專題7用數(shù)形結(jié)合的思想探究化學(xué)平衡圖像

必考部分第七章化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡微專題7用數(shù)形結(jié)合的思想探究化學(xué)平衡圖像化學(xué)平衡圖像類試題是化學(xué)試題中的一種特殊題型，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，具有簡明、直觀、形象的特點(diǎn)。此類題中涉及中學(xué)很多必修內(nèi)容，影響化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡的因素，水的電離，弱電解質(zhì)的電離，鹽類水解，難溶物的溶解平衡，以及元素化合物的性質(zhì)，化學(xué)方程式計(jì)算等，在高考命題中一直是考查的熱點(diǎn)?？疾閷W(xué)生分析圖像獲取信息，加工信息，與化學(xué)基本理論相結(jié)合，解決實(shí)際問題的能力。預(yù)計(jì)這將是考查學(xué)生學(xué)科內(nèi)綜合能力的一種方向，高考試題考查這種題型的力度將加大。解題步驟

解題技巧

(1)先拐先平，數(shù)值大在含量(轉(zhuǎn)化率)-時(shí)間曲線中，先出現(xiàn)拐點(diǎn)的則先達(dá)到平衡，說明該曲線反應(yīng)速率快，表示溫度較高、有催化劑、壓強(qiáng)較大等。(2)定一議二當(dāng)圖像中有三個(gè)量時(shí)，先確定一個(gè)量不變，再討論另外兩個(gè)量的關(guān)系，有時(shí)還需要作輔助線。(3)三步分析法一看反應(yīng)速率是增大還是減??；二看v正、v逆的相對大?。蝗椿瘜W(xué)平衡移動(dòng)的方向。

一、濃度-時(shí)間圖[調(diào)研2]

(2015·安徽省省級示范校聯(lián)考)T

℃時(shí)，將NO2和N2O4的混合氣體通入容積不變的密閉容器中，發(fā)生反應(yīng)：2NO2(g)

N2O4(g)

ΔH<0。各組分的濃度隨時(shí)間的變化如圖，下列說法正確的是(

)二、速率-時(shí)間圖1．如Zn與足量鹽酸的反應(yīng)，反應(yīng)速率隨時(shí)間的變化出現(xiàn)如圖所示的情況，解釋原因：AB段(v漸增)，因該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，溫度漸高，導(dǎo)致反應(yīng)速率增大；BC段(v漸小)，則主要原因是隨著反應(yīng)的進(jìn)行，溶液中c(H＋)逐漸減小，導(dǎo)致反應(yīng)速率減小。故分析時(shí)要抓住各階段的主要矛盾，認(rèn)真分析。解析：只有正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率且為定值時(shí)，可逆反應(yīng)才達(dá)到平衡狀態(tài)，圖中曲線在c點(diǎn)處沒有出現(xiàn)水平線，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；隨著正反應(yīng)的進(jìn)行，未達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)反應(yīng)物的濃度應(yīng)隨著時(shí)間的延長而減小，因此反應(yīng)物濃度：a點(diǎn)大于b點(diǎn)，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；化學(xué)反應(yīng)速率隨著反應(yīng)物濃度的增大而增大，隨著溫度的升高而增大，分析曲線a～c段，從濃度方面考慮v正應(yīng)減小，而v正是增大的，說明該反應(yīng)是放熱的，且溫度變化對v正的影響在a～c段大于反應(yīng)物濃度變化對v正的影響，因此a～c段反應(yīng)混合物的溫度是升高的，該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；若Δt1＝Δt2，分析圖中曲線可知：a～b段的正反應(yīng)速率的平均值小于b～c段，所以b～c段轉(zhuǎn)化的SO2的量比a～b段轉(zhuǎn)化的SO2的量多，而a點(diǎn)濃度比b點(diǎn)大，所以SO2的轉(zhuǎn)化率：b～c段大于a～b段，故D項(xiàng)正確。A．保持溫度和活塞位置不變，若向甲中再加入1molA和2molB，達(dá)到新的平衡后，甲中C的濃度是乙中C的濃度的2倍B．保持活塞位置不變，升高溫度，達(dá)到新的平衡后，甲、乙中B的體積分?jǐn)?shù)均減小C．保持溫度不變，移動(dòng)活塞P，使乙的容積和甲相等，達(dá)到新的平衡后，乙中C的體積分?jǐn)?shù)是甲中C的體積分?jǐn)?shù)的2倍D．保持溫度和乙中的壓強(qiáng)不變，t2時(shí)分別向甲、乙中加入等質(zhì)量的氦氣后，甲、乙中反應(yīng)速率變化情況分別如圖2和圖3所示

解析：A項(xiàng)，保持溫度和活塞位置不變，若向甲中再加入1molA和2molB，達(dá)到新的平衡相當(dāng)于對乙平衡加壓使容器體積變?yōu)樵瓉淼囊话耄訅簳r(shí)乙中平衡會(huì)向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，因此可推知甲中C的濃度小于乙中C的濃度的2倍；B項(xiàng)，因正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故保持活塞位置不變，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，達(dá)到新的平衡后，甲、乙中B的體積分?jǐn)?shù)均增大；C項(xiàng)，甲、乙容器中的原平衡為等效平衡，因此保持溫度不變，移動(dòng)活塞P，使乙的容積和甲相等，乙中平衡向左移動(dòng)，因此達(dá)到新的平衡后，乙中C的體積分?jǐn)?shù)小于甲中C的體積分?jǐn)?shù)的2倍；D項(xiàng)，充入氦氣后，甲容器體積不變，平衡不移動(dòng)，乙容器因體積增大，相當(dāng)于減小壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，綜上所述，D項(xiàng)敘述正確。三、含量-時(shí)間-溫度(壓強(qiáng))圖常見形式有如下幾種。(C%指某生成物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；B%指某反應(yīng)物的質(zhì)量分?jǐn)?shù))[調(diào)研5]

(2011·重慶理綜)一定條件下，下列反應(yīng)中水蒸氣含量隨反應(yīng)時(shí)間的變化趨勢符合圖中曲線的是(

)解析：四個(gè)選項(xiàng)中水蒸氣均為生成物。依題左圖可知T2＞T1，升溫，水蒸氣含量減小，平衡左移，所以正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即ΔH＜0，B、C錯(cuò)；依題右圖可知p1＞p2，增壓，水蒸氣含量增加，即正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，D錯(cuò)。解析：根據(jù)圖像可知，隨著溫度的升高，C的體積分?jǐn)?shù)降低，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，因此正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，A不正確；降低溫度，反應(yīng)速率一定是減小的，B不正確；當(dāng)溫度相同時(shí)，壓強(qiáng)越大，C的體積分?jǐn)?shù)越大。說明增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，即正反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，所以C不正確，D正確，答案選D。解析：本題考查化學(xué)平衡原理，涉及圖像分析、平衡常數(shù)、反應(yīng)速率計(jì)算及反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率等內(nèi)容。A項(xiàng)正確，由圖像可知，反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量，說明此反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以升高溫度，平衡將逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減??；B項(xiàng)錯(cuò)誤，v(NO2)應(yīng)等于0.2mol·L－1·s－1；C項(xiàng)錯(cuò)誤，加入催化劑，平衡不發(fā)生移動(dòng)；D項(xiàng)錯(cuò)誤，達(dá)到平衡時(shí)，增大c(O2)，平衡逆向移動(dòng)，NO2的轉(zhuǎn)化率減小。[調(diào)研9]

(2014·福建理綜)在一定條件下，N2O分解的部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：反應(yīng)時(shí)間/min0102030405060708090100c(N2O)/(mol·L－1)0.1000.0900.0800.0700.0600.0500.0400.0300.0200.0100.000下圖能正確表示該反應(yīng)有關(guān)物理量變化規(guī)律的是(

)(注：圖中半衰期指任一濃度N2O消耗一半時(shí)所需的相應(yīng)時(shí)間，c1、c2均表示N2O初始濃度且c1<c2)解析：本題考查化學(xué)反應(yīng)速率及轉(zhuǎn)化率，意在考查考生對圖像的分析判斷能力。由表中數(shù)據(jù)可知，N2O的反應(yīng)速率為一定值，與其濃度大小無關(guān)，半衰期與濃度呈正相關(guān)，轉(zhuǎn)化率與濃度大小無關(guān)，故A項(xiàng)正確，B、C、D項(xiàng)錯(cuò)誤。突破圖像的“三種”手段1．從“斷點(diǎn)”著手當(dāng)可逆反應(yīng)達(dá)到一種平衡后，若某一時(shí)刻外界條件發(fā)生改變，都可能使速率-時(shí)間圖像的曲線出現(xiàn)不連續(xù)的情況，即出現(xiàn)“斷點(diǎn)”。根據(jù)“斷點(diǎn)”前后的速率大小，即可對外界條件的變化情況作出判斷。2．從“拐點(diǎn)”入手同一可逆反應(yīng)，若反應(yīng)條件不同，達(dá)到平衡所用的時(shí)間也可能不同，反映到圖像出現(xiàn)“拐點(diǎn)”的時(shí)間也就有差異。根據(jù)外界條件對化學(xué)反應(yīng)速率的影響，即可判斷出溫度的高低、壓強(qiáng)或濃度的大小及是否使用催化劑。多維思考技法提煉3．從曲線的變化趨勢著手對于速率-溫度(或壓強(qiáng))圖像，由于隨著溫度逐漸升高或壓強(qiáng)逐漸增大，反應(yīng)速率會(huì)逐漸增大，因此圖像上出現(xiàn)的是平滑的遞增曲線。