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高中化学人教版 (2019)选择性必修1第二节 化学平衡背景图ppt课件
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这是一份高中化学人教版 (2019)选择性必修1第二节 化学平衡背景图ppt课件，共27页。PPT课件主要包含了方法技巧等内容，欢迎下载使用。
分析、解答化学反应速率和化学平衡图像题“三步骤”
视角1反应速率—时间图像1.有可逆反应:A(g)+3B(g) 2C(g) ΔH<0。
已知在t1、t3、t5、t7时反应都达到平衡,如果t2、t4、t6、t8时都只改变了一个反应条件,则下列对t2、t4、t6、t8时改变条件的判断正确的是( )A.降低温度、增大压强、减小反应物浓度、使用催化剂B.使用催化剂、增大压强、增大反应物浓度、升高温度C.增大反应物浓度、使用催化剂、减小压强、升高温度D.升高温度、减小压强、增大反应物浓度、使用催化剂
解析 结合图像理解,t2时刻,v(正)、v(逆)均瞬间增大,且v(逆)>v(正),应为升高温度;t4时刻,v(正)、v(逆)均瞬间减小,且v(逆)>v(正),应为减小压强;t6时刻,v(正)瞬间增大,v(逆)不变,v(正)>v(逆),应为增大了反应物浓度;t8时刻,v(正)、v(逆)均瞬间增大,且v(逆)=v(正),应为使用了催化剂,D正确。
2.对于可逆反应mA(g)+nB(g) pC(g)+gD(g),若其他条件都不变,只考虑反应前是否加入催化剂,可得到如下两个图像:
下列关系正确的是( )①a1=a2 ②a1t2 ⑥t1=t2 ⑦两图中阴影部分面积相等 ⑧甲图中阴影部分面积比乙图大A.②④⑤⑦B.②④⑥⑧C.①③⑤⑦D.①③⑥⑧
解析 加入催化剂,反应速率加快,①错,②对;加入催化剂的反应平衡时反应速率也快,③错,④对;因为使用催化剂,反应速率加快,到达平衡的时间短,所以⑤对,⑥错;使用催化剂对化学平衡没有影响,阴影部分为反应物的浓度改变量,所以⑦对,⑧错;②④⑤⑦正确,答案选A。
归纳总结 结合下面3个反应速率—时间图像,理解图像有关规律
视角2浓度(或物质的量)—时间图像3.反应X=== 2Z经历两步:①X→Y;②Y→2Z。反应体系中X、Y、Z的浓度c随时间t的变化曲线如图所示。下列说法错误的是( )
A.曲线c为c(Y)随t的变化曲线B.0~t1时间段内,反应速率v(X)=v(Y)=v(Z)C.t2时,Y的消耗速率大于生成速率D.t3后,c(Z)=2c0-2c(Y)
解析 反应X===2Z经历两步:①X→Y;②Y→2Z,根据题图中的c0减小,则a曲线为X的浓度曲线,逐渐增大的b曲线为Z的浓度曲线,先增大后减小的c曲线为Y的浓度曲线,故A正确;曲线的斜率表示反应速率,根据图像,0~t1时间段内,v(X)>v(Y),v(X)>v(Z),故B错误;t2时,曲线c表示的Y的浓度逐渐减小,说明Y的消耗速率大于生成速率,故C正确;根据图像,t3后仍存在Y,没有X,假设Y的剩余浓度为c(Y),由①X→Y可知X完全转化为Y时,Y的浓度为c0,根据②Y→2Z,生成的Z的浓度c(Z)=2c0-2c(Y),故D正确。
4.已知NO2和N2O4可以相互转化:2NO2(g) N2O4(g) ΔH<0。在恒温条件下将一定量NO2和N2O4的混合气体通入一容积为2 L的密闭容器中,反应物浓度随时间变化关系如图。下列说法正确的是( )
A.a、b、c、d四个点中,只有b、d点的化学反应处于平衡状态B.前10 min内用v(NO2)表示的化学反应速率为0.06 ml·L-1·min-1C.25 min时,导致平衡移动的原因是将密闭容器的容积缩小为1 LD.图中的两条曲线,X是表示N2O4浓度随时间的变化曲线
解析 由题图可知10~25 min时是平衡状态,从开始到建立平衡,X表示的生成物的浓度变化量为(0.6-0.2) ml·L-1=0.4 ml·L-1,Y表示的反应物的浓度变化量为(0.6-0.4) ml·L-1=0.2 ml·L-1,X表示的生成物的浓度变化量是Y表示的反应物的浓度变化量的2倍,根据化学反应:2NO2(g) N2O4(g),所以X表示NO2浓度随时间的变化曲线,Y表示N2O4浓度随时间的变化曲线,D错误。a、b、c、d四个点中,只有b、d点的浓度不随时间的变化而变化,b、d点化学反应处于平衡状态,A正确;由图像可知,v(NO2)= =0.04 ml·L-1·min-1,B错误;25 min时,X的浓度增大,Y的浓度不变,只能是增大X的浓度,所以曲线发生变化的原因是增加NO2浓度,C错误。
归纳总结 (1)看清坐标系特点,特别是注意纵坐标是物质的量还是浓度,若纵坐标为物质的量,则在计算反应速率时切忌直接把物质的量当成浓度代入计算;平衡时改变压强的瞬间,物质的量均不变,但浓度均增大或均减小。(2)在浓度(或物质的量)—时间图像中,根据曲线的变化趋势,可以确定未知反应的反应物和生成物,根据相同时间内浓度的变化量之比,可以确定反应的化学计量数;对于已知的化学反应,也可根据相同时间内浓度的变化量确定曲线所对应的物质。
视角3速率—压强(或温度)图像5.下列各图是温度(或压强)对2A(s)+2B(g) 2C(g)+D(g) ΔH<0的正、逆反应速率的影响,曲线交点表示建立平衡时的温度或压强,其中正确的是( )
解析 压强增大,v(正)、v(逆)均增大,平衡向气体化学计量数之和减小的方向移动,即向逆反应方向移动,所以v(逆)>v(正),所以平衡点(交点,即正、逆反应速率相等的点)之后的变化,A项正确,B项错误;温度升高,v(正)、v(逆)均增大,平衡向吸热方向移动,即向逆反应方向移动,所以v(逆)>v(正),所以平衡点之后的变化,C项、D项均错误。
视角4含量(或转化率)—时间—温度(压强)图像6.反应X(g)+Y(g) 2Z(g) ΔH<0,在一定条件下,反应情况如图所示。若使曲线b变为曲线a可采取的措施是( )A.加入催化剂B.增大压强C.升高温度D.保持容器容积不变,充入He
解析 由题图可知,a先达到了平衡状态,反应速率较快,Y的转化率较小。加入催化剂,只能改变反应速率,不能影响化学平衡,A项错误;该反应为反应前后气体分子数不变的反应,增大压强,反应速率加快,平衡不移动,B项错误;该反应的正反应为放热反应,升高温度,反应速率加快,平衡向逆反应方向移动,Y的转化率减小,可以使曲线b变为曲线a,C项正确;保持容器容积不变,充入He,参与反应的各物质的浓度均不变,反应速率不变,平衡不移动,D项错误。
归纳总结 已知不同温度或压强下,反应物的转化率α(或百分含量)与时间的关系曲线,推断温度的高低、反应的热效应或压强的大小及气体物质间的化学计量数的关系。[以mA(g)+nB(g) pC(g)中反应物A的转化率αA为例说明]
解题方法是“先拐先平,数值大”。即曲线先出现拐点的首先达到平衡,反应速率快,以此判断温度或压强的高低。再依据外界条件对平衡的影响分析判断反应的热效应及反应前后气体体积的变化。
以上面三图为例:(1)分析反应由开始(起始物质相同时)达到平衡所用时间的长短可推知反应条件温度的高低或压强的大小。①若为温度变化引起,温度较高时,反应达平衡所需时间短。如图甲中T2>T1。②若为压强变化引起,压强较大时,反应达平衡所需时间短。如图乙中p1>p2。③若为使用催化剂引起,使用适宜催化剂时,反应达平衡所需时间短,但反应物的转化率不变。如图丙中a使用催化剂。
(2)分析反应由开始(起始物质相同时)达到平衡所用时间的长短可推知反应的热效应或反应前后气体的化学计量数关系。①图甲中,T2>T1,升高温度,αA降低,平衡逆向移动,正反应为放热反应。②图乙中,p1>p2,增大压强,αA升高,平衡正向移动,则正反应为气体体积缩小的反应,即m+n>p。③图丙中,若改变条件为压强,则压强改变,平衡不移动,反应为气体体积不变的反应,即m+n=p。
视角5转化率(或质量分数)—压强—温度图像7.在一恒容的密闭容器中充入0.1 ml·L-1 CO2、0.1 ml·L-1 CH4,在一定条件下发生反应:CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g),测得CH4平衡转化率与温度、压强关系如图,下列有关说法不正确的是( )A.上述反应的ΔH<0B.压强:p4>p3>p2>p1C.1 100 ℃时该反应的平衡常数约为1.64D.压强为p4时,在y点:v(正)>v(逆)
解析 p1、p2、p3、p4是四条等压线,由图像可知,压强一定时,温度越高,CH4的平衡转化率越高,故正反应为吸热反应,ΔH>0,A项错误;该反应为气体分子数增加的反应,压强越高,甲烷的平衡转化率越小,故压强p4>p3>p2>p1,B项正确;压强为p4、温度为1 100 ℃时,甲烷的平衡转化率为80.00%,故平衡时各物质的浓度分别为c(CH4)=0.02 ml·L-1,c(CO2)=0.02 ml·L-1,c(CO)=0.16 ml·L-1,c(H2)=0.16 ml·L-1,即平衡常数K= ≈1.64,C项正确;压强为p4时,y点未达到平衡,此时v(正)>v(逆),D项正确。
归纳总结 表示两个外界条件同时变化时,反应物A的转化率变化情况,解决这类图像一般采用“定一议二”的方法,即把自变量(温度、压强)之一设为恒量,讨论另外两个变量的关系。以反应A(g)+B(g) C(g) ΔH<0为例。
(1)通过分析相同温度下不同压强时反应物A的转化率大小来判断平衡移动的方向,从而确定化学方程式中反应物与生成物气体物质间的化学计量数的大小关系。如图乙中任取两条压强曲线研究,压强增大,αA增大,平衡正向移动,正反应为气体体积减小的反应。图甲中任取一曲线,也能得出结论。(2)通过分析相同压强下不同温度时反应物A的转化率的大小来判断平衡移动的方向,从而确定反应的热效应。如利用上述分析方法,在图甲中作垂直线,图乙中任取一曲线,即能分析出正反应为放热反应。
视角6反应过程中组分含量或浓度与温度的关系图像8.已知A(g)+B(g) 2C(g),反应过程中C的百分含量与温度关系如图所示,下列说法正确的是( )A.正反应速率:v(c)>v(d)>v(b)B.化学平衡常数:K(d)>K(c)C.c点向d点变化时,v(正)
分析、解答化学反应速率和化学平衡图像题“三步骤”
视角1反应速率—时间图像1.有可逆反应:A(g)+3B(g) 2C(g) ΔH<0。
已知在t1、t3、t5、t7时反应都达到平衡,如果t2、t4、t6、t8时都只改变了一个反应条件,则下列对t2、t4、t6、t8时改变条件的判断正确的是( )A.降低温度、增大压强、减小反应物浓度、使用催化剂B.使用催化剂、增大压强、增大反应物浓度、升高温度C.增大反应物浓度、使用催化剂、减小压强、升高温度D.升高温度、减小压强、增大反应物浓度、使用催化剂
解析 结合图像理解,t2时刻,v(正)、v(逆)均瞬间增大,且v(逆)>v(正),应为升高温度;t4时刻,v(正)、v(逆)均瞬间减小,且v(逆)>v(正),应为减小压强;t6时刻,v(正)瞬间增大,v(逆)不变,v(正)>v(逆),应为增大了反应物浓度;t8时刻,v(正)、v(逆)均瞬间增大,且v(逆)=v(正),应为使用了催化剂,D正确。
2.对于可逆反应mA(g)+nB(g) pC(g)+gD(g),若其他条件都不变,只考虑反应前是否加入催化剂,可得到如下两个图像:
下列关系正确的是( )①a1=a2 ②a1
解析 加入催化剂,反应速率加快,①错,②对;加入催化剂的反应平衡时反应速率也快,③错,④对;因为使用催化剂,反应速率加快,到达平衡的时间短,所以⑤对,⑥错;使用催化剂对化学平衡没有影响,阴影部分为反应物的浓度改变量,所以⑦对,⑧错;②④⑤⑦正确,答案选A。
归纳总结 结合下面3个反应速率—时间图像,理解图像有关规律
视角2浓度(或物质的量)—时间图像3.反应X=== 2Z经历两步:①X→Y;②Y→2Z。反应体系中X、Y、Z的浓度c随时间t的变化曲线如图所示。下列说法错误的是( )
A.曲线c为c(Y)随t的变化曲线B.0~t1时间段内,反应速率v(X)=v(Y)=v(Z)C.t2时,Y的消耗速率大于生成速率D.t3后,c(Z)=2c0-2c(Y)
解析 反应X===2Z经历两步:①X→Y;②Y→2Z,根据题图中的c0减小,则a曲线为X的浓度曲线,逐渐增大的b曲线为Z的浓度曲线,先增大后减小的c曲线为Y的浓度曲线,故A正确;曲线的斜率表示反应速率,根据图像,0~t1时间段内,v(X)>v(Y),v(X)>v(Z),故B错误;t2时,曲线c表示的Y的浓度逐渐减小,说明Y的消耗速率大于生成速率,故C正确;根据图像,t3后仍存在Y,没有X,假设Y的剩余浓度为c(Y),由①X→Y可知X完全转化为Y时,Y的浓度为c0,根据②Y→2Z,生成的Z的浓度c(Z)=2c0-2c(Y),故D正确。
4.已知NO2和N2O4可以相互转化:2NO2(g) N2O4(g) ΔH<0。在恒温条件下将一定量NO2和N2O4的混合气体通入一容积为2 L的密闭容器中,反应物浓度随时间变化关系如图。下列说法正确的是( )
A.a、b、c、d四个点中,只有b、d点的化学反应处于平衡状态B.前10 min内用v(NO2)表示的化学反应速率为0.06 ml·L-1·min-1C.25 min时,导致平衡移动的原因是将密闭容器的容积缩小为1 LD.图中的两条曲线,X是表示N2O4浓度随时间的变化曲线
解析 由题图可知10~25 min时是平衡状态,从开始到建立平衡,X表示的生成物的浓度变化量为(0.6-0.2) ml·L-1=0.4 ml·L-1,Y表示的反应物的浓度变化量为(0.6-0.4) ml·L-1=0.2 ml·L-1,X表示的生成物的浓度变化量是Y表示的反应物的浓度变化量的2倍,根据化学反应:2NO2(g) N2O4(g),所以X表示NO2浓度随时间的变化曲线,Y表示N2O4浓度随时间的变化曲线,D错误。a、b、c、d四个点中,只有b、d点的浓度不随时间的变化而变化,b、d点化学反应处于平衡状态,A正确;由图像可知,v(NO2)= =0.04 ml·L-1·min-1,B错误;25 min时,X的浓度增大,Y的浓度不变,只能是增大X的浓度,所以曲线发生变化的原因是增加NO2浓度,C错误。
归纳总结 (1)看清坐标系特点,特别是注意纵坐标是物质的量还是浓度,若纵坐标为物质的量,则在计算反应速率时切忌直接把物质的量当成浓度代入计算;平衡时改变压强的瞬间,物质的量均不变,但浓度均增大或均减小。(2)在浓度(或物质的量)—时间图像中,根据曲线的变化趋势,可以确定未知反应的反应物和生成物,根据相同时间内浓度的变化量之比,可以确定反应的化学计量数;对于已知的化学反应,也可根据相同时间内浓度的变化量确定曲线所对应的物质。
视角3速率—压强(或温度)图像5.下列各图是温度(或压强)对2A(s)+2B(g) 2C(g)+D(g) ΔH<0的正、逆反应速率的影响,曲线交点表示建立平衡时的温度或压强,其中正确的是( )
解析 压强增大,v(正)、v(逆)均增大,平衡向气体化学计量数之和减小的方向移动,即向逆反应方向移动,所以v(逆)>v(正),所以平衡点(交点,即正、逆反应速率相等的点)之后的变化,A项正确,B项错误;温度升高,v(正)、v(逆)均增大,平衡向吸热方向移动,即向逆反应方向移动,所以v(逆)>v(正),所以平衡点之后的变化,C项、D项均错误。
视角4含量(或转化率)—时间—温度(压强)图像6.反应X(g)+Y(g) 2Z(g) ΔH<0,在一定条件下,反应情况如图所示。若使曲线b变为曲线a可采取的措施是( )A.加入催化剂B.增大压强C.升高温度D.保持容器容积不变,充入He
解析 由题图可知,a先达到了平衡状态,反应速率较快,Y的转化率较小。加入催化剂,只能改变反应速率,不能影响化学平衡,A项错误;该反应为反应前后气体分子数不变的反应,增大压强,反应速率加快,平衡不移动,B项错误;该反应的正反应为放热反应,升高温度,反应速率加快,平衡向逆反应方向移动,Y的转化率减小,可以使曲线b变为曲线a,C项正确;保持容器容积不变,充入He,参与反应的各物质的浓度均不变,反应速率不变,平衡不移动,D项错误。
归纳总结 已知不同温度或压强下,反应物的转化率α(或百分含量)与时间的关系曲线,推断温度的高低、反应的热效应或压强的大小及气体物质间的化学计量数的关系。[以mA(g)+nB(g) pC(g)中反应物A的转化率αA为例说明]
解题方法是“先拐先平,数值大”。即曲线先出现拐点的首先达到平衡,反应速率快,以此判断温度或压强的高低。再依据外界条件对平衡的影响分析判断反应的热效应及反应前后气体体积的变化。
以上面三图为例:(1)分析反应由开始(起始物质相同时)达到平衡所用时间的长短可推知反应条件温度的高低或压强的大小。①若为温度变化引起,温度较高时,反应达平衡所需时间短。如图甲中T2>T1。②若为压强变化引起,压强较大时,反应达平衡所需时间短。如图乙中p1>p2。③若为使用催化剂引起,使用适宜催化剂时,反应达平衡所需时间短,但反应物的转化率不变。如图丙中a使用催化剂。
(2)分析反应由开始(起始物质相同时)达到平衡所用时间的长短可推知反应的热效应或反应前后气体的化学计量数关系。①图甲中,T2>T1,升高温度,αA降低,平衡逆向移动,正反应为放热反应。②图乙中,p1>p2,增大压强,αA升高,平衡正向移动,则正反应为气体体积缩小的反应,即m+n>p。③图丙中,若改变条件为压强,则压强改变,平衡不移动,反应为气体体积不变的反应,即m+n=p。
视角5转化率(或质量分数)—压强—温度图像7.在一恒容的密闭容器中充入0.1 ml·L-1 CO2、0.1 ml·L-1 CH4,在一定条件下发生反应:CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g),测得CH4平衡转化率与温度、压强关系如图,下列有关说法不正确的是( )A.上述反应的ΔH<0B.压强:p4>p3>p2>p1C.1 100 ℃时该反应的平衡常数约为1.64D.压强为p4时,在y点:v(正)>v(逆)
解析 p1、p2、p3、p4是四条等压线,由图像可知,压强一定时,温度越高,CH4的平衡转化率越高,故正反应为吸热反应,ΔH>0,A项错误;该反应为气体分子数增加的反应,压强越高,甲烷的平衡转化率越小,故压强p4>p3>p2>p1,B项正确;压强为p4、温度为1 100 ℃时,甲烷的平衡转化率为80.00%,故平衡时各物质的浓度分别为c(CH4)=0.02 ml·L-1,c(CO2)=0.02 ml·L-1,c(CO)=0.16 ml·L-1,c(H2)=0.16 ml·L-1,即平衡常数K= ≈1.64,C项正确;压强为p4时,y点未达到平衡,此时v(正)>v(逆),D项正确。
归纳总结 表示两个外界条件同时变化时,反应物A的转化率变化情况,解决这类图像一般采用“定一议二”的方法,即把自变量(温度、压强)之一设为恒量,讨论另外两个变量的关系。以反应A(g)+B(g) C(g) ΔH<0为例。
(1)通过分析相同温度下不同压强时反应物A的转化率大小来判断平衡移动的方向,从而确定化学方程式中反应物与生成物气体物质间的化学计量数的大小关系。如图乙中任取两条压强曲线研究,压强增大,αA增大,平衡正向移动,正反应为气体体积减小的反应。图甲中任取一曲线,也能得出结论。(2)通过分析相同压强下不同温度时反应物A的转化率的大小来判断平衡移动的方向,从而确定反应的热效应。如利用上述分析方法,在图甲中作垂直线,图乙中任取一曲线,即能分析出正反应为放热反应。
视角6反应过程中组分含量或浓度与温度的关系图像8.已知A(g)+B(g) 2C(g),反应过程中C的百分含量与温度关系如图所示,下列说法正确的是( )A.正反应速率:v(c)>v(d)>v(b)B.化学平衡常数:K(d)>K(c)C.c点向d点变化时,v(正)
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