高中 化学 选择性必修1 第二章 化学反应速率与化学平衡《专题突破四 化学反应速率与化学平衡图像》教学设计

化学速率平衡图像是展示化学平衡动态变化过程的直观手法。虽然图示不复杂，但却有一定的抽象性和综合性，因此分析化学平衡图像，应从以下四步入手：(1)看图像：一看轴，即纵、横坐标的意义；二看点：即起点、拐点、交点、终点；三看线，即线的走向和变化趋势；四看辅助线，即等温线、等压线、平衡线等；五看量的变化，如浓度变化、温度变化、转化率变化、物质的量变化等。(2)依据图像信息，利用平衡移动原理，分析可逆反应的特征：吸热还是放热，气体的化学计量数增大、减小还是不变，有无固体或纯液体物质参加或生成等。(3)先拐先平：在化学平衡图像中，先出现拐点的反应先达到平衡，可能是该反应的温度高、浓度大、压强大或使用了催化剂。(4)定一议二：勒夏特列原理只适用于一个条件的改变，所以图像中有三个变量，先固定一个量，再讨论另外两个量的关系。一、速率－时间图像根据v-t图像，可以很快地判断出反应进行的方向，根据v正、v逆的变化情况，可以推断出外界条件的改变情况。以合成氨反应为例：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH<0。条件c(N2)增大c(H2)减小c(NH3)增大v-t图像平衡移动方向正反应方向移动逆反应方向移动逆反应方向移动条件c(NH3)减小增大压强减小压强v-t图像平衡移动方向正反应方向移动正反应方向移动逆反应方向移动条件升高温度降低温度使用催化剂v-t图像平衡移动方向逆反应方向移动正反应方向移动不移动密闭容器中发生反应：A(g)＋3B(g)2C(g)ΔH<0，根据v-t图像，回答下列问题：(1)下列时刻所改变的外界条件是t1____________；t3____________；t4____________。(2)反应速率最快的时间段是__________________________________________________。(3)下列措施能增大正反应速率的是________(填字母)。A．通入A(g)B．分离出C(g)C．降温D．增大容器容积答案：(1)升高温度加入催化剂减小压强(2)t3～t4(3)A解析：(1)t1时刻，改变条件，v′正、v′逆均增大，且v′逆>v′正，平衡逆向移动，说明改变的条件是升高温度。t3时刻，改变条件，v″正、v″逆同等程度增大，且该反应是反应前后气体物质的量不相等的反应，故改变的条件是加入催化剂。t4时刻，改变条件，v正、v逆均减小，且v逆>v正，平衡逆向移动，说明改变的条件是减小压强。(2)t3～t4时间段内，反应使用催化剂，由图像可知该时间段内反应速率最快。(3)降温、增大容器容积均会使正、逆反应速率减小；分离出C(g)时，v正不变，v逆减小，随着反应的进行v正会减小；通入A(g)，反应物的浓度增大，v正增大。二、其他常见的化学平衡图像以反应mA(g)＋nB(g)xC(g)＋qD(g)为例，突破外界因素对化学平衡的影响的图像问题：(一)转化率—时间图1.分析四种图像由图知：p一定时，ΔH<0由图知：T一定时，m＋n>x＋q由图知：T一定时，m＋n<x＋q由图知：T一定时，m＋n＝x＋q2.解答这类图像题时应注意以下两点(1)“先拐先平，数值大”原则分析反应由开始(起始物质相同时)至达到平衡所用时间的长短可推知反应条件的变化。①若为温度变化引起，温度较高时，反应达平衡所需时间短。如甲图500℃先达平衡。②若为压强变化引起，压强较大时，反应达平衡所需时间短。如乙、丙、丁图1.01×107Pa先达平衡。(2)掌握图像中反应规律的判断方法①图甲中，升高温度，A的转化率降低，平衡逆向移动，正反应为放热反应。②图乙中，增大压强，A的转化率升高，平衡正向移动，则正反应为气体体积减小的反应。③若纵坐标表示A的百分含量，则甲中正反应为吸热反应，乙中正反应为气体体积增大的反应。一定条件下，CO2(g)＋3H2(g)H2O(g)＋CH3OH(g)ΔH＝－53.7kJ·mol－1，向2L恒温密闭容器中充入1molCO2和2.8molH2反应，图中过程Ⅰ、Ⅱ是在两种不同催化剂作用下建立平衡的过程中CO2的转化率[α(CO2)]随时间(t)的变化曲线。下列说法中不正确的是()A．m点：v正>v逆B．活化能：过程Ⅱ>过程ⅠC．n点时该反应的平衡常数K＝50D．过程Ⅰ，t2时刻改变的反应条件可能是升高温度答案：C解析：m点CO2的转化率不是最大，反应向正反应方向进行，因此v正>v逆，A项正确；过程Ⅰ首先达到平衡状态，说明反应速率快，因此活化能：过程Ⅱ>过程Ⅰ，B项正确；n点时CO2的转化率是80%，则根据方程式可知：CO2(g)＋3H2(g)H2O(g)＋CH3OH(g)起始浓度/(mol·L－1)0.51.400转化浓度/(mol·L－1)0.41.20.40.4平衡浓度/(mol·L－1)0.10.20.40.4所以该反应的平衡常数K＝eq\f(0.4×0.4,0.1×0.23)＝200，C项错误；过程Ⅰ，t2时刻CO2的转化率降低，说明反应向逆反应方向进行，由于正反应放热，因此改变的反应条件可能是升高温度，D项正确。(二)含量—时间—温度(压强)图这类图像反映了反应物或生成物的量在不同温度(压强)下与时间的关系，解题时要注意，一定条件下物质含量不再改变时，即为化学反应达到平衡的时刻，分析方法同(一)。由图知：p一定时，ΔH>0由图知：T一定时，m＋n>x＋q已知：4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)ΔH＝－1025kJ·mol－1，若反应起始物质的量相同，下列关于该反应的示意图不正确的是()答案：C解析：由于该反应的正反应为放热反应，温度升高平衡逆向移动，NO的含量降低，故A项正确，C项错误；该反应的正反应是气体体积增大的反应，压强减小平衡正向移动，NO的含量增大，故B项正确；催化剂的使用只能改变反应速率，不能使平衡发生移动，NO的含量不变，故D项正确。(三)转化率—温度—压强图1.分析四种图像由图知：m＋n>x＋q，ΔH>0由图知：m＋n<x＋q，ΔH<0由图知：m＋n>x＋q，ΔH<0由图知：m＋n<x＋q，ΔH>02.解答这类图像时应注意以下两点(“定一议二”原则)(1)通过分析相同温度下不同压强时反应物A的转化率大小来判断平衡移动的方向，从而确定反应方程式中反应物与生成物气体物质间的化学计量数的大小关系。如图甲中任取一条温度曲线研究，压强增大，A的转化率增大，平衡正向移动，正反应为气体体积减小的反应，图丙中任取横坐标一点作横坐标垂直线，也能得出相同结论。(2)通过分析相同压强下不同温度时反应物A的转化率的大小来判断平衡移动的方向，从而确定反应的热效应。如图丙中任取一条压强曲线研究，温度升高，A的转化率减小，平衡逆向移动，正反应为放热反应，图乙中任取横坐标一点作横坐标垂直线，也能得出相同结论。可逆反应mX(g)＋nY(g)xZ(g)在不同温度及压强(p1和p2)条件下反应物X的转化率的变化情况如图所示。下列判断正确的是()A．正反应吸热，m＋n<xB．正反应吸热，m＋n>xC．正反应放热，m＋n<xD．正反应放热，m＋n>x答案：D解析：根据第二个图像，随着温度的升高，X的转化率减小，说明升温平衡逆向移动，正反应为放热反应；从第一个图像看出，在p1下先达到平衡，可知p1>p2，则增大压强时，X的转化率增大，说明增大压强平衡正向移动，m＋n>x。(四)含量—温度—压强图这类图像的纵坐标为反应物或生成物的含量，横坐标为温度或压强，分析方法同(三)。由图知：m＋n>x＋q，ΔH>0由图知：m＋n<x＋q，ΔH<0由图知：m＋n>x＋q，ΔH<0由图知：m＋n<x＋q，ΔH>0如图是温度和压强对反应X＋Y2Z影响的示意图。图中纵坐标表示平衡混合气体中Z的体积分数。下列叙述正确的是()A．X、Y、Z均为气态B．恒容时，混合气体的密度可作为此反应是否达到化学平衡状态的判断依据C．升高温度时v正增大，v逆减小，平衡向右移动D．使用催化剂能提高Z的产量答案：B解析：由题图可知，在温度不变时增大压强，Z的体积分数减小，即平衡逆向移动，所以X、Y中至多有一种是气体，A错误；因反应物中有非气体物质存在，所以恒容时只要平衡发生移动，混合气体的质量就会发生变化，则密度必然改变，所以混合气体的密度可作为此反应是否达到化学平衡状态的判断依据，B正确；升高温度，v正、v逆都增大，C错误；催化剂对平衡移动无影响，不能提高Z的产量，D错误。(五)其他图像1.图像(1)：t1点时，状态ⅠC的含量的增加量大于状态Ⅱ；条件改变时，平衡不发生移动。所以，条件Ⅰ有两种可能：①使用催化剂；②增大压强，且满足m＋n＝x＋q。2.图像(2)：T1为平衡点；T1点以前，v正>v逆，没有达到化学平衡状态，T1点以后，随着温度的升高，C的含量减小，表示化学平衡向逆反应方向移动，正反应为放热反应，ΔH<0。3.图像(3)：p1为平衡点；p1点以前，v正>v逆，反应没有达到化学平衡状态；p1点以后，随着压强的增大，C的含量减小，表示化学平衡向逆反应方向移动，逆反应为气体分子数减小的反应，即m＋n<x＋q。4.图像(4)：对于化学反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，L线上所有的点都是平衡点。L线的左上方(E点)，A的百分含量大于此压强时平衡体系的A的百分含量，所以，E点v正>v逆；则L线的右下方(F点)，v正＜v逆。在2L恒容密闭容器中充入2molX和1molY发生反应：2X(g)＋Y(g)3Z(g)，反应过程中持续升高温度，测得混合体系中X的体积分数与温度的关系如图所示。下列推断正确的是()A．Q点时，Y的转化率最大B．W点的正反应速率等于M点的正反应速率C．升高温度，平衡常数增大D．温度一定，平衡时充入