化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡圖像分類突破

穆玉鵬

(山東省博興第一中學(xué) 256500)

一、速率—壓強(或溫度)圖像

解析根據(jù)化學(xué)反應(yīng)特點，升溫平衡向正向移動，但v正、v逆均增大，加壓平衡向逆向移動，v逆>v正.

答案：C

評注曲線的意義是外界條件(如溫度、壓強等)對正、逆反應(yīng)速率影響的變化趨勢及變化幅度.圖中交點是平衡狀態(tài)，壓強或溫度增大，正反應(yīng)速率增大得快，平衡正向移動.

二、轉(zhuǎn)化率(或百分含量)—時間—溫度(或壓強)圖像

例2現(xiàn)有下列兩個圖像：

下列反應(yīng)中符合上述圖像的是( ).

ΔH<0

答案：B

方法規(guī)律：

(1)“先拐先平，數(shù)值大”原則

分析反應(yīng)由開始(起始物質(zhì)相同時)達到平衡所用時間的長短可推知反應(yīng)條件的變化.

①若為溫度變化引起，溫度較高時，反應(yīng)達平衡所需時間短.如甲中T2>T1.

②若為壓強變化引起，壓強較大時，反應(yīng)達平衡所需時間短.如乙中p1>p2.

③若為使用催化劑引起，使用適宜催化劑時，反應(yīng)達平衡所需時間短.如圖丙中a使用催化劑.

(2)正確掌握圖像中反應(yīng)規(guī)律的判斷方法

①圖甲中，T2>T1，升高溫度，αA降低，平衡逆向移動，正反應(yīng)為放熱反應(yīng).

②圖乙中，p1>p2，增大壓強，αA升高，平衡正向移動，則正反應(yīng)為氣體體積縮小的反應(yīng).

③若縱坐標(biāo)表示A的百分含量，則甲中正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，乙中正反應(yīng)為氣體體積增大的反應(yīng).

三、恒溫線或恒壓線圖像

A．溫度：T1

B．平衡常數(shù)：K(a)=K(b)

C．反應(yīng)速率：vb>va

答案：C

方法規(guī)律：

(1)“定一議二”原則：可通過分析相同溫度下不同壓強時反應(yīng)物A的轉(zhuǎn)化率大小來判斷平衡移動的方向，從而確定反應(yīng)方程式中反應(yīng)物與產(chǎn)物氣體物質(zhì)間的化學(xué)計量數(shù)的大小關(guān)系.如甲中任取一條溫度曲線研究，壓強增大，αA增大，平衡正向移動，正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，乙中任取橫坐標(biāo)一點作橫坐標(biāo)垂直線，也能得出結(jié)論.

(2)通過分析相同壓強下不同溫度時反應(yīng)物A的轉(zhuǎn)化率的大小來判斷平衡移動的方向，從而確定反應(yīng)的熱效應(yīng).如利用上述分析方法，在甲中作垂直線，乙中任取一曲線，即能分析出正反應(yīng)為放熱反應(yīng).

四、反應(yīng)過程中組分含量或濃度與溫度的關(guān)系圖像

A．Q點時，Y的轉(zhuǎn)化率最大

B．升高溫度，平衡常數(shù)增大

C．W點X的正反應(yīng)速率等于M點X的正反應(yīng)速率

D．平衡時，再充入Y，達到平衡時Z的體積分數(shù)一定增大

解析從開始到Q點轉(zhuǎn)化率逐漸增大，從Q點到M點升高溫度，平衡向左移動，X的轉(zhuǎn)化率降低，Q點最大，A正確；分析圖像，Q點后升高溫度，X的體積分數(shù)增大，說明升溫平衡左移，平衡常數(shù)減小，B錯誤；M點溫度高，故反應(yīng)速率快，C錯誤；平衡時再充入Y，平衡右移，n(Z)增大但n(Y)也增大，故Z的體積分數(shù)不一定增大，D錯誤.

答案：A

五、組分含量或轉(zhuǎn)化率與溫度或壓強關(guān)系(非平衡點與平衡點分析)

A．上述正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)

B．在4 MPa、1200 K時，圖中X點v(H2)正

D．工業(yè)維持6 MPa、1000 K而不采用10 MPa、1000 K，主要是因為前者碳的轉(zhuǎn)化率高

解析A項，由圖觀察，溫度越高，碳的平衡轉(zhuǎn)化率越大，平衡正向移動，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，正確；B項，X點是未平衡時，反應(yīng)正向進行，正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率，錯誤；C項，此時碳轉(zhuǎn)化率為50%

起始量/mola2a0

轉(zhuǎn)化量/mol 0.5aa0.5a

平衡量/mol 0.5aa0.5a

答案：A

左上方(E點)，A%大于此壓強或溫度時平衡體系中的A%，E點必須向正反應(yīng)方向移動才能達到平衡狀態(tài)，所以，E點v正>v逆；則右下方(F點)v正

六、化工生產(chǎn)中的轉(zhuǎn)化率或產(chǎn)率與投料比、溫度、催化劑關(guān)系的有關(guān)的圖像

例6一定條件下，用Fe2O3、NiO或Cr2O3作催化劑對燃煤煙氣回收.反應(yīng)為

ΔH=-270 kJ·mol-1

(1)其他條件相同、催化劑不同，SO2的轉(zhuǎn)化率隨反應(yīng)溫度的變化如圖1，F(xiàn)e2O3和NiO作催化劑均能使SO2的轉(zhuǎn)化率達到最高，不考慮催化劑價格因素，選擇Fe2O3的主要優(yōu)點是____.

圖1 圖2

(2)某科研小組用Fe2O3作催化劑.在380 ℃時，分別研究了[n(CO)∶n(SO2)]為1∶1、3∶1時SO2轉(zhuǎn)化率的變化情況(圖2).則圖2中表示n(CO)∶n(SO2)=3∶1的變化曲線為____.

解析(1)從圖1中可以看出，相比NiO和Cr2O3，用Fe2O3作催化劑時，在較低溫度下，SO2的轉(zhuǎn)化率已達很高，這樣既能去除SO2，又能節(jié)省能源.

答案：(1)Fe2O3作催化劑時，在相對較低溫度下可獲得較高的SO2轉(zhuǎn)化率，從而節(jié)約能源

(2)a

①相同溫度下，[n(H2)/n(CO2)]越大，α(CO2)越大.

②相同投料比[n(H2)/n(CO2)]相同時，溫度越高，α(CO2)越小，可知該反應(yīng)為放熱反應(yīng)(ΔH<0).

總之，化學(xué)平衡圖像問題的特點是，圖像是題目的主要組成部分,把所要考查的知識寓于坐標(biāo)曲線上,簡明、直觀、形象,考查了學(xué)生的觀察能力、類比能力和推理能力.其解題的基本思路總結(jié)為：

學(xué)生要綜合利用上述信息，總結(jié)積累解題方法，靈活運用來解題.