人教版高考化学一轮总复习高考专题讲座3化学平衡图像的分类突破课时学案

 (三)化学平衡图像的分类突破

化学平衡图像题解答步骤

第一步：看特点。即分析可逆反应化学方程式，观察物质的状态、气态物质分子数的变化(正反应是气体分子数增大的反应，还是气体分子数减小的反应)、反应热(正反应是放热反应，还是吸热反应)等。

第二步：识图像。即识别图像类型，横坐标和纵坐标的含义、线和点(平台、折线、拐点等)的关系。

第三步：想原理。联想化学反应速率、化学平衡移动原理，特别是影响因素及使用前提条件等。

第四步：巧整合。图表与原理整合。逐项分析图表，重点看图表是否符合可逆反应的特点、化学反应速率和化学平衡原理。

类型一　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)对正、逆反应速率影响的变化趋势及变化幅度。图中交点是平衡状态，压强或温度增大，正反应速率增大得快，平衡正向移动。

[题组训练]

1．下列各图是温度(或压强)对反应2A(s)＋2B(g)2C(g)＋D(g)(正反应为吸热反应)的正、逆反应速率的影响，曲线交点表示建立平衡时的温度或压强，其中正确的是(　　)

C　解析：根据化学反应特点，升温，v正、v逆均增大，平衡正向移动，v正>v逆；加压，v正、v逆均增大，平衡逆向移动，v逆>v正。

类型二　转化率(或百分含量)—时间—温度(或压强)图像

已知不同温度或压强下，反应物的转化率α(或百分含量)与时间的关系曲线，推断温度的高低及反应的热效应或压强的大小及气体物质间的化学计量数的关系。

[以mA(g)＋nB(g)pC(g)中反应物A的转化率αA为例说明]

[方法规律]

(1)“先拐先平，数值大”原则

分析反应由开始(起始物质相同时)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。如图甲中T2>T1。

②若为压强变化引起，压强较大时，反应达平衡所需时间短。如图乙中p1>p2。

③若为使用催化剂引起，使用适宜催化剂时，反应达平衡所需时间短，但反应物的转化率不变。如图丙中a使用催化剂。

(2)正确掌握图像中反应规律的判断方法

①图甲中，T2>T1，升高温度，αA降低，平衡逆向移动，正反应为放热反应。

②图乙中，p1>p2，增大压强，αA升高，平衡正向移动，则正反应为气体体积缩小的反应，即m＋n>p。

③若纵坐标表示A的百分含量，则图甲中正反应为吸热反应，图乙中正反应为气体体积增大的反应。

[题组训练]

2．密闭容器中进行的可逆反应：aA(g)＋bB(g)cC(g)在不同温度(T1和T2)及压强(p1和p2)下，混合气体中B的质量分数w(B)与反应时间(t)的关系如图所示。下列判断正确的是(　　)

A．T1<T2，p1<p2，a＋b>c，正反应为吸热反应

B．T1>T2，p1<p2，a＋b<c，正反应为吸热反应

C．T1<T2，p1>p2，a＋b<c，正反应为吸热反应

D．T1>T2，p1>p2，a＋b>c，正反应为放热反应

B　解析：由(T1，p1)和(T1，p2)两条曲线可以看出：①温度相同(T1)，但压强为p2时先出现“拐点”，达到平衡所需的时间短，即反应速率大，所以p2>p1；②压强较大(即压强为p2)时对应的w(B)较大，说明增大压强平衡逆向移动，则a＋b<c。由(T1，p2)和(T2，p2)两条曲线可以看出：①压强相同(p2)，但温度为T1时先出现“拐点”，达到平衡所需的时间短，即反应速率大，所以T1>T2；②温度较高(即温度为T1)时对应的w(B)较小，说明升高温度平衡正向移动，故正反应为吸热反应。

类型三　恒温线或恒压线图像

以反应A(g)＋B(g)C(g)　ΔH<0为例

[方法规律]

(1)“定一议二”原则：可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产物气体物质间的化学计量数的大小关系。如图乙中任取两条压强曲线研究，压强增大，αA增大，平衡正向移动，正反应为气体体积减小的反应，图甲中任取一曲线，也能得出结论。

(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。如利用上述分析方法，在图甲中作垂直线，图乙中任取一曲线，即能分析出正反应为放热反应。

[题组训练]

3．(2020·海南模拟)反应mA(g)＋nB(g)eC(g)＋fD(s)　ΔH。若按反应物的化学计量数比投料。在一定条件下进行反应，该反应达到平衡时C的气体体积分数与温度、压强的关系如图所示。下列叙述正确的是(　　)

A．该反应的ΔH＞0

B．该化学方程式中，m＋n＞e＋f

C．加入催化剂可加快正反应速率，逆反应速率不变

D．往平衡后的恒压容器中再充入一定量 C，达到新平衡时，C的浓度可与原平衡时的相同

D　解析：反应中D为固体，由图可知，相同压强时，温度越低，C%越大，说明正反应为放热反应，ΔH＜0，故A错误；相同温度下压强越大，C%越大，可知增大压强，平衡正向移动，m＋n＞e，故B错误；催化剂同等程度改变正、逆反应速率，可加快正反应速率和逆反应速率，故C错误；开始A、B按化学计量数比投料，往平衡后的恒压容器中再充入一定量 C，相当于增大压强，最后达到相同平衡状态，达到新平衡时，C的浓度可与原平衡时的相同，故D正确。

4．已知(HF)2(g)2HF(g)　ΔH>0，且平衡体系的总质量(m总)与总物质的量(n总)之比在不同温度下随压强的变化曲线如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．温度：T1<T2

B．平衡常数：Ka＝Kb<Kc

C．反应速率：vb>va

D．当＝30 g/mol时，n(HF)∶n[(HF)2]＝2∶1

C　解析：由题给信息知该反应为气体分子数增大的吸热反应，从图像可以看出，当压强不变时，由T1到T2，增大，说明n总减小，平衡左移，即平衡向放热反应方向移动，所以由T1到T2为降低温度的过程，即T1>T2，A项错误；由于T1温度较高，升高温度平衡右移，故温度为T1时的平衡常数大于温度为T2时的平衡常数，再结合温度不变平衡常数不变知，Kb>Ka＝Kc，B项错误；温度越高，压强越大，反应速率越大，故vb>va，C项正确；设HF为x mol，(HF)2为y mol，当＝30 g/mol时，有＝30，解得x＝y，即n(HF)∶n[(HF)2]＝1∶1，D项错误。

类型四　反应过程中组分含量或浓度与温度的关系图像

对于化学反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，在相同时间段内，M点前，表示化学反应从反应物开始，则v正>v逆，未达平衡；M点为刚达到的平衡点。M点后为平衡受温度的影响情况，即升温，A%增大(C%减小)，平衡逆向移动，ΔH<0。

[题组训练]

5．(双选)工业上，利用CO和H2合成二甲醚：3CO(g)＋3H2(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g)，为了寻找合适的温度，研究者进行了多次实验，每次实验保持原料气组成(3 mol CO、3 mol H2)、体积(10 L)、反应时间等因素不变，实验结果如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．X、Y两点对应的正反应速率相等

B．合成二甲醚反应的ΔH<0

C．反应温度应控制在240～260 ℃

D．选择合适催化剂，可以提高CO的转化率

BC　解析：X、Y两点所对应的温度不同，故正反应速率不同，A项错误；CO转化率达到最高后再升温，转化率降低，故合成二甲醚的反应为放热反应，即ΔH<0，B项正确；由图像可知，CO的转化率在240～260 ℃可达到最高点，即转化率较大，C项正确；催化剂只能改变化学反应速率，不能使平衡移动，不能提高CO的转化率，D项错误。

类型五　组分含量或转化率与温度或压强的关系图像

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。

图1中左上方(E点)，A%大于此压强p1时平衡体系中的A%，E点必须向正反应方向移动才能达到平衡状态，所以，E点v正＞v逆；则右下方(F点)v正＜v逆。

图2中，左下方(B点)α(A)小于此温度T1时平衡体系中的α(A)，B点必须向正反应方向移动才能达到平衡状态，所以B点v正＞v逆，则A点v正<v逆。

[题组训练]

6．对于反应N2O4(g)2NO2(g)在温度一定时，平衡体系中NO2的体积分数φ(NO2)随压强的变化情况如图所示(实线上的点为对应压强下的平衡点)，下列说法正确的是(　　)

A．A、C两点的正反应速率的关系为v(A)>v(C)

B．A、B、C、D、E各状态中，v正<v逆的是状态E

C．维持p1不变，E→A所需时间为x；维持p2不变，D→C所需时间为y，则x<y

D．使E状态从水平方向到达C状态后，再沿平衡曲线到达A状态，从理论上来讲，可选用的条件是从p1突然加压至p2，再由p2无限缓慢降压至p1

D　解析：在有气体参加的反应体系中，增大压强，反应速率增大，A点的压强小于C点，故反应速率v(A)<v(C)，A项错误；由图像可知，A、B、C表示达到平衡状态，故v正＝v逆，E点φ(NO2)小于同压强(p1)时平衡点A的φ(NO2)，表示反应正向进行，v正>v逆，同理D点表示反应逆向进行，v正<v逆，B项错误；由于p2>p1，故在p2时反应速率大于p1时，因此，达到平衡的时间比p1要短，y<x，C项错误。

类型六　化工生产中的转化率或产率与投料比温度、催化剂的关系图像

化工生产中的特定图像充分体现化学知识的“学以致用”的目标，是高考特别关注的命题点。图像中涉及的信息非常多，如温度、压强、转化率、百分含量、投料比、产率等，分析时一定注意分析图像涉及的物理量含义。

[题组训练]

7．将燃煤废气中的CO2转化为甲醚的反应原理为

2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g)

已知在压强为a MPa下，该反应在不同温度、不同投料比时，CO2的转化率见下图：

此反应________(填“放热”或“吸热”)；若温度不变，提高投料比[n(H2)/n(CO2)]，则K将________(填“增大”“减小”或“不变”)。

解析：当投料比一定时，温度越高，CO2的转化率越低，所以升温，平衡左移，正反应为放热反应。平衡常数只与温度有关，不随投料比的变化而变化。

答案：放热　不变

8．采用一种新型的催化剂(主要成分是Cu—Mn合金)，利用CO和H2制备二甲醚(DME)。

主反应：2CO(g)＋4H2(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)

副反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)

CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)

测得反应体系中各物质的产率或转化率与催化剂的关系如图所示。

则催化剂中n(Mn)/n(Cu)约为________时最有利于二甲醚的合成。

解析：由图可知当催化剂中n(Mn)/n(Cu)约为2.0时，CO的转化率最大，生成的二甲醚最多。

答案：2.0