《優(yōu)化指導(dǎo)》化學(xué)總復(fù)習(xí)（人教）配套講義：第七章 綜合課4化學(xué)平衡圖像類(lèi)型及突破方法 含答案

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專(zhuān)精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專(zhuān)精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專(zhuān)精綜合課4化學(xué)平衡圖像類(lèi)型及突破方法化學(xué)平衡圖像類(lèi)試題是化學(xué)試題中的一種常見(jiàn)題型，通常把所要考查的化學(xué)知識(shí)寓于圖像上，具有簡(jiǎn)明、直觀、形象的特點(diǎn)。該類(lèi)試題在選擇題與非選擇題中均有考查。因?yàn)閳D像是用二維坐標(biāo)表示的，所以該類(lèi)試題包含的信息量比較大，該類(lèi)試題很能考查學(xué)生獲取信息、整合信息的能力，和分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，是高考的熱點(diǎn)和重點(diǎn).一、經(jīng)典圖像的分類(lèi)突破1．圖像類(lèi)型(1）物質(zhì)的量（或濃度）—時(shí)間圖像例如,某溫度時(shí)，在定容(VL）容器中，X、Y、Z三種物質(zhì)的物質(zhì)的量隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)如圖所示。①由圖像得出的信息是a．X、Y是反應(yīng)物,Z是產(chǎn)物；b．t3時(shí)反應(yīng)達(dá)平衡，X、Y沒(méi)有全部反應(yīng)。②根據(jù)圖像可進(jìn)行如下計(jì)算：a．某物質(zhì)的平均速率、轉(zhuǎn)化率，如v(X）＝eq\f（n1－n3，V·t3)mol·L－1·s－1,Y的轉(zhuǎn)換率＝eq\f(n2－n3,n2）×100％.b．確定化學(xué)方程式中的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比如X、Y、Z三種物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比為（n1－n3)(n2－n3）n2。(2)含量—時(shí)間-溫度(壓強(qiáng))（C％指產(chǎn)物的質(zhì)量分?jǐn)?shù),B％指某反應(yīng)物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（3)恒壓(或恒溫)線(xiàn)(α表示反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，c表示反應(yīng)物的平衡濃度)圖①，若p1＞p2＞p3，則正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，ΔH＜0；圖②，若T1＞T2，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng).（4)幾種特殊圖像①對(duì)于化學(xué)反應(yīng)mA（g)＋nB（g)pC（g)＋qD(g)，M點(diǎn)前，表示從反應(yīng)物開(kāi)始，v正＞v逆;M點(diǎn)為剛達(dá)到平衡點(diǎn)(如下圖)；M點(diǎn)后為平衡受溫度的影響情況，即升溫，A的百分含量增加或C的百分含量減少，平衡左移，故正反應(yīng)ΔH＜0.②對(duì)于化學(xué)反應(yīng)mA(g)＋nB(g）pC（g)＋qD(g),L線(xiàn)上所有的點(diǎn)都是平衡點(diǎn)(如下圖)。L線(xiàn)的左上方（E點(diǎn))，A的百分含量大于此壓強(qiáng)時(shí)平衡體系的A的百分含量，所以，E點(diǎn)v正＞v逆;則L線(xiàn)的右下方（F點(diǎn)），v正＜v逆。2．解題步驟3．解題技巧（1)先拐先平在含量(轉(zhuǎn)化率)—時(shí)間曲線(xiàn)中，先出現(xiàn)拐點(diǎn)的先達(dá)到平衡，說(shuō)明該曲線(xiàn)反應(yīng)速率快,表示溫度較高、有催化劑、壓強(qiáng)較大等。(2)定一議二當(dāng)圖像中有三個(gè)量時(shí)，先確定一個(gè)量不變，再討論另外兩個(gè)量的關(guān)系，有時(shí)還需要作輔助線(xiàn)。1．(2018·浙江溫州模擬）在某密閉恒容容器中發(fā)生反應(yīng)：X(g）Y（g）＋nZ（g）ΔH＝＋QkJ·mol－1(Q＞0).反應(yīng)體系在2min時(shí)達(dá)到平衡后,各物質(zhì)的濃度在不同條件下的變化如圖所示（第12min到16min的X濃度變化曲線(xiàn)未標(biāo)出),下列說(shuō)法不正確的是（）A．反應(yīng)方程式中的n＝1B．12～14min內(nèi)，用Y表示的平均速率為0。004mol·L－1·min－1C．在6～10min內(nèi),反應(yīng)吸收的熱量為0.016QkJD．第12min時(shí)，Z曲線(xiàn)發(fā)生變化的原因是移走一部分Z解析：選C由圖示知，在第12min到16min之間，Y和Z濃度改變值相同，則化學(xué)計(jì)量數(shù)相同，A正確；由圖像可知,縱坐標(biāo)每個(gè)單元格表示0.004mol·L－1，12～14min內(nèi)Y變化的濃度改變值為0。008mol·L－1，即反應(yīng)速率為0.004mol·L－1·min－1，B正確；題目中沒(méi)有給出容器的體積,因此無(wú)法計(jì)算反應(yīng)吸收的熱量，C錯(cuò)誤；12min時(shí),Z的濃度發(fā)生突變，濃度突然減小，而Y的濃度逐漸增大，說(shuō)明反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，因此改變的條件是移走了一部分Z，D正確。2．(2018·衡陽(yáng)模擬)可逆反應(yīng)aA(s)＋bB(g）cC（g)＋dD(g）ΔH＝QkJ·mol－1，反應(yīng)過(guò)程中，當(dāng)其他條件不變時(shí)，某物質(zhì)在混合物中的含量與溫度（T)、壓強(qiáng)(p)的關(guān)系如圖所示,據(jù)圖分析，以下說(shuō)法正確的是(）A．T1＞T2，ΔH＞0 B．T1＜T2,ΔH＞0C．p1＞p2，a＋b＝c＋d D．p1＜p2,b＝c＋d解析：選D由圖1可知，T2＞T1，且由T1→T2時(shí)，C％減小，即升溫平衡左移，故此反應(yīng)的ΔH＜0，所以A、B項(xiàng)均不正確;由圖2知，p2＞p1且壓強(qiáng)改變B%不變，說(shuō)明壓強(qiáng)改變對(duì)此平衡無(wú)影響,由于A為固體，故b＝c＋d，所以D項(xiàng)正確，C項(xiàng)錯(cuò)誤。3．（2018·長(zhǎng)邵中學(xué)月考)一定條件下,反應(yīng)2NH3(g)N2（g）＋3H2（g）ΔH＞0達(dá)到平衡時(shí)N2的體積分?jǐn)?shù)與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示。下列說(shuō)法正確的是（)A．壓強(qiáng)：p1＞p2B．b、c兩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)：Kc＞KbC．a(chǎn)點(diǎn):2v(NH3）正＝3v（H2)逆D．a(chǎn)點(diǎn)：NH3的轉(zhuǎn)化率為1/3解析：選BA項(xiàng)，該反應(yīng)為氣體分子數(shù)增大的反應(yīng)，恒溫時(shí)，壓強(qiáng)越大,N2的體積分?jǐn)?shù)越小,p1＜p2，故A項(xiàng)錯(cuò)誤;B項(xiàng)，b、c兩點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度b＜c，該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，溫度越高，平衡常數(shù)越大,Kc＞Kb，故B正確;C項(xiàng),反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，3v（NH3）正＝2v(H2)逆，故C錯(cuò)誤；D項(xiàng)，對(duì)于反應(yīng)2NH3(g)N2(g）＋3H2（g），假設(shè)反應(yīng)前氨氣的物質(zhì)的量為1mol，反應(yīng)的氨氣的物質(zhì)的量為xmol,則eq\f（\f（x,2),1＋x)＝0。1，解得x＝eq\f（1，4)，因此氨氣的轉(zhuǎn)化率為eq\f（1，4)，故D錯(cuò)誤。4．某化學(xué)科研小組研究在其他條件不變時(shí),改變某一條件對(duì)A2(g）＋3B2(g）2AB3(g）化學(xué)平衡狀態(tài)的影響，得到如圖所示的變化規(guī)律(圖中T表示溫度,n表示物質(zhì)的量），根據(jù)如圖可得出的結(jié)論是(）①平衡常數(shù)b＞a＞c②達(dá)到平衡時(shí)A2的轉(zhuǎn)化率大小為b＞a＞c③若T2＞T1，則正反應(yīng)一定是吸熱反應(yīng)④b點(diǎn)時(shí)，平衡體系中A、B原子數(shù)之比為1∶3A．①②B．①③C．②④D．③④解析：選D由圖像可以得出如下信息：ⅰ。T2、T1表示溫度，且溫度高低不確定；ⅱ.起始時(shí)，AB3的體積分?jǐn)?shù)為0，橫坐標(biāo)表示投入B2物質(zhì)的量，暗示：A2的量不變；ⅲ.AB3的體積分?jǐn)?shù)變化趨勢(shì):由0逐漸增大，達(dá)到最大值后逐漸減小，T1和T2曲線(xiàn)變化一致。由于T1與T2溫度高低不確定，無(wú)法判斷該可逆反應(yīng)的正反應(yīng)是吸熱還是放熱。平衡常數(shù)a＝b＝c，①錯(cuò)；A2的量一定時(shí)，隨著B(niǎo)2的量增大，A2的平衡轉(zhuǎn)化率增大，則a＜b＜c，②錯(cuò)；作一條垂直橫軸的直線(xiàn)，若T2＞T1，溫度升高，平衡體系中AB3濃度增大,則正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)；若T2＜T1，降低溫度，AB3的體積分?jǐn)?shù)增大,則該正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，③正確；起始時(shí)加入反應(yīng)物的物質(zhì)的量之比與反應(yīng)物系數(shù)之比相等,生成物的體積分?jǐn)?shù)最大，再由原子守恒可知，n（A)∶n(B)＝1∶3，④正確.二、幾種新型圖像的突破1．圖像類(lèi)型Ⅰ.轉(zhuǎn)化率-投料比—溫度圖像[例1]將燃煤廢氣中的CO2轉(zhuǎn)化為甲醚的反應(yīng)原理為2CO2（g）＋6H2(g)eq\o（，\s\up7（催化劑））CH3OCH3（g）＋3H2O(g）已知在壓強(qiáng)為aMPa下，該反應(yīng)在不同溫度、不同投料比時(shí)，CO2的轉(zhuǎn)化率見(jiàn)下圖：此反應(yīng)____________（填“放熱”或“吸熱”）；若溫度不變，提高投料比[n(H2）/n(CO2)],則K將____________（填“增大”、“減小"或“不變”)。Ⅱ。根據(jù)圖像判斷投料比［例2］采用一種新型的催化劑(主要成分是Cu—Mn合金），利用CO和H2制備二甲醚(DME）.主反應(yīng):2CO（g）＋4H2（g）CH3OCH3（g)＋H2O（g)副反應(yīng)：CO（g）＋H2O（g)CO2（g）＋H2（g)CO(g）＋2H2(g）CH3OH（g）測(cè)得反應(yīng)體系中各物質(zhì)的產(chǎn)率或轉(zhuǎn)化率與催化劑的關(guān)系如圖所示。則催化劑中n(Mn)/n(Cu)約為_(kāi)___________時(shí)最有利于二甲醚的合成。Ⅲ。廢物回收及污染處理圖像［例3]（1)一定條件下，用Fe2O3、NiO或Cr2O3作催化劑對(duì)燃煤煙氣回收。反應(yīng)為2CO(g）＋SO2（g)eq\o(,\s\up7(催化劑))2CO2(g)＋S(l)ΔH＝－270kJ·mol－1①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(dá)到最高，不考慮催化劑價(jià)格因素，選擇Fe2O3的主要優(yōu)點(diǎn)是：________________________________________________________________________________________________________________________________________________.②某科研小組用Fe2O3作催化劑。在380℃時(shí),分別研究了［n（CO）∶n（SO2）]為1∶1、3∶1時(shí)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(xiàn)為_(kāi)___________（2）汽車(chē)使用乙醇汽油并不能減小NOx的排放,這使NOx的有效消除成為環(huán)保領(lǐng)域的重要課題。某研究小組在實(shí)驗(yàn)室以Ag。ZSM。5為催化劑，測(cè)得NO轉(zhuǎn)化為N2的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化情況如圖所示。ο無(wú)CO時(shí)NO直接分解為N2的產(chǎn)率▲CO剩余的百分率eq\a\vs4\al(□)n（NO)/n(CO）＝1條件下,NO還原為N2的轉(zhuǎn)化率若不使用CO，溫度超過(guò)775K，發(fā)現(xiàn)NO的分解率降低,其可能的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________；在n（NO)/n（CO）＝1的條件下，應(yīng)控制的最佳溫度在____________左右。2．解題指導(dǎo)新型圖像往往根據(jù)實(shí)際工業(yè)生產(chǎn),結(jié)合圖像，分析投料比、轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)率的變化.此類(lèi)題目信息量較大，能充分考查學(xué)生讀圖、提取信息、解決問(wèn)題的能力，在新課標(biāo)高考中受到命題者的青睞。解題時(shí)要注意以下要點(diǎn)：（1)明確縱、橫坐標(biāo)表示的意義和圖像的變化趨勢(shì).（2）理解實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)原理,明確已知和所求，找出問(wèn)題的切入點(diǎn).(3)把實(shí)際問(wèn)題轉(zhuǎn)化為化學(xué)問(wèn)題利用速率和平衡原理解決問(wèn)題。1．（2018·玉林統(tǒng)考）煤氣化的一種方法是在氣化爐中給煤炭加氫，發(fā)生的主要反應(yīng)為C（s)＋2H2（g)CH4（g).在VL的容器中投入amol碳(足量)，同時(shí)通入2amolH2，控制條件使其發(fā)生上述反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)測(cè)得碳的平衡轉(zhuǎn)化率隨壓強(qiáng)及溫度的變化關(guān)系如圖所示。下列說(shuō)法正確的是（A．上述正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)B．在4MPa、1200K時(shí),圖中X點(diǎn)v正（H2）＜v逆(H2)C．在5MPa、800K時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)為eq\f(V2，a2)D．工業(yè)上維持6MPa、1000K而不采用10MPa、1000K，主要是因?yàn)榍罢咛嫉霓D(zhuǎn)化率高答案：A2．(2018·長(zhǎng)沙聯(lián)考)一定條件下合成乙烯發(fā)生反應(yīng):6H2(g)＋2CO2（g)eq\o(,\s\up7(催化劑），\s\do5（））CH2＝CH2(g)＋4H2O（g）。反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率和催化劑催化效率的影響如圖所示，下列說(shuō)法正確的是（）A．生成乙烯的速率：v(M)>v（N)B．平衡常數(shù)：KM<KNC．催化劑會(huì)影響CO2的平衡轉(zhuǎn)化率D．若投料比n（H2)n(CO2)＝31，則圖中M點(diǎn)時(shí)，CO2的體積分?jǐn)?shù)為15。4%解析：選D化學(xué)反應(yīng)速率隨溫度的升高而加快，而由M點(diǎn)到N點(diǎn)，催化劑的催化效率降低，反應(yīng)物濃度也減小，因?yàn)闇囟茸兓c催化劑效率、濃度變化對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響趨勢(shì)相反，則v（M）與v（N)大小關(guān)系不能確定，故A錯(cuò)誤；升高溫度,二氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率降低，則升溫平衡逆向移動(dòng),所以化學(xué)平衡常數(shù)減小，即KM〉KN，故B錯(cuò)誤；催化劑只影響反應(yīng)速率，不影響平衡移動(dòng)和轉(zhuǎn)化率，故C錯(cuò)誤；設(shè)開(kāi)始投料n（H2)＝3mol，則n（CO2）＝1mol，在M點(diǎn)平衡時(shí)二氧化碳的轉(zhuǎn)化率為50%，所以有6H2（g)＋2CO2(g）eq\o（，\s\up7(催化劑),\s\do5（)）CH2＝CH2(g）＋4H2O(g)n(起始）/mol3100n(轉(zhuǎn)化)/mol1。50。50.251n（平衡)/mol1.50。50.251所以CO2的體積分?jǐn)?shù)為eq\f(0.5,1。5＋0。5＋0。25＋1）×100%＝15.4％，故D正確。3．（2016·全國(guó)卷Ⅱ，27)丙烯腈(CH2=CHCN）是一種重要的化工原料,工業(yè)上可用“丙烯氨氧化法"生產(chǎn)，主要副產(chǎn)物有丙烯醛（CH2=CHCHO)和乙腈（CH3CN）等?；卮鹣铝袉?wèn)題：（1）以丙烯、氨、氧氣為原料，在催化劑存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副產(chǎn)物丙烯醛(C3H4O）的熱化學(xué)方程式如下：①C3H6（g）＋NH3（g）＋eq\f（3，2）O2（g)=C3H3N(g）＋3H2O(g)ΔH＝－515kJ·mol－1②C3H6(g)＋O2(g)=C3H4O(g)＋H2O（g）ΔH＝－353kJ·mol－1兩個(gè)反應(yīng)在熱力學(xué)上趨勢(shì)均很大，其原因是________________________________；有利于提高丙烯腈平衡產(chǎn)率的反應(yīng)條件是__________________________;提高丙烯腈反應(yīng)選擇性的關(guān)鍵因素是____________.（2）圖a為丙烯腈產(chǎn)率與反應(yīng)溫度的關(guān)系曲線(xiàn),最高產(chǎn)率對(duì)應(yīng)的溫度為460℃。低于460℃時(shí)，丙烯腈的產(chǎn)率____________（填“是”或“不是”)____________；高于460℃時(shí)，丙烯腈產(chǎn)率降低的可能原因是____________（雙選，填序號(hào))A．催化劑活性降低 B．平衡常數(shù)變大C．副反應(yīng)增多 D．反應(yīng)活化能增大(3)丙烯腈和丙烯醛的產(chǎn)率與n（氨）/n(丙烯)的關(guān)系如圖b所示。由圖可知，最佳n（氨)/n（丙烯)約為_(kāi)___________，理由是___________________________________________________。進(jìn)料氣氨、空氣、丙烯的理論體積比約為_(kāi)_____________。解析：(1）因?yàn)樯杀╇婧捅┤┑姆磻?yīng)均為放熱量較大的反應(yīng),所以在熱力學(xué)上趨勢(shì)均很大；反應(yīng)①為氣體體積增大的放熱反應(yīng)，低溫、低壓均有利于提高丙烯腈的平衡產(chǎn)率；使用合適的催化劑可以提高丙烯腈反應(yīng)的選擇性。(2)該反應(yīng)是放熱反應(yīng),溫度升高平衡產(chǎn)率應(yīng)降低,而低于460℃時(shí)產(chǎn)率隨溫度的升高而增大，說(shuō)明在此時(shí)反應(yīng)平衡尚未建立，對(duì)應(yīng)溫度下的產(chǎn)率不是平衡產(chǎn)率。催化劑在一定的溫度范圍內(nèi)活性較高，高于460℃時(shí),催化劑活性降低，丙烯腈產(chǎn)率降低，A正確；反應(yīng)①是放熱反應(yīng)，溫度升高平衡左移，平衡常數(shù)變小，丙烯腈產(chǎn)率降低，B錯(cuò)誤；溫度升高，副反應(yīng)增多，導(dǎo)致丙烯腈的產(chǎn)率下降，C正確；反應(yīng)活化能的大小不影響平衡，D錯(cuò)誤.（3)根據(jù)圖b可知，當(dāng)eq\f（n氨,n丙烯)≈1.0時(shí)，丙烯腈的產(chǎn)率提高,而丙烯醛的產(chǎn)率最低，故1。0是最佳比值。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)：C3H6(g）＋NH3（g)＋eq\f（3,2)O2（g）=C3H3N（g)＋3H2O(g),氨氣、氧氣、丙烯按11.51的初始體積比加入反應(yīng)達(dá)到最佳狀態(tài)，而空氣中氧氣約占eq\f(1,5）,所以進(jìn)料氨、空氣、丙烯的理論體積比約為17。51.答案:(1)兩個(gè)反應(yīng)均為放熱量大的反應(yīng)低溫、低壓催化劑(2）不是該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，平衡產(chǎn)率應(yīng)隨溫度升高而降低AC(3）1.0該比例下丙烯腈產(chǎn)率最高，而副產(chǎn)物丙烯醛產(chǎn)率最低17.514．（2018·濟(jì)寧統(tǒng)考)氮和碳的化合物與人類(lèi)生產(chǎn)、生活密切相關(guān)。(1）在壓強(qiáng)為0。1MPa條件下，將CO和H2的混合氣體在催化劑作用下轉(zhuǎn)化為甲醇的反應(yīng)為CO(g）＋2H2(g)CH3OH(g)ΔH＜0。①下列有關(guān)敘述能說(shuō)明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是____________(填序號(hào))。a．混合氣體的密度不再變化b．CO和H2的物質(zhì)的量之比不再變化c．v正(H2)＝v逆(CH3OH）d．CO在混合氣體中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)保持不變②T1℃時(shí)，在一個(gè)容積為5L的恒壓容器中充入1molCO、2molH2,經(jīng)過(guò)5min達(dá)到平衡,CO的轉(zhuǎn)化率為0.75,則T1℃時(shí)，CO(g）＋2H2(g）CH3OH（g）的平衡常數(shù)K＝③T1℃時(shí)，在容積為5L的恒容容器中充入一定量的H2和CO,反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)CH3OH的體積分?jǐn)?shù)與eq\f（nH2，nCO）的關(guān)系如圖甲所示。溫度不變，當(dāng)eq\f(nH2，nCO)＝2.5時(shí)，達(dá)到平衡狀態(tài)，CH3OH的體積分?jǐn)?shù)可能是圖像中的____________點(diǎn).（2）用催化轉(zhuǎn)化裝置凈化汽車(chē)尾氣，裝置中涉及的反應(yīng)之一為2NO(g)＋2CO(g)N2(g）＋2CO2（g)。①探究上述反應(yīng)中NO的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)、溫度的關(guān)系，得到如圖乙所示的曲線(xiàn).催化裝置比較適合的溫度和壓強(qiáng)是____________。②測(cè)試某型號(hào)汽車(chē)在冷啟動(dòng)（冷啟動(dòng)指發(fā)動(dòng)機(jī)水溫低的情況下啟動(dòng)）時(shí)催化裝置內(nèi)CO和NO百分含量隨時(shí)間變化曲線(xiàn)如圖丙所示。則前10s內(nèi)，CO和NO百分含量無(wú)明顯變化的原因是______________________