（全國(guó)通用）2023版高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)第7章化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡高考專題講座4化學(xué)平衡圖像的分類突破學(xué)案

PAGEPAGE1(四)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Ⅱ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)反響特點(diǎn)，明確反響條件，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。1．解題思路 2．解題步驟速率—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、逆反響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)增大，正反響速率增大得快，平衡正向移動(dòng)。[對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練]1．以下各圖是溫度(或壓強(qiáng))對(duì)反響2A(s)＋2B(g)2C(g)＋D(g)(正反響為吸熱反響)的正、逆反響速率的影響，曲線交點(diǎn)表示建立平衡時(shí)的溫度或壓強(qiáng)，其中正確的選項(xiàng)是()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：97500139】 C[根據(jù)化學(xué)反響特點(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。]2．(2022·西安模擬)現(xiàn)有以下兩個(gè)圖像： 以下反響中符合上述圖像的是() A．N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH<0 B．2SO3(g)2SO2(g)＋O2(g)ΔH>0 C．4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)ΔH<0 D．H2(g)＋CO(g)C(s)＋H2O(g)ΔH>0 B[由左邊的圖像可知，溫度越高生成物的濃度越大，說(shuō)明升高溫度，平衡向正反響方向移動(dòng)，故正反響為吸熱反響；由右邊圖像可知，相交點(diǎn)左邊未達(dá)平衡，相交點(diǎn)為平衡點(diǎn)，相交點(diǎn)右邊壓強(qiáng)增大，平衡被破壞，v逆>v正，平衡向逆反響方向移動(dòng)，說(shuō)明正反響為氣體物質(zhì)的量增大的反響。綜合上述分析可知，可逆反響正反響為吸熱反響且正反響為氣體物質(zhì)的量增大的反響。N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH<0，為放熱反響，正反響是氣體物質(zhì)的量減小的反響，A不符合；2SO3(g)2SO2(g)＋O2(g)ΔH>0，為吸熱反響，正反響是氣體物質(zhì)的量增大的反響，B符合；4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)ΔH<0，正反響是氣體物質(zhì)的量增大的反響，但為放熱反響，C不符合；H2(g)＋CO(g)C(s)＋H2O(g)ΔH>0，為吸熱反響，但正反響是氣體物質(zhì)的量減小的反響，D不符合。]轉(zhuǎn)化率(或百分含量)—時(shí)間—溫度(或壓強(qiáng))圖像 不同溫度或壓強(qiáng)下，反響物的轉(zhuǎn)化率α(或百分含量)與時(shí)間的關(guān)系曲線，推斷溫度的上下及反響的熱效應(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)中反響物的轉(zhuǎn)化率αA為例說(shuō)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〞原那么 分析反響由開(kāi)始(起始物質(zhì)相同時(shí))到達(dá)平衡所用時(shí)間的長(zhǎng)短可推知反響條件的變化。 ①假設(shè)為溫度變化引起，溫度較高時(shí)，反響達(dá)平衡所需時(shí)間短。如甲中T2>T1。 ②假設(shè)為壓強(qiáng)變化引起，壓強(qiáng)較大時(shí)，反響達(dá)平衡所需時(shí)間短。如乙中p1>p2。 ③假設(shè)為使用催化劑引起，使用適宜催化劑時(shí)，反響達(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像中反響規(guī)律的判斷方法 ①圖甲中，T2>T1，升高溫度，αA降低，平衡逆向移動(dòng)，正反響為放熱反響。 ②圖乙中，p1>p2，增大壓強(qiáng)，αA升高，平衡正向移動(dòng)，那么正反響為氣體體積縮小的反響。 ③假設(shè)縱坐標(biāo)表示A的百分含量，那么甲中正反響為吸熱反響，乙中正反響為氣體體積增大的反響。[對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練]3．(2022·鄭州一模)一定條件下，等物質(zhì)的量的N2(g)和O2(g)在恒容密閉容器中發(fā)生反響：N2(g)＋O2(g)2NO(g)。如圖中曲線a表示該反響在溫度T下N2的濃度隨時(shí)間的變化，曲線b表示該反響在某一起始反響條件改變時(shí)N2的濃度隨時(shí)間的變化(不改變反響物的量)。以下表達(dá)正確的選項(xiàng)是() A．曲線a和曲線b表示該反響可能在相同溫度下進(jìn)行 B．曲線b對(duì)應(yīng)的起始反響條件改變是參加了催化劑 C．溫度T下，該反響平衡前后混合氣體的密度不發(fā)生變化 D．溫度T下，該反響的平衡常數(shù)K＝eq\f(4c0－c12,c\o\al(2,0)) C[該反響為氣體分子數(shù)不變的反響，壓強(qiáng)對(duì)反響限度無(wú)影響，那么曲線a、b對(duì)應(yīng)的反響只能為在不同溫度下進(jìn)行的反響，A項(xiàng)錯(cuò)誤；兩種條件下反響到達(dá)平衡時(shí)N2的濃度不同，說(shuō)明反響的限度不同，那么改變的條件不是參加了催化劑，B項(xiàng)錯(cuò)誤；容器體積不變，反響體系中的物質(zhì)全部為氣體，故平衡前后容器中混合氣體的密度不變，C項(xiàng)正確；根據(jù)三段式可求溫度為T時(shí)該反響的平衡常數(shù)： N2(g)＋O2(g)2NO(g) 起始/(mol·L－1)c0c0 轉(zhuǎn)化/(mol·L－1)c0－c1c0－c12(c0－c1 平衡/(mol·L－1)c1c12(c0－c1 平衡常數(shù)K＝eq\f([2c0－c1]2,c1·c1)＝eq\f(4c0－c12,c\o\al(2,1))，D項(xiàng)錯(cuò)誤。]4．密閉容器中進(jìn)行的可逆反響：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)與反響時(shí)間(t)的關(guān)系如下圖。以下判斷正確的選項(xiàng)是() A．T1<T2，p1<p2，a＋b>c，正反響為吸熱反響 B．T1>T2，p1<p2，a＋b<c，正反響為吸熱反響 C．T1<T2，p1>p2，a＋b<c，正反響為吸熱反響 D．T1>T2，p1>p2，a＋b>c，正反響為放熱反響 B[由(T1，p1)和(T1，p2)兩條曲線可以看出：①溫度相同(T1)，但壓強(qiáng)為p2時(shí)到達(dá)平衡所需的時(shí)間短，即反響速率大，所以p2>p1；②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)，那么a＋b<c。由(T1，p2)和(T2、p2)兩條曲線可以看出：①壓強(qiáng)相同(p2)，但溫度為T1時(shí)到達(dá)平衡所需的時(shí)間短，即反響速率大，所以T1>T2；②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)，故正反響為吸熱反響。]恒溫線或恒壓線圖像 以反響A(g)＋B(g)C(g)ΔH<0為例 解答這類圖像題時(shí)應(yīng)注意以下兩點(diǎn)： (1)“定一議二〞原那么：可通過(guò)分析相同溫度下不同壓強(qiáng)時(shí)反響物A的轉(zhuǎn)化率大小來(lái)判斷平衡移動(dòng)的方向，從而確定反響方程式中反響物與產(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，αA增大，平衡正向移動(dòng)，正反響為氣體體積減小的反響，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(guò)分析相同壓強(qiáng)下不同溫度時(shí)反響物A的轉(zhuǎn)化率的大小來(lái)判斷平衡移動(dòng)的方向，從而確定反響的熱效應(yīng)。如利用上述分析方法，在甲中作垂直線，乙中任取一曲線，即能分析出正反響為放熱反響。[對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練] 在密閉容器中，對(duì)于可逆反響A＋3B2C(g)，平衡時(shí)C的體積分?jǐn)?shù)(C%)與溫度和壓強(qiáng)的關(guān)系如下圖，以下判斷正確的選項(xiàng)是() A．A一定為氣體 B．B一定為氣體 C．該反響是放熱反響 D．假設(shè)正反響的ΔH<0，那么T1>T2 B[由題圖可知，增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，說(shuō)明反響物中氣體的化學(xué)計(jì)量數(shù)之和大于2，故可推知B一定為氣體，A為氣態(tài)或非氣態(tài)，A項(xiàng)錯(cuò)誤，B項(xiàng)正確；因不知T1、T2的大小，故無(wú)法判斷反響的熱效應(yīng)，C項(xiàng)錯(cuò)誤；假設(shè)正反響的ΔH<0，那么升高溫度，C%減小，故應(yīng)有T1<T2，D項(xiàng)錯(cuò)誤。]5．(2022·武漢模擬)(HF)2(g)2HF(g)ΔH>0，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)的變化曲線如下圖。以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：97500140】 A．溫度：T1<T2 B．平衡常數(shù)：K(a)＝K(b)<K(c) C．反響速率：vb>va D．當(dāng)eq\f(m總,n總)＝30g/mol時(shí)，n(HF)∶n[(HF)2]＝2∶1 C[由題給信息知該反響為氣體分子數(shù)增大的吸熱反響，從圖像可以看出，當(dāng)壓強(qiáng)不變時(shí)，由T1到T2，eq\f(m總,n總)增大，說(shuō)明n總減小，平衡左移，即平衡向放熱反響方向移動(dòng)，所以由T1到T2為降低溫度的過(guò)程，即T1>T2，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，反響速率越大，故vb>va，C項(xiàng)正確；設(shè)HF為xmol，(HF)2為ymol，當(dāng)eq\f(m總,n總)＝30g/mol時(shí)，有eq\f(20x＋40y,x＋y)＝30，解得x＝y(tǒng)，即n(HF)∶n[(HF)2]＝1∶1，D項(xiàng)錯(cuò)誤。]6．(2022·全國(guó)Ⅱ卷，節(jié)選)正丁烷(C4H10)脫氫制1-丁烯(C4H8)的熱化學(xué)方程式如下： ①C4H10(g)=C4H8(g)＋H2(g)ΔH1 ：②C4H10(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=C4H8(g)＋H2O(g) ΔH2＝－119kJ·mol－1 ③H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(g) ΔH3＝－242kJ·mol－1 反響①的ΔH1為_(kāi)_______kJ·mol－1。如圖是反響①平衡轉(zhuǎn)化率與反響溫度及壓強(qiáng)的關(guān)系圖，x________0.1(填“大于〞或“小于〞)；欲使丁烯的平衡產(chǎn)率提高，應(yīng)采取的措施是________(填標(biāo)號(hào))。 A．升高溫度 B．降低溫度 C．增大壓強(qiáng) D．降低壓強(qiáng) 【解析】由蓋斯定律可知，①式＝②式－③式，即ΔH1＝ΔH2－ΔH3＝－119kJ/mol－(－242kJ/mol)＝123kJ/mol。由圖可知，同溫下，xMPa時(shí)丁烯的平衡產(chǎn)率高于0.1MPa時(shí)的，根據(jù)壓強(qiáng)減小平衡向右移動(dòng)可知，x小于0.1。欲提高丁烯的平衡產(chǎn)率，應(yīng)使平衡向右移動(dòng)，該反響的正反響為吸熱反響，因此可以通過(guò)升高溫度的方法使平衡向右移動(dòng)；該反響為氣體體積增大的反響，因此可以通過(guò)降低壓強(qiáng)的方法使平衡向右移動(dòng)，所以A、D選項(xiàng)正確。 【答案】123小于AD7．煤氣化的一種方法是在氣化爐中給煤炭加氫，發(fā)生的主要反響為C(s)＋2H2(g)CH4(g)。在VL的密閉容器中投入amol碳(足量)，同時(shí)通入2amolH2，控制條件使其發(fā)生上述反響，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)系如下圖。以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是() A．上述正反響為吸熱反響 B．在4MPa、1200K時(shí)，圖中X點(diǎn)v(H2)正<v(H2)逆 C．在5MPa、800K時(shí)，該反響的平衡常數(shù)為eq\f(V2,a2) D．工業(yè)上維持6MPa、1000K而不采用10MPa、1000K，主要是因?yàn)榍罢咛嫉霓D(zhuǎn)化率高 A[A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)，正反響為吸熱反響，正確；B項(xiàng)，X點(diǎn)是未平衡時(shí)，反響正向進(jìn)行，正反響速率大于逆反響速率，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a2a 轉(zhuǎn)化量0.5aa 平衡量0.5aa K＝eq\f(\f(0.5a,V),\f(a,V)2)＝eq\f(0.5V,a)，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。]幾種特殊圖像的分析 (1)對(duì)于化學(xué)反響mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，M點(diǎn)前，表示化學(xué)反響從反響物開(kāi)始，那么v正>v逆；M點(diǎn)為剛到達(dá)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)，ΔH<0。 (2)對(duì)于化學(xué)反響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)必須向正反響方向移動(dòng)才能到達(dá)平衡狀態(tài)，所以，E點(diǎn)v正>v逆；那么右下方(F點(diǎn))v正<v逆。 (3)對(duì)于反響3A(g)＋B(g)2C。A、B轉(zhuǎn)化率與eq\f(nA,nB)的關(guān)系 (4)對(duì)aA(g)＋bB(g)cC(g)，C的平衡體積分?jǐn)?shù)(C%)與n(B)的關(guān)系： 當(dāng)n(A)∶n(B)＝a∶b時(shí)，C%最大。[對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練]8．(2022·成都七中月考)在2L恒容密閉容器中充入2molX和1molY，發(fā)生反響：2X(g)＋Y(g)3Z(g)，反響過(guò)程持續(xù)升高溫度，測(cè)得X的體積分?jǐn)?shù)與溫度的關(guān)系如下圖。以下推斷正確的選項(xiàng)是() A．Q點(diǎn)時(shí)，Y的轉(zhuǎn)化率最大 B．升高溫度，平衡常數(shù)增大 C．W點(diǎn)X的正反響速率等于M點(diǎn)X的正反響速率 D．平衡時(shí)，再充入Y，到達(dá)平衡時(shí)Z的體積分?jǐn)?shù)一定增大 A[從開(kāi)始到Q點(diǎn)是正向建立平衡的過(guò)程，轉(zhuǎn)化率逐漸增大，從Q點(diǎn)到M點(diǎn)升高溫度，平衡向左移動(dòng)，X的轉(zhuǎn)化率降低，Q點(diǎn)最大，A正確；分析圖像，X的體積分?jǐn)?shù)先減小到最低，這是化學(xué)平衡的建立過(guò)程，后增大，這是平衡的移動(dòng)過(guò)程，升高溫度，X的體積分?jǐn)?shù)增大，說(shuō)明升溫平衡左移，平衡常數(shù)減小，B錯(cuò)誤；M點(diǎn)溫度高，故反響速率快，C錯(cuò)誤；平衡時(shí)再充入Y，平衡右移，n(Z)增大但n(Y)也增大，故Z的體積分?jǐn)?shù)不一定增大，D錯(cuò)誤。]9．(2022·青島模擬)T℃時(shí)，在一固定容積的密閉容器中發(fā)生反響：A(g)＋B(g)C(s)ΔH<0，按照不同配比充入A、B，到達(dá)平衡時(shí)容器中A、B濃度變化如圖中曲線(實(shí)線)所示，以下判斷正確的選項(xiàng)是() A