2022屆新高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)化學(xué)平衡圖像的解讀與分析學(xué)案

化學(xué)平衡圖像的解讀與分析

增分典例撩究

增分點(diǎn)一化學(xué)平衡圖像信息的解讀

【解題策略】

1.圖像信息的獲取

依據(jù)化學(xué)反應(yīng)原理中反應(yīng)速率和平衡移動(dòng)知識(shí)解讀圖像,關(guān)鍵在于對(duì)“數(shù)”“形”“義”“性”的綜合思考,包括:

(1)明標(biāo):明晰橫、縱坐標(biāo)所表示的化學(xué)含義,這是理解題意和進(jìn)行正確思考的前提。明晰坐標(biāo)含義,也就是用變化的觀念分析

坐標(biāo),找出橫、縱坐標(biāo)的關(guān)系,再結(jié)合教材,聯(lián)系相應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)。

(2)找點(diǎn):找出曲線中的特殊點(diǎn)(起點(diǎn)、頂點(diǎn)、拐點(diǎn)、終點(diǎn)、交叉點(diǎn)、平衡點(diǎn)等),分析這些點(diǎn)所表示的化學(xué)意義以及影響這些點(diǎn)

的主要因素及限制因素等,大多考題就落在這些點(diǎn)的含義分析上,因?yàn)檫@些點(diǎn)往往隱含著某些限制條件或某些特殊的化學(xué)含義。

(3)析線:正確分析曲線的變化趨勢(shì)(上升、下降、平緩、轉(zhuǎn)折等),同時(shí)對(duì)走勢(shì)有轉(zhuǎn)折變化的曲線,要分段進(jìn)行分析,研究各段曲

線的變化趨勢(shì)及其含義。

2.圖像信息的加工

在準(zhǔn)確解讀圖像信息的基礎(chǔ)上,對(duì)試題信息進(jìn)行加工處理:

|平衡常數(shù)Kl_

!反應(yīng)速率q庠要

I轉(zhuǎn)化率αP-

例1［2019?全國(guó)卷I節(jié)選］水煤氣變換［CO(g)+HzO(g)=CO2(g)+H2(g)A%0］是重要的化工過(guò)程,主要用于合成氨、制氫以

及合成氣加工等工業(yè)領(lǐng)域中。還原C。C)(S)為CO(S)的傾向是CO大于H2o

721℃時(shí),在密閉容器中將等物質(zhì)的量的Co(g)和H2θ(g)混合,采用適當(dāng)?shù)拇呋瘎┻M(jìn)行反應(yīng),則平衡時(shí)體系中山的物質(zhì)的量分

數(shù)為(填標(biāo)號(hào))。

【信息解讀】

由已知,CO的還原

三段式表示出H2的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)根據(jù)可逆反應(yīng)特點(diǎn)判斷得出結(jié)論

傾向大于H2

CO與H2的還原

幀向若相等國(guó)已知

℃時(shí),在密閉容器中將等物質(zhì)的量的和

721CO(g)該反應(yīng)為可逆反應(yīng),反

還原傾向CO大于

H2θ(g)混合,可設(shè)其物質(zhì)的量為1mol,平衡時(shí)均轉(zhuǎn)化

應(yīng)_______進(jìn)行到底,故平衡時(shí)體系中

H,?

XmoI,根據(jù)三段式計(jì)算,平衡時(shí)體系中H2的物質(zhì)的量2

內(nèi)1,即H2的物質(zhì)的量分H2的物質(zhì)的量分

X_____,即

分?jǐn)?shù):?2=ICO的物質(zhì)的量

:弋=數(shù)苫_____,CO的物質(zhì)數(shù)介于之間

?_____,CO的物質(zhì)

分?jǐn)?shù)考的量分?jǐn)?shù)=當(dāng)0

的量分?jǐn)?shù)二竽

0.25

11

變式題［全國(guó)卷川節(jié)選］298K時(shí),將20mL3xmol?LNa3AsCh,20mL3xmol?LL和20mLNaOH溶液混合,發(fā)生反應(yīng)

As0i(aq)+l2(aq)+2OH-(aq)-AsOJ(aq)+2l(aq)+H20(l)o溶液中qAsO")與反應(yīng)時(shí)間①的關(guān)系如圖Z9-1所示。

7

-T*V

。

日

)

?

o

s

v

e

O4

r/min

(1)下列可判斷反應(yīng)達(dá)到平衡的是(填標(biāo)號(hào))。

a.溶液的PH不再變化b.K∣)=2KAS0，)

Cf(ASo：)不再變化d.c(l)=ymol?L-1

(2)4n時(shí)〃正(填“大于"“小于”或“等于")1/逆。

(3)4n時(shí)3友時(shí)!/逆(填“大于”“小于”或“等于)理由是o

(4)若平衡時(shí)溶液的PH==I4,則該反應(yīng)的平衡常數(shù)K為O

增分點(diǎn)二圖表圖像信息分析表述

【解題策略】

文字描述代表一種開放性思維與能力,一般從速率問(wèn)題、平衡(轉(zhuǎn)化率)問(wèn)題、安全問(wèn)題、節(jié)能減排等角度作答(考查前兩個(gè)角

度居多),實(shí)際上就是效益最大化的問(wèn)題。

1.條件選擇類

①實(shí)驗(yàn)最佳條件的選擇或控制就是為了又“快”又“好”地生產(chǎn),即主要是從反應(yīng)速率與轉(zhuǎn)化率(化學(xué)平衡)兩個(gè)角度來(lái)分析,“快”就

是提高反應(yīng)速率,“好'就是提高轉(zhuǎn)化率,原料利用率高,而影響速率與轉(zhuǎn)化率的主要因素就是濃度、溫度、壓強(qiáng)與催化劑,其中

溫度與壓強(qiáng)是試題中經(jīng)?？疾榈囊蛩?。

②從速率、轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)率、純度等角度分析,選擇最佳條件。如針對(duì)反應(yīng)速率時(shí),思考方向?yàn)槿绾翁岣呓鏊俾?如何提高反

應(yīng)速率等;針對(duì)平衡轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)率時(shí),可運(yùn)用平衡移動(dòng)原理解釋(其他條件不變情況下,改變XX條件,可逆反應(yīng)平衡向XX方向移

動(dòng),導(dǎo)致XX發(fā)生變化)；針對(duì)綜合生產(chǎn)效益時(shí),可從原料成本,原料來(lái)源是否廣泛、是否可再生,能源成本,對(duì)設(shè)備的要求,環(huán)境保護(hù)、

綠色化學(xué)等方面作答。

③選擇當(dāng)前條件的優(yōu)勢(shì),其他條件的不足〃往不足的描述比較容易疏忽,如溫度過(guò)高或過(guò)低,壓強(qiáng)過(guò)小或過(guò)大,也要進(jìn)行分析。

2.原因分析類

①依據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率和平衡移動(dòng)原理,分析造成圖像曲線變化的原因。

②催化劑對(duì)反應(yīng)的影響、不同反應(yīng)的選擇性問(wèn)題是這類題目的難點(diǎn),解題時(shí)要多加關(guān)注,不同的條件會(huì)有不同的選擇性。

③這類題目一般都是多要素影響,需要多角度分析原因。

例2【2019?全國(guó)卷Ill節(jié)選］近年來(lái),隨著聚酯工業(yè)的快速發(fā)展,氯氣的需求量和氟化氫的產(chǎn)出量也隨之迅速增長(zhǎng)。因此,將氯化

氫轉(zhuǎn)化為氯氣的技術(shù)成為科學(xué)研究的熱點(diǎn)。

Deacon發(fā)明的直接氧化法為4HCI(g)+O2(g)-2C∣2(g)+2H2O(g)o圖Z9-2為剛性容器中,進(jìn)料濃度比c(HCI)pO2)分別等

于1:1、4:1、7:1時(shí)HCl平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的關(guān)系:

圖Z9-2

可知反應(yīng)平衡常數(shù)%300。C)%400。3(填“大于”或‘小于")。設(shè)HCl初始濃度為6根據(jù)進(jìn)料濃度比

c(HCI):C(O2)=M的數(shù)據(jù)計(jì)算4400。C)=(列出計(jì)算式)。按化學(xué)計(jì)量比進(jìn)料可以保持反

應(yīng)物高轉(zhuǎn)化率,同時(shí)降低產(chǎn)物分離的能耗。進(jìn)料濃度比c(HCI):4。2)過(guò)低、過(guò)高的不利影響分別

是<

【信息解讀】

由圖像知,400。C時(shí),進(jìn)料濃度比c(HCI):C(O2)=1:1時(shí),HCI平衡

根據(jù)反應(yīng)方程式和圖像根據(jù)題干信息

轉(zhuǎn)化率為84%,用三段式法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理

進(jìn)料濃度比過(guò)低,氧氣大量

4HCI(g)+O(g)—2C∣2(g)+2HO(g)

不同溫度下HCI平衡轉(zhuǎn)化22

剩余,導(dǎo)致分離產(chǎn)物氯氣和氧

率越大,平衡常數(shù)K_,起始/(mobLT)G)Oo00

氣的能耗較高；

升高溫度平衡轉(zhuǎn)化率降低,說(shuō)變化/(mobLT)OoQ)Q)Oo

進(jìn)料濃度比過(guò)高,HCI不

明升高溫度平衡向一方向進(jìn)平衡/(mo卜L“)OQ()。。ɑ

能____________,導(dǎo)致HCI

則長(zhǎng)(°?42)Zχ(0.42)Z

行,則“300oC)>X(400℃)

(1-O.84)4×(1-O.21)C

O轉(zhuǎn)化率較低

變式題甲醇既是重要的化工原料,又可作為燃料。利用合成氣(主要成分為CO、Cθ2和H2)在催化劑作用下合成甲醇,發(fā)生的

主要反應(yīng)如下：

①Co(g)+2H2(g)UiCH3θH(g)XHl

②Co2(g)+3H2(g)iCH3OH(g)+H2O(g)

Δ∕?=-58kJ?mo∣-1

③CO2(g)+H2(g)^=iCO(g)+H2O(g)

Δ∕?=+41kJ?mo∣?1

(1)反應(yīng)①化學(xué)平衡常數(shù)的表達(dá)式為;圖Z9-3(a)中能正確反映平衡常數(shù)K隨溫度變化關(guān)系的曲線為

.(填曲線標(biāo)記字母),其判斷理由是

(2)合成氣組成∕7(H2YαCO+CO2)時(shí),體系中的CO平衡轉(zhuǎn)化率(。與溫度和壓強(qiáng)的關(guān)系如圖(b)所示?！禖O)隨溫度升高而

(填“增大”或“減小)其原因是;圖(b)中的壓強(qiáng)由大到小為.,其判斷理由

是

(b)

圖Z9-3

提分強(qiáng)化訓(xùn)練

1.[2020?北京朝陽(yáng)區(qū)模擬]已知N2(g)+3H2(g)i2NH3(g)AH=O,如圖Z9-4是恒容容器中按?用)：7XH2)=1:3投料后,在

200℃,400℃.600°C下,反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí),混合物中NH3的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)隨壓強(qiáng)的變化曲線。下列敘述正確的是

A.曲線a對(duì)應(yīng)的溫度為600℃

點(diǎn)對(duì)應(yīng)的W轉(zhuǎn)化率是75%

C.及時(shí)分離出NH3可以提高正反應(yīng)速率

D.圖中M、N,Q點(diǎn)平衡常數(shù)度的大小關(guān)系是"M)>∕φ3)>A(N)

2.[2020?南通、泰州模擬]I、II、川三個(gè)容積均為IL的恒容密閉容器中均投入ImolCo2和3molW,在不同溫度下發(fā)生反

應(yīng)CC?(g)+3H2(g)riCH3θH(g)+H2θ(g)°反應(yīng)10min,測(cè)得各容器內(nèi)CO2的物質(zhì)的量分別如圖Z9-5所示。下列說(shuō)法正確

的是()

溫度/K

圖Z9-5

A.該正反應(yīng)4H>Q

B.71時(shí),該反應(yīng)的平衡常數(shù)為攝

min內(nèi),容器Il中的平均速率:?H2)mol?L-1?mi∏-1

min后晌容器川中再加入1molCO2⑼和1molH2O(g),此時(shí)P逆“正

3.[2020?全國(guó)卷叫二氧化碳催化加氫合成乙烯是綜合利用CO2的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域?；卮鹣铝袉?wèn)題:

(I)CO2催化加氫生成乙烯和水的反應(yīng)中產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比αC2H4XαH2O)=0當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí),若增大壓強(qiáng)，

則/XC2H4)(填“變大”“變小”或“不變”)。

(2)理論計(jì)算表明,原料初始組成。。。2)：ɑ出尸1：3,在體系壓強(qiáng)為MPa,反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí),四種組分的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)X隨溫度T

的變化如圖Z9-6所示。

圖Z9-6

圖中,表示C2H4、Co2變化的曲線分別是、OCO2催化加氫合成C2H4反應(yīng)的0(填“大于”或“小

于”)。

(3)根據(jù)圖中點(diǎn)A(440K)計(jì)算該溫度時(shí)反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp≈(MPa)%列出計(jì)算式,以分壓

表示,分壓二總壓X物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。

(4)二氧化碳催化加氫合成乙烯反應(yīng)往往伴隨副反應(yīng),生成C3H6、C3H8,C4H8等低碳燒。一定溫度和壓強(qiáng)條件下,為了提高反

應(yīng)速率和乙烯選擇性,應(yīng)當(dāng)O

增分點(diǎn)一

例1C

信息解讀

不能V>>>V

變式題(1)a、c(2)大于

(3)小于G時(shí)生成物濃度較低

(4??m。卜L“尸

［解析］⑴溶液的PH不再變化,說(shuō)明C(OH)不變,可判斷反應(yīng)達(dá)到平衡;4)=2V(ASo力在任何反應(yīng)階段都成立,與平衡無(wú)

關(guān);竽案不再變化,說(shuō)明反應(yīng)物和生成物的濃度保持不變,說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡;根據(jù)反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量數(shù)可知,當(dāng)^∣?)=ymol?L'

C(ASO3)

時(shí),々As。；)一定不等于ym。卜L'說(shuō)明反應(yīng)未達(dá)平衡,故選a、co(2)4時(shí),反應(yīng)還未達(dá)到平衡,繼續(xù)向正反應(yīng)方向進(jìn)行,即4

時(shí),，正“逆。(3)由于1時(shí)的αAsθj)>八時(shí)的c(AsO)),故G時(shí)的卜逆〃時(shí)的P逆。

s

(4)ASo習(xí)-(aq)+∣2(aq)+2OH-(aq)u=As0^(aq)+2l(aq)+H2O(l)

起始(mo卜L-I)XX(1以乃00

轉(zhuǎn)化(moH√i)yY2yy2y

平衡(mo卜LT)(X-M(Xy1y2y

A=-子例-=yx"(mo∣?L-I)-I=4心(mo卜L-I)-I

22λo

C(AsOi)C(I2)C(OH)(x-y)2'，(x-y)，

增分點(diǎn)二

例2大于10.42,X(0.42)2。2和CL分離能耗較高、HCl轉(zhuǎn)化率較低

4

(1-O.84)×(1-O.21)CO

信息解讀

越大逆反應(yīng)充分反應(yīng)

C(CH3?！?P(CH3。H)

變式題(1)徒-C(GO)-C2(H)便1&二；-］a反應(yīng)①為放熱反應(yīng),平衡常數(shù)的數(shù)值隨溫度升高而減小

2p(CO)p2(H2)?

(2)減小反應(yīng)①的正反應(yīng)為放熱反應(yīng),升高溫度時(shí),平衡向左移動(dòng),使得體系中CO的量增大;反應(yīng)③的正反應(yīng)為吸熱反應(yīng),升高

溫度時(shí),平衡向右移動(dòng),又使產(chǎn)生Co的量增大;總結(jié)果,隨溫度升高,使Co的轉(zhuǎn)化率降低pi>fh>py相同溫度下面于反應(yīng)①

的正反應(yīng)為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng),加壓有利于提升CO的轉(zhuǎn)化率;而反應(yīng)③的正反應(yīng)為氣體分子數(shù)不變的反應(yīng),產(chǎn)生CO的

量不受壓強(qiáng)影響,故增大壓強(qiáng)時(shí),有利于CO的轉(zhuǎn)化率增大

［解析］(1)反應(yīng)①為放熱反應(yīng),溫度升高平衡逆向移動(dòng),平衡常數(shù)K減小,a曲線正確。

?提分強(qiáng)化訓(xùn)練

1.B［解析］正反應(yīng)為放熱反應(yīng),升高溫度,平衡逆向移動(dòng),氨的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)減小,由圖像可知,曲線C對(duì)應(yīng)的溫度為600℃,A

錯(cuò)誤;M點(diǎn)時(shí)氨的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為60%,利用三段式計(jì)算,N2和H2的起始物質(zhì)的量分別為1moL3mol,設(shè)H2轉(zhuǎn)化率是3人

i

N2(g)+3H2(g)n=2NH3(g)

起始∕mol13O

轉(zhuǎn)化∕molX3x2x

平衡∕molI-X3-3x2x

'100%=60%,所以X,則Hz轉(zhuǎn)化率是BF=75%,B正確;分離出NW,正反應(yīng)速率減小,C錯(cuò)誤;平衡常數(shù)與溫度有關(guān),

l-x÷3-3x+2x

與其他條件無(wú)關(guān),溫度相同時(shí)平衡常數(shù)相同,正反應(yīng)是放熱反應(yīng),溫度越高平衡常數(shù)越小,則M、N、Q三點(diǎn)平衡常數(shù)K的大小

關(guān)系是MM)=MQ)>&N),D錯(cuò)誤。

2.D［解析］根據(jù)題圖中信息可知,I中反應(yīng)未達(dá)平衡,Il中反應(yīng)不確定是否達(dá)到平衡狀態(tài),Ill中反應(yīng)達(dá)平衡,則升高溫度,Cθ2的物

質(zhì)的量增大,平衡逆向移動(dòng),證明該正反應(yīng)A%O,A錯(cuò)