2020高中化学 图像问题的系统思维（提高）知识讲解学案 新人教版选修4

2020高中化学 图像问题的系统思维（提高）知识讲解学案 新人教版选修4

图像问题的系统思维 ‎【学习目标】‎ ‎1、掌握解答化学平衡图像题的一般方法；‎ ‎2、总结归纳几种常见的有关化学平衡的图像类型。 ‎ ‎【要点梳理】‎ 图像题是化学反应速率和化学平衡部分的重要题型。这类题可以全面考查各种条件对化学反应速率和化学平衡的影响，具有很强的灵活性和综合性。该类题型的特点是：图像是题目的主要组成部分，把所要考查的知识寓于坐标曲线上，简明、直观、形象，易于考查学生的观察能力、类比能力和推理能力。当某些外界条件改变时，化学反应速率或有关物质的浓度(或物质的量、百分含量、转化率等)就可能发生变化，反映在图像上，相关的曲线就可能出现渐变(曲线是连续的)或突变(出现“断点”)。‎ 解答化学平衡图像题必须抓住化学程式及图像的特点。析图的关键在于对“数”、 “形” 、“义” 、“性”的综合思考，其重点是弄清“四点”（起点、交点、转折点、终点）及各条线段的化学含义，分析曲线的走向，发现图像隐含的条件，找出解题的突破口。 ‎ 要点一、解答化学平衡图像题的一般方法：‎ 化学平衡图像题，一是以时间为自变量的图像；二是以压强或温度为自变量的图像。从知识载体角度看，其一判断化学平衡特征；其二应用勒夏特列原理分析平衡移动过程；其三逆向思维根据图像判断可逆反应的有关特征；其四综合运用速率与平衡知识进行有关计算。 ①确定横、纵坐标的含义。‎ ‎②分析反应的特征：正反应方向是吸热还是放热、气体体积是增大还是减小或不变、有无固体或纯液体物质参与反应等。‎ ‎③分清因果，确定始态和终态；必要时可建立中间态以便联系始、终态（等效模型）。‎ ‎④关注起点、拐点和终点，分清平台和极值点，比较曲线的斜率，把握曲线的变化趋势，抓住“先拐先平数值大”。‎ ‎⑤控制变量：当图像中有三个变量时，先确定一个量不变，再讨论另外两个量之间的关系。‎ ‎⑥最后检验结论是否正确。‎ 要点二、常见化学平衡图像归纳：‎ ‎【高清课堂：提升训练三—图像问题的系统思维】‎ 例：对于反应mA (g)+nB (g)pC (g)+qD (g)，若m+n＞p+q且ΔH＞0。‎ ‎1．v-t图像 ‎ ‎ ‎2．v-p（T）图像 6‎ ‎3．c-t图像 ‎ 4．c-p（T）图像 ‎【典型例题】‎ 类型一：速率-时间的图像 例1．右图是恒温下某化学反应的反应速率随反应时间变化的示意图，下列叙述与示意图不相符合的是（ ）‎ A．反应达平衡时，正反应速率和逆反应速率相等 B．该反应达到平衡态Ⅰ后，增大反应物浓度，平衡 发生移动，达到平衡态Ⅱ C．该反应达到平衡态Ⅰ后，减小反应物浓度，平衡 发生移动，达到平衡态Ⅱ D．同一反应物在平衡态Ⅰ和平衡态Ⅱ时浓度不相等 ‎【答案】C ‎【解析】可逆反应达到平衡时，v正＝v逆＞0，A符合示意图；同一反应物在不同的平衡态下浓度不相等，只有在同一平衡态下浓度才会保持不变，D符合示意图；观察示意图可知，平衡态Ⅰ到平衡态Ⅱ，正反应速率和逆反应速率都增大了，所以绝对不会是减小反应物浓度造成的，C肯定不符合示意图。‎ ‎【总结升华】化学平衡状态是指在一定条件下的可逆反应，正反应和逆反应的速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。增大浓度，反应速率增大，减小浓度，反应速率减小。‎ 举一反三：‎ ‎【变式1】对于达平衡的可逆反应X＋Y W＋Z，增大压强，则正、逆反应速度(v)的变化如图，分析可知X、Y、Z、W的聚集状态可能是：（ ）‎ A、Z、W为气体，X、Y中之一为气体 B、Z、W中之一为气体，X、Y为非气体 C、X、Y、Z皆为气体，W为非气体 D、X、Y为气体，Z、W中之一为气体 ‎【答案】CD ‎【解析】由图像知，增大压强，则正、逆反应速度均增大，正反应速率增大较多，则平衡势必向右移动，正反应应是体积减小的反应。‎ 6‎ 类型二：浓度（含量）-时间的图像 例2、在密闭容器中进行如下反应：H2(g) ＋I2(g)2HI(g)，在温度T1和T2时，产物的量与反应时间的关系如下图所示，符合图示的正确判断是（ ）‎ A．T1＞T2，ΔH＞0 B．T1＞T2，ΔH＜0‎ C．T1＜T2，ΔH＞0 D．T1＜T2，ΔH＜0‎ ‎【答案】D ‎【解析】根据”先拐先平”原则，先拐的到达平衡的时间短，对应的反应速率快，温度高。根据T2曲线先达到平衡说明T2高于T1，而T2时HI的含量低于T1时的含量，说明该反应为放热反应。显然D正确。‎ ‎【总结升华】借助图象考查化学平衡问题，是近年来备受高考青睐的一种命题形式。‎ 解题的主要策略有：‎ ‎①先根据”先拐先平”原则，判断出曲线对应的温度或压强的大小。”先拐先平”即先拐的说明达到平衡所需的时间短，对应的化学反应速率快，对应的温度或压强大。‎ ‎②固定其中的一个因素（温度或压强），然后讨论另一个因素与化学平衡中的参量（百分含量、体积分数、平均相对分子质量）的变化关系，从而判断出该反应为放热反应或吸热反应、反应前后气体体积的大小关系。‎ 举一反三：‎ ‎【变式1】可逆反应 mA(s) ＋ nB(g) eC(g)＋fD(g) ，反应过程中，当其它条件不变时，C的百分含量(C％)与温度(T)和 压强(P)的关系如下图：下列叙述正确的是（ ）‎ A、达平衡后，加入催化剂则C％增大 B、达平衡后，若升温，平衡左移 C、化学方程式中 n＞e+f ‎ D、达平衡后，增加A的量有利于平衡向右移动 ‎ ‎ ‎ ‎【答案】B ‎【变式2】已知反应2SO2（g）＋O2（g） 2SO3（g）；ΔH＜0，向某体积恒定的密闭容器中按体积比2∶1充入SO2和O2，在一定条件下发生反应。下图是某物理量（Y）随时间（t）变化的示意图（图中T表示温度），Y可以是（ ）‎ A．SO2的转化率 B．混合气体的密度 C．密闭容器内的压强 D．O2的体积分数 ‎【答案】A ‎【高清课堂：提升训练三—图像问题的系统思维】‎ 6‎ ‎【变式3】对于密闭容器中的反应：N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)，△H <0 。 在673 K、30 MPa下，n(NH3)和n(H2)随时间变化的关系如下图所示。下列叙述正确的是（ ）‎ A．点a的正反应速率比点b的大 ‎ B．点 c处反应达到平衡 ‎ C．点d (t1时刻) 和点 e (t2时刻) 处n(N2)不等 ‎ D．其它条件不变，773 K下反应至t1时刻，n(H2)比上图中d点的值大 ‎【答案】AD ‎【高清课堂：提升训练三—图像问题的系统思维】‎ ‎【变式4】已知NO2和N2O4可以相互转化：2NO2(g) N2O4(g)；△H＜0。在恒温条件下将一定量NO2和N2O4的混合气体通入一容积为‎2 L的密闭容器中，反应物浓度随时间变化关系如右图。下列说法正确的是（ ）‎ A．a、b、c、d四个点中，只有b、d点的化学反应处于平衡状态 B．前10 min内用υ(NO2)表示的化学反应速率为0.06 mol/(L·min)‎ C．25 min时，导致平衡移动的原因是将密闭容器的体积缩小为‎1L D．图中的两条曲线，X是表示N2O4浓度随时间的变化曲线 ‎【答案】A 类型三：浓度（含量）-压强（温度）的图像 ‎ 例3、反应：L(s)＋aG(g)bR(g)达到平衡时，温度和压强对该反应的影响如图所示：‎ 图中：压强p1＞p2， x轴表示温度，y轴表示平衡混合气中G的体积分数。据此可判断： ( )‎ 6‎ A.上述反应是放热反应 B.上述反应是吸热反应 C.a＞b D.a＜b ‎【答案】BD ‎【解析】先根据一条曲线(P1或P2)分析压强不变时，温度对反应物G的体积分数的影响：由于曲线单调减小，即反应物G的体积分数随温度升高而减小，平衡向正反应方向移动，所以正反应是吸热反应。‎ 再分析温度不变时，压强对反应物G的体积分数的影响：作一条垂直于x轴的直线交P1、P2曲线于A、B两点，如图：‎ A、B两点对应的纵坐标表示在温度相同时P1、P2压强下，平衡混合物中G的体积分数，由于压强越大(p1＞p2) ，G的体积分数越大，说明加压平衡向逆反应方向移动，逆反应气体体积减小，所以a＜b。‎ ‎【总结升华】在其它条件不变的情况下，通过图像分析单一因素对化学平衡的影响。要特别注意纵坐标的涵义，若本题y轴表示平衡混合气中生成物R的体积分数，则结论就完全相反了。‎ 举一反三：‎ ‎【高清课堂：提升训练三—图像问题的系统思维】‎ ‎【变式1】右图是温度和压强对X+Y2Z反应影响的示意图。图中横坐标表示温度，纵坐标表示平衡混合气体中Z的体积分数。下列叙述正确的是（ ）‎ A．上述可逆反应的正反应为放热反应 B．X、Y、Z均为气态 C．X和Y中只有一种为气态，Z为气态 D．上述反应的逆反应的△H >0‎ ‎【答案】C ‎【解析】根据示意图，在压强不变的情况下，随着温度的升高，Z的体积分数增大，即随着温度的升高，平衡向正反应方向移动，所以正反应为吸热反应，△H>0；逆反应为放热反应，△H<0；所以A，D错误。同样，在温度不变的情况下，随着压强的减小，Z的体积分数增大，即随着压强的减小，平衡向正反应方向移动，正反应为气体体积增大的反应，所以C正确。 ‎ ‎【变式2】在一定条件下，固定容积的密闭容器中发生如下反应：2NO2(g)O2(g) + 2NO(g) ΔH＞0， 达到平衡。当改变其中一个条件X，Y随X的变化符合图中曲线的是（ ）‎ ‎ ‎ 6‎ A. 当X表示温度时，Y表示NO2的物质的量 B. 当X表示压强时，Y表示NO2的转化率 C. 当X表示反应时间时，Y表示混合气体的密度 D. 当X表示NO2的物质的量时，Y表示O2的物质的量 答案：AB 【答案】AB 【解析】若X表示温度，则随温度升高，平衡向正反应方向移动，NO2物质的量减少，A正确； 若X表示压强，则随压强增大，平衡向逆反应方向移动，NO2转化率减小，B正确； 若X表示反应时间，混合气体的密度应保持一条直线不变，C错误； 若X表示NO2的物质的量，则随固定容器中NO2物质的量增加，O2的物质的量也应在一定的限度内增加，D错误，故选AB。‎ 6‎