化学反应速率与化学平衡图形题解题策略

四川 贺祥峰

化学反应速率与化学平衡图形题解题策略

四川 贺祥峰

在全国新课标卷高考化学试题中化学反应速率与化学平衡的考查多以图形为载体出现，而解决这类题时我们最关键的是学会读图，读懂图形、读出图中所提示的信息。下面我们先看看近几年全国新课标卷中的有关化学反应速率与化学平衡的图形题。

【例1】（2011新课标，27节选）在容积为2L的密闭容器中，由CO2和H2合成甲醇，在其他条件不变的情况下，考察温度对反应的影响，实验结果如下图所示（注：T1、T2均大于300℃）；

下列说法正确的是________（填序号）。

①温度为T1时，从反应开始到平衡，生成甲醇的平均速率为

②该反应在T1时的平衡常数比T2时的小

③该反应为放热反应

【例2】（2012新课标，27节选）COCl2的分解反应为COCl2（gCl2（g）＋CO（g） ΔH＝＋108kJ·mol－1。反应体系平衡后，各物质的浓度在不同条件下的变化状况如下图所示（第10min到14min的COCl2浓度变化曲线未示出）：

（1）计算反应在第8min时的平衡常数K＝________。

（2）比较第2min反应温度T（2）与第8min反应温度T（8）的高低：T（2）________（填“＜”“＞”或“＝”）T（8）。

（3）若12min时反应与温度T（8）下重新达到平衡，则此时c（COCl2）＝________mol·L－1。

（4）比较产物CO在2—3min、5—6min和12—13min时平均反应速率［平均反应速率分别以v（2—3）、v（5—6）、v（12—13）表示］的大小________。

（5）比较反应物COCl2在5—6min和15—16min时平均反应速率的大小：v（5—6）________（填“＜”“＞”或“＝”）v（15—16），原因是_________________。

【例3】（2013新课标Ⅱ，28节选）在1．0L密闭容器中放入0．10mol A（g），在一定温度进行如下反应：

反应时间（t）与容器内气体总压强（p）的数据见下表：

_时间t／h _0 _1 _2 _4 _8 16 20 25 30总压强p／100kPa _____ ______ _____ ______ _____ ______ ____ _____ _____ 4．91 5．58 6．32 7．31 8．54 9．50 9．52 9．53 9．53

回答下列问题：

（1）欲提高A的平衡转化率，应采取的措施为________ ______________________________。

（2）由总压强p和起始压强p0计算反应物A的转化率α（A）的表达式为______________________。平衡时A的转化率为__________，列式并计算反应的平衡常数K______。

（3）由总压强p和起始压强p0表示反应体系的总物质的量n总和反应物A的物质的量n（A），n总＝________mol，n（A）＝________mol。

【例4】（2014新课标Ⅰ，28节选）已知乙烯气相直接水合反应：C2H4（g）＋H2O（g）C2H5OH（g）的ΔH＝－45．5kJ·mol－1，下图为气相直接水合法中乙烯的平衡转化率与温度、压强的关系［其中N（H2O）∶N（C2H4）＝1∶1］。

①列式计算乙烯水合制乙醇反应在图中A点的平衡常数Kp＝_________（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数）。

②图中压强（p1、p2、p3、p4）的大小顺序为________，理由是___________________________________________________ _____________________________________________________。

【例5】（2014新课标Ⅱ，26节选）在容积为1．00L的容器中，通入一定量的N2O4，发生反应N2O4（g）2NO2（g），随温度升高，混合气体的颜色变深。

回答下列问题：

反应的ΔH________（填“大于”或“小于”）0；100℃时，体系中各物质浓度随时间变化如上图所示。在0～60s时段，反应速率v（N2O4）为________mol·L－1·s－1反应的平衡常数K1为________。

【例6】（2015新课标Ⅱ，27节选）甲醇是重要的化工原料，又可称为燃料。利用合成气（主要成分为CO、CO2和H2）在催化剂的作用下合成甲醇，发生的主反应如下：

回答下列问题：

反应①的化学平衡常数K的表达式为_______________ ________；图中能正确反映平衡常数K随温度变化关系的曲线为________（填曲线标记字母），其判断理由是______。

通过这些题我们不难发现，化学反应速率与化学平衡的考查几乎都涉及图形方面信息，而这些图形大致分为如下几类：

1．含量－时间图：这类图的横坐标为时间，纵坐标为物质的量、物质的量浓度、转化率、物质的量百分数、体积百分数等，因此根据这类图象可进行如下计算：

（1）某物质的平均速率、转化率；（2）确定化学方程式中的化学计量数；（3）有关化学平衡常数的相关计算。

2．含量－时间－温度（压强）图：这类图的横坐标也是时间，纵坐标也是物质的量、物质的量浓度、转化率、物质的量百分数、体积百分数等，但图形中曲线是几条不同温度或压强下的含量变化情况。

3．恒压（温）线：该类图的纵坐标为生成物的平衡浓度或反应物的转化率，横坐标为温度或压强，曲线所表示的都是在该温度或压强的平衡时的数据。

4．速率－温度（压强）图：该类图的横坐标是温度或压强，纵坐标为反应速率。

后三类图象可根据化学平衡移动原理（勒夏特列原理）进行压强、温度、化学反应速率、平衡常数的相对大小的比较；对该反应的正反应是放热或吸热判断；对该反应的反应前后气体的计量数之和的变化情况进行判断或物质状态的情况进行判断；对平衡移动的方向以及是否达到化学平衡进行判断。

当然解决这类题时我们除了具备化学反应速率和化学平衡的理论知识以外，首先还应弄清图形中的以下几个方面：

①弄清横坐标和纵坐标的意义。②弄清图象上点的意义，特别是一些特殊点（如与坐标轴的交点、转折点、几条曲线的交叉点）的意义。③弄清图象所示的增、减性。④弄清图象斜率的大小。⑤看是否需要辅助线。

其次是想规律：联想化学平衡移动原理，分析条件对反应速率、化学平衡移动的影响。第三，做出准确的判断：利用原理，结合图象，分析图象中所代表的反应速率变化或化学平衡的线，做出判断。

具体解题中可能还会用到两个小技巧：

先拐先平

在含量（转化率）－时间曲线中，先出现拐点的则先达到平衡，说明该曲线反应速率快，表示温度较高、有催化剂、压强较大等。

定一议二

当图象中有三个量时，先确定一个量不变，再讨论另外两个量的关系，有时还需要作辅助线。

现在我们通过对以上几个例题的分析来具体印证前文中提到的一些规律、解题技巧和方法。

第4题：该图是转化率－温度－压强图本题考查化学平衡常数相关的图象及计算，压强对化学平衡的影响。

乙烯平衡转化率为20%，所以x＝0．2，则平衡时，n（C2H4）∶n（H2O）∶n（C2H5OH）＝0．8∶0．8∶0．2，代入平衡常数的表达式，

第5题：本题考查温度对化学平衡的影响、化学反应速率的计算和平衡常数相关的图象及计算。根据题意知，随温度升高，混合气体的颜色变深，二氧化氮的浓度增大，说明平衡向正反应方向移动；当其他条件不变时，升高温度，平衡向吸热反应方向移动，故ΔH大于0；根据题给图象知，0—60s时段，N2O4的物质的量浓度变化为0．060mol·L－1，根据公式v＝Δc／Δt计算，v（N2O4）＝0．001mol·L－1·s－1；分析题给图象知，二氧化氮的平衡浓度为0．120mol·L－1，四氧化二氮的平衡浓度为0．040mol·L－1，K1＝c2（NO2）／c（N2O4）＝0．36mol·L－1。

第6题：（2）考查化学平衡常数的表达式，温度对化学平衡移动的影响以及对化学平衡常数的变化影响。

（作者单位：四川省邻水县第二中学）