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化学反应速率和化学平衡知识一直是高考化学中考查的热点内容,化学平衡问题也比较容易设计出综合性强、难度大的试题.主要题型为选择题;在第Ⅱ卷的综合题或基础题中必有一题涉及化学平衡问题的实际应用,体现化学平衡的实际应用.本文主要从化学反应速率和化学平衡的图象分析来总结该题型的解题方法.
一、解化学反应速率与化学平衡图象题的方法
1.解答化学反应速率、化学平衡图象题的有关思路
(1)一看坐标:即明确横、纵坐标所代表的量.
(2)二看点:即起点、终点、拐点、交叉点.
(3)三看曲线:曲线的含义、发展趋势、是否需要做辅助线.
2.分析图象常用的两条原则
(1)“先拐先平,数值大”:在含量—时间曲线中,先出现拐点的则先达到平衡,说明该曲线表示的温度较高或压强较大.
(2)“定一议二”:在含量—温度(或压强)曲线中,图象中有三个变量,先确定一个量不变,再讨论另外两个量的关系.
3.几种特殊图象
(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;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.(如图1)
图1
(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.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) 二、习题演练
例1 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.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( )
图2
(A) 若t 1=15 s,则用A的浓度变化表示的t0~t1阶段的平均反应速率为0.004 mol·L-1·s-1
(B) t4~t5阶段改变的条件一定为减小压强
(C) 该容器的容积为2 L,B的起始物质的量为0.02 mol
(D) t5~t6阶段,容器内A的物质的量减少了0.06 mol,而此过程中容器与外界的热交换总量为a kJ,该反应的热化学方程式:3A(g)=B(g)+2C(g) ΔH=-50a kJ·mol-1
解析:对于含图象的反应速率题目,首先要仔细读图,分析反应速率在特定时间段里的变化趋势.然后对改变的条件进行判断.C的浓度变化为0.11 mol·L-1-0.05 mol·L-1=0.06 mol·L-1,t3~t4与t4~t5,条件改变时,平衡不发生移动,只可能是两种情况,一是加入了催化剂,二是反应是一个反应前后气体分子数相等的反应,改变了体系的压强.
t3~t4阶段为使用催化剂,则t4~t5阶段改变的条件一定为减小压强.(A)项,前15 s中A的浓度变化为0.15 mol·L-1-0.06 mol·L-1=0.09 mol·L-1,速率为0.006 mol·L-1·s-1,
(A)项错;(C)项,A与C的化学计量数之比为3∶2,且该反应为反应前后气体分子数相等的反应,故B只能为生成物,且B与C的化学计量数之比为1∶2,则B的浓度改变为0.03 mol·L-1,其起始浓度为0.02 mol·L-1,物质的量为0.04 mol,(C)项错;t5~t6的条件改变为升高温度,这时反应正向进行,所以正反应为吸热反应,(D)项错,答案为(B).
图3
例2 可逆反应:X+Y W+Z,反应速率(v)随时间(t)变化的情况如图3所示.t0表示在其他条件不变的情况下,改变体系的一个条件(温度、浓度、压强)所引起的变化.则下列分析正确的是( )
(A) t0时条件改变引起的变化使平衡向正反应方向移动
(B) 若t0改变的条件是压强,W、Z均为气体,则X、Y中最多有一种为气体
(C) 若t0改变的条件是温度,则该反应的正反应是吸热反应
(D) 若t0改变的条件是浓度,改变的方法是减小X、Y的浓度
解析:t0时v′(逆)>v′(正),平衡向逆反应方向移动,(A)错误;(B)正确;若t0时改变的条件为温度,由图象可知:反应速率增大,肯定是升高温度,平衡向逆反应方向移动,正反应是放热反应,(C)错误;若t0时改变的条件为浓度,减小X、Y的浓度,会使v(正)减小,v(逆)瞬间不变,不符合图象,(D)错误,答案为(B).
一、解化学反应速率与化学平衡图象题的方法
1.解答化学反应速率、化学平衡图象题的有关思路
(1)一看坐标:即明确横、纵坐标所代表的量.
(2)二看点:即起点、终点、拐点、交叉点.
(3)三看曲线:曲线的含义、发展趋势、是否需要做辅助线.
2.分析图象常用的两条原则
(1)“先拐先平,数值大”:在含量—时间曲线中,先出现拐点的则先达到平衡,说明该曲线表示的温度较高或压强较大.
(2)“定一议二”:在含量—温度(或压强)曲线中,图象中有三个变量,先确定一个量不变,再讨论另外两个量的关系.
3.几种特殊图象
(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;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.(如图1)
图1
(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.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)
例1 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.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( )
图2
(A) 若t 1=15 s,则用A的浓度变化表示的t0~t1阶段的平均反应速率为0.004 mol·L-1·s-1
(B) t4~t5阶段改变的条件一定为减小压强
(C) 该容器的容积为2 L,B的起始物质的量为0.02 mol
(D) t5~t6阶段,容器内A的物质的量减少了0.06 mol,而此过程中容器与外界的热交换总量为a kJ,该反应的热化学方程式:3A(g)=B(g)+2C(g) ΔH=-50a kJ·mol-1
解析:对于含图象的反应速率题目,首先要仔细读图,分析反应速率在特定时间段里的变化趋势.然后对改变的条件进行判断.C的浓度变化为0.11 mol·L-1-0.05 mol·L-1=0.06 mol·L-1,t3~t4与t4~t5,条件改变时,平衡不发生移动,只可能是两种情况,一是加入了催化剂,二是反应是一个反应前后气体分子数相等的反应,改变了体系的压强.
t3~t4阶段为使用催化剂,则t4~t5阶段改变的条件一定为减小压强.(A)项,前15 s中A的浓度变化为0.15 mol·L-1-0.06 mol·L-1=0.09 mol·L-1,速率为0.006 mol·L-1·s-1,
(A)项错;(C)项,A与C的化学计量数之比为3∶2,且该反应为反应前后气体分子数相等的反应,故B只能为生成物,且B与C的化学计量数之比为1∶2,则B的浓度改变为0.03 mol·L-1,其起始浓度为0.02 mol·L-1,物质的量为0.04 mol,(C)项错;t5~t6的条件改变为升高温度,这时反应正向进行,所以正反应为吸热反应,(D)项错,答案为(B).
图3
例2 可逆反应:X+Y W+Z,反应速率(v)随时间(t)变化的情况如图3所示.t0表示在其他条件不变的情况下,改变体系的一个条件(温度、浓度、压强)所引起的变化.则下列分析正确的是( )
(A) t0时条件改变引起的变化使平衡向正反应方向移动
(B) 若t0改变的条件是压强,W、Z均为气体,则X、Y中最多有一种为气体
(C) 若t0改变的条件是温度,则该反应的正反应是吸热反应
(D) 若t0改变的条件是浓度,改变的方法是减小X、Y的浓度
解析:t0时v′(逆)>v′(正),平衡向逆反应方向移动,(A)错误;(B)正确;若t0时改变的条件为温度,由图象可知:反应速率增大,肯定是升高温度,平衡向逆反应方向移动,正反应是放热反应,(C)错误;若t0时改变的条件为浓度,减小X、Y的浓度,会使v(正)减小,v(逆)瞬间不变,不符合图象,(D)错误,答案为(B).