第20讲-有关化学平衡的图象(人教版2019必修第二册)-(原卷版)VIP

第20第20讲有关化学平衡的图象必备知识必备知识1．图像类型(1)浓度—时间如A(g)＋B(g)AB(g)；A(g)＋B(g)C(g)浓度—时间图像可以直观地反映每一时刻的浓度变化。因此可用于列三段式或求解反应方程式中的化学计量数之比(化学计量数之比＝浓度变化量之比)。(2)速率—时间图像此类图像定性揭示了v(正)、v(逆)随时间(含条件改变对化学反应速率的影响)变化规律，体现了平衡的“动、等、定、变”的基本特征，以及平衡移动方向等。(3)转化率(或含量)—时间关系图该类图像主要看斜率的大小，斜率的大小反映速率的大小，可理解为“先拐先平数值大”，即图像先拐弯的先达到平衡，对应的温度或压强大。(4)含量—时间—温度(压强)(C%指产物的质量分数，B%指某反应物的质量分数)常见形式有如下图所示的几种。(C%指产物百分含量，B%指某反应物百分含量)在其他条件不变时，改变任一条件，如：使用催化剂或温度升高或压强增大，都能缩短到达平衡的时间，这种图象的折点表示达到平衡的时间，反映了反应速率的大小，可以确定T(p)的高低(大小)，水平线高低对应于平衡移动方向。(5)恒压(或恒温)线(α表示反应物的转化率，c表示反应物的平衡浓度)图①，若p1>p2>p3，则正反应为气体体积减小的反应，ΔH＜0；图②，若T1>T2，则正反应为放热反应。(6)速率、平衡综合图像温度为T时，对于密闭容器中的反应：A(g)＋B(g)C(s)＋xD(g)ΔH＞0A、B、D物质的量浓度随时间的变化如图所示：据此图可以分析出x的大小，某一段时间内的反应速率v(A)、v(B)或v(D)，可以求出该温度下反应的平衡常数，可以分析出15min时的条件变化等。(7)速率—压强(或温度)图像曲线的意义是外界条件(如温度、压强等)对、逆反应速率影响的变化趋势及变化幅度。图中交点M是平衡状态，压强继续增大，正反应速率增大得快，平衡正向移动。(8)几种特殊图像①对于化学反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，M点前，表示从反应物开始，v正>v逆；M点为刚达到平衡点(如下图)；M点后为平衡受温度的影响情况，即升温，A的百分含量增加或C的百分含量减少，平衡左移，故正反应ΔH＜0。②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(如下图)。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。③如图所示的曲线是在其他条件不变时，某反应物的最大转化率与温度的关系曲线，图中标出的1、2、3、4四个点，表示v正＞v逆的点是3，表示v正＜v逆的点是1，而2、4点表示v正＝v逆。注意：该类图像在求解时，一定要先固定一个变量再探究物理量随另一变量的变化规律。易混易错点易混易错点1．化学平衡图像解读(1)v－t图像解读①看改变条件的一瞬间(t1)，若v′正在v′逆上方，则平衡向正反应方向移动；反之，则平衡向逆反应方向移动。②若a、b重合为一点，则t1时刻改变的是某一物质的浓度。③若a、b不重合，则t1时刻可能是改变了温度或压强。④若v′正和v′逆改变程度相同，即v′正＝v′逆，平衡不移动，则t1时刻可能是使用了催化剂或是对反应前后气体分子数不变的反应改变压强。(2)物质的量(或浓度或转化率)与时间关系的图像解读①每条曲线在转折点以前表示该条件下此反应未达平衡状态，转折点后表示已达平衡状态。②先出现转折点的则先达到平衡。如图甲，压强为p1条件下先达平衡，可推知p1＞p2；图乙中，温度为T2条件下先达平衡，可推知T2＞T1。根据Y表示的意义，可推断反应前后气体的化学计量数之和的大小，或判断正反应是吸热反应还是放热反应。(3)等温(压)平衡曲线解读①纵坐标Y可表示物质的量、浓度、转化率以及物质的量分数等含义。②解题分析时，常需要作辅助线(对横坐标轴作垂线)，若横坐标表示温度(或压强)，则此辅助线为等温线(或等压线)。③如图丙所示，在曲线上的每个点(如B点)都达到平衡状态，若纵坐标表示反应物转化率，则有：A点是非平衡状态，若要达到平衡，需降低转化率，即平衡要向逆反应方向移动，此点v正＜v逆；C点是非平衡状态，若要达到平衡，需增大转化率，即平衡要向正反应方向移动，此点v正＞v逆；处于平衡状态或非平衡状态的各点的反应速率，其大小主要由温度决定，故有vC＞vB＞vA。(4)同一段时间内，不同温度下反应进程中某个量的图像解读如图是不同温度下经过一段时间，某反应物的转化率与温度的关系。①此图像表明该反应的正反应为放热反应。若正反应为吸热反应，则同一时间段内温度越高，平衡正向移动程度越大，反应物的转化率越大，曲线应一直为增函数，与图像不符。②T1～T2段，反应未达到平衡，随温度升高，反应速率加快，反应物转化率增大。③T2点表示反应达到平衡状态。④T2～T3段是随温度升高平衡向吸热反应方向移动的结果，T2～T3段曲线上的点均为平衡点。2．化学平衡图像题的解题技巧(1)先拐先平。在含量(转化率)—时间曲线中，先出现拐点的先达到平衡，说明该曲线表示的反应速率大，表示温度较高、有催化剂、压强较大等。(2)定一议二。当图像中有三个量时，先确定一个量不变，再讨论另外两个量的关系，有时还需要作辅助线。(3)三步分析法。一看反应速率是增大还是减小；二看v(正)、v(逆)的相对大小；三看化学平衡移动的方向。3．解化学平衡图像题的“五注意”(1)注意曲线上的特殊点，如与坐标轴的交点、多条曲线的交点、拐点、极值点等。(2)注意曲线坡度的“平”与“陡”，并弄清其意义。(3)注意弄清高温、高压时反应速率快，有利于先达到平衡，即“先拐先平”。也就是说其他条件不变时，较高温度或较大压强时达到平衡所用的时间短。(4)注意运用图像中浓度(或物质的量)的变化来确定反应中化学计量数的关系，即化学计量数之比等于同一时间内各反应物、生成物的浓度(或物质的量)变化量之比。(5)对时间—速率图像，注意分清曲线的连续性、跳跃性，是“渐变”还是“突变”，是“大变”还是“小变”，是“变大”还是“变小”，变化后是否仍然相等等情况，才可确定对应改变的条件是什么及如何改变。细细剖精析·易混不混·易错不错1．在密闭容器中进行反应X(g)＋3Y(g)2Z(g)，t1时升高温度，速率—时间图像如图1，正反应为吸热反应还是放热反应？若混合气体的平均相对分子质量随温度的变化情况如图2，则正反应为吸热反应还是放热反应？【细剖精析】图1，升温平衡逆向移动，逆反应速率大于正反应速率，故正反应为放热反应；图2，温度升高平均相对分子质量减小，总质量不变，说明气体物质的量变大，所以平衡逆向移动，逆反应是吸热反应，正反应是放热反应。2．如N2＋3H2高温、高压催化剂2NH3ΔH<0，建立平衡后加热对速率的影响如图1。高温、高压催化剂试问：①从图1中怎样判断化学平衡有“动”、“变”的特征？②图1中t2～t3段，化学反应向什么方向进行？【细剖精析】①t1～t2段，t3之后都表示平衡状态，其中反应速率均不为0，说明化学平衡是动态平衡。t2时，反应速率因温度升高而改变，打破了原平衡，说明化学平衡是可变化的。②t2～t3段，v逆>v正，说明化学反应向逆反应方向进行。3．如A＋BAB的反应情况如图2所示，此类图象要注意各物质曲线的折点(达平衡)时刻相同，各物质浓度变化的内在联系及其比例符合化学方程式中的计量数关系。试问：从图2中怎样判断化学反应达到平衡状态？【细剖精析】从t1开始各物质的浓度均不再发生变化，且都不为0，说明该反应是可逆反应，各物质的浓度(含量)一定，达到平衡状态。4．如Zn与足量盐酸的反应，反应速率随时间的变化出现如下情况，如图3所示，试解释各段发生变化的原因。AB段(v渐增)：____________________________________________________。BC段(v渐小)：___________________________________________________。【细剖精析】因反应为放热反应，随反应的进行，温度渐增，导致反应速率增大随反应的进行，溶液中c(H＋)渐小，导致反应速率减小5．试问：①从图1中，怎样判断a用了催化剂？还有哪一类反应，不用催化剂而改变其它因素，其变化趋势也与图1完全相同？②怎样从图5中判断出T2>T1，从图9中判断出p1>p2?图1图2图5图6图9图10【细剖精析】①因为a先达平衡且与b的平衡状态时C%的含量相同，即该因素应只是提高了反应速率而未使平衡移动，故a使用了催化剂，另外如H2(g)＋I2(g)2HI(g)等等体积反应，若改变压强，也仅是反应速率改变，平衡不发生移动，C%不变，其变化趋势也与图1完全相同。②图5中，T2温度下反应先达平衡，故T2温度高，反应速率快，同理，图9中，p1压强下反应先达平衡，故p1时速率快，p1压强大。6．恒压(温)线该类图的纵坐标为物质的平衡浓度(c)或反应物的转化率(α)，横坐标为温度(T)或压强(p)，常见类型如下图：图1图2试问：①图1中，设纵坐标为α，p1>p2>p3从图中可读出哪些信息？②图2中，设纵坐标为α，T1>T2从图中可读出哪些信息？【细剖精析】①采用“定一议二”的方法读图，图1中，在温度T1时作辅助线，如图3所示，即可得出：a．一定压强下(如p3)温度升高，α减小，说明平衡向左移动，该反应的ΔH<0。b．一定温度下(T1)，压强增大、α增大，说明平衡向右移动，该反应的正反应是体积缩小的反应。②同理图2中，在p1压强时作辅助线，如图4所示，则可得出：a．压强增大，α增大，说明平衡正向移动，该反应的正反应是体积缩小的反应。b．温度升高，α增大，说明平衡正向移动，该反应的正反应是吸热反应，ΔH>0。7．以2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)ΔH<0为例，v—T(p)图如下图：图1图2图3图4试说明从以上4个图中你分别读出了哪些主要信息？【细剖精析】①图1中，说明T升高，v正、v逆均增大，v逆>v正，平衡逆向进行，ΔH<0。②图2中，T1温度下是一个平衡，T2温度下又是一个新平衡(因v正＝v逆)说明温度升高，v逆、v正均增大，且v逆>v正，平衡逆向移动，ΔH<0。③图3中，p增大，v正、v逆均增大且v正>v逆，平衡正向进行，该反应是气体体积缩小的反应。④图4中，p增大，v正、v逆均增大，v正>v逆，平衡正向移动，从p1下的平衡移动到p2下的平衡，该反应也是气体体积缩小的反应。对点训练对点训练1．在一定温度不同压强(P1＜P2)下，可逆反应2X(g)2Y(g)+Z(g)中，生成物Z在反应混合物中的体积分数(ψ)与反应时间(t)的关系如图示，正确的是A． B．C． D．2．一定条件下，可逆反应aA(g)bB(g)＋cC(g)达到平衡状态后，A的转化率α(A)与温度(T)、压强(p)的关系如图所示。下列判断正确的是A．a<b＋cB．该反应的平衡常数随温度的升高而增大C．若T1﹤T2，则正反应为吸热反应D．该反应用于工业生产时，采用的压强越大越好3．汽车尾气净化的主要原理为．若该反应在恒容的密闭体系中进行，下列示意图正确且能说明反应在进行到时刻达到平衡状态的是A．B．C．D．4．对于可逆反应A(g)+2B(g)⇌2C(g)(正反应吸热)，下列图像中正确的是A． B．C． D．5．一定条件下，在固定容积的密闭容器中发生反应：，图Ⅰ是该反应中能量变化示意图，图Ⅱ表示某平衡量Y随X的变化关系，下列说法中正确的是A．一定条件下，向密闭容器中加入与1molCO(g)反应放出234kJ热量B．若X表示CO的起始浓度，则Y表示的可能是的转化率C．若X表示反应时间，则Y表示的可能是混合气体的密度D．若X表示温度，则Y表示的可能是的物质的量浓度6．可逆反应：在反应过程中的反应速率(v)与时间(t)的关系如图所示。下列叙述不正确的是A．，反应正向进行B．，增大C．时，反应停止D．，各物质的浓度不再发生变化7．可逆反应2X(g)＋Y(s)2Z(g)在t1时刻达到平衡状态。当增大平衡体系压强(减小容器容积)时，下列有关正、逆反应速率(v)随时间变化的图像正确的是A．B．C．D．8．某温度下，在2L恒容密闭容器中投入一定量的A、B，发生反应：3A(g)+bB(g)⇌cC(g)+2D(s)，12s时生成C的物质的量为0.8mol(反应进程如图所示)。下列说法中正确的是A．12s时，A的转化率为75%B．0-2s，D的平均反应速率为0.1mol/(L·s)C．化学计量系数之比b：c=1：4D．图中两曲线相交时，A的消耗速率等于A的生成速率提升训练提升训练1．可逆反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)的v－t图像如图甲所示，若其他条件都不变，只是在反应前加入合适的催化剂，则其v－t图像如图乙所示。①a1＝a2②a1＜a2③b1＝b2④b1＜b2⑤t1＞t2⑥t1＝t2⑦两图中阴影部分面积相等⑧图乙中阴影部分面积更大以上所述正确的为A．②④⑤⑦ B．②④⑥⑧ C．②③⑤⑦ D．②③⑥⑧2．在密闭容器中，对于可逆反应：A(?)+3B(?)2C(g),平衡时C的体积分数与温度和压强的关系如图所示，下列判断正确的是A．若正反应方向△H<0,则T1>T2 B．压强增大时，混合气体的平均相对分子质量减小C．A一定为气体 D．B一定为气体3．在其他条件不变时，只改变某一条件，化学反应aA(g)+B(g)cC(g)的平衡的变化图像如下(图中p表示压强，T表示温度，n表示物质的量，α表示平衡转化率)，据此分析下列说法正确的是A．在图像反应Ⅰ中，说明正反应为吸热反应B．在图像反应Ⅰ中，若p1>p2，则此反应的ΔS>0C．在图像反应Ⅱ中，说明该正反应为吸热反应D．在图像反应Ⅲ中，若T1>T2，则该反应能自发进行4．对于可逆反应mA(s)＋nB(g)eC(g)＋fD(g)，当反应过程中其他条件不变时，C的质量分数(c%)与温度(T)和压强(p)的关系如图所示。下列叙述正确的是A．达到平衡后，若使用催化剂，C的质量分数将增大B．达到平衡后，增加A的量有利于化学平衡向正方向移动C．化学方程式中n＞e＋fD．达到平衡后，若升高温度，化学平衡向逆方向移动5．在容积一定的密闭容器中发生可逆反应:A(g)+2B(g)2C(g)ΔH>0,其他条件不变化,只有温度变化时,某量随温度变化的关系如图所示。则下列说法中,正确是A．若p1>p2,纵坐标表示A的质量分数 B．若p1<p2,纵坐标表示C的质量分数C．若p1>p2,纵坐标表示混合气体的平均摩尔质量 D．若p1<p2,纵坐标表示A的转化率6．对于反应在容积为10L的密闭容器中进行。起始时和均为0.20mol。反应在不同条件下进行，反应体系总压强随时间的变化如图所示。下列说法不正确的是A．实验c条件下，从反应开始至达到平衡时B．实验a条件下，用浓度表示的平衡常数为100C．该反应的D．比较实验a、c可判断升高温度反应速率加快7．某温度时，反应X(g)4Y(g)＋Z(g)ΔH＝－QkJ·mol－1在2L恒容密闭容器中进行，X和Z的浓度随时间变化如图所示，下列说法不正确的是A．2min内，X的平均反应速率为0.25mol·L－1·min－1B．第tmin时，该反应达到平衡状态C．第5min后，X的生成速率与Z的生成速率相等且保持不变D．5min内，反应放出的热量为1.6QkJ8．在一定温度下，将一定量的气体通入体积为2L的密闭容器中，使其发生反应，有关物质X、Y、Z的物质的量的变化如图所示。下列有关推断不正确的是A．该反应的化学方程式是3Z⇌3X+2Y B．t0后。该反应停止进行C．t0时。X的浓度为0.9mol/L D．t0时，Z的转化率为60%9．在一定温度下，容器内某反应中M、N的物质的量随反应时间变化的曲线如下图，下列表述中正确的是A．t3时，正反应速率大于逆反应速率B．t2时，正逆反应速率相等，反应达到平衡状态C．化学方程式为：2M=ND．t1时，N的浓度是M浓度的2倍10．向某密闭容器中加入0.3molA、0.1molC和一定量的B三种气体。一定条件下发生反应，各物质的浓度随时间变化如甲图所示[t0～t1阶段的c(B)变化未画出]。乙图为t2时刻后改变条件平衡体系中正、逆反应速率随时间变化的情况，且四个阶段都各改变一种反应条件且互不相同，t3～t4阶段为使用催化剂。下列说法中正确的是A．若t1＝15s，用A的浓度变化表示t0～t1阶段的平均反应速率为0.004mol·L－1·s－1B．该容器的容积为2L，B的起始物质的量为0.02molC．t4～t5阶段改变的条件一定为减小压强D．t5～t6阶段，容器内A的物质的量减少了0.06mol，而此过程中容器与外界的热交换总量为akJ，该反应的热化学方程式：3A(g)B(g)＋2C(g)ΔH＝－50akJ·mol－111．在恒容密闭容器中存在下列平衡：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)。CO2(g)的平衡物质的量浓度c(CO2)与温度T的关系如图所示。下列说法错误的是（）A．反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的△H＞0B．在T2时，若反应处于状态D，则一定有v正＜v逆C．平衡状态A与C相比，平衡状态A的c(CO)小D．若T1、T2时的平衡常数分别为K1、K2，则K1＜K212．下列四图中，曲线变化情况与所给反应(a、b、c、d均大于0)相对应的是ABCD2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g)∆H=-akJ/mol