化學(xué)平衡圖像

1、化學(xué)平衡圖像一、解題思路這類題目是討論自變量x(如時(shí)間、溫度、壓強(qiáng)等)與函數(shù)值y(如物質(zhì)的量、濃度、質(zhì)量分?jǐn)?shù)、轉(zhuǎn)化率等)之間的定量或定性關(guān)系。因此，要運(yùn)用數(shù)學(xué)方法解決此類題目。二、圖像類型 1.速率壓強(qiáng)(或溫度)圖像：特點(diǎn)：曲線的意義是外界條件(如溫度、壓強(qiáng)等)對正、逆反應(yīng)速率影響的變化趨勢及變化幅度。圖中交點(diǎn)是平衡狀態(tài)，壓強(qiáng)增大后正反應(yīng)速率增大得快，平衡向正向移動。例題：1(2014·江西新余質(zhì)檢)可逆反應(yīng)mA(g)nB(g)pC(s)HQ，溫度和壓強(qiáng)的變化對正、逆反應(yīng)速率的影響分別符合下圖中的兩個(gè)圖像，以下敘述正確的是() Am>n，Q>0 Bm>np，Q>

2、;0Cm>n，Q<0 Dm<np，Q<0解析由圖像可知，溫度升高，v正、v逆都增大，且v逆>v正，平衡向逆反應(yīng)方向移動，逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)；壓強(qiáng)增大，v正、v逆都增大，且v正>v逆，平衡向正反應(yīng)方向移動，正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，C正確。答案C2.轉(zhuǎn)化率時(shí)間溫度(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A(g)B(g)C(g)中反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率A為例說明解答這類圖像題時(shí)應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：（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)

3、到平衡所用時(shí)間的長短可推知反應(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T2>T1。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p1>p2。若為是否使用催化劑，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）正確掌握圖像中反應(yīng)規(guī)律的判斷方法：圖甲中，T2>T1，升高溫度，A降低，平衡逆移，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。圖乙中，p1>p2，增大壓強(qiáng)，A升高，平衡正移，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)。例題：2已知可逆反應(yīng)：4NH3(g)5O2(g

4、) 4NO(g)6H2O(g)H1 025 kJ/mol，若反應(yīng)物的起始物質(zhì)的量相同，下列關(guān)于該反應(yīng)的示意圖不正確的是()解析因?yàn)檎磻?yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，反應(yīng)速率加快，達(dá)到平衡所用時(shí)間減少，但是平衡向逆反應(yīng)方向移動，NO的含量減小，A正確、C錯(cuò)誤；增大壓強(qiáng)，反應(yīng)速率加快，達(dá)到平衡所用時(shí)間減少，正反應(yīng)為氣體體積增大的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，平衡向逆反應(yīng)方向移動，NO的含量減小，B正確；催化劑對平衡沒有影響，只是加快反應(yīng)速率，縮短達(dá)到平衡所用的時(shí)間，D正確。答案C3恒溫線(或恒壓線)圖像已知不同溫度下的轉(zhuǎn)化率壓強(qiáng)圖像或不同壓強(qiáng)下的轉(zhuǎn)化率溫度圖像，推斷反應(yīng)的熱效應(yīng)或反應(yīng)前后氣體物質(zhì)間化學(xué)計(jì)量數(shù)的關(guān)系。以

5、反應(yīng)A(g)B(g)C(g)中反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率A為例說明解答這類圖像題時(shí)應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：(1)“定一議二”原則：可通過分析相同溫度下不同壓強(qiáng)時(shí)反應(yīng)物A的轉(zhuǎn)化率大小來判斷平衡移動的方向，從而確定反應(yīng)方程式中反應(yīng)物與產(chǎn)物氣體物質(zhì)間的化學(xué)計(jì)量數(shù)的大小關(guān)系。如甲中任取一條溫度曲線研究，壓強(qiáng)增大，A增大，平衡正移，正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，乙中任取橫坐標(biāo)一點(diǎn)作橫坐標(biāo)垂直線，也能得出結(jié)論。(2)通過分析相同壓強(qiáng)下不同溫度時(shí)反應(yīng)物A的轉(zhuǎn)化率的大小來判斷平衡移動的方向，從而確定反應(yīng)的熱效應(yīng)。如利用上述分析方法，在甲中作垂直線，乙中任取一曲線，即能分析出正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。例題：3(2014·湖北十堰模

6、擬)有一化學(xué)平衡mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)，如圖所示的是A的轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)、溫度的關(guān)系。下列敘述正確的是()A正反應(yīng)是放熱反應(yīng)；mn>pqB正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)；mn<pqC正反應(yīng)是放熱反應(yīng)；mn<pqD正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)；mn>pq解析圖像中有三個(gè)量，應(yīng)定一個(gè)量來分別討論另外兩個(gè)量之間的關(guān)系。定壓強(qiáng)，討論T與A的轉(zhuǎn)化率的關(guān)系：同一壓強(qiáng)下，溫度越高，A的轉(zhuǎn)化率越高，說明正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)；定溫度，討論壓強(qiáng)與A的轉(zhuǎn)化率的關(guān)系：同一溫度下，壓強(qiáng)越大，A的轉(zhuǎn)化率越高，說明正反應(yīng)是體積縮小的反應(yīng)，即mn>pq。答案D4幾種特殊圖像(1)對于化學(xué)反應(yīng)mA(g)nB(g)

7、pC(g)qD(g)，M點(diǎn)前，表示化學(xué)反應(yīng)從反應(yīng)物開始，則v正 >v逆；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)，平衡左移，H<0。(2)對于化學(xué)反應(yīng)mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)，L線上所有的點(diǎn)都是平衡點(diǎn)。左上方(E點(diǎn))，A%大于此壓強(qiáng)時(shí)平衡體系中的A%，E點(diǎn)必須朝正反應(yīng)方向移動才能達(dá)到平衡狀態(tài)，所以，E點(diǎn)v正>v逆；則右下方(F點(diǎn))v正<v逆。例題：4將I2溶于KI溶液中，能配制成濃度較大的碘水，主要是發(fā)生了反應(yīng)：I2(aq)I(aq) I(aq)。該平衡體系中，I的物質(zhì)的量濃度與溫度(T)的關(guān)系如圖所示(曲線上的任

8、何一點(diǎn)都代表平衡狀態(tài))。下列說法正確的是 () A反應(yīng)速率：vM>vPB平衡常數(shù)：KN<KPCM、N兩點(diǎn)相比，M點(diǎn)的c(I)大DQ點(diǎn)時(shí)，v正>v逆解析A中，溫度越高，反應(yīng)速率越大，vM<vP；B中，由題圖可知，升溫，c(I)減小，所以平衡常數(shù)：KN>KP；C中，M、N兩點(diǎn)相比，M點(diǎn)溫度低于N點(diǎn)溫度，升溫，平衡左移，所以M點(diǎn)的c(I)小。答案D綜合訓(xùn)練：1.(2014·湖南衡陽高三摸底)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

9、判斷正確的是 ()AT1<T2，p1<p2，ab>c，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)BT1>T2，p1<p2，ab<c，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)CT1<T2，p1>p2，ab<c，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)DT1>T2，p1>p2，ab>c，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)解析：選B當(dāng)圖像中有三個(gè)變量時(shí)，先確定一個(gè)量不變，再討論另外兩個(gè)量的關(guān)系，這叫做“定一議二”。解答該題要綜合運(yùn)用“定一議二”和“先拐先平”的原則。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)達(dá)到平衡所需的時(shí)間短，即反應(yīng)速率大，所以p2>p1；壓強(qiáng)較大(即壓強(qiáng)

10、為p2)時(shí)對應(yīng)的w(B)較大，說明增大壓強(qiáng)平衡逆向移動，則ab<c。由(T1，p2)和(T2、p2)兩條曲線可以看出：壓強(qiáng)相同(p2)，但溫度為T1時(shí)達(dá)到平衡所需的時(shí)間短，即反應(yīng)速率大，所以T1>T2；溫度較高(即溫度為T1)時(shí)對應(yīng)的w(B)較小，說明升高溫度平衡正向移動，故正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)。2.對于可逆反應(yīng)：mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)，(m、n、p、q均為為化學(xué)計(jì)量數(shù))，根據(jù)圖示曲線回答：(1)正反應(yīng)是_(填“吸熱”或“放熱”)反應(yīng)。(2)mn_pq(填“”、“”或“”)。(3)若將縱坐標(biāo)A的轉(zhuǎn)化率換成A在平衡，混合物中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，則逆反應(yīng)是_(填“吸熱”或“放熱”

11、)反應(yīng)，mn_pq(填“”、“”或“”)。解析：(1)由圖知，用“定一議二”的原則，看等壓線，溫度越高，A的轉(zhuǎn)化率越大，說明平衡向正反應(yīng)方向移動，運(yùn)用溫度對化學(xué)平衡移動的影響規(guī)律，升高溫度，平衡向吸熱反應(yīng)方向移動，可知該反應(yīng)的正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)。(2)看等溫線，壓強(qiáng)越大，A的轉(zhuǎn)化率越大，說明平衡向正反應(yīng)方向移動，運(yùn)用壓強(qiáng)對化學(xué)平衡移動的影響規(guī)律，增大壓強(qiáng)，平衡向體積減小的方向移動，可知該反應(yīng)的正反應(yīng)是體積減小的反應(yīng)，即mnpq。(3)若將縱坐標(biāo)A的轉(zhuǎn)化率換成A在平衡混合物中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，則與前者相反。答案：(1)吸熱(2)(3)吸熱3.如圖所示是表示其他條件一定時(shí)，2NO(g)O2(g)2NO2(

12、g)H<0反應(yīng)中NO的轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系曲線，圖中標(biāo)有a、b、c、d四點(diǎn)，其中表示未達(dá)到平衡狀態(tài)，且v正>v逆的點(diǎn)是()Aa點(diǎn) Bb點(diǎn) Cc點(diǎn) Dd點(diǎn)解析：選C此題為溫度轉(zhuǎn)化率曲線，由于a點(diǎn)、b點(diǎn)均在平衡線上，表示a點(diǎn)與b點(diǎn)達(dá)到平衡狀態(tài)；c點(diǎn)時(shí)，NO的轉(zhuǎn)化率小于該溫度下達(dá)到平衡時(shí)的轉(zhuǎn)化率，說明反應(yīng)沒達(dá)到平衡，且反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，即v正>v逆；d點(diǎn)需轉(zhuǎn)化率減小才能達(dá)平衡，故反應(yīng)逆向進(jìn)行，v正<v逆，故只有C項(xiàng)符合題目要求。高考鏈接：1(2013·安徽高考)一定條件下，通過下列反應(yīng)可以制備特種陶瓷的原料MgO：MgSO4(s)CO(g)MgO(s)CO2(g)

13、SO2(g)H>0該反應(yīng)在恒容的密閉容器中達(dá)到平衡后，若僅改變圖中橫坐標(biāo)x的值，重新達(dá)到平衡后，縱坐標(biāo)y隨x變化趨勢合理的是()選項(xiàng)xyA溫度容器內(nèi)混合氣體的密度BCO的物質(zhì)的量CO2與CO的物質(zhì)的量之比CSO2的濃度平衡常數(shù)KDMgSO4的質(zhì)量(忽略體積)CO的轉(zhuǎn)化率解析：選A該反應(yīng)為正反應(yīng)氣體體積增大的吸熱反應(yīng)。升高溫度，平衡正向移動，氣體的質(zhì)量增加，而容積不變，所以密度增大，A正確；增加CO的量，平衡正向移動，但壓強(qiáng)增大，CO的轉(zhuǎn)化率會減小，故CO2與CO的物質(zhì)的量之比會減小，B錯(cuò)誤；平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，C錯(cuò)誤；因MgSO4為固體，增加其量，對平衡沒有影響，CO的轉(zhuǎn)化率不變，D錯(cuò)

14、誤。2(2011·重慶高考)一定條件下，下列反應(yīng)中水蒸氣含量隨反應(yīng)時(shí)間的變化趨勢符合下列圖示的是()ACO2(g)2NH3(g)CO(NH2)2(s)H2O(g)H<0BCO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)H>0CCH3CH2OH(g)CH2=CH2(g)H2O(g) H>0D2C6H5CH2CH3(g)O2(g)2C6H5CH=CH2(g)2H2O(g)H<0解析：選A由溫度時(shí)間圖像可知，T2先達(dá)到平衡，因此T2>T1，溫度升高，水蒸氣含量減少，正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，因此B、C錯(cuò)誤；由壓強(qiáng)時(shí)間圖像可知，p1先達(dá)到平衡，即p1>p2，隨著壓強(qiáng)的

15、增加，水蒸氣含量增加，因此正反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，D錯(cuò)誤，只有A正確。3(2011·安徽高考)電鍍廢液中Cr2O可通過如下反應(yīng)轉(zhuǎn)化成鉻黃(PbCrO4)：Cr2O(aq)2Pb2(aq)H2O(l)2PbCrO4(s)2H(aq)H<0，該反應(yīng)達(dá)平衡后，改變橫坐標(biāo)表示的反應(yīng)條件，下列示意圖正確的是() ABCD解析：選A該反應(yīng)放熱(H<0)，升溫平衡逆向移動，平衡常數(shù)K減小，A正確；pH增大時(shí)，c(OH)增大，平衡正向移動，Cr2O轉(zhuǎn)化率升高，B錯(cuò)誤；溫度升高，化學(xué)反應(yīng)速率增大，C錯(cuò)誤；c(Pb2)增大時(shí)，平衡正向移動，n(Cr2O)減小，D錯(cuò)誤。4(2011

16、3;北京高考)已知反應(yīng)：2CH3COCH3(l)催化劑,CH3COCH2COH(CH3)2(l)。取等量CH3COCH3分別在0 和20 下，測得其轉(zhuǎn)化分?jǐn)?shù)隨時(shí)間變化的關(guān)系曲線(Yt)如圖所示。下列說法正確的是()Ab代表0 下CH3COCH3的Yt曲線B反應(yīng)進(jìn)行到20 min末，CH3COCH3的>1C升高溫度可縮短反應(yīng)達(dá)平衡的時(shí)間并能提高平衡轉(zhuǎn)化率D從Y0到Y(jié)0.113，CH3COCH2COH(CH3)2的1解析：選D由圖像可知，a曲線達(dá)到平衡所用的時(shí)間比b曲線多，b曲線所對應(yīng)的反應(yīng)速率快，溫度高，A錯(cuò)誤；不論反應(yīng)進(jìn)行到什么程度，20 對應(yīng)的反應(yīng)速率大于0 ，故<1，B錯(cuò)誤；升

17、高溫度，加快化學(xué)反應(yīng)速率，可縮短達(dá)到平衡所用的時(shí)間；由圖像可知達(dá)到平衡時(shí)從a曲線到b曲線，CH3COCH3轉(zhuǎn)化分?jǐn)?shù)降低，即升高溫度，平衡左移，降低平衡轉(zhuǎn)化率，C錯(cuò)誤；從Y0到Y(jié)0.113，CH3COCH3轉(zhuǎn)化率相同，由于起始加入量相同，故變化量相同，即1，D正確。5(2013·新課標(biāo)全國卷節(jié)選)二甲醚(CH3OCH3)是無色氣體，可作為一種新型能源。由合成氣(組成為H2、CO和少量CO2)直接制備二甲醚，其中的主要過程包括以下四個(gè)反應(yīng)：甲醇合成反應(yīng)：()CO(g)2H2(g)=CH3OH(g)H190.1 kJ/mol()CO2(g)3H2(g)=CH3OH(g)H2O(g)H249

18、.0 kJ/mol水煤氣變換反應(yīng)：()CO(g)H2O(g)=CO2(g)H2(g)H341.1 kJ/mol二甲醚合成反應(yīng)：()2CH3OH(g)=CH3OCH3(g)H2O(g)H424.5 kJ/mol回答下列問題： (1)分析二甲醚合成反應(yīng)()對于CO轉(zhuǎn)化率的影響_。(2)由H2和CO直接制備二甲醚(另一產(chǎn)物為水蒸氣)的熱化學(xué)方程式為_。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)原理，分析增加壓強(qiáng)對直接制備二甲醚反應(yīng)的影響_。(3)有研究者在催化劑(含CuZnAlO和Al2O3)。壓強(qiáng)為5.0 MPa的條件下，由H2和CO直接制備二甲醚，結(jié)果如圖所示，其中CO轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而降低的原因是_。解析：(1)二甲醚合成反應(yīng)()消耗甲醇，使甲醇合成反應(yīng)()平衡右移，CO的轉(zhuǎn)化率增大。二甲醚合成反應(yīng)()生成的水，通過水煤氣變換反應(yīng)()消耗部分CO。(2)()×2()可得熱化學(xué)方程式為2CO(g)4H2(g)=CH3OCH3(g)H2O(g)，所以其H90.1×2(24.5) kJ/mol204.7 kJ/mol，所以熱化學(xué)方程式為2CO(g)4H2(g)=CH3OCH3(g)H2O(g)H204.7 kJ/mol；也可以用(