2018届一轮复习人教版化学平衡图像学案

2018届一轮复习人教版化学平衡图像学案

难点增分课(四)化学平衡图像 化学平衡图像类试题是高考的热点题型，该类试题经常涉及的图像类型有含量—时间—温度(压强)图像、恒温、恒压曲线等，图像中蕴含着丰富的信息，具有简明、直观、形象的特点，命题形式灵活，难度不大，解题的关键是根据反应特点，明确反应条件，认真分析图像，充分挖掘蕴含的信息，紧扣化学原理，找准切入点解决问题。‎ 速率—压强(或温度)图像 曲线的意义是外界条件(如温度、压强等)对正、逆反应速率影响的变化趋势及变化幅度。图中交点A是平衡状态，压强增大，正反应速率增大得快，平衡正向移动。‎ ‎[对点演练]‎ ‎1．下列各图是温度(或压强)对反应：‎2A(s)＋2B(g)‎2C(g)＋D(g)(正反应为吸热反应)的正、逆反应速率的影响，曲线交点表示建立平衡时的温度或压强，其中正确的是(　　)‎ 解析：选C　无论是升高温度还是增大压强，v正、v逆均应增大。B项中v逆减小，D项中v正和v逆均减小，故B、D项均错误；该反应的正反应是一个气体分子数增大的吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，则v正>v逆，A项错误；增加压强，平衡向逆反应方向移动，则v逆>v正，C项正确。‎ ‎2．在密闭容器中进行反应：X(g)＋3Y(g)2Z(g)，有关下列图像的说法不正确的是(　　)‎ A．依据图a可判断该反应的正反应为放热反应 B．在图b中，虚线可表示使用了催化剂 C．若正反应的ΔH<0，图c可表示升高温度使平衡向逆反应方向移动 D．由图d中气体平均相对分子质量随温度的变化情况，可推知正反应的ΔH>0‎ 解析：‎ 选D　A项，由图a可以看出，升高温度时逆反应速率比正反应速率增大的快，平衡逆向移动，所以正反应为放热反应，正确；B项，催化剂只能改变反应速率，不能改变反应限度，即催化剂可缩短达到平衡的时间，而不能改变反应物的平衡转化率，正确；C项，由图c可以看出，改变条件后，正、逆反应速率均增大且逆反应速率增大的幅度大，平衡逆向移动，若正反应的ΔH<0，则升高温度平衡逆向移动，正确；D项，由图d可以看出，升高温度时气体的平均相对分子质量减小，则说明平衡逆向移动，正反应为放热反应，即ΔH<0，错误。‎ 转化率(或百分含量)—时间—温度(或压强)图像 已知不同温度或压强下，反应物的转化率α(或百分含量)与时间的关系曲线，推断温度的高低及反应的热效应或压强的大小及气体物质间的化学计量数的关系。[以A(g)＋B(g)C(g)中反应物的转化率αA为例说明]‎ 解答这类图像题时应注意以下两点：‎ ‎(1)“先拐先平，数值大”原则 分析反应由开始(起始物质相同时)达到平衡所用时间的长短可推知反应条件的变化。‎ ‎①若为温度变化引起，温度较高时，反应达平衡所需时间短。如甲中T2＞T1。‎ ‎②若为压强变化引起，压强较大时，反应达平衡所需时间短。如乙中p1＞p2。‎ ‎③若为是否使用催化剂，使用适宜催化剂时，反应达平衡所需时间短。如图丙中a使用催化剂。‎ ‎(2)正确掌握图像中反应规律的判断方法 ‎①图甲中，T2>T1，升高温度，αA降低，平衡逆向移动，正反应为放热反应。‎ ‎②图乙中，p1>p2，增大压强，αA升高，平衡正向移动，则正反应为气体体积缩小的反应。‎ ‎③若纵坐标表示A的百分含量，则甲中正反应为吸热反应，乙中正反应为气体体积增大的反应。‎ ‎[对点演练]‎ ‎3．在相同温度下，将H2和N2两种气体按不同比例通入相同的恒容密闭容器中，发生反应：3H2＋N22NH3。 表示起始时H2和N2的物质的量之比，且起始时H2和N2的物质的量之和相等。下列图像正确的是(　　)‎ 解析：选D　随着 的增大，H2含量增多，H2的平衡转化率降低，A错误；随着 的增大，H2含量增多，混合气体的质量减小，B错误；随着 的增大，H2含量增多，N2的平衡转化率增大，C错误；随着 的增大，H2含量增多，混合气体的质量减小，则混合气体的密度减小，D正确。‎ ‎4．(2015·浙江高考节选)工业上，通常在乙苯蒸气中掺混水蒸气(原料气中乙苯和水蒸气的物质的量之比为1∶9)，控制反应温度‎600 ℃‎，并保持体系总压为常压的条件下进行反应。在不同反应温度下，乙苯的平衡转化率和某催化剂作用下苯乙烯的选择性(指除了H2以外的产物中苯乙烯的物质的量分数)示意图如下：‎ ‎(1)掺入水蒸气能提高乙苯的平衡转化率，解释说明该事实 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)控制反应温度为‎600 ℃‎的理由是____________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 解析：(1)因为该容器内保持恒压，掺入水蒸气，相当于增大了容器的体积，而该反应的正反应是气体化学计量数增大的反应，化学平衡向右移动，提高了乙苯的平衡转化率。(2)从图像可知，‎600 ℃‎时，乙苯的转化率和苯乙烯的选择性均较高。如果温度过低，反应速率慢且转化率低；如果温度过高，选择性下降，且高温还可能使催化剂失去活性，同时还会消耗更多的能量。‎ 答案：(1)正反应方向气体分子数增加，加入水蒸气稀释，相当于起减压的效果　(2)‎ ‎600 ℃‎‎，乙苯的转化率和苯乙烯的选择性均较高。温度过低，反应速率慢，转化率低；温度过高，选择性下降。高温还可能使催化剂失活，且能耗大 解化学图像题的“三个步骤”‎ 恒温线(或恒压线)图像 已知不同温度下的转化率－压强图像或不同压强下的转化率－温度图像，推断反应的热效应或反应前后气体物质间化学计量数的关系。[以反应A(g)＋B(g)―→C(g)中反应物的转化率αA为例说明]‎ 解答这类图像题时应注意以下两点：‎ ‎(1)“定一议二”原则：可通过分析相同温度下不同压强时反应物A的转化率大小来判断平衡移动的方向，从而确定反应方程式中反应物与产物气体物质间的化学计量数的大小关系。如甲中任取一条温度曲线研究，压强增大，αA增大，平衡正向移动，正反应为气体体积减小的反应，乙中任取横坐标一点作横坐标垂直线，也能得出结论。‎ ‎(2)通过分析相同压强下不同温度时反应物A的转化率的大小来判断平衡移动的方向，从而确定反应的热效应。如利用上述分析方法，在甲中作垂直线，乙中任取一曲线，即能分析出正反应为放热反应。‎ ‎[对点演练]‎ ‎5．某化学科研小组研究在其他条件不变时，改变某一条件对化学平衡的影响，得到如下变化规律(图中p表示压强，T表示温度，n表示物质的量)。‎ 根据以上规律判断，下列结论正确的是(　　)‎ A．反应Ⅰ：ΔH＞0，p2＞p1‎ B．反应Ⅱ：ΔH＜0，T1＜T2‎ C．反应Ⅲ：ΔH＞0，T2＞T1或ΔH＜0，T2＜T1‎ D．反应Ⅳ：ΔH＜0，T2＞T1‎ 解析：选C　反应Ⅰ中温度降低，A的平衡转化率升高，说明平衡向正反应方向移动，故正反应是放热反应，ΔH＜0，压强增大平衡向正反应方向移动，A的转化率升高，故p2＞p1，A错误；反应Ⅱ中T1温度下反应先达到平衡，说明T1＞T2，温度降低，n(C)增大，说明平衡向正反应方向移动，故正反应是放热反应，ΔH＜0，B错误；反应Ⅳ中，若T2＞T1，则温度高，A的平衡转化率增大，说明平衡向正反应方向移动，正反应是吸热反应，ΔH＞0，D错误。‎ ‎6.在密闭容器中，对于可逆反应A＋3B‎2C(g)，平衡时C的体积分数(C%)与温度和压强的关系如图所示，下列判断正确的是(　　)‎ A．A一定为气体 B．B一定为气体 C．该反应是放热反应 D．若正反应的ΔH<0，则T1>T2‎ 解析：选B　由题图可知，增大压强，平衡正向移动，说明反应物中气体的化学计量数之和大于2，故可推知B一定为气体，A为气态或非气态，A项错误，B项正确；因不知T1、T2的大小，故无法判断反应的热效应，C项错误；若正反应的ΔH<0，则升高温度，C%减小，故应有T1v逆，C错误；由图丙可知，反应进行到4 min 时，则消耗的反应物的物质的量为0.12 mol·L－1×‎10 L＝1.2 mol，所以放出的热量为 51.6 kJ，D正确。‎ ‎8．T‎0℃‎时，在‎2 L的密闭容器中发生反应：X(g)＋Y(g)Z(g)(未配平)，各物质的物质的量随时间变化的关系如图a所示。其他条件相同，温度分别为T‎1℃‎、T‎2℃‎时发生反应，X的物质的量随时间变化的关系如图b所示。下列叙述正确的是(　　)‎ A．该反应的正反应是吸热反应 B．T‎0℃‎，从反应开始到平衡时：v(X)＝0.083 mol·L－1·min－1‎ C．图a中反应达到平衡时，Y的转化率为37.5%‎ D．T‎1℃‎时，若该反应的平衡常数K＝50，则T1＜T0‎ 解析：选D　根据“先拐先平，数值大”的原则可推知，T1>T2，温度越高，X的物质的量越大，则平衡向左移动，正反应放热，A错误；v(X)＝≈0.041 7 mol·L ‎－1·min－1，B错误；Y的转化率为＝0.625，C错误；由图a可知X、Y、Z物质的量变化之比为1∶1∶2，则K0为33.3<50，平衡常数越小，温度越高，D正确。‎ 几种特殊图像 ‎1．对于化学反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，M点前，表示化学反应从反应物开始，则v正 >v逆；M点为刚达到的平衡点。M点后为平衡受温度的影响情况，即升温，A%增大(C%减小)，平衡逆向移动，ΔH<0。‎ ‎2．对于化学反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，L线上所有的点都是平衡点。‎ 左上方(E点)，A%大于此压强时平衡体系中的A%，E点必须向正反应方向移动才能达到平衡状态，所以，E点v正>v逆；则右下方(F点)v正vP B．平衡常数：KNv逆 解析：选D　A中，温度越高，反应速率越大，vMKP；C中，M、N两点相比，M点温度低于N点温度，升温，平衡左移，所以M点的 c(I－)小。‎ ‎10．(2013·浙江高考节选)已知反应(NH4)2CO3(aq)＋H2O(l)＋CO2(g)2NH4HCO3(aq)　ΔH，可用于捕碳技术之中。为研究温度对(NH4)2CO3捕获CO2效率的影响，在某温度T1下，将一定量的(NH4)2CO3溶液置于密闭容器中，并充入一定量的CO2‎ 气体(用氮气作为稀释剂)，在t时刻，测得容器 中CO2气体的浓度。然后分别在温度为T2、T3、T4、T5下，保持其他初始实验条件不变，重复上述实验，经过相同时间测得CO2气体浓度，得到趋势图(如图所示)。则：‎ ‎(1)ΔH________0(填“>”、“＝”或“<”)。‎ ‎(2)在T1～T2及T4～T5二个温度区间，容器内CO2气体浓度呈现如图所示的变化趋势，其原因是 ‎________________________________________________________________________。‎ 解析：(1)注意当时间到达T1时，反应不是平衡状态，随着温度升高反应速率越来越快，所以T3达到平衡状态，温度升高，CO2浓度上升，平衡逆移，故正反应放热，ΔH<0。‎ 答案：(1)＜　(2)T1～T2区间，化学反应未达到平衡，温度越高，化学反应速率越快，所以CO2被捕获的量随温度升高而提高。T4～T5区间，化学反应已达到平衡，由于正反应是放热反应，温度升高平衡向逆反应方向移动，所以不利于CO2捕获 ‎ ‎ ‎1．在一定温度不同压强(p1p1可推得反应图像中p2先出现拐点，故A、C两项错误；此反应为反应前后气体体积增大的反应，增大压强，平衡逆向移动，Z的体积分数减小，D错误，B正确。‎ ‎2．COCl2(g)CO(g)＋Cl2(g)　ΔH>0，当反应达到平衡时，改变一种反应条件，下列示意图正确的是(　　)‎ A．①表示随温度升高，平衡常数的变化 B．②表示t1时刻加入催化剂，反应速率随时间的变化 C．③表示恒压条件下，反应物的转化率随充入惰性气体体积的变化 D．④表示CO的体积分数随充入Cl2量的变化 解析：选D　反应是吸热反应，升高温度平衡正向移动，平衡常数增大，A错误；催化剂改变反应速率不改变化学平衡，速率同等程度增大，速率变化曲线不符合，B错误；恒压容器中加入与平衡无关的气体，体积增大，压强减小，平衡正向进行，反应物转化率增大，C错误；充入Cl2，平衡逆向移动，CO的体积分数减小，D正确。‎ ‎3．(2017·西安模拟)在容积一定的密闭容器中给定物质A、B、C的量，在一定条件下发生反应建立化学平衡：aA(g)＋bB(g)xC(g)，符合下图所示的关系(C%表示平衡混合气中产物C的百分含量，T表示温度，p表示压强)。在图中，Y轴是指(　　)‎ A．反应物A的百分含量 B．平衡混合气中物质B的百分含量 C．平衡混合气的密度 D．平衡混合气的平均摩尔质量 解析：选D　由左图可知，在相同温度下，增大压强(p2＞p1)，C的百分含量增大，说明增大压强平衡向正反应方向移动，则有a＋b＞x；在相同压强下，升高温度(T1＞T2)，C的百分含量降低，说明升高温度平衡向逆反应移动，该反应的正反应为放热反应。增大压强平衡向正反应方向移动，A的百分含量减小，与图像不符，A错误；增大压强平衡向正反应方向移动，B的百分含量减小，与图像不符，B错误；由于反应容器的容积不变，气体的质量不变，则温度变化，平衡混合气的密度不变，C错误；升高温度，平衡向逆反应方向移动，混合气体的物质的量增多，质量不变，平衡混合气的平均摩尔质量减小，增大压强，平衡向正反应方向移动，平衡混合气的平均摩尔质量增大，与图像相符合，D正确。‎ ‎4．(2017·成都七中月考)在‎2 L恒容密闭容器中充入2 mol X和1 mol Y，发生反应：2X(g)＋Y(g)3Z(g)，反应过程持续升高温度，测得X的体积分数与温度的关系如图所示。下列推断正确的是(　　)‎ A．Q点时，Y的转化率最大 B．升高温度，平衡常数增大 C．W点X的正反应速率等于M点X的正反应速率 D．平衡时充入Z，达到新平衡时Z的体积分数增大 解析：选A　从开始到Q点是正向建立平衡的过程，转化率逐渐增大，从Q点到M点升高温度，平衡向左移动，X的转化率降低，Q 点最大，A正确；分析图像，X的体积分数先减小到最低，这是化学平衡的建立过程，后增大，这是平衡的移动过程，升高温度，X的体积分数增大，说明升温平衡左移，平衡常数减小，B错误；M点温度高，故反应速率快，C错误；平衡时再充入Z，相当于增大压强，平衡不移动，体积分数相等，D错误。‎ ‎5．甲醇脱氢可制取甲醛CH3OH(g)HCHO(g)＋H2(g)　ΔH＝Q，甲醇的平衡转化率随温度变化曲线如图所示。下列有关说法正确的是(　　)‎ A．Q<0‎ B．600 K时，Y点甲醇的v(正)0，A错误；600 K时，Y点甲醇转化率大于X点甲醇平衡转化率，说明反应逆向进行，即v(正)”“<”或“＝”)，判断的理由是________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 解析：(1)与a相比，曲线b首先达到平衡，则反应速率快，而且平衡时的压强比曲线a大，应该是升高温度。‎ ‎(2)①实验甲中，若2 min时测得放出的热量是4.2 kJ，则消耗SO2 0.1 mol,0～2 min时间内，v(SO2)＝＝0.05 mol·L－1·min－1。‎ ‎②实验乙中，‎ ‎　　　　　　SO2(g)＋NO2(g)SO3(g)＋NO(g)‎ 起始(mol·L－1) 0.2 0.8 0 0‎ 变化(mol·L－1) 0.16 0.16 0.16 0.16‎ 平衡(mol·L－1) 0.04 0.64 0.16 0.16‎ 平衡常数K＝0.162/0.64×0.04＝1，由于丙的温度与乙相同，因此丙实验达平衡时，平衡常数也是1，设转化的NO2的浓度为a ‎　　　 　 　SO2(g)＋NO2(g)SO3(g)＋NO(g)‎ 起始(mol·L－1) 0.2 0.3 0 0‎ 变化(mol·L－1) a a a a 平衡(mol·L－1) 0.2－a 0.3－a a a K＝a2/(0.2－a)(0.3－a)＝1，a＝0.12，NO2的转化率为0.12/0.30＝40%。‎ ‎③实验甲中，‎ ‎　　　　　　SO2(g)＋NO2(g)SO3(g)＋NO(g)‎ 起始(mol·L－1) 0.8 0.2 0 0‎ 变化(mol·L－1) 0.18 0.18 0.18 0.18‎ 平衡(mol·L－1) 0.62 0.02 0.18 0.18‎ K＝＝2.613＞1，而该反应的正向是放热反应，故T1

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