上海高中化学第一轮复习 第08讲 化学平衡图像.docx
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上海高中化学第一轮复习第08讲化学平衡图像
2020年上海高中化学第一轮复习第08讲化学平衡图像
知识梳理
1.浓度(物质的量)-时间曲线
该类曲线多用于判断反应物与生成物的化学计量数之比、计算化学平衡常数等。
右图为n-t曲线,在图像中注意观察以下几点:
①各物质的量在变化中增加还是减少:
X、Y减少了,则为反应物,Z增加了,则为生成物。
②相同时间内变化量的比例关系:
X、Y、Z变化量之比为0.3:
0.1:
0.2,即化学计量数之比为3:
1:
2
③在哪个时间达到化学平衡:
需在该时间段,各物质的物质的量或者浓度保持不变。
利用①②写出相应化学方程式。
利用③中平衡时的浓度计算该温度下化学平衡常数。
2.速率-时间曲线
根据正逆反应速率与时间的曲线,判断平衡的时间段,及达到平衡后改变了何种条件导致平衡被破坏。
以下说明以N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)+Q为例。
(1)浓度
①规律增加反应物浓度或减少生成物的浓度,都可以使平衡朝着正向移动;减少反应物浓度或增加生成物的浓度,都可以使平衡朝着逆向移动。
②理解增加反应物浓度或减少生成物的浓度,使V,(正)>V,(逆)平衡正向移动;减少反应物浓度或增加生成物的浓度,使V,(正) ③υ-t函数图 ④注意点增加或减少固态物质(或液态纯物质)不能使平衡发生移动。 (2)压强 ①规律增加压强,使平衡朝着气体体积减小的方向移动;减小压强,可以使平衡朝着气体体积增大的方向移动。 ②理解增大压强,使正逆反应速率均增大,使V,(缩小体积)>V,(扩大体积)平衡向缩小体积的方向移动;减少压强,使正逆反应速率均减小,使V,(缩小体积) ③υ-t函数图 ④注意点因压强的影响实质是浓度的影响,所以只有当这些“改变”能造成浓度改变时,平衡才有可能移动。 对反应前后气体体积不变的平衡体系,压强改变不会使平衡态发生移动。 恒温恒容下,向容器中充入惰性气体,平衡不发生移动。 因压强虽增加,但各反应物和生成物的浓度都不改变。 恒温恒压下,向容器中充入惰性气体,平衡会向气体体积增大的方向移动。 因容器体积要增加,各反应物和生成物的浓度都降低引起平衡移动。 (3)温度 ①规律升高温度,平衡向吸热反应方向移动;降低温度,平衡向放热反应方向移动。 ②理解升高温度,正逆反应速率都要提高,但吸热反应的速率提高的幅度更大,使平衡向吸热反应方向移动了。 降低温度,正逆反应速率都要减小,但吸热反应的速率降低的幅度更小,使平衡向放热反应方向移动了。 ③υ-t函数图 ③注意点对任何一个平衡体系,温度改变都会使平衡发生移动。 (4)催化剂 可以极大改变反应的速率,缩短(或延缓)到达平衡所需的时间,因催化剂能同等程度改变正逆反应速率,故对平衡状态不影响,既使用催化剂不能提高反应转化率,不能改变原有平衡的各组份含量。 【总结】时间-速度变化表或平衡曲线图像分析(以合成氨为例) N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)+Q(Q>0) t1时刻,引起平衡移动的因素是反应物的浓度增大; t2时刻,引起平衡移动的因素是NH3的浓度减小; t3时刻,引起平衡移动的因素是压强增大; t4时刻,引起平衡移动的因素是温度减小; t5时刻,引起平衡移动的因素是使用催化剂; ※如果是浓度—时间图像,则阴影部分面积表示N2物质的量浓度额减少量。 如果是气体体积不变的反应,t4时刻的因素也可能是压强增大。 3.转化率、摩尔质量、体积分数-时间曲线 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)+Q(Q>0)为例,开始时加入一定量氮气和氢气,一段时间后达到平衡。 ①转化率: 开始时,反应物还未进行反应,转化率为0,随着反应的进行,转化率逐渐增大,达到平衡后,转化率不再变化,如图(A)。 ②摩尔质量: 开始时,摩尔质量是氮气和氢气的平均值,大于0,随着反应的进行,气体质量不变,物质的量逐渐减小,则平均摩尔质量逐渐增大,如图(B)。 ③体积分数: 开始时,氮气和氢气体积分数大于0,随着反应的进行,逐渐被消耗,体积分数逐渐减小,达到平衡后保持不变, 氨气开始时,体积分数为0,之后逐渐增大,达到平衡后保持不变。 【教学建议】可以适当要求孩子分析温度、压强、反应物浓度改变、加入催化剂,对曲线会有什么影响,主要从斜率和平衡状态分析。 典型例题 知识点1: 速率-时间图像 【例1】某密闭容器中发生如下反应: X(g)+3Y(g) 2Z(g)+ Q 上图表示该反应的速率(v)随时间(t)的变化关系,t2、t3、t5时刻外界条件有所改变,但都没有改变各物质的初始加入量。 下列说法中正确的是() A.t2时增大了压强 B.t3时降低了温度 C.t5时升高温度 D.t6时反应物的转化率比t4时高 【难度】★【答案】C 变式1: 反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)+Q在某一时间段中反应速率与反应过程的曲线关系如图,则图中氨的百分含量最低的时间段是() A.t0-t1B.t2-t3 C.t3-t4D.t5-t6 【难度】★【答案】D 【例2】可逆反应aX(g)+bY(g) cZ(g)在一定温度下的密闭容器内达到平衡后,t0时改变某一外界条件,化学反应速率(v)-时间(t)图像如图。 下列说法正确的是() A.若a+b=c,则t0时只能是增大反应体系的压强 B.若a+b=c,则t0时只能是加入催化剂 C.若a+b≠c,则t0时只能是加入催化剂 D.若a+b≠c,则t0时只能是增大体系的压强 【难度】★【答案】C 变式1: 往一容积不变的密闭容器中充入H2和I2,发生反应H2(g)+I2(g) 2HI(g)-Q,当达到平衡后,t0时改变反应的某一条件(混合气体物质的量不变)且造成容器内压强增大,下列说法正确的是() A.容器内气体颜色变深,平均相对分子质量不变 B.平衡不移动,混合气体密度增大 C.H2转化率增大,HI平衡浓度变小 D.改变条件前后,速率图像如下图 【难度】★【答案】D 变式2: 右图是关于反应A2(g)+3B2(g)2C(g)(正反应为放热反应)的平衡移动图象,影响平衡移动的原因可能是() A.升高温度,同时加压 B.降低温度,同时减压 C.增大反应物浓度,同时减小生成物浓度 D.增大反应物浓度,同时使用催化剂 【难度】★★【答案】C 【方法提炼】 分析反应速度图像: ①看起点: 分清反应物和生成物,浓度减小的是反应物,浓度增大的是生成物,生成物多数以原点为起点。 ②看变化趋势: 分清正反应和逆反应,分清放热反应和吸热反应。 升高温度时,△V(吸热)>△V(放热)。 ③看终点: 分清消耗浓度和增生浓度。 反应物的消耗浓度与生成物的增生浓度之比等于反应方程式中各物质的计量数之比。 ④对于时间—速度图像,看清曲线是连续的,还是跳跃的。 分清“渐变”和“突变”、“大变”和“小变”。 增大反应物浓度V正突变,V逆渐变。 升高温度,V吸热大增,V放热小增 ⑤全程速率一时间图,分析时要抓住各阶段的主要矛盾,认真探究 知识点2: 转化率-时间图像 【例1】下图曲线a表示反应X(g)+Y(g)+N(s) Z(g)+M(g)+Q进行过程中X的转化率随时间变化的关系。 若要改变起始条件,使反应过程按b曲线进行,可采取的措施是() A.升高温度 B.加大N的投入量 C.缩小体积 D.加大X的投入量 【难度】★【答案】C 变式1: 现有可逆反应A(g)+2B(g) nC(g)+Q,在相同温度、不同压强时,A的转化率跟反应时间(t)的关系如图,其中结论正确的是() A.p1>p2,n>3 B.p1<p2,n>3 C.p1<p2,n<3 D.p1>p2,n=3 【难度】★【答案】B 知识点3: 含量-时间图像 【例1】可逆反应aA(g)+bB(s) cC(g)+dD(g)在反应过程中,其他条件不变,D的质量分数和T或p的关系如下图所示,下列叙述中正确的是() A.温度降低,化学平衡向逆反应方向移动 B.使用催化剂,D的物质的量分数增加 C.化学方程式中系数a D.无法根据图像确定改变温度后化学平衡向哪个反应方向移动 【难度】★【答案】C 变式1: 同压、不同温度下的反应: A(g)+B(g) C(g),A的含量和温度的关系如图所示,下列结论正确的是() A.T1>T2,正反应吸热 B.T1 C.T1>T2,正反应放热 D.T1 【难度】★【答案】C 变式2: 在一定温度不同压强(P1<P2)下,可逆反应2A(g) 2B(g)+C(g)中,生成物C在反应混合物中的体积分数(ψ)与反应时间(t)的关系有以下图示,正确的是 【难度】★【答案】B 【方法提炼】 这类图象题表明了各种反应物或生成物浓度,或某一组成的浓度反应过程中的变化情况,此类图象往往可反应出化学反应速率与化学计量数的关系或平衡移动方向,分清反应物和生成物,浓度减小的为反应物,浓度增大的为生成物,分清消耗浓度和增加浓度,反应物的消耗浓度和生成物的增加浓度之比,等于化学方程式中各物质的化学计量数之比。 解这类题的方法和解第一类题类似,还是要注意曲线的起点、终点及变化趋势。 知识点4: 等温线、等压线 【例1】反应X(s)+aY(g) bZ(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轴表示平衡混合气体中Z的体积分数。 据此可判断下列说法正确的是() A.上述反应正方向是吸热反应 B.上述反应正方向是放热反应 C.b>aD.a+1<b 【难度】★【答案】B(图像上显示,上为P1,下为P2) 变式1: 在容积一定的密闭容器中发生可逆反应Y(g)+2X(g) 2Z(g)-Q,平衡移动关系如图所示。 下列说法正确的是() A.P1>P2,纵坐标指Y的质量分数 B.P1<P2,纵坐标指X的转化率 C.P1>P2,纵坐标指Z的质量分数 D.P1<P2,纵坐标指混合气体的平均摩尔质量 【难度】★【答案】C 【方法提炼】 受两个变量(P、T)影响的图像: 分析依据“定一议二”。 转化率或百分含量等因素受到压强、温度两个变量的影响,先确定一个变量,分析另外两个量的关系。 如确定温度分析转化率受压强的影响 知识点5: 综合图像 【例1】对于可逆反应A(g)+2B(g) 2C(g)(正反应吸热),下列图象中正确的是() ABCD 【难度】★★【答案】D 变式1: 对于可逆反应: 2A(g)+B(g) 2C(g)+Q,下列各图正确的是() 【难度】★★【答案】A 变式2: 对于可逆反应2AB3(g) A2(g)+3B2(g)(正反应为吸热),下列图象正确的是() A. B. C. D. 【难度】★★【答案】D(C图像上显示,下为106Pa) 【方法提炼】 解答有关化学平衡图象的试题必须熟练地掌握有关下面三个方面的知识: (一)明确有关图象的坐标含义: 即横坐标和纵坐标分别表示什么含义。 这一点是最基础,最重要的。 (二)了解有关化学平衡图象的主要类型。 1、有关反应物的转化率与时间关系的图象 2、有关反应速率与时间关系的图象 3、有关反应物或生成物的浓度或体积分数与时间关系的图象 4、有关平均摩尔质量与时间关系的图象 5、有关物质体积分数与温度关系的图象 (三)熟练掌握影响化学平衡移动的因素。 根据达到平衡时,反应物的转化率、正逆反应速率、各物质的浓度(体积分数或质量分数)、体系的平均摩尔质量不随时间而变化这一原理,可判断出反应达到平衡的时间长短,从而判断出反应速率的快慢。 而在图象中影响反应速率快慢的主要因素是: 催化剂、温度和压强(有气体存在的化学反应)。 使用正催化剂、体系温度升高或压强增大都能加快反应速率。 而对于反应物转化率的大小、正逆反应速率的变化、各物质的浓度(体积分数或质量分数)的变化、体系平均摩尔质量的变化则与化学平衡的移动有关。 在有关图象中,影响化学平衡移动的因素主要是温度和压强。 所用的原理就是体系温度升高,化学平衡向吸热方向移动;体系压强增大,化学平衡向气体体积减小的方向移动。 反之亦然。 反思总结 课后作业 1. 一定条件下,可逆反应X(s)+Y(g) W(g)+Z(g)(正反应是放热反应),在一体积不变的容器中反应达到平衡后,改变条件,反应速率(v)随时间变(t)化的情况如下图所示: 下列条件的改变与图中情况相符的是() A.增加了X的物质的量 B.降低了温度 C.增大了压强 D.增大了Y的物质的量 【难度】★【答案】D 2.已知H2O2在催化剂作用下分解速率加快,其能量随反应进程的变化如下图所示。 下列说法正确的是 A.加入催化剂,减小了反应的热效应 B.加入催化剂,可提高H2O2的平衡转化率 C.H2O2分解的热化学方程式: H2O2→H2O+O2+Q D.反应物的总能量高于生成物的总能量 【难度】★【答案】D 3. 如图是可逆反应X2+3Y2 2Z在反应过程中的反应速率(v)与时间(t)的关系曲线,下列叙述正确的是 A.t1时,只有正方向反应B.O~t1,c(Z)在减小 C.t2~t3,反应不再进行 D.t2~t3,各物质的浓度不再发生变化 【难度】★【答案】D 4.在密闭容器中进行如下反应: X2(g)+Y2(g) 2Z(g),在温度T1和T2时,产物的量与反应时间的关系如图所示。 符合图示的正确判断是() A.T1 B.T1 C.T1>T2,正反应是放热反应 D.T1>T2,正反应是吸热反应 【难度】★【答案】A 5. 反应2X(g)+Y(g) 2Z+Q。 在不同温度和压强下,产物Z的物质的量与反应时间的关系如图所示。 则下列叙述正确的是() A.T1>T2,P1 C.T1 【难度】★【答案】A 6.反应aX(g)+bY(g) cZ(g)+Q,有下图所示关系,下列判断中正确是() A.a+b C.a+b>c,Q>0D.a+b>c,Q<0 【难度】★【答案】C 7.在密闭容器中进行下列反应: M(g)+N(g) R(g)+2L,此反应符合如下图变化情况,下列叙述正确的是() A.正反应吸热,L是气体 B.正反应吸热,L是固体或液体 C.正反应放热,L是气体 D.正反应放热,L是固体或液体 【难度】★★【答案】C 8.在容积不变的密闭容器中存在如下反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)+Q,某研究小组探究其他条件下不变时,改变某一条件对上述反应的影响,下列分析正确的是 A.图Ⅰ表示的是t1时刻增大O2的浓度对反应速率的影响 B.图Ⅱ表示的是t1时刻加入催化剂后对反应速率的影响 C.图Ⅲ表示的是催化剂对平衡的影响,且甲的催化效率比乙的高 D.图Ⅲ表示的是压强对化学平衡的影响,且乙的压强较高 【难度】★★【答案】B 9.下图表示在密闭容器中反应: 2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g+Q达到平衡时,由于条件改变而引起反应速度和化学平衡的变化情况,ab过程中改变的条件可能是______________;bc过程中改变的条件可能是_________________;若增大压强时,反应速度变化情况画在c-d处。 0abcd 【难度】★★【答案】升温;取走部分SO3;略 10.在一密闭容器中发生反应N2+3H2 2NH3,达到平衡后,只改变某一个条件时,反应速率与反应时间的关系如图所示: 回答下列问题: (1)处于平衡状态的时间段是_________________(填选项). A.t0~t1B.t1~t2C.t2~t3 D.t3~t4E.t4~t5F.t5~t6 (2)t1、t3、t4时刻分别改变的一个条件是(填选项). A.增大压强B.减小压强C.升高温度 D.降低温度E.加催化剂F.充入氮气 t1时刻__________;t3时刻___________;t4时刻___________. 【难度】★★【答案】 (1)ACDF (2)C;E;B
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