高中化学微专题-专题三 化学平衡图象(讲)

专题三 化学平衡图象 化学平衡是高考历年来必考点之一，对于平衡图象的考察特别能体现理科素养，因此平衡图象提成为高考青睐的题型之一，图象和图表分析能力是高中化学重点考查的能力之一，从近几年的高考试题看，化学反应速率、化学平衡的图象和图表题属于高频考点，要求能够分析图象、图表，结合化学平衡移动原理答题。反应速率与化学平衡图象题有如下几种类型：分析外界条件对反应速率及化学平衡的影响、由图象判断反应特征(确定反应中各物质的化学计量数、判断热效应或气体物质化学计量数的变化关系)、由反应和图象判断图象中坐标或曲线的物理意义、由反应和图象判断符合图象变化的外界条件、由反应判断图象正误等。 一、化学平衡图象的类型 1.速率—温度(压强)图象：对于N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH=-92.4  kJ·mol-1，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。图中交点是平衡状态，温度升高后逆反应速率增大得快，平衡逆向移动；压强增大后正反应速率增大得快，平衡正向移动。 2.百分含量(或转化率)—时间—温度(压强)图象：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，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。图甲中，T2>T1，升高温度，αA降低，平衡逆移，正反应为放热反应。图乙中，p1>p2，增大压强，αA升高，平衡正移，则正反应为气体体积缩小的反应。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。 3.恒温线(恒压线)图象：已知不同温度下的转化率—压强图象或不同压强下的转化率—温度图象，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，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，平衡正移，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。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。 4.几种特殊图象 (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)，平衡左移，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点必须朝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<v逆。 二、解题指导 化学平衡图象类试题是高考的热点题型，该类试题经常涉及到的图象类型有物质的量(浓度)、速率—时间图象、含量—时间—温度(压强)图象、恒温、恒压曲线等，图象中蕴含着丰富的信息量，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，认真分析图象充分挖掘蕴含的信息，紧扣化学原理，找准切入点解决问题。解决化学平衡图象问题的基本方法可以从以下方面进行综合分析：一是借助于化学方程式掌握化学反应的特征；二是掌握该化学反应的速率变化与平衡移动的规律；三是掌握图中符号的含义，图中符号项目主要包括纵坐标、横坐标和图象，对图象要弄清楚其起点、拐点、交点、终点和走向(即“四点一向”)的含义。 (1)分析“断点”：当可逆反应达到一种平衡后，若某一时刻外界条件发生改变，都可能使速率-时间图象的曲线出现不连续的情况，即出现“断点”。根据“断点”前后的速率大小，即可对外界条件的变化情况作出判断。 (2)分析“拐点”：同一可逆反应，若反应条件不同，达到平衡所用的时间也可能不同，反映到图象出现“拐点”的时间也就有差异。根据外界条件对化学反应速率的影响，即可判断出温度的高低、压强或浓度的大小及是否使用催化剂。 (3)分析曲线的变化趋势：对于速率-温度(或压强)图象，由于随着温度逐渐升高或压强逐渐增大，反应速率会逐渐增大，因此图象上出现的是平滑的递增曲线。根据温度或压强对化学反应速率的影响，可以判断速率曲线的变化趋势。需要注意的是：温度或压强的改变对正、逆反应速率的影响是一致的，即要增大都增大，要减小都减小，反映到图象上，就是v(正)、v(逆)两条曲线的走势大致相同；分析外界条件对反应速率的影响时，只能分析达到平衡之后化学反应速率的变化情况。 【例题1】 1．已知乙酸蒸气中存在乙酸二聚物，二者如下平衡：(CH3COOH)2(g)2CH3COOH(g) ΔH，实验测定该平衡体系的度和压强的变化如图所示，上述反应的ΔH (填“>”或“<”)0，a、b、c三点中平衡常数最大的点是 。测定乙酸的摩尔质量应选择的适宜条件是 。    【举一反三】 2．已知CO和H2在催化剂作用下合成甲醇的反应如下：CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)　ΔH1=-99 kJ/mol，反应的化学平衡常数K表达式为 ；下图中能正确反映平衡常数K随温度变化关系的曲线为 (填曲线标记字母)，其判断理由是 。 【例题2】 3．一定量的CO2与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应：C(s)＋CO2(g)2CO(g)。平衡时，体系中气体体积分数与温度的关系如图所示。已知：气体分压(p分)=气体总压(p总)×体积分数。则550 ℃时，若充入惰性气体，v正 、v逆 ，平衡 ；650 ℃时，反应达平衡后，CO2的转化率为 ，T ℃时，若充入等体积的CO2和CO，平衡向 移动；925 ℃时，用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数为 (用表示p总)。    【举一反三】 4．利用H2和CO2在一定条件下可以合成乙烯：6H2(g)+2CO2(g)CH2=CH2(g)+4H2O(g)。已知不同温度对CO2的转化率及催化剂的效率影响如图所示，则不同条件下反应， 点的速率最大，M点时平衡常数比N点时平衡常数 ，温度低于250℃时，随温度升高乙烯的产率 。    【例题3】 5．由CO2和H2合成CH3OH 的反应如下：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH，在10L的恒容密闭容器中投入1molCO2和2.75molH2，在不同条件下发生上述反应，测得平衡时甲醇的物质的量随温度、压强的变化如图所示，则反应的ΔH (填“> ”或“<”)，判断理由是 。图中压强p1 ( “>”或“<”)p2，N点时，该反应的平衡常数K= (计算结果保留2位小数)。    【举一反三】 6．在催化剂存在下用H2还原CO2是解决温室效应的重要手段之一，相关反应如下：主反应CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)ΔH1=-164.0 kJ·mol-1，副反应CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41.2kJ/mol。T℃时，若在体积恒为2L的密闭容器中同时发生上述反应，将物质的量之和为5mol的H2和CO2以不同的投料比进行反应，结果如图所示。若a、b表示反应物的转化率，则表示H2转化率的是 ，c、d分别表示CH4(g)和CO(g)的体积分数，由图可知= 时，甲烷产率最高。若该条件下CO的产率趋于0，则T℃时主反应的平衡常数K= 。    试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 参考答案： 1． > b 低压、高温 【详解】由图示可知，温度升高，减小，总物质的量增大，即平衡正向移动，ΔH>0，因升温平衡正向移动，反应限度越大，即b点平衡常数最大；反应正方向为体积增大的方向，吸热反应，则由图示可知测定乙酸的摩尔质量应选择的适宜条件是低压、高温。 2． K= a 反应为放热反应，平衡常数数值应随温度升高变小 【详解】根据化学平衡常数的书写要求可知，平衡常数=生成物浓度幂之积除以反应物浓度幂之积，故反应的化学平衡常数为K=；反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，平衡常数K减小，故曲线a符合要求。 3． 减小 减小 正向 25% 不移动 23.04p总 【详解】550 ℃时，若充入惰性气体，由于保持了压强不变，相当于扩大了体积，v正、v逆均减小，平衡正向移动。根据图示可知，在650 ℃时，CO的体积分数为40%，根据反应方程式：C(s)＋CO2(g)2CO(g)，设开始加入1 mol CO2，反应掉了x mol CO2，则有： 因此有：×100%=40%，解得x=0.25，则CO2的平衡转化率为×100%=25%。由图可知，T ℃时，CO与CO2的体积分数相等，在等压下充入等体积的CO和CO2，对原平衡条件无影响，平衡不移动。Kp==23.04p总。 故答案为：减小；减小；正向；25%；不移动；23.04p总。 4． M 大 减小 【详解】温度越高、催化剂催化效率越高，反应速率越快；由图可知，M点催化剂催化效果最好，所以M点反应速率最大；随温度升高，二氧化碳的平衡转化率减小，说明M点时平衡常数比N点时平衡常数大；温度低于250℃时，随温度升高二氧化碳转化率下降，乙烯的产率减小。 5． < CH3OH的物质的量随温度的升高而减少，故正反应为放热反应 > 1.04 【详解】由图可知，压强一定时，温度越高，CH3OH的物质的量越小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，则正反应为放热反应，ΔH<0。 正反应为气体体积减小的反应，温度一定时，增大压强，平衡向正反应方向移动，甲醇的物质的量增大，故压强P1>P2。 温度不变平衡常数不变，图中M点时，容器体积为10L，结合M点的坐标可知，M点的CH3OH的物质的量为0.25mol，根据题意建立如下三段式： 则化学平衡常数K=。 6． b 4 100 【详解】增大氢气的浓度，CO2的平衡转化率增大、氢气的平衡转化率降低，所以随着比值的增大，氢气的转化率降低，则表示H2转化率的是b；投料比等于系数比时，产物的百分含量最大，所以c为CH4(g) 的体积分数，由图可知=4时，甲烷产率最高。若该条件下CO的产率趋于0，则=4，开始物质的量之和为5mol的H2和CO2分别为4mol和1mol，平衡转化率为80%，则平衡时各物质的量浓度为： 则K==100。 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $$