细读图、巧判断,破解化学平衡图像题

王程程

(浙江省温州市第八高级中学)

对比近几年的高考化学试题,发现化学平衡图像分析题是高考的高频考点,说明化学平衡图像问题确实是高考的重中之重,也是学生必须要掌握的难点问题.试题考查考生的信息提取和加工能力及分析推理与计算能力.

1 提取关键信息细计算

例1我国提出二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和.研发CO2的利用技术,降低空气中CO2的含量是实现该目标的重要途径.下面是用H2捕捉CO2时发生的两个反应:

Ⅰ.CO2(g)＋4H2(g)⇌CH4(g)＋2H2O(g)ΔH1;

Ⅱ.CO2(g)＋H2(g)⇌CO(g)＋H2O(g)ΔH2.

(1)反应Ⅰ、Ⅱ的lnK随的变化如图1所示,则ΔH1______0(填“＞”“＜”或“＝”).有利于该反应自发进行的温度是________(填“高温”或“低温”).

图1

(2)将一定量CO2和H2的混合气体充入密闭容器中,c(CO2)、v正(CO2)与温度的关系如图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_________.

图2

(3)220 ℃时,将4molH2与1molCO2的混合气体充入2L反应器中,气体初始总压强为p,10min后体系达到平衡,CO2的转化率为80%,CH4的选择性为33.3%,则生成CH4的平均速率为________(保留两位有效数字),反应Ⅱ的平衡常数Kp为_________.

气体初始总压强为p,平衡时总压为

反应Ⅱ的平衡常数

方法总结审题时要先审题干,明确该反应放热还是吸热;再研究反应体系是平衡状态还是非平衡状态.审图像时要明确横纵坐标是什么,图像中的每一个点都要看清楚,尤其是起点、交点、拐点及图像坐标上的点,要根据条件的变化看曲线的走势,根据反应的特点和外界的条件联想化学平衡移动的规律进行分析.要充分利用题干中给出的数据和信息,计算压强平衡常数、浓度平衡常数等.

2 多重平衡分主次巧判断

例2我国科学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氢制甲醇.在CO2(g)加氢合成CH3OH 的体系中,同时发生以下反应:

(1)一定条件下使CO2、H2混合气体通过反应器,测得220 ℃时反应器出口气体中全部含碳物质的物质的量之比为n(CH3OH)∶n(CO2)∶n(CO)＝1∶7.20∶0.11,则该温度下CO2转化率为_________(列出计算式即可).

(2)其他条件相同时,反应温度对CO2的转化率的影响如图3-甲所示,实验中反应均未达到化学平衡状态的依据是________;温度高于260 ℃时,CO2平衡转化率变化的原因是_________.

图3

(3)其他条件相同时,反应温度对CH3OH 的选择性的影响如图3-乙所示[CH3OH 的选择性＝].温度相同时CH3OH 选择性的实验值略高于其平衡值,从化学反应速率的角度解释其原因是________.

(1)220 ℃时,测得反应器出口气体中全部含碳物质的物质的量之比

假设生成CH3OH 的物质的量为1 mol,则生成CO的物质的量为0.11mol,剩余CO2的物质的量为7.20 mol,根据碳原子守恒,起始的CO2的物质的量为1mol＋7.20mol＋0.11mol,则该温度下CO2转化率为.

(2)由图3-甲可知,在不同温度下,CO2转化率的实验值均小于平衡值,说明实验中的反应均未达到化学平衡状态;反应ⅰ为放热反应,反应ⅱ为吸热反应.温度升高,反应ⅰ逆向移动,反应ⅱ正向移动,温度高于260 ℃时,反应ⅱ正向移动的程度大于反应ⅰ逆向移动的程度,所以CO2平衡转化率随温度升高而增大.

(3)由图3-乙可知,从化学反应速率的角度看,原因是在该反应条件下反应ⅰ的速率大于反应ⅱ,单位时间内生成CH3OH 的量比生成CO 的量多.

方法总结对于有几个方程式的多重平衡状态,无非是竞争关系或连续转换关系,解题时要分清哪些是主反应,哪些是副反应;然后列出体系中所有竞争反应的相关特点:吸热反应还是放热反应;是平衡状态还是非平衡状态.平衡状态分析平衡移动的影响,应用勒夏特列原理,根据题目的图像联系规律;非平衡状态分析速率快慢问题,有催化剂就要考虑催化剂的活性问题.

综上所述,突破化学平衡图像题,仔细审题是关键,要根据提示条件进行分析判断,然后规范答题,才能取得高分.

(完)