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文檔簡介
化學(xué)反應(yīng)速率的變化、化學(xué)平衡的移動都與反應(yīng)物的溫度、濃度、氣體反應(yīng)物的壓強等因素有關(guān),化學(xué)平衡的移動又與反應(yīng)速率的變化之間有著密不可分的關(guān)系,所有這些都可以用一定形式的圖像來表達?;瘜W(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡的圖像都是以此為依據(jù)來設(shè)計的。旨在考查學(xué)生對化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡中的基本概念、基本理論的掌握程度以及分析、推理、自學(xué)和創(chuàng)新能力。在解答此類問題時,應(yīng)從以下方面進行綜合分析:一是借助于化學(xué)方程式掌握化學(xué)反應(yīng)的特征;二是掌握化學(xué)反應(yīng)的速率變化與平衡移動的規(guī)律;三是掌握圖中符號的含義,圖中符號項目主要包括縱坐標、橫坐標和圖像,對圖像要弄清楚其起點、拐點、交點、終點和走向(即“四點一向”)的含義。現(xiàn)歸納如下。
一、確定圖像的意義(1)確定圖像的物理意義例1.在容積固定的4L密閉容順中,進行可逆反應(yīng):X(氣)+2Y(氣)
2Z(氣)并達到平衡,在此過程中,以Y的濃度改變表示的反應(yīng)速率υ(正)、υ(逆)與時間t的關(guān)系如右圖,如圖中陰影部分面積表示(
)A.X的濃度的減少
B.Y的物質(zhì)的量的減少C.Y的濃度的減少
D.X的物質(zhì)的量的減少
解析:本題要求學(xué)生掌握圖中陰影部分面積表示的意義。由圖可知縱坐標表示以Y的濃度改變表示的反應(yīng)速率υ(正)、υ(逆),橫坐標表示時間,陰影部分面積表示:[V(正).t1-V(逆).t1],即Y的消耗濃度與Y的生成濃度之差,也就是Y的濃度的減少。故選C。(2)確定圖像的橫(或縱)坐標軸的意義
例2.在某容積一定的密閉容器中,可逆反應(yīng)A(氣)+B(氣)xC(氣)
ΔΗ=Q有如下圖(a)、(b)所示的關(guān)系曲線,試判斷下列對圖b的說法正確的是(
)
A.P3>P4
y軸表示A的轉(zhuǎn)化率
B.P3>P4
y軸表示B的體積分數(shù)
C.P3<P4
y軸表示混合氣體的密度
D.P3>P4
y軸表示混合氣體的平均式量
解析:由圖(a)可知:當(dāng)壓強相同(均為P2),溫度為T1時達到平衡的時間短,故T1>T2,且溫度高時C%越小,即升高溫度平衡逆移,正反應(yīng)為放熱反應(yīng)(ΔΗ=Q<0)。當(dāng)溫度相同(均為T1),壓強為P2時達到平衡的時間短,故P2>P1,且壓強大時C%越大,即增大壓強平衡正移,正反應(yīng)為氣體體積縮小的反應(yīng),所以x=1。由圖(b)可知:當(dāng)壓強相同(均為P4),隨溫度升高,y減小。當(dāng)溫度相同時,若P3>P4,隨壓強增大y增大;若P4>P3,隨壓強增大y減小。綜合分析可知:該題答案為A、D。
二、確定條件變化例3.某密閉容器中發(fā)生如下反應(yīng):X(g)+3Y(g)2Z(g)
ΔH<0。下圖表示該反應(yīng)的速率(v)隨時間(t)變化的關(guān)系,t2、t3、t5時刻外界條件有所改變,但都沒有改變各物質(zhì)的初始加入量。下列說法中正確的是(
)A.t2時加入了催化劑
B.t3時降低了溫度C.t5時增大了壓強
D.t4~t5時間內(nèi)X的轉(zhuǎn)化率最低
解析:三步分析法:一看反應(yīng)速率是增大還是減小;二看Δv正、Δv逆的相對大??;三看化學(xué)平衡移動的方向。由圖可知:t2~t3時,Δv正=Δv逆>0,化學(xué)平衡不移動,t2時加入了催化劑;t3~t4時,v(逆)、v(正)均減小,且Δv正>Δv逆,化學(xué)平衡逆移,t3時是減小壓強;t5~t6時,v(逆)、v(正)均增大,且Δv逆>Δv正,化學(xué)平衡逆移,t5時是升高溫度;由化學(xué)平衡移動原理可知:t6時X的轉(zhuǎn)化率最低。故本題答案為A。
(1)由濃度-時間曲線確定化學(xué)方程式例7、圖2表示800℃時A、B、C三種氣體物質(zhì)的濃度隨時間的變化情況,t1是到達平衡態(tài)的時間.試回答:
(1)該反應(yīng)的反應(yīng)物是_____;(2)反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率是_____;(3)該反應(yīng)的化學(xué)方程式為______。
解析:起始時A的濃度為2.0mol/L,B、C的濃度為0,隨著時間的推移,A的濃度降低為1.2mol/L,C的濃度升高為1.2mol/L,B的濃度升高為0.4mol/L.t1時刻后各物質(zhì)濃度不再變化,說明反應(yīng)已達平衡,得出A為反應(yīng)物,B、C為產(chǎn)物,它們濃度變化的差值之比為化學(xué)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)之比。
故正確答案為:(1)A;(2)40%;(3)2AB+3C(2)由物質(zhì)的量-轉(zhuǎn)化率曲線確定化學(xué)方程式例8、一定條件下,將X和Y兩種氣體按不同比例放入固定容積的密閉容器中,反應(yīng)達平衡后,測得X、Y的轉(zhuǎn)化率與起始時物質(zhì)的量之比的關(guān)系如圖1。則該反應(yīng)的化學(xué)方程式可表示為(
)溫度/℃壓強/kPaZ的質(zhì)量分數(shù)2001010.403001010.484002020.524003030.52
(表一)A.3X(g)+Y(g)4Z(g)
B.X(g)+3Y(g)4Z(g)C.3X(g)+2Y(g)3Z(g)
D.2X(g)+3Y(g)3Z(g)
解析:從圖像可知:當(dāng)n(X)/n(Y)=3時,X的轉(zhuǎn)化率曲線與Y的轉(zhuǎn)化率曲線相交,即X的轉(zhuǎn)化率與Y的轉(zhuǎn)化率相等,根據(jù)化學(xué)方程式計算可知:起始時反應(yīng)物的物質(zhì)的量之比等于化學(xué)方程式中各反應(yīng)物的化學(xué)計量數(shù)之比。計算如下:
設(shè):某可逆反應(yīng)為:mA(g)+nB(g)pC(g),A、B起始時的物質(zhì)的量分別為n(A)、n(B),A、B的轉(zhuǎn)化率分別為a(A)、a(B)。則有:mA(g)
+
nB(g)
pC(g)
m
n
n(A)a(B)
n(B)a(B)
即:m:n=n(A)a(B):n(B)a(B)n(A)/n(B)=ma(A)/na(B)
當(dāng)a(A)=a(B)時,n(A)/n(B)=m/n,即起始時反應(yīng)物的物質(zhì)的量之比等于化學(xué)方程式中各反應(yīng)物的化學(xué)計量數(shù)之比。因起始時反應(yīng)物的物質(zhì)的量之比n(X)/n(Y)=3,故X與Y在化學(xué)方程式中化學(xué)計量數(shù)之比為3:1。答案為A。
五、確定反應(yīng)進行的方向例9.右圖為條件一定時,反應(yīng)2NO+O2
2N
O2
△H<0中NO的最大轉(zhuǎn)化率與溫度變化關(guān)系曲線圖,圖中有A、B、C、D、E五點,其中表示未達到平衡狀態(tài),且V正<V逆的點是(
)A.B點和C點
B.A點和E點
C.E點
D.A點和C點
解析:當(dāng)條件一定時,反應(yīng)的最大轉(zhuǎn)化率一定是達平衡狀態(tài)時。該圖像與初中所學(xué)的溶解度曲線很相似。A、D所在的曲線上所有的點均為平衡時的狀態(tài)。曲線上下的點均為非平衡時的狀態(tài)。反應(yīng)從非平衡自發(fā)達到平衡。從圖中可看出,B、C所在狀態(tài)的轉(zhuǎn)化率小于該溫度平衡時的轉(zhuǎn)化率。說明反應(yīng)向正反應(yīng)方向進行。即V正>V逆。而E所在狀態(tài)的轉(zhuǎn)化率大于該溫度平衡時的轉(zhuǎn)化率,說明反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進行。即V正<V逆。故本題選C。
例10.在容積相同的五個密閉容器中分別放入等量的A2和B2,在不同溫度下同時任其發(fā)生反應(yīng):A2(g)+3B2(g)2AB3(g),分別在
某一同時刻測得其中AB3所占的體積分數(shù)變化
如圖所示.下列說法不正確的是
(
)
A.正反應(yīng)是放熱反應(yīng)
B.E、F二點尚未達到平衡
C.H、I二點尚未達到平衡
D.G、H、I三點已達平衡狀態(tài)
解析:隨著溫度的升高反應(yīng)速率加快,從E、F到G點(AB3%最大,平衡狀態(tài)),AB3%所占的體積分數(shù)增大;從G到H、I,AB3%所占的體積分數(shù)降低,曲線上G、H、I三點均為平衡時的狀態(tài),溫度高時AB3%越小,即升高溫度平衡逆移,能得出正反應(yīng)是放熱反應(yīng);E、F兩點AB3%比G點低,原因是低溫下反應(yīng)速率慢,反應(yīng)未達平衡狀態(tài)。故選C。
六、綜合應(yīng)用:即綜合運用多種圖像與信息來解決化學(xué)問題,旨在考查學(xué)生的分析、推理、自學(xué)以及創(chuàng)新能力。
例11(05廣東卷)在密閉容器中,由一定起始濃度的氙(Xe)和F2反應(yīng),可得到3種氟化物。各種生成物在平衡體系內(nèi)的分壓與反應(yīng)溫度的關(guān)系如右圖所示(己知氣體的分壓之比等于物質(zhì)的量之比)。
(1)420K時,發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為:____________________________;若反應(yīng)中消耗lmolXe,則轉(zhuǎn)移電子______________mol。(2)600~800K時,會發(fā)生反應(yīng):XeF6(g)XeF4(g)+F2(g),其反應(yīng)熱△H______0(填“>”“=”或“<”)。理由是________________________________。(3)900K時,容器中存在的組分有________________________________
解析:此題以圖給出信息,旨在考查對圖示信息的分析和處理能力,通過對圖中給出的圖像分析可知:(1)在420K時,產(chǎn)物只有XeF6,即Xe+3F2==XeF6;(2)在600K~800K時隨著溫度的升高,XeF6的分壓減小,XeF4的分壓增大,即平衡正向移動,故正向為吸熱反應(yīng),△H>0;(3)在900K時XeF2、XeF4、XeF6共存,根據(jù)可逆反應(yīng)的特點,還應(yīng)有XeF2存在著。
答案為:(1)Xe+3F2==XeF6
6;(2)>;隨著溫度的升高,XeF6XeF4+F2平衡向右移動,根據(jù)溫度升高平衡向吸熱反應(yīng)方向移動的原理,則該反應(yīng)的△H>0。(3)XeF6、XeF4、XeF2、Xe、F2。例12.向一定體積的密閉容器中加入2molA、0.6molC和一定量的B三種氣體。一定條件下發(fā)生反應(yīng),各物質(zhì)的量濃度隨時間變化如圖(Ⅰ)所示,其中t0~t1階段c(B)未畫出。圖(Ⅱ)為t2時刻后改變反應(yīng)條件,化學(xué)反應(yīng)速率隨時間變化的情況,四個階段改變的條件均不相同,每個階段只改變濃度、壓強、溫度、催化劑中的一個條件,其中t3~t4階段為使用催化劑。
請回答下列問題:(1)若t1=15min,則t0~t1階段以C物質(zhì)的濃度變化表示的反應(yīng)速率為
mol·L—1·min—1。(2)t4~t5階段改變的條件為
,B的起始物質(zhì)的量濃度為
mol·L—1。(3)t5~t6階段保持容器內(nèi)溫度不變,若A的物質(zhì)的量共變化了0.01mol,而此過程中容器與外界的熱交換總量為akJ,寫出此溫度下該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式
。
解析:本題是一道運用濃度-時間圖像與速率-時間圖像來確定化學(xué)方程式、條件改變和反應(yīng)物的起始濃度的綜合題。因圖(Ⅱ)為t2時刻后改變反應(yīng)條件,化學(xué)反應(yīng)速率隨時間變化的情況,四個階段改變的條件均不相同,每個階段只改變濃度、壓強、溫度、催化劑中的一個條件,其中t3~t4階段為使用催化劑。根據(jù)正逆反應(yīng)速率變化與化學(xué)平衡的移動情況可推斷:t2~t3階段和t5~t6階段平衡發(fā)生了移動,t4~t5階段平衡沒有移動。由于改變濃度、溫度化學(xué)平衡一定移動;而改變壓強,對于反應(yīng)前后氣體體積不變的可逆反應(yīng),平衡不移動。利用三步分析法:一看反應(yīng)速率是增大還是減??;二看Δv正、Δv逆的相對大小;三看化學(xué)平衡移動的方向。由圖可知:t2~t3階段為改變濃度;t5~t6階段為升高溫度,且化學(xué)平衡正移,故該反應(yīng)的正反應(yīng)為吸熱反應(yīng);t4~t5階段為改變壓強,且改變壓強平衡不移動,故該反應(yīng)為反應(yīng)前后氣體體積不變的反應(yīng)。由圖(I)可知:t1時刻達到平衡,c(A)消耗0.2mol·L—
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