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微專題4陌生平衡圖像的理解與分析 近三年全國卷考情 從近三年 卷對圖像的考查看 體現出以下幾個特點 1 穩(wěn)定 幾乎是每年都會出現 特別是溫度 時間 產率 轉化率 出現頻率比較高 雖然2018年的 卷中沒出現圖像 但在28題中給出了分壓與時間的表格 其難度也比較大 2 創(chuàng)新 除了常見的圖像 2016年的n 氨 n 丙烯 產率 2017年的n H2 n 丁烷 丁烯產率 2018年的溫度 積碳量 時間 積碳量 每年都會出現一個新的坐標物理量 所以掌握圖像的數學意義 冷靜分析圖像蘊藏的化學 物理過程 才可遇變不驚 妥善應答 知能儲備 通過圖像圖表描述試題信息是高考化學常用的考查方式 在 卷中的速率 平衡圖像開始逐漸打破傳統(tǒng)的圖像模式 反應體系不再局限于氣體間的反應 開始增加溶液中反應的圖像 橫縱坐標也不再局限于時間 溫度 壓強 速率 轉化率等常見的物理量 開始引入更多的變量 如物質的量之比 氣體分壓的負對數等來增加新穎度 陌生度 屬于高區(qū)分度試題 這類試題對考生的數理邏輯思維判斷有較高的要求 但任何圖像都是函數關系的形象化表達 不管圖像的形式多么怪異復雜 最終所表達的還是兩個變量的關系 1 首先明確橫縱坐標的含義2 在上述基礎上分析出圖像中起點 終點 拐點的意義 這些往往代表一個反應階段的結束或條件的改變 分清直線 水平段居多 曲線的變化 上升 下降 平緩 轉折等 同時對走勢有轉折變化的曲線 要分段分析 找出各段曲線的變化趨勢及其含義 每一段可能發(fā)生了不同的反應 3 當有兩個條件因素對一個事件的影響相反時 事件的最終發(fā)展方向由影響大的因素決定 但兩個條件的影響程度可能會發(fā)生轉變 此時事件的發(fā)展方向會發(fā)生轉折 典例示范 反應 的 H1為kJ mol 1 圖 a 是反應 平衡轉化率與反應溫度及壓強的關系圖 x0 1 填 大于 或 小于 欲使丁烯的平衡產率提高 應采取的措施是 填標號 A 升高溫度B 降低溫度C 增大壓強D 降低壓強 2 丁烷和氫氣的混合氣體以一定流速通過填充有催化劑的反應器 氫氣的作用是活化催化劑 出口氣中含有丁烯 丁烷 氫氣等 圖 b 為丁烯產率與進料氣中n 氫氣 n 丁烷 的關系 圖中曲線呈現先升高后降低的變化趨勢 其降低的原因是 3 圖 c 為反應產率和反應溫度的關系曲線 副產物主要是高溫裂解生成的短碳鏈烴類化合物 丁烯產率在590 之前隨溫度升高而增大的原因可能是 590 之后 丁烯產率快速降低的主要原因可能是 思路點撥 1 觀察反應特點 氣體體積增大 吸熱反應 2 觀察圖 a 特點 同一溫度下xMPa下平衡轉化率更高 利于正反應 xMPa是低壓 3 圖 b 橫坐標的意義 氫氣與丁烷的物質的量之比 觀察反應特點考慮氫氣對反應的影響 4 注意到丁烯產率的降低伴隨著副產物的增加 分析此兩者的關系 解析 1 反應 則 H1 H2 H3 119kJ mol 1 242kJ mol 1 123kJ mol 1 反應 是分子數增大的反應 隨壓強的增大 平衡逆向移動 平衡轉化率降低 所以x小于0 1 因正向反應是一個分子數增大的吸熱反應 所以產率提高采取的措施是A D 2 因為反應 中生成H2 所以隨著n 氫氣 n 丁烷 增大 逆反應速率增大 丁烯的產率降低 3 反應正向為吸熱反應 所以590 前升高溫度 平衡正向移動 而升高溫度時 反應速率加快 單位時間內產生丁烯更多 590 以后 高溫使丁烯裂解生成短碳鏈烴類 故丁烯產率降低 答案 1 123小于AD 2 氫氣是產物之一 隨著n 氫氣 n 丁烷 增大 逆反應速率增大 3 升高溫度有利于反應向吸熱方向進行溫度升高反應速率加快丁烯高溫裂解生成短鏈烴類 題組鞏固 兩個反應在熱力學上趨勢均很大 其原因是 有利于提高丙烯腈平衡產率的反應條件是 提高丙烯腈反應選擇性的關鍵因素是 解析 1 由熱化學方程式可知 反應 氣體分子數增加 是一個熵增的放熱反應 反應 氣體分子數不變 是一個熵變化不大的放熱量較大的反應 在熱力學上都屬于自發(fā)進行的反應 由于反應 是一個氣體分子數增加的放熱反應 降溫 減壓均有利于提高丙烯腈的平衡產率 有機反應中要提高某反應的選擇性 關鍵是選擇合適的催化劑 答案 1 兩個反應均為放熱量大的反應降低溫度 降低壓強催化劑 2 圖 a 為丙烯腈產率與反應溫度的關系曲線 最高產率對應的溫度為460 低于460 時 丙烯腈的產率 填 是 或 不是 對應溫度下的平衡產率 判斷理由是 高于460 時 丙烯腈產率降低的可能原因是 雙選 填標號 A 催化劑活性降低B 平衡常數變大C 副反應增多D 反應活化能增大 解析 2 因生產丙烯腈的反應為放熱反應 隨反應溫度的升高 丙烯腈產率應隨之降低 故低于460 時 丙烯腈的產率不是對應溫度下的平衡產率 高于460 時 丙烯腈產率降低有可能是催化劑活性降低 也有可能是副反應增多造成的 隨著溫度的升高 平衡左移 平衡常數應減小 反應活化能的高低與生成物產率無關 答案 2 不是該反應為放熱反應 平衡產率應隨溫度升高而降低AC 3 丙烯腈和丙烯醛的產率與n 氨 n 丙烯 的關系如圖 b 所示 由圖可知 最佳n 氨 n 丙烯 約為 理由是 進料氣氨 空氣 丙烯的理論體積比約為 解析 3 在n 氨 n 丙烯 約為1時 丙烯腈的產率最高 副產物丙烯醛的產率最低 故該比例應是最佳比例 理論上設n 氨 n 丙烯 1mol時 此時需要的氧氣為1 5mol 又空氣中氧氣的量約占20 故進料氣氨 空氣 丙烯的理論體積比約為1 7 5 1 答案 3 1該比例下丙烯腈產率最高 而副產物丙烯醛產率最低1 7 5 1 解析 1 根據圖示 壓強不變時 升高溫度 CH4的平衡轉化率增大 說明平衡向正反應方向移動 根據升溫時 平衡向吸熱反應方向移動可知 正反應為吸熱反應 H 0 2 該反應的正反應為氣體分子數增大的反應 溫度不變時 降低壓強 平衡向正反應方向移動 CH4的平衡轉化率增大 故p4 p3 p2 p1 壓強為p4時 b點未達到平衡 反應正向進行 故v 正 v 逆 則 1 該反應的 H 填 0 2 壓強p1 p2 p3 p4由大到小的關系為 壓強為p4時 在b點 v 正 填 v 逆 答案 1 2 p4 p3 p2 p1 3 對于氣相反應 用某組分 B 的平衡壓強p B 代替物質的量濃度c B 也可表示平衡常數 記作Kp 則該反應的平衡常數的表達式Kp 如果p4 0 36MPa 求a點的平衡常數Kp 保留3位有效數字 用平衡分壓代替平衡濃度計算 分壓 總壓 物質的量分數 4 為探究速率與濃度的關系 該實驗中 根據相關實驗數據 粗略繪制出了2條速率 濃度關系曲線 v正 c CH4 和v逆 c CO 則 與曲線v正 c CH4 相對應的是上圖中曲線 填 甲 或 乙 當降低到某一溫度時 反應重新達到平衡 相應的平衡點分別為 填字母 解析 4 CH4的濃度由1 0mol L 1逐漸減小 而CO的濃度由0逐漸增加 故v正 c CH4 相對應的曲線為乙 降低溫度 正 逆反應速率均減小 平衡向逆反應方向移動 則CH4的濃度增大 而CO的濃度減小 故相應的平衡點分別為B F 答案 4 乙 B F