2020年 高考化学专题讲座4 化学平衡图像的分类突破

[对点训练] 7．煤气化的一种方法是在气化炉中给煤炭加氢，发生的主要反应为 C(s) ＋2H2(g) CH4(g)。在 V L 的密闭容器中投入 a mol 碳(足量)，同时通入 2a mol H2，控制条件使其发生上述反应，实验测得碳的平衡转化率随压强及温度的变 化关系如图所示。下列说法正确的是 ( )
B [由图Ⅰ可知，温度越高生成物的浓度越大，说明升高温度，平衡向正 反应方向移动，故正反应为吸热反应；由图Ⅱ可知，压强增大，平衡被破坏，v 逆>v 正，平衡向逆反应方向移动，说明正反应为气体物质的量增大的反应。综合 上述分析可知，可逆反应正反应为吸热反应且正反应为气体物质的量增大的反 应。N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0，为放热反应，正反应是气体物质的量减 小的反应，A 不符合；2SO3(g) 2SO2(g)＋O2(g) ΔH>0，为吸热反应，正反 应是气体物质的量增大的反应，B 符合；4NH3(g)＋5O2(g) 4NO(g)＋6H2O(g) ΔH<0，正反应是气体物质的量增大的反应，但为放热反应，C 不符合；H2(g) ＋CO(g) C(s)＋H2O(g) ΔH>0，为吸热反应，但正反应是气体物质的量减小 的反应，D 不符合。]
解题思路
速率—压强(或温度)图像
曲线的意义是外界条件(如温度、压强等)对正、逆 反应速率影响的变化趋势及变化幅度。图中交点是平 衡状态，压强或温度增大，正反应速率增大得快，平 衡正向移动。
[对点训练] 1．下列各图是温度(或压强)对反应 2A(s)＋2B(g) 2C(g)＋D(g)(正反应为 吸热反应)的正、逆反应速率的影响，曲线交点表示建立平衡时的温度或压强， 其中正确的是 ( )
答案：< > <
反应过程中组分含量或浓度与温度的关系图像
对于化学反应 mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，在相同时间段内，M 点前， 表示化学反应从反应物开始，则 v 正>v 逆，未达平衡；M 点为刚达到的平衡点。 M 点后为平衡受温度的影响情况，即升温，A%增大(C%减小)，平衡逆向移动， ΔH<0。
恒温线或恒压线图像
以反应 A(g)＋B(g) C(g) ΔH<0 为例
[方法规律] (1)“定一议二”原则：可通过分析相同温度下不同压强时反应物 A 的转化 率大小来判断平衡移动的方向，从而确定反应方程式中反应物与产物气体物质 间的化学计量数的大小关系。如甲中任取一条温度曲线研究，压强增大，αA 增 大，平衡正向移动，正反应为气体体积减小的反应，乙中任取横坐标一点作横 坐标垂直线，也能得出结论。 (2)通过分析相同压强下不同温度时反应物 A 的转化率的大小来判断平衡移 动的方向，从而确定反应的热效应。如利用上述分析方法，在甲中作垂直线， 乙中任取一曲线，即能分析出正反应为放热反应。
[对点训练] 4．(2019·武汉模拟)已知(HF)2(g) 2HF(g) ΔH>0，且平衡体系的总质量 (m 总)与总物质的量(n 总)之比在不同温度下随压强的变化曲线如图所示。下列说 法正确的是( ) A．温度：T1<T2 B．平衡常数：K(a)＝K(b)<K(c) C．反应速率：vb>va D．当mn总总＝30 g·mol－1 时，n(HF)∶n[(HF)2]＝2∶1
[对点训练] 2．(2019·西安模拟)现有下列两个图像：
下列反应中符合上述图像的是( ) A．N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0 B．2SO3(g) 2SO2(g)＋O2(g) ΔH>0 C．4NH3(g)＋5O2(g) 4NO(g)＋6H2O(g) ΔH<0 D．H2(g)＋CO(g) C(s)＋H2O(g) ΔH>0
项，该选择的原因是两者转化率相差不大，但压
强增大对设备要求高，能量需求大，错误。]
化工生产中的转化率或产率与投料比、温度、催化剂关系的有关的图像
将 燃 煤 废 气 中 的 CO2 转 化 为 甲 醚 的 反 应 原 理 为 2CO2(g) ＋ 6H2(g) CH3OCH3(g)＋3H2O(g)，已知在压强为 a MPa 下，该反应在不同温度、
C [由题给信息知该反应为气体分子数增大的吸热反应，从图像可以看出， 当压强不变时，由 T1 到 T2，mn总总增大，说明 n 总减小，平衡左移，即平衡向放热 反应方向移动，所以由 T1 到 T2 为降低温度的过程，即 T1>T2，A 项错误；由于 T1 温度较高，升高温度平衡右移，故温度为 T1 时的平衡常数大于温度为 T2 时的 平衡常数，再结合温度不变平衡常数不变知，K(b)>K(a)＝K(c)，B 项错误；温 度越高，压强越大，反应速率越大，故 vb>va，C 项正确；设 HF 为 x mol，(HF)2 为 y mol，当mn总总＝30 g·mol－1 时，有20xx＋＋4y0y＝30，解得 x＝y，即 n(HF)∶n[(HF)2] ＝1∶1，D 项错误。]
图1
图2
(2)某科研小组用 Fe2O3 作催化剂。在 380 ℃时，分别研究了[n(CO)∶n(SO2)]
为 1∶1、3∶1 时 SO2 转化率的变化情况(图 2)。则图 2 中表示 n(CO)∶n(SO2)
[对点训练] 6.(2018·成都七中月考)在 2 L 恒容密闭容器中充入 2 mol X 和 1 mol Y，发 生反应：2X(g)＋Y(g) 3Z(g)，反应过程持续升高温度，测得 X 的体积分数 与温度的关系如图所示。下列推断正确的是( ) A．Q 点时，Y 的转化率最大 B．升高温度，平衡常数增大 C．W 点 X 的正反应速率等于 M 点 X 的正反应速率 D．平衡时，再充入 Y，达到平衡时 Z 的体积分数一定增大
为 2CO(g)＋SO2(g)
2CO2(g)＋S(l) ΔH＝－270 kJ·mol－1
(1)其他条件相同、催化剂不同，SO2 的转化率随反应温度的变化如图 1，
Fe2O3 和 NiO 作催化剂均能使 SO2 的转化率达到最高，不考虑催化剂价格因素，
Байду номын сангаас
选择 Fe2O3 的主要优点是______________________________________。
正反应为吸热反应，正确；B 项，X 点是未平衡时，反应正向进行，正反应速
率大于逆反应速率，错误；C 项，此时碳转化率为 50%
C(s)＋2H2(g) CH4(g)
起始量/mol a 2a
0
转化量/mol
0.5a a
0.5a
平衡量/mol
0.5a a
0.5a
0.5a
K＝
V Va 2
＝0.a5V，错误；D
3. 密 闭 容 器 中 进 行 的 可 逆 反 应 ： aA(g) ＋ bB(g) cC(g)在不同温度(T1和 T2)及压强(p1 和 p2)下， 混合气体中 B 的质量分数 w(B)与反应时间(t)的关系如 图所示。下列判断正确的是( )
A．T1<T2，p1<p2，a＋b>c，正反应为吸热反应 B．T1>T2，p1<p2，a＋b<c，正反应为吸热反应 C．T1<T2，p1>p2，a＋b<c，正反应为吸热反应 D．T1>T2，p1>p2，a＋b>c，正反应为放热反应
C [根据化学反应特点，升温平衡向正向移动，但 v 正、v 逆均增大，加压 平衡向逆向移动，v 逆>v 正。]
转化率(或百分含量)—时间—温度(或压强)图像
已知不同温度或压强下，反应物的转化率 α(或百分含量)与时间的关系曲 线，推断温度的高低及反应的热效应或压强的大小及气体物质间的化学计量数 的关系。[以 mA(g)＋nB(g) pC(g)中反应物的转化率 αA 为例说明]
(2)正确掌握图像中反应规律的判断方法 ①图甲中，T2>T1，升高温度，αA 降低，平衡逆向移动，正反应为放热反应。 ②图乙中，p1>p2，增大压强，αA 升高，平衡正向移动，则正反应为气体体 积缩小的反应。 ③若纵坐标表示 A 的百分含量，则甲中正反应为吸热反应，乙中正反应为 气体体积增大的反应。
第七章 化学反应速率和化学平衡
高考专题讲座 (四) 化学平衡图像的分类突破
化学平衡的图像是全国卷命题的热点，主要以Ⅱ卷非选择题为主。图像中 蕴含着丰富的信息，具有简明、直观、形象的特点，命题形式灵活，难度不大， 解题的关键是根据反应特点明确反应条件，认真分析图像，充分挖掘蕴含的信 息，紧扣化学原理，找准切入点解决问题。
示压强，则
y1________y2 ， 若
y
表
示
反
应
开
始
时
的
水
碳
比
[
nH2O nCO2
]
，
则
y1________y2。
解析：根据题图知，y 一定时，降低温度，NH3 的转化率增大，平衡正向移 动，根据平衡移动原理，降温时平衡向放热反应方向移动，故正反应为放热反 应，ΔH<0。若 y 表示压强，y2→y1，NH3 的转化率增大，平衡正向移动，根据 平衡移动原理，加压时平衡正向移动，故 y1>y2。根据平衡移动原理，减小水碳 比[nnHCO2O2]，平衡正向移动，NH3 的转化率增大，若 y 表示水碳比，则 y1<y2。
A．上述正反应为吸热反应 B．在 4 MPa、1 200 K 时，图中 X 点 v(H2)正<v(H2)逆 C．在 5 MPa、800 K 时，该反应的平衡常数为Va22 D．工业上维持 6 MPa、1 000 K 而不采用 10 MPa、1 000 K，主要是因为前 者碳的转化率高
A [A 项，由图观察，温度越高，碳的平衡转化率越大，平衡正向移动，
[方法规律] (1)“先拐先平，数值大”原则 分析反应由开始(起始物质相同时)达到平衡所用时间的长短可推知反应条 件的变化。 ①若为温度变化引起，温度较高时，反应达平衡所需时间短。如甲中 T2>T1。 ②若为压强变化引起，压强较大时，反应达平衡所需时间短。如乙中 p1>p2。 ③若为使用催化剂引起，使用适宜催化剂时，反应达平衡所需时间短。如 图丙中 a 使用催化剂。