資源簡介

2.3 第4課時　化學平衡圖像
【學習目標】
1.認識化學反應速率、化學平衡典型圖像。
2.學會化學平衡圖像題的分析解答方法。
【合作探究】
任務1　化學平衡圖像的類型及特點
【學習情境】
化學反應速率和化學平衡的有關理論具有一定的抽象性,運用各種圖像能直觀地反映可逆反應的變化規律及特點,能從定性和定量兩個方面來分析和研究變化的因素、方向和限度。
【核心突破】
1.物質的量(濃度)—時間圖像[n(c)-t圖像]
在2 L密閉容器中,某一反應有關物質A(g)、B(g)、C(g)的物質的量變化如圖所示。根據圖像回答下列問題:
(1)該反應的化學方程式是　 。
(2)在反應進行到　　　　min時,反應達到了平衡。
2.速率—時間圖像(v-t圖像)
Ⅰ.正反應速率突變,逆反應速率漸變,v'正　　v'逆,說明是增大了　　　　　　　,使正反應速率突變,且平衡　　　移動。
Ⅱ.v正、v逆都是突然減小的,v'正　　　　v'逆,平衡　　　　移動,說明該反應的正反應可能是　　　反應或氣體總體積　　　　的反應,改變的條件是　　　　或　　　　。
Ⅲ.v正、v逆都是突然增大的,并且v正、v逆增大程度相同,說明該化學平衡　　　移動,可能是使用了　　　　,也可能是對反應前后氣體總體積不發生變化的反應增大壓強(壓縮體積)所致。
3.百分含量(或轉化率)—時間—溫度(或壓強)圖像
[以aA(g)+bB(g)cC(g)為例]
Ⅰ.T2　　T1,溫度升高,平衡　　　移動,正反應是　　　　　反應。
Ⅱ.p2　　p1,壓強增大,A(反應物)的轉化率　　　,說明正反應是氣體總體積　　　　的反應。
Ⅲ.生成物C的百分含量　　　,說明平衡　　　移動,但反應速率a　　b,故a可能使用了　　　　;若該反應是反應前后氣體總體積不變的可逆反應,a也可能是增大了壓強(壓縮體積)。
4.百分含量(或轉化率)—壓強—溫度圖像
[以aA(g)+bB(g)cC(g)為例]
(1)T1為一條等溫線,隨著壓強的增大,C%　　　,化學平衡　　　移動,a+b　　　　c。
(2)若T15.特殊圖像
(1)對于反應aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)　ΔH<0,M點前,表示化學反應從反應開始到建立平衡的過程,則v正　　v逆,M點為　　　　,M點后為平衡受溫度的影響情況。
(2)其他條件不變時,某反應物的平衡轉化率與溫度的關系曲線如圖所示。圖中標出的1、2、3、4四個點,表示v正>v逆的是點　　　,表示v正【答案】1.(1)3A(g)+B(g)2C(g)　(2)2
2.Ⅰ.>　反應物的濃度　正向　Ⅱ.>　正向　放熱　增大
降低溫度　減小壓強　Ⅲ.沒有發生　催化劑
3.Ⅰ.>　逆向　放熱　Ⅱ.>　減小　增大　Ⅲ.不變
不發生　>　催化劑　4.(1)減小　逆向　<　(2)增大
正向　吸熱　5.(1)>　平衡點　(2)3　1　=
方法技巧
1.各物質的n或c不隨時間變化時反應達到平衡狀態,據起始量和平衡量求出轉化量,各物質的轉化量之比等于化學計量數之比,可以得出方程式中的化學計量數。
2.根據v'正、v'逆的相對大小,判斷改變的條件:若一個“漸變”、一個“突變”,則改變的是濃度;若兩個都發生了“突變”,則改變的是溫度或壓強;若兩個都發生了“突變”且仍然相等,則是加入催化劑或氣體總體積不變改變壓強。
3.“先拐先平數值大”。在化學平衡圖像中,先出現拐點的反應則先達到平衡,先出現拐點的曲線表示的溫度較高、壓強較大或使用了催化劑。
4.在化學平衡圖像中,包括縱坐標、橫坐標和曲線所表示的三個量。確定橫坐標所表示的量,討論縱坐標與曲線的關系,或者確定縱坐標所表示的量,討論橫坐標與曲線的關系,即“定一議二”。解題過程中,可以作輔助線幫助分析。
5.第5題(1)中圖像,由于某一條件對平衡的影響只能向一個方向移動,所以最高點(最低點)及以后為平衡狀態受條件的影響情況,前面為未達到平衡的情況。(2)中圖像曲線上的點全為對應條件下的平衡點。
【核心突破】
典例1　對反應aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)　ΔH,反應特點與對應的圖像的說法不正確的是(　　)
A.圖①中,若p1>p2,則a+b>c+d
B.圖②中,若T2>T1,則ΔH<0且a+b=c+d
C.圖③中,t1時刻改變的條件一定是使用了催化劑
D.圖④中,若ΔH<0,則縱坐標不可能是反應物的轉化率
【解析】圖①中,溫度升高,A%增大,說明平衡逆向移動,則正反應為放熱反應;若p1>p2,p1時A%低于p2,說明壓強增大,平衡正向移動,則反應前氣體分子數大于反應后氣體分子數,即a+b>c+d,A項正確。圖②中壓強增大,A的轉化率不變,平衡不移動,則a+b=c+d;若T2>T1,升高溫度,A的轉化率降低,平衡逆向移動,則正反應為放熱反應,ΔH<0,B項正確。圖③中,t1時刻改變的條件可能是使用了催化劑,也可能是增大了壓強(當a+b=c+d時),C項錯誤。圖④中,T1>T2,若ΔH<0,升高溫度,平衡逆向移動,反應物的轉化率減小,則縱坐標不可能是反應物的轉化率,D項正確。
【答案】C
典例2　根據下列圖示所得出的結論正確的是(　　)
甲　　　乙
丙　丁
A.圖甲表示反應2SO2+O22SO3的平衡常數K與溫度的關系,說明該反應的ΔH<0
B.圖乙是在不同溫度下三個恒容容器中反應2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)　ΔH<0的平衡曲線,曲線X對應的溫度較高
C.圖丙表示反應N2(g)+3H2(g)2NH3(g)平衡時NH3體積分數隨起始n(N2)/n(H2)變化的曲線,則轉化率:αA(H2)=αB(H2)
D.圖丁為兩個1 L的恒容容器在不同的壓強下各投入1 mol CH4和1 mol CO2發生反應CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)的平衡曲線,N點化學平衡常數K=1
【解析】溫度升高,平衡常數減小,說明正反應是放熱反應,A項正確;在圖中作任一垂線,與三曲線各有一交點,表明在反應物比例相同時,X曲線對應溫度下CO平衡轉化率較高,因反應的ΔH<0,故X曲線對應溫度較低,B項錯誤;根據圖像,隨著n(N2)/n(H2)的增大,相當于增大N2的物質的量,平衡向正向移動,氫氣轉化率增大,因此αA(H2)<αB(H2),C項錯誤;化學平衡常數只與溫度有關,N點的平衡常數可用M點計算,平衡時CH4(g)、CO2(g)的濃度都是0.5 mol·L-1,CO(g)、H2(g)的濃度都是1 mol·L-1,則K=4,D項錯誤。
【答案】A
歸納總結：解答化學平衡圖像題四步驟
訓練1　一定溫度下將1 mol A和2 mol B置于2 L 密閉容器中,發生反應A(g)+B(g)C(g)+D(g),并達到平衡。C的體積分數隨時間的變化曲線如圖1所示,反應過程中的能量變化如圖2所示(E1、E2均為正),下列說法不正確的是(　　)
圖1
圖2
A.達到平衡后,其他條件不變,降低溫度,v正、v逆均減小,C的體積分數增大
B.該溫度下,反應的平衡常數約為7.36
C.一段時間后,若氣體的密度不變,則可以判斷該反應已達到化學平衡狀態
D.在上述反應體系中加入催化劑,化學反應速率增大,E1和E2均減小
【解析】根據題圖2可知,該反應是放熱反應,降低溫度,正、逆反應速率均減小,平衡正向移動,C的體積分數增大,A項正確;4 s時反應達到平衡狀態,則
　　　　　A(g)+B(g)C(g)+D(g)
起始/mol　　1　　2　　　　0　　0
轉化/mol　　x　　x　　　　x　　x
平衡/mol　1-x　 2-x　 　x　　x
由題意得×100%=30%,解得x=0.9,則平衡常數K=≈7.36,B項正確;該反應是反應前后氣體質量不變的反應,容器的體積不變,氣體的密度始終不變,所以氣體的密度不變不能說明反應已達到平衡狀態,C項錯誤;加入催化劑可以降低反應的活化能,則E1和E2均減小,同時化學反應速率增大,D項正確。
【答案】C
訓練2　可逆反應aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)　ΔH,同時符合下列兩圖中曲線的是(　　)
圖1 圖2
A.a+b>c+d　T1>T2　ΔH>0
B.a+b>c+d　T1C.a+bT2　ΔH>0
D.a+b【解析】題圖1中T2先達平衡,則T2>T1,T2→T1時,生成物濃度增大,說明溫度降低平衡向正反應方向移動,則正反應為放熱反應,ΔH<0;題圖2中達平衡(v正=v逆)后增大壓強,v正>v逆,說明平衡向正反應方向移動,則該反應的正反應為氣體分子數減小的反應,a+b>c+d。
【答案】B
【隨堂檢測】
1.圖中a曲線表示一定條件下可逆反應:X(g)+Y(g)2Z(g)+W(s)　ΔH<0的反應過程。若使a曲線變為b曲線,可采用的措施是(　　)
A.升高溫度 B.增大Y的濃度 C.降低溫度 D.縮小體積
【解析】根據圖像分析,改變條件后,反應速率加快,但平衡不移動。升高溫度,平衡逆向移動,A項錯誤;增大Y的濃度,平衡正向移動,B項錯誤;降低溫度,平衡正向移動,C項錯誤;該反應為反應前后氣體體積不變的反應,縮小體積,增大壓強,反應速率加快,但平衡不移動,D項正確。
【答案】D
2.在容積可變的密閉容器中存在如下反應:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)　ΔH<0,下列分析中不正確的是(　　)
A.圖Ⅰ研究的是t0時升高溫度對反應速率的影響
B.圖Ⅱ研究的是t0時增大壓強(縮小容積)或使用催化劑對反應速率的影響
C.圖Ⅲ研究的是催化劑對化學平衡的影響,且甲使用了催化劑
D.圖Ⅲ研究的是溫度對化學平衡的影響,且乙的溫度較高
【答案】C
3.向某恒容密閉容器中充入一定量CO2和H2,發生反應:CO2(g)+H2(g)HCOOH(g),測得平衡體系中CO2的物質的量分數與反應溫度的關系如圖所示。下列物理量中,a點大于b點的是(　　)
①正反應速率　②逆反應速率　③HCOOH(g)的濃度　④對應溫度的平衡常數
A.①② B.①③ C.②④ D.③④
【解析】溫度升高,反應速率增大,a點的正、逆反應速率都小于b點的正、逆反應速率,①②錯誤;溫度升高,平衡體系中
CO2的物質的量分數增大,說明平衡逆向移動,正反應為放熱反應,HCOOH(g)的濃度和對應溫度時的平衡常數都將減小,即a點時HCOOH(g)的濃度和對應溫度的平衡常數都大于b點,③④正確。
【答案】D
4.生產硫酸的主要反應:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)　ΔH<0。圖中L(L1、L2)、X可分別代表壓強或溫度。下列說法正確的是(　　)
A.X代表壓強
B.L1>L2
C.A、B兩點對應的平衡常數相同
D.一定溫度下,當混合氣中n(SO2)∶n(O2)∶n(SO3)=2∶1∶2時,反應一定達到平衡
【解析】正反應為放熱反應,升高溫度平衡逆向移動,SO2平衡轉化率減小,則X表示溫度,A項錯誤;正反應為氣體體積減小的反應,增大壓強平衡正向移動,轉化率增大,L表示壓強,且L1>L2,B項正確;A、B點溫度不同,則平衡常數不同,C項錯誤;當混合氣中n(SO2)∶n(O2)∶n(SO3)=2∶1∶2時,各物質的物質的量不一定不再變化,不能判定是否為平衡狀態,D項錯誤。
【答案】B
2

展開更多......

收起↑