魯科版高中化學(xué)選修四：專題講座(四)化學(xué)平衡圖象的常見類型及解題方法

/專題講座(四)化學(xué)平衡圖象的常見類型及解題方法1．常見類型。(1)速率—時間圖象(vt圖象)。既能表示反響速率的變化,又能表示平衡移動的速率—時間圖象,如下圖①圖象分析。圖A：a.t＝0時,反響由正反響開始；b．t＝t1時,在改變條件的瞬間,v(正)變大,v(逆)不變；c．t>t1時,v′(正)>v′(逆),平衡向正反響方向移動,隨后又到達新的平衡狀態(tài)。改變的條件是增大反響物的濃度。圖B：a.t＝0時,反響由正反響開始；b．t＝t1時,v(正)、v(逆)在改變條件時同時增大；c．t>t1時,v′(逆)>v′(正),平衡向逆反響方向移動,隨后又到達新的平衡狀態(tài)。改變的條件可能是升高溫度或增大壓強。圖C：a.t＝0時,反響由正反響開始；b．t＝t1時,v(正)、v(逆)在改變條件時同倍增大；c．t>t1時,v′(正)＝v′(逆),平衡不移動。改變的條件可能是使用了催化劑或增大壓強(反響為氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)不變的反響)。②規(guī)律總結(jié)。a．在分析vt圖象時,要特別注意兩個方面：一是反響速率的變化即v(正)、v(逆)是都增大或都減小[條件改變的瞬間,v′(正)、v′(逆)的起點與原平衡點不重合],還是一個增大(或減小)而另一個不變[條件改變的瞬間,v′(正)、v′(逆)中不變的那一個起點與原平衡點重合]；二是平衡移動的方向,速率大的速率曲線在上面,且向該方向移動。b．畫出vt圖象的“三步曲〞：第一步,畫出原平衡建立的過程；第二步,依據(jù)條件改變時的速率變化,確定兩個起點都在原平衡點的上(下),或一個在上(下)另一個不變；第三步,依據(jù)平衡移動方向確定兩條曲線,完成圖象。(2)濃度—時間圖象(ct圖象)。此類圖象能說明各平衡體系組分(或某一成分)的物質(zhì)的量濃度在反響過程中的變化情況。此類圖象中各物質(zhì)曲線轉(zhuǎn)折點(達平衡)的時刻相同,各物質(zhì)濃度變化的內(nèi)在聯(lián)系及比例符合化學(xué)方程式中的系數(shù)關(guān)系,如下圖。甲乙(3)速率—溫度(壓強)圖象(vT或vp圖象)。反映正、逆反響速率(或放熱、吸熱反響的速率)隨溫度或壓強的變化曲線,用于判斷反響的ΔH或反響前后氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)關(guān)系,如下圖。甲乙(4)恒壓(溫)線。該類圖象的縱坐標(biāo)為物質(zhì)的平衡濃度(c)或反響物的轉(zhuǎn)化率(α),橫坐標(biāo)為溫度(T)或壓強(p),常見類型如下圖兩種情況。甲乙(5)含量—時間—溫度(壓強)圖象。此類圖象表示的是不同溫度(或壓強)下反響物(或生成物)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)(或體積分?jǐn)?shù)或轉(zhuǎn)化率)的變化過程,包含到達平衡所需的時間和不同溫度(或壓強)下平衡狀態(tài)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)等信息,由圖象可以判斷T1、T2或p1、p2的大小,再判斷反響的ΔH或反響前后氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)關(guān)系(是吸熱反響還是放熱反響,是氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)增大的反響還是減小的反響)。如下圖甲乙(6)其他類型。如下圖是其他條件不變時,某反響物的最大(平衡)轉(zhuǎn)化率(α)與溫度(T)的關(guān)系曲線,圖中標(biāo)出的a、b、c、d四個點中,表示v(正)>v(逆)的點是c,表示v(正)<v(逆)的點是a,而b、d點表示v(正)＝v(逆)。2．化學(xué)平衡圖象題的解答步驟。(1)看圖象。一看圖(即縱坐標(biāo)與橫坐標(biāo)的意義),二看線(即線的走向和變化趨勢),三看點(即起點、折點、交點、終點),四看輔助線(如等溫線、等壓線、平衡線等),五看量的變化(如濃度變化、溫度變化等)。(2)想規(guī)律。聯(lián)想外界條件的改變對化學(xué)反響速度和化學(xué)平衡的影響規(guī)律。(3)作判斷。根據(jù)圖象中表現(xiàn)的關(guān)系與所學(xué)規(guī)律相比照,做出符合題目要求的判斷。3．化學(xué)平衡圖象題的解答原那么。(1)“定一議二〞原那么。在化學(xué)平衡圖象中,包括縱坐標(biāo)、橫坐標(biāo)和曲線所表示的意義共三個量。確定橫坐標(biāo)所表示的量,討論縱坐標(biāo)與曲線的關(guān)系,或者確定縱坐標(biāo)所表示的量,討論橫坐標(biāo)與曲線的關(guān)系,即“定一議二〞原那么。解題過程中,可以作輔助線幫助分析。例如反響aA(g)＋bB(g)cC(g)在不同溫度下(T1<T2),混合氣體中C的百分含量(C%)與壓強(p)的關(guān)系如下圖。由圖可知,T1為一條等溫線,隨著壓強的增大,C%減小,化學(xué)平衡逆向移動,a＋b<c。在壓強一定時,如壓強為p3時,溫度越高,C%越大,那么說明升溫,C%的值變大,化學(xué)平衡正向移動,正反響為吸熱反響。(2)“先拐值大〞原那么。在化學(xué)平衡圖象中,先出現(xiàn)拐點的反響那么先到達平衡,先出現(xiàn)拐點的曲線表示的溫度較高(如圖甲)或表示的壓強較大(如圖乙)[仍以aA(g)＋bB(g)cC(g)為例]。甲乙圖甲表示T2對應(yīng)的先拐,說明T2>T1,T2對應(yīng)的平衡狀態(tài)的C%小于T1對應(yīng)的平衡狀態(tài)的C%,說明升溫平衡逆向移動,即該反響正向是放熱的。圖乙表示p2對應(yīng)的先拐,即得出p2>p1,p2對應(yīng)的平衡狀態(tài)的C%小于p1對應(yīng)的平衡狀態(tài)的C%,說明加壓平衡逆向移動,即a＋b<c。[練習(xí)]________________________________________1.反響L(s)＋aG(g)bR(g)到達平衡時,溫度和壓強對該反響的影響如下圖。壓強p1>p2,x軸表示溫度,y軸表示平衡混合氣體中G的體積分?jǐn)?shù)。據(jù)此可判斷()A．上述反響的正反響方向是放熱反響B(tài)．上述反響的正反響方向是吸熱反響C．a(chǎn)>bD．a(chǎn)＋1<b解析：由圖給信息可知,壓強一定,隨著溫度的升高,平衡混合氣體中G的體積分?jǐn)?shù)減小,說明該反響的正方向為吸熱反響；又由題圖可知,在相同溫度下,增大壓強,平衡混合氣體中G的體積分?jǐn)?shù)增大,說明該反響的正方向是氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)增大的反響,即a<b。答案：B2．以下各項中,能表示2A(g)＋B(g)2C(g)(正反響放熱)這個可逆反響的是()解析：隨著溫度的升高,化學(xué)平衡應(yīng)向吸熱反響方向移動,即向逆反響方向移動,所以生成物C的體積分?jǐn)?shù)減小,反響物的含量分?jǐn)?shù)增大,反響物的轉(zhuǎn)化率減小。增大體系的壓強,正反響和逆反響的速率都增大。參加催化劑,只能增大反響速率,縮短到達平衡的時間,不能使平衡移動,所以到達平衡后,各組分的濃度及體積分?jǐn)?shù)不變。答案：A3．可逆反響：mA(g)＋nB(g)xC(g)ΔH＝QkJ·mol－1在不同溫度、壓強下反響物A的轉(zhuǎn)化率的變化情況如以下圖所示。以下對于反響的熱效應(yīng)Q和反響方程式A、B、C的系數(shù)的判斷中,正確的選項是()A．Q＞0,m＋n＞x B．Q＞0,m＋n＜xC．Q＜0,m＋n＜x D．Q＜0,m＋n＞x解析：由左題圖可知,壓強為p1時到達平衡所用的時間比擬短,即p1＞p2,選擇兩壓強下的平衡狀態(tài),由p2、p1的大小比擬和A的轉(zhuǎn)化率可知,增大壓強,平衡正向移動,故m＋n＞x；由右題圖可知,升高溫度,A的轉(zhuǎn)化率下降,即升高溫度,平衡向左移動,正反響放熱,Q＜0。答案：D4．一定條件下,以下反響中水蒸氣含量隨反響時間的變化趨勢符合以下圖的是()A．CO2(g)＋2NH3(g)CO(NH2)2(s)＋H2O(g)ΔH＜0B．CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH＞0C．CH3CH2OH(g)CH2=CH2(g)＋H2O(g)ΔH＞0D．2C6H5CH2CH3(g)＋O