化學平衡圖像的解讀與分析年份2020201920182017題號全國Ⅰ28;全國Ⅲ28全國Ⅰ27;全國Ⅱ27;全國Ⅲ28全國Ⅱ27;全國Ⅲ28全國Ⅱ27、全國Ⅲ28素養(yǎng)剖析化學反應速率和化學平衡的圖像試題,如通過設計新穎的速率、平衡計算以及通過圖像、表格獲取信息、數據等試題在情境上、取材上都有所創(chuàng)新,而且化學反應速率與化學平衡還與元素化合物知識相互聯(lián)系,綜合考查。高考試題很好地體現(xiàn)了創(chuàng)新性、探究性,考查了學生分析問題、定量探究、綜合分析問題的關鍵能力,體現(xiàn)了變化的思想和平衡的觀點。【解題策略】1.圖像信息的獲取

依據化學反應原理中反應速率和平衡移動知識解讀圖像,關鍵在于對“數”“形”“義”“性”的綜合思考,包括:增分點一化學平衡圖像信息的解讀(1)明標:明晰橫、縱坐標所表示的化學含義,這是理解題意和進行正確思考的前提。明晰坐標含義,也就是用變化的觀念分析坐標,找出橫、縱坐標的關系,再結合教材,聯(lián)系相應的知識點。(2)找點:找出曲線中的特殊點(起點、頂點、拐點、終點、交叉點、平衡點等),分析這些點所表示的化學意義以及影響這些點的主要因素及限制因素等,大多考題就落在這些點的含義分析上,因為這些點往往隱含著某些限制條件或某些特殊的化學含義。(3)析線:正確分析曲線的變化趨勢(上升、下降、平緩、轉折等),同時對走勢有轉折變化的曲線,要分段進行分析,研究各段曲線的變化趨勢及其含義。2.圖像信息的加工在準確解讀圖像信息的基礎上,對試題信息進行加工處理:例1[2019·全國卷Ⅰ節(jié)選]

水煤氣變換[CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)

ΔH<0]是重要的化工過程,主要用于合成氨、制氫以及合成氣加工等工業(yè)領域中。還原CoO(s)為Co(s)的傾向是CO大于H2。721℃時,在密閉容器中將等物質的量的CO(g)和H2O(g)混合,采用適當的催化劑進行反應,則平衡時體系中H2的物質的量分數為

(填標號)。

A.<0.25

B.0.25

C.0.25~0.50

D.0.50

E.>0.50C【信息解讀】三段式表示出H2的物質的量分數根據可逆反應特點判斷由已知,CO的還原傾向大于H2得出結論平衡時體系中H2的物質的量分數介于0.25~0.50之間不能<<>>>

a、c

a、c

(2)tm時,v正

(填“大于”“小于”或“等于”)v逆。

大于[解析]tm時,反應還未達到平衡,繼續(xù)向正反應方向進行,即tm時,v正>v逆。(3)tm時v逆

tn時v逆(填“大于”“小于”或“等于”),理由是

。

小于

tm時生成物濃度較低(4)若平衡時溶液的pH=14,則該反應的平衡常數K為

。

【解題策略】文字描述代表一種開放性思維與能力,一般從速率問題、平衡(轉化率)問題、安全問題、節(jié)能減排等角度作答(考查前兩個角度居多),實際上就是效益最大化的問題。增分點二圖表圖像信息分析表述1.條件選擇類①實驗最佳條件的選擇或控制就是為了又“快”又“好”地生產,即主要是從反應速率與轉化率(化學平衡)兩個角度來分析,“快”就是提高反應速率,“好”就是提高轉化率,原料利用率高,而影響速率與轉化率的主要因素就是濃度、溫度、壓強與催化劑,其中溫度與壓強是試題中經常考查的因素。②從速率、轉化率、產率、純度等角度分析,選擇最佳條件。如針對反應速率時,思考方向為如何提高浸出速率,如何提高反應速率等;針對平衡轉化率、產率時,可運用平衡移動原理解釋(其他條件不變情況下,改變××條件,可逆反應平衡向××方向移動,導致××發(fā)生變化);針對綜合生產效益時,可從原料成本,原料來源是否廣泛、是否可再生,能源成本,對設備的要求,環(huán)境保護、綠色化學等方面作答。③選擇當前條件的優(yōu)勢,其他條件的不足,往往不足的描述比較容易疏忽,如溫度過高或過低,壓強過小或過大,也要進行分析。2.原因分析類①依據化學反應速率和平衡移動原理,分析造成圖像曲線變化的原因。②催化劑對反應的影響、不同反應的選擇性問題是這類題目的難點,解題時要多加關注,不同的條件會有不同的選擇性。③這類題目一般都是多要素影響,需要多角度分析原因。例2[2019·全國卷Ⅲ節(jié)選]

近年來,隨著聚酯工業(yè)的快速發(fā)展,氯氣的需求量和氯化氫的產出量也隨之迅速增長。因此,將氯化氫轉化為氯氣的技術成為科學研究的熱點。Deacon發(fā)明的直接氧化法為4HCl(g)+O2(g)=2Cl2(g)+2H2O(g)。如圖為剛性容器中,進料濃度比c(HCl)∶c(O2)分別等于1∶1、4∶1、7∶1時HCl平衡轉化率隨溫度變化的關系?？芍磻胶獬礙(300℃)

K(400℃)(填“大于”或“小于”)。設HCl初始濃度為c0,根據進料濃度比c(HCl)∶c(O2)=1∶1的數據計算K(400℃)=

(列出計算式)。按化學計量比進料可以保持反應物高轉化率,同時降低產物分離的能耗。進料濃度比c(HCl)∶c(O2)過低、過高的不利影響分別是

。

大于

O2和Cl2分離能耗較高、HCl轉化率較低【信息解讀】根據反應方程式和圖像由圖像知,400℃時,進料濃度比c(HCl)∶c(O2)=1∶1時,HCl平衡轉化率為84%,用三段式法對數據進行處理根據題干信息不同溫度下HCl平衡轉化率越大,平衡常數K

;升高溫度平衡轉化率降低,說明升高溫度平衡向

.方向進行,則K(300℃)>K(400℃)

進料濃度比過低,氧氣大量剩余,導致分離產物氯氣和氧氣的能耗較高;進料濃度比過高,HCl不能

,導致HCl轉化率較低

越大逆反應充分反應

a反應①為放熱反應,平衡常數的數值隨溫度升高而減小[解析]反應①為放熱反應,溫度升高平衡逆向移動,平衡常數K減小,a曲線正確。(2)合成氣組成n(H2)∶n(CO+CO2)=2.60時,體系中的CO平衡轉化率(α)與溫度和壓強的關系如圖所示。α(CO)隨溫度升高而

(填“增大”或“減小”),其原因是

;

減小反應①的正反應為放熱反應,升高溫度時,平衡向左移動,使得體系中CO的量增大;反應③的正反應為吸熱反應,升高溫度時,平衡向右移動,又使產生CO的量增大;總結果,隨溫度升高,使CO的轉化率降低p3>p2>p1相同溫度下,由于反應①的正反應為氣體分子數減小的反應,加壓有利于提升CO的轉化率;而反應③的正反應為氣體分子數不變的反應,產生CO的量不受壓強影響,故增大壓強時,有利于CO的轉化率增大圖中的壓強由大到小為

,其判斷理由是

。

B

[解析]正反應為放熱反應,升高溫度,平衡逆向移動,氨的物質的量分數減小,由圖像可知,曲線c對應的溫度為600℃,A錯誤;M點時氨的物質的量分數為60%,利用三段式計算,N2和H2的起始物質的量分別為1mol、3mol,設H2轉化率是3x。

N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)起始/mol

1

3

0轉化/mol

x

3x

2x平衡/mol

1-x

3-3x

2x

D

3.[2020·全國卷Ⅲ]二氧化碳催化加氫合成乙烯是綜合利用CO2的熱點研究領域。回答下列問題:(1)CO2催化加氫生成乙烯和水的反應中,產物的物質的量之比n(C2H4)∶n(H2O)=

。當反應達到平衡時,若增大壓強,則n(C2H4)

(填“變大”“變小”或“不變”)。

1∶4000[解析]根據題給信息可知,反應原理為2CO2(g)+6H2(g)?C2H4(g)+4H2O(g),則乙烯和水的物質的量之比為1∶4。當反應達平衡時,增大壓強,平衡向氣體體積減小的方向移動,即平衡向正反應方向移動,則乙烯的物質的量變大。變大(2)理論計算表明,原料初始組成n(CO2)∶n(H2)=1∶3,在體系壓強為0.1MPa,反應達到平衡時,四種組分的物質的量分數x隨溫度T的變化如圖所示。圖中,表示C2H4、CO2變化的曲線分別是

、

。CO2催化加氫合成C2H4反應的ΔH

0(填“大于”或“小于”)。

d小于c000[解析]

由于原料初始組成n(CO2)∶n(H2)=1∶3,而反應2CO2(g)+6H2(g)?C2H4(g)+4H2O(g)中二氧化碳和氫氣的化學計量數之比也為1∶3,則無論反應進行到什么程度,混合氣體中n(CO2)∶n(H2)始終為1∶3,故可判斷曲線a、b、c、d分別代表H2、H2O、CO2、C2H4。由于升高溫度,CO2或H2的量增多,說明逆反應為吸熱反應,則正反應為放熱反應。(3)根據圖中點A(440K,0.39),計算該溫度時反應的平衡常數Kp=

(MPa)-3(列出計算式,以分壓表示,分壓=總壓×物質的量分數)