高考一轮复习第二十二课第5节：化学平衡图像学案

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第二十二课：化学反应限度及化学平衡第5节：化学平衡图像1．化学平衡图像的类型及特点(1)速率—时间图像(v－t图像)Ⅰ.正反应速率突变，逆反应速率渐变，v′正＞v′逆，说明是增大了反应物的浓度，使正反应速率突变，且平衡正向移动。Ⅱ.v正、v逆都是突然减小的，v′正＞v′逆，平衡正向移动，说明该反应的正反应可能是放热反应或气体总体积增大的反应，改变的条件是降低温度或减小压强。Ⅲ.v正、v逆都是突然增大的，并且v正、v逆增大程度相同，说明该化学平衡没有发生移动，可能是使用了催化剂，也可能是对反应前后气体总体积不发生变化的反应增大压强(压缩体积)所致。判断平衡移动方向，根据v′正、v′逆的相对大小；判断改变的哪种外界条件，根据改变条件的那一时刻v′正、v′逆的变化，若v′正或v′逆有一个在原平衡未变则为改变的浓度；若两个都发生了“突变”，则为改变的温度或压强；若两个都发生了“突变”且仍然相等，则为加入催化剂或等体反应改变压强。(2)百分含量(或转化率)—时间—温度(或压强)图像Ⅰ.T2＞T1，温度升高，平衡逆向移动，正反应是放热反应。Ⅱ.p2＞p1，压强增大，A(反应物)的转化率减小，说明正反应是气体总体积增大的反应。Ⅲ.生成物C的百分含量不变，说明平衡不发生移动，但反应速率a＞b，故a可能使用了催化剂；若该反应是反应前后气体总体积不变的可逆反应，a也可能是增大了压强(压缩体积)。 (1)“先拐先平数值大”。在化学平衡图像中，先出现拐点的反应则是先达到平衡，先出现拐点的曲线表示的温度较高(如图Ⅰ中T2＞T1)、压强较大(如图Ⅱ中p2＞p1)或使用了催化剂(如图Ⅲ中a使用了催化剂)。(2)正确掌握图像Ⅰ、Ⅱ中反应规律的判断方法①图Ⅰ中，T2＞T1，升高温度，生成物百分含量降低，平衡逆向移动，正反应为放热反应。②图Ⅱ中，p2＞p1，增大压强，反应物的转化率降低，平衡逆向移动。则正反应为气体体积增大的反应。③图Ⅲ说明了条件改变对化学平衡不产生影响，a可能是加入了催化剂，或该反应是反应前后气体体积不变的反应，a是增大压强。(3)百分含量(或转化率)—压强—温度图像如上图中确定压强为105 Pa或107 Pa，则生成物C的百分含量随温度T的升高而逐渐减小，说明正反应是放热反应；再确定温度T不变，做横坐标的垂线，与压强线出现两个交点，分析生成物C的百分含量随压强p的变化可以发现，压强增大，生成物C的百分含量增大，说明正反应是气体总体积减小的反应。  定一议二在化学平衡图像中，包括纵坐标、横坐标和曲线所表示的三个量。确定横坐标所表示的量，讨论纵坐标与曲线的关系，或者确定纵坐标所表示的量，讨论横坐标与曲线的关系，即“定一议二”。如上图中T1温度下，A→B压强增大，C%增大，平衡正向移动，则正反应是气体分子数减小的反应；105Pa时，A→C温度升高，C%减小，平衡逆向移动，则正反应是放热反应。(4)物质的量 (浓度)—时间图像[n(c)－t图像]在2 L密闭容器中，某一反应有关物质A(g)、B(g)、C(g)的物质的量变化如图所示。根据图像回答下列问题：①横坐标表示反应过程中时间变化，纵坐标表示反应过程中物质的物质的量的变化。②该反应的化学方程式是3A(g)＋B(g)2C(g)。③在反应达2 min时，正反应速率与逆反应速率之间的关系是相等。④若用A物质的量浓度的变化表示反应达平衡(2 min)时的正反应速率是0.15 mol·L－1·min－1。 各物质的n或c不随时间变化时达到平衡状态，据起始量和平衡量求出转化量，各物质的转化量之比等于化学计量数之比，可以得出方程式中的化学计量数。(5)特殊图像①对于反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)　ΔH＜0，M点前，表示化学反应从反应开始到建立平衡的过程，则v正＞v逆，M点为平衡点，M点后为平衡受温度的影响情况。②如图所示曲线是其他条件不变时，某反应物的平衡转化率与温度的关系曲线。图中标出的1、2、3、4四个点，表示v正＞v逆的是点3，表示v正＜v逆的是点1，而点2、4表示v正＝v逆。 ①中图像，由于某一条件对平衡的影响只能向一个方向移动，所以最高点(最低点)及以后为平衡状态受条件的影响情况，前面为未达到平衡的情况。②中图像曲线上的点全为对应条件下的平衡点。2．解题思维建模三、探究讨论1．如图是可逆反应A＋2B2C＋3D的化学反应速率与化学平衡随外界条件改变(先降温后加压)而变化的情况。由此可推断下列说法正确的是(　　)A．正反应是放热反应B．D可能是气体C．逆反应是放热反应D．A、B、C、D均为气体答案　A解析　降温后v′正＞v′逆，平衡向正反应方向移动，说明正反应放热；加压后v″正＞v″逆，平衡向正反应方向移动，说明正反应气体体积减小，则D不可能是气体。 2．已知某可逆反应mA(g)＋nB(g)pC(g)在密闭容器中进行，如图表示在不同反应时间t时，温度T和压强p与反应物B在混合气体中的体积分数[φ(B)]的关系曲线，由曲线分析，下列判断正确的是(　　)A．T1＜T2，p1＞p2，m＋n＞p，放热反应B．T1＞T2，p1＜p2，m＋n＞p，吸热反应C．T1＜T2，p1＞p2，m＋n＜p，放热反应D．T1＞T2，p1＜p2，m＋n＜p，吸热反应答案　D解析　由“先拐先平数值大”原则，对比①②可知T1＞T2，对比②③可知p2＞p1。对比①②，由T2升高到T1，φ(B)减小，说明升温平衡向正反应方向移动，所以正向为吸热反应；对比②③，由p1加压到p2，φ(B)增大，说明加压平衡向逆反应方向移动，所以逆向为缩体，即m＋n＜p。3．符合图1、图2的反应是(　　)A．X(g)＋3Y(g)3Z(g)　ΔH＞0B．X(g)＋3Y(g)2Z(g)　ΔH＜0C．X(g)＋2Y(g)3Z(g)　ΔH＜0D．X(g)＋3Y(g)4Z(g)　ΔH＜0答案　B四、好题精做1．反应mA(s)＋nB(g)eC(g)＋fD(g)，反应过程中，当其他条件不变时，C的百分含量(C%)与温度(T)和压强(p)的关系如图所示，下列叙述正确的是(　　)A．达到平衡后，加入催化剂，C%增大B．化学方程式中n＜e＋fC．达到平衡后，若升温，平衡向左移动D．达到平衡后，增加A的量有利于平衡向右移动答案　C解析　加入催化剂，正反应速率和逆反应速率同等程度地增大，平衡没有移动，所以C的百分含量没有改变，A项错误；从图像上可以看出，温度一定时C的百分含量随压强的增大而增大，即增大压强平衡向正反应方向移动，根据勒夏特列原理，正反应方向气体体积减小，即n＞e＋f，B项错误；由图像可知，当压强一定时，温度升高(200 ℃→300 ℃→400 ℃)，生成物C的百分含量减小，平衡向逆反应方向(即向左)移动，C项正确；A是固体，固体浓度视为常数，增加A的量平衡不发生移动，D项错误。2．下面的各图中，表示2A(g)＋B(g)2C(g)(正反应放热)这个可逆反应的正确图像为(　　)答案　A解析　随着温度的升高，化学平衡应向吸热反应方向即逆反应方向移动，所以生成物C的体积分数减小，反应物的含量增大、转化率减小，A正确、D错误；增大体系的压强，由于反应的两边都是气态物质，所以正反应和逆反应的速率都增大，B错误；加入催化剂，只能加快反应速率，缩短达到平衡的时间，不能使平衡移动，所以达到平衡后，各组分的浓度及体积分数应该不变，C错误。3.在密闭容器中进行反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)(正反应放热)，如图是某次实验的化学反应速率随时间变化的图像，推断在t1时刻突然改变的条件可能是(　　)A．催化剂失效   B．减小生成物的浓度C．降低体系温度   D．增大容器的体积答案　C解析　从图像可以看出：改变条件后，反应速率与原平衡速率出现断点且低于原平衡反应速率，说明改变的条件可能是降低温度或减压。从改变条件后的v′正与v′逆的大小关系，可得出化学平衡正向移动。降低温度，该平衡正向移动，必有v′正>v′逆，故选C。4．某密闭容器中充入等物质的量的A和B，一定温度下发生反应A(g)＋xB(g)2C(g)，达到平衡后，在不同的时间段内反应物的浓度随时间的变化如图甲所示，正逆反应速率随时间的变化如图乙所示，下列说法中正确的是(　　)A．30～40 min间该反应使用了催化剂B．化学方程式中的x＝1，正反应为吸热反应C．30 min时降低温度，40 min时升高温度D．8 min前A的平均反应速率为0.08 mol·L－1·min－1答案　D解析　A项，若使用催化剂，则化学反应速率加快，故错误；由甲图像可知，A、B的浓度变化相同，故A、B的化学计量数相同，都为1；由乙图像可知，30 min时改变的条件为减小压强，40 min时改变的条件为升高温度，且升高温度平衡向逆反应方向移动，则正反应为放热反应；8 min前A的平均反应速率为＝0.08 mol·L－1·min－1。5．(2019·长沙高二下学期期末)向绝热恒容密闭容器中通入SO2和NO2，一定条件下使反应SO2(g)＋NO2(g)SO3(g)＋NO(g)达到平衡，在此过程中正反应速率随时间变化的曲线如图所示。由图得出的结论正确的是(　　)A．反应在c点达到平衡状态B．反应物浓度：a点小于b点C．反应物的总能量低于生成物的总能量D．若Δt1＝Δt2，则SO2的转化量：a～b段小于b～c段答案　D解析　这是一个反应前后气体分子数不变的可逆反应，由于容器恒容，因此压强不影响反应速率，所以在本题中只考虑温度和浓度的影响。由图可以看出随着反应的进行正反应速率逐渐增大，而后逐渐减小，但只要开始反应，反应物浓度就要降低，正反应速率应该降低，而此时正反应速率却是升高的，这说明此时温度的影响是主要的。由于容器是绝热的，因此该反应只能是放热反应，从而导致容器内温度升高，正反应速率加快，当到达c点后正反应速率逐渐降低，说明此时反应物浓度的影响是主要的，因为反应物浓度越来越小，但反应不一定达到平衡状态，所以选项A、B、C均不正确；正反应速率越快，相同时间段内消耗的二氧化硫就越多，因此选项D正确。6．(2020·济南月考)已知X(g)和Y(g)可以相互转化：2X(g)Y(g)　ΔH<0。现将一定量X(g)和Y(g)的混合气体通入一体积为1 L的恒温密闭容器中，反应物及生成物的浓度随时间变化的关系如图所示。则下列说法不正确的是(　　)A．若混合气体的压强不变，则说明反应已达化学平衡状态B．a、b、c、d四个点表示的反应体系中，表示化学反应处于平衡状态的只有b点C．25～30 min内用X表示的平均化学反应速率是0.08 mol·L－1·min－1D．反应进行至25 min时，曲线发生变化的原因是增加Y的浓度答案　D解析　正反应是气体分子数减小的反应，所以当压强不再发生变化时，可以说明反应已经达到平衡状态，A项正确；根据图像可知，只有b点表示的反应体系中，各物质的浓度不再发生变化，所以只有b点表示反应处于平衡状态，B项正确；25～30 min内X的浓度变化量是0.4 mol·L－1，所以用X表示的平均化学反应速率是＝0.08 mol·L－1·min－1，C项正确；反应进行至25 min时，X物质的浓度突然增大，D项不正确。7．(2020·成都高二质检)已知反应X(g)＋Y(g)nZ(g)ΔH>0，将X和Y以一定比例混合通入密闭容器中进行反应，各物质的浓度随时间的改变如图所示。下列说法不正确的是(　　)A．反应方程式中n＝1B．10 min时，曲线发生变化的原因是升高温度C．10 min时，曲线发生变化的原因是增大压强D．前5 min内，用X表示的反应速率为v(X)＝0.08 mol·L－1·min－1答案　B解析　A项，根据图像可知，反应进行到5 min时，X、Y和Z的浓度不再变化，反应达到平衡状态，此时X的浓度减少了0.4 mol·L－1，Z的浓度增加了0.4 mol·L－1，根据浓度的变化量之比等于化学计量数之比可知，n＝1；B项，10 min时，X、Y、Z的浓度瞬间增大，因此改变的条件一定不是温度；D项，前5 min内，用X表示的反应速率为v(X)＝＝0.08 mol·L－1·min－1。8．可逆反应：aA(g)＋bB(s)cC(g)＋dD(g)，当其他条件不变时，反应过程中某物质在混合物中的百分含量与温度(T)、压强(p)的关系如图，下列判断正确的是(　　)A．T1<T2　ΔH>0   B．T1>T2　ΔH<0C．p1<p2　a＝c＋d   D．p1<p2　a＋b＝c＋d答案　C解析　先拐先平数值大，T1<T2、p1<p2；升高温度，C的百分含量减小，平衡逆向移动，ΔH<0；增大压强，A的百分含量不变，平衡不移动，a＝c＋d，故C正确。9．已知反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＜0，向某体积恒定的密闭容器中按体积比2∶1充入SO2和O2，在一定条件下发生反应。如图是某物理量(Y)随时间(t)变化的示意图(图中T表示温度)，Y可以是(　　)A．O2的体积分数   B．混合气体的密度C．密闭容器内的压强   D．SO2的转化率答案　D解析　由题图可知，温度T2达到平衡所用时间短，反应速率较快，所以温度T2＞T1，温度升高，Y表示的物理量降低，该反应的正反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，氧气的体积分数增大，A错误；升温平衡向逆反应方向移动，但混合气体的总质量不变，容器的体积不变，混合气体的密度不变，B错误；升温平衡向逆反应方向移动，混合气体的总的物质的量增大，容器的体积不变，容器的压强增大，C错误；升温平衡向逆反应方向移动，SO2的转化率降低，D正确。10.反应mX(g)nY(g)＋pZ(g)　ΔH，在不同温度下的平衡体系中，物质Y的体积分数随压强变化的曲线如图所示。下列说法错误的是(　　)A．该反应的ΔH＞0B．m＜n＋pC．B、C两点化学平衡常数：KB＞KCD．A、C两点的反应速率v(A)＜v(C)答案　C解析　由图可知温度升高，Y的体积分数增大，说明平衡正向移动，则正反应为吸热反应；增大压强，Y的体积分数减小，说明平衡逆向移动，则m＜n＋p；对吸热反应来说，温度升高，K增大，KB＜KC；A、C两点温度相同，C点压强大，则C点的速率大于A点。11.由某可逆反应绘出的图像如图所示，纵坐标为生成物在平衡混合物中的百分含量，下列对该反应的判断不正确的是(　　)A．反应物中可能含有气体B．生成物中一定有气体C．正反应一定是放热反应D．正反应一定是吸热反应答案　C解析　由图示可知，随着温度的升高，生成物的含量增加，即升高温度，平衡右移，所以正反应一定为吸热反应；压强增大，生成物的含量减小，说明平衡逆向移动，逆向为体积缩小方向，可以确定生成物中一定有气体。12．(2019·大连期末)乙醇是重要的有机化工原料，可由乙烯水化法生产，反应的化学方程式为：C2H4(g)＋H2O(g)C2H5OH(g)，下图为乙烯的平衡转化率与温度(T)、压强(p)的关系[起始n(C2H4)∶n(H2O)＝1∶1]。下列有关叙述正确的是(　　)A．Y对应的乙醇的物质的量分数为B．X、Y、Z对应的反应速率：v(X)>v(Y)>v(Z)C．X、Y、Z对应的平衡常数数值：KX<KY<KZD．增大压强、升高温度均可提高乙烯的平衡转化率答案　A解析　据图可知，Y点对应乙烯的平衡转化率为20%，起始n(C2H4)∶n(H2O)＝1∶1，设C2H4和H2O的起始物质的量均为1 mol，根据“三段式”计算：C2H4(g)＋H2O(g)C2H5OH(g)起始/mol                   1         1       0转化/mol                   0.2       0.2      0.2平衡/mol                   0.8       0.8      0.2则平衡时乙醇的物质的量分数为＝，故A正确；结合图像可得：p1<p2<p3，且X、Y、Z三点对应的温度越来越高，所以X、Y、Z对应的反应速率：v(X)<v(Y)<v(Z)，故B错误；据图可知，升高温度，乙烯的平衡转化率降低，说明该反应为放热反应，则升高温度，平衡常数减小，所以X、Y、Z对应的平衡常数数值：KX>KY>KZ，故C错误；因正反应是气体体积减小的反应，则压强越大，乙烯的平衡转化率越大，又因正反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，乙烯的平衡转化率降低，故D错误。