第46講化學反應速率、化學平衡的常規圖像1.系統掌握速率、平衡圖像的分析方法。2．加深對勒夏特列原理的理解。類型一類型二類型三類型一類型一瞬時速率—時間圖像1.“漸變”類速率—時間圖像圖像分析結論t1時v′正突然增大，v′逆逐漸增大；v′正＞v′逆，平衡向正反應方向移動t1時其他條件不變，__________________t1時v′正突然減小，v′逆逐漸減小；v′逆＞v′正，平衡向逆反應方向移動t1時其他條件不變，減小反應物的濃度增大反應物的濃度t1時v′逆突然增大，v′正逐漸增大；v′逆＞v′正，平衡向逆反應方向移動t1時其他條件不變，________________t1時v′逆突然減小，v′正逐漸減??；v′正＞v′逆，平衡向正反應方向移動t1時其他條件不變，減小生成物的濃度增大生成物的濃度2.“斷點”類速率—時間圖像圖像t1時刻所改變的條件溫度____降低升高降低正反應為____反應正反應為吸熱的反應壓強____減小增大減小正反應為氣體物質的量____的反應正反應為氣體物質的量減小的反應升高放熱增大增大3.特殊“斷點”速率—時間圖像t1時刻改變的條件是____________或可能________(僅適用于反應前后氣體物質的量不變的反應)。使用催化劑加壓4．反應進程類速率—時間圖像Zn與足量鹽酸的反應，化學反應速率隨時間的變化出現如圖所示情況。(1)AB段(v增大)反應放熱，溶液溫度逐漸升高，v增大；(2)BC段(v減小)溶液中c(H＋)逐漸減小，v減小。【教考銜接】例

[2021·湖南卷，11改編]已知：A(g)＋2B(g)?3C(g)

ΔH＜0，向一恒溫恒容的密閉容器中充入1molA和3molB發生反應，t1時達到平衡狀態I，在t2時改變某一條件，t3時重新達到平衡狀態Ⅱ，正反應速率隨時間的變化如圖所示。下列說法正確的是________。a．容器內壓強不變，表明反應達到平衡b．t2時改變的條件：向容器中加入Cc．平衡時A的體積分數φ：φ(Ⅱ)＞φ(Ⅰ)d．平衡常數K：K(Ⅱ)＜K(Ⅰ)bc解析：容器內發生的反應為A(g)＋2B(g)?3C(g)，該反應是氣體分子數不變的可逆反應，所以在恒溫恒容條件下，氣體的壓強始終保持不變，則容器內壓強不變，不能說明反應達到平衡狀態，a錯誤；根據圖像變化曲線可知，t2～t3過程中，t2時v′正瞬間不變，平衡過程中不斷增大，則說明反應向逆反應方向移動，且不是“突變”圖像，屬于“漸變”過程，所以排除溫度與催化劑等影響因素，改變的條件為：向容器中加入C，b正確；最初加入體系中的A和B的物質的量的比值為1∶3，當向體系中加入C時，平衡逆向移動，最終A和B各自物質的量增加的比例為1∶2，因此平衡時A的體積分數φ(Ⅱ)>φ(Ⅰ)，c正確；平衡常數K與溫度有關，因該反應在恒溫條件下進行，所以K保持不變，d錯誤?！緦c演練】1．可逆反應2SO2(g)＋O2(g)?2SO3(g)在一定條件下達到平衡狀態。在t1時刻改變某一條件，化學反應速率與反應時間的關系如圖所示。下列說法正確的是(

)A．維持溫度、反應體系容積不變，t1時充入SO3(g)B．維持溫度、壓強不變，t1時充入SO3(g)C．維持反應體系容積不變，t1時升高反應體系溫度D．維持溫度、反應體系容積不變，t1時充入一定量Ar答案：B解析：維持溫度、反應體系容積不變，t1時充入SO3(g)，此時逆反應速率增大，正反應速率不變，故A錯誤；維持溫度、壓強不變，t1時充入SO3(g)，此時逆反應速率增大，而且反應體系容積增大導致正反應速率減小，故B正確；維持反應體系容積不變，t1時升高反應體系溫度，正、逆反應速率都增大，故C錯誤；維持溫度、反應體系容積不變，t1時充入一定量Ar，反應物和生成物濃度都不變，正、逆反應速率都不變，故D錯誤。2．在一密閉容器中發生反應N2(g)＋3H2(g)?2NH3(g)

ΔH<0，達到平衡后，只改變某一個條件時，反應速率與反應時間的關系如圖所示。回答下列問題：(1)處于平衡狀態的時間段是________(填字母，下同)。A．t0～t1

B．t1～t2

C．t2～t3

D．t3～t4

E．t4～t5

F．t5～t6ACDF解析：(1)根據題圖可知，t0～t1、t2～t3

、t3～t4、t5～t6時間段內，v正、v逆相等，反應處于平衡狀態。(2)判斷t1、t3、t4時刻分別改變的一個條件。A．增大壓強B．減小壓強C．升高溫度D．降低溫度E．加催化劑F．充入氮氣t1時刻________；t3時刻________；t4時刻________。(3)依據(2)中的結論，下列時間段中，氨的百分含量最高的是________。A．t0～t1B．t2～t3C．t3～t4D．t5～t6解析：(2)t1時，v正、v逆同時增大，且v逆增大得更快，平衡向逆反應方向移動，所以t1時改變的條件是升溫。t3時，v正、v逆同時增大且增大程度相同，平衡不移動，所以t3時改變的條件是加催化劑。t4時，v正、v逆同時減小，但平衡向逆反應方向移動，所以t4時改變的條件是減小壓強。(3)根據題圖可知，t1～t2、t4～t5時間段內平衡均向逆反應方向移動，NH3的含量均比t0～t1時間段的低，所以t0～t1時間段內NH3的百分含量最高。

CEBA(4)如果在t6時刻，從反應體系中分離出部分氨，t7時刻反應達到平衡狀態，請在圖中畫出反應速率的變化曲線。解析：(4)t6時刻分離出部分NH3，v逆立刻減小，而v正逐漸減小，在t7時刻二者相等，反應重新達到平衡，據此可畫出反應速率的變化曲線。類型二類型二反應進程折線圖此類圖像一般縱坐標表示物質的量、濃度、百分含量、轉化率，橫坐標表示反應時間。解題的關鍵是找轉折點。(1)轉折點之前，用外因對速率的影響分析問題，用“先拐先平，數值大”的規律判斷不同曲線表示溫度或壓強的大小。(2)轉折點之后是平衡狀態或平衡移動，解題時要抓住量的變化，找出平衡移動的方向，利用化學平衡移動原理推理分析?！窘炭笺暯印康淅阎晨赡娣磻猰A(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[φ(B)]的關系曲線，由曲線分析，下列判斷正確的是(

)A．T1＜T2，p1＞p2，m＋n＞p，放熱反應B．T1＞T2，p1＜p2，m＋n＞p，吸熱反應C．T1＜T2，p1＞p2，m＋n＜p，放熱反應D．T1＞T2，p1＜p2，m＋n＜p，吸熱反應答案：D解析：由圖可知，壓強一定時，溫度T1先達到平衡，故溫度：T1＞T2，升高溫度，B在混合氣體中的體積分數減小，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，故壓強：p1＜p2，增大壓強，B在混合氣體中的體積分數增大，說明平衡逆向移動，正反應為氣體體積增大的反應，則m＋n＜p。【對點演練】1．在一定條件下，H2S能發生分解反應：2H2S(g)?S2(g)＋2H2(g)，利用該反應可制備氫氣和硫黃。在2L恒容密閉容器中充入0.1molH2S，不同溫度下H2S的轉化率與時間的關系如圖所示。下列說法正確的是(

)A．該反應的正反應為放熱反應B．溫度升高，混合氣體的平均摩爾質量增大C．950℃時，1.25s內，反應的平均速率v(H2)＝0.008mol·L－1·s－1D．根據P點坐標可求出950℃時反應的平衡常數為3.125×10－4答案：C

2．向一容積不變的密閉容器中充入一定量A和B，發生如下反應：xA(g)＋2B(s)?yC(g)

ΔH<0。在一定條件下，容器中A、C的物質的量濃度隨時間變化的曲線如圖所示。請回答下列問題：(1)0～10min容器內壓強________(填“變大”“不變”或“變小”)。(2)推測第10min引起曲線變化的反應條件可能是________(填序號，下同)；第16min引起曲線變化的反應條件可能是________。①減壓②增大A的濃度③增大C的量④升溫⑤降溫⑥加催化劑(3)若平衡

Ⅰ

的平衡常數為K1，平衡

Ⅱ

平衡常數為K2，則K1________(填“>”“＝”或“<”)K2。變大④⑥④>解析：(1)該反應是氣體分子數增大的反應，而容器容積不變，因此0～10min容器內壓強變大。(2)根據圖像可知，10min時改變條件后，A、C的濃度瞬時不變且隨后反應速率加快，故改變的條件可能是升溫或加入催化劑；16min時改變條件后，A、C的濃度瞬時不變，且隨后A的濃度逐漸增大，C的濃度逐漸減小，說明平衡逆向移動，故改變的條件可能是升溫。(3)升高溫度，平衡逆向移動，平衡常數減小，則K1>K2。3．現將一定量N2O4氣體充入恒容密閉容器中，控制反應溫度為T1

℃[N2O4(g)?2NO2(g)

ΔH>0]，c(N2O4)隨t(時間)變化曲線如圖，畫出0～t2時段，c(NO2)隨t變化曲線。保持其他條件不變，改變反應溫度為T2(T2＞T1)，再次畫出0～t2時段，c(NO2)隨t變化趨勢的曲線。

類型三類型三恒壓(或恒溫)線此類圖像的縱坐標為某物質的平衡濃度或轉化率，橫坐標為溫度或壓強，解答此類問題，要關注曲線的變化趨勢，有多個變量時，注意控制變量，即“定一議二”。反應：aA(g)＋bB(g)?cC(g)＋dD(g)

ΔH圖像結論a＋b____c＋d，ΔH____0a＋b____c＋d，ΔH____0＞＞＞＞

p1＜p2＜p3

合成氨的反應為氣體分子數減少的反應，壓強越大平衡時氨的摩爾分數越大圖4解析：①合成氨的反應中，壓強越大越有利于氨的合成，因此，壓強越大平衡時氨的摩爾分數越大。由圖中信息可知，在相同溫度下，反應達平衡時氨的摩爾分數p1＜p2＜p3，因此，圖中壓強由小到大的順序為p1＜p2＜p3，判斷的依據是：合成氨的反應為氣體分子數減少的反應，壓強越大平衡時氨的摩爾分數越大。②對比圖3和圖4中的信息可知，在相同溫度和相同壓強下，圖4中平衡時氨的摩爾分數較小。在恒壓下充入惰性氣體Ar，反應混合物中各組分的濃度減小，各組分的分壓也減小，化學平衡要朝氣體分子數增大的方向移動，因此，充入惰性氣體Ar不利于合成氨，進料組成中含有惰性氣體Ar的圖是圖4。【對點演練】1．如圖是溫度和壓強對反應X＋Y?2Z影響的示意圖。圖中橫坐標表示溫度，縱坐標表示平衡時混合氣體中Z的體積分數。下列敘述正確的是(

)A．上述可逆反應的正反應為放熱反應B．X、Y、Z均為氣態C．X和Y中最多只有一種為氣態，Z為氣態D．上述反應的逆反應的ΔH＞0答案：C解析：由圖像可知，隨溫度升高Z的體積分數增大，正反應為吸熱反應，逆反應為放熱反應，故A、D錯誤；相同溫度下，壓強越大，Z的體積分數越小，說明增大壓強平衡左移，則Z為氣態，X、Y中最多只有一種氣態物質，故B錯誤、C正確。2．反應N2O4(g)?2NO2(g)

ΔH＝＋57kJ·mol－1，在溫度為T1、T2時，平衡體系中NO2的體積分數隨壓強變化曲線如圖所示。下列說法正確的是(

)A．A、C兩點的化學平衡常數：KA>KCB．A、C兩點氣體的顏色：A深，C淺C．由狀態B到狀態A，可以用加熱的方法D．A、C兩點氣體的平均相對分子質量：A>C答案：C解析：A、C兩點對應的溫度相同，平衡常數只受溫度的影響，KA＝KC，A錯誤；A點到C點，壓強增大，NO2(g)的濃度增大，雖然平衡逆向移動，最終二氧化氮的濃度比原濃度大，即C點氣體顏色比A點深，B錯誤；

A點到B點，NO2的體積分數減小，說明相同壓強下，T2到T1，平衡逆向移動，T2>T1，即由狀態B到狀態A，可以用加熱的方法，C正確；A點到C點，壓強增大，平衡逆向移動，該反應的逆反應為氣體相對分子質量增大的反應，即A點氣體的平均相對分子質量小于C點氣體的平均相對分子質量，D錯誤。3．向體積均為1L的兩恒容容器中分別充入2molX和1molY發生反應：2X(g)＋Y(g)?Z(g)

ΔH，其中甲為絕熱過程，乙為恒溫過程，兩反應體系的壓強隨時間的變化曲線如圖所示。下列說法正確的是(

)A．ΔH>0B．氣體的總物質的量：na<ncC．a點平衡常數：K<12D．反應速率：va正<vb正答案：B

答題規范⑥

化學反應速率和化學平衡的規范解答【模型構建】1．條件選擇類(1)實驗最佳條件的選擇或控制就是為了又“快”又“好”地生產，即主要是從反應速率與轉化率(化學平衡)兩個角度來分析。“快”就是提高反應速率，“好”就是提高轉化率，原料利用率高，而影響速率與轉化率的主要因素就是濃度、溫度、壓強與催化劑，其中溫度與壓強是試題中經?？疾榈囊蛩亍?2)從速率、轉化率、產率、純度等角度分析，選擇最佳條件。如針對反應速率時，思考方向為如何提高浸出速率、如何提高反應速率等；針對平衡轉化率、產率時，可運用平衡移動原理解釋(其他條件不變的情況下，改變××條件，可逆反應平衡向××方向移動，導致××發生變化)；針對綜合生產效益時，可從原料成本，原料來源是否廣泛、是否可再生，能源成本，對設備的要求，環境保護，綠色化學等方面作答。(3)選擇當前條件的優勢，其他條件的不足，往往不足的描述比較容易疏忽，如溫度過高或過低，壓強過小或過大，也要進行分析。2．原因分析類(1)依據化學反應速率和平衡移動原理，分析造成圖像曲線變化的原因。(2)催化劑對反應的影響、不同反應的選擇性問題是這類題目的難點，解題時要多加關注，不同的條件會有不同的選擇性。(3)這類題目一般都是多因素影響，需要多角度分析原因。

在兩反應過程中，斷裂和形成的化學鍵相同

例2[2023·浙江1月，19(4)]“碳達峰·碳中和”是我國社會發展重大戰略之一，CH4還原CO2是實現“雙碳”經濟的有效途徑之一，主要反應為：CH4(g)＋CO2(g)?2CO(g)＋2H2(g)

ΔH1＝＋247kJ·mol－1。已知CH4還原能力(R)可衡量CO2轉化效率，R＝Δn(CO2)/Δn(CH4)(同一時段內CO2與CH4的物質的量變化量之比)。常壓下CH4和CO2按物質的量之比1∶3投料，某一時段內CH4和CO2的轉化率隨溫度變化如圖1，請在圖2中畫出400～1000℃間R的變化趨勢，并標明1000℃時R值。

【規范精練】規范一曲線上特殊點的分析1．用(NH4)2CO3捕碳的反應：(NH4)2CO3(aq)＋H2O(l)＋CO2(g)?2NH4HCO3(aq)。為研究溫度對(NH4)2CO3捕獲CO2效率的影響，將一定量的(NH4)2CO3溶液置于密閉容器中，并充入一定量的CO2氣體，保持其他初始實驗條件不變，分別在不同溫度下，經過相同時間測得CO2氣體濃度，得到趨勢圖：(1)c點的逆反應速率和d點的正反應速率的大小關系為v逆(c)________(填“＞”“＝”或“＜”)v正(d)。(2)b、c、d三點的平衡常數Kb、Kc、Kd從大到小的順序為_________。(3)T3～T4溫度區間，容器內CO2氣體濃度呈現增大的變化趨勢，其原因是___________________________________________________________________________________________。＜Kb＞Kc＞KdT3～T4溫度區間，化學反應已達到平衡，由于正反應是放熱反應，溫度升高平衡向逆反應方向移動，不利于CO2的捕獲解析：(1)溫度越高，反應速率越快，d點溫度高，則c點的逆反應速率和d點的正反應速率的大小關系為v逆(c)＜v正(d)。(2)根據圖像，溫度為T3時反應達平衡，此后溫度升高，c(CO2)增大，平衡逆向移動，說明正反應是放熱反應。升高溫度，平衡逆向移動，平衡常數減小，故Kb＞Kc＞Kd。2．[2020·天津卷，16(4)]用H2還原CO2可以在一定條件下合成CH3OH(不考慮副反應)：CO2(g)＋3H2(g)?CH3OH(g)＋H2O(g)

ΔH<0。恒壓下，CO2和H2的起始物質的量之比為1∶3時，該反應在無分子篩膜時甲醇的平衡產率和有分子篩膜時甲醇的產率隨溫度的變化如圖所示，其中分子篩膜能選擇性分離出H2O。①甲醇平衡產率隨溫度升高而降低的原因為__________________________________________________。②P點甲醇產率高于T點的原因為______________________________________________________________。③根據上圖，在此條件下采用該分子篩膜時的最佳反應溫度為________℃。該反應為放熱反應，溫度升高，平衡逆向移動(或平衡常數減小)

分子篩膜從反應體系中不斷分離出H2O，有利于反應正向進行，甲醇產率升高210解析：①圖中有分子篩膜時，P點甲醇產率最大，達到平衡狀態，P點后甲醇的產率降低，其原因是合成甲醇的反應為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，甲醇產率降低。②P點有分子篩膜，T點無分子篩膜，而分子篩膜能選擇性分離出H2O