2024届高中化学一轮复习课件：平衡思想——化学平衡图像的解读与分析

这是一份2024届高中化学一轮复习课件：平衡思想——化学平衡图像的解读与分析，共3页。PPT课件主要包含了图像信息的获取，信息解读等内容，欢迎下载使用。

探究点1　化学平衡图像信息的解读
依据化学反应原理中反应速率和平衡移动知识解读图像,关键在于对“数”“形”“义”“性”的综合思考,包括:(1)明标:明晰横、纵坐标所表示的化学含义,这是理解题意和进行正确思考的前提。明晰坐标含义,也就是用变化的观念分析坐标,找出横、纵坐标的关系,再结合教材,联系相应的知识点。(2)找点:找出曲线中的特殊点(起点、顶点、拐点、终点、交叉点、平衡点等),分析这些点所表示的化学意义以及影响这些点的主要因素及限制因素等,大多考题就落在这些点的含义分析上,因为这些点往往隐含着某些限制条件或某些特殊的化学含义。(3)析线:正确分析曲线的变化趋势(上升、下降、平缓、转折等),同时对走势有转折变化的曲线,要分段进行分析,研究各段曲线的变化趋势及其含义。
2.图像信息的加工在准确解读图像信息的基础上,对试题信息进行加工处理:
例1 (不定选)已知:A(g)+2B(g) ⇌ 3C(g)　ΔH<0,向一恒温恒容的密闭容器中充入1 ml A和3 ml B发生反应,t1时达到平衡状态Ⅰ,在t2时改变某一条件,t3时重新达到平衡状态Ⅱ,正反应速率随时间的变化如图所示。下列说法正确的是 ( 　 )A.容器内压强不变,表明反应达到平衡B.t2时改变的条件:向容器中加入CC.平衡时A的体积分数φ:φ(Ⅱ)>φ(Ⅰ)D.平衡常数K:K(Ⅱ)[解析]根据A(g)+2B(g) ⇌ 3C(g)可知,反应前后气体分子数不变,容器内压强不变,不能表明反应达到平衡,故A错误;t2时加入C,生成物浓度增大,逆反应速率瞬时增大,正反应速率瞬时不变,平衡逆移,使得正反应速率增大,逆反应速率减小,故B正确;可假设等温等容的两个容器,容器甲:1 ml A+2 ml B,容器乙:1 ml A+2 ml B+ x ml C,由反应可知,甲和乙达等效平衡,平衡时两容器内A的体积分数相同,再向甲、乙两容器内各加入1 ml B,平衡均右移,但甲容器向右移动的程度大,则再次达平衡时两容器内A的体积分数乙>甲,即φ(Ⅱ)>φ(Ⅰ),故C正确;平衡常数受温度影响,Ⅰ和Ⅱ温度相同,平衡常数相同,故D错误。
变式题 氢气是一种清洁高效的新型能源,如何经济实用的制取氢气成为重要课题。H2S可用于高效制取氢气,发生的反应为2H2S(g)=S2(g)+2H2(g)。甲 乙(1)若起始时容器中只有H2S,平衡时三种物质的物质的量与裂解温度的关系如图甲所示。①图中曲线Z表示的物质是　　　　(填化学式)。
[解析]起始时容器中只有H2S,随着反应进行,H2与S2的物质的量逐渐增多,且H2的物质的量为S2的两倍,故图中曲线Z表示的物质是S2,曲线Y表示的物质是H2,曲线X表示的物质是H2S。
变式题 氢气是一种清洁高效的新型能源,如何经济实用的制取氢气成为重要课题。H2S可用于高效制取氢气,发生的反应为2H2S(g)=S2(g)+2H2(g)。甲 乙(1)若起始时容器中只有H2S,平衡时三种物质的物质的量与裂解温度的关系如图甲所示。②C点时H2S的转化率为　　　　　%(保留一位小数)。 
变式题 氢气是一种清洁高效的新型能源,如何经济实用的制取氢气成为重要课题。H2S可用于高效制取氢气,发生的反应为2H2S(g)=S2(g)+2H2(g)。甲 乙(1)若起始时容器中只有H2S,平衡时三种物质的物质的量与裂解温度的关系如图甲所示。③A点时,设容器内的总压为p Pa,则平衡常数Kp=　　　　　(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
变式题 氢气是一种清洁高效的新型能源,如何经济实用的制取氢气成为重要课题。H2S可用于高效制取氢气,发生的反应为2H2S(g)=S2(g)+2H2(g)。甲 乙(2)若在两个等容积的恒容容器中分别加入2.0 ml H2S、1.0 ml H2S,测得不同温度下H2S的平衡转化率如图乙所示。①M点、O点和N点的逆反应速率v(M)、v(O)和v(N)的大小关系为　　　　　　　(用“>”“<”或“=”表示,下同)。 
v(M)[解析]在两个等容积的恒容容器中分别加入2.0 ml H2S、1.0 ml H2S,结合等效平衡可知加入2.0 ml H2S的容器内相当于增大压强,平衡逆向移动,H2S的平衡转化率减小,故上方曲线代表加入1.0 ml H2S,下方曲线代表加入2.0 ml H2S。①压强越大,浓度越大,反应速率越快,即下方曲线的O点的逆反应速率>上方曲线M点的逆反应速率,即v(M)变式题 氢气是一种清洁高效的新型能源,如何经济实用的制取氢气成为重要课题。H2S可用于高效制取氢气,发生的反应为2H2S(g)=S2(g)+2H2(g)。甲 乙(2)若在两个等容积的恒容容器中分别加入2.0 ml H2S、1.0 ml H2S,测得不同温度下H2S的平衡转化率如图乙所示。②M、N两点容器内的压强2p(M)　　　　p(N),平衡常数K(M)、K(N)、K(O)三者的大小关系为　　　　　　　　　　　。 
K(M)=K(O)[解析] M、N两点容器内H2S的平衡转化率相同,平衡时N点气体物质的量为M点气体物质的量的两倍,则N点压强为M点压强的两倍,但N点温度较高,所以2p(M)探究点2　图表图像信息分析表述
文字描述代表一种开放性思维与能力,一般从速率问题、平衡(转化率)问题、安全问题、节能减排等角度作答(考查前两个角度居多),实际上就是效益最大化的问题。1.条件选择类(1)实验最佳条件的选择或控制就是为了又“快”又“好”地生产,即主要是从反应速率与转化率(化学平衡)两个角度来分析,“快”就是提高反应速率,“好”就是提高转化率,原料利用率高,而影响速率与转化率的主要因素就是浓度、温度、压强与催化剂,其中温度与压强是试题中经常考查的因素。
(2)从速率、转化率、产率、纯度等角度分析,选择最佳条件。如针对反应速率时,思考方向为如何提高浸出速率,如何提高反应速率等;针对平衡转化率、产率时,可运用平衡移动原理解释(其他条件不变情况下,改变××条件,可逆反应平衡向××方向移动,导致××发生变化);针对综合生产效益时,可从原料成本,原料来源是否广泛、是否可再生,能源成本,对设备的要求,环境保护、绿色化学等方面作答。(3)选择当前条件的优势,其他条件的不足,往往不足的描述比较容易忽略,如温度过高或过低,压强过小或过大,也要进行分析。
2.原因分析类(1)依据化学反应速率和平衡移动原理,分析造成图像曲线变化的原因。(2)催化剂对反应的影响、不同反应的选择性问题是这类题目的难点,解题时要多加关注,不同的条件会有不同的选择性。(3)这类题目一般都是多要素影响,需要多角度分析原因。
该反应气体分子数减少,增大压强,α提高。5.0 MPa>2.5 MPa=p2,所以p1=5.0 MPa
温度、压强和反应物的起始浓度(组成)
升高温度,k增大使v逐渐提高,但α降低使v逐渐下降。当ttm后,k增大对v的提高小于α引起的降低
变式题 我国力争于2030年前做到碳达峰,2060年前实现碳中和。因此,研发二氧化碳的利用技术,将二氧化碳转化为能源是缓解环境和能源问题的方案之一。CO2耦合乙苯(C6H5—C2H5,简称EB)脱氢制备苯乙烯(C6H5—C2H3,简称ST)是综合利用CO2的热点研究领域。制备ST涉及的主要反应如下:a.EB(g) ⇌ ST(g)+H2(g)　ΔH1b.CO2(g)+H2(g) ⇌ CO(g)+H2O(g)　ΔH2=+41.2 kJ·ml-1c.EB(g)+CO2(g) ⇌ ST(g)+CO(g)+H2O(g)　ΔH3=+158.8 kJ·ml-1回答下列问题:(1)为提高EB的平衡转化率,应选择的反应条件为　　　　(填标号)。 　　　　 　　　　　 　　　　　A.低温、高压B.高温、低压C.低温、低压D.高温、高压
[解析] a.EB(g) ⇌ ST(g)+H2(g)　ΔH1b.CO2(g)+H2(g) ⇌ CO(g)+H2O(g)　ΔH2=+41.2 kJ·ml-1c.EB(g)+CO2(g) ⇌ ST(g)+CO(g)+H2O(g)　ΔH3=+158.8 kJ·ml-1根据盖斯定律c-b得,EB(g) ⇌ ST(g)+H2(g)　ΔH1=+117.6 kJ·ml-1,正反应为吸热反应,正反应气体物质的量增大,减小压强、升高温度平衡正向移动,可提高EB平衡转化率,故应选择的反应条件为高温、低压。
[解析]其他条件相同,n(CO2)∶n(H2)越大,CO2的平衡转化率越小,B、E、F投料比不同但转化率相同,且F点CO2和H2初始投料比最大,说明F点的温度最高;达到平衡状态的E点,CO2转化率刚好达到50%,设初始投料CO2和H2均为1 ml,列三段式: 　　　　　CO2(g)+H2(g) ⇌ CO(g) + H2O(g)起始/ml 　1　 　　1　　　　0　 　　0转化/ml 　0.5　　0.5　　　0.5　　　0.5平衡/ml 　0.5　　0.5　　　0.5　　　0.5
(2)在一定条件下,选择合适的催化剂只进行b反应:CO2(g)+H2(g) ⇌ CO(g)+H2O(g)。②在容积不变的密闭容器中,分别在温度T1、T2(T2>T1>E点温度)发生上述反应,反应中H2(g)和CO(g)的体积分数(w)随时间(t)的变化关系如图所示。已知:起始时密闭容器中w[CO2(g)]和w[H2(g)]、w[CO(g)]和w[H2O(g)]分别相等。则表示T1时w[H2(g)]的曲线是　　　　(填“甲”“乙”“丙”或“丁”)。 
[解析]反应CO2(g)+H2(g) ⇌CO(g)+H2O(g)　ΔH2=+41.2 kJ·ml-1为吸热反应,升高温度平衡正向移动,CO2的转化率增大,起始时密闭容器中w[CO2(g)]和w[H2(g)]、w[CO(g)]和w[H2O(g)]分别相等,则T1、T2温度下CO2的平衡转化率大于50%,则w[H2(g)]小于w(CO),其中甲、丁是一个温度,乙、丙是一个温度,即丙、丁代表H2,其中T1温度下,曲线丙符合w[H2(g)]。
(3)恒压0.1 MPa下,改变原料气配比为下列三种情况:仅EB、n(EB)∶n(CO2)=1∶10、n(EB)∶n(N2)=1∶10进行以上a、b反应,测得EB的平衡转化率与温度的变化关系如图所示。①图中,表示原料气配比n(EB)∶n(N2)=1∶10的曲线是曲线　　　　(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。 
[解析]投料仅EB或EB和N2时,只发生反应a;当n(EB)∶n(N2)=1∶10时,由于总压强不变,所以EB的分压减小,相当于减小压强,反应a的平衡正向移动,EB的平衡转化率增大,所以曲线Ⅱ表示原料气配比为n(EB)∶n(N2)=1∶10。
(3)恒压0.1 MPa下,改变原料气配比为下列三种情况:仅EB、n(EB)∶n(CO2)=1∶10、n(EB)∶n(N2)=1∶10进行以上a、b反应,测得EB的平衡转化率与温度的变化关系如图所示。②CO2能显著提高EB的平衡转化率,从平衡移动的角度解释CO2的作用:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
CO2作为稀释气,降低乙苯分压并消耗H2,促进乙苯脱氢反应平衡向正反应方向移动, 进而提高乙苯平衡转化率
[解析] CO2作为稀释气,降低反应a分压并消耗H2,促进乙苯脱氢反应平衡向正反应方向移动,进而提高乙苯平衡转化率。