第三单元化学平衡图像题解题策略及思维模型

第三单元化学平衡图像题解题策略及思维模型模型一题型分类1．分析外界条件对反应速率及化学平衡的影响；2．由图像判断反应特征(确定反应中各物质的系数、判断热效应或气体物质系数的变化关系)；3．由反应和图像判断图像中坐标或曲线的物理意义；4．由反应和图像判断符合图像变化的外界条件；5．由反应判断图像正误等。模型二解题模型看图像——一看面纵坐标与横坐标的意义二看线线的走向和变化趋势三看点起点，拐点，终点四看辅助线如等温线、等压线、平衡线五看量的变化如浓度变化、温度变化想规律——联想外界条件的改变对化学反应速率和化学平衡的影响作判断——根据图像中呈现的关系与所学规律相对比，作出符合题目要求的判断模型三常见图像(一)化学反应速率图像1．物质的量(或浓度)一时间图像及其应用例如：某温度时，在定容(VL)容器中，X、Y、Z三种物质的物质的量随时间的变化曲线如图所示。根据上述图像可进行如下计算：(1)某物质的反应速率、转化率，如：v(X)＝n1－n3V·t3mol·L－1·s－1，Y的转化率＝n2－n3n2×100%。(2)确定化学方程式中的系数之比如X、Y、Z三种物质的系数之比为(n1－n3)∶(n2－n3)∶n2。2．速率一时间图像及其应用对于可逆反应，外界条件对正、逆反应速率的影响可用以下词语概括：突变、渐变；强变、弱变；等变、不变。(1)增大反应物浓度，v(正)突变，v(逆)渐变。(2)增大压强，①若ΔVg＜0，则v(正)强变，v(逆)弱变；②若ΔVg＞0，则v(正)弱变，v(逆)强变。(3)升高温度，①若ΔH＜0，则v(正)弱变，v(逆)强变；②若ΔH＞0，则v(正)强变，v(逆)弱变。(4)使用催化剂，或对ΔVg＝0的反应加压，v(正)与v(逆)等变。【典例1】(2012·菏泽统考)一定温度下，在2L的密闭容器中，X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示：下列描述正确的是()。A．反应开始到10s，用Z表示的反应速率为0.158mol·L－1·s－1B．反应开始到10s，X的物质的量浓度减少了0.79mol·L－1C．反应开始到10s时，Y的转化率为79.0%D．反应的化学方程式为：X(g)＋Y(g)Z(g)解析反应到10s时，X减少1.20mol－0.41mol＝0.79mol，Y减少1.0mol－0.21mol＝0.79mol，Z增加1.58mol，所以X、Y、Z的反应方程式为X(g)＋Y(g)2Z(g)，D错；用Z表示的反应速率应为1.58mol2L×10s＝0.079mol·(L·s)－1，A错；X的物质的量浓度减少0.79mol2L＝0.395mol·L－1，B错。答案C(二)化学平衡图像1．反应混合体系中某个量M%作纵坐标与反应时间t作横坐标的关系图像(一般指反应混合物中某组分的浓度或某组分的体积分数或某组成的转化率)。如图：这类图像的分析方法是：(1)用斜率绝对值大小判断温度高低或压强大小，即斜率绝对值越大，表示反应速率越大，所以对应的温度越高或压强越大(如图A中p1＜p2或T1＜T2)。(即先拐先平速率大)(2)利用两平衡线高低判断正反应是吸热反应还是放热反应，或者是化学方程式中气体物质反应前后系数的大小。2．平衡体系中某个量作纵坐标，压强p或温度T作横坐标的变化曲线这类图像的分析方法是“定一议二”，当有多条曲线及两个以上条件时，要固定其中一个条件，分析其他条件之间的关系，必要时，作一条辅助线分析。【典例2】在容积不变的密闭容器中存在如下反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)ΔH0，某研究小组研究了其他条件不变时，改变某一条件对上述反应的影响，下列分析正确的是()。A．图Ⅰ研究的是t0时刻增大O2的物质的量浓度对反应速率的影响B．图Ⅱ研究的是t0时刻通入氦气增大体系压强对反应速率的影响C．图Ⅲ研究的是催化剂对化学平衡的影响，且甲的催化效率比乙高D．图Ⅲ研究的是温度对化学平衡的影响，且乙的温度较高思路点拨题目中可以应用的信息主要有：①SO2和O2反应生成SO3，ΔH0，且体积缩小，②两个v－t图像和α(SO2)－t的关系图像，本着外界因素对化学反应速率的影响规律分析引起变化的因素。解析这是一道把图像、反应速率的影响因素等结合在一起的逆向考查综合题。图Ⅰ中t0时刻的v(正)、v(逆)都高于原平衡化学反应速率且v(正)v(逆)，应是增大体系的压强所致，A项错；图Ⅱ中图像显示v(正)＝v(逆)都高于原平衡体系，而体系中通入氦气只能增大体系的总压，并未改变各组分的分压，故不影响v′(正)、v′(逆)，B项错；催化剂只能改变化学反应速率，对化学平衡无影响，因而加入催化剂后，甲、乙能达到同一平衡状态，C项错；图Ⅲ中乙比甲到达平衡所需时间短，其他条件不变时，T(乙)T(甲)，且此反应是ΔH0，温度由T(乙)―→T(甲)降低，α(SO2)升高，符合曲线变化，D项正确。答案D1．(2012·武汉模拟)CaCO3与稀盐酸反应(放热反应)生成CO2的量与反应时间的关系如图所示，下列结论不正确的是()。A．反应开始2min内平均反应速率最大B．反应速率先增大后减小C．反应开始4min内温度对反应速率的影响比浓度大D．反应在第2min到第4min内生成CO2的平均反应速率为前2min的2倍解析首先要看明白图像，图中的曲线表明，二氧化碳的产生速率先快后慢。在第一个2min内产生了0.1molCO2，第二个2min内产生了0.2molCO2，第三个2min内产生了0.05molCO2，反应速率先增大后减小；先增大是由于反应放热，使溶液温度升高，导致反应速率增大，4min后速率下降则是由于浓度降低所引起的，通过计算知，A项错误，应该是2～4min的平均速率最大。答案A2．(2011·重庆理综，10)一定条件下，下列反应中水蒸气含量随反应时间的变化趋势符合下图的是()。A．CO2(g)＋2NH3(g)CO(NH2)2(s)＋H2O(g)ΔH＜0B．CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH＞0C．CH3CH2OH(g)CH2===CH2(g)＋H2O(g)ΔH＞0D．2C6H5CH2CH3(g)＋O2(g)2C6H5CH===CH2(g)＋2H2O(g)ΔH＜0解析四个选项中水蒸气均为生成物。依左图可知T2＞T1，升温，水蒸气含量减小，平衡左移，所以正反应为放热反应即ΔH＜0，B、C错；依右图可知p1＞p2，增压，水蒸气含量增加，即正反应为气体体积减小的反应，D错。答案A3．某化学科研小组研究在其他条件不变时，改变其中一个条件对化学平衡的影响，得到如下变化规律(图中p表示压强，T表示温度，n表示物质的量)：根据以上规律判断，下列结论正确的是()。A．反应Ⅰ：ΔH0，p2p1B．反应Ⅱ：ΔH0，T1＜T2C．反应Ⅲ：ΔH0，T2T1或ΔH0，T2T1D．反应Ⅳ：ΔH0，T2T1解析A项2A(g)＋B(g)2C(g)，横坐标代表温度，纵坐标代表A的平衡转化率，曲线逐渐降低，说明升温平衡逆向移动，正反应放热，故ΔH＜0，A项错；B项T1＞T2，升温n(C)减小，平衡逆移，则正反应放热，故B错误；C项ΔH＞0，T2＞T1，升高温度C的平衡体积分数增大，平衡正移，ΔH0，T2T1，降低温度C的平衡体积分数增大，平衡正移，C正确；D项T2＞T1，升温平衡正移，正反应吸热，故D错。答案C4．加入0.1molMnO2粉末于50mL过氧化氢溶液(ρ＝1.1g·mL－1)中，在标准状况下放出气体的体积和时间的关系如图所示。(1)实验时放出气体的总体积是_______________________________________。(2)放出一半气体所需的时间为_________________________________________。(3)反应放出34气体所需时间为_________________________________________________。(4)A、B、C、D各点反应速率快慢的顺序为________________________________________。(5)解释反应速率变化的原因是_______________________________________________。(6)计算H2O2的初始物质的量的浓度________________________________________。(7)求反应到2min时，H2O2的质量分数_______________________________________。解析根据V­t图像知，反应进行至1min时，放出O2的体积为30mL，反应进行至2min时，放出O2的体积为45mL，反应进行至5min时，放出O2的体积达最大值60mL；由V­t曲线的斜率变化可知：D、C、B、A的反应速率逐渐减小，这是因为随着反应的进行，c(H2O2)逐渐降低，反应速率逐渐变小；根据：2H2O2=====MnO22H2O＋O2↑，由V(O2)＝60mL，则n(H2O2)＝0.060L22.4L·mol－1×2＝0.0054mol，所以H2O2的起始物质的量浓度为0.0054mol0.05L＝0.108mol·L－1反应进行至2min时，V(O2)＝45mL，消耗H2O2的物质的量为0.045L22.4L·mol－1×2＝0.004mol，剩余H2O2的物质的量为0.0054mol－0.004mol＝1.40×10－3mol。所以w(H2O2)＝1.40×10－3mol×34g·mol－150mL×1.1g·mL－1－0.045L22.4L·mol－1×32g·mol－1×100%＝0.086%。答案(1)60mL(2)1min(3)2min(4)D＞C＞B＞A(5)随着反应的进行，c(H2O2)逐渐降低，反应速率逐渐变慢(6)0.108mol·L－1(7)0.086%