解答化学反应速率和平衡图像题的方法.pdf

1 解答化学反应速率和平衡图像题的方法 化学反应速率和化学平衡的图像类试题是一种特殊题型，其特点是： 图像是题目的主要组成 部分，把所要考查的化学知识寓于图中曲线上，具有简明、直观、形象的特点。该类试题以 选择题为主要题型，偶尔也会在非选择题中出现。因为图像是用二维坐标表示的，所以该类 试题包含的信息量比较大，随着高考的不断改革以及对学科能力要求的不断提高，这种数形 结合的试题将频频出现。常见的命题角度有： (1) 以物质的量 ( 或浓度 ) 随时间的变化图像为载体，考查化学反应速率的表示方法及其相关 计算； (2) 以反应过程速率随时间的变化图像为载体，考查反应速率的影响因素及相关分析； (3) 以物质的含量随时间的变化图像为载体，考查外界条件对化学平衡的影响以及平衡移动 过程中相关量的变化分析； (4) 以反应速率随温度、压强等的变化图像为载体，考查化学平衡移动的规律及化学反应方 向的判断。 一、速率压强( 或温度 ) 时间图像 此类图像定性揭示了v正、v逆随时间 ( 含条件改变对速率的影响) 变化的规律， 体现了平衡的 “动、 等、 定、 变”的基本特征， 以及平衡移动的方向等。以反应mA(g) nB(g)pC(g) qD(g) H0，且mnpq为例，各类条件改变图像如下： 下列各图是温度( 或压强 ) 对反应： 2A(s) 2B(g)2C(g) D(g) ( 正反应为吸 热反应 ) 的正、逆反应速率的影响，曲线交点表示建立平衡时的温度或压强，其中正确的是 ( ) 解析 无论是升高温度还是增大压强，v( 正) 、v( 逆) 均应增大。 B 项中v( 逆) 减小， D 项 中v( 正) 和v( 逆) 均减小， 故 B、D项均错误； 该反应的正反应是一个气体分子数增大的吸热 反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，则v( 正)v( 逆) ，A项错误；增加压强，平衡向 逆反应方向移动，则v( 逆)v( 正 ) ，C项正确。 答案 C 二、含量 (或转化率 ) 时间图像 常见的形式有如下图所示的几种(C% 指某生成物百分含量，B% 指某反应物百分含量) ，这种图 像的折点表示达到平衡的时间，曲线的斜率反映了反应速率的大小，可以确定T(p)的高、 低( 大、小 ) ，水平线高低对应平衡移动方向。 2 (2016· 山 西 汾 阳 模 拟 )T0 时 ， 在2 L 的 密 闭 容 器 中 发 生 反 应 ： X(g) Y(g)Z(g)( 未配平 ) ，各物质的物质的量随时间变化的关系如图a 所示。其他条件 相同，温度分别为T1、T2时发生反应，X的物质的量随时间变化的关系如图b 所示。 下列叙述正确的是( ) A该反应的正反应是吸热反应 BT0，从反应开始到平衡时：v(X) 0.083 mol ·L 1·min1 C图 a 中反应达到平衡时，Y的转化率为37.5% DT1时，若该反应的平衡常数K50，则T1T0 解析 根据“先拐先平，数值大”的原则可推知，T1T2，温度越高， X的物质的量越大， 则平衡向左移动，正反应放热，A不正确；v(X) (0.3 mol 0.05 mol)/(2 L×3 s) 0.041 7 mol ·L 1·min1，B 不正确； Y 的转化率为 (0.4 0.15)/0.4 ×100% 62.5%，C 不正确； 由图 a 可知 X、Y、Z 物质的量变化之比为112，则K0为 33.30 B压强p1p2p3p4 C1 100 该反应的平衡常数为64 D压强为p4时，在Y点：v( 正)ba B若T2T1，则正反应一定是放热反应 C达到平衡时A2的转化率大小为：bac D若T2T1，达到平衡时b、d点的反应速率为v(d)v(b) 解析 A项，在T2和n(A2) 不变时达到平衡，增加B 的量平衡向正反应方向移动，导致生 成物的物质的量增大，正确。B项，若T2T1，升高温度，生成物的体积分数增大，平衡向正 反应方向移动，所以正反应一定是吸热反应，错误。C项，当 A2的物质的量一定时，B2的物 质的量越大， A2的转化率越大，故达到平衡时A2的转化率大小为：cba，错误。 D 项，温 度越高反应速率越大，若T2T1，达到平衡时b、d点的反应速率为v(d)0，A错误； 600 K 时， Y点表示的甲醇平衡转化率偏高，反应逆向进行， v 正v逆， B 错误；从 Y点到 Z点，甲醇的平衡转化率相同，即平衡常数 K的值相同，故应 升高温度， C错误；t1 K 时，反应的甲醇的平衡转化率为0.9 ，平衡常数为K 0.9 ×0.9 0.1 8.1 ，D正确。 3用 CO合成甲醇 (CH3OH)的化学方程式为CO(g)2H2(g)CH3OH(g) HT2T3 B正反应速率：v(a)v(c) v(b)v(d) C平衡常数：K(a)K(c) K(b) K(d) 5 D平均摩尔质量：M(a)M(d) 解析：选C。A项，因为HT2T1，错误； B项， 由于T3T1，所以v(c)v(a) ，由于p(b)p(d) ，所以v(b)v(d) ，错误； C项，平衡常数只 受温度影响，由于HM(c) ，加压，平衡右移，M增大，M(b)M(d) ，错误。 4对于可逆反应：mA(g) nB(g)pC(g) qD(g) ，(m、n、p、q均为化学计量数) ， 根据图示曲线回答： (1) 正反应是 _( 填“吸热”或“放热” ) 反应。 (2)mn_pq( 填“”“”或“”) 。 (3) 若将纵坐标A的转化率换成A在平衡混合物中的质量分数，则逆反应是 _( 填“吸 热”或“放热” ) 反应，mn_pq( 填“”“”或“”) 。 解析： (1) 由图知，用“定一议二”的原则，看等压线，温度越高，A 的转化率越大，说明 平衡向正反应方向移动，运用温度对化学平衡移动的影响规律，升高温度， 平衡向吸热反应 方向移动，可知该反应的正反应是吸热反应。(2) 看等温线，压强越大，A 的转化率越大， 说明平衡向正反应方向移动，运用压强对化学平衡移动的影响规律，增大压强， 平衡向体积 减小的方向移动，可知该反应的正反应是体积减小的反应，即mnpq。(3) 若将纵坐标 A的转化率换成A在平衡混合物中的质量分数，则与前者相反。 答案： (1) 吸热(2) (3) 吸热 5高炉炼铁是冶铁的主要方法，发生的主要反应为 Fe2O3(s) 3CO(g)2Fe(s) 3CO2(g) HakJ·mol 1。 (1) 已知： Fe2O3(s) 3C(石墨， s)=2Fe(s) 3CO(g) H1489.0 kJ ·mol 1 C(石墨， s) CO2(g)=2CO(g) H2 172.5 k J·mol 1，则 a _。 (2)冶炼铁的反应的平衡常数表达式为K _ ， 温度升高后，K值_( 填“增大”“不变”或“减小”) 。 (3) 在T时，该反应的平衡常数K64，在 2 L 恒容密闭容器甲和乙中，分别按下表所示 加入物质，反应经过一段时间后达到平衡。 Fe2O3CO Fe CO2 甲/mol 1.0 1.0 1.0 1.0 乙/mol 1.0 2.0 1.0 1.0 甲容器中CO的平衡转化率为_。 下列说法正确的是_( 填字母 ) 。 a若容器内气体密度恒定，表示反应达到平衡状态 b甲容器中CO的平衡转化率大于乙容器中的 c甲、乙容器中，CO的平衡浓度之比为23 d增加 Fe2O3的量可以提高CO的转化率 解析：(1) 根据盖斯定律， 由×3得 Fe2O3(s) 3CO(g)2Fe(s) 3CO2(g) H (489.0 172.5×3)kJ ·mol 128.5 kJ ·mol1，故 a 28.5 。 (2) 固体物质不能写入平衡常数表达式中，故K c 3 2 c 3。由于该反应是放热反应，升高 温度平衡逆向移动，平衡常数将减小。 (3) 设平衡时，反应用去x mol CO ，则平衡时CO 、CO2的物质的量分别为(1 x) mol 、(1 x) mol。因化学方程式中两气体物质的化学计量数相等，所以可将物质的量直接代入平衡 6 常数表达式中，得 x 3 x 3 64，解得x0.6 ，即 CO的平衡转化率为60% ，平衡时CO的 浓度为 0.2 mol·L 1。由于该反应有固体参加和生成，故只要平衡发生移动，气体的质量 就会发生变化， 密度也就改变， 所以当气体密度恒定时，反应一定达到平衡状态，a 项正确； 模仿上题的方法，可求得乙容器中平衡时CO的转 化率为 70% ，浓度为0.3 mol·L 1，故 b 项错误、 c 项正确。 Fe 2O3是固体，增加它的量对平 衡无影响，故d 项错误。 答案： (1) 28.5 (2) c 3 2 c 3减小 (3) 60%ac