2020届一轮复习人教版化学平衡图像学案

2020届一轮复习人教版化学平衡图像学案

化学平衡图像 ‎【高考展望】‎ 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。 ‎ ‎【方法点拨】‎ 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。‎ 二、常见化学平衡图像归纳：‎ 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 ‎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 ‎【思路点拨】从图像可看出该反应达到平衡态Ⅰ后v正突然增大，v逆当时不变，而后才增大，应该是增大反应物浓度所致。‎ ‎【答案】C ‎【解析】可逆反应达到平衡时，v正＝v逆＞0，A正确。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。‎ ‎【变式2】右图表示反应N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）；ΔH＝－92.2kJ/mol。在某段时间t0～t6中反应速率与反应过程的曲线图，则氨的百分含量最高的一段时间是（ ）‎ A．t0～t1 ‎ B．t2～t3 ‎ C．t3～t4 ‎ D．t5～t6‎ ‎【答案】A ‎【解析】由图可知，该反应从t1时正逆反应速率都增大，并且逆反应速率增加更多，所以平衡逆向移动，氨的百分含量降低；从t3时正逆反应速率都增大，但增大幅度相同，所以平衡不移动，氨的百分含量保持不变；从t4时正逆反应速率都降低，但正反应速率降低更多，平衡仍然是逆向移动，氨的百分含量进一步降低。由上可知，氨的百分含量最高的一段是t0～t1，本题应选A。‎ 类型二：浓度（含量）-时间的图像 例2．汽车尾气中，产生NO的反应为：N2(g)+O2(g)2NO(g)，一定条件下，等物质的量的N2(g)和O2(g)在恒容密闭容器中反应，下图曲线a表示该反应在温度T下N2的浓度随时间的变化，曲线b表示该反应在某一起始条件改变时N2的浓度随时间的变化。下列叙述正确的是： ‎ A．温度T下，该反应的平衡常数K=‎ B．温度T下，随着反应的进行，混合气体的密度减小 C．曲线b对应的条件改变可能是加入了催化剂 D．若曲线b对应的条件改变是温度，可判断该反应的△H＜0‎ ‎【思路点拨】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。‎ ‎【答案】A ‎【解析】本题考查化学平衡知识。根据平衡常数列式，A正确；B项：温度T下，随着反应的进行，混合气体的密度不变；C项：曲线b对应的条件改变不可能是加入了催化剂，因为催化剂不能使平衡移动；D项：随着温度升高，C(N2)减小，平衡正向移动，正反应吸热。‎ ‎【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）在不同温度下随时间（t）变化的示意图，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 ‎【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 ‎【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．用CO合成甲醇(CH3OH)的化学方程式为：‎ CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)　ΔH＜0，按照相同的物质的量投料，测得CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系曲线如图所示。下列说法正确的是（ ）‎ A．温度：T1＞T2＞T3‎ B．正反应速率：v(a)＞v(c)，v(b)＞v(d)‎ C．平衡常数：K(a)＞K(c)，K(b)＝K(d)‎ D．平均摩尔质量：M(a)＜M(c)，M(b)＞M(d)‎ ‎【答案】C ‎【解析】选项A，该反应的正反应为放热反应，温度越高，CO的平衡转化率越小，故T3＞T2＞T1。选项B，温度越高，化学反应速率越大，故v(c)＞v(a)；压强越大，化学反应速率越大，故v(b)＞v(d)。选项C，降低温度，化学平衡向正反应方向移动，化学平衡常数K增大，故有K(a)＞K(c)；温度不变，K不变，故K(b)＝K(d)。选项D，升高温度，化学平衡向逆反应方向移动，即向气体总物质的量增大的方向移动，则M(a)＞M(c)；增大压强，化学平衡向气体总物质的量减小的方向移动，则M(b)＞M(d)。‎ ‎【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。‎ 举一反三：‎ ‎【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（ ）‎ 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限度内增加，D错误，故选AB。‎