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(xiàn)出以下幾個特點(diǎn) 1 穩(wěn)定 幾乎是每年都會出現(xiàn) 特別是溫度 時間 產(chǎn)率 轉(zhuǎn)化率 出現(xiàn)頻率比較高 雖然2018年的 卷中沒出現(xiàn)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(chǎn)率 2017年的n H2 n 丁烷 丁烯產(chǎn)率 2018年的溫度 積碳量 時間 積碳量 每年都會出現(xiàn)一個新的坐標(biāo)物理量 所以掌握圖像的數(shù)學(xué)意義 冷靜分析圖像蘊(yùn)藏的化學(xué) 物理過程 才可遇變不驚 妥善應(yīng)答 知能儲備 通過圖像圖表描述試題信息是高考化學(xué)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(yīng)體系不再局限于氣體間的反應(yīng) 開始增加溶液中反應(yīng)的圖像 橫縱坐標(biāo)也不再局限于時間 溫度 壓強(qiáng) 速率 轉(zhuǎn)化率等常見的物理量 開始引入更多的變量 如物質(zhì)的量之比 氣體分壓的負(fù)對數(shù)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(shù)理邏輯思維判斷有較高的要求 但任何圖像都是函數(shù)關(guān)系的形象化表達(dá) 不管圖像的形式多么怪異復(fù)雜 最終所表達(dá)的還是兩個變量的關(guān)系 1 首先明確橫縱坐標(biāo)的含義2 在上述基礎(chǔ)上分析出圖像中起點(diǎn) 終點(diǎn) 拐點(diǎn)的意義 這些往往代表一個反應(yīng)階段的結(jié)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(zhuǎn)折等 同時對走勢有轉(zhuǎn)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(yīng) 3 當(dāng)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(zhuǎn)變 此時事件的發(fā)展方向會發(fā)生轉(zhuǎn)折 典例示范 反應(yīng) 的 H1為kJ mol 1 圖 a 是反應(yīng) 平衡轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)溫度及壓強(qiáng)的關(guān)系圖 x0 1 填 大于 或 小于 欲使丁烯的平衡產(chǎn)率提高 應(yīng)采取的措施是 填標(biāo)號 A 升高溫度B 降低溫度C 增大壓強(qiáng)D 降低壓強(qiáng) 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(yīng)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(chǎn)率與進(jìn)料氣中n 氫氣 n 丁烷 的關(guān)系 圖中曲線呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢 其降低的原因是 3 圖 c 為反應(yīng)產(chǎn)率和反應(yīng)溫度的關(guān)系曲線 副產(chǎn)物主要是高溫裂解生成的短碳鏈烴類化合物 丁烯產(chǎn)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(chǎn)率快速降低的主要原因可能是 思路點(diǎn)撥 1 觀察反應(yīng)特點(diǎn) 氣體體積增大 吸熱反應(yīng) 2 觀察圖 a 特點(diǎn) 同一溫度下xMPa下平衡轉(zhuǎn)化率更高 利于正反應(yīng) xMPa是低壓 3 圖 b 橫坐標(biāo)的意義 氫氣與丁烷的物質(zhì)的量之比 觀察反應(yīng)特點(diǎn)考慮氫氣對反應(yīng)的影響 4 注意到丁烯產(chǎn)率的降低伴隨著副產(chǎn)物的增加 分析此兩者的關(guān)系 解析 1 反應(yīng) 則 H1 H2 H3 119kJ mol 1 242kJ mol 1 123kJ mol 1 反應(yīng) 是分子數(shù)增大的反應(yīng) 隨壓強(qiáng)的增大 平衡逆向移動 平衡轉(zhuǎn)化率降低 所以x小于0 1 因正向反應(yīng)是一個分子數(shù)增大的吸熱反應(yīng) 所以產(chǎn)率提高采取的措施是A D 2 因為反應(yīng) 中生成H2 所以隨著n 氫氣 n 丁烷 增大 逆反應(yīng)速率增大 丁烯的產(chǎn)率降低 3 反應(yīng)正向為吸熱反應(yīng) 所以590 前升高溫度 平衡正向移動 而升高溫度時 反應(yīng)速率加快 單位時間內(nèi)產(chǎn)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(chǎn)率降低 答案 1 123小于AD 2 氫氣是產(chǎn)物之一 隨著n 氫氣 n 丁烷 增大 逆反應(yīng)速率增大 3 升高溫度有利于反應(yīng)向吸熱方向進(jìn)行溫度升高反應(yīng)速率加快丁烯高溫裂解生成短鏈烴類 題組鞏固 兩個反應(yīng)在熱力學(xué)上趨勢均很大 其原因是 有利于提高丙烯腈平衡產(chǎn)率的反應(yīng)條件是 提高丙烯腈反應(yīng)選擇性的關(guān)鍵因素是 解析 1 由熱化學(xué)方程式可知 反應(yīng) 氣體分子數(shù)增加 是一個熵增的放熱反應(yīng) 反應(yīng) 氣體分子數(shù)不變 是一個熵變化不大的放熱量較大的反應(yīng) 在熱力學(xué)上都屬于自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng) 由于反應(yīng) 是一個氣體分子數(shù)增加的放熱反應(yīng) 降溫 減壓均有利于提高丙烯腈的平衡產(chǎn)率 有機(jī)反應(yīng)中要提高某反應(yīng)的選擇性 關(guān)鍵是選擇合適的催化劑 答案 1 兩個反應(yīng)均為放熱量大的反應(yīng)降低溫度 降低壓強(qiáng)催化劑 2 圖 a 為丙烯腈產(chǎn)率與反應(yīng)溫度的關(guān)系曲線 最高產(chǎn)率對應(yīng)的溫度為460 低于460 時 丙烯腈的產(chǎn)率 填 是 或 不是 對應(yīng)溫度下的平衡產(chǎn)率 判斷理由是 高于460 時 丙烯腈產(chǎn)率降低的可能原因是 雙選 填標(biāo)號 A 催化劑活性降低B 平衡常數(shù)變大C 副反應(yīng)增多D 反應(yīng)活化能增大 解析 2 因生產(chǎn)丙烯腈的反應(yīng)為放熱反應(yīng) 隨反應(yīng)溫度的升高 丙烯腈產(chǎn)率應(yīng)隨之降低 故低于460 時 丙烯腈的產(chǎn)率不是對應(yīng)溫度下的平衡產(chǎn)率 高于460 時 丙烯腈產(chǎn)率降低有可能是催化劑活性降低 也有可能是副反應(yīng)增多造成的 隨著溫度的升高 平衡左移 平衡常數(shù)應(yīng)減小 反應(yīng)活化能的高低與生成物產(chǎn)率無關(guān) 答案 2 不是該反應(yīng)為放熱反應(yīng) 平衡產(chǎn)率應(yīng)隨溫度升高而降低AC 3 丙烯腈和丙烯醛的產(chǎn)率與n 氨 n 丙烯 的關(guān)系如圖 b 所示 由圖可知 最佳n 氨 n 丙烯 約為 理由是 進(jìn)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(chǎn)率最高 副產(chǎn)物丙烯醛的產(chǎn)率最低 故該比例應(yīng)是最佳比例 理論上設(shè)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(jìn)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(chǎn)率最高 而副產(chǎn)物丙烯醛產(chǎn)率最低1 7 5 1 解析 1 根據(jù)圖示 壓強(qiáng)不變時 升高溫度 CH4的平衡轉(zhuǎn)化率增大 說明平衡向正反應(yīng)方向移動 根據(jù)升溫時 平衡向吸熱反應(yīng)方向移動可知 正反應(yīng)為吸熱反應(yīng) H 0 2 該反應(yīng)的正反應(yīng)為氣體分子數(shù)增大的反應(yīng) 溫度不變時 降低壓強(qiáng) 平衡向正反應(yīng)方向移動 CH4的平衡轉(zhuǎn)化率增大 故p4 p3 p2 p1 壓強(qiáng)為p4時 b點(diǎn)未達(dá)到平衡 反應(yīng)正向進(jìn)行 故v 正 v 逆 則 1 該反應(yīng)的 H 填 0 2 壓強(qiáng)p1 p2 p3 p4由大到小的關(guān)系為 壓強(qiáng)為p4時 在b點(diǎn) v 正 填 v 逆 答案 1 2 p4 p3 p2 p1 3 對于氣相反應(yīng) 用某組分 B 的平衡壓強(qiáng)p B 代替物質(zhì)的量濃度c B 也可表示平衡常數(shù) 記作Kp 則該反應(yīng)的平衡常數(shù)的表達(dá)式Kp 如果p4 0 36MPa 求a點(diǎn)的平衡常數(shù)Kp 保留3位有效數(shù)字 用平衡分壓代替平衡濃度計算 分壓 總壓 物質(zhì)的量分?jǐn)?shù) 4 為探究速率與濃度的關(guān)系 該實驗中 根據(jù)相關(guān)實驗數(shù)據(jù) 粗略繪制出了2條速率 濃度關(guān)系曲線 v正 c CH4 和v逆 c CO 則 與曲線v正 c CH4 相對應(yīng)的是上圖中曲線 填 甲 或 乙 當(dāng)降低到某一溫度時 反應(yīng)重新達(dá)到平衡 相應(yīng)的平衡點(diǎn)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(yīng)的曲線為乙 降低溫度 正 逆反應(yīng)速率均減小 平衡向逆反應(yīng)方向移動 則CH4的濃度增大 而CO的濃度減小 故相應(yīng)的平衡點(diǎn)分別為B F 答案 4 乙 B F