第2章 微专题4 化学平衡图像问题 （Word教参）-【精讲精练】2024-2025学年高中化学选择性必修第一册（人教版2019）

1．化学平衡图像的类型及特点 (1)速率­压强(或温度)图像 ①可逆反应mA(g)nB(g)＋pC(s)　ΔH＝Q kJ·mol－1，温度和压强的变化对正、逆反应速率的影响分别符合下图中的两个图像： 则：Q<0，m>n。 ②根据正、逆反应速率与温度的变化曲线，可判断反应的ΔH(吸热反应或放热反应)。 ③根据正、逆反应速率与压强的变化曲线，可判断反应前后气体体积的变化。 [方法指导] 根据v­T(或p)图像判断T(或p)对平衡移动的影响时，应根据交点后v正、v逆受T(或p)的影响加以判断。 (2)百分含量(或转化率)—时间—温度(或压强)图像 Ⅰ.T2>T1，温度升高，平衡逆向移动，正反应是放热反应。 Ⅱ.p2>p1，压强增大，A(反应物)的转化率减小，说明正反应是气体总体积增大的反应。 Ⅲ.生成物C的百分含量不变，说明平衡不发生移动，但反应速率a>b，故a可能使用了催化剂；若该反应是反应前后气体总体积不变的可逆反应，a也可能是增大了压强(压缩体积)。 [方法指导] (1)“先拐先平数值大。”在化学平衡图像中，先出现拐点的反应则是先达到平衡，先出现拐点的曲线表示的温度较高(如图Ⅰ中T2>T1)、压强较大(如图Ⅱ中p2>p1)或使用了催化剂(如图Ⅲ中a使用了催化剂)。 (2)正确掌握图像Ⅰ、Ⅱ中反应规律的判断方法 ①图Ⅰ中，T2>T1，升高温度，生成物百分含量降低，平衡逆向移动，正反应为放热反应。 ②图Ⅱ中，p2>p1，增大压强，反应物的转化率降低，平衡逆向移动，则正反应为气体体积增大的反应。 ③图Ⅲ说明了条件改变对化学平衡不产生影响，a可能是加入了催化剂，或该反应是反应前后气体体积不变的反应，a是增大压强。 (3)百分含量(或转化率)—压强—温度图像 如上图中确定压强为105 Pa或107 Pa，则生成物C的百分含量随温度T的升高而逐渐减小，说明正反应是放热反应；再确定温度T不变，做横坐标的垂线，与压强线出现两个交点，分析生成物C的百分含量随压强p的变化可以发现，压强增大，生成物C的百分含量增大，说明正反应是气体总体积减小的反应。 [方法指导] “定一议二” 在化学平衡图像中，包括纵坐标、横坐标和曲线所表示的三个量。确定横坐标所表示的量，讨论纵坐标与曲线的关系，或者确定纵坐标所表示的量，讨论横坐标与曲线的关系，即“定一议二”。如上图中T1温度下，A→B压强增大，C%增大，平衡正向移动，则正反应是气体分子数减小的反应；1×105 Pa时，A→C温度升高，C%减小，平衡逆向移动，则正反应是放热反应。 (4)物质的量(浓度)—时间图像(n/c­t图像) 在2 L密闭容器中，某一反应有关物质A(g)、B(g)、C(g)的物质的量变化如图所示。 ①横坐标表示反应过程中时间变化，纵坐标表示反应过程中物质的物质的量的变化。 ②该反应的化学方程式是3A(g)＋B(g)2C(g)。 ③在反应达2 min时，正反应速率与逆反应速率之间的关系是相等。 ④用A的物质的量浓度的变化表示反应达平衡(2 min)时的正反应速率是0.15 mol·L－1·min－1。 [方法指导] 各物质的n或c不随时间变化时达到平衡状态，据起始量和平衡量求出转化量，各物质的转化量之比等于化学计量数之比，可以得出方程式中化学计量数。 (5)特殊图像 ①对于反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)　ΔH＜0，M点前，表示化学反应从反应开始到建立平衡的过程，则v正>v逆，M点为平衡点，M点后为平衡受温度的影响情况。 ②如图所示曲线是其他条件不变时，某反应物的平衡转化率与温度的关系曲线。图中标出的1、2、3、4四个点，表示v正>v逆的是点3，表示v正<v逆的是点1，而点2、4表示v正＝v逆。 [方法指导] ①中图像，由于某一条件对平衡的影响只能使平衡向一个方向移动，所以最高点(最低点)及以后为平衡状态受条件的影响情况，前面为未达到平衡的情况。 ②中图像曲线上的点全为对应条件下的平衡点。 2．解题思维建模 1．(2023·浦城期中)已知反应3A(g)＋B(g)2C(g)＋2D(g)　ΔH＜0，图中a、b曲线分别表示在不同条件下，A与B反应时，D的体积分数随时间t的变化情况。若想使曲线b(实线)变为曲线a(虚线)，可采用的措施是(　　) ①增大A的浓度 ②加入催化剂 ③升高温度 ④恒温下，缩小反应容器体积 ⑤保持容器内压强不变，加入稀有气体 A．①②　　　　　　　 B．②④ C．③④ D．④⑤ 解析　B　①增大A的浓度，反应速率加快，化学平衡发生改变，D的百分含量发生变化，故①错误；③升高温度，反应速率加快，反应向逆反应方向移动，D的百分含量发生改变，故③错误；⑤恒压下加入稀有气体，相当于减小压强，各物质的浓度减小，从而化学反应速率变小，到达平衡的时间延长，故⑤错误；②④正确，故选B。 2．(2023·嫩江期中)已知：4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)，该反应是一个可逆反应，正反应是放热反应。若反应物起始物质的量相同，下列关于该反应的示意图不正确的是(　　) 解析　C　正反应是放热反应，升高温度，反应速率加快，到达平衡时间缩短，化学平衡向逆反应方向移动，平衡时NO含量降低，C错误；故选C。 3．(2023·浦城期中)已知2A(g)＋B(g)nC(g)，在密闭容器中进行，K(300 ℃)>K(350 ℃)，某温度下，A的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图所示。 下列说法不正确的是(　　) A．该反应的正反应是放热反应 B．反应温度升高，B的转化率降低 C．平衡状态由a变到b时，化学平衡常数K(b)小于K(a) D．容器内气体的平均相对分子质量不变，说明反应达到化学平衡状态 解析　C　K(300 ℃)>K(350 ℃)，可知温度升高，反应逆向移动，则正反应是放热反应，A正确；正反应是放热反应，则反应温度升高，B的转化率减小，B正确；平衡状态由a变到b时，温度没变，化学平衡常数不变，C错误；压力变大，平衡正向移动，可知反应前后体积不同，当容器内气体的平均相对分子质量不变，说明反应达到化学平衡状态，D正确；故选C。 4．(2023·湖南卷)向一恒容密闭容器中加入1 mol CH4和一定量的H2O，发生反应：CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)。CH4的平衡转化率按不同投料比x(x＝)随温度的变化曲线如图所示。下列说法错误的是(　　) A．x1＜x2 B．反应速率：vb正＜vc正 C．点a、b、c对应的平衡常数：Ka＜Kb＝Kc D．反应温度为T1，当容器内压强不变时，反应达到平衡状态 解析　B　图像分析 结合图像分析可知，A项正确，B项错误；该反应为吸热反应，温度升高，平衡常数增大，结合图像可知平衡常数Ka＜Kb＝Kc，C项正确；该反应反应前后气体分子数不相等，恒温恒容时，容器内压强不再发生变化，即达到平衡状态，D项正确。 5．(2022·湖南卷改编)向体积均为1 L的两恒容容器中分别充入2 mol X和1 mol Y发生反应：2X(g)＋Y(g)Z(g) ΔH，其中甲为绝热过程，乙为恒温过程，两反应体系的压强随时间的变化曲线如图所示。下列说法正确的是(　　) A．ΔH>0 B．气体的总物质的量：na>nc C．a点平衡常数：K>12 D．反应速率：va正<vb正 解析　C　 甲容器在绝热条件下，随着反应的进行，压强先增大后减小，根据理想气体状态方程PV＝nRT知，刚开始压强增大的原因是因为容器温度升高，则说明上述反应过程放热，即ΔH＜0，故A错误；由于上述密闭溶液中的反应为放热反应，图中a点和c点的压强相等，因甲容器为绝热过程，乙容器为恒温过程，若两者气体物质的量相等，则甲容器压强大于乙容器压强，则说明甲容器中气体的总物质的量此时相比乙容器在减小即气体总物质的量：na＜nc，故B错误；a点为平衡点，此时容器的总压强为p，假设在恒温恒容条件下进行，则气体的压强之比等于气体的物质的量(物质的量浓度)之比，所以可设Y转化的物质的量浓度为x mol·L－1，则列出三段式如下： 　 2X(g)＋　Y(g)　Z(g) c0 2 1 0 Δc 2x x x c平 2－2x 1－x x 则有＝，计算得到x＝0.75，那么化学平衡常数K＝＝＝12，而a点平衡实际上是绝热条件下达到的平衡，要使平衡压强为p，体系中的气体总物质的量应小于1.5 mol，计算得到的x偏小，故a点平衡常数K＞12，故C正确；根据图像可知，甲容器达到平衡的时间短，温度高，所以达到平衡的速率相对乙容器的快，即Va正＞Vb正，故D错误。 6．Ⅰ.工业上利用H2和CO2合成二甲醚的反应如下： 6H2(g)＋2CO2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g)　ΔH＜0。升高温度，该反应的化学平衡移动后达到新的平衡时，CH3OCH3的产率将________(填“变大”“变小”或“不变”，下同)，混合气体的平均相对分子质量将________。 Ⅱ.某科研小组欲研究在其他条件不变的情况下，改变起始氧气的物质的量对合成新型硝化剂的反应4NO2(g)＋O2(g)2N2O5(g)　ΔH＜0的影响，其曲线如图所示，图中φ(N2O5)表示N2O5的体积分数。 (1)图中T1和T2的关系是T1________T2(填“＞”“＜”或“＝”)。 (2)比较a、b、c三点所处的平衡状态，反应物NO2的转化率最大的是________(填字母)。 (3)若容器体积为1 L，n＝1 mol，NO2的转化率为50%，则在T2条件下，此反应的化学平衡常数K＝________。 解析　Ⅰ.温度升高，化学平衡逆向移动，CH3OCH3的产率变小；逆反应是气体分子数增加的反应，升高温度气体的物质的量增大，气体的质量不变，则混合气体的平均相对分子质量将变小。 Ⅱ.(1)图中T1→T2时，φ(N2O5)增加，平衡向放热的正反应方向移动，则T1＞T2。(2)起始时，n(O2)越大，NO2的转化率越大。(3)b点时N2O5的体积分数最大，则此点通入O2、NO2的物质的量之比与化学方程式中对应的化学计量数之比相等，即通入4 mol NO2，列三段式可计算该反应的化学平衡常数。 答案　Ⅰ.变小　变小　Ⅱ.(1)＞　(2)c　(3)0.125 学科网（北京）股份有限公司 $$