化學(xué)反應(yīng)原理圖像類試題的分析

王海霞

(山東省平度經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)高級(jí)中學(xué))

翻開(kāi)2022年湖南省和廣東省普通高中學(xué)業(yè)水平選擇性考試的化學(xué)卷,筆者對(duì)化學(xué)反應(yīng)原理圖像試題進(jìn)行了如下歸類.

1 催化劑對(duì)反應(yīng)的影響

該類圖像題的命題特點(diǎn)是:在其他條件相同時(shí),以多種催化劑對(duì)同一反應(yīng)的影響,考查有無(wú)催化劑時(shí)濃度的變化特征、c-t圖像中曲線的確認(rèn)以及反應(yīng)速率的計(jì)算等.

例1 (2022年廣東卷第15 題)在相同條件下研究催化劑Ⅰ、Ⅱ?qū)Ψ磻?yīng)X→2Y 的影響,各物質(zhì)濃度c隨反應(yīng)時(shí)間t的部分變化曲線如圖1所示,則( ).

圖1

A.無(wú)催化劑時(shí),反應(yīng)不能進(jìn)行

B.與催化劑Ⅰ相比,Ⅱ使反應(yīng)活化能更低

C.a曲線表示使用催化劑Ⅱ時(shí)X 的濃度隨t的變化

D.使用催化劑Ⅰ時(shí),0～2min內(nèi),

分析 催化劑能夠加快反應(yīng)速率,沒(méi)有催化劑,反應(yīng)可以進(jìn)行,只是反應(yīng)速率較慢,選項(xiàng)A 錯(cuò)誤.由圖可知,相同時(shí)間,催化劑Ⅰ比催化劑Ⅱ效果好,說(shuō)明催化劑Ⅰ使反應(yīng)活化能更低,選項(xiàng)B 錯(cuò)誤.由反應(yīng)式可知,X 的濃度減少量是Y 的濃度生成量的一半,a線與催化劑Ⅱ不滿足此比例,選項(xiàng)C錯(cuò)誤.a線與催化劑Ⅰ滿足反應(yīng)變化比例,故

選項(xiàng)D 正確.答案為D.

知識(shí)點(diǎn)撥 1)其他條件相同時(shí),催化劑能夠加快反應(yīng)速率,但不改變反應(yīng)的限度.

2)因?yàn)閄→2Y,曲線a表示c(X)的變化,存在v(X)∶v(Y)＝1∶2,即Δc(X)∶Δc(Y)＝1∶2.

2 能量與反應(yīng)進(jìn)程的關(guān)系圖像

對(duì)反應(yīng)歷程的探究是近年來(lái)出現(xiàn)的熱點(diǎn),主要涉及在一個(gè)反應(yīng)中出現(xiàn)過(guò)渡態(tài)和中間產(chǎn)物,發(fā)生多元化反應(yīng),通過(guò)其能量變化,可以找出總反應(yīng)的能量變化、決定反應(yīng)速率的一步反應(yīng)等.

例2 (2022年湖南卷第12題)反應(yīng)物(S)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物(P或P·Z)的能量與反應(yīng)進(jìn)程的關(guān)系如圖2所示.下列有關(guān)不同反應(yīng)進(jìn)程的說(shuō)法正確的是( ).

圖2

A.進(jìn)程Ⅰ是放熱反應(yīng)

B.平衡時(shí)P的產(chǎn)率:Ⅱ＞Ⅰ

C.生成P的速率:Ⅲ＞Ⅱ

D.進(jìn)程Ⅳ中,Z沒(méi)有催化作用

分析 從Ⅰ可知反應(yīng)物S的總能量高于生成物P的總能量,故進(jìn)程Ⅰ是放熱反應(yīng),選項(xiàng)A 正確.進(jìn)程Ⅱ中相當(dāng)于在進(jìn)程Ⅰ中加入了催化劑X,催化劑X 降低了反應(yīng)的活化能,加快了反應(yīng)速率,縮短了平衡時(shí)間,但不改變平衡時(shí)生成物P 的產(chǎn)率,選項(xiàng)B 錯(cuò)誤.從圖可知,進(jìn)程Ⅲ的活化能高于進(jìn)程Ⅱ的活化能,故進(jìn)程Ⅲ生成P的速率比Ⅱ的小,選項(xiàng)C錯(cuò)誤.進(jìn)程Ⅳ中,最終的產(chǎn)物是P·Z,故Z沒(méi)有催化作用,選項(xiàng)D 正確.答案為A、D.

知識(shí)點(diǎn)撥 1)催化劑在參與反應(yīng)的歷程中,改變了原來(lái)的反應(yīng)進(jìn)程,最終又“游離”出來(lái).

2)催化劑降低了反應(yīng)的活化能,加快了反應(yīng)速率,縮短了達(dá)到平衡的時(shí)間,但不改變平衡時(shí)生成物的產(chǎn)率.

3 不同溫度下平衡體系中不同組分的物質(zhì)的量變化圖像

這類問(wèn)題多以某一特定的可逆反應(yīng)為載體.一定條件(恒壓或恒容)下,試題給出一種反應(yīng)物或生成物的變化曲線,判斷其他曲線代表的“物質(zhì)”,推理反應(yīng)的熱效應(yīng)特征,分析加入某一物質(zhì)后平衡移動(dòng)的方向或反應(yīng)物平衡轉(zhuǎn)化率的變化等.

例3 (2022年廣東卷第13題)恒容密閉容器中,BaSO4(s)＋4H2(g)?BaS(s)＋4H2O(g).在不同溫度下達(dá)平衡時(shí),各組分的物質(zhì)的量(n)如圖3所示.下列說(shuō)法正確的是( ).

圖3

A.該反應(yīng)的ΔH＜0

B.a為n(H2O)隨溫度的變化曲線

C.向平衡體系中充入惰性氣體,平衡不移動(dòng)

D.向平衡體系中加入BaSO4,H2的平衡轉(zhuǎn)化率增大

分析 由圖像可知,平衡時(shí)升高溫度,H2的物質(zhì)的量減少,H2O(g)的物質(zhì)的量增加,即平衡正向移動(dòng),說(shuō)明該反應(yīng)的正反應(yīng)是吸熱反應(yīng),即ΔH＞0,選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤.容器體積不變,加入與反應(yīng)無(wú)關(guān)的氣體,H2與H2O的濃度不變,故平衡不移動(dòng),選項(xiàng)C正確.加入的BaSO4為固體,不影響平衡,選項(xiàng)D錯(cuò)誤.答案為C.

知識(shí)點(diǎn)撥 1)分析同一物質(zhì)在不同溫度下平衡時(shí)的物質(zhì)的量:若是反應(yīng)物,溫度越高其量越少,說(shuō)明該反應(yīng)是吸熱反應(yīng);若是生成物,溫度越高其量越少,說(shuō)明該反應(yīng)是放熱反應(yīng).

2)可逆反應(yīng)中有固體或液體參與反應(yīng),增大其量,不影響該反應(yīng)體系中的氣體平衡轉(zhuǎn)化率.

4 外界條件不同時(shí),同一反應(yīng)的氣體壓強(qiáng)變化的比較

在外界條件不同的反應(yīng)容器中,以相同的投料進(jìn)行同一反應(yīng),分析反應(yīng)的熱效應(yīng)特征,判斷反應(yīng)物或生成物的物質(zhì)的量變化、計(jì)算反應(yīng)平衡常數(shù)、比較反應(yīng)速率大小等.

例4 (2022年湖南卷第14題)向體積均為1L的兩恒容容器中分別充入2molX 和1molY 發(fā)生反應(yīng):2X(g)＋Y(g)?Z(g) ΔH,其中甲為絕熱過(guò)程,乙為恒溫過(guò)程,兩反應(yīng)體系的壓強(qiáng)隨時(shí)間的變化曲線如圖4 所示.下列說(shuō)法正確的是( ).

圖4

A.ΔH＞0

B.氣體的總物質(zhì)的量:na＜nc

C.a點(diǎn) 平 衡 常數(shù):K＞12

D.反應(yīng)速率:va正＜vb正

分析 2X(g)＋Y(g)?Z(g)是氣體體積減小的反應(yīng),甲為絕熱過(guò)程,從圖像可以看出,甲曲線開(kāi)始時(shí)壓強(qiáng)增大,原因是容器溫度升高,說(shuō)明該反應(yīng)過(guò)程放熱,即ΔH＜0,選項(xiàng)A 錯(cuò)誤.a、c兩點(diǎn)的壓強(qiáng)相同,甲是絕熱容器的曲線,因放出熱量使容器內(nèi)氣體的溫度高于乙,由氣體狀態(tài)方程可知?dú)怏w的總物質(zhì)的量:na＜nc,選項(xiàng)B正確.若甲容器為恒溫容器,假設(shè)生成Z的物質(zhì)的量為x,結(jié)合三段式計(jì)算.

但甲是絕熱容器,而反應(yīng)使體系溫度升高,由pV＝nRT可知,氣體總物質(zhì)的量減少,說(shuō)明反應(yīng)正向進(jìn)行的程度更大,故K＞12,選項(xiàng)C正確.因?yàn)閍、b兩點(diǎn)都達(dá)到平衡,甲的溫度高于乙,反應(yīng)速率大于乙,選項(xiàng)D 錯(cuò)誤.答案為B、C.

知識(shí)點(diǎn)撥 1)絕熱恒容容器中反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率一定小于恒溫恒容容器中的.因?yàn)榻^熱恒容容器中發(fā)生的反應(yīng),無(wú)論是放熱還是吸熱,體系溫度的變化,都會(huì)減小反應(yīng)正向進(jìn)行的程度.

2)若在容器中發(fā)生的是正向放熱的可逆反應(yīng),則絕熱恒容容器中比恒溫恒容容器中的反應(yīng)先達(dá)到平衡,且絕熱恒容容器平衡時(shí)的速率也較大.

通過(guò)對(duì)幾道高考題的解讀不難發(fā)現(xiàn),這類問(wèn)題都是“以綱扣本”的,因此,平時(shí)要認(rèn)真研析“變化觀念與平衡思想”,提高圖像類問(wèn)題的解題效率.