推薦學習高中化學一輪復習練習：全國卷熱考微專題(14)“數(shù)形結合”突破化學平衡圖象題

[k12][k12]最新K12最新K12[k12]最新K12全國卷熱考微專題(14)“數(shù)形結合”突破化學平衡圖象題1．明確常見圖象類型：以可逆反應aA(g)＋bB(g)cC(g)ΔH＝QkJ·mol－1為例。(1)含量－時間－溫度(或壓強)圖(C%指某產(chǎn)物的質量分數(shù)、B%指某反應物的質量分數(shù))。(曲線m用催化劑，n不用催化劑，或化學計量數(shù)a＋b＝c時曲線m的壓強大于n的壓強)(T1＜T2，ΔH＞0)(T1<T2，ΔH<0)(p1>p2a＋b>c)(p1>p2a＋b<c)(2)恒壓(溫)線(如圖所示)：該類圖象的縱坐標為生成物的平衡濃度(c)或反應物的轉化率(α)，橫坐標為溫度(T)或壓強(p)，常見類型如下所示：eq\a\vs4\al(\x(\a\al(（若a＋b>c，則p1>,p2>p3ΔH<0）))\a\vs4\al(（若T1>T2，,則ΔH＞0，a＋b>c）))(3)幾種特殊圖象。①對于化學反應mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，M點前，表示從反應物開始，v正>v逆；M點為剛達到平衡點(如下圖)；M點后為平衡受溫度的影響情況，即升溫，A的百分含量增加或C的百分含量減少，平衡左移，故正反應ΔH＜0。②對于化學反應mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，L線上所有的點都是平衡點(如下圖)。L線的左上方(E點)，A的百分含量大于此壓強時平衡體系的A的百分含量，所以，E點v正>v逆；則L線的右下方(F點)，v正＜v逆。2．熟練兩種解題技巧以可逆反應aA(g)＋bB(g)cC(g)為例說明。(1)“定一議二”原則。在化學平衡圖象中，包括縱坐標、橫坐標和曲線所表示的三個量，確定橫坐標所示的量后，討論縱坐標與曲線的關系，或者確定縱坐標所示的量后，討論橫坐標與曲線的關系。如圖：兩個反應在熱力學上趨勢均很大，其原因是_____________________________________________________________________________________________________________________________；有利于提高丙烯腈平衡產(chǎn)率的反應條件是______________________________________________________________________________________________________________________________；提高丙烯腈反應選擇性的關鍵因素是______________________。(2)圖(a)為丙烯腈產(chǎn)率與反應溫度的關系曲線，最高產(chǎn)率對應的溫度為460℃，低于460℃時，丙烯腈的產(chǎn)率________(填“是”或“不是”)對應溫度下的平衡產(chǎn)率，判斷理由是_______________________________________________________________________________________________________________________________；高于460℃時，丙烯腈產(chǎn)率降低的可能原因是________(雙選，填標號)。A．催化劑活性降低 B．平衡常數(shù)變大C．副反應增多 D．反應活化能增大解析：(1)因為生成的產(chǎn)物丙烯腈和丙烯醛的兩個反應均為放熱量大的反應，所以它們均可自發(fā)進行且熱力學趨勢大；該反應為氣體體積增大的放熱反應，所以降低溫度、降低壓強有利于提高丙烯腈的平衡產(chǎn)率；由生成丙烯腈的反應條件可知，提高丙烯腈反應選擇性的關鍵因素是催化劑。(2)因為該反應為放熱反應，平衡產(chǎn)率應隨溫度升高而降低，反應剛開始進行，主要向正反應方向進行，尚未達到平衡狀態(tài)，460℃以前是建立平衡的過程，故低于460℃時，丙烯腈的產(chǎn)率不是對應溫度下的平衡產(chǎn)率；高于460℃時，丙烯腈產(chǎn)率降低，A項，催化劑在一定溫度范圍內(nèi)活性較高，若溫度過高，活性降低，正確；B項，平衡常數(shù)的大小不影響產(chǎn)率，錯誤；C項，根據(jù)題意，副產(chǎn)物有丙烯醛，副反應增多導致產(chǎn)率下降，正確；D項，反應活化能的大小不影響平衡，錯誤。答案：(1)兩個反應均為放熱量大的反應降低溫度、降低壓強催化劑(2)不是該反應為放熱反應，平衡產(chǎn)率應隨溫度升高而降低AC[方法指導]掌握化學平衡圖象題解答步驟第一步：看特點。即分析可逆反應化學方程式，觀察物質的狀態(tài)、氣態(tài)物質分子數(shù)的變化(正反應是氣體分子數(shù)增大的反應，還是氣體分子數(shù)減小的反應)、反應熱(正反應是放熱反應，還是吸熱反應)等。第二步：識圖象。即識別圖象類型，橫坐標和縱坐標的含義、線和點(平臺、折線、拐點等)的關系。利用規(guī)律“先拐先平，數(shù)值大”判斷，即曲線先出現(xiàn)拐點，先達到平衡，其溫度、壓強越大。第三步：想原理。聯(lián)想化學反應速率、化學平衡移動原理，特別是影響因素及使用前提條件等。第四步：巧整合。圖表與原理整合。逐項分析圖表，重點看圖表是否符合可逆反應的特點、化學反應速率和化學平衡原理。1．密閉容器中進行的可逆反應：aA(g)＋bB(g)cC(g)在不同溫度(T1和T2)及壓強(p1和p2)下，混合氣體中B的質量分數(shù)w(B)與反應時間(t)的關系如圖所示。下列判斷正確的是()A．T1＜T2，p1＜p2，a＋b>c，正反應為吸熱反應B．T1>T2，p1＜p2，a＋b＜c，正反應為吸熱反應C．T1＜T2，p1>p2，a＋b＜c，正反應為吸熱反應D．T1>T2，p1>p2，a＋b>c，正反應為放熱反應解析：由(T1，p1)和(T1，p2)兩條曲線可以看出：①溫度相同(T1)，但壓強為p2時達到平衡所需的時間短，即反應速率大，所以p2>p1；②壓強較大(即壓強為p2)時對應的w(B)較大，說明增大壓強平衡逆向移動，則a＋b＜c。由(T1，p2)和(T2、p2)兩條曲線可以看出：①壓強相同(p2)，但溫度為T1時達到平衡所需的時間短，即反應速率大，所以T1>T2；②溫度較高(即溫度為T1)時對應的w(B)較小，說明升高溫度平衡正向移動，故正反應為吸熱反應。答案：B2．有一化學平衡mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，如圖表示的是A的轉化率與壓強、溫度的關系。下列敘述正確的是()A．正反應是放熱反應；m＋n>p＋qB．正反應是吸熱反應；m＋n＜p＋qC．正反應是放熱反應；m＋n＜p＋qD．正反應是吸熱反應；m＋n>p＋q解析：圖象中有三個量，應定一個量來分別討論另外兩個量之間的關系。定壓強，討論T與A的轉化率的關系：同一壓強下，溫度越高，A的轉化率越高，說明正反應是吸熱反應；定溫度，討論壓強與A的轉化率的關系：同一溫度下，壓強越大，A的轉化率越高，說明正反應是氣體體積縮小的反應，即m＋n>p＋q。答案：D3．在一恒容的密閉容器中充入0.1mol·L－1CO2、0.1mol·L－1CH4，在一定條件下發(fā)生反應：CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)，測得CH4平衡時轉化率與溫度、壓強關系如圖，下列有關說法不正確的是()A．上述反應的ΔH<0B．壓強：p4>p3>p2>p1C．1100℃時該反應的平衡常數(shù)為1.64D．壓強為p4時，在y點：v正>v逆解析：p1、p2、p3、p4是四條等壓線，由圖象可知，壓強一定時，溫度越高，甲烷的平衡轉化率越高，故正反應為吸熱反應，ΔH>0，A項錯誤；該反應為氣體分子數(shù)增加的反應，壓強越高，甲烷的平衡轉化率越小，故壓強p4>p3>p2>p1，B項正確；壓強為p4，溫度為1100℃時，甲烷的平衡轉化率為80.00%，故平衡時各物質的濃度分別為c(CH4)＝0.02mol·L－1，c(CO2)＝0.02mol·L－1，c(CO)＝0.16mol·L－1，c(H2)＝0.16mol·L－1，即平衡常數(shù)K＝eq\f(0.162×0.162,0.02×0.02)＝1.64，C項正確；壓強為p4時，y點未達到平衡，此時v正>v逆，D項正確。答案：A4．有一反應：2A＋B2C，其中A、B、C均為氣體，如圖中的曲線是該反應在不同溫度下的平衡曲線，x軸表示溫度，y軸表示B的轉化率，圖中有a、b、c三點，則下列描述正確的是()A．該反應是放熱反應B．b點時混合氣體的平均摩爾質量不再變化C．T1溫度下若由a點達到平衡，可以采取增大壓強的方法D．c點v正＜v逆解析：由于溫度升高，B的轉化率增大，說明平衡正向移動，推知該反應是吸熱反應，A錯誤；在T1溫度下，由a點達平衡時，B的轉化率不斷減小，若采取加壓措施，結合化學方程式可知B的轉化率會不斷增大，C錯誤；在T2溫度下，c點會達到平衡狀態(tài)，此過程中B的轉化率不斷增大，說明該過程v正＞v逆，D錯誤。答案：B5．(2016·海南卷)順-1，2-二甲基環(huán)丙烷和反-1，2-二甲基環(huán)丙烷可發(fā)生如下轉化：該反應的速率方程可表示為v(正)＝k(正)·c(順)和v(逆)＝k(逆)·c(反)，k(正)和k(逆)在一定溫度時為常數(shù)，分別稱作正、逆反應速率常數(shù)?；卮鹣铝袉栴}：(1)已知：t1溫度下，k(正)＝0.006s－1，k(逆)＝0.002s－1，該溫度下反應的平衡常數(shù)值K1＝________；該反應的活化能Ea(正)小于Ea(逆)，則ΔH________0(填“小于”“等于”或“大于”)。(2)t2溫度下，圖中能表示順式異構體的質量分數(shù)隨時間變化的曲線是________(填曲線編號)，平衡常數(shù)值K2＝______________；溫度t2________t1(填“小于”“等于”或“大于”)，判斷理由是______________________________________________________________。解析：(1)根據(jù)v(正)＝k(正)·c(順)＝0.006c(順)，v(逆)＝k(逆)·c(反)＝0.002c(反)，化學平衡狀態(tài)時正逆反應速率相等，則0.006c(順)＝0.002c(反)，K1＝eq\f(c（反）,c（順）)＝0.006÷0.002＝3；該反應的活化能Ea(正)小于Ea(逆)，說明斷鍵吸收的能量小于成鍵釋放的能量，即該反應為放熱反應，則ΔH小于零。(2)反應開始時，c(順)的濃度大，單位時間的濃度變化大，w(順)的變化也大，故B曲線符合題意，設順式異構體的起始濃度為x，該可逆反應左右物質系數(shù)相等，均為1，則平衡時，順式異構體為0.3x，反式異構體為0.7x，所以平衡常數(shù)值K2＝0.7x÷0.3x＝7/3，因為K1＞K2，放熱反應升高溫度時平衡向逆反應方向移動，所以溫度t2大于t1。答案：(1)3小于(2)B7/3大于放熱反應升高溫度時平衡向逆反應方向移動6．甲醇既是重要的化工原料，又可作為燃料，利用合成氣(主要成分為CO、CO2和H2)在催化劑作用下合成甲醇。發(fā)生的主要反應如下：①CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)ΔH1②CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH2③CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH3回答下列問題：(1)反應①的化學平衡常數(shù)K表達式為______________；圖1中能正確反映平衡常數(shù)K隨溫度變化關系的曲線為________(填曲線標記字母)，其判斷理由是___________________________________________________________________________________________。圖1(2)合成氣組成n(H2)/n(CO＋CO2)＝2.60時，體系中的CO平衡轉化率(α)與溫度和壓強的關系如圖2所示。α(CO)值隨溫度升高而________(填“增大”或“減小”)，其原因是__________________；圖2中的壓強由大到小為________________，其判斷理由是_____________________________________________________。圖2解析：(1)根據(jù)化學平衡常數(shù)的書寫要求可知，反應①的化學平衡常數(shù)為K＝c(CH3OH)/[c(CO)·c2(H2)]。反應①為放熱反應，溫度升高，平衡逆向移動，平衡常數(shù)K減小，故曲線a符合要求。(2)由圖2可知，壓強一定時，CO的平衡轉化率隨溫度的升高而減小，其原因是反應①為放熱反應，溫度升高，平衡逆向移動，反應③為吸熱反應，溫度升高，平衡正向移動，又使產(chǎn)生CO的量增大，而總結果是隨溫度升高，CO的轉化率減小。反應①的正反應為氣體總分子數(shù)減小的反應，溫度一定時，增大壓強，平衡正向移動，CO的平衡轉化率增大，而反應③為氣體總分子數(shù)不變的反應，產(chǎn)生CO的量不受壓強的影響，因此增大壓強時，CO的轉化率提高，故壓強p1、p2、p3的關系為p1＜p2＜p3。答案：(1)K＝eq\f(