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素养2素养1目录ONTENTSC第七章化学反应速率和化学平衡学科素养提升(五)化学平衡图像模型与突破解答此类试题的关键是:(1)看清横、纵坐标代表的含义,理解图示化学曲线的意义;(2)理清图像变化的趋势,重点把握起点、拐点、终点。突破口在于抓住图像中关键点的含义,在此基础上结合化学原理作出正确的判断。1.图像类型及特点(1)转化率(或质量分数等)-压强-温度图像特点:表示两个外界条件同时变化时,A的转化率的变化规律。解决这类图像题,采用“定一议二”法,即把自变量(温度、压强)之一设为恒量,讨论另外两个变量的关系。特点:曲线上的点表示平衡状态,而X、Y点则未达平衡状态,使反应由X点达到平衡状态,反应需向B的百分含量减小的方向进行;要使反应由Y点达到平衡状态,反应需向B的百分含量增大的方向进行。(2)质量分数-时间图像特点:表示不同条件下反应速率的快慢以及平衡混合物中D的质量分数大小。解题方法是“先拐先平,数值大”,即曲线先出现拐点的首先达到平衡,反应速率快,以此判断温度或压强的高低,再依据外界条件对平衡的影响分析。(3)特殊图像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(如图);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ΔH0。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(如图)。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v逆。2.一般解题思路——“四看”一看面:即看清坐标所代表的意义。二看线:看准线的走向、变化趋势及量的变化(需作辅助线、等温线、等压线等)。三看点:弄懂曲线上点的意义,特别是一些特殊点(如起点、交点、转折点、极值点等)。四看量:看横坐标和纵坐标所表示的物理量的变化。1.对于可逆反应:2A(g)+B(g)2C(g)ΔH0,下列各图中正确的是()2A(g)+B(g)2C(g)ΔH0,反应放热,平衡后升高温度反应逆向移动,c(B)增大,故A错误;加压时正反应速率和逆反应速率都增大,故B错误;温度相同时,加压有利于反应正向进行,故w(C)增大,压强恒定时,升高温度反应逆向进行,w(C)减小,故C正确;压强恒定时,升高温度,反应逆向进行,A的转化率减小,故D错误。C[巩固训练]2.向绝热恒容密闭容器中通入SO2和NO2,一定条件下使反应:SO2(g)+NO2(g)SO3(g)+NO(g)达到平衡,正反应速率随时间变化的示意图如图所示。由图可得出的正确结论是()A.反应在c点达到平衡状态B.反应物浓度:a点小于b点C.反应物的总能量低于生成物的总能量D.Δt1=Δt2时,SO2的转化率:a~b段小于b~c段A项,c点v(正)最大,但不一定达到平衡;B项,a点反应物的浓度大于b点反应物的浓度;C项,反应初始阶段,随着反应的不断进行,反应速率逐渐加快,说明该反应为放热反应,即反应物的总能量大于生成物的总能量;D项,由于b~c段v(正)大于a~b段,故b~c段SO2的转化率大于a~b段。D[巩固训练][巩固训练]3.一定量的CO2与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应:C(s)+CO2(g)2CO(g),平衡时,体系中气体体积分数与温度的关系如下图所示:已知:气体分压(p分)=气体总压(p总)×体积分数。下列说法正确的是()A.550℃时,若充入惰性气体,v正、v逆均减小,平衡不移动B.650℃时,反应达平衡后CO2的转化率为25.0%C.T时,若充入等体积的CO2和CO,平衡向逆反应方向移动D.925℃时,用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp=24.0p总解析:A项,反应容器为恒压密闭容器,充入惰性气体,相当于减小压强,v正、v逆均减小,平衡应向右移动,错误;B项,设起始时CO2的物质的量为1mol,达到平衡时转化了xmol,利用三段式:C(s)+CO2(g)2CO(g)n起始/mol10n转化/molx2xn平衡/mol1-x2x则有2x1-x+2x×100%=40.0%,解得x=0.25,CO2的转化率为0.25mol1mol×100%=25.0%,正确;C项,因为是恒压体系,T℃时,CO2、CO的体积分数均为50%,故充入等体积的CO2和CO,平衡不移动,错误;D项,Kp=p2COpCO2=p总×96%2p总×4%=23.04p总,错误。答案:B[巩固训练]4.(2018·湖南株洲教学质量统一检测一)已知反应:2SO3(g)2SO2(g)+O2(g)ΔH0,某温度下,将2molSO3置于10L密闭容器中,反应达平衡后,SO3的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图甲所示。则下列说法中正确的是()①由图甲推断,B点SO2的平衡浓度为0.3mol·L-1②由图甲推断,A点对应温度下的平衡常数为1.25×10-3③达平衡后,压缩容器容积,则反应速率变化图像可以用图乙表示④相同压强、不同温度下SO3的转化率与温度关系如图丙所示A.①②B.②③C.③④D.①④解析:三氧化硫起始浓度为2mol10L=0.2mol·L-1,由图甲可知B点SO3的转化率为0.15,根据浓度变化量之比等于化学计量数之比,所以Δc(SO2)=Δc(SO3)=0.15×0.2mol·L-1=0.03mol·L-1,故二氧化硫的平衡浓度为0.03mol·L-1,①错误;A点时,SO3的转化率为0.20,Δc(SO3)=0.20×0.2mol·L-1=0.04mol·L-1,平衡时,SO3、SO2、O2的浓度分别为0.16mol·L-1、0.04mol·L-1、0.02mol·L-1,则K=c2SO2·cO2c2SO3=1.25×10-3,②正确;压缩体积,相当于增大压强,平衡向气体体积减小的方向移动,即逆向移动,因体积减小,各物质的浓度增大,故化学反应速率加快,③正确;升高温度平衡向吸热的方向移动,即正向移动,SO3的转化率将增大,与图丙不符,④错误。答案:B新型图像往往根据实际工业生产,结合图像,分析投料比、转化率、产率的变化。此类题目信息量较大,能充分考查学生读图、提取信息、解决问题的能力,在新课标高考中受到命题者的青睐。1.转化率—投料比—温度图像[例1]将燃煤废气中的CO2转化为甲醚的反应原理为2CO2(g)+6H2(g)催化剂CH3OCH3(g)+3H2O(g)已知在压强为aMPa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2.根据图像判断投料比[例2]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]2.03.废物回收及污染处理图像[例3](1)一定条件下,用Fe2O3、NiO或Cr2O3作催化剂对燃煤烟气进行回收。反应为2CO(g)+SO2(g)催化剂2CO2(g)+S(l)ΔH=-270kJ·mol-1①其他条件相同、催化剂不同,SO2的转化率随反应温度的变化如图1,Fe2O3和NiO作催化剂均能使SO2的转化率达到最高,不考虑催化剂价格因素,选择Fe2O3的主要优点是________________________________________________________________________________________________________________________________________。②某科研小组用Fe2O3作催化剂。在380℃时,分别研究了[n(CO)∶n(SO2)]为1∶1、3∶1时SO2转化率的变化情况(图2)。则图2中表示n(CO)∶n(SO2)=3∶1的变化曲线为________。(2)目前,科学家正在研究一种以乙烯作为还原剂的脱硝(NO)原理,其脱硝机理示意图如图3,脱硝率与温度、负载率(分子筛中催化剂的质量分数)的关系如图4所示。①写出该脱硝原理总反应的化学方程式:________________________________________________________________________________________________________________________________________________。②为达到最佳脱硝效果,应采取的条件是__________。(3)汽车使用乙醇汽油并不能减少NOx的排放,这使NOx的有效消除成为环保领域的重要课题。某研究小组在实验室以AgZSM5为催化剂,测得NO转化为N2的转化率随温度变化情况如图5所示。若不使用CO,温度超过775K,发现NO的分解率降低,其可能的原因是__________。在n(NO)/n(CO)=1的条件下,应控制的最佳温度在________左右。[答案](1)①Fe2O3作催化剂时,在相对较低温度可获得较高的SO2转化率,从而节约能源②a(2)①6NO+3O2+2C2H4=====催化剂3N2+4CO2+4H2O②350℃、负载率3.0%(3)NO分解反应是放热反应,升高温度不利于分解反应进行870K
本文标题:2020届高考化学一轮总复习 第七章 学科素养提升(五)化学平衡图像模型与突破课件
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