专题2.3.3 化学平衡图像的分析与应用（课件PPT）-【新课程学案】2024-2025学年高中化学选择性必修1（苏教版2019）

化学平衡图像的分析与应用 第3课时 1 目 录 01 02 03 培优素养(一)——单一变量的平衡图像 (“先拐先平”法) 培优素养(二)——多种变量的平衡图像(“定一议二”法) 课时跟踪检测 01 培优素养(一)——单一变量的平衡图像(“先拐先平”法) 1．“转化率—时间”的四种图像 p一定时，ΔH<0 T一定时，m＋n>p＋q T一定时，m＋n<p＋q T一定时，m＋n＝p＋q 续表 [微点拨]　纵坐标也可以是某组分的含量 2．解答这类图像题应遵循的原则和方法 “先拐 先平， 数值大” 原则 分析反应由开始(起始物质的量相同时)至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。如甲图500 ℃先达平衡。 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、丙、丁图1.01×107 Pa先达平衡 掌握图像中反应规律的判断方法 ①图甲中，升高温度，A的转化率降低，平衡逆向移动，正反应为放热反应。 ②图乙中，增大压强，A的转化率升高，平衡正向移动，则正反应为气体体积减小的反应。 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 续表 √ [解析]　由于该反应的正反应为放热反应，温度升高平衡逆向移动，NO的含量降低，A正确，C错误； 该反应的正反应是气体体积增大的反应，压强减小平衡正向移动，NO的含量增大，B正确； 催化剂的使用只能改变反应速率，不能使平衡发生移动，NO的含量不变，D正确。 解析：根据图示可由先拐先平数值大原则知，T1＞T2，温度越高平衡时c(X)越高，则正反应为放热反应，M点X的转化率小于W点X的转化率，M点放出的热量小于W点放出的热量，A项错误； √ M点温度比W点温度高，所以M点的正反应速率大于W点的逆反应速率，而W点的逆反应速率大于N点的逆反应速率，则M点的正反应速率大于N点的逆反应速率，C项正确； 由于在恒容密闭容器中反应，再加入一定量X，相当于增加压强，平衡向正反应方向移动，再次平衡时X的转化率增大，D项错误。 2．以下图像对应的叙述正确的是(　 ) √ A．图甲：A的平衡转化率为50% B．图乙：t1时刻改变的条件只能是加入催化剂 C．图丙：对图中反应升高温度，该反应平衡常数减小 D．图丁：该正向反应在任何温度下都能自发进行 解析：由图可知，反应生成C 0.4 mol、剩余A 0.8 mol，根据化学方程式可知，反应A 0.8 mol，则A的平衡转化率为50%，A正确； 反应为气体分子数不变的反应，根据图中信息得到t1时刻改变的条件可能是加入催化剂，也可能是加压，B错误； 对图中反应升高温度，正反应增大的速率大于逆反应增大的速率，说明平衡正向移动，该反应是吸热反应，升高温度平衡正向进行，该反应平衡常数增大，C错误； 根据下面两根曲线得到p2＞p1，增大压强，C%增大，说明正向移动，反应为气体分子数减小的反应，为熵减反应；根据上面两根曲线得到T2<T1，升高温度，C%减小，说明逆向移动，反应为放热反应，焓变小于零；则反应为放热的熵减反应，在低温下利于反应的自发进行，D错误。 02 培优素养(二)——多种变量的平衡图像(“定一议二”法) 1．“A的转化率(或C的含量)—温度—压强”的四种图像 m＋n>p＋q，ΔH<0 m＋n<p＋q，ΔH>0 续表 2．解答这类图像题时应运用“定一议二”法 相同温度下不同压强 由反应物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。如图甲中任取一条温度曲线研究，压强增大，A的转化率增大，平衡正向移动，正反应为气体体积减小的反应，图丙中任取横坐标一点作横坐标垂直线，也能得出相同结论 相同压强下不同温度 由反应物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。如图丙中任取一条压强曲线研究，温度升高，A的转化率减小，平衡逆向移动，正反应为放热反应，图乙中任取横坐标一点作横坐标垂直线，也能得出相同结论 续表 [解析]　如图，温度越高，乙烯的转化率越低，平衡逆向移动，该反应为放热反应，ΔH<0，A正确； 压强越大，平衡正向移动，乙烯的平衡转化率越大，所以p1<p2<p3，B正确； √ 与a点相比，b点温度高，压强大，反应速率较快，达平衡所需时间较短，D正确。 A．该反应的ΔH>0 B．气体的总压强：p(a)>p(b)＝p(c) C．平衡常数：K(a)＝K(b)<K(c) D．测定HF的相对分子质量要在低压、高温条件下更准确 解析：由图可知，压强一定时，体系的平均相对分子质量M随着温度的升高而减小，即升高温度，平衡逆向移动，则正反应放热，反应的ΔH＜0，A错误； √ 由选项A的分析可知，该反应为放热反应，升高温度时平衡逆向移动，平衡常数K减小，则平衡常数：K(a)>K(c)>K(b)，C错误； 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：由题意分析 √ 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，结合题图可知，平衡常数：Ka<Kb＝Kc，C项正确； 该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，即反应达到平衡状态，D项正确。 03 课时跟踪检测 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 A．若a＋b＝c，则t0时刻只能是增大了容器的压强 B．若a＋b＝c，则t0时刻只能是加入了催化剂 C．若a＋b≠c，则t0时刻只能是增大了容器的压强 D．若a＋b≠c，则t0时刻只能是加入了催化剂 解析：从图像可知，t0时刻改变条件后正、逆反应速率同等程度增大，但平衡不移动，若a＋b＝c，则t0时刻可以是增大压强或使用催化剂；若a＋b≠c，则t0时刻只能是使用催化剂，D项正确。 √ 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 √ A．增大压强，甲醇转化率增大 B．b点反应速率：v正>v逆 C．平衡常数：K(75 ℃)<K(85 ℃)，反应速率：vb<vd D．生产时反应温度控制在80～85 ℃为宜 解析：由于该反应是气体体积减小的反应，增大压强可以使平衡正向移动，即增大甲醇的转化率，A正确。 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 平衡之前，温度升高，反应速率增大，一氧化碳转化率增大，平衡之后，温度升高，平衡逆向移动，一氧化碳转化率减小，即b点还未平衡，反应正向进行，则此时正反应速率＞逆反应速率，B正确。 温度超过约83 ℃左右时，随着温度的升高，CO的转化率降低，则说明该反应是放热反应，对于放热反应而言，温度越高，平衡常数K越小，故K(75 ℃)＞K(85 ℃)；b点的温度比d点的低，故vb<vd，C错误。 根据题图可知，温度在80～85 ℃的范围内，CO的转化率最高，超过该温度范围，随着温度的升高，CO的转化率降低，说明反应的最适温度在80～85 ℃之间，故生产时反应温度控制在80～85 ℃为宜，D正确。 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 3．化学中常用图像直观地描述化学反应的进程或结果，下列图像描述正确的是(　 ) 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 解析：当其他条件不变时，升高温度，正、逆反应速率均加快，降低温度，正、逆反应速率均减小，与图像不符，故A错误； 使用催化剂能降低反应的活化能，图②中a表示使用催化剂时反应过程中的能量变化，b表示未使用催化剂时反应过程中的能量变化，且反应物与生成物能量高低错误，故C错误； 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 A．图中A、B两点对应的平衡常数相等 B．上述反应在达到平衡后，缩小体积，Y的转化率提高 C．升高温度，正、逆反应速率均增大，平衡向正反应方向移动 D．将2.0 mol X、6.0 mol Y置于密闭容器中发生反应，放出的热量为2a kJ √ 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 解析：平衡常数只与温度有关，A、B两点温度不同，则平衡常数不同，故A错误； 该反应为气体体积减小的反应，增大压强平衡正向移动，Y的转化率提高，故B正确； 正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，且正、逆反应速率均增大，故C错误； 可逆反应不能完全转化，且物质的量与热量成正比，则将2.0 mol X、6.0 mol Y置于密闭容器中发生反应，放出的热量小于2a kJ，故D错误。 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 5．(2024·扬州期末)用Na2FeO4溶液氧化废水中的还原性污染物M。为研究降解效果，设计如下对比实验，探究温度、浓度、pH、催化剂对降解速率和效果的影响，实验测得M的浓度与时间的关系如图所示： 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 实验编号 温度/℃ pH ① 25 1 ② 45 1 ③ 25 7 ④ 25 1 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 下列说法正确的是(　 ) A．实验①在15 min内M的降解速率为1.33×10－2 mol·L－1·min－1 B．若其他条件相同，实验①②说明升高温度，M降解速率增大 C．若其他条件相同，实验①③证明pH越高，越有利于M的降解 D．实验②④说明M的浓度越小，降解的速率越慢 √ 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 其他条件相同，②的温度高于①的，而②中浓度变化大于①，说明②的降解速率大，故B正确； 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 其他条件相同，③的pH大于①，在相同时间段内，①中M的浓度变化大于③，说明①的降解速率大于③，故C错误； ②④这两组实验温度不同，浓度也不同，不是单一变量，无法比较浓度对此反应降解速率的影响，故D错误。 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 A．该反应的ΔH<0，且p1<p2 B．反应速率：v逆(状态A)>v逆(状态B) C．在C点时，CO转化率为75% D．在恒温恒压条件下向密闭容器中充入不同量的CH3OH，达到平衡时CH3OH的体积分数不同 解析：由题图可知，升高温度，CH3OH的体积分数减小，平衡逆向移动，则该反应的ΔH<0,300 ℃时，增大压强，平衡正向移动，CH3OH的体积分数增大，所以p1>p2，故A错误； √ 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 B点对应的温度和压强均大于A点，升高温度、增大压强均使该反应的化学反应速率加快，因此v逆(状态A)<v逆(状态B)，故B错误； 设向密闭容器中充入了1 mol CO和2 mol H2，CO的转化率为x，则 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 由等效平衡可知，在恒温恒压条件下向密闭容器中充入不同量的CH3OH，达到平衡时CH3OH的体积分数都相同，故D错误。 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 A．T ℃时，该反应的平衡常数为4 B．c点没有达到平衡，此时反应逆向进行 C．若c点为平衡点，则此时容器内的温度高于T ℃ D．T ℃时，直线cd上的点均为平衡状态 √ 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 c点没有达到平衡，如果要达到平衡，应向d点移动，A、B的浓度降低，说明平衡向正反应方向移动，故B错误； 如果c点为平衡状态，此时的化学平衡常数小于T ℃时的化学平衡常数，说明温度高于T ℃，故C正确； T ℃时，只有曲线(实线)上的点处于平衡状态，c点不是平衡状态，故D错误。 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 A．T1＜T2，p1＞p2，m＋n＞p，放热反应 B．T1＞T2，p1＜p2，m＋n＞p，吸热反应 C．T1＜T2，p1＞p2，m＋n＜p，放热反应 D．T1＞T2，p1＜p2，m＋n＜p，吸热反应 √ 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 解析：由“先拐先平数值大”原则，对比①②可知T1＞T2，对比②③可知p2＞p1；对比①②，温度由T2升高到T1，φ(B)减小，说明升温平衡向正反应方向移动，所以正向为吸热反应；对比②③，由p1加压到p2，φ(B)增大，说明加压平衡向逆反应方向移动，所以逆向为气体体积减小的反应，即m＋n＜p。 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 高阶思维训练 9．(2024·常州期末)SCR法是工业上消除氮氧化物的常用方法，反应如下： 相同条件下，在甲、乙两种催化剂作用下进行上述反应，下列说法错误的是(　 ) 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 A．工业上选择催化剂乙的原因是低温下有很强的催化活性 B．投料比一定时有利于提高NO平衡转化率的反应条件是降低温度、减少压强 C．图中M点处(对应温度为210 ℃)NO的转化率一定不是该温度下的平衡转化率 D．相同条件下选择高效催化剂，可以提高NO的平衡转化率 √ 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 解析：从图中可知，催化剂乙在低温下具有很强的催化活性，从而可以节约能源，A正确； 从图中分析可知，随着温度升高化学平衡逆向移动，即该主反应的正反应为放热反应，且正向为气体体积增大的方向，根据勒夏特列原理可知，投料比一定时有利于提高NO平衡转化率的反应条件是降低温度、减少压强，B正确； 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 甲催化剂随温度升高NO转化率先增大后减小是因为催化剂在温度高的条件下催化活性减小，相对于催化剂乙，在催化剂甲作用下，图中M点处(对应温度为210 ℃)NO的转化率一定不是该温度下的平衡转化率，高于210 ℃时，NO转化率降低是催化剂活性减低(或副反应增多)，C正确； 根据勒夏特列原理可知，催化剂只能改变反应速率而不影响化学平衡，故相同条件下选择高效催化剂，不能提高NO的平衡转化率，D错误。 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 (1)T1时，40～80 s内用N2O4表示该反应的平均反应速率为________mol·L－1·s－1。 (2)ΔH________(填“>”“<”或“＝”)0。 (3)在温度为T3、T4时，平衡体系中NO2的体积分数随压强变化的曲线如图2所示。下列说法正确的是________。 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 A．A、C两点的反应速率：A>C B．A、B两点N2O4的转化率：A>B C．A、C两点气体的颜色：A深，C浅 D．由A点到B点，可以用加热的方法 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 (2)由图可知反应在T1温度下比T2温度下先达到平衡状态，所以T1>T2，由于T1平衡时n(NO2)比T2平衡时的多，故升高温度，平衡向生成NO2的方向移动，即向吸热反应方向移动，所以ΔH>0。 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 C项，由图可知，A、C两点温度相同，C点对应压强大，NO2的浓度大，故气体颜色C点比A点深；D项，由B项分析知，A点温度T4高于B点温度T3，故由A点到B点需要降低温度。 答案：(1)0.001 25　(2)>　(3)B 以mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)　ΔH＝Q kJ·mol－1为例。 [例1]　已知：4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)　ΔH＝－1 025 kJ·mol－1，若反应起始物质的量相同，下列关于该反应的示意图不正确的是(　 ) [浸润素养训练] 1．在恒容密闭容器中通入X并发生反应：2X(g)Y(g)，温度T1、T2下X的物质的量浓度c(X)随时间t变化的曲线如图所示，下列叙述正确的是(　 ) A．该反应进行到M点放出的热量大于进行到W点放出的热量 B．T2下，在0～t1时间内，v(Y)＝ mol·L－1·min－1 C．M点的正反应速率v正大于N点的逆反应速率v逆 D．M点时再加入一定量X，平衡后X的转化率减小 T2下，Δt＝t1，Δc(Y)＝ mol·L－1，v(Y)＝ mol·L－1·min－1， B项错误； 以mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)　ΔH＝Q kJ·mol－1为例 m＋n>p＋q，ΔH>0 m＋n<p＋q，ΔH<0 [例2]　乙烯气相直接水合反应制备乙醇：C2H4(g)＋H2O(g)C2H5OH(g)。乙烯的平衡转化率随温度、压强的变化关系如下[起始时，n(H2O)＝n(C2H4)＝1 mol，容器体积为1 L]。下列分析不正确的是(　 ) A．乙烯气相直接水合反应的ΔH<0 B．图中压强的大小关系为p1<p2<p3 C．图中a点对应的平衡常数K＝ D．达到平衡状态a、b所需要的时间：a>b a点时，乙烯转化率为20%，根据三段式： 　　　C2H4(g)＋H2O(g)C2H5OH(g) n0　　　　1　　　　1　　　　 　0 Δn　　 　0.2　　　0.2　　　 　0.2 n平　　　0.8　　 　0.8　　　　0.2 K＝＝，C错误； [浸润素养训练] 1．已知HF分子在一定条件下会发生二聚反应：2HF(g)(HF)2(g)。经实验测得，不同压强下，体系的平均相对分子质量随温度(T)的变化曲线如图所示，下列说法正确的是(　 ) 二聚反应2HF(g)(HF)2(g)是气体体积减小的反应，温度一定时，增大压强，平衡正向移动，即压强越大，体系的平均相对分子质量M越大，由图可知，气体的总压强：p(a)<p(b)＝p(c)，B错误； 二聚反应2HF(g)(HF)2(g)是气体体积减小的放热反应，低压、高温条件均有利于平衡逆向移动，即低压、高温条件下φ(HF)大，所以测定HF的相对分子质量在低压、高温条件下更准确，D正确。 2．(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随温度的变化曲线如图所示。下列说法错误的是(　 ) 1．一定温度下，可逆反应aX(g)＋bY(g)cZ(g)在一密闭容器内达到平衡后，t0时刻改变某一外界条件，化学反应速率(v)随时间(t)的变化如图所示。则下列说法正确的是(　 ) 2．(2024·沧州期末)工业上可通过甲醇羰基化法制取甲酸甲酯(HCOOCH3)：CH3OH(g)＋CO(g)HCOOCH3(g)，在容积固定的密闭容器中，投入等物质的量的CH3OH和CO，测得相同时间内CO的转化率随温度的变化如图所示。下列说法不正确的是(　 ) A．图①可以表示某化学平衡体系改变温度后，反应速率随时间的变化 B．图④中曲线表示反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＜0逆反应的平衡常数K随温度的变化 C．图②中a、b曲线分别表示反应CH2===CH2(g)＋H2(g)―→CH3CH3(g)　ΔH＜0未使用和使用催化剂时，反应过程中的能量变化 D．图③表示压强对可逆反应2A(g)＋2B(g)3C(g)＋D(g)的影响，且甲的压强大 2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＜0，升高温度，平衡逆向移动，正反应平衡常数减小、逆反应平衡常数增大，故B正确； 2A(g)＋2B(g)3C(g)＋D(g)反应前后气体化学计量数和相同，增大压强反应速率加快，但平衡不移动，图③表示压强对可逆反应2A(g)＋2B(g)3C(g)＋D(g)的影响，乙的压强大，故D错误。 4．(2024·合肥期末)已知在一定条件下，反应X(g)＋3Y(g)2Z(g)　ΔH＝－a kJ·mol－1(a>0)，某实验小组测得X的转化率(α)在不同温度与压强(p)下的实验数据，三者之间关系如图所示。下列说法正确的是(　 ) 解析：根据化学反应速率的数学表达式可知，v(M)＝＝ mol·L－1·min－1≈1.33×10－5 mol·L－1·min－1 ，故A错误； 6．(2024·盐城期末)利用CO和H2在催化剂的作用下合成甲醇，发生的反应为：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)。在容积一定的密闭容器中按物质的量之比1∶2充入CO和H2，测得平衡混合物中CH3OH的体积分数在不同压强下随温度的变化如图所示。下列说法正确的是(　 ) 　 CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) 起始量/mol　1　　　　2　　　　　 0 变化量/mol　x　　　　2x　　　　　x 平衡量/mol　1－x　　 2－2x　　　 x 在C点时，CH3OH的体积分数为＝0.5，解得x＝0.75，故C正确； 7．T ℃时，在一固定容积的密闭容器中发生反应：A(g)＋B(g)C(s)　ΔH<0，按照不同配比充入A、B，达到平衡时容器中A、B浓度变化如图中曲线(实线)所示，下列判断正确的是(　 ) 解析：根据化学平衡常数的表达式并结合题图中的曲线可知， K＝＝，故A错误； 8．已知某可逆反应mA(g)＋nB(g)pC(g)在密闭容器中进行，如图表示在不同反应时间t时，温度T和压强p与反应物B在混合气体中的体积分数φ(B)的关系曲线，由曲线分析，下列判断正确的是(　 ) 主反应：4NH3(g)＋4NO(g)＋O2(g)4N2(g)＋6H2O(g)　ΔH 副反应：4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g) 10．将0.4 mol N2O4气体充入2 L固定容积的密闭容器中发生反应：N2O4(g)2NO2(g)　ΔH。在T1和T2时，测得NO2的物质的量随时间的变化如图1所示： 解析：(1)T1时，v(N2O4)＝v(NO2)＝×＝0.001 25 mol·L－1·s－1。 (3)A项，由图可知：A、C两点温度相同，C点对应压强大，反应速率大；B项，由图可知：A、B两点压强相同，温度不同，A点NO2的体积分数大于B点，而反应：N2O4(g)2NO2(g)　ΔH>0，温度升高，平衡向右移动，NO2的体积分数增大，温度：T4>T3，转化率：A>B； $$