高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 第七章 化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡 熱點(diǎn)專題講座7 解答化學(xué)反應(yīng)速率和平衡圖像題的方法-人教版高三化學(xué)試題

解答化學(xué)反應(yīng)速率和平衡圖像題的方法化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的圖像類試題是一種特殊題型，其特點(diǎn)是：圖像是題目的主要組成部分，把所要考查的化學(xué)知識(shí)寓于圖中曲線上，具有簡(jiǎn)明、直觀、形象的特點(diǎn)。該類試題以選擇題為主要題型，偶爾也會(huì)在非選擇題中出現(xiàn)。因?yàn)閳D像是用二維坐標(biāo)表示的，所以該類試題包含的信息量比較大，隨著高考的不斷改革以及對(duì)學(xué)科能力要求的不斷提高，這種數(shù)形結(jié)合的試題將頻頻出現(xiàn)。常見的命題角度有：(1)以物質(zhì)的量(或濃度)隨時(shí)間的變化圖像為載體，考查化學(xué)反應(yīng)速率的表示方法及其相關(guān)計(jì)算；(2)以反應(yīng)過程速率隨時(shí)間的變化圖像為載體，考查反應(yīng)速率的影響因素及相關(guān)分析；(3)以物質(zhì)的含量隨時(shí)間的變化圖像為載體，考查外界條件對(duì)化學(xué)平衡的影響以及平衡移動(dòng)過程中相關(guān)量的變化分析；(4)以反應(yīng)速率隨溫度、壓強(qiáng)等的變化圖像為載體，考查化學(xué)平衡移動(dòng)的規(guī)律及化學(xué)反應(yīng)方向的判斷。一、速率—壓強(qiáng)(或溫度)—時(shí)間圖像此類圖像定性揭示了v正、v逆隨時(shí)間(含條件改變對(duì)速率的影響)變化的規(guī)律，體現(xiàn)了平衡的“動(dòng)、等、定、變”的基本特征，以及平衡移動(dòng)的方向等。以反應(yīng)mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)ΔH>0，且m＋n>p＋q為例，各類條件改變圖像如下：下列各圖是溫度(或壓強(qiáng))對(duì)反應(yīng)：2A(s)＋2B(g)2C(g)＋D(g)(正反應(yīng)為吸熱反應(yīng))的正、逆反應(yīng)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)，其中正確的是()[解析]無論是升高溫度還是增大壓強(qiáng)，v(正)、v(逆)均應(yīng)增大。B項(xiàng)中v(逆)減小，D項(xiàng)中v(正)和v(逆)均減小，故B、D項(xiàng)均錯(cuò)誤；該反應(yīng)的正反應(yīng)是一個(gè)氣體分子數(shù)增大的吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，則v(正)>v(逆)，A項(xiàng)錯(cuò)誤；增加壓強(qiáng)，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則v(逆)>v(正)，C項(xiàng)正確。[答案]C二、含量(或轉(zhuǎn)化率)—時(shí)間圖像常見的形式有如下圖所示的幾種(C%指某生成物百分含量，B%指某反應(yīng)物百分含量)，這種圖像的折點(diǎn)表示達(dá)到平衡的時(shí)間，曲線的斜率反映了反應(yīng)速率的大小，可以確定T(p)的高、低(大、小)，水平線高低對(duì)應(yīng)平衡移動(dòng)方向。(2016·山西汾陽模擬)T0℃時(shí)，在2L的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：X(g)＋Y(g)Z(g)(未配平)，各物質(zhì)的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖a所示。其他條件相同，溫度分別為T1℃、TA．該反應(yīng)的正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)B．T0℃，從反應(yīng)開始到平衡時(shí)：v(X)＝0.083mol·L－1·minC．圖a中反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，Y的轉(zhuǎn)化率為37.5%D．T1℃時(shí)，若該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝50，則T1＜T[解析]根據(jù)“先拐先平，數(shù)值大”的原則可推知，T1>T2，溫度越高，X的物質(zhì)的量越大，則平衡向左移動(dòng)，正反應(yīng)放熱，A不正確；v(X)＝(0.3mol－0.05mol)/(2L×3s)＝0.0417mol·L－1·min－1，B不正確；Y的轉(zhuǎn)化率為(0.4－0.15)/0.4×100%＝62.5%，C不正確；由圖a可知X、Y、Z物質(zhì)的量變化之比為1∶1∶2，則K0為33.3<50，平衡常數(shù)越小，溫度越高，D正確。[答案]D三、恒溫線(或恒壓線)圖像該類圖的縱坐標(biāo)為物質(zhì)的平衡濃度(c)或反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率(α)，橫坐標(biāo)為溫度(T)或壓強(qiáng)(p)，常見類型有(如下圖所示)：(2016·湖南長沙模擬)在恒容密閉容器中通入物質(zhì)的量濃度均為0.1mol·L－1的CH4與CO2，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO2(g)＋CH4(g)2CO(g)＋2H2(g)，測(cè)得CH4的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度及壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示，下列有關(guān)說法一定正確的是()A．上述反應(yīng)的ΔH>0B．壓強(qiáng)p1>p2>p3>p4C．1100℃該反應(yīng)的平衡常數(shù)為64D．壓強(qiáng)為p4時(shí)，在Y點(diǎn)：v(正)<v(逆)[解析]B項(xiàng)，壓強(qiáng)p1＜p2＜p3＜p4；C項(xiàng)1100℃該反應(yīng)的平衡常數(shù)為1.6384;D項(xiàng)，壓強(qiáng)為p4時(shí)，在Y點(diǎn)：v(正)＞v(逆)。[答案]A四、特殊圖像如圖所示曲線，是其他條件不變時(shí)，某反應(yīng)物的最大轉(zhuǎn)化率(α)與溫度(T)的關(guān)系曲線，圖中標(biāo)出的1、2、3、4四個(gè)點(diǎn)，表示v(正)＞v(逆)的點(diǎn)是3，表示v(正)＜v(逆)的點(diǎn)是1，而2、4點(diǎn)表示v(正)＝v(逆)。(2016·河北衡水模擬)某化學(xué)小組研究在其他條件不變時(shí)，改變密閉容器中某一條件對(duì)A2(g)＋3B2(g)2AB3(g)化學(xué)平衡狀態(tài)的影響，得到如圖所示的曲線(圖中T表示溫度，n表示物質(zhì)的量)。下列判斷正確的是()A．在T2和n(A2)不變時(shí)達(dá)到平衡，AB3的物質(zhì)的量大小為：c>b>aB．若T2>T1，則正反應(yīng)一定是放熱反應(yīng)C．達(dá)到平衡時(shí)A2的轉(zhuǎn)化率大小為：b>a>cD．若T2>T1，達(dá)到平衡時(shí)b、d點(diǎn)的反應(yīng)速率為v(d)>v(b)[解析]A項(xiàng)，在T2和n(A2)不變時(shí)達(dá)到平衡，增加B的量平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，導(dǎo)致生成物的物質(zhì)的量增大，正確。B項(xiàng)，若T2>T1，升高溫度，生成物的體積分?jǐn)?shù)增大，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，所以正反應(yīng)一定是吸熱反應(yīng)，錯(cuò)誤。C項(xiàng)，當(dāng)A2的物質(zhì)的量一定時(shí)，B2的物質(zhì)的量越大，A2的轉(zhuǎn)化率越大，故達(dá)到平衡時(shí)A2的轉(zhuǎn)化率大小為：c>b>a，錯(cuò)誤。D項(xiàng)，溫度越高反應(yīng)速率越大，若T2>T1，達(dá)到平衡時(shí)b、d點(diǎn)的反應(yīng)速率為v(d)<v(b)，錯(cuò)誤。[答案]A1．(2016·河北唐山開灤二中期中)在容積不變的密閉容器中存在如下反應(yīng)：2SO2(g)＋O2(g)eq\o(,\s\up7(V2O5),\s\do5(450℃))2SO3(g)ΔH<0，某研究小組研究了其他條件不變時(shí)，改變某一條件對(duì)上述反應(yīng)的影響，下列分析正確的是A．圖Ⅰ表示的是t1時(shí)刻增大O2的濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響B(tài)．圖Ⅱ表示的是t1時(shí)刻加入催化劑后對(duì)反應(yīng)速率的影響C．圖Ⅲ表示的是催化劑對(duì)平衡的影響，且甲的催化效率比乙高D．圖Ⅲ表示的是壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)平衡的影響，且乙的壓強(qiáng)較高解析：選B。A項(xiàng)，圖Ⅰ在t1時(shí)刻增大氧氣的濃度，v(正)增大，v(逆)不變，錯(cuò)誤；B項(xiàng)，圖Ⅱ加入催化劑，化學(xué)反應(yīng)速率加快，平衡不移動(dòng)，正確；C項(xiàng)，圖Ⅲ催化劑對(duì)平衡沒有影響，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，圖Ⅲ增大壓強(qiáng)，化學(xué)反應(yīng)速率加快，平衡向右移動(dòng)，二氧化硫的轉(zhuǎn)化率增大，錯(cuò)誤。2．(2016·江蘇鹽城模擬)甲醇脫氫可制取甲醛CH3OH(g)HCHO(g)＋H2(g)，甲醇的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度變化曲線如圖所示(已知反應(yīng)在1L的密閉容器中進(jìn)行)。下列有關(guān)說法正確的是()A．脫氫反應(yīng)的ΔH＜0B．600K時(shí)，Y點(diǎn)甲醇的v逆＜v正C．從Y點(diǎn)到Z點(diǎn)可通過增大壓強(qiáng)D．在t1K時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)為8.1解析：選D。由曲線可知，溫度升高，甲醇的平衡轉(zhuǎn)化率增大，所以反應(yīng)正向進(jìn)行，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，ΔH>0，A錯(cuò)誤；600K時(shí)，Y點(diǎn)表示的甲醇平衡轉(zhuǎn)化率偏高，反應(yīng)逆向進(jìn)行，v正＜v逆，B錯(cuò)誤；從Y點(diǎn)到Z點(diǎn)，甲醇的平衡轉(zhuǎn)化率相同，即平衡常數(shù)K的值相同，故應(yīng)升高溫度，C錯(cuò)誤；t1K時(shí)，反應(yīng)的甲醇的平衡轉(zhuǎn)化率為0.9，平衡常數(shù)為K＝eq\f(0.9×0.9,0.1)＝8.1，D正確。3．用CO合成甲醇(CH3OH)的化學(xué)方程式為CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)ΔH<0，按照相同的物質(zhì)的量投料，測(cè)得CO在不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示。下列說法正確的是()A．溫度：T1>T2>T3B．正反應(yīng)速率：v(a)>v(c)v(b)>v(d)C．平衡常數(shù)：K(a)>K(c)K(b)＝K(d)D．平均摩爾質(zhì)量：M(a)<M(c)M(b)>M(d)解析：選C。A項(xiàng)，因?yàn)棣<0，溫度越高，CO的轉(zhuǎn)化率越小，所以T3>T2>T1，錯(cuò)誤；B項(xiàng)，由于T3>T1，所以v(c)>v(a)，由于p(b)>p(d)，所以v(b)>v(d)，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，平衡常數(shù)只受溫度影響，由于ΔH<0，溫度越高，平衡常數(shù)越小，正確；D項(xiàng)，升溫，平衡左移，M減小，M(a)>M(c)，加壓，平衡右移，M增大，M(b)>M(d)，錯(cuò)誤。4．對(duì)于可逆反應(yīng)：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，(m、n、p、q均為化學(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)m＋n________p＋q(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”)反應(yīng)，m＋n________p＋q(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(dòng)，運(yùn)用溫度對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的影響規(guī)律，升高溫度，平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)，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(dòng)，運(yùn)用壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的影響規(guī)律，增大壓強(qiáng)，平衡向體積減小的方向移動(dòng)，可知該反應(yīng)的正反應(yīng)是體積減小的反應(yīng)，即m＋n＞p＋q。(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＜5．高爐煉鐵是冶鐵的主要方法，發(fā)生的主要反應(yīng)為Fe2O3(s)＋3CO(g)2Fe(s)＋3CO2(g)ΔH＝akJ·mol－1。(1)已知：①Fe2O3(s)＋3C(石墨，s)=2Fe(s)＋3CO(g)ΔH1＝＋489.0kJ·mol－1②C(石墨，s)＋CO2(g)=2CO(g)ΔH2＝＋172.5kJ·mol－1，則a＝________。(2)冶煉鐵的反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K＝________________________________________________________________________，溫度升高后，K值________(填“增大”“不變”或“減小”)。(3)在T℃時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝64，在2L恒容密閉容器甲和乙中，分別按下表所示加入物質(zhì)，反應(yīng)經(jīng)過一段時(shí)間后達(dá)到平衡。Fe2O3COFeCO2甲/mol1.01.01.01.0乙/mol1.02.01.01.0①甲容器中CO的平衡轉(zhuǎn)化率為________。②下列說法正確的是________(填字母)。a．若容器內(nèi)氣體密度恒定，表示反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)b．甲容器中CO的平衡轉(zhuǎn)化率大于乙容器中的c．甲、乙容器中，CO的平衡濃度之比為2∶3d．增加Fe2O3的量可以提高CO的轉(zhuǎn)化率解析：(1)根據(jù)蓋斯定律，由①－②×3得Fe2O3(s)＋3CO(g)2Fe(s)＋3CO2(g)ΔH＝(489.0－172.5×3)kJ·mol－1＝－28.5kJ·mol－1，故a＝－28.5。(2)固體物質(zhì)不能寫入平衡常數(shù)表達(dá)式中，故K＝eq\f(c3CO2,c3CO)。由于該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)將減小。(3)①設(shè)平衡時(shí)，反應(yīng)用去xmolCO，則平衡時(shí)CO、CO2的物質(zhì)的量分別為(1－x)mol、(1＋x)mol。因化學(xué)方程式中兩氣體物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)相等，所以可將物質(zhì)的量直接代入平衡常數(shù)表達(dá)式中，得eq\f(1＋x3,1－x3)＝64，