第2章 微专题6 化学平衡图像-【精彩三年】2024-2025学年高中化学选择性必修1课程探究与巩固Word教参（人教版2019）

微专题6　化学平衡图像 1．利用“断点”突破化学反应速率图像 (1)当可逆反应达到平衡后，若某一时刻外界条件发生改变，都可能使速率­时间图像的曲线出现不连续的情况，根据出现“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)常见含“断点”的速率­时间图像分析 图像 t1时刻 改变的 条件 温度 升高 降低 适用于正反应为放热的反应 压强 增大 减小 适用于正反应为气体物质的量增大的反应 图像 t1时刻 改变的 条件 温度 升高 降低 适用于正反应为吸热的反应 压强 增大 减小 适用于正反应为气体物质的量减小的反应 2．“先拐先平”解决单一变量的平衡图像 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mA(g)＋nB(g)⥫⥬qC(g)　ΔH中反应物的转化率α(A)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。如图甲中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。如图乙中p1＞p2。 ③若为是否使用催化剂，使用合适催化剂时，反应达平衡所需时间短。如图丙中a使用催化剂。 (2)图像中反应规律的判断方法 ①图甲中，T2＞T1，升高温度，α(A)降低，平衡逆向移动，则ΔH＜0。 ②图乙中，p1＞p2，增大压强，α(A)升高，平衡正向移动，则m＋n＞q，应为气体总体积减小的反应。 ③若纵坐标表示A的百分含量，则甲中正反应为吸热反应，乙中正反应为气体总体积增大的反应。 3．“定一议二”解决多变量的平衡图像 (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。 (2)图像中反应规律的判断方法 通过分析相同压强下不同温度时反应物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。 4．陌生图像题的解题步骤 例1 密闭容器中发生反应：A(g)＋3B(g)⥫⥬2C(g)　ΔH<0，根据v­t图像，回答下列问题。 (1)下列时刻改变的外界条件是t1　升高温度　；t3　加入催化剂　；t4　减小压强　。 (2)反应速率最大的时间段是　t3～t4　。 (3)下列措施能增大正反应速率的是　A　(填字母)。 A．通入A(g) B．分离出C(g) C．降温 D．增大容器容积 【解析】 (1)t1时刻，改变条件，v′正、v′逆均增大，且v′逆>v′正，平衡逆向移动，说明改变的条件是升高温度。t3时刻，改变条件，v″正、v″逆同等程度地增大，且该反应是反应前后气体物质的量不相等的反应，故改变的条件是加入催化剂。t4时刻，改变条件，v‴正、v‴逆均减小，且v‴逆>v‴正，平衡逆向移动，说明改变的条件是减小压强。(2)t3～t4时间段内，反应使用催化剂，由题干图像可知该时间段内反应速率最大。(3)降温、增大容器容积均会使正、逆反应速率减小；分离出C(g)时，v正瞬间不变，v逆瞬间减小，随着反应的进行v正会减小；通入A(g)，反应物的浓度增大，v正增大。 例2 将1 mol M和2 mol N置于容积为2 L的恒容密闭容器中，发生反应：M(s)＋2N(g)⥫⥬P(g)＋Q(g)　ΔH。反应过程中测得P的体积分数在不同温度下随时间的变化如图所示。下列说法正确的是(　A　) A．若X、Y两点的平衡常数分别为K1、K2，则K1>K2　 B．温度为T1时，N的平衡转化率为80%，平衡常数K＝8 C．无论温度为T1还是T2，当容器中气体密度或压强不变时，反应达平衡状态 D．降低温度、增大压强、及时分离出产物均有利于提高反应物的平衡转化率 【解析】 由题图可知，T1<T2，升高温度，P的体积分数减小，平衡逆向移动，为放热反应，温度升高K减小，则K1>K2，A正确；该反应前后气体总体积不变，压强始终不变，改变压强平衡不移动，C、D错误；T1温度下，平衡时P的体积分数为40%，则生成P为2 mol×40%＝0.8 mol，消耗N为1.6 mol，N的转化率为×100%＝80%，平衡常数K＝＝4，B错误。 例3 在三个容积均为1 L 的密闭容器中以不同的氢碳比[n(H2)/n(CO2)]充入H2和CO2，在一定条件下发生反应：2CO2(g)＋6H2(g)⥫⥬C2H4(g)＋4H2O(g)　ΔH。CO2的平衡转化率与温度的关系如图所示。下列说法正确的是(　D　) A．该反应的ΔH>0 B．氢碳比：①＜② C．在氢碳比为2.0时，Q点v(正)＜v(逆) D．若起始时，CO2、H2浓度分别为0.5 mol/L和1.0 mol/L，则可得P点对应温度的平衡常数的值为512 【解析】 由题图所示，随温度升高CO2的平衡转化率减小，说明升高温度平衡逆向移动，所以该反应的ΔH<0，故A错误；CO2一定时，增大氢气的投入量，平衡正向移动，CO2的平衡转化率增大，则氢碳比：①>②，故B错误；P为平衡点，Q→P，CO2的转化率增大，反应正向进行，Q点v(正)>v(逆)，故C错误；若起始时，CO2、H2浓度分别为0.5 mol/L和1.0 mol/L，即氢碳比为2，P点CO2平衡转化率为50%。 　　　　　 2CO2(g)＋6H2(g)⥫⥬C2H4(g)＋4H2O(g) 起始(mol/L) 　 　 　 　 　 则可得P点对应温度下的平衡常数为＝512，故D正确。 例4 在保持体系总压为105 Pa的条件下进行反应SO2＋O2⥫⥬SO3，原料气中SO2和O2的物质的量之比m不同时，SO2的平衡转化率与温度(t)的关系如图所示。 (1)图中m1、m2、m3的大小顺序为　m1>m2>m3　。反应的化学平衡常数Kp表达式为　Kp＝　(用平衡分压代替平衡浓度表示)。 (2)图中A点原料气的成分：n(SO2)＝10 mol，n(O2)＝24.4 mol，n(N2)＝70 mol，达平衡时SO2的分压p(SO2)为　1 200　Pa(分压＝总压×物质的量分数)。 【解析】 (1)在同温同压下，增加二氧化硫的量，会使原料气中SO2和O2的物质的量之比m变大，m越大，平衡转化率α(SO2)越小。(2)总压为105 Pa，根据题给信息，A点表示500 ℃时二氧化硫的平衡转化率为88%，列三段式： 平衡时，混合气体总物质的量为[10×12%＋(24.4－5×88%)＋10×88%＋70] mol＝100 mol。达平衡时SO2的分压p(SO2)＝×105 Pa＝1 200 Pa。 1．[2023·台州中学检测]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，下列叙述不正确的是(　B　) A．该反应进行到W点放出的热量大于进行到M点放出的热量 B．T2温度下，在t1时，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的转化率增大 【解析】 由图可知，温度为T1时，先达到平衡，所以T1>T2，温度越高，平衡时X的物质的量浓度越大，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，升高温度平衡向吸热反应方向移动，故逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，进行到M点X的转化率较低，由于正反应是放热反应，所以反应进行到M点放出的热量少，A正确；T2温度下，在0～t1时间内，X的浓度变化c(X)＝(a－b)mol/L，则Y的浓度变化c(Y)＝c(X)＝ mol/L，所以v(Y)＝ mol·L-1·min-1，B错误；T1>T2，温度越高，速率越大，因此M点的正反应速率大于W点的平衡速率，且N点反应没有达到平衡状态，此时反应向正反应方向进行，即N点的逆反应速率小于W点的平衡速率，因此M点的正反应速率大于N点的逆反应速率，C正确；M点时再加入一定量X，达到的新平衡与原平衡比较，压强增大，增大压强平衡正移，则X的转化率增大，所以M点时再加入一定量X，平衡后X的转化率增大，D正确。 2．[2023·泉州一中检测]关于反应aA(g)＋bB(g)⥫⥬cC(g)　ΔH，下列叙述与图像不相符的是(　A　) 　 　 A．图①表示反应达到平衡后，恒容条件下在t0时刻充入了一定量物质C B．由图②可知该反应的ΔH＜0，且a＋b>c C．由图③可知M点时该反应处于平衡状态 D．由图④可知F点时v(逆)>v(正) 【解析】 恒容条件下，若在t0时刻充入了一定量物质C，平衡逆向移动，逆反应速率瞬间增大，正反应速率在该时刻不变，A错误；温度越高，压强越大，速率越大，越先达到平衡，故T1>T2，p2>p1，压强相同时，温度越高，产物C含量越低，故该反应放热，ΔH＜0；温度相同时，压强越大，产物C的含量越高，故该反应是一个气体体积缩小的反应，即a＋b>c，B正确；该反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，A的含量增大，故M点时，该反应处于平衡状态，C正确；F点时A的含量低于该条件下的平衡点，故平衡逆向移动，v(逆)>v(正)，D正确。 3．对于反应mA(s)＋nB(g)⥫⥬eC(g)＋fD(g)，当其他条件不变时，C的百分含量φ(C)与温度和压强p的关系如图所示，下列叙述正确的是(　C　) A．化学方程式中n<e＋f B．达到平衡后，若升温，v正减小，v逆增大 C．达到平衡后，增加B的量，B的转化率增大 D．若B为有色物质，达到平衡后缩小容器容积，重新达平衡后与原平衡比较，气体颜色变浅 【解析】 随着压强增大，φ(C)逐渐增大，说明增大压强，平衡正向移动，增大压强，化学平衡向气体体积减小的方向移动，可判断n>e＋f，A项错误；升高温度，正反应速率和逆反应速率均增大，B项错误；因为A是固体，所以增加B的量，为等比例地加入反应物，从等效平衡的角度考虑，加入反应物B后，相当于加压，平衡向气体体积减小的方向移动，即正向移动，B的转化率增大，C项正确；若B为有色物质，达到平衡后缩小容器容积，根据勒夏特列原理，虽然平衡正向移动，但是新平衡中B的浓度比原平衡的大，气体颜色会加深，D项错误。 4．[2023·衢州一中检测]在恒容容器中，按照n mol CO和3n mol H2投料发生甲烷化反应：CO(g)＋3H2(g)⥫⥬CH4(g)＋H2O(g)　ΔH<0，测得CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图所示，下列说法正确的是(　D　) A．温度：T1>T2>T3 B．正反应速率：v(a)>v(b)>v(c) C．平衡常数：K(a)<K(d)<K(c) D．e点与b点的CO的浓度相等 【解析】 该反应为放热反应，相同压强下温度越高CO的平衡转化率越小，所以温度：T1＜T2＜T3，A错误；温度越高反应速率越大，所以v(c)＞v(b)>v(a)，B错误；该反应正反应为放热反应，温度越高平衡常数越小，所以K(a)＞K(d)＞K(c)，C错误；e点与b点起始投料相同，CO的平衡转化率相同，则平衡时CO的浓度相等，D正确。 5．工业上可利用CO2生产甲醇，同时可减少温室气体二氧化碳，发生反应①：CO2(g)＋3H2(g)⥫⥬CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH<0 (1)当起始物n(H2)∶n(CO2)＝3时，在不同条件下达到平衡，设体系中甲醇的物质的量分数为x(CH3OH)，在t＝250 ℃下的x(CH3OH)～p、在p＝5×105 Pa下的x(CH3OH)～t如图所示。当CO2的平衡转化率为时，反应条件可能是　5×105 Pa，210 ℃或9×105 Pa，250 ℃　。 (2)在某催化剂作用下，CO2和H2除发生反应①外，还发生反应②：CO2(g)＋H2(g)⥫⥬CO(g)＋H2O(g)　ΔH>0。维持压强不变，按固定初始投料比将CO2和H2按一定流速通过该催化剂，经相同时间测得实验数据： T/K CO2实际转化率/% 甲醇选择性/% 543 12.3 42.3 553 15.3 39.1 注：甲醇的选择性是指发生反应的CO2中转化为甲醇的百分比。 表中数据说明，升高温度，CO2的实际转化率提高而甲醇的选择性降低，其原因是　升高温度，反应①②的反应速率均增大，但反应②的反应速率变化更大　。 (3)甲醇催化制取丙烯的过程中发生反应：3CH3OH(g)⥫⥬C3H6(g)＋3H2O(g)，反应的Arrhenius经验公式的实验数据如图所示，已知Arrhenius经验公式为R ln k＝－＋C(Ea为活化能，k为速率常数，R和C为常数)。 ①该反应的活化能Ea＝　13.2　kJ·mol-1。 ②当使用更高效催化剂时，画出R ln k与的关系图。 答案：(当使用更高效催化剂时，相同温度下，活化能Ea减小，Rlnk增大，曲线斜率变小) 【解析】 (1)根据题目所给条件，假设加入1 mol CO2和3 mol H2，容器容积假设为1 L，当CO2的平衡转化率为时，列出三段式： 则甲醇的物质的量分数x(CH3OH)＝＝0.1，因为该反应放热，则温度升高x(CH3OH)减小，则b曲线为压强5×105Pa下，x(CH3OH)随温度的变化曲线，该反应正向气体体积减小，则增大压强，平衡正向移动，x(CH3OH)增大，则a曲线为250 ℃时，x(CH3OH)随压强的变化曲线，则x(CH3OH)＝0.1时对应有两种情况，5×105 Pa、210 ℃或9×105 Pa、250 ℃。(2)反应①正向是放热反应，反应②正向是吸热反应，故升高温度，不利于甲醇的生成，但是利于CO的生成，所以升高温度，反应①②的反应速率均增大，但反应②的反应速率变化更大。(3)①将图中两点数据代入计算公式得①9.4×10-3 kJ·mol-1·K-1＝－3.0×10-3K-1×Ea＋C，②2.8×10-3 kJ·mol-1·K-1＝－3.5×10-3 K-1×Ea＋C，联立①②解得Ea＝13.2 kJ·mol-1。②更换更高效催化剂，活化能更小，相同温度下，－值更大，故R ln k更大，即曲线的斜率变小。 学科网（北京）股份有限公司 $$