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專題講座(三)
分類突破化學(xué)反應(yīng)速率與平衡圖像
1．解題思路
2．解題步驟
類型1 速率—壓強(或溫度)圖像
曲線的意義是外界條件(如溫度、壓強等)對正、逆反應(yīng)速率影響的變化趨勢及變化幅度。圖中交點是平衡狀態(tài)，壓強增大，正反應(yīng)速率增大得快，平衡正向移動。
[對點訓(xùn)練]
1．下列各圖是溫度(或壓強)對反應(yīng)：2A(s)＋2B(g)2C(g)＋D(g)(正反應(yīng)為吸熱反應(yīng))的正、逆反應(yīng)速率的影響，曲線交點表示建立平衡時的溫度或壓強，其中正確的是 ( )
C [根據(jù)化學(xué)反應(yīng)特點，升溫平衡向正向移動，但v正、v逆均增大，加壓，平衡向逆向移動，v逆>v正。]
類型2 轉(zhuǎn)化率(或百分含量)—時間—溫度(或壓強)圖像
已知不同溫度或壓強下，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率α(或百分含量)與時間的關(guān)系曲線，推斷溫度的高低及反應(yīng)的熱效應(yīng)或壓強的大小及氣體物質(zhì)間的化學(xué)計量數(shù)的關(guān)系。[以A(g)＋B(g)C(g)中反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率αA為例說明]
解答這類圖像題時應(yīng)注意以下兩點：
(1)“先拐先平，數(shù)值大”原則
分析反應(yīng)由開始(起始物質(zhì)相同時)達到平衡所用時間的長短可推知反應(yīng)條件的變化。
①若為溫度變化引起，溫度較高時，反應(yīng)達平衡所需時間短。如甲中T2>T1。
②若為壓強變化引起，壓強較大時，反應(yīng)達平衡所需時間短。如乙中p1>p2。
③若為是否使用催化劑，使用適宜催化劑時，反應(yīng)達平衡所需時間短。如圖丙中a使用催化劑。
(2)正確掌握圖像中反應(yīng)規(guī)律的判斷方法
①圖甲中，T2>T1，升高溫度，αA降低，平衡逆向移動，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。
②圖乙中，p1>p2，增大壓強，αA升高，平衡正向移動，則正反應(yīng)為氣體體積縮小的反應(yīng)。
③若縱坐標(biāo)表示A的百分含量，則甲中正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，乙中正反應(yīng)為氣體體積增大的反應(yīng)。
[對點訓(xùn)練]
2．一定條件下，下列反應(yīng)中水蒸氣含量隨反應(yīng)時間的變化趨勢符合下圖的是( )
溫度(T)的影響 壓強(p)的影響
A．CO2(g)＋2NH3(g)CO(NH2)2(s)＋H2O(g)；ΔH<0
B．CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)；ΔH>0
C．CH3CH2OH(g)CH2===CH2(g)＋H2O(g)；ΔH>0
D．2C6H5CH2CH3(g)＋O2(g)2C6H5CH===CH2(g)＋2H2O(g)；ΔH<0
A [本題考查化學(xué)平衡知識，通過分析圖像確定可能對應(yīng)的反應(yīng)。觀察圖像可知，達到平衡用的時間短反應(yīng)速率快，T2>T1、p1>p2。升高溫度水蒸氣的百分含量降低，說明平衡逆向移動，反應(yīng)放熱，ΔH<0；增大壓強水蒸氣的百分含量增大，說明平衡正向移動，正反應(yīng)氣體分子數(shù)減少，綜合分析A選項中反應(yīng)符合要求。]
3．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)量分數(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
c，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)
B．T1>T2，p1p2，a＋bT2，p1>p2，a＋b>c，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)
B [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＋bT2；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)。]
4. 在恒容密閉容器中通入X并發(fā)生反應(yīng)：2X(g)Y(g)，溫度T1、T2下X的物質(zhì)的量濃度c(X)隨時間t變化的曲線如圖所示，下列敘述正確的是( )
A．該反應(yīng)進行到M點放出的熱量大于進行到W點放出的熱量
B．T2下，在0～t1時間內(nèi)，v(Y)＝ molL－1min－1
C．M點的正反應(yīng)速率v正大于N點的逆反應(yīng)速率v逆
D．M點時再加入一定量X，平衡后X的轉(zhuǎn)化率減小
C [根據(jù)圖像給出的在不同溫度下達到平衡所需要的時間可得出：T1>T2，再根據(jù)不同溫度下達到平衡時c(X)的大小可推出此反應(yīng)為放熱反應(yīng)。M點X的轉(zhuǎn)化率小于W點X的轉(zhuǎn)化率，因此反應(yīng)進行到M點放出的熱量小于進行到W點放出的熱量，選項A不正確。T2下，在0～t1時間內(nèi)，v(X)＝ molL－1min－1，v(Y)＝v(X)＝ molL－1min－1，選項B不正確。M點時在恒容條件下再加入一定量X，相當(dāng)于增大壓強，平衡正向移動，平衡后X的轉(zhuǎn)化率增大，選項D不正確。在T1和T2溫度時，當(dāng)達到平衡狀態(tài)時，M點v正(M)＝v逆(M)，W點v正(W)＝v逆(W)，溫度高反應(yīng)速率快，v逆(M)＞v逆(W)，又v逆(W)＞v逆(N)，則v逆(M)＞v逆(N)，則v正(M)＞v逆(N)，選項C正確。]
類型3 恒溫線或恒壓線圖像
以反應(yīng)A(g)＋B(g)C(g) ΔH<0為例
解答這類圖像題時應(yīng)注意以下兩點：
(1)“定一議二”原則：可通過分析相同溫度下不同壓強時反應(yīng)物A的轉(zhuǎn)化率大小來判斷平衡移動的方向，從而確定反應(yīng)方程式中反應(yīng)物與產(chǎn)物氣體物質(zhì)間的化學(xué)計量數(shù)的大小關(guān)系。如甲中任取一條溫度曲線研究，壓強增大，αA增大，平衡正向移動，正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，乙中任取橫坐標(biāo)一點作橫坐標(biāo)垂直線，也能得出結(jié)論。
(2)通過分析相同壓強下不同溫度時反應(yīng)物A的轉(zhuǎn)化率的大小來判斷平衡移動的方向，從而確定反應(yīng)的熱效應(yīng)。如利用上述分析方法，在甲中作垂直線，乙中任取一曲線，即能分析出正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。
[對點訓(xùn)練]
5．(2016山西六校聯(lián)考)在恒容密閉容器中通入A、B兩種氣體，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)：2A(g)＋B(g)2C(g) ΔH>0。達到平衡后，改變一個條件(x)，下列量(y)一定符合圖中曲線的是( )
x
y
A
再通入A
B的轉(zhuǎn)化率
B
加入催化劑
A的體積分數(shù)
C
壓強
混合氣體的總物質(zhì)的量
D
溫度
混合氣體的總物質(zhì)的量
A [本題考查有關(guān)反應(yīng)條件對化學(xué)平衡移動的影響。A項，當(dāng)再通入A時，平衡向正反應(yīng)方向移動，B的轉(zhuǎn)化率增大，正確；B項，加入催化劑只能改變反應(yīng)速率，而不能影響化學(xué)平衡的移動，所以A的體積分數(shù)不變，錯誤；C項，增大壓強，平衡向正反應(yīng)方向移動，混合氣體的總物質(zhì)的量減小，錯誤；D項，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，溫度升高，混合氣體的總物質(zhì)的量減小，錯誤。]
6．(2017武漢模擬)已知(HF)2(g)2HF(g) ΔH>0，且平衡體系的總質(zhì)量(m總)與總物質(zhì)的量(n總)之比在不同溫度下隨壓強的變化曲線如圖所示。下列說法正確的是( )
A．溫度：T1va
D．當(dāng)＝30 g/mol時，n(HF)∶n[(HF)2]＝2∶1
C [由題給信息知該反應(yīng)為氣體分子數(shù)增大的吸熱反應(yīng)，從圖像可以看出，當(dāng)壓強不變時，由T1到T2，增大，說明n總減小，平衡左移，即平衡向放熱反應(yīng)方向移動，所以由T1到T2為降低溫度的過程，即T1>T2，A項錯誤；由于T1溫度較高，升高溫度平衡右移，故溫度為T1時的平衡常數(shù)大于溫度為T2時的平衡常數(shù)，再結(jié)合溫度不變平衡常數(shù)不變知，K(b)>K(a)＝K(c)，B項錯誤；溫度越高，壓強越大，反應(yīng)速率越大，故vb>va，C項正確；設(shè)HF為x mol，(HF)2為y mol，當(dāng)＝30 g/mol時，有＝30，解得x＝y(tǒng)，即n(HF)∶n[(HF)2]＝1∶1，D項錯誤。]
7．有一化學(xué)平衡mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，如圖所示的是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＋q
B．正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)；m＋np＋q
D [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)，A、C錯誤；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)是體積縮小的反應(yīng)，即m＋n>p＋q，B錯誤，D正確。]
類型4 幾種特殊圖像的分析
(1)對于化學(xué)反應(yīng)mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，M點前，表示化學(xué)反應(yīng)從反應(yīng)物開始，則v正>v逆；M點為剛達到的平衡點。M點后為平衡受溫度的影響情況，即升溫，A%增大(C%減小)，平衡逆向移動，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。
左上方(E點)，A%大于此壓強時平衡體系中的A%，E點必須向正反應(yīng)方向移動才能達到平衡狀態(tài)，所以，E點v正>v逆；則右下方(F點)v正KC
D．恒溫恒壓下向平衡體系中通入氦氣，平衡向左移動
A [A項，T1時D→A，反應(yīng)向正方向進行，v(正)>v(逆)。]
9．在容積相同的密閉容器內(nèi)，分別充入等量的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的體積分數(shù)，如右圖：
(1)A、B、C、D、E五點中，尚未達到化學(xué)平衡狀態(tài)的點是________。
(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段的曲線是減函數(shù)，試從反應(yīng)速率和平衡角度說明理由：____________________________________。
[解析] 溫度低時，反應(yīng)慢，t秒未到平衡。溫度高時，反應(yīng)快，t秒已平衡，且溫度升高時，平衡逆向移動，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)。
[答案] (1)A、B (2)放熱 (3)AC段：反應(yīng)開始v正>v逆，反應(yīng)向右進行生成NH3；CE段：已達平衡，升溫使平衡左移，NH3的體積分數(shù)變小
類型5 與化工有關(guān)的圖像題
[對點訓(xùn)練]
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V L的密閉容器中投入a mol碳(足量)，同時通入2a mol H2，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4 MPa、1 200 K時，圖中X點v(H2)正
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