四川 賀祥峰

化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡圖形題解題策略

四川 賀祥峰

在全國(guó)新課標(biāo)卷高考化學(xué)試題中化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡的考查多以圖形為載體出現(xiàn)，而解決這類題時(shí)我們最關(guān)鍵的是學(xué)會(huì)讀圖，讀懂圖形、讀出圖中所提示的信息。下面我們先看看近幾年全國(guó)新課標(biāo)卷中的有關(guān)化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡的圖形題。

【例1】（2011新課標(biāo)，27節(jié)選）在容積為2L的密閉容器中，由CO2和H2合成甲醇，在其他條件不變的情況下，考察溫度對(duì)反應(yīng)的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖所示（注：T1、T2均大于300℃）；

下列說法正確的是________（填序號(hào)）。

①溫度為T1時(shí)，從反應(yīng)開始到平衡，生成甲醇的平均速率為

②該反應(yīng)在T1時(shí)的平衡常數(shù)比T2時(shí)的小

③該反應(yīng)為放熱反應(yīng)

【例2】（2012新課標(biāo)，27節(jié)選）COCl2的分解反應(yīng)為COCl2（gCl2（g）＋CO（g） ΔH＝＋108kJ·mol－1。反應(yīng)體系平衡后，各物質(zhì)的濃度在不同條件下的變化狀況如下圖所示（第10min到14min的COCl2濃度變化曲線未示出）：

（1）計(jì)算反應(yīng)在第8min時(shí)的平衡常數(shù)K＝________。

（2）比較第2min反應(yīng)溫度T（2）與第8min反應(yīng)溫度T（8）的高低：T（2）________（填“＜”“＞”或“＝”）T（8）。

（3）若12min時(shí)反應(yīng)與溫度T（8）下重新達(dá)到平衡，則此時(shí)c（COCl2）＝________mol·L－1。

（4）比較產(chǎn)物CO在2—3min、5—6min和12—13min時(shí)平均反應(yīng)速率［平均反應(yīng)速率分別以v（2—3）、v（5—6）、v（12—13）表示］的大小________。

（5）比較反應(yīng)物COCl2在5—6min和15—16min時(shí)平均反應(yīng)速率的大?。簐（5—6）________（填“＜”“＞”或“＝”）v（15—16），原因是_________________。

【例3】（2013新課標(biāo)Ⅱ，28節(jié)選）在1．0L密閉容器中放入0．10mol A（g），在一定溫度進(jìn)行如下反應(yīng)：

反應(yīng)時(shí)間（t）與容器內(nèi)氣體總壓強(qiáng)（p）的數(shù)據(jù)見下表：

_時(shí)間t／h _0 _1 _2 _4 _8 16 20 25 30總壓強(qiáng)p／100kPa _____ ______ _____ ______ _____ ______ ____ _____ _____ 4．91 5．58 6．32 7．31 8．54 9．50 9．52 9．53 9．53

回答下列問題：

（1）欲提高A的平衡轉(zhuǎn)化率，應(yīng)采取的措施為________ ______________________________。

（2）由總壓強(qiáng)p和起始?jí)簭?qiáng)p0計(jì)算反應(yīng)物A的轉(zhuǎn)化率α（A）的表達(dá)式為______________________。平衡時(shí)A的轉(zhuǎn)化率為__________，列式并計(jì)算反應(yīng)的平衡常數(shù)K______。

（3）由總壓強(qiáng)p和起始?jí)簭?qiáng)p0表示反應(yīng)體系的總物質(zhì)的量n總和反應(yīng)物A的物質(zhì)的量n（A），n總＝________mol，n（A）＝________mol。

【例4】（2014新課標(biāo)Ⅰ，28節(jié)選）已知乙烯氣相直接水合反應(yīng)：C2H4（g）＋H2O（g）C2H5OH（g）的ΔH＝－45．5kJ·mol－1，下圖為氣相直接水合法中乙烯的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系［其中N（H2O）∶N（C2H4）＝1∶1］。

①列式計(jì)算乙烯水合制乙醇反應(yīng)在圖中A點(diǎn)的平衡常數(shù)Kp＝_________（用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓＝總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）。

②圖中壓強(qiáng)（p1、p2、p3、p4）的大小順序?yàn)開_______，理由是___________________________________________________ _____________________________________________________。

【例5】（2014新課標(biāo)Ⅱ，26節(jié)選）在容積為1．00L的容器中，通入一定量的N2O4，發(fā)生反應(yīng)N2O4（g）2NO2（g），隨溫度升高，混合氣體的顏色變深。

回答下列問題：

反應(yīng)的ΔH________（填“大于”或“小于”）0；100℃時(shí)，體系中各物質(zhì)濃度隨時(shí)間變化如上圖所示。在0～60s時(shí)段，反應(yīng)速率v（N2O4）為________mol·L－1·s－1反應(yīng)的平衡常數(shù)K1為________。

【例6】（2015新課標(biāo)Ⅱ，27節(jié)選）甲醇是重要的化工原料，又可稱為燃料。利用合成氣（主要成分為CO、CO2和H2）在催化劑的作用下合成甲醇，發(fā)生的主反應(yīng)如下：

回答下列問題：

反應(yīng)①的化學(xué)平衡常數(shù)K的表達(dá)式為_______________ ________；圖中能正確反映平衡常數(shù)K隨溫度變化關(guān)系的曲線為________（填曲線標(biāo)記字母），其判斷理由是______。

通過這些題我們不難發(fā)現(xiàn)，化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡的考查幾乎都涉及圖形方面信息，而這些圖形大致分為如下幾類：

1．含量－時(shí)間圖：這類圖的橫坐標(biāo)為時(shí)間，縱坐標(biāo)為物質(zhì)的量、物質(zhì)的量濃度、轉(zhuǎn)化率、物質(zhì)的量百分?jǐn)?shù)、體積百分?jǐn)?shù)等，因此根據(jù)這類圖象可進(jìn)行如下計(jì)算：

（1）某物質(zhì)的平均速率、轉(zhuǎn)化率；（2）確定化學(xué)方程式中的化學(xué)計(jì)量數(shù)；（3）有關(guān)化學(xué)平衡常數(shù)的相關(guān)計(jì)算。

2．含量－時(shí)間－溫度（壓強(qiáng)）圖：這類圖的橫坐標(biāo)也是時(shí)間，縱坐標(biāo)也是物質(zhì)的量、物質(zhì)的量濃度、轉(zhuǎn)化率、物質(zhì)的量百分?jǐn)?shù)、體積百分?jǐn)?shù)等，但圖形中曲線是幾條不同溫度或壓強(qiáng)下的含量變化情況。

3．恒壓（溫）線：該類圖的縱坐標(biāo)為生成物的平衡濃度或反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，橫坐標(biāo)為溫度或壓強(qiáng)，曲線所表示的都是在該溫度或壓強(qiáng)的平衡時(shí)的數(shù)據(jù)。

4．速率－溫度（壓強(qiáng)）圖：該類圖的橫坐標(biāo)是溫度或壓強(qiáng)，縱坐標(biāo)為反應(yīng)速率。

后三類圖象可根據(jù)化學(xué)平衡移動(dòng)原理（勒夏特列原理）進(jìn)行壓強(qiáng)、溫度、化學(xué)反應(yīng)速率、平衡常數(shù)的相對(duì)大小的比較；對(duì)該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱或吸熱判斷；對(duì)該反應(yīng)的反應(yīng)前后氣體的計(jì)量數(shù)之和的變化情況進(jìn)行判斷或物質(zhì)狀態(tài)的情況進(jìn)行判斷；對(duì)平衡移動(dòng)的方向以及是否達(dá)到化學(xué)平衡進(jìn)行判斷。

當(dāng)然解決這類題時(shí)我們除了具備化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的理論知識(shí)以外，首先還應(yīng)弄清圖形中的以下幾個(gè)方面：

①弄清橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)的意義。②弄清圖象上點(diǎn)的意義，特別是一些特殊點(diǎn)（如與坐標(biāo)軸的交點(diǎn)、轉(zhuǎn)折點(diǎn)、幾條曲線的交叉點(diǎn)）的意義。③弄清圖象所示的增、減性。④弄清圖象斜率的大小。⑤看是否需要輔助線。

其次是想規(guī)律：聯(lián)想化學(xué)平衡移動(dòng)原理，分析條件對(duì)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡移動(dòng)的影響。第三，做出準(zhǔn)確的判斷：利用原理，結(jié)合圖象，分析圖象中所代表的反應(yīng)速率變化或化學(xué)平衡的線，做出判斷。

具體解題中可能還會(huì)用到兩個(gè)小技巧：

先拐先平

在含量（轉(zhuǎn)化率）－時(shí)間曲線中，先出現(xiàn)拐點(diǎn)的則先達(dá)到平衡，說明該曲線反應(yīng)速率快，表示溫度較高、有催化劑、壓強(qiáng)較大等。

定一議二

當(dāng)圖象中有三個(gè)量時(shí)，先確定一個(gè)量不變，再討論另外兩個(gè)量的關(guān)系，有時(shí)還需要作輔助線。

現(xiàn)在我們通過對(duì)以上幾個(gè)例題的分析來具體印證前文中提到的一些規(guī)律、解題技巧和方法。

第4題：該圖是轉(zhuǎn)化率－溫度－壓強(qiáng)圖本題考查化學(xué)平衡常數(shù)相關(guān)的圖象及計(jì)算，壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)平衡的影響。

乙烯平衡轉(zhuǎn)化率為20%，所以x＝0．2，則平衡時(shí)，n（C2H4）∶n（H2O）∶n（C2H5OH）＝0．8∶0．8∶0．2，代入平衡常數(shù)的表達(dá)式，

第5題：本題考查溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響、化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算和平衡常數(shù)相關(guān)的圖象及計(jì)算。根據(jù)題意知，隨溫度升高，混合氣體的顏色變深，二氧化氮的濃度增大，說明平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)；當(dāng)其他條件不變時(shí)，升高溫度，平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)，故ΔH大于0；根據(jù)題給圖象知，0—60s時(shí)段，N2O4的物質(zhì)的量濃度變化為0．060mol·L－1，根據(jù)公式v＝Δc／Δt計(jì)算，v（N2O4）＝0．001mol·L－1·s－1；分析題給圖象知，二氧化氮的平衡濃度為0．120mol·L－1，四氧化二氮的平衡濃度為0．040mol·L－1，K1＝c2（NO2）／c（N2O4）＝0．36mol·L－1。

第6題：（2）考查化學(xué)平衡常數(shù)的表達(dá)式，溫度對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的影響以及對(duì)化學(xué)平衡常數(shù)的變化影響。

（作者單位：四川省鄰水縣第二中學(xué)）