高中化学图像图表专题复习.docx
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高中化学图像图表专题复习
高中化学图像图表专题复习
一、图象题
对于化学有关图象问题,可按以下的方法进行分析:
1、看图像,认清坐标系,搞清纵、横坐标所代表的意义,并与勒夏特列原理挂钩。
所谓看图像,是指:
一看轴(即横坐标和纵坐标的意义),二看点(即起点、折点、交点和终点),三看线(即线的走向和变化趋势),四看辅助线(如等温线、等压线、平衡线等),五看量的变化(如温度、浓度、压强、转化率、产率、百分含量等的变化趋势)等,这是解题的基础。
2、紧扣可逆反应的特征,搞清正反应方向是吸热还是放热,体积增大还是减小、不变,有无固体、纯液体物质参加或生成等。
3、看清速率的变化及变化量的大小关系,注意图像的走向是否符合给定的反
应,在条件与变化之间搭桥;也可以根据坐标的数据,判断反应物或生成物在方程式中的系数,或据此求反应速率。
4、看清起点、拐点、终点,注意图像是否经过“原点”,即是否有“0”项,尤其是特殊点的意义,看清曲线的变化趋势。
5、先拐先平。
例如,在转化率-时间图上,先出现拐点的曲线先达到平衡,此时逆向推理可得该变化的温度高、浓度大、压强高。
6、定一议二。
勒夏特列原理只适用于一个条件的改变,所以图像中有多个变量时,先固定一个量,再讨论另外两个量的关系。
7、注意图像题中物质的转化率与百分含量的关系:
某物质的转化率与其“百分数”相反。
(一)化学平衡图像
【例1】.(2011全国II卷28)
反应aA(g)+bB(g)
cC(g)(ΔH<0)在等容条件下进行。
改变其他反应条件,在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ阶段体系中各物质浓度随时间变化的曲线如下图所示:
回答问题:
(1)反应的化学方程式中,a:
b:
c为_____________;
(2)A的平均反应速率vI(A)、vⅡ(A)、vⅢ(A)从大到小排列次序为_________;
(3)B的平衡转化率αI(B)、αⅡ(B)、αⅢ(B)中最小的是_____,其值是__________;
(4)由第一次平衡到第二次平衡,平衡移动的方向是________________,采取的措施是____________;
(5)比较第Ⅱ阶段反应温度(T2)和第Ⅲ阶段反应温度(T3)的高低:
T2T3(填“>”“<”“=”),判断的理由是_________________________________________;
(6)达到第三次平衡后,将容器的体积扩大一倍,假定10min后达到新的平衡,请在下图中用曲线表示第IV阶段体系中各物质的浓度随时间变化的趋势(曲线上必须标出A、B、C)。
解析:
由图像知在第Ⅰ阶段达到平衡时A、B、C的浓度变化量分别是1.0、3.0和2.0,所以反应的化学方程式中,a:
b:
c=)1:
3:
2;由图像可以计算出A的平均反应速率vI(A)、vⅡ(A)、vⅢ(A)分别为2/20、0.36/15和0.12/15,vI(A)、vⅡ(A)、vⅢ(A)从大到小排列次序为vI(A)、vⅡ(A)、vⅢ(A);同理可以计算出B的平衡转化率αI(B)、αⅡ(B)、αⅢ(B)分别为0.5、0.38和0.19;由第一次平衡到第二次平衡是C的浓度瞬间降低到0,即移走量产物C,平衡向正方应方向移动;第Ⅱ阶段和第Ⅲ阶段相比,反应物浓度降低,生成物浓度增大,平衡向正方应方向移动,因为反应放热,所以是降低了温度;由于反应是一个体积增大的可逆反应,所以扩大容器的体积平衡向逆反应方向移动。
答案:
(1)1:
3:
2
(2)VI(A)VⅡ(A)VⅢ(A)(3)αⅢ(B)19%(4)向正反应方向从反应体系中移出产物C(5)>此反应为放热反应,降低温度,平衡向正反应方向移动
【例2】.已知:
①25℃时弱电解质电离平衡数:
Ka(CH3COOH)=
,Ka(HSCN)=0.13;难溶电解质的溶度积常数:
Kap(CaF2)=
②25℃时,
mol·L-1氢氟酸水溶液中,调节溶液pH(忽略体积变化),得到c(HF)、c(F-)与溶液pH的变化关系,如下图所示:
请根据以下信息回答下旬问题:
图2
(1)25℃时,将20mL0.10mol·L-1CH3COOH溶液和20mL0.10mol·L-1HSCN溶液分别与20mL0.10mol·L-1NaHCO3溶液混合,实验测得产生的气体体积(V)随时间(t)变化的示意图为图2所示:
反应初始阶段,两种溶液产生CO2气体的速率存在明显差异的原因是,反应结束后所得两溶液中,c(CH3COO-)c(SCN-)(填“>”、“<”或“=”)
(2)25℃时,HF电离平衡常数的数值Ka
,列式并说明得出该常数的理由。
(3)
mol·L-1HF溶液与
mol·L-1CaCl2溶液等体积混合,调节混合液pH为4.0(忽略调节混合液体积的变化),通过列式计算说明是否有沉淀产生。
【答案及解析】:
给信息多,可以对信息进行初步分析,也可以根据问题再去取舍信息。
信息分析:
①HSCN比CH3COOH易电离,CaF2难溶。
②F-PH=6,PH=0时以HF存在。
F-与HF总量不变。
问题引导分析(解题分析与答案):
(1)相同的起始条件,只能是因为两种酸的电离度不同导致溶液中起始反应时H+
浓度不同引起反应速率的不同。
反应结束后,溶质为CH3COONa和NaSCN,因CH3COOH酸性弱于HSCN,故CH3COONa水解程度大,c(CH3COO-)<c(SCN-)。
(2)HF电离平衡常数Ka=【c(H+)*c(F-)】/c(HF),其中c(H+)、c(F-)、c(HF)都是电离达到平衡时的浓度,选择中间段图像求解。
根据图像:
PH=4时,c(H+)=10-4,c(F-)=1.6×10-3、c(HF)=4.0×10-4。
Ka=0.4×10-3。
(3)PH=4.0,则c(H+)=10-4,此时:
根据HF电离,产生的c(F-)=1.6×10-3,而溶
液中的c(Ca2+)=2.0×10-4。
c2(F-)×c(Ca2+)=5.12×10-10,5.12×10-10大于Kap(CaF2)=
,此时有少量沉淀产生。
【教与学提示】:
本题比较全面地考察了电离平衡常数与溶解平衡常数的知识内容。
要求学生会读图,要掌握平衡常数的表达式和含义:
平衡时的溶液中的各种相关离子的浓度。
要理解溶解平衡的含义:
达到饱和溶液时的最大值,大于则沉淀析出,小于则不析出。
明确平衡常数是随温度变化的,不随溶液中的离子浓度的实际值而发生变化。
在平衡常数的教学中,可以设计一个关于化学平衡常数、电离平衡常数、沉淀溶解平衡常数的专题,有比较,有触类旁通地系统地研究和学习平衡常数问题。
练习:
1、T℃时,A气体与B气体反应生成C气体.反应过程中A、B、C浓度变化如图(Ⅰ)所示;若保持其他条件不变,温度分别为T1和T2时,B的体积百分含量与时间的关系如图(Ⅱ)所示.则下列结论正确的是 ( )
A.在(t1+10)min时,保持其它条件不变,增大压强,平衡逆向移动
B.其它条件不变,升高温度,A的转化率一定增大
C.T℃时,若由0.4mol/LA、0.4mol/LB和0.2mol/LC反应,达到平衡后,c(C)仍为0.4mol/L
D.(t1+10)min时,保持压强不变,通入稀有气体,平衡向正反应方向移动
2、对于反应mA(s)+nB(g)
eC(g)+fD(g),反应过程中,当其他条件不变时,C在混合气体中的体积分数与T(温度)或p(压强)关系如图所示,下面几种叙述中正确的是( )
A.使用催化剂,平衡时C在混合气体中的体积分数增大
B.升温,化学平衡向正反应方向移动
C.化学方程式的化学计量数关系n D.其他条件不变,增加体系的压强,平衡正向移动 3、电导率是衡量电解质溶液导电能力大小的物理量,根据溶液电导率变化可以确定滴定反应的终点。 下图是KOH溶液分别滴定HCl溶液和CH3COOH溶液的滴定曲线示意图。 下列示意图中,能正确表示用NH3·H2O溶液滴定HCl和CH3COOH混合溶液的滴定曲线的是 (二)化学反应及能量图像 1.(11年上海)据报道,科学家开发出了利用太阳能分解水的新型催化剂。 下列有关水分解过程的能量变化示意图正确的是 解析及答案: (三)金属及其化合物相关图像 1、下列实验中产生的现象与对应图形(纵坐标n均表示产生的Al(OH)3的物质的量)不相符的是() A.在AlCl3溶液中滴加氨水至过量B.向NaOH溶液中滴加AlCl3至过量 C.向NaAlO2溶液中滴加盐酸至过量D.向H2SO4溶液中加入NaAlO2溶液至过量 2、(10年上海)将0.4gNaOH和1.069 混合并配成溶液,向溶液中滴加0.1mol· 稀盐酸。 下列图像能正确表示加入盐酸的体积和生成 的物质的量的关系的是 3、将0.1mol的镁、铝混合物溶于100mL2mol/LH2SO4溶液中,然后再滴加1mol/LNaOH溶液。 请回答: ⑴若在滴加NaOH溶液的过程中,沉淀质量m随加入NaOH 溶液的体积V变化如右图所示。 当V1=160mL时,则金属 粉末中n(Mg)= mol,V2= mL。 ⑵若在滴加NaOH溶液过程中,欲使Mg2+、Al3+刚好沉淀完全, 则滴入NaOH溶液的体积V(NaOH)为 mL。 ⑶若混合物仍为0.1mol,其中Mg粉的物质的量分数为a,用 100mL2mol/L的硫酸溶解此混合物后,再加入450mL1mol/L的NaOH溶液,所得沉淀中无 Al(OH)3。 满足此条件的a的取值范围是: 。 答案: ⑴0.06;440⑵400⑶1>a≥0.5 4、在下图中,横坐标为向一定量的某溶液中加入某种物质的量,纵坐标为生成沉淀的量。 从图中,选择适合表中各题要求的序号填入表中 溶液 加(或通入)物质 序号 ⑴饱和石灰水 通入过量CO2 ⑵AlCl3溶液 加入过量浓氨水 ⑶含少量NaOH的NaAlO2溶液 逐滴加入稀盐酸 ⑷MgCl2、AlCl3混合溶液 逐滴加入NaOH溶液至过量 ⑸NaOH溶液 逐滴加入Al2(SO4)3溶液至过量 ⑹稀硫酸溶液 逐滴加入NaAlO2溶液至过量 ⑺含少量盐酸的AlCl3溶液 逐滴加入KOH溶液至过量 答案: ⑴A;⑵B;⑶D;⑷E;⑸C;⑹F;⑺G 5、在两份体积相同的NaOH溶液中,分别通入CO2气体, 充分反应后,在所得溶液A、B中分别加入1mol/L的 盐酸,所加盐酸体积(mL)与产生CO2气体的体积(L) 的关系如图所示, 试填写下列空白: (1)两份NaOH溶液A和B的物质的量浓度之比 为,通入CO2气体的体积之比是(相 同条件)。 (2)与盐酸反应前,A溶液中的溶质是,其物质的量之比是。 (3)与盐酸反应前,B溶液中的溶质是,其物质的量之比是。 答案: ⑴3: 4;2: 1 ⑵Na2CO3、NaHCO3;1: 1 ⑶NaOH、Na2CO3;2: 1 6.实验研究发现,硝酸发生氧化还原反应时,硝酸的浓度越稀,对应还原产物中氮元素的化合价越低。 现有一定量的铝粉和铁粉的混合物与一定量很稀的硝酸充分反应,反应过程中无气体放出。 在反应结束后的溶液中逐滴加入4mol/LNaOH溶液,所加的NaOH溶液的体积(mL)与产生沉淀的物质的量(mol)关系如下图所示。 图中OC段没有沉淀生成,此阶段发生反应的离子方程式为: 在DE段,沉淀的物质的量没有变化,则此阶段发生反应的离子方程式为_________________________。 上述现象说明溶液中______离子结合OH-的能力最弱。 B与A的差值为____________mol。 B对应的沉淀量为__________mol,C对应的溶液体积为____________mL。 答案及解析: 二、表格题 【例1】在一定体积的密闭容器中,进行如下化学反应: 其化学平衡常数K与温度t的关系如下: CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g),其化学平衡常数K和温度t的关系如下表: t℃ 700 800 830 1000 1200 K 0.6 0.9 1.0 1.7 2.6 请回答下列问题: (1)该反应的化学平衡常数K=。 (2)该反应为反应。 (填“吸热”或“放热”) (3)800℃,固定容器的密闭容器中,放入混合物,其始浓度为c(CO)=0.01mol/L,c(H2O)=0.03mol/L,c(CO2)=0.01mol/L,c(H2)=0.05mol/L,则反应开始时,H2O的消耗速率比生成 速率(填"大""小"或"不能确定") (4)830℃,在1L的固定容器的密闭容器中放入2molCO2和1molH2,平衡后CO2的转化率为,H2的转化率为. 解析与答案: 由平衡常数的定义知该反应的化学平衡常数K的表达K=c(CO)×c(H2O)/c(CO2)×c(H2);.可逆反应的平衡常数一般只随温度的改变而改变,吸热反应的平衡常数随温度升高而增大,放热反应的平衡常数随温度升高而减小;由表中数据知该反应随温度的升高而增大,可推知升高温度,平衡向正反应方向移动,所以该反应为吸热反应.把起始浓度代入平衡常数的表达式中,其比值小于800℃时的K值,则反应将向正反应方向移动,H2O的消耗速率比生成速率小;830℃时,平衡常数为1,设反应中转化的CO2浓度为x,则反应过程中物质浓度的变化情况为: CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) 起始时(mol/l)2100 转化了(mol/l)xxxx 平衡时(mol/l)2-x1-xxx 据平衡常数的关系可得(2-x)×(1-x)=x×x,解得x=2/3,则平衡后CO2的转化率为1/3,H2的转化率为2/3 【例2】.在100℃时,将0.40mol的二氧化氮气体充入2L抽空的密闭容器中,每隔一定时间就对该容器内的物质进行分析,得到如下表数据: 时间(s) 0 20 40 60 80 n(NO2)/mol 0.40 n1 0.26 n3 n4 n(N2O4)/mol 0.00 0.05 n2 0.08 0.08 (1)在上述条件下从反应开始直至20s时,二氧化氮的平均反应速率为____mol·L-1·min-1。 (2)n3n4(填“>”、“<”或“=”),该反应的平衡常数的值为; 答案: (1)0.15 (2)=2.8 【例3】工业上生产硫酸时,利用催化氧化反应将SO2转化为SO3是一个关键步骤。 压强及温度对SO2转化率的影响如下表(原料气各成分的体积分数为: SO2: 7%,O2: 11%,N2: 82%): ①如何利用表中数据推断SO2的氧化反应的热效应? ②在400一500℃时,SO2的催化氧化采用常压而不是高压,主要原因是: 答案: 【表格练习题】 1.甲醇(CH3OH)是一种重要的化工原料,合成甲醇的主要反应为: CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)反应过程中的能量变化如图所示。 (1)CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)ΔH0(填<、=、>) (2)反应体系中加入催化剂对反应热是否有影响? ______________________, 原因是_______________________________________: (3)在反应体系中加入催化剂,反应速率增大,E1和E2的变化是: E1_________, E2_______________(填“增大”“减小、”“不变”)。 (4)在一定条件下,上述反应在一密闭容器中达到平衡。 在保证H2浓度 不变的情况下,增大容器的体积,平衡____________(填字母)。 A.向正反应方向移动B.向逆反应方向移动C.不移动 作出此判断的理由是____________________________________________________________。 (5)原料气的加工过程中常常混有一定量CO2,为了研究不同温度下CO2对该反应的影响,以CO2、CO和H2的混合气体为原料在一定条件下进行实验,结果表明,原料气各组分含量不同时,反应生成甲醇和副产物甲烷的碳转化率是不相同的。 实验数据见下表: CO2%-CO%-H2% (体积分数) 0–30–70 2–28–70 4–26–70 8–22–70 20–10–70 反应温度/℃ 225 235 250 225 235 250 225 235 250 225 235 250 225 235 250 碳转化率(%) CH3OH 4.9 8.8 11.0 36.5 50.7 68.3 19.0 33.1 56.5 17.7 33.4 54.4 8.0 12.0 22.6 CH4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2.8 2.8 2.8 ①由上表数据可得出多个结论。 结论一: 在一定条件下,反应温度越高,碳转化率__________。 结论二: __________________________________________________________。 ②为了验证结论二,有科学家又用以下五组不同组成的原料气再次进行实验。 组别 体积分数(%) CO CO2 H2 N2 第1组 19.7 0.0 59.1 21.2 第2组 20.7 0.3 62.1 16.9 第3组 16.9 1.3 50.7 31.1 第4组 19.8 5.5 59.4 15.3 第5组 20.3 10.9 60.9 7.9 进行该验证实验时,控制不变的因素有__________、_________、_________________等。 答案: (1)< (2)不影响;催化剂不改变平衡的移动。 (3)减小、减小(每空1分) (4)C该反应达到平衡时,平衡常数K=增大容器体 积时,c(CH3OH)和c(CO)等比例减小,由于H2浓度不变,此时的值仍然等于K,所以平衡不移动。 (5)①越高 原料气含少量CO2有利于提高生成甲醇的碳转化率,CO2含量过高碳转化率又降低且有甲烷生成。 ②温度压强CO和H2的体积分数之比 2.有机反应具有复杂性以及产物的多样性,因此在有机合成时,有时候需要考虑对某种官能团进行保护,有时候需要考虑取代基的位置。 Ⅰ.芳香烃取代反应中,环上的取代基对取代位置产生的影响即定位效应: (1)甲苯的氯化及硝化的产物比例情况如下: 邻位取代产物 间位取代产物 对位取代产物 在乙酸中,25℃下甲苯氯化反应 59.79% 0.48% 39.74% 在硝酸硫酸中甲苯硝化反应 63% 3% 34% 分析表中的数据,可得出的结论是。 (2)下表是不同的烷基苯的硝化反应中其邻、对位产物的情况: 产物 C6H5-CH3 C6H5-CH2CH3 C6H5-CH(CH3)2 C6H5-C(CH3)3 邻位产物 58.45% 45.0% 30.0% 15.8% 对位产物 37.15% 48.5% 62.3% 72.7% 试分析在AlCl3催化条件下C6H5-CH3与Cl-C(CH3)3反应的主要产物的结构式为, 理由是。 Ⅱ.醇氧化成醛的反应是药物、香料合成中的重要反应之一。 并且醛与饱和NaHSO3溶液可以发生以下反应: ;利用该反应可以分离醛和酮的混合物。 (3)在药物、香料合成中常利用醛和醇反应生成缩醛来保护醛基,此类反应在酸催化下进行。 例如: ①在以上醛基保护反应中要保证反应的顺利进行,可采取的措施有 (写出2条)。 ②已知具有五元环和六元环结构的缩醛比较稳定。 写出用乙二醇(HOCH2CH2OH)保护苯甲醛中醛基的反应方程式。 (4)请写出能使醛与NaHSO3反应生成的沉淀重新溶解的试剂的化学式: (写出2种属于不同类别的物质)。 答案: (1)在甲苯环上的H被取代时,在甲基邻位与对位的H原子容易被取代,而间位的H原子难以被取代。 (2) ;由不同烷基苯的硝化情况可以知道,烷基体积越大,邻位产物比例越低,所以甲苯进行烷基化时,烷基的体积越大,对位产物的比例越高。 (3)①除去反应中生成的水;反应物(CH3CH2OH)过量。 ② (4)HCl、NaOH、Na2CO3、Na2CO3等 3.醋酸是重要的一元酸,在有机和无机反应中都有应用。 (1)在酯化反应的实验中,乙酸、乙醇的用量和平衡时乙酸乙酯的生成量如下表 反应 乙醇/kmol 乙酸/kmol 乙酸乙酯/kmol 1 2 2 1.33 2 3 2 1.57 3 4 2 X 4 5 2 1.76 ①该酯化反应的平衡常数K的表达式为: K= ②由表中数据推测,X的数值1.57(填大于,小于或等于)推断的依据为 ③假设乙醇的价格为500元/kmol,乙酸乙酯的价格为1600元/kmol,同反应2相比,反应3的经济效益(填: 增加或减少) (2)10mL0.10mol·L-1的稀醋酸中存在着平衡: CH3COOH CH3COO-+H+。 ①向稀醋酸中不断加水②向稀醋酸中慢慢滴加0.10mol·L-1的稀氢氧化钠溶液。 ①中醋酸电离度的变化图线已画出,请你在下【图一】中画出②过程中醋酸电离度的变化图线 1-H2C2O4 2-HC2O4- 3-C2O42- 【图一】 答案: (1)①K= ;②大于,在乙酸的物质的量相同条件下,增加乙醇的物质的量平衡向右移动,乙酸乙酯的物质的量增加,减少乙醇的物质的量平衡向左移动,乙酸乙酯的物质的量减少; ③减少 (2)如右图 4.草酸(H2C2O4)是一种二元弱酸,它在水溶液中的存在形式的分布与pH关系如下图所示: (1)欲采用草酸为沉淀剂测定钙离子(生成CaC2O4)沉淀)时,溶液的pH值应维持在(填字母) A.0~1B.1~3C.3~5D.≥5 (2)Na2C2O4溶液中, (填“>”、“<”或“=”=) (3)H2C2O4是用来标定KMnO4常用的基准物质,一般开始滴定时,控制溶液的c(H+)大约为0.5~1mol/L,该滴定反应的离子方程式为 (4)用H2C2O4标定KMnO4时,应将溶液加热至75~85℃,不在此温度范围时不利于滴定分析,理由是: (5)下表为物质的量浓度相同的几种酸对铁锈及锅炉水垢的溶解性的比较: 酸 铁锈[Fe
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