2022年高考化學(xué)二輪復(fù)習(xí)專題六 化學(xué)速率平衡圖表分析與數(shù)據(jù)處理 (含解析)

專題六化學(xué)速率平衡圖表分析與數(shù)據(jù)處理【考情分析】從近幾年看，化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的考查，試題的創(chuàng)新性、探究性逐年提升，如：考查問題多樣化的平衡圖像問題，通過設(shè)計新穎的速率、平衡計算以及通過圖像、表格獲取信息、數(shù)據(jù)等試題在情境上、取材上都有所創(chuàng)新，而且化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡還與元素化合物知識相互聯(lián)系，綜合考查，并且兩者的結(jié)合也日趨緊密。如2015·全國卷Ⅰ·28，2016·全國卷Ⅱ·27，2017·全國卷Ⅰ·28，2018·全國卷Ⅰ·28，2018·全國卷Ⅱ·27等。1.常見速率、平衡圖像(1)物質(zhì)的量(或濃度)－時間圖像例如，某溫度時，在定容(VL)容器中，X、Y、Z三種物質(zhì)的物質(zhì)的量隨時間的變化曲線如圖所示。(2)含量—時間—溫度(壓強(qiáng))常見形式有如下幾種。(C%指生成物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；B%指某反應(yīng)物的質(zhì)量分?jǐn)?shù))(3)恒壓(溫)的圖像分析該類圖像的縱坐標(biāo)為物質(zhì)的平衡濃度(c)或反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率(α)，橫坐標(biāo)為溫度(T)或壓強(qiáng)(p)，常見類型如下所示：如圖2所示曲線是其他條件不變時，某反應(yīng)物的最大轉(zhuǎn)化率(α)與溫度(T)的關(guān)系曲線，圖中標(biāo)出的1、2、3、4四個點，表示v正＞v逆的點是3，表示v正＜v逆的點是1，而2、4點表示v正＝v逆。2.解答化學(xué)平衡圖像題兩個原則和三個步驟(1)兩個原則①先拐先平。例如，在轉(zhuǎn)化率—時間圖上，先出現(xiàn)拐點的曲線先達(dá)到平衡，此時推理可得該變化的溫度高、濃度大、壓強(qiáng)高。②定一論二。當(dāng)圖像中有三個量時，先確定一個量不變再討論另外兩個量的關(guān)系。(2)三個步驟①看懂圖像：看圖像要五看。一看面，即看清橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)；二看線，即看線的走向、變化趨勢；三看點，即看曲線的起點、終點、交點、拐點、原點、極值點等；四看要不要作輔助線、如等溫線、等壓線；五看定量圖像中有關(guān)量的多少。②聯(lián)想規(guī)律：聯(lián)想外界條件對化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的影響規(guī)律。③推理判斷：結(jié)合題中給定的化學(xué)反應(yīng)和圖像中的相關(guān)信息，根據(jù)有關(guān)知識規(guī)律分析作出判斷。

考點指導(dǎo)1化學(xué)平衡中的表格數(shù)據(jù)處理【典例1】(海南高考)硝基苯甲酸乙酯在OH－存在下發(fā)生水解反應(yīng)：O2NC6H4COOC2H5＋OH－O2NC6H4COO－＋C2H5OH兩種反應(yīng)物的初始濃度均為0.050mol·L－1，15℃時測得O2NC6H4COOC2H5的轉(zhuǎn)化率α隨時間變化的數(shù)據(jù)如表所示，回答下列問題：t/s0120180240330530600700800α/%033.041.848.858.069.070.471.071.0(1)列式計算該反應(yīng)在120～180s與180～240s區(qū)間的平均反應(yīng)速率____________________、________________________；比較兩者大小可得出的結(jié)論是___________________________________________。(2)列式計算15℃時該反應(yīng)的平衡常數(shù)___________________________________。(3)為提高O2NC6H4COOC2H5的平衡轉(zhuǎn)化率，除可適當(dāng)控制反應(yīng)溫度外，還可采取的措施有_______________________________________________________(要求寫出兩條)?！窘忸}指南】解答本題時應(yīng)注意以下兩點：(1)表格數(shù)據(jù)的處理。(2)化學(xué)反應(yīng)速率及化學(xué)平衡移動的影響因素。(3)化學(xué)平衡常數(shù)的應(yīng)用。解析(1)120s轉(zhuǎn)化率為33.0%，180s轉(zhuǎn)化率為41.8%，240s轉(zhuǎn)化率為48.8%，則120～180s反應(yīng)速率v＝[0.050mol·L－1×(41.8%－33.0%)]/(180s－120s)≈7.3×10－5mol·L－1·s－1，則180～240s反應(yīng)速率v＝[0.050mol·L－1×(48.8%－41.8%)]/(240s－180s)≈5.8×10－5mol·L－1·s－1，相同時間段內(nèi)平均速率減小，主要原因是隨著反應(yīng)進(jìn)行，反應(yīng)物濃度逐漸減小，反應(yīng)速率逐漸減??；(2)根據(jù)表格數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)化率為71.0%就不再發(fā)生變化，即達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，則化學(xué)平衡常數(shù)K＝eq\f(c（O2NC6H4COO－）·c（C2H5OH）,c（O2NC6H4COOC2H5）·c（OH－）)＝(0.050mol·L－1×71.0%)2/[0.050mol·L－1×(1－71.0%)]2＝(71/29)2≈6.0；(3)提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，是使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動，除了控制溫度外，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)特點(溶液間進(jìn)行的反應(yīng))，壓強(qiáng)不能改變平衡，因此可以增大另一種反應(yīng)物的濃度提高轉(zhuǎn)化率，還可以減少生成物濃度(即移走生成物)增大反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率。答案(1)v＝eq\f(0.050mol·L－1×（41.8%－33.0%）,（180－120）s)＝7.3×10－5mol·L－1·s－1v＝eq\f(0.050mol·L－1×（48.8%－41.8%）,（240－180）s)≈5.8×10－5mol·L－1·s－1隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)物濃度降低，反應(yīng)速率減慢(2)K＝eq\f(（0.050mol·L－1×71.0%）2,[0.050mol·L－1×（1－71.0%）]2)≈6.0或K≈eq\f(（71.0%）2,（1－71.0%）2)＝6.0(3)增大OH－的濃度、移去生成物【對點訓(xùn)練】1.(廣東高考)H2O2是一種綠色氧化還原試劑，在化學(xué)研究中應(yīng)用廣泛。(1)某小組擬在同濃度Fe3＋的催化下，探究H2O2濃度對H2O2分解反應(yīng)速率的影響。限選試劑與儀器：30%H2O2、0.1mol·L－1Fe2(SO4)3、蒸餾水、錐形瓶、雙孔塞、水槽、膠管、玻璃導(dǎo)管、量筒、秒表、恒溫水浴槽、注射器。①寫出本實驗H2O2分解反應(yīng)方程式并標(biāo)明電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目：_____________________________________________________________________。②設(shè)計實驗方案：在不同H2O2濃度下，測定________(要求所測得的數(shù)據(jù)能直接體現(xiàn)反應(yīng)速率大小)。③設(shè)計實驗裝置，完成如圖所示的裝置示意圖。④參照下表格式，擬定實驗表格，完整體現(xiàn)實驗方案(列出所選試劑體積、需記錄的待測物理量和所擬定的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)用字母表示)。物理量實驗序號V[0.1mol·L－1Fe2(SO4)3]/mL……1a……2a……(2)利用圖(a)和圖(b)中的信息，按下圖(c)裝置(連通的A、B瓶中已充有NO2氣體)進(jìn)行實驗?？捎^察到B瓶中氣體顏色比A瓶中的________(填“深”或“淺”)，其原因是___________________________________________________________________________________________________________________________________。解析(1)①過氧化氫在Fe3＋催化下分解成水和O2，根據(jù)O元素的化合價變化，可得：；②在不同H2O2濃度下，需測定相同時間內(nèi)，產(chǎn)生氧氣的體積的多少，或生成相同體積氧氣所需時間的多少。③可用如圖所示裝置測定。④根據(jù)“控制變量法”的要求，兩個對比實驗應(yīng)使反應(yīng)混合物中Fe2(SO4)3的濃度相同，H2O2的濃度不同。(2)由圖(a)知，過氧化氫的分解反應(yīng)為放熱反應(yīng)，由圖(b)知NO2轉(zhuǎn)化為N2O4的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故圖(c)中，右側(cè)燒杯溫度高于左側(cè)燒杯溫度，即B瓶中的溫度高于A瓶。溫度升高，平衡2NO2(g)N2O4(g)，向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，B瓶中的二氧化氮濃度增大，顏色比A瓶顏色深。答案(1)①②生成相同體積的氧氣所需的時間(或相同時間內(nèi)，生成氧氣的體積)③④V(H2O2)/mLV(H2O)/mLV(O2)mLt/s1b2bed22bbef或V(H2O2)/mLV(H2O)/mLt/sV(O2)mL1b2bed22bbef(2)深因為過氧化氫分解是放熱反應(yīng)，2NO2(g)N2O4(g)也是放熱反應(yīng)，所以B瓶溫度高于A瓶，溫度升高，平衡逆向移動，二氧化氮濃度增大，顏色加深考點指導(dǎo)2速率、平衡圖像分析【典例2】(浙江高考)煤炭燃燒過程中會釋放出大量的SO2，嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境。采用一定的脫硫技術(shù)可以把硫元素以CaSO4的形式固定，從而降低SO2的排放。但是煤炭燃燒過程中產(chǎn)生的CO又會與CaSO4發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，降低了脫硫效率。相關(guān)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下：CaSO4(s)＋CO(g)CaO(s)＋SO2(g)＋CO2(g)ΔH1＝218.4kJ·mol－1(反應(yīng)Ⅰ)CaSO4(s)＋4CO(g)CaS(s)＋4CO2(g)ΔH2＝－175.6kJ·mol－1(反應(yīng)Ⅱ)請回答下列問題：(1)反應(yīng)Ⅰ能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)條件是_____________________________________________________________________。(2)對于氣體參與的反應(yīng)，表示平衡常數(shù)Kp時用氣體組分(B)的平衡壓強(qiáng)p(B)代替該氣體物質(zhì)的量濃度c(B)，則反應(yīng)Ⅱ的Kp＝________(用表達(dá)式表示)。(3)假設(shè)某溫度下，反應(yīng)Ⅰ的速率(v1)大于反應(yīng)Ⅱ的速率(v2)，則下列反應(yīng)過程能量變化示意圖正確的是________。(4)通過監(jiān)測反應(yīng)體系中氣體濃度的變化可判斷反應(yīng)Ⅰ和Ⅱ是否同時發(fā)生，理由是_____________________________________________________________________。(5)圖1為實驗測得不同溫度下反應(yīng)體系中CO初始體積百分?jǐn)?shù)與平衡時固體產(chǎn)物中CaS質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的關(guān)系曲線。則降低該反應(yīng)體系中SO2生成量的措施有________。A.向該反應(yīng)體系中投入石灰石B.在合適的溫度區(qū)間內(nèi)控制較低的反應(yīng)溫度C.提高CO的初始體積百分?jǐn)?shù)D.提高反應(yīng)體系的溫度(6)恒溫恒容條件下，假設(shè)反應(yīng)Ⅰ和Ⅱ同時發(fā)生，且v1＞v2，請在圖2中畫出反應(yīng)體系中c(SO2)隨時間t變化的總趨勢圖。解析(1)若反應(yīng)Ⅰ能自發(fā)進(jìn)行，則有ΔH－TΔS<0，由于反應(yīng)Ⅰ的正反應(yīng)ΔS>0，ΔH>0，故要使ΔH－TΔS<0，則必須在高溫下進(jìn)行。(2)結(jié)合化學(xué)平衡常數(shù)的定義及題中信息，可知Kp＝eq\f(p4（CO2）,p4（CO）)。(3)反應(yīng)Ⅰ吸熱，產(chǎn)物的能量高于反應(yīng)物，反應(yīng)Ⅱ放熱，產(chǎn)物的能量低于反應(yīng)物；又由于反應(yīng)Ⅰ速率(v1)大于反應(yīng)Ⅱ的速率(v2)，反應(yīng)Ⅰ的活化能低于反應(yīng)Ⅱ，則C項圖符合題意。(4)由于反應(yīng)Ⅰ產(chǎn)生的SO2和CO2物質(zhì)的量的比例為1∶1，而反應(yīng)Ⅱ只產(chǎn)生CO2氣體，若SO2和CO2的濃度之比隨時間發(fā)生變化，則表明兩個反應(yīng)同時發(fā)生。(5)A項，向該反應(yīng)體系中投入石灰石，分解產(chǎn)生CO2，使反應(yīng)Ⅰ逆向移動，可降低體系中SO2的生成量，正確；由圖可知，當(dāng)CO初始體積分?jǐn)?shù)相同時，溫度越低，CaS質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，由此可知，在合適的溫度區(qū)間內(nèi)控制較低的反應(yīng)溫度，能減小SO2的生成量，B正確，D錯誤；C項，由圖可看出，提高CO的初始體積百分?jǐn)?shù)曲線呈上升趨勢，CaS的含量升高，生成SO2的量將降低，正確。(6)隨著反應(yīng)Ⅰ的進(jìn)行，c(SO2)逐漸增加，當(dāng)反應(yīng)Ⅰ剛達(dá)到平衡時c(SO2)最大，又由于反應(yīng)Ⅰ的速率(v1)大于反應(yīng)Ⅱ的速率(v2)，反應(yīng)Ⅰ先達(dá)到平衡，隨著反應(yīng)Ⅱ的進(jìn)行，CO2的濃度不斷增大，使反應(yīng)Ⅰ平衡逆向移動，SO2的濃度將逐漸減少至反應(yīng)Ⅱ達(dá)到平衡時不再變化，圖像見答案。答案(1)高溫(2)eq\f(p4（CO2）,p4（CO）)(3)C(4)如果氣相中SO2和CO2兩種氣體的濃度之比隨時間發(fā)生變化，則表明兩個反應(yīng)同時發(fā)生(5)ABC(6)【解題指南】解答本題時應(yīng)注意以下四點：(1)活化能對化學(xué)反應(yīng)速率的影響。(2)化學(xué)平衡常數(shù)的多維表示方法(3)圖像的審讀及解題信息的獲取。(4)做圖能力的訓(xùn)練。【對點訓(xùn)練】2.(新課標(biāo)全國卷)乙醇是重要的有機(jī)化工原料，可由乙烯氣相直接水合法或間接水合法生產(chǎn)?；卮鹣铝袉栴}：(1)間接水合法是指先將乙烯與濃硫酸反應(yīng)生成硫酸氫乙酯(C2H5OSO3H)，再水解生成乙醇。寫出相應(yīng)反應(yīng)的化學(xué)方程式_____________________________________________________________________。(2)已知：甲醇脫水反應(yīng)2CH3OH(g)=CH3OCH3(g)＋H2O(g)ΔH1＝－23.9kJ·mol－1甲醇制烯烴反應(yīng)2CH3OH(g)=C2H4(g)＋2H2O(g)ΔH2＝－29.1kJ·mol－1乙醇異構(gòu)化反應(yīng)C2H5OH(g)=CH3OCH3(g)ΔH3＝＋50.7kJ·mol－1則乙烯氣相直接水合反應(yīng)C2H4(g)＋H2O(g)=C2H5OH(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。與間接水合法相比，氣相直接水合法的優(yōu)點是_____________________________________________________________________。(3)下圖為氣相直接水合法中乙烯的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系(其中nH2O∶nC2H4＝1∶1)。①列式計算乙烯水合制乙醇反應(yīng)在圖中A點的平衡常數(shù)Kp＝________(用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓＝總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。②圖中壓強(qiáng)p1、p2、p3、p4的大小順序為______________，理由是_____________________________________________________________________。③氣相直接水合法常用的工藝條件為：磷酸/硅藻土為催化劑，反應(yīng)溫度290℃、壓強(qiáng)6.9MPa，n(H2O)∶n(C2H4)＝0.6∶1。乙烯的轉(zhuǎn)化率為5%。若要進(jìn)一步提高乙烯的轉(zhuǎn)化率，除了可以適當(dāng)改變反應(yīng)溫度和壓強(qiáng)外，還可以采取的措施有________、________。解析(1)乙烯與濃硫酸反應(yīng)生成C2H5OSO3H，C2H5OSO3H與水反應(yīng)生成CH3CH2OH，根據(jù)原子守恒配平，即可得相應(yīng)化學(xué)方程式：CH2=CH2＋H2SO4(濃)→C2H5OSO3H，C2H5OSO3H＋H2O→C2H5OH＋H2SO4。(2)2CH3OH(g)=CH3OCH3(g)＋H2O(g)ΔH1＝－23.9kJ·mol－1①2CH3OH(g)=C2H4(g)＋2H2O(g)ΔH2＝－29.1kJ·mol－1②C2H5OH(g)=CH3OCH3(g)ΔH3＝＋50.7kJ·mol－1③根據(jù)蓋斯定律，由①－②－③得：C2H4(g)＋H2O(g)=C2H5OH(g)ΔH＝－45.5kJ·mol－1。濃硫酸具有強(qiáng)腐蝕性，且濃硫酸與有機(jī)物反應(yīng)常伴有副反應(yīng)，產(chǎn)生SO2、CO2等氣體，直接水合反應(yīng)過程中沒有用到濃硫酸，故可有效避免對設(shè)備的腐蝕及對環(huán)境的污染。(3)①設(shè)開始充入的原料氣中，C2H4(g)和H2O(g)的物質(zhì)的量均為n。C2H4(g)＋H2