1、专项突破三 化学反应速率和 化学平衡图像分析,类型一 速率压强(或温度)图像,类型二 转化率(或百分含量)时间温度(或压强)图像,考法突破,类型三 恒温线(或恒压线)图像,类型四 浓度时间图像,1.解答化学平衡图像题的思路,考法突破,2.化学平衡图像题解题技巧 (1)先拐先平数值大:在含量(转化率)时间曲线中,先出现拐点的先达 到平衡,表示温度较高、有催化剂或压强较大等。 (2)定一议二:当图像中有三个量时,先确定一个量不变,再讨论另外两个 量的关系,有时还需要作辅助线。 (3)三步分析法:一看反应速率是增大还是减小;二看v正、v逆的相对大小; 三看化学平衡移动的方向。,典例1 可逆反应mA(
2、g) nB(g)+pC(s) H=Q,温度和压强的变化对正、逆反应速率的影响分别符合下图中的两个图像,以下叙述正确的是( C )A.mn,Q0 B.mn+p,Q0,C.mn,Q0 D.mn+p,Q0,类型一 速率压强(或温度)图像,解析 由图像可知,正反应速率与逆反应速率的交叉点为平衡状态;达 到平衡时,升高温度,v正、v逆都增大,且v逆v正,平衡向逆反应方向移动,逆 反应为吸热反应,故Hv逆,平衡向正反应方向移动,正反应为气体体积减小的反应,故mn, C正确。,(1) 上图表示正反应为气体分子数减小或吸热的反应,图中交点表示反应达 到平衡状态。,反思归纳,(2) 上图表示正反应为气体分子数增
3、大或放热的反应。,类型二 转化率(或百分含量)时间温度(或压强)图像 典例2 一定温度下,在三个容积均为2.0 L的恒容密闭容器中发生反应: 2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g)。各容器中起始物质的量浓度与反 应温度如下表所示,反应过程中甲、丙容器中CO2的物质的量随时间的 变化关系如图所示。,下列说法正确的是 ( B ) A.该反应的正反应为吸热反应 B.乙容器中反应达到平衡时,N2的转化 率小于40%,C.达到平衡时,乙容器中的压强一定大于 甲容器中压强的2倍 D.丙容器中反应达到平衡后,再充入0.10 mol NO和0.10 mol CO2,此时v正v逆,解析 A项,甲
4、、丙的投料相同,结合图像,可知温度T1T2(先拐先平),降 温,n(CO2)增加,说明平衡右移,降温使平衡向放热反应方向移动,推知正 反应为放热反应,故错误;B项,丙中(NO)= 100%=60%,若全 部从生成物一边投料,即开始时投入N2 0.05 molL-1,CO2 0.10 molL-1,则 (N2)=1-60%=40%,而乙中N2为0.10 molL-1,CO2为0.20 molL-1,相当于“加 压”,平衡右移,(N2)减小,使得(N2)乙40%,正确;C项,乙对丙而言,相当 于“加压”,平衡右移,故p乙2p丙,再将甲、丙联系起来,因为甲中温度,高,故p甲p丙,所以p乙v逆, 错误
5、。,反思归纳 转化率时间温度(压强)图像归类上图中A表示某气态反应物。 解答这类图像题时应注意以下两点:,(1)“先拐先平,数值大”原则 分析反应由开始(起始物质相同时)达到平衡所用时间的长短可推知反 应条件的变化。 若为温度变化引起,温度较高时,反应达平衡所需时间短。如甲中T2T1。 若为压强变化引起,压强较大时,反应达平衡所需时间短。如乙中p1p2。 若为是否使用催化剂,使用适宜催化剂时,反应达平衡所需时间短。 如丙中a使用了催化剂。,(2)正确掌握图像中反应规律的判断方法 图甲中,T2T1,升高温度,A降低,平衡逆向移动,正反应为放热反应。 图乙中,p1p2,增大压强,A升高,平衡正向移
6、动,则正反应为气体体积减 小的反应。 若纵坐标表示A的百分含量,则甲中正反应为吸热反应,乙中正反应为 气体体积增大的反应。,类型三 恒温线(或恒压线)图像 典例3 一定条件下,CH4与H2O(g)发生反应:CH4(g)+H2O(g) CO(g)+ 3H2(g)。设起始 =Z,在恒压下,平衡时CH4的体积分数(CH4)与Z 和T(温度)的关系如图所示。下列说法正确的是 ( A ),A.该反应的焓变H0 B.图中Z的大小为a3b C.图中X点对应的平衡混合物中 =3 D.温度不变时,图中X点对应的平衡在加压后(CH4)减小,解析 A项,根据图像可知,温度升高,(CH4)减小,说明平衡右移,则正反
7、应是吸热反应,该反应的焓变H0,故正确;B项,温度一定时,Z增大,平衡 右移,(CH4)减小,则a3,故错误;D 项,加压后X点对应的平衡左移,(CH4)增大,故错误。,反思归纳 恒温(压)线特点及解题技巧 1.特点:该类图像的纵坐标为反应物的转化率()或物质的平衡浓度(c), 横坐标为温度(T)或压强(p),常见类型有(如下图所示):,2.解题技巧:采用“定一议二”法,即把自变量(温度、压强)之一设为恒 量,讨论另外两个量的关系。,典例4 汽车尾气中NO产生的反应为: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
8、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 反应条件改变时N2的浓度随时间的变化。下列叙述正确的是 ( A ),类型四 浓度时间图像,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H0,解析 N2(g)+O2(g) 2NO(g) 始(molL-1): c0 c0 0 转(molL-1): c0-c1 c0 -c1 2(c0-c1) 平(molL-1): c1 c1 2(c0-c1) 故温度T下,K= ,A项正确;对于反应物、生成物均为气体的反
9、应 来说,恒容条件下,密度是定值,B项不正确;催化剂只影响反应速率,不影 响平衡状态,C项不正确;若曲线b对应的条件改变是温度,则a到b应是升 温,升高温度c(N2)变小,说明平衡正向移动,该反应的H0,D项不正确。,1.一定温度下,密闭容器中进行反应:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) H 0。测得v正(SO2)随反应时间(t)的变化如图所示。下列有关说法正确的 是 ( D ) A.t2时改变的条件是:只加入一定量的SO2,B.在t1时平衡常数K1大于t3时平衡常数K3 C.t1时平衡混合气的 大于t3时平衡混合气的 D.t1时平衡混合气中SO3的体积分数等于t3时平 衡混合气中SO
10、3的体积分数,解析 t2时,v正(SO2)突然增大,且达到平衡后速率恢复至原来的速率, 如果只加入一定量的SO2,达到新的平衡后,速率应大于原来的速率,A错 误;t1、t3时刻的两个平衡状态相同,平衡常数相等,各物质的百分含量相 同,平均摩尔质量相同,故B、C错误,D正确。,2.在1 L密闭容器中放入0.1 mol X,在一定温度下发生反应:X(g) Y (g)+Z(g) H0,容器内气体总压强p随反应时间t的变化关系如图所 示。下列说法错误的是 ( D ) A.升高温度,Y的平衡浓度减小,B.t2时X的转化率为80% C.从反应开始到t1时的平均反应速率v(X)= molL-1min-1 D
11、.若X的初始投入量为0.2 mol,则平衡时容器内总压强为1.8106 Pa,解析 A项,升高温度,平衡向逆反应方向移动,Y的平衡浓度减小,正 确;B项,设t2时反应的X的物质的量为m mol,则:X(g) Y(g)+Z(g) 起始量(mol) 0.1 0 0 转化量(mol) m m m t2时量(mol) 0.1-m m m 在恒容容器中,气体的压强之比等于其物质的量之比,有 =,解得m=0.08,所以t2时X的转化率为 100%=80%,正确;C项,设从 反应开始到t1时反应的X的物质的量为x mol,则:X(g) Y(g)+Z(g) 起始量(mol) 0.1 0 0 转化量(mol)
12、x x x t1时量(mol) 0.1-x x x 有 = ,解得x=0.04,所以v(X) = molL-1min-1= molL -1,min-1,正确;D项,恒容容器中,若充入0.2 mol X,相当于在原平衡的基础 上增大压强,平衡逆向移动,平衡时气体的体积小于原平衡的2倍,则平衡 时容器内的总压强小于1.8106 Pa,错误。,3.已知:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) H=-92 kJmol-1,下图表示L一定时, H2的平衡转化率()随X的变化关系,L(L1、L2)、X分别代表压强或温度 中的一种。下列说法中,不正确的是 ( D ),A.X表示温度 B.L2L1 C.反应
13、速率:v(M)v(N) D.平衡常数:K(M)K(N),解析 A项,升高温度,平衡逆向移动,H2的平衡转化率()减小,故X表 示温度;B项,相同温度时,压强越大,H2的平衡转化率()越大,故L2L1;C 项,压强越大,反应速率越快,故v(M)v(N);D项,温度相同,平衡常数相 同。,4.CH4超干重整CO2技术可得到富含CO的气体,用于生产多种化工产 品。该技术中的化学反应为:CH4(g)+3CO2(g) 2H2O(g)+4CO(g) H=+330 kJ/mol。 下图表示初始投料比n(CH4)n(CO2)为13或14时,CH4的转化率在 不同温度(T1、T2)下与压强的关系。(注:投料比用a1、a2表示),(1)a2= 。 (2)判断T1与T2的大小关系,并说明理由: 。,答案 (1)14 (2)T2T1;正反应为吸热反应,温度升高,甲烷的转化率 增大,解析 (1)相同条件下,投料比越小,甲烷的转化率越大,故a2=14。 (2)因正反应为吸热反应,温度升高,甲烷的转化率增大,故T2T1。 专题八 溶液中的离子反应,
