高中化学 考点过关（上）考点6 化学平衡图像 新人教版选修4（通用）

考点过关（上）考点6 化学平衡图像化学平衡图像问题的综合性强，思维难度大，对于平衡图像的考察特别能体现理科素养。化学平衡图像题的特征是以图像的形式将一些相关量之间的关系通过形象直观的曲线表示出来，把习题中的化学原理抽象为数学问题，旨在考查对曲线的数学意义和化学意义之间对应关系的分析、理解和运用能力。该类试题经常涉及的图像类型有含量时间温度(压强)图像、恒温、恒压曲线等，图像中蕴含着丰富的信息，具有简明、直观、形象的特点，命题形式灵活，难度不大，解题的关键是根据反应特点，明确反应条件，认真分析图像，充分挖掘蕴含的信息，紧扣化学原理，找准切入点解决问题。1.速率时间图像：此类图象定性地揭示了v正、v逆随时间（含条件改变对速率的影响）而变化的规律，体现了平衡的“动、等、定、变”的基本特征，以及平衡移动的方向。分析时需分清正、逆反应，分清各因素(浓度、温度、压强、催化剂)对反应速率和平衡移动的影响。（1）若无断点，则平衡移动肯定是改变某一物质的浓度导致。（2）若有断点，则平衡移动可能是由于以下原因所导致：同时不同程度地改变反应物（或生成物）的浓度；改变反应体系的压强；改变反应体系的温度。（3）若平衡无移动，则可能是由于以下原因所导致：反应前后气体分子个数不变；使用了催化剂。（4）若v正在v逆的上方，即平衡向正反应方向移动；若v逆在v正的上方，即平衡向逆反应方向移动。2.含量时间温度（压强）图像：这类图象反映了反应物或生成物的量在不同温度（压强）下对时间的关系，解题时要注意一定条件下物质含量不再改变时，应是化学反应达到平衡的特征。分析时依据“先拐先平”。在转化率时间图像或物质的百分含量时间图像中，先出现拐点的曲线先达到平衡(代表温度高或压强大或使用合适的催化剂)。（1）由曲线的拐点作垂直于时间轴（t线）的垂线，其交点即为该条件下达到平衡的时间。（2）由达到平衡的时间长短，推断P1与P2、T1与T2的相对大小（对于此图像：P2P1、T1v(逆)的点是。(3) 某密闭容器中发生如下反应：X(g)+3Y(g)2Z(g)H”、“v(正)，平衡逆向移动，结合反应可知改变的条件是减小压强；t5时刻，v(正)与v(逆)同时增大，且v(逆)v(正)，平衡逆向移动，结合反应可知改变的条件是升高温度。根据平衡移动的方向可知，Z的百分含量最低的时间段应该是t6。(4) T0点应该刚达到平衡，此时v(正)=v(逆)。从T0往后，升高温度，C%减小，平衡逆向移动，正反应是放热反应。(5) 第5 min时，将容器的体积缩小一半后，c(C)立即变为原来的2倍，即变为0.2 molL-1，然后因为压强增大，平衡正向移动，c(C)继续增大。由图可知，5 min达平衡时，A转化了0.2 mol，A总共转化0.4 mol75%=0.3 mol，故58 min A转化了0.1 mol，2A(g)+B(g)2C(g)起始/molL-1：0.2 0.50.2转化/molL-1：0.10.050.1平衡/molL-1：0.10.450.3第8 min达到新的平衡时，c(C)=0.3 molL-1。【答案】(1) (2) 3(3) 使用催化剂减小压强升高温度t6(4) = 放(5) 解题化学平衡图像的关键，一是读图，弄清图像含义，通过观察弄清横坐标、纵坐标的含义及单位；搞清特殊点的意义，如坐标轴的“0”点，曲线的起点、终点、交叉点、极值点、转折点等；分析曲线的变化趋势如斜率大小、升降；二是识图，进行信息提取，挖掘隐含信息、排除干扰信息、提炼有用信息，在统摄信息的基础上进行逻辑推理或运用数据计算；三是用图，联想化学原理解答问题。【考点练习】1.T 时，在2 L密闭容器中使X(g)与Y(g)发生反应生成Z(g)。反应过程中X、Y、Z的物质的量的变化如图1所示；若保持其他条件不变，温度分别为T1和T2时，Z的百分含量与时间的关系如图2所示。则下列结论正确的是()A容器中发生的反应可表示为3X(g)Y(g) =2Z(g)B反应进行的前3 min内，用X表示的反应速率v(X)0.2 molL1min1C保持其他条件不变，升高温度，反应的化学平衡常数K减小D若改变反应条件，使反应进程如图3所示，则改变的条件是增大压强2.一定量的CO2与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应：C(s)CO2(g)2CO(g)。平衡时，体系中气体体积分数与温度的关系如下图所示，已知：气体分压(p分)气体总压(p总)体积分数。下列说法正确的是()A550 时，若充入惰性气体，v正、v逆均减小，平衡不移动B650 时，反应达平衡后CO2的转化率为25.0%CT 时，若充入等体积的CO2和CO，平衡向逆反应方向移动D925 时，用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp24.0p总3.T时，在一固定容积的密闭容器中发生反应：A(g)B(g)C(s)H0，按照不同配比充入A、B，达到平衡时容器中A、B浓度变化如图中曲线(实线)所示，下列判断正确的是()AT时，该反应的平衡常数值为4Bc点没有达到平衡，此时反应向逆向进行C若c点为平衡点，则此时容器内的温度高于TDT时，直线cd上的点均为平衡状态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，分别改变影响反应的一个条件，测得容器中物质的物质的量浓度、反应速率分别随时间的变化如图所示，下列说法中正确的是()A3040 min内该反应使用了催化剂B化学方程式中的x1，正反应为吸热反应C30 min时降低温度，40 min时升高温度D8 min前A的平均反应速率为0.08 molL1min15.在2 L恒容密闭容器中充入2 mol X和1 mol Y，发生反应：2X(g)Y(g)3Z(g)，反应过程持续升高温度，测得X的体积分数与温度的关系如图所示。下列推断正确的是()AQ点时，Y的转化率最大B升高温度，平衡常数增大CW点X的正反应速率等于M点X的正反应速率D平衡时充入Z，达到新平衡时Z的体积分数增大6.在一定条件下，二氧化硫和氧气发生如下反应：2SO2(g)O2(g)2SO3(g)H”“”或“”)。(3)若在850时向反应容器中充入H2O(g)，K值_(填“增大”“减小”或“不变”)，工业上在反应容器中通入过量H2O(g)的作用是_。(4)上表中c2为_ molL1，CO(g)的转化率为_。8.固定和利用CO2能有效地利用资源，并减少空气中的温室气体。工业上有一种用CO2来生产甲醇燃料的方法：CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g)H49.0 kJmol1，某科学实验将6 mol CO2和8 mol H2充入2 L的密闭容器中，测得H2的物质的量随时间变化如下图所示(实线)。(1)a点正反应速率_(填“大于”“等于”或“小于”)逆反应速率。(2)下列时间段平均反应速率最大的是_。A01 min B13 minC38 min D811 min(3)平衡时CO2的转化率为_，该条件下的平衡常数K_。(4)仅改变某一实验条件再进行两次实验，测得H2的物质的量随时间变化如图中虚线所示，曲线对应的实验条件改变是_，曲线对应的实验条件改变是_。参考答案与解析1.【解析】A项，由图1知，X、Y为反应物，Z为生成物，且该反应为可逆反应，n(X)n(Y)n(Z)0.60.20.4312，所以反应的化学方程式为3X(g)Y(g)2Z(g)，错误；B项，反应进行的前3 min内，v(X)0.1 molL1min1，错误；C项，由图2知，T2T1温度升高时Z的百分含量降低，说明平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小，正确；D项，图3与图1比较，图3到达平衡所用的时间短，说明反应速率增大，但平衡状态没有发生改变，应是加入催化剂所致，错误。【答案】C因此有100%40%，解得x0.25，则CO2的平衡转化率为100%25%，正确；C项，由图可知，T 时，CO与CO2的体积分数相等，在等压下充入等体积的CO和CO2，对原平衡条件无影响，平衡不移动，错误；D项，925 时，CO的体积分数为96%，故Kp23.04p总，错误。【答案】B3.【解析】由A(g)B(g)C(s)H0知，平衡常数K0.25，A错误；依据图像可知，c点浓度商QK，反应正向进行，B错误；反应是放热反应，若c点为平衡点，此时平衡常数小于T 平衡常数，说明平衡逆向进行，是升温的结果，温度高于T ，C正确；T 时平衡常数不变，曲线上各点处于平衡状态，c点不在曲线上，在该温度下不是平衡状态，D错误。【答案】C4.【解析】若使用催化剂，则化学反应速率增大，A错误；由左图知，A、B的浓度变化相同，故A、B的化学计量数相同，都为1；由右图知，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，B、C错误；8 min前A的平均反应速率为0.08 molL1min1，D正确。【答案】D5.【解析】从开始到Q点是正向建立平衡的过程，转化率逐渐增大，从Q点到M点升高温度，平衡向左移动，X的转化率降低，Q点最大，A正确；分析图像，X的体积分数先减小到最低，这是化学平衡的建立过程，后增大，这是平衡的移动过程，升高温度，X的体积分数增大，说明升温平衡左移，平衡常数减小，B错误；M点温度高，故反应速率快，C错误；平衡时再充入Z，相当于增大压强，平衡不移动，体积分数相等，D错误。【答案】A为0.12mol，而SO2和SO3的物质的量仍与平衡时一致，说明此时增加了O2的量。10 min到15 min的曲线变化说明反应速率大幅增大，可能的原因是a.加了催化剂，b.增大压强，缩小容器体积，由于降温反应速率减小，不可能是C，SO3的物质的量没有突然增多且平衡时SO2和SO3物质的量之和仍为0.20 mol，故D选项不正确。【答案】(1)(2)增大增大减小(3)1520 min和2530 min(4)增加了O2的量a，b7.【解析】(1)判断该反应达到化学平衡状态，主要从成分的浓度保持不变，正逆反应速率相同来分析，正确选项是C。(2)由图可知，升高温度，K的值减小，平衡向着吸热反应方向移动，所以该反应为放热反应。(3)K的值只与温度有关，与成分的浓度无关。通入过量H2O(g)的目的是提高反应物CO的转化率。(4)由题意建立如下三段式：CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)c始/(molL1): 0.2 0.3 0 0c化/(molL1): 0.3c2 0.3c2 0.3c2 0.3c2c平/(molL1): c20.1 c20.3c2 0.3c2则有K，c20.18 molL1。CO(g)的转化率为100%60%。【答案】(1)C(2)(3)不变提高CO的转化率或利用率(4)0.1860%8.【解析】(1)a点时还没有达到平衡状态，反应物氢气的物质的量继续减小，平衡向正反应方向进行，所以正反应速率大于逆反应速率。(2)分别计算不同时间段内的反应速率：01 min内，v(H2)1 molL1min1；13 min内，v(H2)0.75 molL1min1；38 min内，v(H2)0.1 molL1min1。所以01 min内反应速率最大，A项符合题意。(3)由图可知，8 min时，反应达到平衡，平衡时氢气的物质的量为2 mol，参加反应的氢气为8 mol2 mol6 mol，氢气的浓度变化量