Ⅱ－Ⅰ，对应的ΔH＝ΔHⅡ
－ΔHⅠ＝＋247 kJ·mol-1，所以重整反应和积碳反应Ⅱ均为吸热反应，升高温度CH4参与的反应平衡均正向移动，所以CH4平衡时物质的量随温度升高而降低，积碳反应Ⅰ生成CO2，积碳反应Ⅱ消耗CH4，所以平衡时CH4物质的量小于CO2，所以曲线B表示CH4，曲线A表示CO2，CO、C均作为生成物，所以曲线D表示C，则曲线C表示CO。综上，曲线A表示CO2，曲线B表示CH4，曲线C表示CO，曲线D表示C。由上述分析可知，A错误，
B 正确；催化剂失活会导致反应速率降低，不会影响平衡转化率，
C 错误；根据曲线 C，低于 600 ℃时，温度升高，CO 增大，说明
反应以重整反应为主，消耗 CO2，生成 CO，而增多的 CO 会使积
碳反应Ⅰ正向移动，导致 C 增多，反之，降低温度会导致积碳的
量减少，同时 CO2 增多，不利于去除 CO2 气体，D 错误。
答案：B
[思维建模]
1.特殊图像类型的解题步骤
(1)看清坐标所代表的意义，如反应时间、投料比值、催化剂
的选择、转化率等；
(2)抓住图像中的关键点(常为最高点、最低点、拐点)、看清曲
线的变化趋势；
(3)将特殊图像转化为常规图像；
(4)运用化学平衡知识进行解答。
2.特殊平衡图像题解题角度
(1)曲线上的每个点是否都到达平衡
往往需要通过曲线的升降趋势或斜率变化来判断，如果还未
达到平衡则不能使用平衡移动原理，只有达到平衡以后的点才能
应用平衡移动原理。
(2)催化剂的活性是否受温度的影响
不同的催化剂因选择性不同受温度的影响也会不同。一般来
说，催化剂的活性在一定温度下最高，低于或高于这个温度都会
下降。
(3)不同的投料比对产率造成的影响
可以根据“定一议二”的方法，根据相同投料比下温度或压
强的改变对产率的影响或相同温度或压强下改变投料比时平衡移
动的方向进行判断，确定反应热或反应前后气体体积的变化。
[变式训练 5](2023 年烟台模拟)工业上用 C6H5Cl 和 H2S 的高
温气相反应制备苯硫酚(C6H5SH)，同时有副产物 C6H6 生成：
Ⅰ.C6H5Cl(g)＋H2S(g)
C6H5SH(g)＋HCl(g) ΔH1
使 C6H5Cl 和 H2S 按物质的量比 1∶1 进入反应器，定时测定
反应器尾端出来的混合气体中各产物的量，得到单程收率
与温度的关系如图所示。
下列说法正确的是(　　)
A.ΔH1<0 ΔH2<0
B.反应Ⅰ的活化能较大
C.590 ℃以上，随温度升高，反应Ⅰ消耗 H2S 减少
解析：温度大于 590 ℃时，随温度升高，苯硫酚的单程收率
降低，说明ΔH1<0，随温度升高，苯的单程收率增大，说明ΔH2>0，
A 错误；温度较低时，苯的单程收率小，说明Ⅱ反应速率小，Ⅱ
的活化能较大，B错误；590 ℃以上，随温度升高，苯硫酚的单程
收率降低，反应Ⅰ消耗 H2S 减少，C 正确；设通入氯苯、H2S 的
物质的量各为 1 mol，645 ℃时，苯硫酚的单程收率为 20%、苯的
单程收率为 20%，则反应Ⅰ消耗 0.2 mol氯苯、0.2 mol H2S，生成
答案：C
苯硫酚0.2 mol、氯化氢0.2 mol；反应Ⅱ消耗0.2 mol氯苯、0.2 mol H2S，生成苯0.2 mol、氯化氢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、氯化氢0.4 mol；反应
[变式训练 6]CO2 的回收和资源化对于实现“碳中和”具有重
要意义。CO2 催化加氢合成二甲醚是一种 CO2 转化方法，其过程
中主要发生下列反应：
反应Ⅰ：CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)　
ΔH＝＋41.2 kJ·mol-1
反应Ⅱ：2CO2(g)＋6H2(g)===CH3OCH3(g)＋3H2O(g)　
ΔH＝－12.25 kJ·mol-1
(1)图中表示 CO2 平衡转化率的是曲线________(填“M”或
“N”)。
(2)温度高于 300 ℃，曲线 N 随温度升高而上升的原因是____
________________________________________________________
________________________________________________________
_______________________________________________________。
解析：(1)反应Ⅰ是吸热反应，温度升高，平衡正向移动；反
应Ⅱ是放热反应，温度升高，该反应逆向移动，二甲醚的选择性
降低，图中表示 CO2 平衡转化率的是曲线 N。(2)温度高于 300 ℃，
二氧化碳转化率随温度升高而上升的原因是以吸热反应Ⅰ为主，
温度升高，反应Ⅰ正向移动，二氧化碳转化率升高。
答案：(1)N
(2)温度高于 300 ℃，以吸热反应Ⅰ为主，温度升高，反应Ⅰ
正向移动，二氧化碳转化率升高

展开更多......

收起↑