高考化学三轮冲刺最后30天之考前争分系列热点突破四化学反应速率与化学平衡图像解题方法学案

化学反应速率与化学平衡图像解题方法[突破方法]

1．化学平衡图像题的思维流程

2．解题步骤

3．解题技巧

(1)“定一议二”原则

在化学平衡图像中，了解纵轴、横轴和曲线所表示的三个物理量的意义。在确定横轴所表示的物理量后，讨论纵轴与曲线的关系，或在确定纵轴所表示的物理量后，讨论横轴与曲线的关系。

如反应2A(g)＋B(g)2C(g)达到化学平衡时，A的平衡转化率与压强和温度的关系如图1所示[纵轴为A的平衡转化率(α)，横轴为反应温度(T)]。

定压看温度变化，升高温度曲线走势降低，说明A的转化率降低，平衡向逆反应方向移动，正反应是放热反应。

定温看压强变化，因为此反应是反应后气体体积减小的反应，压强增大，平衡向正反应方向移动，A的转化率增大，故p2>p1。

(2)“先拐先平数值大”原则

对于同一化学反应在化学平衡图像中，先出现拐点的反应先达到平衡状态，先出现拐点的曲线表示的温度较高(如图2所示，α表示反应物的转化率)或压强较大[如图3所示，φ(A)表示反应物A的体积分数]。

图2：T2>T1，正反应放热。

图3：p1

(3)三看分析法

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。

例 1 [2017·河南郑州质检]一定条件下向某密闭容器中加入0.3 mol A、0.1 mol C 和一定量的B三种气体，图甲表示各物质浓度随时间的变化，图乙表示反应速率随时间的变化，t2、t3、t4、t5时刻后各改变一种条件，且改变条件均不同。若t4时刻改变条件是压强，则下列说法错误的是( )

A．若t1＝15 s，则前15 s的平均反应速率v(C)＝0.004 mol·L－1·s－1

B．该反应的化学方程式为3A(g)B(g)＋2C(g)

C．t2、t3、t5时刻改变的条件分别是升高温度、加入催化剂、增大反应物浓度

D．B的起始物质的量为0.04 mol

答案 C

解析由题图甲可知，15 s内c(C)由0.05 mol·L－1升高到0.11 mol·L－1，则有v(C)

＝(0.11－0.05) mol·L －115 s

＝0.004 mol·L －1·s －1，A 正确。由题图甲可知，t 1时刻达到平衡状态时，Δc (A)、Δc (C)分别为0.09 mol·L －1、0.06 mol·L －1，则A 、C 的化学计量数之比为3∶2；由题图乙可知，t 4时刻改变压强，正、逆反应速率同等程度变化，说明反应前后气体总分子数相等，从而推知该反应为3A(g)B(g)＋2C(g)，B 正确。t 2时刻正、逆反应速率均增大，可能是升高温度；t 3时刻正、逆反应速率均同等程度增大，可能是加入了催化剂；t 5时刻正、逆反应速率均增大，不可能是仅增大反应物浓度引起的，C 错误。起始时

加入0.1 mol C ，此时c (C)＝0.05 mol·L －1，则容器容积为0.1 mol 0.05 m ol·L

－1＝2 L ；由题图甲可知，反应中消耗0.09 mol·L －1 A ，则生成0.03 mol·L －1 B ，故B 的起始物质的量为0.05 mol·L －1×2 L－0.03 mol·L －1×2 L＝0.04 mol ，D 正确。

例2 [2017·山东济宁期末]氮和碳的化合物与人类生产、生活密切相关。

(1)在压强为0.1 MPa 条件下，将CO 和H 2的混合气体在催化剂作用下转化为甲醇的反应为CO(g)＋2H 2(g)CH 3OH(g) ΔH <0。

①下列有关叙述能说明该反应达到平衡状态的是________(填序号)。

a ．混合气体的密度不再变化

b ．CO 和H 2的物质的量之比不再变化

c ．v 正(H 2)＝v 逆(CH 3OH)

d ．CO 在混合气体中的质量分数保持不变

②T 1 ℃时，在一个容积为5 L 的恒压容器中充入1 mol CO 、2 mol H 2，经过5 min 达到平衡，CO 的转化率为0.75，则T 1 ℃时，CO(g)＋2H 2(g)

CH 3OH(g)的平衡常数K ＝________。

③T 1 ℃时，在容积为5 L 的恒容容器中充入一定量的H 2和CO ，反应达到平衡时CH 3OH 的体积分数与n (H 2)n (CO )的关系如图甲所示。温度不变，当n (H 2)n (CO )

＝2.5时，达到平衡状态，CH 3OH 的体积分数可能是图像中的________点。

(2)用催化转化装置净化汽车尾气，装置中涉及的反应之一为2NO(g)＋2CO(g)

N 2(g)

＋2CO 2(g)。 ①探究上述反应中NO 的平衡转化率与压强、温度的关系，得到如图乙所示的曲线。催化装置比较适合的温度和压强是________。

②测试某型号汽车在冷启动(冷启动指发动机水温低的情况下启动)时催化装置内CO 和NO 百分含量随时间变化曲线如图丙所示。则前10 s 内，CO 和NO 百分含量无明显变化的原因是__________________________________。

答案 (1)①ad ②75 ③F

(2)①400 K、1 MPa ②尚未达到催化剂工作温度(或尚未达到反应所需的温度)

解析 (1)①恒压条件下进行反应CO(g)＋2H 2(g)CH 3OH(g)，容器的容积不断变化，混合气体的总质量不变，则气体的密度不断变化，若混合气体的密度不再变化，则达到平衡状态，a 正确；若按物质的量之比为1∶2 投入CO 和H 2的话，二者的物质的量之比一直不变，b 错误；达到平衡时，v 正(H 2)＝2v 逆(CH 3OH)，c 错误；CO 在混合气体中的质量分数保持不变，则n (CO)保持不变，该反应达到平衡状态，d 正确。

②T 1 ℃时，恒压容器中进行反应，经过5 min 达到平衡，CO 的转化率为0.75，则平衡时混合气体的总物质的量为1.5 mol ；根据恒温恒压时，气体的体积之比等于其物质的量之

比，此时容器的容积为5 L×1.5 mol 3 mol

＝2.5 L ，则平衡时CO(g)、H 2(g)、CH 3OH(g)的浓度分别为0.1 mol·L －1、0.2 mol·L －1、0.3 mol·L －1

，故T 1 ℃时，该反应的平衡常数K ＝c (CH 3OH )c (CO )·c 2(H 2)＝0.30.1×0.22

＝75。 ③T 1 ℃时，图甲中C 点n (H 2)n (CO )＝2，n (H 2)n (CO )

由2变为2.5，相当于增加H 2的量，平衡正向移动，根据勒夏特列原理分析可知，n (CH 3OH)增加量小于n 总(气体)的增加量，则CH 3OH 的体积分数减小，故图中F 点符合要求。