化學反應速率與化學平衡圖形題解題策略

四川 賀祥峰

化學反應速率與化學平衡圖形題解題策略

四川 賀祥峰

在全國新課標卷高考化學試題中化學反應速率與化學平衡的考查多以圖形為載體出現(xiàn)，而解決這類題時我們最關(guān)鍵的是學會讀圖，讀懂圖形、讀出圖中所提示的信息。下面我們先看看近幾年全國新課標卷中的有關(guān)化學反應速率與化學平衡的圖形題。

【例1】（2011新課標，27節(jié)選）在容積為2L的密閉容器中，由CO2和H2合成甲醇，在其他條件不變的情況下，考察溫度對反應的影響，實驗結(jié)果如下圖所示（注：T1、T2均大于300℃）；

下列說法正確的是________（填序號）。

①溫度為T1時，從反應開始到平衡，生成甲醇的平均速率為

②該反應在T1時的平衡常數(shù)比T2時的小

③該反應為放熱反應

【例2】（2012新課標，27節(jié)選）COCl2的分解反應為COCl2（gCl2（g）＋CO（g） ΔH＝＋108kJ·mol－1。反應體系平衡后，各物質(zhì)的濃度在不同條件下的變化狀況如下圖所示（第10min到14min的COCl2濃度變化曲線未示出）：

（1）計算反應在第8min時的平衡常數(shù)K＝________。

（2）比較第2min反應溫度T（2）與第8min反應溫度T（8）的高低：T（2）________（填“＜”“＞”或“＝”）T（8）。

（3）若12min時反應與溫度T（8）下重新達到平衡，則此時c（COCl2）＝________mol·L－1。

（4）比較產(chǎn)物CO在2—3min、5—6min和12—13min時平均反應速率［平均反應速率分別以v（2—3）、v（5—6）、v（12—13）表示］的大小________。

（5）比較反應物COCl2在5—6min和15—16min時平均反應速率的大?。簐（5—6）________（填“＜”“＞”或“＝”）v（15—16），原因是_________________。

【例3】（2013新課標Ⅱ，28節(jié)選）在1．0L密閉容器中放入0．10mol A（g），在一定溫度進行如下反應：

反應時間（t）與容器內(nèi)氣體總壓強（p）的數(shù)據(jù)見下表：

_時間t／h _0 _1 _2 _4 _8 16 20 25 30總壓強p／100kPa _____ ______ _____ ______ _____ ______ ____ _____ _____ 4．91 5．58 6．32 7．31 8．54 9．50 9．52 9．53 9．53

回答下列問題：

（1）欲提高A的平衡轉(zhuǎn)化率，應采取的措施為________ ______________________________。

（2）由總壓強p和起始壓強p0計算反應物A的轉(zhuǎn)化率α（A）的表達式為______________________。平衡時A的轉(zhuǎn)化率為__________，列式并計算反應的平衡常數(shù)K______。

（3）由總壓強p和起始壓強p0表示反應體系的總物質(zhì)的量n總和反應物A的物質(zhì)的量n（A），n總＝________mol，n（A）＝________mol。

【例4】（2014新課標Ⅰ，28節(jié)選）已知乙烯氣相直接水合反應：C2H4（g）＋H2O（g）C2H5OH（g）的ΔH＝－45．5kJ·mol－1，下圖為氣相直接水合法中乙烯的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強的關(guān)系［其中N（H2O）∶N（C2H4）＝1∶1］。

①列式計算乙烯水合制乙醇反應在圖中A點的平衡常數(shù)Kp＝_________（用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓＝總壓×物質(zhì)的量分數(shù)）。

②圖中壓強（p1、p2、p3、p4）的大小順序為________，理由是___________________________________________________ _____________________________________________________。

【例5】（2014新課標Ⅱ，26節(jié)選）在容積為1．00L的容器中，通入一定量的N2O4，發(fā)生反應N2O4（g）2NO2（g），隨溫度升高，混合氣體的顏色變深。

回答下列問題：

反應的ΔH________（填“大于”或“小于”）0；100℃時，體系中各物質(zhì)濃度隨時間變化如上圖所示。在0～60s時段，反應速率v（N2O4）為________mol·L－1·s－1反應的平衡常數(shù)K1為________。

【例6】（2015新課標Ⅱ，27節(jié)選）甲醇是重要的化工原料，又可稱為燃料。利用合成氣（主要成分為CO、CO2和H2）在催化劑的作用下合成甲醇，發(fā)生的主反應如下：

回答下列問題：

反應①的化學平衡常數(shù)K的表達式為_______________ ________；圖中能正確反映平衡常數(shù)K隨溫度變化關(guān)系的曲線為________（填曲線標記字母），其判斷理由是______。

通過這些題我們不難發(fā)現(xiàn)，化學反應速率與化學平衡的考查幾乎都涉及圖形方面信息，而這些圖形大致分為如下幾類：

1．含量－時間圖：這類圖的橫坐標為時間，縱坐標為物質(zhì)的量、物質(zhì)的量濃度、轉(zhuǎn)化率、物質(zhì)的量百分數(shù)、體積百分數(shù)等，因此根據(jù)這類圖象可進行如下計算：

（1）某物質(zhì)的平均速率、轉(zhuǎn)化率；（2）確定化學方程式中的化學計量數(shù)；（3）有關(guān)化學平衡常數(shù)的相關(guān)計算。

2．含量－時間－溫度（壓強）圖：這類圖的橫坐標也是時間，縱坐標也是物質(zhì)的量、物質(zhì)的量濃度、轉(zhuǎn)化率、物質(zhì)的量百分數(shù)、體積百分數(shù)等，但圖形中曲線是幾條不同溫度或壓強下的含量變化情況。

3．恒壓（溫）線：該類圖的縱坐標為生成物的平衡濃度或反應物的轉(zhuǎn)化率，橫坐標為溫度或壓強，曲線所表示的都是在該溫度或壓強的平衡時的數(shù)據(jù)。

4．速率－溫度（壓強）圖：該類圖的橫坐標是溫度或壓強，縱坐標為反應速率。

后三類圖象可根據(jù)化學平衡移動原理（勒夏特列原理）進行壓強、溫度、化學反應速率、平衡常數(shù)的相對大小的比較；對該反應的正反應是放熱或吸熱判斷；對該反應的反應前后氣體的計量數(shù)之和的變化情況進行判斷或物質(zhì)狀態(tài)的情況進行判斷；對平衡移動的方向以及是否達到化學平衡進行判斷。

當然解決這類題時我們除了具備化學反應速率和化學平衡的理論知識以外，首先還應弄清圖形中的以下幾個方面：

①弄清橫坐標和縱坐標的意義。②弄清圖象上點的意義，特別是一些特殊點（如與坐標軸的交點、轉(zhuǎn)折點、幾條曲線的交叉點）的意義。③弄清圖象所示的增、減性。④弄清圖象斜率的大小。⑤看是否需要輔助線。

其次是想規(guī)律：聯(lián)想化學平衡移動原理，分析條件對反應速率、化學平衡移動的影響。第三，做出準確的判斷：利用原理，結(jié)合圖象，分析圖象中所代表的反應速率變化或化學平衡的線，做出判斷。

具體解題中可能還會用到兩個小技巧：

先拐先平

在含量（轉(zhuǎn)化率）－時間曲線中，先出現(xiàn)拐點的則先達到平衡，說明該曲線反應速率快，表示溫度較高、有催化劑、壓強較大等。

定一議二

當圖象中有三個量時，先確定一個量不變，再討論另外兩個量的關(guān)系，有時還需要作輔助線。

現(xiàn)在我們通過對以上幾個例題的分析來具體印證前文中提到的一些規(guī)律、解題技巧和方法。

第4題：該圖是轉(zhuǎn)化率－溫度－壓強圖本題考查化學平衡常數(shù)相關(guān)的圖象及計算，壓強對化學平衡的影響。

乙烯平衡轉(zhuǎn)化率為20%，所以x＝0．2，則平衡時，n（C2H4）∶n（H2O）∶n（C2H5OH）＝0．8∶0．8∶0．2，代入平衡常數(shù)的表達式，

第5題：本題考查溫度對化學平衡的影響、化學反應速率的計算和平衡常數(shù)相關(guān)的圖象及計算。根據(jù)題意知，隨溫度升高，混合氣體的顏色變深，二氧化氮的濃度增大，說明平衡向正反應方向移動；當其他條件不變時，升高溫度，平衡向吸熱反應方向移動，故ΔH大于0；根據(jù)題給圖象知，0—60s時段，N2O4的物質(zhì)的量濃度變化為0．060mol·L－1，根據(jù)公式v＝Δc／Δt計算，v（N2O4）＝0．001mol·L－1·s－1；分析題給圖象知，二氧化氮的平衡濃度為0．120mol·L－1，四氧化二氮的平衡濃度為0．040mol·L－1，K1＝c2（NO2）／c（N2O4）＝0．36mol·L－1。

第6題：（2）考查化學平衡常數(shù)的表達式，溫度對化學平衡移動的影響以及對化學平衡常數(shù)的變化影響。

（作者單位：四川省鄰水縣第二中學）