專題講座7 用數(shù)形結(jié)合的思想探究化學(xué)平衡圖像

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專題講座七　用數(shù)形結(jié)合的思想探究化學(xué)平衡圖像 1．圖像類型 (1)濃度—時(shí)間圖：此類圖像能說(shuō)明平衡體系中各組分在反應(yīng)過(guò)程中的濃度變化情況。如A＋BAB反應(yīng)情況如圖1所示，解該類圖像題要注意各物質(zhì)曲線出現(xiàn)折點(diǎn)(達(dá)到平衡)的時(shí)刻相同，各物質(zhì)濃度變化的內(nèi)在聯(lián)系及比例符合化學(xué)方程式中的化學(xué)計(jì)量數(shù) 關(guān)系。 (2)速率—時(shí)間圖：如Zn與足量鹽酸的反應(yīng)，反應(yīng)速率隨時(shí)間的變化出現(xiàn)如圖2所示的情況，解釋原因：AB段(v漸增)，因反應(yīng)為放熱反應(yīng)，隨反應(yīng)的進(jìn)行，溫度漸高，導(dǎo)致反應(yīng)速率增大；BC段(v漸小)，則主要原因是隨反應(yīng)的進(jìn)行，溶液中c(H＋)逐漸減小，導(dǎo)致反應(yīng)速率減小。故分析時(shí)要抓住各階段的主要矛盾，認(rèn)真分析。 (3)含量—時(shí)間—溫度(壓強(qiáng))圖：常見(jiàn)形式有如下幾種。(C%指生成物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；B%指某反應(yīng)物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)) (4)恒壓(溫)線(如圖3所示)：該類圖的縱坐標(biāo)為物質(zhì)的平衡濃度(c)或反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率(α)，橫坐標(biāo)為溫度(T)或壓強(qiáng)(p)，常見(jiàn)類型如下所示： (5)其他：如圖4所示曲線是其他條件不變時(shí)，某反應(yīng)物的最大轉(zhuǎn)化率(α)與溫度(T)的關(guān)系曲線，圖中標(biāo)出的1、2、3、4四個(gè)點(diǎn)，表示v正>v逆的點(diǎn)是3，表示v正c，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng) B．T1>T2，p1p2，a＋bT2，p1>p2，a＋b>c，正反應(yīng)為放熱反應(yīng) 答案　B 解析　當(dāng)圖像中有三個(gè)變量時(shí)，先確定一個(gè)量不變，再討論另外兩個(gè)量的關(guān)系，這叫做“定一議二”。解答該題要綜合運(yùn)用“定一議二”和“先拐先平”的原則。由(T1，p1)和(T1，p2)兩條曲線可以看出：①溫度相同(T1)，但壓強(qiáng)為p2時(shí)達(dá)到平衡所需的時(shí)間短，即反應(yīng)速率大，所以p2>p1；②壓強(qiáng)較大(即壓強(qiáng)為p2)時(shí)對(duì)應(yīng)的w(B)較大，說(shuō)明增大壓強(qiáng)平衡逆向移動(dòng)，則a＋bT2；②溫度較高(即溫度為T1)時(shí)對(duì)應(yīng)的w(B)較小，說(shuō)明升高溫度平衡正向移動(dòng)，故正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)。 解題指導(dǎo) 從“拐點(diǎn)”著手突破該類圖像 同一可逆反應(yīng)，如果反應(yīng)條件不同，化學(xué)反應(yīng)速率可能不相同，達(dá)到化學(xué)平衡所用的時(shí)間也可能不相同，反映到圖像上，就是出現(xiàn)“拐點(diǎn)”的時(shí)間有差異。根據(jù)外界條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響，即可判斷不同“拐點(diǎn)”所對(duì)應(yīng)溫度的高低、壓強(qiáng)或濃度的大小及是否使用催化劑。 同一可逆反應(yīng)，在不同的反應(yīng)條件下達(dá)到平衡時(shí)，各組分的百分含量、體系的壓強(qiáng)、混合氣體的密度及平均相對(duì)分子質(zhì)量等可能不相等，反映到圖像上，就是“拐點(diǎn)”對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)有差異。根據(jù)外界條件對(duì)化學(xué)平衡的影響，即可判斷不同條件下各“拐點(diǎn)”縱坐標(biāo)的大小。 題組三　恒溫線(或恒壓線)圖像 3. 有一化學(xué)平衡mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，如圖表示的是A的轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)、溫度的關(guān)系。下列敘述正確的是 (　　) A．正反應(yīng)是放熱反應(yīng)；m＋n>p＋q B．正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)；m＋np＋q 答案　D 解析　圖像中有三個(gè)量，應(yīng)定一個(gè)量來(lái)分別討論另外兩個(gè)量之間的關(guān)系。定壓強(qiáng)，討論T與A的轉(zhuǎn)化率的關(guān)系：同一壓強(qiáng)下，溫度越高，A的轉(zhuǎn)化率越高，說(shuō)明正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)；定溫度，討論壓強(qiáng)與A的轉(zhuǎn)化率的關(guān)系：同一溫度下，壓強(qiáng)越大，A的轉(zhuǎn)化率越高，說(shuō)明正反應(yīng)是體積縮小的反應(yīng)，即m＋n>p＋q。 題組四　速率、平衡綜合圖像 4．下面是某化學(xué)研究小組探究外界條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡影響的圖像，其中圖像和實(shí)驗(yàn)結(jié)論表達(dá)均正確的是 (　　) A．①是其他條件一定時(shí)，反應(yīng)速率隨溫度變化的圖像，正反應(yīng)ΔH<0 B．②是在平衡體系的溶液中溶入少量KCl晶體后化學(xué)反應(yīng)速率隨時(shí)間變化的圖像 C．③是在有無(wú)催化劑存在下建立的平衡過(guò)程圖像，a是使用催化劑時(shí)的曲線 D．④是一定條件下，向含有一定量A的容器中逐漸加入B時(shí)的圖像，壓強(qiáng)p1>p2 答案　C 解析　根據(jù)圖像①，升高溫度，平衡正向移動(dòng)，正反應(yīng)ΔH>0，A錯(cuò)；②反應(yīng)實(shí)質(zhì)是 Fe3＋＋3SCN－Fe(SCN)3，K＋和Cl－不參加化學(xué)反應(yīng)，KCl濃度增大不影響化學(xué)平衡，B錯(cuò)；③使用催化劑，反應(yīng)速率加快，先達(dá)到平衡，C正確；④此反應(yīng)為反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量不變的化學(xué)反應(yīng)，改變壓強(qiáng)不影響平衡狀態(tài)，即不影響A的轉(zhuǎn)化率，且由于不斷加入B，A的轉(zhuǎn)化率增大，D錯(cuò)。 5．某密閉容器中充入等物質(zhì)的量的A和B，一定溫度下發(fā)生反應(yīng)A(g)＋xB(g) 2C(g)，達(dá)到平衡后，在不同的時(shí)間段，分別改變影響反應(yīng)的一個(gè)條件，測(cè)得容器中物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度、反應(yīng)速率分別隨時(shí)間的變化如下圖所示： 下列說(shuō)法中正確的是 (　　) A．30～40 min間該反應(yīng)使用了催化劑 B．反應(yīng)方程式中的x＝1，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng) C．30 min時(shí)降低溫度，40 min時(shí)升高溫度 D．8 min前A的反應(yīng)速率為0.08 molL－1min－1 答案　D 解析　A項(xiàng)，若使用催化劑，則化學(xué)反應(yīng)速率加快，A不正確；由物質(zhì)的量濃度—時(shí)間圖像可知，A、B的濃度變化相同，故A、B的計(jì)量數(shù)相同，都為1，由反應(yīng)速率—時(shí)間圖像可知，30 min時(shí)改變的條件為降壓，40 min時(shí)改變的條件為升溫，且升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。8 min前A的反應(yīng)速率為(2.0 molL－1－ 1.36 molL－1)/8 min＝0.08 molL－1min－1。 題組五　其他類圖像 6．將I2溶于KI溶液中，能配制成濃度較大的碘水，主要是發(fā)生了反應(yīng)：I2(aq)＋I(xiàn)－(aq) I(aq)。該平衡體系中，I的物質(zhì)的量濃度與溫度(T)的關(guān)系如圖所示(曲線上的任何一點(diǎn)都代表平衡狀態(tài))。下列說(shuō)法正確的是 (　　) A．反應(yīng)速率：vM>vP B．平衡常數(shù)：KNv逆 答案　D 解析　A中，溫度越高，反應(yīng)速率越大，vMKP；C中，M、N兩點(diǎn)相比，M點(diǎn)溫度低于N點(diǎn)溫度，升溫，平衡左移，所以M點(diǎn)的c(I－)小。 7. 在容積相同的密閉容器內(nèi)，分別充入同量的N2和H2，在不同溫度下，任其發(fā)生反應(yīng)N2＋3H22NH3，并分別在t秒時(shí)測(cè)定其中NH3的體積分?jǐn)?shù)，繪圖如右： (1)A、B、C、D、E五點(diǎn)中，尚未達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的點(diǎn)是________。 (2)此可逆反應(yīng)的正反應(yīng)是________反應(yīng)。(填“放熱”或“吸熱”)。 (3)AC段的曲線是增函數(shù)，CE段曲線是減函數(shù)，試從反應(yīng)速率和平衡角度說(shuō)明理由。___________________________________________________________________。 答案　(1)AB　(2)放熱　(3)AC段：反應(yīng)開(kāi)始v正>v逆，反應(yīng)向右進(jìn)行生成NH3。CE段：已達(dá)平衡，升溫使平衡左移，NH3%變小 6