化学平衡移动原理及图像分析

高二化学网络课堂第二讲化学平衡移动原理及图像分析教材回顾夯实双基构建双基正反应方向体积缩小体积扩大吸热反应放热反应减弱体验高考(2012·高考大纲全国卷)合成氨所需的氢气可用煤和水作原料经多步反应制得，其中的一步反应为CO(g)＋H2O(g)催化剂CO2(g)＋H2(g)ΔH＜0；反应达到平衡后，为提高CO的转化率，下列措施中正确的是()A．增加压强B．降低温度C．增大CO的浓度D．更换催化剂B思考感悟某一可逆反应，一定条件下达到平衡状态，若化学反应速率改变了，平衡一定发生移动吗？相反，若平衡发生移动了，化学反应速率一定改变吗？【提示】化学平衡移动的本质是由v(正)＝v(逆)改变为v(正)≠v(逆)，此时平衡就会发生移动。因此速率改变，平衡不一定移动，如加催化剂会同等程度地改变正逆反应速率，对于反应前后气体分子数不变的可逆反应，改变压强会同等程度改变正逆反应速率等，这些条件的改变只能改变反应速率大小，但不能使平衡发生移动;相反,平衡移动,说明反应速率一定改变了。考点串讲深度剖析考点化学平衡移动原理及其应用1．解析化学平衡移动题目的一般思路速率不变：如容积不变，充入惰性气体，平衡不移动速率改变程度相同v正＝v逆使用催化剂气体体积无变化的反应改变压强平衡不移动程度不同v正≠v逆浓度压强温度平衡移动改变条件2．化学平衡移动与化学反应速率的关系(1)v正v逆：平衡向正反应方向移动。(2)v正＝v逆：反应达到平衡状态，不发生平衡移动。(3)v正v逆：平衡向逆反应方向移动。3．几种特殊情况(1)当反应混合物中存在与其他物质不相混溶的固体或液体物质时，由于其“浓度”是恒定的，不随其量的增减而变化，故改变这些固体或液体的量，对平衡没影响。(2)对于反应前后气态物质的化学计量数相等的反应，压强的变化对正、逆反应速率的影响程度是等同的,故平衡不移动。(3)“惰性气体”对化学平衡的影响①恒温、恒容条件原平衡体系――——→充入惰性气体体系总压强增大―→体系中各组分的浓度不变―→平衡不移动。②恒温、恒压条件原平衡体系―——―→充入惰性气体容器容积增大，各反应气体的分压减小―→体系中各组分的浓度同倍数减小等效于减压(4)同等程度地改变反应混合物中各物质的浓度时，应视为压强的影响。4．需注意的问题移动的结果只是减弱了外界条件的变化，而不能完全抵消外界条件的变化，新平衡时此物理量更靠近于改变的方向。如反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，若增大反应物A的浓度，平衡右移，A的浓度在增大的基础上减小，但达到新平衡时，A的浓度一定比原平衡大；同理，若改变的是温度、压强等，其变化也相似。即时应用1．(2012·高考重庆卷)在一个不导热的密闭反应器中，只发生两个反应：a(g)＋b(g)2c(g)；ΔH10x(g)＋3y(g)2z(g)；ΔH2＞0进行相关操作且达到平衡后(忽略体积改变所作的功)，下列叙述错误的是()A．等压时，通入惰性气体，c的物质的量不变B．等压时，通入z气体，反应器中温度升高C．等容时，通入惰性气体，各反应速率不变D．等容时，通入z气体，y的物质的量浓度增大A2．(2012·高考安徽卷)一定条件下，通过下列反应可实现燃煤烟气中硫的回收：SO2(g)＋2CO(g)催化剂2CO2(g)＋S(l)ΔH＜0若反应在恒容的密闭容器中进行，下列有关说法正确的是()A．平衡前，随着反应的进行，容器内压强始终不变B．平衡时，其他条件不变，分离出硫，正反应速率加快C．平衡时，其他条件不变，升高温度可提高SO2的转化率D．其他条件不变，使用不同催化剂,该反应的平衡常数不变D数形结合思想探究化学平衡图像1．图像类型(1)浓度—时间图：此类图像能说明平衡体系中各组分在反应过程中的浓度变化情况。如A＋BAB反应情况如图1所示，解该类图像题要注意各物质曲线出现折点(达到平衡)的时刻相同，各物质浓度变化的内在联系及比例符合化学方程式中的化学计量数关系。(2)速率—时间图：如Zn与足量盐酸的反应，反应速率随时间的变化出现如图2所示的情况，解释原因：AB段(v渐增)，因反应为放热反应，随反应的进行，温度渐高，导致反应速率增大；BC段(v减小)，则主要原因是随反应的进行，溶液中c(H＋)渐小，导致反应速率减小。故分析时要抓住各阶段的主要矛盾，认真分析。(3)含量—时间—温度(压强)图：常见形式有如下几种。(C%指产物的质量分数；B%指某反应物的质量分数)(4)恒压(温)线(如图3所示)：该类图的纵坐标为物质的平衡浓度(c)或反应物的转化率(α)，横坐标为温度(T)或压强(p)，常见类型如下所示：(5)其他：如图4所示曲线是其他条件不变时，某反应物的最大转化率(α)与温度(T)的关系曲线，图中标出的1、2、3、4四个点，表示v正v逆的点是3，表示v正v逆的点是1，而2、4点表示v正＝v逆。2．解题步骤3．技巧(1)先拐先平在含量(转化率)—时间曲线中，先出现拐点的则先达到平衡，说明该曲线反应速率快，表示温度较高、有催化剂、压强较大等。(2)定一议二当图像中有三个量时，先确定一个量不变，再讨论另外两个量的关系，有时还需要作辅助线。(3)三步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(2013·伊犁高三模拟)下面是某化学研究小组探究外界条件对化学反应速率和化学平衡影响的图像，其中图像和实验结论表达均正确的是()A．①是其他条件一定时，反应速率随温度变化的图像，正反应ΔH0B．②是缩小容积体积后化学反应速率随时间变化的图像C．③是在有无催化剂存在下建立的平衡过程图像，a是使用催化剂时的曲线D．④是一定条件下，向含有一定量A的容器中逐渐加入B时的图像，压强p1p2C【解题感悟】解答化学平衡图像题的技巧：(1)明确图像中纵、横坐标，曲线的含义；(2)先拐先平数值大：在转化率—时间曲线中，先出现拐点的曲线先达到平衡，此时平衡处于较高的温度或较大的压强下；(3)定一议二：当图像中有三个变量时，先假设其中一个变量不变，再讨论另外两个量的关系。(2011·高考重庆卷)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例2A跟踪训练1．已知图一表示的是可逆反应CO(g)＋H2(g)C(s)＋H2O(g)ΔH0的化学反应速率(v)与时间(t)的关系，图二表示的是可逆反应2NO2(g)N2O4(g)ΔH0的浓度(c)随时间t的变化情况。下列说法中正确的是()A．图一t2时改变的条件可能是升高了温度或增大了压强B．若图一t2时改变的条件是增大压强，则反应的ΔH增大C．图二t1时改变的条件可能是升高了温度或增大了压强D．若图二t1时改变的条件是增大压强，则混合气体的平均相对分子质量将减小A2．在容积一定的密闭容器中发生可逆反应A(g)＋2B(g)2C(g)ΔH0，平衡移动关系如图所示。下列说法正确的是()A．p1p2，纵坐标指A的质量分数B．p1p2，纵坐标指C的质量分数C．p1p2，纵坐标指A的转化率D．p1p2，纵坐标指混合气体的平均摩尔质量B3.可逆反应mA(s)+nB(g)eC(g)+fD(g)，反应过程中保持其他条件不变，C的体积分数在温度(T)和压强(P)的条件下随时间(t)变化如下图所示，下列叙述正确的是()A．达到平衡后，若使用催化剂，C的体积分数将增大B．达到平衡后，若温度升高，化学平衡向逆反应方向移动C．化学方程式中n＞e+fD．达到平衡后，增加A的质量有利于化学平衡向正反应方向移动B真题集训把脉高考题组1化学反应进行的方向1．(2010·高考重庆卷)COCl2(g)CO(g)＋Cl2(g)；ΔH＞0，当反应达到平衡时，下列措施：①升温②恒容通入惰性气体③增加CO浓度④减压⑤加催化剂⑥恒压通入惰性气体，能提高COCl2转化率的是()A．①②④B．①④⑥C．②③⑤D．③⑤⑥B2．(2011·高考海南卷)氯气在298K、100kPa时，在1L水中可溶解0.09mol，实验测得溶于水的Cl2约有三分之一与水反应。请回答下列问题：(1)该反应的离子方程式为____________________________________________________；(2)估算该反应的平衡常数__________________________________________(列式计算)；(3)在上述平衡体系中加入少量NaOH固体，平衡将向________移动；(4)如果增大氯气的压强，氯气在水中的溶解度将________(填“增大”、“减小”或“不变”)，平衡将向________移动。解析：(1)Cl2溶于水时与水反应，生成HClO和HCl，反应的离子方程式Cl2＋H2OH＋＋Cl－＋HClO。(2)按1L水中溶解0.09molCl2进行计算，有0.09mol×13＝0.03molCl2参加反应：Cl2＋H2OHCl＋HClO开始(mol)0.0900转化(mol)0.030.030.03平衡(mol)0.060.030.03则平衡常数K＝cHCl·cHClOcCl2＝0.03×0.030.06＝0.015。(3)加入少量NaOH固体，OH－与H＋反应生成H2O，OH－与HClO反应生成ClO－和H2O，生成物的浓度减小，平衡向正反应方向移动。(4)增大Cl2的压强，Cl2在水中的溶解度增大，溶液中c(Cl2)增大，平衡向正反应方向移动。答案：(1)Cl2＋H2OH＋＋Cl－＋HClO(2)K＝cHCl·cHClOcCl2＝0.03×0.030.06＝0.015(3)正反应方向(4)增大正反应方向题组2化学平衡图像题3．(2011·高考安徽卷)电镀废液中Cr2O2－7可通过下列反应转化成铬黄(PbCrO4)：Cr2O2－7(aq)＋2Pb2＋(aq)＋H2O(l)2PbCrO4(s)＋2H＋(aq)ΔH＜0该反应达平衡后，改变横坐标表示的反应条件，下列示意图正确的是()A4．(1)(2011·高考山东卷节选)CO可用于合成甲醇，反应方程式为CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)。CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图所示。该反应ΔH______0(填“＞”或“＜”)。实际生产条件控制在250℃、1.3×104kPa左右，选择此压强的理由是______________________________________________。(2)(2012·高考北京卷节选)对于反应4HCl＋O2CuO/CuCl2400℃2Cl2＋2H2O，下图是在4种投料比[n(HCl)∶n(O2)，分别为1∶1、2∶1、4∶1、6∶1]下，反应温度对HCl平衡转化率影响的曲线。①曲线b对应的投料比是______________。②当曲线b、c、d对应的投料比达到相同的HCl平衡转化率时，对应的反应温度与投料比的关系是___________________________________________________。③投料比为2∶1、温度为400℃时，平衡混合气中Cl2的物质的量分数是______________。解析：(1)由图可看出温度越高，CO转化率越低，表明温度高对逆反应有利，正反应为放热反应，ΔH0，该压强下CO的转化率已较高，再增大压强转化率几乎不再增大，却要耗费较多动力。(2)①根据O2越多HCl的转化率越大，可知a、b、c、d曲线的投料比分别为6∶1、4∶1、2∶1、1∶1。②根据曲线可知，当b、c、d曲线HCl达到相同转化率时，投料比越高，对应的反应温度越低。③设n(HCl)＝2