湖北 寧 鵬

化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡圖象高考創(chuàng)新題型賞析

湖北 寧 鵬

化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡圖象類試題是高考的熱點題型，圖表是高考題的數(shù)字化語言，圖象中蘊含著豐富的信息量，能全面考查考生識圖、獲取并加工信息、解決實際問題的能力。此類試題在近幾年的高考中命題形式靈活，在圖表、情境、取材和設(shè)問上都有所創(chuàng)新，且創(chuàng)新性還在逐年提升，秉承了新課改要求“推陳出新、凸顯能力”的原則。這類創(chuàng)新試題難度中等偏大，考生在做題時往往有畏懼感，得分一般不是很高。解題的關(guān)鍵是根據(jù)反應(yīng)特點，明確反應(yīng)條件，認真分析圖象，充分挖掘蘊含的信息，緊扣化學(xué)原理，找準(zhǔn)切入點解決問題。下面精選高考題并分類解析，旨在探索解題規(guī)律，揭示解題方法，培養(yǎng)同學(xué)們的創(chuàng)新思維意識。

題型一：以圖象為載體，考查化學(xué)反應(yīng)速率及其影響因素

【例1】（2 0 1 2福建，7）一定條件下，溶液的酸堿性對T i O2光催化染料R降解反應(yīng)的影響如圖所示。下列判斷正確的是（ ）

A.在0～5 0m i n之間，pH＝2和pH＝7時R的降解百分率相等

B.溶液酸性越強，R的降解速率越小

C.R的起始濃度越小，降解速率越大

D.在2 0～2 5m i n之間，pH＝1 0時R的平均降解速率為0.0 4m o l·L－1·m i n－1

【解析】根據(jù)圖象可知，A項，5 0m i n時，pH＝2和pH＝7兩條件下，R都是完全降解，降解百分率是相等的，都是1 0 0%，正確；B項，溶液酸性越強，曲線下降越快，即R的降解速率越大，錯誤；C項，pH相同時，反應(yīng)物的濃度越大，反應(yīng)速率越大，則R的起始濃度越小，降解速率越小，錯誤；D項，在2 0～2 5m i n之間，pH＝1 0時R的平均降解速率為（0.6－0.4）×1 0－4／5＝4×1 0－6m o l·L－1·m i n－1，錯誤。

【答案】A

【點評】本題以濃度－時間圖象為載體，考查溶液的酸堿性對T i O2光催化染料R降解反應(yīng)的影響，題給信息量大，考查學(xué)生分析和解決問題的能力，尤其是讀圖能力要求較高，難度中等。此題的命題情境和命題角度新穎，是高考題中的創(chuàng)新題。本題有兩個易錯點，一是降解百分率和降解速率是不同的概念，不要混淆，另外D項要注意縱坐標(biāo)的數(shù)量級為1 0－4，不細心的考生會吃虧。這要求考生平時要養(yǎng)成認真審題的好習(xí)慣。

題型二：以實驗數(shù)據(jù)為依據(jù)，考查化學(xué)反應(yīng)速率、濃度、轉(zhuǎn)化率、時間等物理量間的函數(shù)關(guān)系圖

【例2】（2 0 1 4福建，1 2）在一定條件下，N2O分解的部分實驗數(shù)據(jù)如下：

反應(yīng)時間／___m i n 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0c（N2O）／0.1 0 0 0.0 9 0 0.0 8 0 0.0 7 0 0.0 6 0 0.0 5 0 0.0 4 0 0.0 30 0.0 2 0 0.0 1 0 0.0 0 0 m o l·L－1

下圖能正確表示該反應(yīng)有關(guān)物理量變化規(guī)律的是（ ）

（注：圖中半衰期指任一濃度N2O消耗一半時所需的相應(yīng)時間，c1、c2均表示N2O初始濃度且c1＜c2）

【解析】根據(jù)表中實驗數(shù)據(jù)可知：隨著反應(yīng)的進行，每1 0m i n內(nèi)Δc（N2O）相同，則N2O的分解反應(yīng)速率v（N2O）恒定不變，與N2O的初始濃度無關(guān)，故A項正確，B項錯誤；C項，N2O的分解速率不變，隨著c（N2O）的增大，消耗c（N2O）的一半時所需的相應(yīng)時間更長，錯誤；D項，在反應(yīng)時間相同時，消耗的c（N2O）相等，所以N2O的初始濃度越大，其轉(zhuǎn)化率越小，錯誤。

【答案】A

【點評】本題以N2O分解的實驗數(shù)據(jù)為依據(jù)，考查化學(xué)反應(yīng)速率、濃度、轉(zhuǎn)化率、時間等物理量間的函數(shù)關(guān)系圖，綜合性強，是選擇題中的壓軸題，難度較大。該題所給圖表、圖象新穎，信息量較大，考查了考生對基本概念的理解、獲取信息、讀圖及對數(shù)據(jù)的分析和處理問題的綜合思維能力，對考生的要求較高。本題中N2O完全分解，且分解速率是恒定的，這與考生平時做的化學(xué)反應(yīng)速率和平衡題目不同，屬于典型的創(chuàng)新題，若答題時思維定式則會導(dǎo)致失分。解答此類題首先一定要正確分析和處理題中的數(shù)據(jù)信息，看清圖象橫縱坐標(biāo)的含義，然后利用有關(guān)規(guī)律分析圖中曲線的變化趨勢，從而做出正確的判斷。

題型三：以數(shù)表或圖象為工具，考查化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的綜合應(yīng)用

1.考查外界條件對化學(xué)平衡移動的影響

已知：氣體分壓（p分）＝氣體總壓（p總）×體積分數(shù)。下列說法正確的是（ ）

A.5 5 0℃時，若充入惰性氣體，v正，v逆均減小，平衡不移動

B.6 5 0℃時，反應(yīng)達平衡后C O2的轉(zhuǎn)化率為2 5.0%

C.T℃時，若充入等體積的C O2和C O，平衡向逆反應(yīng)方向移動

D.9 2 5℃時，用平衡分壓代替平衡濃度表示的化學(xué)平衡常數(shù)Kp＝2 4.0p總

【解析】A項，5 5 0℃時，若向恒壓密閉容器中充入惰性氣體，容器體積增大，反應(yīng)體系中反應(yīng)物和產(chǎn)物的分壓（或濃度）均減小，v正，v逆均減小，平衡右移，錯誤；B項，設(shè)開始加入的C O2為1m o l，轉(zhuǎn)化了xm o l，則由

由圖象知，6 5 0℃時，反應(yīng)達平衡后C O的體積分數(shù)為4 0%，則2x／（1－x＋2x）＝4 0%，解得x＝0.2 5m o l，則C O2的轉(zhuǎn)化率為2 5%，正確；C項，由圖象知，T℃平衡時，C O2和C O的體積分數(shù)相等，若充入等體積的C O2和C O，由于在恒壓密閉容器中，則平衡不移動，錯誤；D項，9 2 5℃時，平衡體系中C O的體積分數(shù)為9 6%，則Kp＝（9 6%p總）2／（4%p總）＝2 3.0 4p總，錯誤。

【答案】B

【點評】本題借助平衡體系中氣體體積分數(shù)－溫度圖象，考查恒壓條件下，向平衡體系中分別充入無關(guān)的惰性氣體和平衡混合氣體，判斷條件改變對化學(xué)平衡移動的影響，是平衡移動分析的創(chuàng)新變形應(yīng)用，考查考生對勒夏特列原理的理解和知識應(yīng)用能力，解答的關(guān)鍵是看平衡體系的壓強是否改變；結(jié)合圖象利用“數(shù)形結(jié)合思想”計算轉(zhuǎn)化率，考查考生對圖表的分析能力；根據(jù)信息計算用分壓表示的化學(xué)平衡常數(shù)，考查考生整合信息和知識遷移能力，命題角度新穎，難度中等。

2.考查等效平衡的應(yīng)用

B.體系的總壓強p總∶p總（狀態(tài)Ⅱ）＞2p總（狀態(tài)Ⅰ）

C.體系中c（C O）∶c（C O，狀態(tài)Ⅱ）＜2c（C O，狀態(tài)Ⅲ）

D.逆反應(yīng)速率v逆∶v逆（狀態(tài)Ⅰ）＞v逆（狀態(tài)Ⅲ）

【解析】A項，由圖象知，升高溫度，c（C O2）減小，平衡正向移動，故正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，ΔH＞0，錯誤；B項，根據(jù)圖象和加入的C O2的量可知，Ⅰ點對應(yīng)的曲線是通入0.1m o l C O2，Ⅱ點對應(yīng)的曲線是通入0.2m o l C O2，狀態(tài)Ⅱ可以看作先在2.0L容器中通入0.2m o l C O2，達到平衡時，p總（狀態(tài)Ⅱ）＝p總（狀態(tài)Ⅰ），此時再將容器的體積壓縮為1.0L，假設(shè)平衡不移動，此時p總（狀態(tài)Ⅱ）＝2p總（狀態(tài)Ⅰ），c（C O2，狀態(tài)Ⅱ）＝2c（C O2，狀態(tài)Ⅰ），但題中要求c（C O2）相等，且狀態(tài)Ⅱ的溫度高于狀態(tài)Ⅰ，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動，氣體總物質(zhì)的量增加，因此p總（狀態(tài)Ⅱ）＞2p總（狀態(tài)Ⅰ），正確；C項，狀態(tài)Ⅱ可以看作先在2.0L容器中通入0.2m o l C O2，達到平衡時，c（C O，狀態(tài)Ⅱ）＝c（C O，狀態(tài)Ⅲ），此時再將容器的體積壓縮為1.0L，假設(shè)平衡不移動，此時c（C O，狀態(tài)Ⅱ）＝2c（C O，狀態(tài)Ⅲ），但壓縮時相當(dāng)于增大壓強，平衡左移，消耗C O，因此c（C O，狀態(tài)Ⅱ）＜2c（C O，狀態(tài)Ⅲ），正確；D項，溫度越高，反應(yīng)速率越快，v逆（狀態(tài)Ⅰ）＜v逆（狀態(tài)Ⅲ），錯誤。

【答案】B C

【點評】本題結(jié)合圖象考查焓變和熵變、化學(xué)平衡的移動及溫度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響等知識，涉及兩種平衡狀態(tài)的比較，應(yīng)用等效平衡思想解題，命題角度新穎，考查了考生讀圖及對信息的分析和處理問題的綜合思維能力，對考生的要求較高。等效平衡思想是化學(xué)平衡的建立和移動的延伸，是快速解決化學(xué)平衡問題的一種有效的思維方法，難度較大。分析等效平衡的兩種模式為：

（1）構(gòu)建恒溫恒容平衡思維模式

新平衡狀態(tài)可認為是兩個原平衡狀態(tài)先簡單的疊加再壓縮而成，相當(dāng)于加壓，根據(jù)勒夏特列原理進行分析解答。

（2）構(gòu)建恒溫恒壓平衡思維模式（以氣體物質(zhì)的量增加的反應(yīng)為例）

新平衡狀態(tài)可認為是兩個原平衡狀態(tài)簡單的疊加而成，相當(dāng)于壓強不變，平衡不移動。

3.考查化學(xué)反應(yīng)速率與平衡體系中物質(zhì)百分含量的關(guān)系

【例5】（2 0 1 5新課標(biāo)Ⅰ，2 8節(jié)選）B o d e n s t e i n s研究了下列反應(yīng)：

t／m i n 0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 2 0__x（H I）1 0.9 1 0.8 5 0.8 1 5 0.7 9 5 0.7 8 4x（H I）0 0.6 0 0.7 3 0.7 7 3 0.7 8 0 0.7 8 4

由上述實驗數(shù)據(jù)計算得到v正－x（H I）和v逆－x（H2）的關(guān)系可用下圖表示。當(dāng)升高到某一溫度時，反應(yīng)重新達到平衡，相應(yīng)的點分別為________（填字母）。

【解析】由題中氣體混合物中碘化氫的物質(zhì)的量分數(shù)x（H I）與反應(yīng)時間t的關(guān)系表可知，在7 1 6K反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，x（H I）＝0.7 8 4，則可算出x（H2）＝0.1 0 8，且v正＝v逆，很容易找到原平衡時的兩個點（曲線中的端點）。由題意知，溫度升高，平衡向正反應(yīng)方向移動，v正和v逆都增大，反應(yīng)重新達到平衡時，v正＝v逆，且x（H I）＜0.7 8 4，x（H2）＞0.1 0 8，則結(jié)合圖象很快能找到相應(yīng)的點分別為A點、E點。

【答案】A、E

【點評】本題以表格和圖象為載體，考查了考生識圖、綜合運用平衡移動原理解題的能力，試題的問題情境、設(shè)問方式和考查內(nèi)容的陌生度大，數(shù)據(jù)圖的設(shè)計新奇，是一道難得的創(chuàng)新好題?？忌糁粦{解題經(jīng)驗和常規(guī)方式解題，沒有理解數(shù)表和圖象的含義，則很難下手，解答此題的關(guān)鍵是正確理解和把握試題中的數(shù)據(jù)表，讀懂?dāng)?shù)據(jù)圖，具備較強的知識遷移能力。

4.考查化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)及其應(yīng)用

A.該反應(yīng)進行到M點放出的熱量大于進行到W點放出的熱量

C.M點的正反應(yīng)速率v正大于N點的逆反應(yīng)速率v逆

D.M點時再加入一定量的X，平衡后X的轉(zhuǎn)化率減小

【解析】A項，由圖象知，T1下反應(yīng)先到達平衡狀態(tài)，故T1＞T2，再結(jié)合勒夏特列原理可判斷，ΔH＜0，則c（X）變化越大，放出熱量越多，故M點放出的熱量小于W點放出的熱量，錯誤；B項，T2下，在0～t1時間內(nèi)，v（Y）＝v（X）／2＝（a－b）／（2t1）m o l·L－1·m i n－1，錯誤；C項，M點和W點為平衡點，因T1＞T2，所以vM正＝vM逆＞vW逆，又因T2下，N點時反應(yīng)未達平衡，vN逆＜vW逆，所以vM正＞vN逆，正確；D項，由于反應(yīng)前后均只有一種物質(zhì)，因此M點時再增加一定量的X，由等效平衡知識知，相當(dāng)于增大壓強，平衡向正反應(yīng)方向移動，X的轉(zhuǎn)化率增大，錯誤。

【答案】C

【點評】本題結(jié)合圖象考查焓變及其應(yīng)用、化學(xué)反應(yīng)速率的計算、大小比較、等效平衡的應(yīng)用等，考查知識點多，思維容量大，意在考查考生的讀圖能力、嚴(yán)謹?shù)倪壿嬎季S能力和應(yīng)用知識解決化學(xué)問題的能力，難度較大。本題的創(chuàng)新考點是：根據(jù)平衡濃度與時間、溫度的圖象判斷溫度的高低，進而考查反應(yīng)的熱效應(yīng)及其應(yīng)用，解答此類題的方法為：先看曲線出現(xiàn)拐點的時間，先出現(xiàn)拐點（時間短）則反應(yīng)先達到平衡，說明該曲線表示的溫度較高，不能錯誤地認為圖象中上方的曲線溫度一定高；其次再在不同溫度下的兩條曲線上找兩個平衡點（如本題中的M點和W點），根據(jù)圖中的數(shù)據(jù)和勒夏特列原理判斷兩個平衡點間（如M→W）平衡移動情況，從而判斷焓變ΔH，最后根據(jù)題意解答。此方法也適用于根據(jù)平衡濃度與時間、壓強的圖象判斷壓強的大小。

5.考查圖表分析與規(guī)范簡答

【例7】（2 0 1 5新課標(biāo)Ⅱ，2 7改編）甲醇是重要的化工原料，又可稱為燃料。利用合成氣（主要成分為C O、C O2和H2）在催化劑的作用下合成甲醇，發(fā)生的主反應(yīng)如下：

回答下列問題：

（1）反應(yīng)①的化學(xué)平衡常數(shù)K的表達式為___________ ________；圖1中能正確反映平衡常數(shù)K隨溫度變化關(guān)系的曲線為________（填曲線標(biāo)記字母），其判斷理由是______ ______________________________________________________。

（2）合成氣的組成n（H2）／n（C O＋C O2）＝2.6 0時體系中的C O平衡轉(zhuǎn)化率（α）與溫度和壓強的關(guān)系如圖2所示。α（C O）值隨溫度升高而________（填“增大”或“減小”），其原因是______________________。圖2中的壓強由大到小為________，其判斷理由是______________________________。

【解析】（1）反應(yīng)①為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動，平衡常數(shù)減小，a正確；（2）從圖2看出，升高溫度α（C O）減小，因為升高溫度反應(yīng)①為放熱反應(yīng)，平衡逆向移動，反應(yīng)③為吸熱反應(yīng)，平衡正向移動，使得體系中C O的量增大，故C O的轉(zhuǎn)化率降低；相同溫度下，增大壓強，反應(yīng)①平衡正向移動，C O的轉(zhuǎn)化率增大，反應(yīng)③不受壓強影響，故p3＞p2＞p1。

【答案】（1）K＝c（CH3OH）／［c（C O）·c2（H2）］ a 反應(yīng)①為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，平衡常數(shù)減小 （2）減小 升高溫度時，反應(yīng)①為放熱反應(yīng)，平衡向左移動，使得體系中C O的量增大，反應(yīng)③為吸熱反應(yīng)，平衡向右移動，又使產(chǎn)生C O的量增大，總結(jié)果，隨溫度升高，使C O的轉(zhuǎn)化率降低p3＞p2＞p1相同溫度下，由于反應(yīng)①為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，加壓有利于提升C O的轉(zhuǎn)化率；而反應(yīng)③為氣體分子數(shù)不變的反應(yīng)，產(chǎn)生C O的量不受壓強影響，故增大壓強時，有利于C O的轉(zhuǎn)化率升高

【點評】本題借助化學(xué)平衡圖象考查平衡常數(shù)及其影響因素、外界條件對平衡狀態(tài)的影響、化學(xué)反應(yīng)的限度等，試題注重了對分析圖象和規(guī)范簡答能力的考查，這也是本題的一大亮點和創(chuàng)新點。由于圖象是用二維坐標(biāo)表示的題目，信息思維容量大，能力要求高，需用數(shù)形結(jié)合思想解題；另外，考生在簡答時失分比較多，主要是粗心大意，會而不全，語言表達能力欠缺，因此復(fù)習(xí)時應(yīng)引起高度重視。此類題目的規(guī)范答題模板為：分析條件變化→判斷移動方向→得出移動結(jié)果，即（1）條件變化：只考慮“一個條件”變化，其他條件不變；（2）判斷移動方向：根據(jù)勒夏特列原理判斷改變的條件將導(dǎo)致化學(xué)平衡如何移動；（3）得出移動結(jié)果：化學(xué)平衡正向或逆向移動造成了什么影響。只要掌握了解答要領(lǐng)，規(guī)范答題，就能贏取高分。

6.考查有關(guān)化學(xué)平衡圖象的繪制

【解析】（1）由于該反應(yīng)是氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，溫度不變，壓縮體積使壓強增大，平衡應(yīng)正向移動，αHCl應(yīng)比題目實驗狀態(tài)下大，故可對比畫出相應(yīng)αHCl－T曲線的示意圖。

（2）隨著反應(yīng)的進行，NH3的物質(zhì)的量逐漸增大，當(dāng)反應(yīng)達到平衡后，升高溫度，平衡逆向移動，NH3的物質(zhì)的量逐漸減小，據(jù)此可畫出NH3物質(zhì)的量變化的曲線示意圖。

【點評】本題主要考查化學(xué)圖象的繪制，旨在考查考生對夏特列原理的理解和應(yīng)用，是高考中的創(chuàng)新題，有效地考查了考生分析已知圖象、繪制未知圖象的能力，也體現(xiàn)了新課標(biāo)的重要思想。在繪制圖象時如果題目有參考的曲線，則解答時應(yīng)在分析新的條件與原曲線的關(guān)系的基礎(chǔ)上進行繪制；如果題目沒有參考的曲線，則解答時應(yīng)結(jié)合化學(xué)平衡原理知識，具體分析橫縱坐標(biāo)的意義、條件對反應(yīng)速率和化學(xué)平衡移動的影響、曲線的變化趨勢等。解答此類題還應(yīng)注意起點、拐點、終點所對應(yīng)的坐標(biāo)，按要求繪制合理的圖象。

7.考查化學(xué)平衡原理在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用

【例9】（2 0 1 5浙江，2 8節(jié)選）乙苯催化脫氫制苯乙烯反應(yīng)：

ΔH＝＋1 2 4k J·m o l－1

（1）工業(yè)上，通常在乙苯蒸氣中摻混水蒸氣（原料氣中乙苯和水蒸氣的物質(zhì)的量之比為1∶9），控制反應(yīng)溫度6 0 0℃，并保持體系總壓為常壓的條件下進行反應(yīng)。在不同反應(yīng)溫度下，乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率和某催化劑作用下苯乙烯的選擇性（指除了H2以外的產(chǎn)物中苯乙烯的物質(zhì)的量分數(shù)）示意圖如下：

①摻入水蒸氣能提高乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率，解釋說明該事實：_________________________________________________。

②控制反應(yīng)溫度為6 0 0℃的理由是_________________。

①C O2與H2反應(yīng)，使乙苯脫氫反應(yīng)的化學(xué)平衡右移

②不用高溫水蒸氣，可降低能量消耗

③有利于減少積炭

④有利于C O2資源利用

【答案】（1）①正反應(yīng)方向氣體分子數(shù)增加，加入水蒸氣稀釋，相當(dāng)于起減壓的效果 ②6 0 0℃時，乙苯的轉(zhuǎn)化率和苯乙烯的選擇性均較高。溫度過低，反應(yīng)速率慢，轉(zhuǎn)化率低；溫度過高，選擇性下降。高溫還可能使催化劑失活，且能耗大。

（2）①②③④

【點評】本題考查化學(xué)平衡原理在苯乙烯的制備中的應(yīng)用，主要涉及制備物質(zhì)適宜條件的選擇、化工生產(chǎn)新工藝的評價，圖象分析與應(yīng)用等。試題將平衡圖象、外界條件對化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的影響，碳及其化合物的性質(zhì)等知識同低碳經(jīng)濟、溫室氣體的吸收等環(huán)境問題聯(lián)系起來，充分體現(xiàn)了學(xué)以致用的目的，更彰顯了化學(xué)是一門實用性的學(xué)科的特點。此類題是近幾年化工生產(chǎn)中有關(guān)化學(xué)平衡考點的創(chuàng)新題，背景新穎，多涉及有機知識，能很好地考查學(xué)生綜合運用所學(xué)知識解決實際問題的能力。突破此類題應(yīng)注意以下兩點：

1.掌握化工生產(chǎn)中適宜條件選擇的一般原則：（1）從化學(xué)反應(yīng)速率分析；（2）從化學(xué)平衡移動分析；（3）從原料的利用率分析，降低生產(chǎn)成本；（4）從實際生產(chǎn)能力分析，如設(shè)備承受高溫、高壓能力等；（5）從溫度對催化劑的影響分析。

2.需綜合考慮的幾個方面：（1）原料的循環(huán)利用；（2）廢物的回收和產(chǎn)物的污染處理；（3）雜質(zhì)、環(huán)境的酸堿性、投料比等對反應(yīng)的影響。

（作者單位：湖北省棗陽市第二中學(xué)）