2022届新高考化学一轮复习化学平衡图像的解读与分析学案

化学平衡图像的解读与分析

增分典例撩究

增分点一化学平衡图像信息的解读

【解题策略】

1.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,也就是用变化的观念分析

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,要分段进行分析,研究各段曲

线的变化趋势及其含义。

2.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:

|平衡常数Kl_

!反应速率q庠要

I转化率αP-

例1［2019•全国卷I节选］水煤气变换［CO(g)+HzO(g)=CO2(g)+H2(g)A%0］是重要的化工过程,主要用于合成氨、制氢以

及合成气加工等工业领域中。还原C。C)(S)为CO(S)的倾向是CO大于H2o

721℃时,在密闭容器中将等物质的量的Co(g)和H2θ(g)混合,采用适当的催化剂进行反应,则平衡时体系中山的物质的量分

数为(填标号)。

【信息解读】

由已知,CO的还原

三段式表示出H2的物质的量分数根据可逆反应特点判断得出结论

倾向大于H2

CO与H2的还原

帧向若相等国已知

℃时,在密闭容器中将等物质的量的和

721CO(g)该反应为可逆反应,反

还原倾向CO大于

H2θ(g)混合,可设其物质的量为1mol,平衡时均转化

应_______进行到底,故平衡时体系中

H,⅛

XmoI,根据三段式计算,平衡时体系中H2的物质的量2

内1,即H2的物质的量分H2的物质的量分

X_____,即

分数:⅛2=ICO的物质的量

:弋=数苫_____,CO的物质数介于之间

ɪ_____,CO的物质

分数考的量分数=当0

的量分数二竽

0.25

11

变式题［全国卷川节选］298K时,将20mL3xmol∙LNa3AsCh,20mL3xmol∙LL和20mLNaOH溶液混合,发生反应

As0i(aq)+l2(aq)+2OH-(aq)-AsOJ(aq)+2l(aq)+H20(l)o溶液中qAsO")与反应时间①的关系如图Z9-1所示。

7

-T*V

。

日

)

½

o

s

v

e

O4

r/min

(1)下列可判断反应达到平衡的是(填标号)。

a.溶液的PH不再变化b.K∣)=2KAS0，)

Cf(ASo：)不再变化d.c(l)=ymol∙L-1

(2)4n时〃正(填“大于"“小于”或“等于")1/逆。

(3)4n时3友时!/逆(填“大于”“小于”或“等于)理由是o

(4)若平衡时溶液的PH==I4,则该反应的平衡常数K为O

增分点二图表图像信息分析表述

【解题策略】

文字描述代表一种开放性思维与能力,一般从速率问题、平衡(转化率)问题、安全问题、节能减排等角度作答(考查前两个角

度居多),实际上就是效益最大化的问题。

1.条件选择类

①实验最佳条件的选择或控制就是为了又“快”又“好”地生产,即主要是从反应速率与转化率(化学平衡)两个角度来分析,“快”就

是提高反应速率,“好'就是提高转化率,原料利用率高,而影响速率与转化率的主要因素就是浓度、温度、压强与催化剂,其中

温度与压强是试题中经常考查的因素。

②从速率、转化率、产率、纯度等角度分析,选择最佳条件。如针对反应速率时,思考方向为如何提高浸出速率,如何提高反

应速率等;针对平衡转化率、产率时,可运用平衡移动原理解释(其他条件不变情况下,改变XX条件,可逆反应平衡向XX方向移

动,导致XX发生变化)；针对综合生产效益时,可从原料成本,原料来源是否广泛、是否可再生,能源成本,对设备的要求,环境保护、

绿色化学等方面作答。

③选择当前条件的优势,其他条件的不足〃往不足的描述比较容易疏忽,如温度过高或过低,压强过小或过大,也要进行分析。

2.原因分析类

①依据化学反应速率和平衡移动原理,分析造成图像曲线变化的原因。

②催化剂对反应的影响、不同反应的选择性问题是这类题目的难点,解题时要多加关注,不同的条件会有不同的选择性。

③这类题目一般都是多要素影响,需要多角度分析原因。

例2【2019・全国卷Ill节选］近年来,随着聚酯工业的快速发展,氯气的需求量和氟化氢的产出量也随之迅速增长。因此,将氯化

氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。

Deacon发明的直接氧化法为4HCI(g)+O2(g)-2C∣2(g)+2H2O(g)o图Z9-2为刚性容器中,进料浓度比c(HCI)pO2)分别等

于1:1、4:1、7:1时HCl平衡转化率随温度变化的关系:

图Z9-2

可知反应平衡常数%300。C)%400。3(填“大于”或‘小于")。设HCl初始浓度为6根据进料浓度比

c(HCI):C(O2)=M的数据计算4400。C)=(列出计算式)。按化学计量比进料可以保持反

应物高转化率,同时降低产物分离的能耗。进料浓度比c(HCI):4。2)过低、过高的不利影响分别

是<

【信息解读】

由图像知,400。C时,进料浓度比c(HCI):C(O2)=1:1时,HCI平衡

根据反应方程式和图像根据题干信息

转化率为84%,用三段式法对数据进行处理

进料浓度比过低,氧气大量

4HCI(g)+O(g)—2C∣2(g)+2HO(g)

不同温度下HCI平衡转化22

剩余,导致分离产物氯气和氧

率越大,平衡常数K_,起始/(mobLT)G)Oo00

气的能耗较高；

升高温度平衡转化率降低,说变化/(mobLT)OoQ)Q)Oo

进料浓度比过高,HCI不

明升高温度平衡向一方向进平衡/(mo卜L“)OQ()。。ɑ

能____________,导致HCI

则长(°∙42)Zχ(0.42)Z

行,则“300oC)>X(400℃)

(1-O.84)4×(1-O.21)C

O转化率较低

变式题甲醇既是重要的化工原料,又可作为燃料。利用合成气(主要成分为CO、Cθ2和H2)在催化剂作用下合成甲醇,发生的

主要反应如下：

①Co(g)+2H2(g)UiCH3θH(g)XHl

②Co2(g)+3H2(g)iCH3OH(g)+H2O(g)

Δ∕½=-58kJ∙mo∣-1

③CO2(g)+H2(g)^=iCO(g)+H2O(g)

Δ∕⅛=+41kJ∙mo∣∙1

(1)反应①化学平衡常数的表达式为;图Z9-3(a)中能正确反映平衡常数K随温度变化关系的曲线为

.(填曲线标记字母),其判断理由是

(2)合成气组成∕7(H2YαCO+CO2)时,体系中的CO平衡转化率(。与温度和压强的关系如图(b)所示。《CO)随温度升高而

(填“增大”或“减小)其原因是;图(b)中的压强由大到小为.,其判断理由

是

(b)

图Z9-3

提分强化训练

1.[2020∙北京朝阳区模拟]已知N2(g)+3H2(g)i2NH3(g)AH=O,如图Z9-4是恒容容器中按«用)：7XH2)=1:3投料后,在

200℃,400℃.600°C下,反应达到平衡时,混合物中NH3的物质的量分数随压强的变化曲线。下列叙述正确的是

A.曲线a对应的温度为600℃

点对应的W转化率是75%

C.及时分离出NH3可以提高正反应速率

D.图中M、N,Q点平衡常数度的大小关系是"M)>∕φ3)>A(N)

2.[2020∙南通、泰州模拟]I、II、川三个容积均为IL的恒容密闭容器中均投入ImolCo2和3molW,在不同温度下发生反

应CC⅛(g)+3H2(g)riCH3θH(g)+H2θ(g)°反应10min,测得各容器内CO2的物质的量分别如图Z9-5所示。下列说法正确

的是()

温度/K

图Z9-5

A.该正反应4H>Q

B.71时,该反应的平衡常数为摄

min内,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),此时P逆“正

3.[2020∙全国卷叫二氧化碳催化加氢合成乙烯是综合利用CO2的热点研究领域。回答下列问题:

(I)CO2催化加氢生成乙烯和水的反应中产物的物质的量之比αC2H4XαH2O)=0当反应达到平衡时,若增大压强，

则/XC2H4)(填“变大”“变小”或“不变”)。

(2)理论计算表明,原料初始组成。。。2)：ɑ出尸1：3,在体系压强为MPa,反应达到平衡时,四种组分的物质的量分数X随温度T

的变化如图Z9-6所示。

图Z9-6

图中,表示C2H4、Co2变化的曲线分别是、OCO2催化加氢合成C2H4反应的0(填“大于”或“小

于”)。

(3)根据图中点A(440K)计算该温度时反应的平衡常数Kp≈(MPa)%列出计算式,以分压

表示,分压二总压X物质的量分数)。

(4)二氧化碳催化加氢合成乙烯反应往往伴随副反应,生成C3H6、C3H8,C4H8等低碳烧。一定温度和压强条件下,为了提高反

应速率和乙烯选择性,应当O

增分点一

例1C

信息解读

不能V>>>V

变式题(1)a、c(2)大于

(3)小于G时生成物浓度较低

(4⅛⅛m。卜L“尸

［解析］⑴溶液的PH不再变化,说明C(OH)不变,可判断反应达到平衡;4)=2V(ASo力在任何反应阶段都成立,与平衡无

关;竽案不再变化,说明反应物和生成物的浓度保持不变,说明反应达到平衡;根据反应的化学计量数可知,当^∣∙)=ymol∙L'

C(ASO3)

时,々As。；)一定不等于ym。卜L'说明反应未达平衡,故选a、co(2)4时,反应还未达到平衡,继续向正反应方向进行,即4

时,，正“逆。(3)由于1时的αAsθj)>八时的c(AsO)),故G时的卜逆〃时的P逆。

s

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

起始(mo卜L-I)XX(1以乃00

转化(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)，

增分点二

例2大于10.42,X(0.42)2。2和CL分离能耗较高、HCl转化率较低

4

(1-O.84)×(1-O.21)CO

信息解读

越大逆反应充分反应

C(CH3。”)P(CH3。H)

变式题(1)徒-C(GO)-C2(H)便1&二；-］a反应①为放热反应,平衡常数的数值随温度升高而减小

2p(CO)p2(H2)∙

(2)减小反应①的正反应为放热反应,升高温度时,平衡向左移动,使得体系中CO的量增大;反应③的正反应为吸热反应,升高

温度时,平衡向右移动,又使产生Co的量增大;总结果,随温度升高,使Co的转化率降低pi>fh>py相同温度下面于反应①

的正反应为气体分子数减小的反应,加压有利于提升CO的转化率;而反应③的正反应为气体分子数不变的反应,产生CO的

量不受压强影响,故增大压强时,有利于CO的转化率增大

［解析］(1)反应①为放热反应,温度升高平衡逆向移动,平衡常数K减小,a曲线正确。

•提分强化训练

1.B［解析］正反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,氨的物质的量分数减小,由图像可知,曲线C对应的温度为600℃,A

错误;M点时氨的物质的量分数为60%,利用三段式计算,N2和H2的起始物质的量分别为1moL3mol,设H2转化率是3人

i

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

起始∕mol13O

转化∕molX3x2x

平衡∕molI-X3-3x2x

'100%=60%,所以X,则Hz转化率是BF=75%,B正确;分离出NW,正反应速率减小,C错误;平衡常数与温度有关,

l-x÷3-3x+2x

与其他条件无关,温度相同时平衡常数相同,正反应是放热反应,温度越高平衡常数越小,则M、N、Q三点平衡常数K的大小

关系是MM)=MQ)>&N),D错误。

2.D［解析］根据题图中信息可知,I中反应未达平衡,Il中反应不确定是否达到平衡状态,Ill中反应达平衡,则升高温度,Cθ2的物

质的量增大,平衡逆向移动,证明该正反应A%O,A错