化學反應(yīng)速率和化學平衡圖像解題方法

化學反應(yīng)速率和化學平衡圖像解題方法減小，圖像向右移動；增加溫度，反應(yīng)速率增加，圖像向上移動；增加壓強，反應(yīng)速率增加，圖像向上移動。因此，選項C與圖像不相符，改變SO2的濃度不會對圖像產(chǎn)生影響?；瘜W反應(yīng)速率和化學平衡圖像解題方法化學反應(yīng)速率和化學平衡的圖像解題是高中化學中常見的難點之一。下面介紹一些解題方法和技巧。解題步驟：1.觀察圖像，確定反應(yīng)速率和平衡狀態(tài)。2.分析圖像，找出圖像中的關(guān)鍵點，如拐點、斷點等。3.根據(jù)圖像中的關(guān)鍵點，判斷外界條件的變化，如溫度、壓強、催化劑等。4.根據(jù)反應(yīng)速率和平衡狀態(tài)的變化，解決具體問題。解題技巧：1.先拐先平：在含量（轉(zhuǎn)化率）-時間曲線中，先出現(xiàn)拐點的先達到平衡，說明該曲線反應(yīng)速率快，表示溫度較高、有催化劑、壓強較大等。2.定一議二：當圖像中有三個量時，先確定一個量不變，再討論另外兩個量的關(guān)系，有時還需要作輔助線。3.三步分析法：一看反應(yīng)速率是增大還是減??；二看v正、v逆的相對大?。蝗椿瘜W平衡移動的方向。分類突破：1.速率-時間圖像“斷點”分析：當可逆反應(yīng)達到一種平衡后，若某一時刻外界條件發(fā)生改變，都可能使速率-時間圖像的曲線出現(xiàn)不連續(xù)的情況，即出現(xiàn)“斷點”。根據(jù)“斷點”前后的速率大小，即可對外界條件的變化情況作出判斷。2.常見含“斷點”的速率變化圖像分析：在一恒溫恒壓的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：M(g)+N(g)→2R(g)ΔH＜，t1時刻達到平衡，在t2時刻改變某一條件，其反應(yīng)過程如圖所示。根據(jù)等效平衡原理和反應(yīng)速率變化的規(guī)律，可以判斷出改變條件的情況和其他相關(guān)問題的答案。瞬間不變，A正確；增大壓強，正向反應(yīng)速率和逆向反應(yīng)速率都增大，但正向反應(yīng)速率增大的倍數(shù)大于逆向反應(yīng)速率增大的倍數(shù)，B正確；升高溫度，正向反應(yīng)速率和逆向反應(yīng)速率都增大，但不是瞬間增大，C錯誤；加入催化劑，正向反應(yīng)速率和逆向反應(yīng)速率同時同倍數(shù)增大，D正確。突破點2物質(zhì)的量(或濃度)—時間圖像通過將物質(zhì)的量(或濃度)減少的物質(zhì)作為反應(yīng)物，將物質(zhì)的量(或濃度)增加的物質(zhì)作為產(chǎn)物，可以確定化學方程式。例如，在某溫度時，一個容積為2L的密閉容器中，X、Y、Z三種物質(zhì)的物質(zhì)的量隨時間的變化曲線如圖所示，則該反應(yīng)的化學方程式為3X＋Y1/2Z，前2min內(nèi)v(X)為0.075mol·L-1·min-1。(2018·鄭州市質(zhì)檢一)汽車發(fā)動機工作時會引發(fā)反應(yīng)N2(g)+O2(g)→2NO(g)。2000K時，向固定容積的密閉容器中充入等物質(zhì)的量的N2、O2發(fā)生上述反應(yīng)，各組分體積分數(shù)(φ)的變化如圖所示。N2的平衡轉(zhuǎn)化率為60%。解析：設(shè)起始時N2、O2均為amol，平衡建立過程中N2轉(zhuǎn)化xmol，則平衡時N2、O2均為(a-x)mol，NO為2xmol。由題圖可知，2a=0.6，解得x=0.6a，故N2的平衡轉(zhuǎn)化率為0.6a/a×100%=60%。(全國卷Ⅱ)在容積為1.00L的容器中，通入一定量的N2O4，發(fā)生反應(yīng)N2O4(g)→2NO2(g)，隨溫度升高，混合氣體的顏色變深。在～60s時段，反應(yīng)速率v(N2O4)為0.0010mol·L-1·s-1。解析：由題圖可知，～60s時段，N2O4的物質(zhì)的量濃度變化為0.060mol·L-1，v(NO2)=－1/2v(N2O4)=0.0010mol·L-1·s-1。突破點3轉(zhuǎn)化率(或百分含量)—時間—溫度(或壓強)圖像已知不同溫度或壓強下，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率α(或百分含量)與時間的關(guān)系曲線，可以推斷溫度的高低及反應(yīng)的熱效應(yīng)或壓強的大小及氣體物質(zhì)間的化學計量數(shù)的關(guān)系。以aA(g)+bB(g)→cC(g)中反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率αA為例說明。(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。體積不同，可以通過收集氣體來減少反應(yīng)物的濃度)，或者增加反應(yīng)物的濃度?？s短反應(yīng)達到平衡的時間可以采取的措施包括增加反應(yīng)物的濃度、提高溫度或者加入催化劑。其中，增加反應(yīng)物的濃度和提高溫度可以增加反應(yīng)速率，加入催化劑可以降低反應(yīng)活化能，從而加快反應(yīng)速率。2(g)＋2H2S(g)＋2H2O(g)→2H2SO4(g)ΔH1＝－1980kJ/mol(2)反應(yīng)Ⅲ：2H2SO4(g)＋2H2O(l)→2H2SO4·2H2O(s)ΔH2＝－160.9kJ/mol(3)反應(yīng)Ⅳ：2H2SO4·2H2O(s)→2H2SO4(g)＋2H2O(g)ΔH3＝+179.9kJ/mol該循環(huán)的凈反應(yīng)為：H2O(l)→H2O(g)ΔHnet＝？答案：-1,960.0kJ/mol改寫：近年來，有研究人員提出了一種利用含硫物質(zhì)熱化學循環(huán)的方法來實現(xiàn)太陽能的轉(zhuǎn)化和儲存。該循環(huán)包括三個反應(yīng)，其中第二個反應(yīng)和第三個反應(yīng)是放熱反應(yīng)，而第一個反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，反應(yīng)熱分別為-1980kJ/mol、-160.9kJ/mol和+179.9kJ/mol。通過這個循環(huán)，可以實現(xiàn)將液態(tài)水轉(zhuǎn)化為水蒸氣，凈反應(yīng)熱為-1960.0kJ/mol。因為反應(yīng)時間相同，所以在低溫時主要考慮溫度和催化劑對化學反應(yīng)速率的影響；而在高溫時，NH3與O2會發(fā)生催化氧化反應(yīng)。在50～250℃的溫度范圍內(nèi)，NOx的去除率會迅速上升，這是因為催化劑活性隨溫度升高增大，同時溫度升高也會使NOx去除反應(yīng)速率增大。而在上升緩慢段，主要是因為溫度升高引起的NOx去除反應(yīng)速率增大，但催化劑活性卻下降了。ⅱ.在圖b中，丁烯產(chǎn)率隨著進料氣中n(氫氣)/n(丁烷)的增加而先升高后降低。這是因為在低濃度下，氫氣可以活化催化劑，促進反應(yīng)，從而提高丁烯產(chǎn)率。但是當濃度過高時，氫氣會競爭性地與丁烯反應(yīng)，導致丁烯產(chǎn)率降低。ⅲ.在590℃之前，丁烯產(chǎn)率隨著溫度升高而增大的原因可能是因為在高溫下，反應(yīng)物的分子動能增加，從而提高了反應(yīng)速率。此外，催化劑的活性也會隨著溫度升高而增加。但是在590℃之后，丁烯產(chǎn)率快速降低的主要原因可能是因為反應(yīng)的副產(chǎn)物開始逐漸積累，抑制了丁烯的生成。ⅰ.以丙烯、氨、氧氣為原料，在催化劑存在下生成丙烯腈和副產(chǎn)物丙烯醛的熱化學方程式如下：C3H6(g)+NH3(g)+2O2(g)→C3H3N(g)+3H2O(g)ΔH=-515kJ/molC3H6(g)+O2(g)→C3H4O(g)+H2O(g)ΔH=-353kJ/mol③兩個反應(yīng)在熱力學上的趨勢均很大，主要是因為放出的熱量很大。為了提高丙烯腈的平衡產(chǎn)率，反應(yīng)條件應(yīng)該降低溫度和壓強。而要提高丙烯腈反應(yīng)的選擇性，則催化劑是關(guān)鍵因素。圖a顯示了丙烯腈產(chǎn)率與反應(yīng)溫度的關(guān)系曲線，最高產(chǎn)率對應(yīng)的溫度為460℃。低于460℃時，丙烯腈的產(chǎn)率不是對應(yīng)溫度下的平衡產(chǎn)率，因為氫氣是產(chǎn)物之一，隨著n(氫氣)/n(丁烷)增大，逆反應(yīng)速率也增大。而高于460℃時，丙烯腈產(chǎn)率降低的可能原因是副反應(yīng)增多和催化劑活性降低。圖b顯示了丙烯腈和丙烯醛的產(chǎn)率與n(