專題7用數(shù)形結(jié)合的思想探究化學平衡圖像

必考部分第七章化學反應(yīng)速率和化學平衡微專題7用數(shù)形結(jié)合的思想探究化學平衡圖像化學平衡圖像類試題是化學試題中的一種特殊題型，其特點是圖像是題目的主要組成部分，把所要考查的化學知識寓于圖中曲線上，具有簡明、直觀、形象的特點。此類題中涉及中學很多必修內(nèi)容，影響化學反應(yīng)速率、化學平衡的因素，水的電離，弱電解質(zhì)的電離，鹽類水解，難溶物的溶解平衡，以及元素化合物的性質(zhì)，化學方程式計算等，在高考命題中一直是考查的熱點?？疾閷W生分析圖像獲取信息，加工信息，與化學基本理論相結(jié)合，解決實際問題的能力。預計這將是考查學生學科內(nèi)綜合能力的一種方向，高考試題考查這種題型的力度將加大。解題步驟

解題技巧

(1)先拐先平，數(shù)值大在含量(轉(zhuǎn)化率)-時間曲線中，先出現(xiàn)拐點的則先達到平衡，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逆的相對大小；三看化學平衡移動的方向。

一、濃度-時間圖[調(diào)研2]

(2015·安徽省省級示范校聯(lián)考)T

℃時，將NO2和N2O4的混合氣體通入容積不變的密閉容器中，發(fā)生反應(yīng)：2NO2(g)

N2O4(g)

ΔH<0。各組分的濃度隨時間的變化如圖，下列說法正確的是(

)二、速率-時間圖1．如Zn與足量鹽酸的反應(yīng)，反應(yīng)速率隨時間的變化出現(xiàn)如圖所示的情況，解釋原因：AB段(v漸增)，因該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，隨著反應(yīng)的進行，溫度漸高，導致反應(yīng)速率增大；BC段(v漸小)，則主要原因是隨著反應(yīng)的進行，溶液中c(H＋)逐漸減小，導致反應(yīng)速率減小。故分析時要抓住各階段的主要矛盾，認真分析。解析：只有正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率且為定值時，可逆反應(yīng)才達到平衡狀態(tài)，圖中曲線在c點處沒有出現(xiàn)水平線，故A項錯誤；隨著正反應(yīng)的進行，未達到平衡狀態(tài)時反應(yīng)物的濃度應(yīng)隨著時間的延長而減小，因此反應(yīng)物濃度：a點大于b點，故B項錯誤；化學反應(yīng)速率隨著反應(yīng)物濃度的增大而增大，隨著溫度的升高而增大，分析曲線a～c段，從濃度方面考慮v正應(yīng)減小，而v正是增大的，說明該反應(yīng)是放熱的，且溫度變化對v正的影響在a～c段大于反應(yīng)物濃度變化對v正的影響，因此a～c段反應(yīng)混合物的溫度是升高的，該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量，故C項錯誤；若Δt1＝Δt2，分析圖中曲線可知：a～b段的正反應(yīng)速率的平均值小于b～c段，所以b～c段轉(zhuǎn)化的SO2的量比a～b段轉(zhuǎn)化的SO2的量多，而a點濃度比b點大，所以SO2的轉(zhuǎn)化率：b～c段大于a～b段，故D項正確。A．保持溫度和活塞位置不變，若向甲中再加入1molA和2molB，達到新的平衡后，甲中C的濃度是乙中C的濃度的2倍B．保持活塞位置不變，升高溫度，達到新的平衡后，甲、乙中B的體積分數(shù)均減小C．保持溫度不變，移動活塞P，使乙的容積和甲相等，達到新的平衡后，乙中C的體積分數(shù)是甲中C的體積分數(shù)的2倍D．保持溫度和乙中的壓強不變，t2時分別向甲、乙中加入等質(zhì)量的氦氣后，甲、乙中反應(yīng)速率變化情況分別如圖2和圖3所示

解析：A項，保持溫度和活塞位置不變，若向甲中再加入1molA和2molB，達到新的平衡相當于對乙平衡加壓使容器體積變?yōu)樵瓉淼囊话耄訅簳r乙中平衡會向逆反應(yīng)方向移動，因此可推知甲中C的濃度小于乙中C的濃度的2倍；B項，因正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故保持活塞位置不變，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，達到新的平衡后，甲、乙中B的體積分數(shù)均增大；C項，甲、乙容器中的原平衡為等效平衡，因此保持溫度不變，移動活塞P，使乙的容積和甲相等，乙中平衡向左移動，因此達到新的平衡后，乙中C的體積分數(shù)小于甲中C的體積分數(shù)的2倍；D項，充入氦氣后，甲容器體積不變，平衡不移動，乙容器因體積增大，相當于減小壓強，平衡向正反應(yīng)方向移動，綜上所述，D項敘述正確。三、含量-時間-溫度(壓強)圖常見形式有如下幾種。(C%指某生成物的質(zhì)量分數(shù)；B%指某反應(yīng)物的質(zhì)量分數(shù))[調(diào)研5]

(2011·重慶理綜)一定條件下，下列反應(yīng)中水蒸氣含量隨反應(yīng)時間的變化趨勢符合圖中曲線的是(

)解析：四個選項中水蒸氣均為生成物。依題左圖可知T2＞T1，升溫，水蒸氣含量減小，平衡左移，所以正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即ΔH＜0，B、C錯；依題右圖可知p1＞p2，增壓，水蒸氣含量增加，即正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，D錯。解析：根據(jù)圖像可知，隨著溫度的升高，C的體積分數(shù)降低，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，因此正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，A不正確；降低溫度，反應(yīng)速率一定是減小的，B不正確；當溫度相同時，壓強越大，C的體積分數(shù)越大。說明增大壓強，平衡向正反應(yīng)方向移動，即正反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，所以C不正確，D正確，答案選D。解析：本題考查化學平衡原理，涉及圖像分析、平衡常數(shù)、反應(yīng)速率計算及反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率等內(nèi)容。A項正確，由圖像可知，反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量，說明此反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以升高溫度，平衡將逆向移動，平衡常數(shù)減小；B項錯誤，v(NO2)應(yīng)等于0.2mol·L－1·s－1；C項錯誤，加入催化劑，平衡不發(fā)生移動；D項錯誤，達到平衡時，增大c(O2)，平衡逆向移動，NO2的轉(zhuǎn)化率減小。[調(diào)研9]

(2014·福建理綜)在一定條件下，N2O分解的部分實驗數(shù)據(jù)如下：反應(yīng)時間/min0102030405060708090100c(N2O)/(mol·L－1)0.1000.0900.0800.0700.0600.0500.0400.0300.0200.0100.000下圖能正確表示該反應(yīng)有關(guān)物理量變化規(guī)律的是(

)(注：圖中半衰期指任一濃度N2O消耗一半時所需的相應(yīng)時間，c1、c2均表示N2O初始濃度且c1<c2)解析：本題考查化學反應(yīng)速率及轉(zhuǎn)化率，意在考查考生對圖像的分析判斷能力。由表中數(shù)據(jù)可知，N2O的反應(yīng)速率為一定值，與其濃度大小無關(guān)，半衰期與濃度呈正相關(guān)，轉(zhuǎn)化率與濃度大小無關(guān)，故A項正確，B、C、D項錯誤。突破圖像的“三種”手段1．從“斷點”著手當可逆反應(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．從“拐點”入手同一可逆反應(yīng)，若反應(yīng)條件不同，達到平衡所用的時間也可能不同，反映到圖像出現(xiàn)“拐點”的時間也就有差異。根據(jù)外界條件對化學反應(yīng)速率的影響，即可判斷出溫度的高低、壓強或濃度的大小及是否使用催化劑。多維思考技法提煉3．從曲線的變化趨勢著手對于速率-溫度(或壓強)圖像，由于隨著溫度逐漸升高或壓強逐漸增大，反應(yīng)速率會逐漸增大，因此圖像上出現(xiàn)的是平滑的遞增曲線。