2022屆新高考化學一輪復習化學平衡圖像的解讀與分析學案

化學平衡圖像的解讀與分析

增分典例撩究

增分點一化學平衡圖像信息的解讀

【解題策略】

1.圖像信息的獲取

依據(jù)化學反應原理中反應速率和平衡移動知識解讀圖像,關鍵在于對“數(shù)”“形”“義”“性”的綜合思考,包括:

(1)明標:明晰橫、縱坐標所表示的化學含義,這是理解題意和進行正確思考的前提。明晰坐標含義,也就是用變化的觀念分析

坐標,找出橫、縱坐標的關系,再結合教材,聯(lián)系相應的知識點。

(2)找點:找出曲線中的特殊點(起點、頂點、拐點、終點、交叉點、平衡點等),分析這些點所表示的化學意義以及影響這些點

的主要因素及限制因素等,大多考題就落在這些點的含義分析上,因為這些點往往隱含著某些限制條件或某些特殊的化學含義。

(3)析線:正確分析曲線的變化趨勢(上升、下降、平緩、轉折等),同時對走勢有轉折變化的曲線,要分段進行分析,研究各段曲

線的變化趨勢及其含義。

2.圖像信息的加工

在準確解讀圖像信息的基礎上,對試題信息進行加工處理:

|平衡常數(shù)Kl_

!反應速率q庠要

I轉化率αP-

例1［2019?全國卷I節(jié)選］水煤氣變換［CO(g)+HzO(g)=CO2(g)+H2(g)A%0］是重要的化工過程,主要用于合成氨、制氫以

及合成氣加工等工業(yè)領域中。還原C。C)(S)為CO(S)的傾向是CO大于H2o

721℃時,在密閉容器中將等物質(zhì)的量的Co(g)和H2θ(g)混合,采用適當?shù)拇呋瘎┻M行反應,則平衡時體系中山的物質(zhì)的量分

數(shù)為(填標號)。

【信息解讀】

由已知,CO的還原

三段式表示出H2的物質(zhì)的量分數(shù)根據(jù)可逆反應特點判斷得出結論

傾向大于H2

CO與H2的還原

幀向若相等國已知

℃時,在密閉容器中將等物質(zhì)的量的和

721CO(g)該反應為可逆反應,反

還原傾向CO大于

H2θ(g)混合,可設其物質(zhì)的量為1mol,平衡時均轉化

應_______進行到底,故平衡時體系中

H,?

XmoI,根據(jù)三段式計算,平衡時體系中H2的物質(zhì)的量2

內(nèi)1,即H2的物質(zhì)的量分H2的物質(zhì)的量分

X_____,即

分數(shù):?2=ICO的物質(zhì)的量

:弋=數(shù)苫_____,CO的物質(zhì)數(shù)介于之間

?_____,CO的物質(zhì)

分數(shù)考的量分數(shù)=當0

的量分數(shù)二竽

0.25

11

變式題［全國卷川節(jié)選］298K時,將20mL3xmol?LNa3AsCh,20mL3xmol?LL和20mLNaOH溶液混合,發(fā)生反應

As0i(aq)+l2(aq)+2OH-(aq)-AsOJ(aq)+2l(aq)+H20(l)o溶液中qAsO")與反應時間①的關系如圖Z9-1所示。

7

-T*V

。

日

)

?

o

s

v

e

O4

r/min

(1)下列可判斷反應達到平衡的是(填標號)。

a.溶液的PH不再變化b.K∣)=2KAS0，)

Cf(ASo：)不再變化d.c(l)=ymol?L-1

(2)4n時〃正(填“大于"“小于”或“等于")1/逆。

(3)4n時3友時!/逆(填“大于”“小于”或“等于)理由是o

(4)若平衡時溶液的PH==I4,則該反應的平衡常數(shù)K為O

增分點二圖表圖像信息分析表述

【解題策略】

文字描述代表一種開放性思維與能力,一般從速率問題、平衡(轉化率)問題、安全問題、節(jié)能減排等角度作答(考查前兩個角

度居多),實際上就是效益最大化的問題。

1.條件選擇類

①實驗最佳條件的選擇或控制就是為了又“快”又“好”地生產(chǎn),即主要是從反應速率與轉化率(化學平衡)兩個角度來分析,“快”就

是提高反應速率,“好'就是提高轉化率,原料利用率高,而影響速率與轉化率的主要因素就是濃度、溫度、壓強與催化劑,其中

溫度與壓強是試題中經(jīng)?？疾榈囊蛩?。

②從速率、轉化率、產(chǎn)率、純度等角度分析,選擇最佳條件。如針對反應速率時,思考方向為如何提高浸出速率,如何提高反

應速率等;針對平衡轉化率、產(chǎn)率時,可運用平衡移動原理解釋(其他條件不變情況下,改變XX條件,可逆反應平衡向XX方向移

動,導致XX發(fā)生變化)；針對綜合生產(chǎn)效益時,可從原料成本,原料來源是否廣泛、是否可再生,能源成本,對設備的要求,環(huán)境保護、

綠色化學等方面作答。

③選擇當前條件的優(yōu)勢,其他條件的不足〃往不足的描述比較容易疏忽,如溫度過高或過低,壓強過小或過大,也要進行分析。

2.原因分析類

①依據(jù)化學反應速率和平衡移動原理,分析造成圖像曲線變化的原因。

②催化劑對反應的影響、不同反應的選擇性問題是這類題目的難點,解題時要多加關注,不同的條件會有不同的選擇性。

③這類題目一般都是多要素影響,需要多角度分析原因。

例2【2019?全國卷Ill節(jié)選］近年來,隨著聚酯工業(yè)的快速發(fā)展,氯氣的需求量和氟化氫的產(chǎn)出量也隨之迅速增長。因此,將氯化

氫轉化為氯氣的技術成為科學研究的熱點。

Deacon發(fā)明的直接氧化法為4HCI(g)+O2(g)-2C∣2(g)+2H2O(g)o圖Z9-2為剛性容器中,進料濃度比c(HCI)pO2)分別等

于1:1、4:1、7:1時HCl平衡轉化率隨溫度變化的關系:

圖Z9-2

可知反應平衡常數(shù)%300。C)%400。3(填“大于”或‘小于")。設HCl初始濃度為6根據(jù)進料濃度比

c(HCI):C(O2)=M的數(shù)據(jù)計算4400。C)=(列出計算式)。按化學計量比進料可以保持反

應物高轉化率,同時降低產(chǎn)物分離的能耗。進料濃度比c(HCI):4。2)過低、過高的不利影響分別

是<

【信息解讀】

由圖像知,400。C時,進料濃度比c(HCI):C(O2)=1:1時,HCI平衡

根據(jù)反應方程式和圖像根據(jù)題干信息

轉化率為84%,用三段式法對數(shù)據(jù)進行處理

進料濃度比過低,氧氣大量

4HCI(g)+O(g)—2C∣2(g)+2HO(g)

不同溫度下HCI平衡轉化22

剩余,導致分離產(chǎn)物氯氣和氧

率越大,平衡常數(shù)K_,起始/(mobLT)G)Oo00

氣的能耗較高；

升高溫度平衡轉化率降低,說變化/(mobLT)OoQ)Q)Oo

進料濃度比過高,HCI不

明升高溫度平衡向一方向進平衡/(mo卜L“)OQ()。。ɑ

能____________,導致HCI

則長(°?42)Zχ(0.42)Z

行,則“300oC)>X(400℃)

(1-O.84)4×(1-O.21)C

O轉化率較低

變式題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、Cθ2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)UiCH3θH(g)XHl

②Co2(g)+3H2(g)iCH3OH(g)+H2O(g)

Δ∕?=-58kJ?mo∣-1

③CO2(g)+H2(g)^=iCO(g)+H2O(g)

Δ∕?=+41kJ?mo∣?1

(1)反應①化學平衡常數(shù)的表達式為;圖Z9-3(a)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

(2)合成氣組成∕7(H2YαCO+CO2)時,體系中的CO平衡轉化率(。與溫度和壓強的關系如圖(b)所示?！禖O)隨溫度升高而

(填“增大”或“減小)其原因是;圖(b)中的壓強由大到小為.,其判斷理由

是

(b)

圖Z9-3

提分強化訓練

1.[2020?北京朝陽區(qū)模擬]已知N2(g)+3H2(g)i2NH3(g)AH=O,如圖Z9-4是恒容容器中按?用)：7XH2)=1:3投料后,在

200℃,400℃.600°C下,反應達到平衡時,混合物中NH3的物質(zhì)的量分數(shù)隨壓強的變化曲線。下列敘述正確的是

A.曲線a對應的溫度為600℃

點對應的W轉化率是75%

C.及時分離出NH3可以提高正反應速率

D.圖中M、N,Q點平衡常數(shù)度的大小關系是"M)>∕φ3)>A(N)

2.[2020?南通、泰州模擬]I、II、川三個容積均為IL的恒容密閉容器中均投入ImolCo2和3molW,在不同溫度下發(fā)生反

應CC?(g)+3H2(g)riCH3θH(g)+H2θ(g)°反應10min,測得各容器內(nèi)CO2的物質(zhì)的量分別如圖Z9-5所示。下列說法正確

的是()

溫度/K

圖Z9-5

A.該正反應4H>Q

B.71時,該反應的平衡常數(shù)為攝

min內(nèi),容器Il中的平均速率:?H2)mol?L-1?mi∏-1

min后晌容器川中再加入1molCO2⑼和1molH2O(g),此時P逆“正

3.[2020?全國卷叫二氧化碳催化加氫合成乙烯是綜合利用CO2的熱點研究領域?；卮鹣铝袉栴}:

(I)CO2催化加氫生成乙烯和水的反應中產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比αC2H4XαH2O)=0當反應達到平衡時,若增大壓強，

則/XC2H4)(填“變大”“變小”或“不變”)。

(2)理論計算表明,原料初始組成。。。2)：ɑ出尸1：3,在體系壓強為MPa,反應達到平衡時,四種組分的物質(zhì)的量分數(shù)X隨溫度T

的變化如圖Z9-6所示。

圖Z9-6

圖中,表示C2H4、Co2變化的曲線分別是、OCO2催化加氫合成C2H4反應的0(填“大于”或“小

于”)。

(3)根據(jù)圖中點A(440K)計算該溫度時反應的平衡常數(shù)Kp≈(MPa)%列出計算式,以分壓

表示,分壓二總壓X物質(zhì)的量分數(shù))。

(4)二氧化碳催化加氫合成乙烯反應往往伴隨副反應,生成C3H6、C3H8,C4H8等低碳燒。一定溫度和壓強條件下,為了提高反

應速率和乙烯選擇性,應當O

增分點一

例1C

信息解讀

不能V>>>V

變式題(1)a、c(2)大于

(3)小于G時生成物濃度較低

(4??m。卜L“尸

［解析］⑴溶液的PH不再變化,說明C(OH)不變,可判斷反應達到平衡;4)=2V(ASo力在任何反應階段都成立,與平衡無

關;竽案不再變化,說明反應物和生成物的濃度保持不變,說明反應達到平衡;根據(jù)反應的化學計量數(shù)可知,當^∣?)=ymol?L'

C(ASO3)

時,々As。；)一定不等于ym。卜L'說明反應未達平衡,故選a、co(2)4時,反應還未達到平衡,繼續(xù)向正反應方向進行,即4

時,，正“逆。(3)由于1時的αAsθj)>八時的c(AsO)),故G時的卜逆〃時的P逆。

s

(4)ASo習-(aq)+∣2(aq)+2OH-(aq)u=As0^(aq)+2l(aq)+H2O(l)

起始(mo卜L-I)XX(1以乃00

轉化(moH√i)yY2yy2y

平衡(mo卜LT)(X-M(Xy1y2y

A=-子例-=yx"(mo∣?L-I)-I=4心(mo卜L-I)-I

22λo

C(AsOi)C(I2)C(OH)(x-y)2'，(x-y)，

增分點二

例2大于10.42,X(0.42)2。2和CL分離能耗較高、HCl轉化率較低

4

(1-O.84)×(1-O.21)CO

信息解讀

越大逆反應充分反應

C(CH3?！?P(CH3。H)

變式題(1)徒-C(GO)-C2(H)便1&二；-］a反應①為放熱反應,平衡常數(shù)的數(shù)值隨溫度升高而減小

2p(CO)p2(H2)?

(2)減小反應①的正反應為放熱反應,升高溫度時,平衡向左移動,使得體系中CO的量增大;反應③的正反應為吸熱反應,升高

溫度時,平衡向右移動,又使產(chǎn)生Co的量增大;總結果,隨溫度升高,使Co的轉化率降低pi>fh>py相同溫度下面于反應①

的正反應為氣體分子數(shù)減小的反應,加壓有利于提升CO的轉化率;而反應③的正反應為氣體分子數(shù)不變的反應,產(chǎn)生CO的

量不受壓強影響,故增大壓強時,有利于CO的轉化率增大

［解析］(1)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,a曲線正確。

?提分強化訓練

1.B［解析］正反應為放熱反應,升高溫度,平衡逆向移動,氨的物質(zhì)的量分數(shù)減小,由圖像可知,曲線C對應的溫度為600℃,A

錯誤;M點時氨的物質(zhì)的量分數(shù)為60%,利用三段式計算,N2和H2的起始物質(zhì)的量分別為1moL3mol,設H2轉化率是3人

i

N2(g)+3H2(g)n=2NH3(g)

起始∕mol13O

轉化∕molX3x2x

平衡∕molI-X3-3x2x

'100%=60%,所以X,則Hz轉化率是BF=75%,B正確;分離出NW,正反應速率減小,C錯誤;平衡常數(shù)與溫度有關,

l-x÷3-3x+2x

與其他條件無關,溫度相同時平衡常數(shù)相同,正反應是放熱反應,溫度越高平衡常數(shù)越小,則M、N、Q三點平衡常數(shù)K的大小

關系是MM)=MQ)>&N),D錯誤。

2.D［解析］根據(jù)題圖中信息可知,I中反應未達平衡,Il中反應不確定是否達到平衡狀態(tài),Ill中反應達平衡,則升高溫度,Cθ2的物

質(zhì)的量增大,平衡逆向移動,證明該正反應A%O,A錯