化學反應速率和化學平衡圖像分類突破

穆玉鵬

(山東省博興第一中學 256500)

一、速率—壓強(或溫度)圖像

解析根據化學反應特點，升溫平衡向正向移動，但v正、v逆均增大，加壓平衡向逆向移動，v逆>v正.

答案：C

評注曲線的意義是外界條件(如溫度、壓強等)對正、逆反應速率影響的變化趨勢及變化幅度.圖中交點是平衡狀態，壓強或溫度增大，正反應速率增大得快，平衡正向移動.

二、轉化率(或百分含量)—時間—溫度(或壓強)圖像

例2現有下列兩個圖像：

下列反應中符合上述圖像的是( ).

ΔH<0

答案：B

方法規律：

(1)“先拐先平，數值大”原則

分析反應由開始(起始物質相同時)達到平衡所用時間的長短可推知反應條件的變化.

①若為溫度變化引起，溫度較高時，反應達平衡所需時間短.如甲中T2>T1.

②若為壓強變化引起，壓強較大時，反應達平衡所需時間短.如乙中p1>p2.

③若為使用催化劑引起，使用適宜催化劑時，反應達平衡所需時間短.如圖丙中a使用催化劑.

(2)正確掌握圖像中反應規律的判斷方法

①圖甲中，T2>T1，升高溫度，αA降低，平衡逆向移動，正反應為放熱反應.

②圖乙中，p1>p2，增大壓強，αA升高，平衡正向移動，則正反應為氣體體積縮小的反應.

③若縱坐標表示A的百分含量，則甲中正反應為吸熱反應，乙中正反應為氣體體積增大的反應.

三、恒溫線或恒壓線圖像

A．溫度：T1

B．平衡常數：K(a)=K(b)

C．反應速率：vb>va

答案：C

方法規律：

(1)“定一議二”原則：可通過分析相同溫度下不同壓強時反應物A的轉化率大小來判斷平衡移動的方向，從而確定反應方程式中反應物與產物氣體物質間的化學計量數的大小關系.如甲中任取一條溫度曲線研究，壓強增大，αA增大，平衡正向移動，正反應為氣體體積減小的反應，乙中任取橫坐標一點作橫坐標垂直線，也能得出結論.

(2)通過分析相同壓強下不同溫度時反應物A的轉化率的大小來判斷平衡移動的方向，從而確定反應的熱效應.如利用上述分析方法，在甲中作垂直線，乙中任取一曲線，即能分析出正反應為放熱反應.

四、反應過程中組分含量或濃度與溫度的關系圖像

A．Q點時，Y的轉化率最大

B．升高溫度，平衡常數增大

C．W點X的正反應速率等于M點X的正反應速率

D．平衡時，再充入Y，達到平衡時Z的體積分數一定增大

解析從開始到Q點轉化率逐漸增大，從Q點到M點升高溫度，平衡向左移動，X的轉化率降低，Q點最大，A正確；分析圖像，Q點后升高溫度，X的體積分數增大，說明升溫平衡左移，平衡常數減小，B錯誤；M點溫度高，故反應速率快，C錯誤；平衡時再充入Y，平衡右移，n(Z)增大但n(Y)也增大，故Z的體積分數不一定增大，D錯誤.

答案：A

五、組分含量或轉化率與溫度或壓強關系(非平衡點與平衡點分析)

A．上述正反應為吸熱反應

B．在4 MPa、1200 K時，圖中X點v(H2)正

D．工業維持6 MPa、1000 K而不采用10 MPa、1000 K，主要是因為前者碳的轉化率高

解析A項，由圖觀察，溫度越高，碳的平衡轉化率越大，平衡正向移動，正反應為吸熱反應，正確；B項，X點是未平衡時，反應正向進行，正反應速率大于逆反應速率，錯誤；C項，此時碳轉化率為50%

起始量/mola2a0

轉化量/mol 0.5aa0.5a

平衡量/mol 0.5aa0.5a

答案：A

左上方(E點)，A%大于此壓強或溫度時平衡體系中的A%，E點必須向正反應方向移動才能達到平衡狀態，所以，E點v正>v逆；則右下方(F點)v正

六、化工生產中的轉化率或產率與投料比、溫度、催化劑關系的有關的圖像

例6一定條件下，用Fe2O3、NiO或Cr2O3作催化劑對燃煤煙氣回收.反應為

ΔH=-270 kJ·mol-1

(1)其他條件相同、催化劑不同，SO2的轉化率隨反應溫度的變化如圖1，Fe2O3和NiO作催化劑均能使SO2的轉化率達到最高，不考慮催化劑價格因素，選擇Fe2O3的主要優點是____.

圖1 圖2

(2)某科研小組用Fe2O3作催化劑.在380 ℃時，分別研究了[n(CO)∶n(SO2)]為1∶1、3∶1時SO2轉化率的變化情況(圖2).則圖2中表示n(CO)∶n(SO2)=3∶1的變化曲線為____.

解析(1)從圖1中可以看出，相比NiO和Cr2O3，用Fe2O3作催化劑時，在較低溫度下，SO2的轉化率已達很高，這樣既能去除SO2，又能節省能源.

答案：(1)Fe2O3作催化劑時，在相對較低溫度下可獲得較高的SO2轉化率，從而節約能源

(2)a

①相同溫度下，[n(H2)/n(CO2)]越大，α(CO2)越大.

②相同投料比[n(H2)/n(CO2)]相同時，溫度越高，α(CO2)越小，可知該反應為放熱反應(ΔH<0).

總之，化學平衡圖像問題的特點是，圖像是題目的主要組成部分,把所要考查的知識寓于坐標曲線上,簡明、直觀、形象,考查了學生的觀察能力、類比能力和推理能力.其解題的基本思路總結為：

學生要綜合利用上述信息，總結積累解題方法，靈活運用來解題.