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化學(xué)平衡圖像的分類突破化學(xué)平衡的圖像是全國(guó)卷命題的熱點(diǎn),主要以卷非選擇題為主。圖像中蘊(yùn)含著豐富的信息,具有簡(jiǎn)明、直觀、形象的特點(diǎn),命題形式靈活,難度不大,解題的關(guān)鍵是根據(jù)反應(yīng)特點(diǎn)明確反應(yīng)條件,認(rèn)真分析圖像,充分挖掘蘊(yùn)含的信息,緊扣化學(xué)原理,找準(zhǔn)切入點(diǎn)解決問(wèn)題。解題思路速率壓強(qiáng)(或溫度)圖像曲線的意義是外界條件(如溫度、壓強(qiáng)等)對(duì)正、逆反應(yīng)速率影響的變化趨勢(shì)及變化幅度。圖中交點(diǎn)是平衡狀態(tài),壓強(qiáng)或溫度增大,正反應(yīng)速率增大得快,平衡正向移動(dòng)。對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1下列各圖是溫度(或壓強(qiáng))對(duì)反應(yīng)2A(s)2B(g) 2C(g)D(g)(正反應(yīng)為吸熱反應(yīng))的正、逆反應(yīng)速率的影響,曲線交點(diǎn)表示建立平衡時(shí)的溫度或壓強(qiáng),其中正確的是 () C根據(jù)化學(xué)反應(yīng)特點(diǎn),升溫平衡向正向移動(dòng),但v正、v逆均增大,加壓平衡向逆向移動(dòng),v逆v正。轉(zhuǎn)化率(或百分含量)時(shí)間溫度(或壓強(qiáng))圖像已知不同溫度或壓強(qiáng)下,反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率(或百分含量)與時(shí)間的關(guān)系曲線,推斷溫度的高低及反應(yīng)的熱效應(yīng)或壓強(qiáng)的大小及氣體物質(zhì)間的化學(xué)計(jì)量數(shù)的關(guān)系。以mA(g)nB(g) pC(g)中反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率A為例說(shuō)明方法規(guī)律(1)“先拐先平,數(shù)值大”原則分析反應(yīng)由開始(起始物質(zhì)相同時(shí))達(dá)到平衡所用時(shí)間的長(zhǎng)短可推知反應(yīng)條件的變化。若為溫度變化引起,溫度較高時(shí),反應(yīng)達(dá)平衡所需時(shí)間短。如甲中T2T1。若為壓強(qiáng)變化引起,壓強(qiáng)較大時(shí),反應(yīng)達(dá)平衡所需時(shí)間短。如乙中p1p2。若為使用催化劑引起,使用適宜催化劑時(shí),反應(yīng)達(dá)平衡所需時(shí)間短。如圖丙中a使用催化劑。(2)正確掌握?qǐng)D像中反應(yīng)規(guī)律的判斷方法圖甲中,T2T1,升高溫度,A降低,平衡逆向移動(dòng),正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。圖乙中,p1p2,增大壓強(qiáng),A升高,平衡正向移動(dòng),則正反應(yīng)為氣體體積縮小的反應(yīng)。若縱坐標(biāo)表示A的百分含量,則甲中正反應(yīng)為吸熱反應(yīng),乙中正反應(yīng)為氣體體積增大的反應(yīng)。對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練2(2019西安模擬)現(xiàn)有下列兩個(gè)圖像:下列反應(yīng)中符合上述圖像的是()AN2(g)3H2(g) 2NH3(g)H0C4NH3(g)5O2(g) 4NO(g)6H2O(g)H0B由圖可知,溫度越高生成物的濃度越大,說(shuō)明升高溫度,平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),故正反應(yīng)為吸熱反應(yīng);由圖可知,壓強(qiáng)增大,平衡被破壞,v逆v正,平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng),說(shuō)明正反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量增大的反應(yīng)。綜合上述分析可知,可逆反應(yīng)正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)且正反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量增大的反應(yīng)。N2(g)3H2(g) 2NH3(g)H0,為吸熱反應(yīng),正反應(yīng)是氣體物質(zhì)的量增大的反應(yīng),B符合;4NH3(g)5O2(g) 4NO(g)6H2O(g)H0,為吸熱反應(yīng),但正反應(yīng)是氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng),D不符合。3.密閉容器中進(jìn)行的可逆反應(yīng):aA(g)bB(g) cC(g)在不同溫度(T1和T2)及壓強(qiáng)(p1和p2)下,混合氣體中B的質(zhì)量分?jǐn)?shù)w(B)與反應(yīng)時(shí)間(t)的關(guān)系如圖所示。下列判斷正確的是()AT1T2,p1c,正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)BT1T2,p1p2,abc,正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)CT1p2,abT2,p1p2,abc,正反應(yīng)為放熱反應(yīng)B由(T1,p1)和(T1,p2)兩條曲線可以看出:溫度相同(T1),但壓強(qiáng)為p2時(shí)先出現(xiàn)“拐點(diǎn)”,達(dá)到平衡所需的時(shí)間短,即反應(yīng)速率大,所以p2p1;壓強(qiáng)較大(即壓強(qiáng)為p2)時(shí)對(duì)應(yīng)的w(B)較大,說(shuō)明增大壓強(qiáng)平衡逆向移動(dòng),則abT2;溫度較高(即溫度為T1)時(shí)對(duì)應(yīng)的w(B)較小,說(shuō)明升高溫度平衡正向移動(dòng),故正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)。恒溫線或恒壓線圖像以反應(yīng)A(g)B(g) C(g)H0,且平衡體系的總質(zhì)量(m總)與總物質(zhì)的量(n總)之比在不同溫度下隨壓強(qiáng)的變化曲線如圖所示。下列說(shuō)法正確的是()A溫度:T1T2B平衡常數(shù):K(a)K(b)vaD當(dāng)30 gmol1時(shí),n(HF)n(HF)221C由題給信息知該反應(yīng)為氣體分子數(shù)增大的吸熱反應(yīng),從圖像可以看出,當(dāng)壓強(qiáng)不變時(shí),由T1到T2,增大,說(shuō)明n總減小,平衡左移,即平衡向放熱反應(yīng)方向移動(dòng),所以由T1到T2為降低溫度的過(guò)程,即T1T2,A項(xiàng)錯(cuò)誤;由于T1溫度較高,升高溫度平衡右移,故溫度為T1時(shí)的平衡常數(shù)大于溫度為T2時(shí)的平衡常數(shù),再結(jié)合溫度不變平衡常數(shù)不變知,K(b)K(a)K(c),B項(xiàng)錯(cuò)誤;溫度越高,壓強(qiáng)越大,反應(yīng)速率越大,故vbva,C項(xiàng)正確;設(shè)HF為x mol,(HF)2為y mol,當(dāng)30 gmol1時(shí),有30,解得xy,即n(HF)n(HF)211,D項(xiàng)錯(cuò)誤。5(2019福州模擬)以CO2與NH3為原料可以合成尿素CO(NH2)2。合成尿素的反應(yīng)為2NH3(g)CO2(g) CO(NH2)2(s)H2O(g)。在不同溫度及不同y值下合成尿素,達(dá)到平衡時(shí),氨氣轉(zhuǎn)化率的變化情況如圖所示。該反應(yīng)的H_0(填“”“”或“”,下同),若y表示壓強(qiáng),則y1_y2,若y表示反應(yīng)開始時(shí)的水碳比,則y1_y2。解析:根據(jù)題圖知,y一定時(shí),降低溫度,NH3的轉(zhuǎn)化率增大,平衡正向移動(dòng),根據(jù)平衡移動(dòng)原理,降溫時(shí)平衡向放熱反應(yīng)方向移動(dòng),故正反應(yīng)為放熱反應(yīng),Hy2。根據(jù)平衡移動(dòng)原理,減小水碳比,平衡正向移動(dòng),NH3的轉(zhuǎn)化率增大,若y表示水碳比,則y1y2。答案:v逆,未達(dá)平衡;M點(diǎn)為剛達(dá)到的平衡點(diǎn)。M點(diǎn)后為平衡受溫度的影響情況,即升溫,A%增大(C%減小),平衡逆向移動(dòng),Hv逆;則右下方(F點(diǎn))v正v逆。對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練7煤氣化的一種方法是在氣化爐中給煤炭加氫,發(fā)生的主要反應(yīng)為C(s)2H2(g) CH4(g)。在V L的密閉容器中投入a mol碳(足量),同時(shí)通入2a mol H2,控制條件使其發(fā)生上述反應(yīng),實(shí)驗(yàn)測(cè)得碳的平衡轉(zhuǎn)化率隨壓強(qiáng)及溫度的變化關(guān)系如圖所示。下列說(shuō)法正確的是 ()A上述正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)B在4 MPa、1 200 K時(shí),圖中X點(diǎn)v(H2)正v(H2)逆C在5 MPa、800 K時(shí),該反應(yīng)的平衡常數(shù)為D工業(yè)上維持6 MPa、1 000 K而不采用10 MPa、1 000 K,主要是因?yàn)榍罢咛嫉霓D(zhuǎn)化率高AA項(xiàng),由圖觀察,溫度越高,碳的平衡轉(zhuǎn)化率越大,平衡正向移動(dòng),正反應(yīng)為吸熱反應(yīng),正確;B項(xiàng),X點(diǎn)是未平衡時(shí),反應(yīng)正向進(jìn)行,正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率,錯(cuò)誤;C項(xiàng),此時(shí)碳轉(zhuǎn)化率為50%C(s)2H2(g) CH4(g)起始量/mol a 2a 0轉(zhuǎn)化量/mol 0.5aa 0.5a平衡量/mol 0.5aa 0.5aK,錯(cuò)誤;D項(xiàng),該選擇的原因是兩者轉(zhuǎn)化率相差不大,但壓強(qiáng)增大對(duì)設(shè)備要求高,能量需求大,錯(cuò)誤?;どa(chǎn)中的轉(zhuǎn)化率或產(chǎn)率與投料比、溫度、催化劑關(guān)系的有關(guān)的圖像將燃煤廢氣中的CO2轉(zhuǎn)化為甲醚的反應(yīng)原理為2CO2(g)6H2(g) CH3OCH3(g)3H2O(g),已知在壓強(qiáng)為a MPa下,該反應(yīng)在不同溫度、不同投料比時(shí),CO2的轉(zhuǎn)化率見下圖:相同溫度下,n(H2)/n(CO2)越大,(CO2)越大。相同投料比n(H2)/n(CO2)相同時(shí),溫度越高,(CO2)越小,可知該反應(yīng)為放熱反應(yīng)(H0)。對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練8一定條件下,用Fe2O3、NiO或Cr2O3作催化劑對(duì)燃煤煙氣回收。反應(yīng)為2CO(g)SO2(g)2CO2(g)S(l)H270 kJmol1(1)其他條件相同、催化劑不同,SO2的轉(zhuǎn)化率隨反應(yīng)溫度的變化如圖1,F(xiàn)e2O3和NiO作催化劑均能使SO2的轉(zhuǎn)化率達(dá)到最高,不考慮催化劑價(jià)格因素,選擇Fe2O3的主要優(yōu)點(diǎn)是_。圖1圖2(2)某科研小組用Fe2O3作催化劑。在380 時(shí),分別研究了n(CO)n(SO2)為11、31時(shí)SO2轉(zhuǎn)化率的變化情況(圖2)。則圖2中表示n(CO)n(SO2)31的變化曲線為_。解析:(1)從圖1中可以看出,相比NiO和Cr2O3,用Fe2O3作催化劑時(shí),在較低溫度下,SO2的轉(zhuǎn)化率已達(dá)很高,這樣既能去除SO2,又能節(jié)省能源。(2)CO與SO2反應(yīng)方程式為2COSO22CO2S,與相比是增大了CO的“量”,上述平衡正移,SO2的轉(zhuǎn)化率升高,與曲線a相符。答案:(1)Fe2O3作催化劑時(shí),在相對(duì)較低溫度下可獲得較高的SO2轉(zhuǎn)化率,從而節(jié)約能源(2)a9采用一種新型的催化劑(主要成分是CuMn合金),利用CO和H2制備二甲醚(DME)。主反應(yīng):2CO(g)
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