微专题2　化学平衡图像 课件(共41张PPT) 2023-2024学年高二化学苏教版选择性必修1

(共41张PPT)
专题2
微专题2　化学平衡图像
重难探究·能力素养全提升
学以致用·随堂检测全达标
目录索引
素养 目标 1.结合图像,能运用浓度、压强、温度对化学平衡的影响规律,推测平衡移动方向及浓度等相关物理量的变化,培养证据推理与模型认知的化学核心素养。
2.能用勒夏特列原理解释常见现象,培养变化观念与平衡思想的化学核心素养。
重难探究·能力素养全提升
方法突破
分析、解答化学反应速率和化学平衡图像题的“三步骤”
应用体验
视角1反应速率—时间图像
1.现有可逆反应:
A(g)+3B(g) 2C(g)　
ΔH<0。
已知在t1、t3、t5、t7时反应都达到平衡,如果t2、t4、t6、t8时都只改变了一个反应条件,则下列对t2、t4、t6、t8时改变条件的判断正确的是(　　)
A.降低温度、增大压强、减小反应物浓度、使用催化剂
B.使用催化剂、增大压强、增大反应物浓度、升高温度
C.增大反应物浓度、使用催化剂、减小压强、升高温度
D.升高温度、减小压强、增大反应物浓度、使用催化剂
D
解析 根据图像分析,t2时刻,v(正)、v(逆)均瞬间增大,且v(逆)>v(正),应为升高温度;t4时刻,v(正)、v(逆)均瞬间减小,且v(逆)>v(正),应为减小压强;t6时刻,v(正)瞬间增大,v(逆)不变,v(正)>v(逆),应为增大了反应物浓度;t8时刻,v(正)、v(逆)均瞬间增大,且v(逆)=v(正),应为使用了催化剂,D正确。
2.对于可逆反应mA(g)+nB(g) pC(g)+gD(g),若其他条件都不变,只考虑反应前是否加入催化剂,可得到如下两个图像:
下列关系正确的是(　　)
①a1=a2　②a1t2　⑥t1=t2　
⑦两图中阴影部分面积相等　⑧阴影部分面积甲图中比乙图中大
A.②④⑤⑦ B.②④⑥⑧
C.②③⑤⑦ D.②③⑥⑧
A
解析 加入催化剂,反应速率加快,①错,②对;加入催化剂的反应在平衡时反应速率也比未加催化剂的快,③错,④对;因为使用催化剂时反应速率加快,到达平衡的时间短,所以⑤对,⑥错;使用催化剂对化学平衡没有影响,阴影部分为反应物的浓度改变量,所以⑦对,⑧错;答案选A。
方法技巧　结合下面3个反应速率—时间图像,理解图像有关规律:
(1)v-t图像很简单,平衡上下分增减:改变外界条件,若v(正)、v(逆)在原平衡以下,则为减小浓度、降低温度或减小压强;v(正)、v(逆)在原平衡以上,则为增大浓度、升高温度、增大压强、使用催化剂。
(2)突变温压催化剂,浓度图像为渐变:改变外界条件,若v(正)、v(逆)两条曲线均不与原平衡相连,
发生“突变”,则改变的是温度、压强或催化剂;若v(正)、v(逆)有一条曲线与原平衡相连,发生“渐变”,则改变的为浓度。图甲为减小反应物的浓度,图乙为增大压强或升高温度,图丙为增大压强或使用催化剂。
(3)平台压强催化剂,确定方向上曲线:若改变外界条件后v(正)、v(逆)均增大,但二者仍然相等(平台类图像),如图丙,则可能是使用催化剂,也可能是反应前后气体化学计量数不变的反应增大压强;若改变外界条件后v(正)、v(逆)均减小,但二者仍然相等,则应是反应前后气体化学计量数不变的反应减小压强。
视角2浓度(或物质的量)—时间图像
3.反应X ══ 2Z经历两步:①X ―→ Y;②Y ―→ 2Z。反应体系中X、Y、Z的浓度(c)随时间(t)的变化曲线如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.曲线c为c(Y)随t的变化曲线
B.0~t1时间段内,反应速率v(X)>v(Y)
C.t2时,Y的消耗速率大于生成速率
D.t3后,c(Z)=2c0
D
解析 反应X ══ 2Z经历两步:①X ―→ Y;②Y ―→ 2Z,根据图像分析可知,a曲线为X的浓度曲线,逐渐增大的b曲线为Z的浓度曲线,先增大后减小的c曲线为Y的浓度曲线,故A正确;曲线的斜率表示反应速率,0~t1时间段内,v(X)>v(Y),故B正确;t2时,曲线c表示的Y的浓度逐渐减小,说明Y的消耗速率大于生成速率,故C正确;根据图像,t3后仍存在Y,没有X,假设Y的剩余浓度为c(Y),由①X ―→ Y可知X完全转化为Y时,Y的浓度为c0,根据②Y ―→ 2Z,生成的Z的浓度c(Z)=2c0-2c(Y),故D错误。
4.已知NO2和N2O4可以相互转化: 2NO2(g) N2O4(g)　ΔH<0。在恒温条件下将一定量NO2和N2O4的混合气体通入一容积为2 L的密闭容器中,反应物浓度随时间变化的关系如下图。下列说法正确的是(　　)
A.a、b、c、d四个点中,只有b、d点的化学反应处于平衡状态
B.前10 min内用v(NO2)表示的化学反应速率为0.06 mol·L-1·min-1
C.25 min时,导致平衡移动的原因是将密闭容器的容积缩小为1 L
D.图中的两条曲线,X是表示N2O4浓度随时间的变化曲线
A
解析 由图可知10~25 min时反应处于平衡状态,从开始到建立平衡,X表示的物质的浓度变化量为(0.6-0.2) mol·L-1=0.4 mol·L-1,Y表示的物质的浓度变化量为(0.6-0.4) mol·L-1=0.2 mol·L-1,X表示的物质的浓度变化量是Y表示的物质的浓度变化量的2倍,则X表示NO2的浓度随时间的变化曲线,Y表示N2O4的浓度随时间的变化曲线,D错误;a、b、c、d四个点中,只有b、d点化学反应处于平衡状态,故A正确;由图像可知,前10 min内, v(NO2)=
=0.04 mol·L-1·min-1,故B错误;25 min时,改变条件的瞬间,X的浓度增大,Y的浓度不变,只能是增大X的浓度,所以曲线发生变化的原因是增加NO2的浓度,容器容积不变,故C错误。
方法技巧　(1)看清坐标系特点,特别要注意纵坐标代表物质的量还是浓度,若纵坐标代表物质的量,则在计算反应速率时切忌直接把物质的量当成浓度代入计算;平衡时改变压强(减小或增大容器容积)的瞬间,各物质的物质的量均不变,但浓度均增大或均减小。
(2)在浓度(或物质的量)—时间图像中,根据曲线的变化趋势,可以确定未知反应的反应物和生成物,根据相同时间内浓度的变化量之比,可以确定反应的化学计量数;对于已知的化学反应,也可根据相同时间内浓度的变化量确定曲线所对应的物质。
视角3反应速率—压强(或温度)图像
5.下列各图是温度(或压强)对2A(s)+2B(g) 2C(g)+D(g)　ΔH<0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
(　　)
A
解析 压强增大,v(正)、v(逆)均增大,平衡向气体物质的量减小的方向进行,对于题给反应,应向逆反应方向进行,所以v(逆)>v(正),所以A项正确,B项错误;温度升高,v(正)、v(逆)均增大,平衡向吸热的方向移动,对于题给反应,应向逆反应方向移动,所以v(逆)>v(正),所以C项、D项均错误。
方法技巧　反应速率—压强(或温度)图像的分析
视角4含量(或转化率)—时间—温度(压强)图像
6.反应X(g)+Y(g) 2Z(g)　ΔH<0,在一定条件下,反应情况如图所示。若使曲线b变为曲线a可采取的措施是(　　)
A.加入催化剂
B.增大压强
C.升高温度
D.保持容器容积不变,充入He
C
解析 由题图可知,a先达到了平衡状态,反应速率较快,Y的转化率较小。加入催化剂,只能改变反应速率,不能影响化学平衡,A项错误;该反应为反应前后气体分子数不变的反应,增大压强,反应速率加快,平衡不移动,B项错误;该反应的正反应为放热反应,升高温度,反应速率加快,平衡向逆反应方向移动,Y的转化率减小,可以使曲线b变为曲线a,C项正确;保持容器容积不变,充入He,参与反应的各物质的浓度均不变,反应速率不变,平衡不移动,D项错误。
方法技巧　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、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A的转化率αA为例说明]
解题方法是“先拐先平,数值大”。即曲线先出现拐点的首先达到平衡,反应速率快,以此判断温度或压强的高低。再依据外界条件对平衡的影响分析反应的热效应及反应前后气体体积的变化。
以上面三个图示为例:
(1)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温度的高低或压强的大小。①若为温度变化引起,温度较高时,反应达平衡所需时间短。如图甲中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。如图乙中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,但反应物的转化率不变。如图丙中a使用催化剂。
(2)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的热效应或反应前后气体的化学计量数关系。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,即m+n>
p。③图丙中,若改变条件为压强,则压强改变,平衡不移动,反应为气体体积不变的反应,即m+n=p。
视角5转化率(或质量分数)与压强—温度图像
7.在一恒容的密闭容器中充入0.1 mol·L-1 CO2、0.1 mol·L-1 CH4,在一定条件下发生反应:CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g),测得CH4平衡转化率与温度、压强关系如图(x、y所在虚线对应温度为1 100 ℃),下列有关说法不正确的是(　　)
A.上述反应的ΔH<0
B.压强:p4>p3>p2>p1
C.1 100 ℃时该反应的平衡常数约为1.64
D.压强为p4时,在y点:v(正)>v(逆)
A
解析 p1、p2、p3、p4是四条等压线,由图像可知,压强一定时,温度越高,CH4的平衡转化率越高,故正反应为吸热反应,ΔH>0,A项错误;正反应为气体分子数增加的反应,压强越大,甲烷的平衡转化率越小,故压强p4>p3>p2>p1,B项正确;压强为p4、温度为1 100 ℃时,甲烷的平衡转化率为80.00%,故平衡时各物质的浓度分别为c(CH4)=0.02 mol·L-1,c(CO2)=0.02 mol·L-1,
c(CO)=0.16 mol·L-1,c(H2)=0.16 mol·L-1,则平衡常数K= ≈1.64,C项正确;压强为p4时,y点未达到平衡,此时v(正)>v(逆),D项正确。
方法技巧　表示两个外界条件同时变化时,反应物A的转化率变化情况,解决这类图像题一般采用“定一议二”的方法,即把自变量(温度、压强)之一设为恒量,讨论另外两个变量的关系。
以反应A(g)+B(g) C(g)　ΔH<0为例。
(1)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,从而确定化学方程式中反应物与生成物气体物质间的化学计量数的大小关系。如图乙中任取两条压强曲线研究,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。图甲中任取一曲线,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,在图甲中作垂直线,图乙中任取一曲线,即能分析出正反应为放热反应。
视角6反应过程中某组分含量或浓度与温度的关系图像
8.已知A(g)+B(g) 2C(g),反应过程中C的百分含量与温度关系如图所示,下列说法正确的是(　　)
A.正反应速率:v(c)>v(d)>v(b)
B.化学平衡常数:K(d)>K(c)
C.c点向d点变化时,v(正)D.d点状态加入合适的催化剂可使C%增大
C
解析 温度越高,反应速率越大,则正反应速率v(d)>v(c)>v(b),A错误;由图示可知正反应为放热反应,升高温度平衡逆向移动,K减小,则化学平衡常数:K(d)方法技巧　对于化学反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),A、C的百分含量与温度的关系如图所示。M点前,表示化学反应从反应物开始,则v(正)>v(逆);M点为刚达到的平衡点。M点后为平衡受温度的影响情况,即升温时A%增大、C%减小,平衡逆向移动,ΔH<0。
学以致用·随堂检测全达标
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3
4
1.同时符合图1、图2的反应是(　　)
B
解析 由图1中X、Y、Z三种物质的浓度变化可得X(g)+3Y(g) 2Z(g);由图2可知T11
2
3
4
2.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)之比在不同温度时随压强的变化曲线如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.温度:T1B.平衡常数:Ka=KbC.反应速率:vb>va
C
1
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3
4
1
2
3
4
3.在容积为V L的恒容密闭容器中盛有一定量H2,通入Br2(g)发生反应:H2(g)+Br2(g) 2HBr(g)　ΔH。已知温度T1>T2,平衡时,H2的体积分数与Br2(g)的物质的量变化关系如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.由图分析可知ΔH>0
B.a、b两点Br2的转化率:b>a
C.T1时,随着Br2(g)加入,平衡时HBr的体积分数不断增加
D.为了提高Br2(g)的转化率,可采取将HBr液化并及时移走的方法
D
解析 温度T1>T2,结合题图可知,温度升高,氢气的体积分数增大,则升高温度平衡逆向移动,则正反应为放热反应,ΔH<0,故A错误;温度不变,增大溴的物质的量,H2的转化率增大,Br2的转化率降低,则a、b两点Br2的转化率:b1
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3
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4.乙醇是重要的有机化工原料,可由乙烯直接水合法或间接水合法生产。回答下列问题:
(1)间接水合法是指先将乙烯与浓硫酸反应生成硫酸氢乙酯(C2H5OSO3H),再水解生成乙醇。
写出相应反应的化学方程式 　 。
(2)已知:乙烯气相直接水合反应如下:
C2H4(g)+H2O(g) C2H5OH(g)　ΔH=-45.5 kJ·mol-1
下图为气相直接水合法中乙烯的平衡转化率与温度、压强的关系[其中n(H2O)∶n(C2H4)=1∶1]
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3
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①计算乙烯水合制乙醇反应在图中A点的平衡常数Kp=　　　　　　(Kp表示用平衡分压代替平衡浓度计算出的平衡常数的值,分压=总压×物质的量分数)。
②图中压强p1、p2、p3、p4的大小顺序为　　　　　　　　　,理由是　 　。
(2)①0.07 (MPa)-1　②p4>p3>p2>p1　反应后分子数减少,相同温度下,压强升高乙烯转化率升高
(2)假设乙烯和水的起始物质的量均为1 mol,A点时乙烯的转化率为20%,即参加反应的乙烯为0.2 mol,则根据方程式计算:
　　　 C2H4(g)+H2O(g) C2H5OH(g)
起始/mol 1 1 0
改变/mol 0.2 0.2 0.2
平衡/mol 0.8 0.8 0.2
由图可知,在相同的温度下乙烯转化率为p1p3>p2>p1。
本 课 结 束