新教材2024高考化学二轮专题复习专题13化学反应原理综合考查考点2化学平衡图像解读与分析教师用书

考点2化学平衡图像解读与分析核心梳理1.化学平衡图像信息的获取依据化学反应原理中反应速率和平衡移动知识解读图像，关键在于对“数”“形”“义”“性”的综合思考，包括：(1)明标：明晰横、纵坐标所表示的化学含义，这是理解题意和进行正确思考的前提。明晰坐标含义，也就是用变量的观点分析坐标，找出横、纵坐标的关系，再结合教材，联系相应的知识点。(2)找点：找出曲线中的特殊点(起点、顶点、拐点、终点、交叉点、平衡点等)，分析这些点所表示的化学意义以及影响这些点的主要因素及限制因素等，大多考题就落在这些点的含义分析上，因为这些点往往隐含着某些限制条件或某些特殊的化学含义。(3)析线：正确分析曲线的变化趋势(上升、下降、平缓、转折等)，同时对走势有转折变化的曲线，要分区段进行分析，研究各段曲线的变化趋势及其含义。2．化学平衡图像信息的加工在准确解读图像信息的基础上，对试题信息进行加工处理，分析角度如图典题精研考向化学平衡图像解读与分析例2二氧化碳催化加氢制甲醇，有利于减少温室气体二氧化碳。二氧化碳加氢制甲醇的总反应可表示为：CO2(g)＋3H2(g)=CH3OH(g)＋H2O(g)。合成总反应在起始物n(H2)/n(CO2)＝3时，在不同条件下达到平衡，设体系中甲醇的物质的量分数为x(CH3OH)，在t＝250℃下的x(CH3OH)～p、在p＝5×105Pa下的x(CH3OH)～t如图所示。(1)图中对应等压过程的曲线是________，判断的理由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________；(2)当x(CH3OH)＝0.10时，CO2的平衡转化率α＝________，反应条件可能为____________或______________。练2[2023·山东卷]一定条件下，水气变换反应CO＋H2O⇌CO2＋H2的中间产物是HCOOH。为探究该反应过程，研究HCOOH水溶液在密封石英管中的分解反应：Ⅰ.HCOOH⇌CO＋H2O(快)Ⅱ.HCOOH⇌CO2＋H2(慢)研究发现，在反应Ⅰ、Ⅱ中，H＋仅对反应Ⅰ有催化加速作用；反应Ⅰ速率远大于反应Ⅱ，近似认为反应Ⅰ建立平衡后始终处于平衡状态。忽略水的电离，其浓度视为常数。回答下列问题：(1)一定条件下，反应Ⅰ、Ⅱ的焓变分别为ΔH1、ΔH2，则该条件下水气变换反应的焓变ΔH＝____________(用含ΔH1、ΔH2的代数式表示)。(2)反应Ⅰ正反应速率方程为：v＝kc(H＋)·c(HCOOH)，k为反应速率常数。T1温度下，HCOOH电离平衡常数为Ka，当HCOOH平衡浓度为xmol·L－1时，H＋浓度为__________mol·L－1，此时反应Ⅰ正反应速率v＝________mol·L－1·h－1(用含Ka、x和k的代数式表示)。(3)T3温度下，在密封石英管内完全充满HCOOH水溶液，使HCOOH分解，分解产物均完全溶于水。含碳物种浓度与反应时间的变化关系如图所示(忽略碳元素的其他存在形式)。t1时刻测得CO、CO2的浓度分别为0.70mol·L－1、0.16mol·L－1，反应Ⅱ达平衡时，测得H2的浓度为。体系达平衡后＝____________(用含y的代数式表示，下同)，反应Ⅱ的平衡常数为____________。相同条件下，若反应起始时溶液中同时还含有0.10mol·L－1盐酸，则图示点a、b、c、d中，CO新的浓度峰值点可能是________(填标号)。与不含盐酸相比，CO达浓度峰值时，CO2浓度________(填“增大”“减小”或“不变”)，的值________(填“增大”“减小”或“不变”)。[例2]解析：(1)氢气和二氧化碳合成甲醇的总反应为放热反应，则升温平衡向逆反应方向移动，混合气体中甲醇的物质的量分数减小，故曲线b表示等压过程的曲线。(2)根据起始物n(H2)/n(CO2)＝3，设初始时H2为3mol，CO2为1mol，达到平衡时转化的CO2为amol，应用三段式法计算：CO2(g)＋3H2(g)=CH3OH(g)＋H2O(g)起始量/mol1300转化量/mola3aaa平衡量/mol1－a3－3aaa则＝0.10，计算得a＝，故CO2的平衡转化率为mol÷(1mol)×100%≈33.3%。结合上述分析知，曲线a、b分别对应t＝250℃下的x(CH3OH)～p的曲线、p＝Pa下的x(CH3OH)～t的曲线，对照图像中的x(CH3OH)＝0.10可知，反应条件可能是5×105Pa，210℃或9×105Pa，250℃。答案：(1)b总反应ΔH<0，升高温度时平衡向逆反应方向移动，甲醇的物质的量分数变小(2)33.3%5×105Pa，210℃9×105Pa，250℃[练2]解析：(1)根据盖斯定律，由Ⅱ－Ⅰ可得水气变换反应CO(g)＋H2O(g)⇌CO2(g)＋H2(g)ΔH＝ΔH2－ΔH1。(2)根据HCOOH⇌HCOO－＋H＋，设平衡时H＋浓度为amol·L－1，则HCOOH电离平衡常数Ka＝，a＝，此时反应Ⅰ正反应速率v＝k·c(H＋)·c(HCOOH)＝kxmol·L－1·h－1。(3)由上述分析及近似认为反应Ⅰ建立平衡后始终处于平衡状态，知t1时刻之后一氧化碳的浓度始终是甲酸浓度的5倍，反应Ⅱ平衡时c(CO2)＝c(H2)＝ymol·L－1，则结合碳原子守恒知，平衡体系中c(HCOOH)＝×(1.0－y)mol·L－1，c(CO)＝×(1.0－y)mol·L－1，＝＝，反应Ⅱ的平衡常数K2＝。加入0.10mol·L－1盐酸后，H＋作催化剂，反应Ⅰ的反应速率加快，达平衡的时间缩短，催化剂不影响平衡移