專題講座七

用數(shù)形結(jié)合的思想探究化學(xué)

平衡圖像一、傳統(tǒng)圖像的分類突破1.圖像類型(1)濃度—時間如A(g)＋B(g)AB(g)(2)含量—時間—溫度(壓強)(C%指產(chǎn)物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，B%指某反應(yīng)物的質(zhì)量分?jǐn)?shù))答案(3)恒壓(或恒溫)線(c表示反應(yīng)物的平衡濃度，α表示反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率)圖①，若p1>p2>p3，則正反應(yīng)為氣體體積

的反應(yīng)，ΔH

0；圖②，若T1>T2，則正反應(yīng)為

反應(yīng)。減小<放熱(4)幾種特殊圖像①對于化學(xué)反應(yīng)mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，M點前，表示從反應(yīng)物開始，v正>v逆；M點為剛達(dá)到平衡點(如下圖)；M點后為平衡受溫度的影響情況，即升溫，A的百分含量增加或C的百分含量減少，平衡左移，故正反應(yīng)ΔH<0。②對于化學(xué)反應(yīng)mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，L線上所有的點都是平衡點(如下圖)。L線的左上方(E點)，A的百分含量大于此壓強時平衡體系的A的百分含量，所以，E點v正>v逆；則L線的右下方(F點)，v正<v逆。2.解題步驟3.解題技巧(1)先拐先平在含量(轉(zhuǎn)化率)—時間曲線中，先出現(xiàn)拐點的先達(dá)到平衡，說明該曲線反應(yīng)速率快，表示溫度較高、有催化劑、壓強較大等。(2)定一議二當(dāng)圖像中有三個量時，先確定一個量不變，再討論另外兩個量的關(guān)系，有時還需要作輔助線。(3)三步分析法一看反應(yīng)速率是增大還是減?。欢磛正、v逆的相對大?。蝗椿瘜W(xué)平衡移動的方向。新型圖像往往根據(jù)實際工業(yè)生產(chǎn)，結(jié)合圖像，分析投料比、轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)率的變化。此類題目信息量較大，能充分考查學(xué)生讀圖、提取信息、解決問題的能力，在新課標(biāo)高考中受到命題者的青睞。1.轉(zhuǎn)化率—投料比—溫度圖像二、新型圖像的探究應(yīng)用此反應(yīng)為__________(填“放熱”或“吸熱”)；若溫度不變，提高投料比[n(H2)/n(CO2)]，則K將________(填“增大”、“減小”或“不變”)。例1將燃煤廢氣中的CO2轉(zhuǎn)化為甲醚的反應(yīng)原理為2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g)已知在壓強為aMPa下，該反應(yīng)在不同溫度、不同投料比時，CO2的轉(zhuǎn)化率見下圖：解析答案解析當(dāng)投料比一定時，溫度越高，CO2的轉(zhuǎn)化率越低，所以升溫，平衡左移，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，不隨投料比的變化而變化。答案放熱不變2.根據(jù)圖像判斷投料比例2采用一種新型的催化劑(主要成分是Cu－Mn合金)，利用CO和H2制備二甲醚(DME)。主反應(yīng)：2CO(g)＋4H2(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)副反應(yīng)：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)測得反應(yīng)體系中各物質(zhì)的產(chǎn)率或轉(zhuǎn)化率與催化劑的關(guān)系如圖所示。則催化劑中n(Mn)/n(Cu)約為________時最有利于二甲醚的合成。解析答案解析由圖可知當(dāng)催化劑中n(Mn)/n(Cu)約為2.0時，CO的轉(zhuǎn)化率最大，生成的二甲醚最多。答案2.03.廢物回收及污染處理圖像例3

(1)一定條件下，用Fe2O3、NiO或Cr2O3作催化劑對燃煤煙氣回收。反應(yīng)為①其他條件相同、催化劑不同，SO2的轉(zhuǎn)化率隨反應(yīng)溫度的變化如圖1，F(xiàn)e2O3和NiO作催化劑均能使SO2的轉(zhuǎn)化率達(dá)到最高，不考慮催化劑價格因素，選擇Fe2O3的主要優(yōu)點是：__________________________________________

。Fe2O3作催化劑時，在相對較低溫度可獲得較高的SO2轉(zhuǎn)化率，從而節(jié)約能源答案答案②某科研小組用Fe2O3作催化劑。在380℃時，分別研究了[n(CO)∶n(SO2)]為1∶1、3∶1時SO2轉(zhuǎn)化率的變化情況(圖2)。則圖2中表示n(CO)∶n(SO2)＝3∶1的變化曲線為____。a(2)目前，科學(xué)家正在研究一種以乙烯作為還原劑的脫硝(NO)原理，其脫硝機理示意圖如下圖1，脫硝率與溫度、負(fù)載率(分子篩中催化劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù))的關(guān)系如圖2所示。答案①寫出該脫硝原理總反應(yīng)的化學(xué)方程式：______________________

。②為達(dá)到最佳脫硝效果，應(yīng)采取的條件是_________________。350℃、負(fù)載率3%答案若不使用CO，溫度超過775K，發(fā)現(xiàn)NO的分解率降低，其可能的原因是____________________________________________；在n(NO)/n(CO)＝1的條件下，應(yīng)控制的最佳溫度在________左右。NO分解反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度不利于反應(yīng)進行870K(3)汽車使用乙醇汽油并不能減少NOx的排放，這使NOx的有效消除成為環(huán)保領(lǐng)域的重要課題。某研究小組在實驗室以Ag－ZSM－5為催化劑，測得NO轉(zhuǎn)化為N2的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化情況如圖所示。123456789101112題組一濃度—時間圖像1.已知NO2和N2O4可以相互轉(zhuǎn)化：2NO2(g)N2O4(g)(正反應(yīng)為放熱反應(yīng))。現(xiàn)將一定量NO2和N2O4的混合氣體通入體積為1L的恒溫密閉容器中，反應(yīng)物濃度隨時間變化關(guān)系如圖所示，回答下列問題：解析答案123456789101112(1)圖中共有兩條曲線X和Y，其中曲線______表示NO2濃度隨時間的變化；a、b、c、d四個點中，表示化學(xué)反應(yīng)處于平衡狀態(tài)的點是________。解析曲線X在0～10min達(dá)到平衡時濃度變化了0.4mol·L－1，而曲線Y在0～10min達(dá)到平衡時變化了0.2mol·L－1，所以可得X曲線為NO2的濃度變化曲線；達(dá)到平衡時濃度不再隨時間而發(fā)生變化，所以b、d點均表示反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)。X

bd解析答案123456789101112(2)前10min內(nèi)用NO2表示的化學(xué)反應(yīng)速率v(NO2)＝__________mol·L－1·min－1；反應(yīng)進行至25min時，曲線發(fā)生變化的原因是__________________________________________。解析NO2在0～10min達(dá)到平衡時濃度變化了0.4mol·L－1，所以用NO2表示的反應(yīng)速率為0.04mol·L－1·min－1；而在25min時，NO2的濃度由0.6mol·L－1突變?yōu)?.0mol·L－1，而N2O4的濃度在25min時沒有發(fā)生改變，所以可得此時改變的條件是向容器中加入了0.4molNO2。加入了0.4molNO2(或加入了NO2)0.04解析答案123456789101112(3)若要達(dá)到與最后相同的化學(xué)平衡狀態(tài)，在25min時還可以采取的措施是________。A.加入催化劑 B.縮小容器體積C.升高溫度 D.加入一定量的N2O4解析加入NO2后平衡正向移動，所以若要達(dá)到與最后相同的化學(xué)平衡狀態(tài)，還可通過增大壓強(縮小容器體積)，使平衡也同樣正向移動；或者采取降低溫度的方法，使平衡正向移動；也可以向容器中充入一定量N2O4，因為這樣相當(dāng)于增大容器中氣體的壓強，使得NO2的轉(zhuǎn)化率提高，即達(dá)到與最后的平衡相同的平衡狀態(tài)。BD解析答案123456789101112題組二含量(轉(zhuǎn)化率)—時間—溫度(壓強)圖像2.密閉容器中進行的可逆反應(yīng)：aA(g)＋bB(g)cC(g)在不同溫度(T1和T2)及壓強(p1和p2)下，混合氣體中B的質(zhì)量分?jǐn)?shù)w(B)與反應(yīng)時間(t)的關(guān)系如圖所示。下列判斷正確的是(

)A.T1<T2，p1<p2，a＋b>c，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)B.T1>T2，p1<p2，a＋b<c，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)C.T1<T2，p1>p2，a＋b<c，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)D.T1>T2，p1>p2，a＋b>c，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)123456789101112解析當(dāng)圖像中有三個變量時，先確定一個量不變，再討論另外兩個量的關(guān)系，這叫做“定一議二”。解答該題要綜合運用“定一議二”和“先拐先平”的原則。由(T1，p1)和(T1，p2)兩條曲線可以看出：①溫度相同(T1)，但壓強為p2時達(dá)到平衡所需的時間短，即反應(yīng)速率大，所以p2>p1；②壓強較大(即壓強為p2)時對應(yīng)的w(B)較大，說明增大壓強平衡逆向移動，則a＋b<c。由(T1，p2)和(T2、p2)兩條曲線可以看出：①壓強相同(p2)，但溫度為T1時達(dá)到平衡所需的時間短，即反應(yīng)速率大，所以T1>T2；②溫度較高(即溫度為T1)時對應(yīng)的w(B)較小，說明升高溫度平衡正向移動，故正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)。答案B解析答案123456789101112題組三恒溫線(或恒壓線)圖像3.有一化學(xué)平衡mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，如圖表示的是A的轉(zhuǎn)化率與壓強、溫度的關(guān)系。下列敘述正確的是(

)A.正反應(yīng)是放熱反應(yīng)；m＋n>p＋qB.正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)；m＋n<p＋qC.正反應(yīng)是放熱反應(yīng)；m＋n<p＋qD.正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)；m＋n>p＋q13456789101112解析圖像中有三個量，應(yīng)定一個量來分別討論另外兩個量之間的關(guān)系。定壓強，討論T與A的轉(zhuǎn)化率的關(guān)系：同一壓強下，溫度越高，A的轉(zhuǎn)化率越高，說明正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)；定溫度，討論壓強與A的轉(zhuǎn)化率的關(guān)系：同一溫度下，壓強越大，A的轉(zhuǎn)化率越高，說明正反應(yīng)是氣體體積縮小的反應(yīng)，即m＋n>p＋q。答案D213456789101112題組四速率、平衡綜合圖像4.下面是某化學(xué)研究小組探究外界條件對化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡影響的圖像，其中圖像和實驗結(jié)論表達(dá)均正確的是(

)2123456789101112A.①是其他條件一定時，反應(yīng)速率隨溫度變化的圖像，正反應(yīng)ΔH<0B.②是在平衡體系的溶液中溶入少量KCl晶體后化學(xué)反應(yīng)速率隨時間

變化的圖像C.③是在有無催化劑存在下建立的平衡過程圖像，a是使用催化劑時

的曲線D.④是一定條件下，向含有一定量A的容器中逐漸加入B時的圖像，

壓強p1>p2解析答案123456789101112解析根據(jù)圖像①，升高溫度，平衡正向移動，正反應(yīng)ΔH>0，A錯；②反應(yīng)實質(zhì)是Fe3＋＋3SCN－Fe(SCN)3，K＋和Cl－不參加化學(xué)反應(yīng)，KCl濃度增大不影響化學(xué)平衡，B錯；③使用催化劑，反應(yīng)速率加快，先達(dá)到平衡，C正確；④此反應(yīng)為反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量不變的化學(xué)反應(yīng)，改變壓強不影響平衡狀態(tài)，即不影響A的轉(zhuǎn)化率，且由于不斷加入B，A的轉(zhuǎn)化率增大，D錯。答案C134567891011125.某密閉容器中充入等物質(zhì)的量的A和B，一定溫度下發(fā)生反應(yīng)A(g)＋xB(g)2C(g)，達(dá)到平衡后，在不同的時間段，分別改變影響反應(yīng)的一個條件，測得容器中物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度、反應(yīng)速率分別隨時間的變化如下圖所示：2解析答案13456789101112下列說法中正確的是(

)A.30～40min間該反應(yīng)使用了催化劑B.反應(yīng)方程式中的x＝1，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)C.30min時降低溫度，40min時升高溫度D.8min前A的反應(yīng)速率為0.08mol·L－1·min－1213456789101112解析A項，若使用催化劑，則化學(xué)反應(yīng)速率加快，A不正確；由物質(zhì)的量濃度—時間圖像可知，A、B的濃度變化相同，故A、B的計量數(shù)相同，都為1，由反應(yīng)速率—時間圖像可知，30min時改變的條件為減壓，40min時改變的條件為升溫，且升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；8min前A的反應(yīng)速率為(2.0mol·L－1－1.36mol·L－1)/8min＝0.08mol·L－1·min－1。答案D213456789101112題組五表格圖像組合6.在20L的密閉容器中按物質(zhì)的量之比1∶2充入CO和H2，發(fā)生：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)

ΔH。測得CO的轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化及不同壓強下CO的變化、p2和195℃時n(H2)隨時間的變化結(jié)果如圖表所示。下列說法正確的是(

)2解析答案13456789101112A.0～3min，平均速率v(CH3OH)＝0.8mol·L－1·min－1B.p1＜p2，ΔH>0C.在p2及195℃時，該反應(yīng)的平衡常數(shù)為25D.在B點時，v正＞v逆213456789101112解析A項，0～3minΔn(H2)＝4mol，Δc(H2)＝4mol/20L＝0.2mol·L－1，v(H2)＝0.2mol·L－1/3min，則v(CH3OH)＝0.033mol·L－1·min－1，錯誤；B項，由任意一條曲線知，隨溫度升高，CO轉(zhuǎn)化率減小，故ΔH＜0，由于增大壓強時，平衡右移，故p1＜p2，錯誤；D項，從B到A點，CO轉(zhuǎn)化率需減小，故v正<v逆，錯誤。答案

C27.一定條件下存在反應(yīng)C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)：向甲、乙、丙三個恒容容器中加入一定量C和H2O，各容器中溫度、反應(yīng)物的起始量如下表，反應(yīng)過程中CO的物質(zhì)的量濃度隨時間變化如圖所示。下列說法正確的是(

)13456789101112容器甲乙丙容積0.5L0.5LV溫度T1

℃T2

℃T1

℃起始量2molC1molH2O1molCO1molH24molC2molH2O2解析答案13456789101112A.甲容器中，反應(yīng)在前15min的平均速率v(H2)＝0.1mol·L－1·min－1B.丙容器的體積V＞0.5LC.當(dāng)溫度為T1

℃時，反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝2.25mol·L－1D.乙容器中，若平衡時n(H2O)＝0.4mol，則T1<T2213456789101112解析A項，甲容器中，反應(yīng)在前15min的平均速率v(CO)＝1.5mol·L－1÷15min＝0.1mol·L－1·min－1，由于v(CO)＝v(H2)，所以v(H2)＝0.1mol·L－1·min－1，正確；B項，對于丙來說，反應(yīng)溫度與甲相同，開始加入的物質(zhì)的物質(zhì)的量是甲的2倍，達(dá)到平衡時各種物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度也是甲的2倍，說明增大物質(zhì)的濃度平衡沒有發(fā)生移動。由于該反應(yīng)是反應(yīng)前后氣體體積不等的反應(yīng)，說明丙容器的體積V＝0.5L，錯誤；213456789101112答案A2解析答案13456789101112題組六其他類圖像A.反應(yīng)速率：vM>vPB.平衡常數(shù)：KN<KPC.M、N兩點相比，M點的[I－]大D.Q點時，v正>v逆213456789101112解析A項，溫度越高，反應(yīng)速率越大，vM<vP；答案DC項，M、N兩點相比，M點溫度低于N點溫度，升溫，平衡左移，所以M點的[I－]小。2答案134567891011129.在容積相同的密閉容器內(nèi)，分別充入同量的N2和H2，在不同溫度下，發(fā)生反應(yīng)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，并分別在t秒時測定其中NH3的體積分?jǐn)?shù)，如下圖：(1)A、B、C、D、E五點中，尚未達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的點是______。AB2答案13456789101112(2)此可逆反應(yīng)的正反應(yīng)是______反應(yīng)(填“放熱”或“吸熱”)。(3)AC段的曲線是增函數(shù)，CE段曲線是減函數(shù)，試從反應(yīng)速率和平衡角度說明理由：____________________________________________

。放熱AC段：反應(yīng)開始v正>v逆，反應(yīng)向右進行生成NH3；CE段：已達(dá)平衡，升溫使平衡左移，NH3的體積分?jǐn)?shù)變小213456789101112題組七新型圖像10.煤氣化的一種方法是在氣化爐中給煤炭加氫，發(fā)生的主要反應(yīng)為C(s)＋2H2(g)CH4(g)。在VL的容器中投入amol碳(足量)，同時通入2amolH2，控制條件使其發(fā)生上述反應(yīng)，實驗測得碳的平衡轉(zhuǎn)化率隨壓強及溫度的變化關(guān)系如圖所示。下列說法正確的是(

)A.上述正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)B.在4MPa、1200K時，圖中X點v(H2)正<v(H2)逆C.在5MPa、800K時，該反應(yīng)的平衡常數(shù)為mol－1·LD.工業(yè)上維持6MPa、1000K而不采用10MPa、1000K，主要是因為前者碳的轉(zhuǎn)化率高解析答案213456789101112解析A項，由圖觀察，溫度越高碳的平衡轉(zhuǎn)化率越大，平衡正向移動，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，正確；B項，X點是未平衡時，反應(yīng)正向進行，正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率，錯誤；C項，此時碳轉(zhuǎn)化率為50%

C(s)＋2H2(g)CH4(g)始量

a2a轉(zhuǎn)化量0.5a

a0.5a平衡量0.5a

a0.5a213456789101112D項，該選擇的原因是兩者轉(zhuǎn)化率相差不大，但壓強增大對設(shè)備要求高，能量需求大，錯誤。答案A2解析答案1345678910111211.一定條件下，