化学平衡中的作图问题
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专题 :化学平衡中的图像问题一、速率—时间图例1、对达到平衡状态的可逆反应X+YZ+W 。
在其他条件不变的情况下,增大压强,速率变化如图所示,则图象中关于X 、Y 、Z 、W 四种物质的聚集状态为( ) A 、Z 、W 均为气体,X 、Y 有一种是气体B 、 Z 、W 中有一种是气体,X 、Y 皆非气体C 、X 、Y 、Z 、W 皆非气体D 、X 、Y 均为气体,Z 、W 中有一种有气体例2、下图是可逆反应A+2B2C+3D 的化学反应速率和化学平衡,随外界条件改变而变化的情况。
由图可推断:⑴正反应是 反应,(填放热或吸热) ⑵若A 、B 是气体,则C 的状态是 , D二、浓度1、C---t 例3D例4、将2在高温下放电,经过时间t 后建立了3O 22O 3的平衡体系,已知2转化率为20%,下列浓度(C )变化曲线正确的是( )【小试牛刀1】今有反应x(g) + y(g)2z(g) +热量,若反应开始经t 1秒后达到平衡,又经t 2秒后由于反应条件的改变使平衡破坏到t 3时又过平衡(如图所示),试分析,从t 2到t 3曲线变化的原因是( )A .增大了x 或y 的浓度B .使用了催化剂C .增加了反应体系的压强D .升高了反应的温度V 正 V 逆V ’逆 V ’正pC(g). C.T 2> T 1,P 2>P 1,m +n <P, D.T 1> T 2,P 2>P 1,m +n >P,三、恒压—恒温曲线该类图像的纵坐标为物质的平衡浓度或反应物的转化率、横坐标为温度或压强。
例6、图中表示外界条件(t 、p )的变化对下 列反应的影响:L (固)+G (气)2R (气)-Q ,y 轴表示的是( )A 平衡时,混合气中R 的百分含量B 平衡时,混合气中G 的百分含量C G 的转化率D L 的转化率【小试牛刀3】某可逆反应L(s)+G(g)3R(g)-Q ,本图表示外界条件温度、压强的变化对上述反应的影响。
化学平衡中的图像问题化学平衡图像题的类型:从坐标轴来看一是以时间为自变量的图像;二是以压强或温度为自变量的图像。
从知识载体角度看,其一判断化学平衡特征;其二应用勒夏特列原理分析平衡移动过程;其三逆向思维根据图像判断可逆反应的有关特征;其四综合运用速率与平衡知识进行有关计算。
解题步骤:解题技巧:(1)先拐先平在含量(转化率)—时间曲线中,先出现拐点的先达到平衡,说明该曲线反应速率快,表示温度较高、有催化剂、压强较大等。
(2)定一议二当图像中有三个量时,先确定一个量不变,再讨论另外两个量的关系,有时还需要作辅助线。
(3)三步分析法一看反应速率是增大还是减小;二看v正、v逆的相对大小;三看化学平衡移动的方向。
一、二维图像:1.物质的量-时间图:此类图像能说明平衡体系中各组分在反应过程中的物质的量变化情况。
解该类图像题要注意各物质曲线出现折点(达到平衡)的时刻相同,各物质物质的量的变化的内在联系及比例符合化学方程式中的化学计量数关系。
例1.在一定温度下,容器内某一反应中M、N的物质的量n随反应时间t变化的曲线如图所示,下列表述中正确的是()A、反应的化学方程式为2M NB、C.、t3时,V正>V逆D、答案:D解析解题关键是抓住起点和t1、t2、t3等特殊点,在0到t2时间内(或选取0到t3之间的任一点)从8mol到4mol减少了4mol,从2mol到4mol增大了2mol,因此N为反应物,方程式为2N M(从反应趋势看,N没有完全转化为M,故为可逆反应)。
t2时n N=n M,瞬时浓度也相等,但浓度变化并不相等,实际是V正>V逆,t3时n N、n M不再改变,达到了平衡状态,V正=V逆,t1时n N=2n M,体积相同,c与n成正比,因此只有选项D 正确。
2.浓度—时间图:此类图像能说明平衡体系中各组分在反应过程中的浓度变化情况。
解该类图像题要注意各物质曲线出现折点(达到平衡)的时刻相同,各物质浓度变化的内在联系及比例符合化学方程式中的化学计量数关系。
常见化学平衡图象题型图象题是化学平衡中的常见题型,是勒沙特列原理等化学平衡知识在直角坐标系中的直观反映。
同时,它又是化学平衡的重点、难点,学生的疑惑点、失分点。
怎样解决有关图象问题呢?下面将举例讨论。
一、图象题的一般解题思路这类题目是讨论自变量x(如时间、温度、压强等)与函数值y(如物质的量、浓度、质量分数、转化率)之间的定量或定性关系,因此,要运用数学方法解决此类题目。
1.分析纵横坐标及曲线表示的意义。
2.分析曲线的变化趋势与纵横坐标的关系。
3.分析特殊点(起点、拐点、终点)及其含义。
4.有两个以上变量时,分别讨论两个变量的关系,此时确定其他量为恒量。
二、图象题的类型1.物质的量(或浓度)—时间图象[例题1]:一定温度下,在2 L的密闭容器中,X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如下图所示:下列描述正确的是()A.反应开始到10 s,用Z表示的反应速率为0.158mol/(L·s)B.反应开始到10 s,X的物质的量浓度减少了0.79 mol/LC.反应开始到10 s时,Y的转化率为79.0%D.反应的化学方程式为:X(g)+Y(g)=Z(g)2、速率—时间图象[例题2]:某温度下,在密闭容器里SO2、O2、SO3三种气态物质建立化学平衡后,改变条件,对反应2SO2+O22SO3(正反应放热)的正、逆反应速率的影响如图所示。
①加催化剂对速率影响的图象是()②升温对速率影响的图象是()③增大反应容器体积对速率影响的图象是()④增大O2的浓度对速率影响的图象是()3.速率—压强(或温度)图象[例题3]:符合图象(见图)的反应为()A.N2O3(g)NO2(g)+NO(g)B.3NO2(g)+H2O(l)2HNO3(l)+NO(g)C.4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)D.CO2(g)+C(s)2CO(g)4.转化率(或质量分数等)—压强、温度图象[例题4]:有一化学平衡mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),如图所示是A的转化率同压强、温度的关系,分析图5可以得出的正确结论是()A.正反应吸热,m+n>p+qB.正反应吸热,m+n<p+qC.正反应放热,m+n>p+qD.正反应放热,m+n<p+q5.质量分数—时间图象[例题5]:对于可逆反应mA(g)+nB(s)pC(g)+qD(g)反应过程中,其他条件不变时,产物D的质量分数D%与温度T或压强p的关系如图所示,请判断下列说法正确的是()A.降温,化学平衡向正反应方向移动B.使用催化剂可使D%有所增加C.化学方程式中气体的化学计量数m<p+qD.B的颗粒越小,正反应速率越快,有利于平衡向正反应方向移动1、反应2X(g)+Y(g)2Z(g)(正反应放热),在不同温度(T1和T2)及压强(p1和p2)下,产物Z的物质的量(n2)与反应时间(t)的关系如下图所示。
化学平衡图像问题一、图像规律1、图像类别2、图像的分析方法:一看坐标(明确研究对象),二看点(起点、折点、交点、顶点、终点---确定平衡点、变化点)三看曲线走势(确定量变),适当添加辅助线(等温线、等压线)3、图像题的解题思路:条件变化移动方向平衡量变化(定三议一)化学反应方程的特征(系数、物质状态、能量变化)二、典例1、用来表示可逆反应:2A(g)+B(g)4C(g)(正反应放热)的正确图象是下图中的A B C D2.可逆反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g);ΔH同时符合下列两图中各曲线的规律的是A a+b>c+d T1<T2ΔH<0B a+b>c+d T1<T2ΔH>0C a+b<c+d T1>T2ΔH<0D a+b>c+d T1>T2ΔH>03.在一定条件下,固定容积的密闭容器中反应:2NO 2(g)2NO(g)+O 2(g);△H >0,达到平衡。
当改变其中一个条件X ,Y 随X 的变化符合图中曲线的是A 当X 表示温度时,Y 表示NO 2的物质的量B 当X 表示压强时,Y 表示NO 2的体积分数C 当X 表示反应时间时,Y 表示混合气体的密度D 当X 表示NO 2的物质的量时,Y 表示O 2的物质的量 4、下图表示的平衡混和物中,产物X 的百分含量在不同压力下随温度改变的情况,在下述哪一个可逆体系中X 可代表用横线标明的物质A N2(g )+O 2(g )2NO (g )(正反应吸热) B 2SO3(g )2SO 2(g )+O 2(g )(正反应吸热)C N2(g )+3H 2(g )2NH 3(g )(正反应放热)D 4NH3(g )+3O 2(g )2N 2(g )+6H 2O (g )(正反应放热)5.在某恒温的容器中,可逆反应A(g)+B(g)xC(g),有如图所示的关系曲线,下列说法正确的是A 温度:T 2>T 1B 压强 p 1>p 2C 该正反应是吸热反应D x 的值是1*6、在下列反应中:A2(g )+B 2(g )2AB (g )(正反应放热)当其达到平衡时,在下图的曲线中,符合勒沙特列原理的曲线是A ①②B ③④C ①D ①⑤7.右图中的曲线是在其他条件一定时反应:2NO(g )+O 2(g )2NO 2(g )(正反应放热)中NO 的最大转化率与温度的关系。
化学平衡图像综合题图像是一种有效的表示物理量之间关系的有效手段。
在遇到图像时,一般需要关注以下几点: ①认清横、纵坐标各自表示的物理量; ②看清起点及变化趋势; ③关注“平”、“陡”情况; ④理解原点、拐点、极值点的意义。
一、速率——时间图像对于图像而言,最常见的就是v -t 图像,它可以很直观地体现反应的快慢,请补全下面的v -t 图像。
除此之外,还有许多其他更复杂的v -t 图像:例题1下图是可逆反应A 2B 2C 3D ++的化学反应速率与化学平衡随外界条件改变(先降温后加压)而变化的情况,由此可推断( )A .正反应是吸热反应B .若A 、B 是气体,则D 是液体或固体C .逆反应是放热反应D .A 、B 、C 、D 均为气体 答案:B增加反应物浓度 升高温度增大压强加入催化剂减少反应物浓度 降低温度减小压强练1反应A(g)B(g)C(g) 0H <+∆已达平衡,升高温度,平衡移动,当反应一段时间后反应又达平衡,则v -t 的曲线为( )答案:C 练2(1) 确定t 1、t 2、t 3时刻的操作:A .降低浓度;B .降温;C .加压 t 1__________________;t 2__________________;t 3__________________。
(2) 该反应正方向是__________热反应,气体物质的量_____________的反应。
答案:(1) B ;C ;A (2) 放;增大 练3在某一恒温体积可变的密闭容器中发生如下反应:A(g)B(g)2C(g) 0H <+∆,t 1时刻达到平衡后,在t 2时刻改变某一条件,其反应过程(I 、Ⅱ)如图所示。
下列说法中,一定不正确的是( )A .0~t 1时,v 正>v 逆B .I 、Ⅱ两过程分别达到平衡时,A 的体积分数Ⅱ>ⅡC .t 2时刻改变的条件可能是向密闭容器中加C 物质D .Ⅱ、Ⅱ两过程达到平衡时,平衡常数K Ⅱ=K Ⅱ 答案:B二、物质的量/浓度/转化率/百分含量-时间图像除了v -t 图像之外,c -t 图像也是很常见的一类,它能直接表现出反应体系中的浓度大小。
高考28题中的作图问题
一、看图问题
例1:在一密闭容器中发生反应N 2+3H 2 2NH 3 △H ﹤0,达到平衡后,只改变某一个条件时,反
应速率与反应时间的关系如图所示。
(1)判断t 1、t 3、t 4时刻分别改变的一个条件。
t 1时刻_____ ___; t 3时刻______ __; t 4时刻____ ____。
小结:
二、作图问题 1、单条件定性型
例2:(1)如果在t 6时刻,从反应 体系中分离出部分氨,t 7时刻反应达到平衡状态,请在上图中画出反应速率的变化曲线。
(2)如果恒温恒压条件下t6时刻充入一定量的NH 3,t 7时达到平衡,请作图。
例3:2CO 2(g)+6H 2(g)
CH 2=CH 2(g)+4H 2O(g) ΔH = a kJ ·mol -1
保持某温度(大于100℃)不变,在体积为V L 的恒容容器中以n (H 2)∶n (CO 2)=3∶1的投料比加入反应物,至t 0时达到化学平衡。
t 1时将容器体积瞬间扩大至2V L 并保持不变,t 2时重新达平衡。
作出容器内混合气体的平均相对分子质量随时间变化的图像。
O t t t 时间
M 25 20 15 10 5
例4:氨催化氧化制NO在热的铂铑(Pt-Rh)
合金催化下进行,4NH3(g)+5O2(g)
4NO(g)+6H2O(g),反应过程中合金始终保持
红热。
NH3转化率在温度T1下随反应时间(t)
的变化如下图:其他条件不变,仅改变温度
为T2(T2大于T1),在框图中画出温度T2下
NH3转化率随反应时间变化的预期结果示意图。
2、单条件定量型
例5:在一容积为4 L的密闭容器中,加入的N2和的H2,
在一定条件下发生反应:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g )
△H<0,反应中NH3的物质的量浓度变化情况如右图:
在第5分钟末将容器的体积缩小一半后,若在第7分钟末
达到新的平衡(此时NH3的浓度约为 mol/L),请在上图中
画出第5分钟末到此平衡时NH3浓度的变化曲线。
例6:目前工业合成氨的原理是:N2(g)+ 3H2(g) 2NH3(g) △H=- /mol。
①在恒温恒容的密闭容器中,合成氨反应的各物质浓度变化
曲线如下图所示。
②在第25 min 末,保持其它条件不变,若升高反应温度并
设法保持该温度不变,在第35 min末再次达到平衡。
平衡
移动过程中H2浓度变化了 mol·L-1,请你在图中画出第25 min ~ 40 min NH3浓度变化曲线。
3、多条件定性型
例7:(2014浙江)煤炭燃烧过程中会释放出大量的SO2,严重破坏生态环境。
采用一定的脱硫技术可以把硫元素以CaSO4的形式固定,从而降低SO2的排放。
但是煤炭燃烧过程中产生的CO又会与CaSO4发生化学反应,降低脱硫效率。
相关反应的热化学方程式如下:
CaSO4(s)+CO(g) CaO(s) + SO2(g) + CO2(g)
ΔH1=·mol-1(反应Ⅰ)
CaSO4(s)+4CO(g) CaS(s) + 4CO2(g)
ΔH2= ·mol-1(反应Ⅱ)
恒温恒容条件下,假设反应Ⅰ和Ⅱ同时发生,且v1>v2,请在图2中画出反应体系中c(SO2)随时间t变化的总趋势图。
例8:(2014年天津卷10)合成氨是人类科学技术上的一项重大突破,其反应原理为:
N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)∆H= •mol‾ 1
依据温度对合成氨反应的影响,在图2坐标系中,画出一定条件下的密闭容器内,从通入原料气开始,随温度不断升高,NH3物质的量变化的曲线示意图。
4、多条件定量型
例9:(2016绍兴一模)若起始投料量H2/CO2=4,起始温度为298K,反应④在503K时达到平衡,请在上图画出CO2转化率随温度升高的变化曲线。
例10:汽车尾气催化装置中涉及的反应之一为:2NO(g) + 2CO(g)N2(g) + 2CO2(g) △H<0 研究表明:在使用等质量催化剂时,增大催化剂比表面积可提高化学反应速率。
为了分别验证温度、催化剂比表面积对化学反应速率的影响规律,某同学设计了以下三组实验:
实验编号T(K)
NO初始浓度
(mol·L-1)CO初始浓度
(mol·L-1)
催化剂的比表面积
(m2/g)
Ⅰ400×10-3×10-382
Ⅱ400×10-3×10-3124
Ⅲ450×10-3×10-3124
在图中画出上表中的实验II、III条件下
混合气体中NO浓度随时间变化的趋势曲线图
(标明各条曲线的实验编号)。
小结:
知识应用
1、最新“人工固氮”的研究报道:常温常压、光照条件下,N2在催化剂表面与水发生反应:2N2(g)+6H2O(l) 4NH3(g)+3O2(g)
常温下,在恒压密闭容器中上述反应达到平衡后,
在其他条件不变时,通入2 mol N2,请在右图中
画出正(v正)、逆(v逆)反应速率随时间t变化的示意图。
2、尿素[CO(NH
2)
2
]是首个由无机物人工合
成的有机物。
工业上合成尿素的反应如下:
2NH
3(g)+CO
2
(g) CO(NH
2
)
2
(l) +H
2
O
(l) ΔH < 0
某实验小组模拟工业上合成尿素的条件,在
恒定温度下,将氨气和二氧化碳按2:1的物
质的量之比充入一体积为10L的密闭容器中(假设容器体积不变,生成物的体积忽略不计),经20min达到平衡,各物质浓度的变化曲线如下图所示。
若保持平衡的温度和体积不变,25min时
再向容器中充入2mol氨气和1mol二氧化碳,
在40min时重新达到平衡,请在上图中画出
25~50min内氨气的浓度变化曲线。
3、近年来对CO
2
的有效控制及其高效利用的研究正引起全球广泛关注。
据中国化工报报
道,美国科学家发现了一种新的可将CO
2
转化为甲醇的高活性催化体系,比目前工
业使用的常见催化剂快近90倍。
由CO
2
制备甲醇过程可能涉及反应如下:
反应Ⅰ: CO
2(g)+3H
2
(g)
3
OH(g) +H
2
O(g) △H 1=- kJ•mol-1
反应Ⅱ:CO
2(g)+ H
2
CO (g)+H
2
O(g) △H 2
反应Ⅲ: CO(g)+2 H
2(g)
3
OH(g) △H 3=- kJ•mol-1
⑴在一定条件下2L恒容密闭容器中充入一定量的H
2和CO
2
仅发生反应Ⅰ,实验测
得在不同反应物起始投入量下,反应体系中CO
2
的平衡转化率与温度的关系曲线,如下图所示。
⑵在温度为500K的条件下,充入3mol H
2和 CO
2
,该反应10min时达到平衡:
该温度下,反应I的平衡常数K= ;
①在此条件下,系统中CH
3
OH的浓度
随反应时间的变化趋势如图所示,当反
应时间达到3min时,迅速将体系温度
升至600K,请在图中画出3~10min内
容器中CH
3OH浓度的变化趋势曲线;
反应物起始投入量:
曲线I:n(H2)=3mol,n(CO2)=
曲线Ⅱ:n(H2)=3mol,
n(CO)=2mol。