1、微专题微专题 7 7数形结合突破化学平衡图像数形结合突破化学平衡图像 化学平衡图像是高考常考题型,一般考查速率压强(或温度)图像、物质的量(或浓度) 时间图像、含量(或转化率)时间温度(或压强)图像、恒温线(或恒压线)图像等。图像作为 一种思维方法在解题过程中也有着重要作用,可以将一些较为抽象的知识转化为图像,进行解决。 图像中蕴含的信息具有简明、直观、形象的特点,化学平衡图像题的命题形式灵活,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。解答此类题目的一般思路和技巧如下: 1.化学平衡图像题的解题思路 2.化学平衡图像题解题技
2、巧 (1)先拐先平数值大:在含量(或转化率)时间曲线中,先出现拐点的先达到平衡,表示温度 较高、有催化剂或压强较大等。 (2)定一议二:当图像中有三个量时,先确定一个量不变,再讨论另外两个量的关系,有时还 需要作辅助线。 (3)三步分析法:一看反应速率是增大还是减小;二看v正、v逆的相对大小;三看化学平衡移 动的方向。 类型一速率压强(或温度)图像 典型案例 例 1可逆反应mA(g)nB(g)+pC(s)H=Q,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,以下叙述正确的是() A.mn,Q0B.mn+p,Q0 C.mn,Q0D.mn+p,Qv正,平衡向逆反应方向移动,逆反
3、应为吸热反应,故H0,即Qv逆,平衡向正反应方向移动,正反应为气体体积减小 的反应,故mn,C 正确。 规律方法 对于速率温度(或压强)图像,随着温度逐渐升高或压强逐渐增大,反应速率会逐渐增大, 因此图像上呈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,可以判断反应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,反映到图像上,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。 类型二物质的量(或浓度)时间图像 典例探究 例 2某温度下,A、B、C 三种物质的浓度c随着
4、时间t变化的关系如图所示,则该反应的 化学方程式为,A 的转化率为。 答案A+2B3C33.3% 规律方法 浓度时间图像注意图中转折点(达到平衡)的时刻相同,各物质浓度变化的内在联系,各物 质浓度变化的比与化学方程式中的化学计量数的关系。解答此类问题要先弄清楚两个问题:何 为反应物、生成物;反应物、生成物的化学计量数关系。 类型三含量(或转化率)时间温度(或压强)图像 典型案例 例 3(2020 江苏扬州期末)在恒容密闭容器中发生反应 2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)。 在 323K 和 343K 时 SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。下列说法正确的是()
5、 A.323K 时,缩小容器体积可提高 SiHCl3的转化率 B.a、b 点对应的反应速率大小关系:v(a)v(b),故 B 项错误;343K 时,SiHCl3的平衡转化率为 22%,设 SiHCl3的起始浓度为 1mol/L,则转化的 SiHCl3 物质的量浓度为 1mol/L22%=0.22mol/L,列出“三段式”如下: 2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+SiCl4(g) 起始浓度(mol/L)100 转化浓度(mol/L)0.220.110.11 平衡浓度(mol/L)0.780.110.11 因此 343K 时,上述反应的化学平衡常数=0.11mol/L0.11mol/L (
6、0.78mol/L)2 0.02,故 C 项正确;从题图可看 出,升高温度,有利于 SiHCl3的转化,则平衡向正反应方向移动,说明 2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)的正反应为吸热反应,故 D 项错误。 规律方法 1.先看拐点:先出现拐点的先达到平衡,表示T(或p)的数值较大; 2.再看平台:联系勒夏特列原理; 3.曲线的斜率反映了反应速率的大小。 类型四恒温线(或恒压线)图像 典型案例 例 4(2020 山东日照期中)已知向体积可变的密闭容器中充入一定量的 CH4(g)和 O2(g)发 生反应生成 CO(g)和 H2(g),CH4(g)的平衡转化率与温度(T)和压强
7、(p)的关系如图所示(已知 T1T2)。下列说法正确的是 () A.该反应的H0 B.M、N 两点的 H2的物质的量浓度:c(M)c(N) C.温度不变时,增大压强可由 N 点到 P 点 D.N、P 两点的平衡常数:K(N)T2,升高温度,CH4的平衡转化率降低,平衡向逆反应方向移动,逆反应为吸 热反应,正反应为放热反应,Hc(N),故 B 正确;两条曲线的温度不同, 增大压强不能从 N 点到 P 点,故 C 错误;平衡常数只和温度有关,T1T2,升高温度,平衡向逆反应 方向移动,所以平衡常数变小,K(N)K(P),故 D 错误。 规律方法 该图像中有两个变量,采用“定一议二”的方法,此题的关
8、键点是做一条垂直的辅助线,以 及恒温条件下分析压强的变化。该类题的解题方法:结合横坐标先看趋势,再做辅助线,最后比 较纵坐标大小。 1.(2020 云南昆明测评)某化学研究小组探究外界条件对化学反应mA(g)+nB(g)pC(g)的速 率和平衡的影响图像如下,下列判断正确的是() A.由图 1 可知,T1T2,该反应的正反应为吸热反应 B.由图 2 可知,该反应m+nv逆 D.图 4 中,若m+n=p,则曲线 a 一定使用了催化剂 答案C根据“先拐先平数值大”,由题图 1 可知温度:T1p,故 B 错误;温度一定时,题图 3 中曲线上任意一点都表 示达到平衡状态,所以点 2、4 处于平衡状态,
9、v正=v逆,点 3 在曲线下方,平衡向右移动,v正v逆, 故 C 正确;曲线 a 速率加快、平衡没移动,若m+n=p,曲线 a 可能使用了催化剂或加压,故 D 错误。 2.(2021 江西南昌月考)对于反应:4CO(g)+2NO2(g)4CO2(g)+N2(g)H=-1200kJmol -1,温 度不同(T2T1),其他条件相同时,下列图像正确的是() 答案B升高温度,正、逆反应速率都发生突变,故 A 错误;升高温度,反应速率加快,平衡逆向 移动,NO2的转化率减小,故 B 正确;增大压强,平衡正向移动,CO 的体积分数减小,故 C 错误;升高 温度,平衡逆向移动,化学平衡常数减小,故 D 错
10、误。 3.(2020 四川成都月考)T时,在一固定容积的密闭容器中发生反应:A(g)+B(g)C(s) H0,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() A.T时,该反应的平衡常数值为 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 答案C根据化学平衡常数的表达式并结合题图中曲线可知,K=1/c(A)c(B)=1/4,故 A 错 误;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
11、错误;如果 c 点达到平衡,此时的化学平衡常数小于T时的化学平衡常数,说明平 衡向逆反应方向移动,即升高温度,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。 4.(2020 江西南昌模拟)硫酸是基础化工的重要产品,生产硫酸的主要反应 为 SO2(g)+1 2O2(g) SO3(g)。 (1)恒温恒容下,平衡体系中 SO3的体积分数(SO3)和y与 SO2、O2的物质的量之比n(SO2)/n(O2) 的关系如图 1 所示,则 b 点n(SO2)/n(O2)=;y为(填字母)。 A.平衡常数B.SO3的平衡产率 C.O2的平衡转化率D.SO2的平衡转化
12、率 (2)该反应的催化剂为 V2O5,其催化反应过程为 SO2+V2O5SO3+V2O4K1 1 2O2+V2O4 V2O5K2 则在相同温度下 2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)的平衡常数K=(用含K1、K2的代数式表 示)。 其催化活性与温度的关系如图 2 所示。V2O5加快反应速率的原因是。 (3)在 7%SO2、11%O2、82%N2(数值均为气体体积分数)时,SO2平衡转化率与温度、压强的关系如 图 3 所示,则计算 460、1atm 下,SO2(g)+1 2O2(g) SO3(g)的Kp=(已知:各气体的 分压=总压各气体的体积分数)。 答案(1)2D(2)(K1K2) 2
13、降低反应的活化能,活化分子百分数增大,有效碰撞概率提 高(3)117 解析(1)根据题图 1 可知,随着n(SO2)/n(O2)的逐渐增大,(SO3)逐渐增大,当两者恰好完全反 应时,(SO3)达到最大值;随着n(SO2)/n(O2)的继续增大,(SO3)又逐渐减小,故 b 点 n(SO2)/n(O2)=2。温度不变,平衡常数不变,A 不符合题意;随着n(SO2)/n(O2)的逐渐增大,(SO3) 先逐渐增大后又逐渐减小,SO3的平衡产率也是先增大后逐渐减小,B 不符合题意;随着 n(SO2)/n(O2)的逐渐增大,反应不断向正反应方向移动,O2的平衡转化率逐渐增大,但是 SO2的平 衡转化率
14、逐渐减小,故 C 不符合题意、D 符合题意。 (2)根据盖斯定律,将两个方程式相加后再乘以 2 得 2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),则K=(K1K2) 2。 催化剂能够降低反应的活化能,活化分子百分数增大,有效碰撞概率提高,反应速率加快。 (3)各气体的分压=总压各气体的体积分数,起始时 SO2的分压为 0.07atm,O2的分压为 0.11atm,SO3的分压为 0atm,平衡时,SO2的分压为 0.07(1-0.97)atm=0.0021atm,O2的分压为 0.11-0.070.971 2atm=0.07605atm,SO3的分压为 0.070.97atm=0.0679atm, Kp= 0.0679 0.0021(0.07605) 1 2117。
