細(xì)讀圖、巧判斷,破解化學(xué)平衡圖像題

王程程

(浙江省溫州市第八高級(jí)中學(xué))

對(duì)比近幾年的高考化學(xué)試題,發(fā)現(xiàn)化學(xué)平衡圖像分析題是高考的高頻考點(diǎn),說明化學(xué)平衡圖像問題確實(shí)是高考的重中之重,也是學(xué)生必須要掌握的難點(diǎn)問題.試題考查考生的信息提取和加工能力及分析推理與計(jì)算能力.

1 提取關(guān)鍵信息細(xì)計(jì)算

例1我國(guó)提出二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值,努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和.研發(fā)CO2的利用技術(shù),降低空氣中CO2的含量是實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的重要途徑.下面是用H2捕捉CO2時(shí)發(fā)生的兩個(gè)反應(yīng):

Ⅰ.CO2(g)＋4H2(g)?CH4(g)＋2H2O(g)ΔH1;

Ⅱ.CO2(g)＋H2(g)?CO(g)＋H2O(g)ΔH2.

(1)反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ的lnK隨的變化如圖1所示,則ΔH1______0(填“＞”“＜”或“＝”).有利于該反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的溫度是________(填“高溫”或“低溫”).

圖1

(2)將一定量CO2和H2的混合氣體充入密閉容器中,c(CO2)、v正(CO2)與溫度的關(guān)系如圖2所示,400℃之后c(CO2)降低的原因是________,而速率仍然增大的可能原因是_________.

圖2

(3)220 ℃時(shí),將4molH2與1molCO2的混合氣體充入2L反應(yīng)器中,氣體初始總壓強(qiáng)為p,10min后體系達(dá)到平衡,CO2的轉(zhuǎn)化率為80%,CH4的選擇性為33.3%,則生成CH4的平均速率為________(保留兩位有效數(shù)字),反應(yīng)Ⅱ的平衡常數(shù)Kp為_________.

氣體初始總壓強(qiáng)為p,平衡時(shí)總壓為

反應(yīng)Ⅱ的平衡常數(shù)

方法總結(jié)審題時(shí)要先審題干,明確該反應(yīng)放熱還是吸熱;再研究反應(yīng)體系是平衡狀態(tài)還是非平衡狀態(tài).審圖像時(shí)要明確橫縱坐標(biāo)是什么,圖像中的每一個(gè)點(diǎn)都要看清楚,尤其是起點(diǎn)、交點(diǎn)、拐點(diǎn)及圖像坐標(biāo)上的點(diǎn),要根據(jù)條件的變化看曲線的走勢(shì),根據(jù)反應(yīng)的特點(diǎn)和外界的條件聯(lián)想化學(xué)平衡移動(dòng)的規(guī)律進(jìn)行分析.要充分利用題干中給出的數(shù)據(jù)和信息,計(jì)算壓強(qiáng)平衡常數(shù)、濃度平衡常數(shù)等.

2 多重平衡分主次巧判斷

例2我國(guó)科學(xué)家成功用二氧化碳人工合成淀粉,其中第一步是利用二氧化碳催化加氫制甲醇.在CO2(g)加氫合成CH3OH 的體系中,同時(shí)發(fā)生以下反應(yīng):

(1)一定條件下使CO2、H2混合氣體通過反應(yīng)器,測(cè)得220 ℃時(shí)反應(yīng)器出口氣體中全部含碳物質(zhì)的物質(zhì)的量之比為n(CH3OH)∶n(CO2)∶n(CO)＝1∶7.20∶0.11,則該溫度下CO2轉(zhuǎn)化率為_________(列出計(jì)算式即可).

(2)其他條件相同時(shí),反應(yīng)溫度對(duì)CO2的轉(zhuǎn)化率的影響如圖3-甲所示,實(shí)驗(yàn)中反應(yīng)均未達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)是________;溫度高于260 ℃時(shí),CO2平衡轉(zhuǎn)化率變化的原因是_________.

圖3

(3)其他條件相同時(shí),反應(yīng)溫度對(duì)CH3OH 的選擇性的影響如圖3-乙所示[CH3OH 的選擇性＝].溫度相同時(shí)CH3OH 選擇性的實(shí)驗(yàn)值略高于其平衡值,從化學(xué)反應(yīng)速率的角度解釋其原因是________.

(1)220 ℃時(shí),測(cè)得反應(yīng)器出口氣體中全部含碳物質(zhì)的物質(zhì)的量之比

假設(shè)生成CH3OH 的物質(zhì)的量為1 mol,則生成CO的物質(zhì)的量為0.11mol,剩余CO2的物質(zhì)的量為7.20 mol,根據(jù)碳原子守恒,起始的CO2的物質(zhì)的量為1mol＋7.20mol＋0.11mol,則該溫度下CO2轉(zhuǎn)化率為.

(2)由圖3-甲可知,在不同溫度下,CO2轉(zhuǎn)化率的實(shí)驗(yàn)值均小于平衡值,說明實(shí)驗(yàn)中的反應(yīng)均未達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài);反應(yīng)ⅰ為放熱反應(yīng),反應(yīng)ⅱ為吸熱反應(yīng).溫度升高,反應(yīng)ⅰ逆向移動(dòng),反應(yīng)ⅱ正向移動(dòng),溫度高于260 ℃時(shí),反應(yīng)ⅱ正向移動(dòng)的程度大于反應(yīng)ⅰ逆向移動(dòng)的程度,所以CO2平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而增大.

(3)由圖3-乙可知,從化學(xué)反應(yīng)速率的角度看,原因是在該反應(yīng)條件下反應(yīng)ⅰ的速率大于反應(yīng)ⅱ,單位時(shí)間內(nèi)生成CH3OH 的量比生成CO 的量多.

方法總結(jié)對(duì)于有幾個(gè)方程式的多重平衡狀態(tài),無非是競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系或連續(xù)轉(zhuǎn)換關(guān)系,解題時(shí)要分清哪些是主反應(yīng),哪些是副反應(yīng);然后列出體系中所有競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)的相關(guān)特點(diǎn):吸熱反應(yīng)還是放熱反應(yīng);是平衡狀態(tài)還是非平衡狀態(tài).平衡狀態(tài)分析平衡移動(dòng)的影響,應(yīng)用勒夏特列原理,根據(jù)題目的圖像聯(lián)系規(guī)律;非平衡狀態(tài)分析速率快慢問題,有催化劑就要考慮催化劑的活性問題.

綜上所述,突破化學(xué)平衡圖像題,仔細(xì)審題是關(guān)鍵,要根據(jù)提示條件進(jìn)行分析判斷,然后規(guī)范答題,才能取得高分.

(完)