專項(xiàng)突破7　化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡圖像的分析方法

1、2021新亮劍高考總復(fù)習(xí)化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡圖像的分析方法第七單元專項(xiàng)突破712微專題1化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡圖像的分析方法證據(jù)推理與模型認(rèn)知:知道可以通過分析、推理等方法認(rèn)識(shí)研究對(duì)象的本質(zhì)特征、構(gòu)成要素及其相互關(guān)系,建立幾種常考圖像的模型,能運(yùn)用模型結(jié)合圖像題的分析方法,利用化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡的有關(guān)原理去解釋化學(xué)現(xiàn)象,揭示現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律。變化觀念與平衡思想:能結(jié)合圖像認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡是變化的,知道它們與外界條件有關(guān),并遵循一定規(guī)律;認(rèn)識(shí)化學(xué)變化有一定限度,是可以調(diào)控的;能從化學(xué)平衡常數(shù)的角度分析化學(xué)反應(yīng),運(yùn)用化學(xué)平衡常數(shù)解決問題;能多角度、動(dòng)態(tài)地分析化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡、

2、化學(xué)平衡常數(shù)、物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率等,運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)原理解決實(shí)際問題。專項(xiàng)突破7 化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡 圖像的分析方法31.認(rèn)知模型構(gòu)建專項(xiàng)突破7 化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡 圖像的分析方法42.分析方法化學(xué)理論綜合題中的陌生圖像打破了傳統(tǒng)的速率平衡圖像模式,縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)不再局限于時(shí)間、溫度、壓強(qiáng)、速率、轉(zhuǎn)化率等物理量,而是引入了更多的變量,如兩種物質(zhì)的物質(zhì)的量之比、氣體分壓的負(fù)對(duì)數(shù)等,使得圖像更新穎、信息容量更大、題目難度更大?；瘜W(xué)圖像等信息的提取和加工常考題型有:依據(jù)圖像判斷轉(zhuǎn)化率和平衡常數(shù)的變化,解釋產(chǎn)生某種現(xiàn)象的原因,選擇最佳反應(yīng)條件,判斷化學(xué)反應(yīng),計(jì)算物料投放比例、反應(yīng)速率、化學(xué)平衡常數(shù)、轉(zhuǎn)化

3、率等。專項(xiàng)突破7 化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡 圖像的分析方法5圖像題的分析方法:(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)行正確解題的前提。明晰坐標(biāo)含義,也就是用變量的觀點(diǎn)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)意義和影響這些點(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:正確分析曲線的走向、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,要分區(qū)段進(jìn)行分析,研

4、究找出各段曲線的變化趨勢(shì)及其含義。專項(xiàng)突破7 化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡 圖像的分析方法63.化學(xué)平衡圖像題的解題技巧以可逆反應(yīng)aA(g)+bB(g)(1)“定一議二”原則cC(g)為例說明。在化學(xué)平衡圖像中,包括縱坐標(biāo)、橫坐標(biāo)和曲線所表示的三個(gè)量,確定橫坐標(biāo)所示的量后,討論縱坐標(biāo)與曲線的關(guān)系,或者確定縱坐標(biāo)所示的量后,討論橫坐標(biāo)與曲線的關(guān)系。如圖:專項(xiàng)突破7 化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡 圖像的分析方法7這類圖像的分析方法是“定一議二”,當(dāng)有多條曲線及兩個(gè)以上條件時(shí),要固定其中一個(gè)條件,分析其他條件之間的關(guān)系,必要時(shí),作一輔助線分析。(2)“先拐先平,數(shù)值大”原則在化學(xué)平衡圖像中,先出現(xiàn)拐點(diǎn)的反應(yīng)則先

5、達(dá)到平衡,先出現(xiàn)拐點(diǎn)的曲線表示的溫度較高(如圖1)或壓強(qiáng)較大(如圖2)。專項(xiàng)突破7 化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡圖像的分析方法8圖1表示T2T1,正反應(yīng)是放熱反應(yīng)。圖2表示p1c。4.利用“斷點(diǎn)”突破化學(xué)反應(yīng)速率圖像(1)當(dāng)可逆反應(yīng)達(dá)到一種平衡后,若某一時(shí)刻外界條件發(fā)生改變,都可能使速率-時(shí)間圖像的曲線出現(xiàn)不連續(xù)的情況,即出現(xiàn)“斷點(diǎn)”。根據(jù)“斷點(diǎn)”前后的速率大小,即可對(duì)外界條件的變化情況做出判斷。如圖所示,t1時(shí)刻改變的條件可能是使用了催化劑或增大壓強(qiáng)(僅適用于反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量不變的反應(yīng))。專項(xiàng)突破7 化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡 圖像的分析方法9(2)常見含“斷點(diǎn)”的速率變化圖像分析專項(xiàng)突破7 化學(xué)

6、反應(yīng)速率和化學(xué)平衡 圖像的分析方法圖像t1時(shí)刻所改變的條件溫度升高降低升高降低適合正反應(yīng)放熱的反應(yīng)適合正反應(yīng)吸熱的反應(yīng)壓強(qiáng)增大減小增大減小適合正反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量增大的反應(yīng)適合正反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)105.圖像分析的七注意(1)注意曲線上的特殊點(diǎn),如與坐標(biāo)軸的交點(diǎn),多條曲線的交點(diǎn)、拐點(diǎn)、極值點(diǎn)等。(2)注意曲線坡度的“平”與“陡”,并弄清其意義。(3)注意弄溫、高壓時(shí)反應(yīng)速率快,有利于先達(dá)到平衡。即其他條件不變時(shí),較高溫度或較大壓強(qiáng)時(shí)達(dá)到平衡所用的時(shí)間短。(4) 注意分清曲線函數(shù)的遞增性和遞減性。(5) 注意運(yùn)用圖像中濃度(或物質(zhì)的量)的變量關(guān)系來確定反應(yīng)中化學(xué)計(jì)量數(shù)的關(guān)系,即化學(xué)計(jì)量

7、數(shù)之比等于同一時(shí)間內(nèi)各反應(yīng)物、生成物的濃度(或物質(zhì)的量)變化量之比。專項(xiàng)突破7 化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡 圖像的分析方法11(6) 對(duì)時(shí)間-速率圖像,注意分清曲線的連續(xù)性、跳躍性,是“漸變”還是“突變”,是“大變”還是“小變”,是“變大”還是“變小”,變化后是否仍然相等等情況,才可確定對(duì)應(yīng)改變的條件是什么及如何改變。(7) 注意承載“立體”信息的圖像,既有相同壓強(qiáng)時(shí)某反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的曲線信息,又有相同溫度時(shí)某反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率隨壓強(qiáng)變化的曲線信息。從這種“立體”圖像中提取信息時(shí)注意固定一個(gè)維度,如提取轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的信息時(shí),需要固定壓強(qiáng)這個(gè)維度。而提取轉(zhuǎn)化率隨壓強(qiáng)變化的信息時(shí),必須固定溫

8、度這個(gè)維度。專項(xiàng)突破7 化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡 圖像的分析方法12例(2019年廣東惠州第三次調(diào)研)CO2可通過反應(yīng)CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g) 來制取H2。在1.0 L密閉容器中充入CO2、CH4各1 mol,發(fā)生上述反應(yīng),測(cè)得CH4的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示:專項(xiàng)突破7 化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡圖像的分析方法13(1)由圖可知,壓強(qiáng)p1 小于(填“大于”或“小于”,下同)p2,該反應(yīng)的H大于 0。(2)當(dāng)壓強(qiáng)為p2時(shí),y點(diǎn)的v正(填“大于”“小于”或“等于”)v逆;y點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度位有效數(shù)字)。大于下,該反應(yīng)的平衡常數(shù)K= 163.8(保(3)實(shí)驗(yàn)表明,溫度高

9、于1250 時(shí),容器中c(CO2)c(CH4),請(qǐng)結(jié)合兩種反應(yīng)物的性質(zhì)分析可能的原因:。CH4在高溫下分解使其濃度減小,CO2較穩(wěn)定專項(xiàng)突破7 化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡圖像的分析方法14【解析】(1)該反應(yīng)正向?yàn)轶w積增大的方向,壓強(qiáng)越大,CH4的轉(zhuǎn)化率越小,已知相同溫度下,p1條件下的轉(zhuǎn)化率大于p2,則p1小于p2;在壓強(qiáng)一定時(shí),溫度越高,CH4的轉(zhuǎn)化率越大,所以正反應(yīng)為吸熱反應(yīng),H大于0。(2)壓強(qiáng)為p2時(shí),在y點(diǎn)反應(yīng)未達(dá)到平衡,則反應(yīng)正向移動(dòng),所以v正大于v逆;y點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度為1100 ,平衡時(shí)CH4的轉(zhuǎn)化率為80%,利用三段式法可求出平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度分別為0.2 molL-1、0.2 mo

10、lL-1、1.6 molL-1、1.6 molL-1,帶入平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算出K163.8。專項(xiàng)突破7 化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡 圖像的分析方法151.反應(yīng)2As2S3(s)的關(guān)系如圖所示:4AsS(g)+S2(g)達(dá)到平衡時(shí)氣體總壓的對(duì)數(shù)值lg(p/kPa)與溫度(1)對(duì)應(yīng)溫度下,B點(diǎn)的反應(yīng)速率v正 (填“”“v逆。(2)A點(diǎn)處,氣體總壓的對(duì)數(shù)值lg(p/kPa)=0,則氣體總壓為1 kPa,AsS(g)在氣體中的145體積分?jǐn)?shù)為,S (g)在氣體中的體積分?jǐn)?shù)為,則AsS(g)的分壓為0.8 kPa,Sg)22(5的分壓為0.2 kPa,Kp=(0.8 kPa)40.2 kPa=8.19210

11、-2 kPa5。專項(xiàng)突破7 化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡圖像的分析方法172.在密閉容器中充入5 mol CO和4 mol NO,發(fā)生反應(yīng)2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)的關(guān)系。H=-746.5 kJmol-1,圖1為平衡時(shí)NO的體積分?jǐn)?shù)與溫度、壓強(qiáng)圖2圖1專項(xiàng)突破7 化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡 圖像的分析方法18(1)溫度:T1 (填“”)T2。(2) 若在D點(diǎn)對(duì)反應(yīng)容器升溫的同時(shí)擴(kuò)大體積使體系壓強(qiáng)減小,重新達(dá)到的平衡狀態(tài)可能是圖中AG點(diǎn)中的 A點(diǎn)。(3) 某研究小組探究催化劑對(duì)CO、NO轉(zhuǎn)化的影響。將NO和CO以一定的流速通過兩種不同的催化劑進(jìn)行反應(yīng),相同時(shí)間內(nèi)測(cè)量逸出氣體中NO

12、含量,從而確定尾氣脫氮率(NO的轉(zhuǎn)化率),結(jié)果如圖2所示。若低于200 ,圖2中曲線脫氮率隨溫度升高而變化不大的主要原因?yàn)?a點(diǎn)(填“是”或“不是”)對(duì)應(yīng)溫度不是溫度較低時(shí),催化劑的活性偏低下的平衡脫氮率,說明理由: 因?yàn)樵摲磻?yīng)為放熱反應(yīng),根據(jù)曲線可知,a點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度的平衡脫氮率應(yīng)該。更高專項(xiàng)突破7 化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡 圖像的分析方法19【解析】(1)由反應(yīng)知,升高溫度,平衡逆向移動(dòng),所以NO的體積分?jǐn)?shù)會(huì)增大,即T1T2。(2) 若在D點(diǎn)對(duì)反應(yīng)容器升溫的同時(shí)擴(kuò)大體積使體系壓強(qiáng)減小,則平衡會(huì)逆向移動(dòng),NO的 體積分?jǐn)?shù)增加,重新達(dá)到的平衡狀態(tài)可能是圖中A點(diǎn)。(3) 低于200 ,曲線脫氮率隨溫度

13、升高而變化不大的主要原因是溫度較低時(shí)(低于200),催化劑的活性偏低,對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響小。a點(diǎn)不是對(duì)應(yīng)溫度下的平衡脫氮率,因 為該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng),降低溫度平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),根據(jù)曲線可知,a點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率應(yīng)高于450 時(shí),a點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度的平衡脫氮率應(yīng)該更高。專項(xiàng)突破7 化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡圖像的分析方法203.二甲醚(CH3OCH3)重整制取H2,具有無毒、無刺激性等優(yōu)點(diǎn)。T 時(shí),在恒容密閉容器中通入CH3OCH3,發(fā)生反應(yīng)CH3OCH3(g)CO(g)+H2(g)+CH4(g),測(cè)得容器內(nèi)初始?jí)簭?qiáng)為41.6 kPa,反應(yīng)過程中反應(yīng)速率v(CH3OCH3)、時(shí)間t與CH3OCH3分壓p(CH3OCH3)的關(guān)系如圖所示。專項(xiàng)突破7 化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡 圖像的分析方法21(1)t=400 s時(shí),CH3OCH3的轉(zhuǎn)化率為 16%(保留2位有效數(shù)字);反應(yīng)速率滿足v(CH3OCH3)=kpn(CH3OCH3),k=4.410-4s-1;400 s時(shí)v(CH3OCH3