高中化学图像图表专题复习.docx
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高中化学图像图表专题复习
高中化学图像图表专题复习
一、图象题
对于化学有关图象问题,可按以下的方法进行分析:
1、看图像,认清坐标系,搞清纵、横坐标所代表的意义,并与勒夏特列原理挂钩。
所谓看图像,是指:
一看轴(即横坐标和纵坐标的意义),二看点(即起点、折点、交点和终点),三看线(即线的走向和变化趋势),四看辅助线(如等温线、等压线、平衡线等),五看量的变化(如温度、浓度、压强、转化率、产率、百分含量等的变化趋势)等,这是解题的基础。
2、紧扣可逆反应的特征,搞清正反应方向是吸热还是放热,体积增大还是减小、不变,有无固体、纯液体物质参加或生成等。
3、看清速率的变化及变化量的大小关系,注意图像的走向是否符合给定的反
应,在条件与变化之间搭桥;也可以根据坐标的数据,判断反应物或生成物在方程式中的系数,或据此求反应速率。
4、看清起点、拐点、终点,注意图像是否经过“原点”,即是否有“0”项,尤其是特殊点的意义,看清曲线的变化趋势。
5、先拐先平。
例如,在转化率-时间图上,先出现拐点的曲线先达到平衡,此时逆向推理可得该变化的温度高、浓度大、压强高。
6、定一议二。
勒夏特列原理只适用于一个条件的改变,所以图像中有多个变量时,先固定一个量,再讨论另外两个量的关系。
7、注意图像题中物质的转化率与百分含量的关系:
某物质的转化率与其“百分数”相反。
(一)化学平衡图像
【例1】.(2011全国II卷28)
反应aA(g)+bB(g)
cC(g)(ΔH<0)在等容条件下进行。
改变其他反应条件,在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ阶段体系中各物质浓度随时间变化的曲线如下图所示:
回答问题:
(1)反应的化学方程式中,a:
b:
c为_____________;
(2)A的平均反应速率vI(A)、vⅡ(A)、vⅢ(A)从大到小排列次序为_________;
(3)B的平衡转化率αI(B)、αⅡ(B)、αⅢ(B)中最小的是_____,其值是__________;
(4)由第一次平衡到第二次平衡,平衡移动的方向是________________,采取的措施是____________;
(5)比较第Ⅱ阶段反应温度(T2)和第Ⅲ阶段反应温度(T3)的高低:
T2T3(填“>”“<”“=”),判断的理由是_________________________________________;
(6)达到第三次平衡后,将容器的体积扩大一倍,假定10min后达到新的平衡,请在下图中用曲线表示第IV阶段体系中各物质的浓度随时间变化的趋势(曲线上必须标出A、B、C)。
解析:
由图像知在第Ⅰ阶段达到平衡时A、B、C的浓度变化量分别是1.0、3.0和2.0,所以反应的化学方程式中,a:
b:
c=)1:
3:
2;由图像可以计算出A的平均反应速率vI(A)、vⅡ(A)、vⅢ(A)分别为2/20、0.36/15和0.12/15,vI(A)、vⅡ(A)、vⅢ(A)从大到小排列次序为vI(A)、vⅡ(A)、vⅢ(A);同理可以计算出B的平衡转化率αI(B)、αⅡ(B)、αⅢ(B)分别为0.5、0.38和0.19;由第一次平衡到第二次平衡是C的浓度瞬间降低到0,即移走量产物C,平衡向正方应方向移动;第Ⅱ阶段和第Ⅲ阶段相比,反应物浓度降低,生成物浓度增大,平衡向正方应方向移动,因为反应放热,所以是降低了温度;由于反应是一个体积增大的可逆反应,所以扩大容器的体积平衡向逆反应方向移动。
答案:
(1)1:
3:
2
(2)VI(A)VⅡ(A)VⅢ(A)(3)αⅢ(B)19%(4)向正反应方向从反应体系中移出产物C(5)>此反应为放热反应,降低温度,平衡向正反应方向移动
【例2】.已知:
①25℃时弱电解质电离平衡数:
Ka(CH3COOH)=
,Ka(HSCN)=0.13;难溶电解质的溶度积常数:
Kap(CaF2)=
②25℃时,
mol·L-1氢氟酸水溶液中,调节溶液pH(忽略体积变化),得到c(HF)、c(F-)与溶液pH的变化关系,如下图所示:
请根据以下信息回答下旬问题:
图2
(1)25℃时,将20mL0.10mol·L-1CH3COOH溶液和20mL0.10mol·L-1HSCN溶液分别与20mL0.10mol·L-1NaHCO3溶液混合,实验测得产生的气体体积(V)随时间(t)变化的示意图为图2所示:
反应初始阶段,两种溶液产生CO2气体的速率存在明显差异的原因是,反应结束后所得两溶液中,c(CH3COO-)c(SCN-)(填“>”、“<”或“=”)
(2)25℃时,HF电离平衡常数的数值Ka
,列式并说明得出该常数的理由。
(3)
mol·L-1HF溶液与
mol·L-1CaCl2溶液等体积混合,调节混合液pH为4.0(忽略调节混合液体积的变化),通过列式计算说明是否有沉淀产生。
【答案及解析】:
给信息多,可以对信息进行初步分析,也可以根据问题再去取舍信息。
信息分析:
①HSCN比CH3COOH易电离,CaF2难溶。
②F-PH=6,PH=0时以HF存在。
F-与HF总量不变。
问题引导分析(解题分析与答案):
(1)相同的起始条件,只能是因为两种酸的电离度不同导致溶液中起始反应时H+
浓度不同引起反应速率的不同。
反应结束后,溶质为CH3COONa和NaSCN,因CH3COOH酸性弱于HSCN,故CH3COONa水解程度大,c(CH3COO-)<c(SCN-)。
(2)HF电离平衡常数Ka=【c(H+)*c(F-)】/c(HF),其中c(H+)、c(F-)、c(HF)都是电离达到平衡时的浓度,选择中间段图像求解。
根据图像:
PH=4时,c(H+)=10-4,c(F-)=1.6×10-3、c(HF)=4.0×10-4。
Ka=0.4×10-3。
(3)PH=4.0,则c(H+)=10-4,此时:
根据HF电离,产生的c(F-)=1.6×10-3,而溶
液中的c(Ca2+)=2.0×10-4。
c2(F-)×c(Ca2+)=5.12×10-10,5.12×10-10大于Kap(CaF2)=
,此时有少量沉淀产生。
【教与学提示】:
本题比较全面地考察了电离平衡常数与溶解平衡常数的知识内容。
要求学生会读图,要掌握平衡常数的表达式和含义:
平衡时的溶液中的各种相关离子的浓度。
要理解溶解平衡的含义:
达到饱和溶液时的最大值,大于则沉淀析出,小于则不析出。
明确平衡常数是随温度变化的,不随溶液中的离子浓度的实际值而发生变化。
在平衡常数的教学中,可以设计一个关于化学平衡常数、电离平衡常数、沉淀溶解平衡常数的专题,有比较,有触类旁通地系统地研究和学习平衡常数问题。
练习:
1、T℃时,A气体与B气体反应生成C气体.反应过程中A、B、C浓度变化如图(Ⅰ)所示;若保持其他条件不变,温度分别为T1和T2时,B的体积百分含量与时间的关系如图(Ⅱ)所示.则下列结论正确的是 ( )
A.在(t1+10)min时,保持其它条件不变,增大压强,平衡逆向移动
B.其它条件不变,升高温度,A的转化率一定增大
C.T℃时,若由0.4mol/LA、0.4mol/LB和0.2mol/LC反应,达到平衡后,c(C)仍为0.4mol/L
D.(t1+10)min时,保持压强不变,通入稀有气体,平衡向正反应方向移动
2、对于反应mA(s)+nB(g)
eC(g)+fD(g),反应过程中,当其他条件不变时,C在混合气体中的体积分数与T(温度)或p(压强)关系如图所示,下面几种叙述中正确的是( )
A.使用催化剂,平衡时C在混合气体中的体积分数增大
B.升温,化学平衡向正反应方向移动
C.化学方程式的化学计量数关系nD.其他条件不变,增加体系的压强,平衡正向移动
3、电导率是衡量电解质溶液导电能力大小的物理量,根据溶液电导率变化可以确定滴定反应的终点。
下图是KOH溶液分别滴定HCl溶液和CH3COOH溶液的滴定曲线示意图。
下列示意图中,能正确表示用NH3·H2O溶液滴定HCl和CH3COOH混合溶液的滴定曲线的是
(二)化学反应及能量图像
1.(11年上海)据报道,科学家开发出了利用太阳能分解水的新型催化剂。
下列有关水分解过程的能量变化示意图正确的是
解析及答案:
(三)金属及其化合物相关图像
1、下列实验中产生的现象与对应图形(纵坐标n均表示产生的Al(OH)3的物质的量)不相符的是()
A.在AlCl3溶液中滴加氨水至过量B.向NaOH溶液中滴加AlCl3至过量
C.向NaAlO2溶液中滴加盐酸至过量D.向H2SO4溶液中加入NaAlO2溶液至过量
2、(10年上海)将0.4gNaOH和1.069
混合并配成溶液,向溶液中滴加0.1mol·
稀盐酸。
下列图像能正确表示加入盐酸的体积和生成
的物质的量的关系的是
3、将0.1mol的镁、铝混合物溶于100mL2mol/LH2SO4溶液中,然后再滴加1mol/LNaOH溶液。
请回答:
⑴若在滴加NaOH溶液的过程中,沉淀质量m随加入NaOH
溶液的体积V变化如右图所示。
当V1=160mL时,则金属
粉末中n(Mg)= mol,V2= mL。
⑵若在滴加NaOH溶液过程中,欲使Mg2+、Al3+刚好沉淀完全,
则滴入NaOH溶液的体积V(NaOH)为 mL。
⑶若混合物仍为0.1mol,其中Mg粉的物质的量分数为a,用
100mL2mol/L的硫酸溶解此混合物后,再加入450mL1mol/L的NaOH溶液,所得沉淀中无
Al(OH)3。
满足此条件的a的取值范围是:
。
答案:
⑴0.06;440⑵400⑶1>a≥0.5
4、在下图中,横坐标为向一定量的某溶液中加入某种物质的量,纵坐标为生成沉淀的量。
从图中,选择适合表中各题要求的序号填入表中
溶液
加(或通入)物质
序号
⑴饱和石灰水
通入过量CO2
⑵AlCl3溶液
加入过量浓氨水
⑶含少量NaOH的NaAlO2溶液
逐滴加入稀盐酸
⑷MgCl2、AlCl3混合溶液
逐滴加入NaOH溶液至过量
⑸NaOH溶液
逐滴加入Al2(SO4)3溶液至过量
⑹稀硫酸溶液
逐滴加入NaAlO2溶液至过量
⑺含少量盐酸的AlCl3溶液
逐滴加入KOH溶液至过量
答案:
⑴A;⑵B;⑶D;⑷E;⑸C;⑹F;⑺G
5、在两份体积相同的NaOH溶液中,分别通入CO2气体,
充分反应后,在所得溶液A、B中分别加入1mol/L的
盐酸,所加盐酸体积(mL)与产生CO2气体的体积(L)
的关系如图所示,
试填写下列空白:
(1)两份NaOH溶液A和B的物质的量浓度之比
为,通入CO2气体的体积之比是(相
同条件)。
(2)与盐酸反应前,A溶液中的溶质是,其物质的量之比是。
(3)与盐酸反应前,B溶液中的溶质是,其物质的量之比是。
答案:
⑴3:
4;2:
1
⑵Na2CO3、NaHCO3;1:
1
⑶NaOH、Na2CO3;2:
1
6.实验研究发现,硝酸发生氧化还原反应时,硝酸的浓度越稀,对应还原产物中氮元素的化合价越低。
现有一定量的铝粉和铁粉的混合物与一定量很稀的硝酸充分反应,反应过程中无气体放出。
在反应结束后的溶液中逐滴加入4mol/LNaOH溶液,所加的NaOH溶液的体积(mL)与产生沉淀的物质的量(mol)关系如下图所示。
图中OC段没有沉淀生成,此阶段发生反应的离子方程式为:
在DE段,沉淀的物质的量没有变化,则此阶段发生反应的离子方程式为_________________________。
上述现象说明溶液中______离子结合OH-的能力最弱。
B与A的差值为____________mol。
B对应的沉淀量为__________mol,C对应的溶液体积为____________mL。
答案及解析:
二、表格题
【例1】在一定体积的密闭容器中,进行如下化学反应:
其化学平衡常数K与温度t的关系如下:
CO2(g)+H2(g)
CO(g)+H2O(g),其化学平衡常数K和温度t的关系如下表:
t℃
700
800
830
1000
1200
K
0.6
0.9
1.0
1.7
2.6
请回答下列问题:
(1)该反应的化学平衡常数K=。
(2)该反应为反应。
(填“吸热”或“放热”)
(3)800℃,固定容器的密闭容器中,放入混合物,其始浓度为c(CO)=0.01mol/L,c(H2O)=0.03mol/L,c(CO2)=0.01mol/L,c(H2)=0.05mol/L,则反应开始时,H2O的消耗速率比生成
速率(填"大""小"或"不能确定")
(4)830℃,在1L的固定容器的密闭容器中放入2molCO2和1molH2,平衡后CO2的转化率为,H2的转化率为.
解析与答案:
由平衡常数的定义知该反应的化学平衡常数K的表达K=c(CO)×c(H2O)/c(CO2)×c(H2);.可逆反应的平衡常数一般只随温度的改变而改变,吸热反应的平衡常数随温度升高而增大,放热反应的平衡常数随温度升高而减小;由表中数据知该反应随温度的升高而增大,可推知升高温度,平衡向正反应方向移动,所以该反应为吸热反应.把起始浓度代入平衡常数的表达式中,其比值小于800℃时的K值,则反应将向正反应方向移动,H2O的消耗速率比生成速率小;830℃时,平衡常数为1,设反应中转化的CO2浓度为x,则反应过程中物质浓度的变化情况为:
CO2(g)+H2(g)
CO(g)+H2O(g)
起始时(mol/l)2100
转化了(mol/l)xxxx
平衡时(mol/l)2-x1-xxx
据平衡常数的关系可得(2-x)×(1-x)=x×x,解得x=2/3,则平衡后CO2的转化率为1/3,H2的转化率为2/3
【例2】.在100℃时,将0.40mol的二氧化氮气体充入2L抽空的密闭容器中,每隔一定时间就对该容器内的物质进行分析,得到如下表数据:
时间(s)
0
20
40
60
80
n(NO2)/mol
0.40
n1
0.26
n3
n4
n(N2O4)/mol
0.00
0.05
n2
0.08
0.08
(1)在上述条件下从反应开始直至20s时,二氧化氮的平均反应速率为____mol·L-1·min-1。
(2)n3n4(填“>”、“<”或“=”),该反应的平衡常数的值为;
答案:
(1)0.15
(2)=2.8
【例3】工业上生产硫酸时,利用催化氧化反应将SO2转化为SO3是一个关键步骤。
压强及温度对SO2转化率的影响如下表(原料气各成分的体积分数为:
SO2:
7%,O2:
11%,N2:
82%):
①如何利用表中数据推断SO2的氧化反应的热效应?
②在400一500℃时,SO2的催化氧化采用常压而不是高压,主要原因是:
答案:
【表格练习题】
1.甲醇(CH3OH)是一种重要的化工原料,合成甲醇的主要反应为:
CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)反应过程中的能量变化如图所示。
(1)CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)ΔH0(填<、=、>)
(2)反应体系中加入催化剂对反应热是否有影响?
______________________,
原因是_______________________________________:
(3)在反应体系中加入催化剂,反应速率增大,E1和E2的变化是:
E1_________,
E2_______________(填“增大”“减小、”“不变”)。
(4)在一定条件下,上述反应在一密闭容器中达到平衡。
在保证H2浓度
不变的情况下,增大容器的体积,平衡____________(填字母)。
A.向正反应方向移动B.向逆反应方向移动C.不移动
作出此判断的理由是____________________________________________________________。
(5)原料气的加工过程中常常混有一定量CO2,为了研究不同温度下CO2对该反应的影响,以CO2、CO和H2的混合气体为原料在一定条件下进行实验,结果表明,原料气各组分含量不同时,反应生成甲醇和副产物甲烷的碳转化率是不相同的。
实验数据见下表:
CO2%-CO%-H2%
(体积分数)
0–30–70
2–28–70
4–26–70
8–22–70
20–10–70
反应温度/℃
225
235
250
225
235
250
225
235
250
225
235
250
225
235
250
碳转化率(%)
CH3OH
4.9
8.8
11.0
36.5
50.7
68.3
19.0
33.1
56.5
17.7
33.4
54.4
8.0
12.0
22.6
CH4
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
2.8
2.8
2.8
①由上表数据可得出多个结论。
结论一:
在一定条件下,反应温度越高,碳转化率__________。
结论二:
__________________________________________________________。
②为了验证结论二,有科学家又用以下五组不同组成的原料气再次进行实验。
组别
体积分数(%)
CO
CO2
H2
N2
第1组
19.7
0.0
59.1
21.2
第2组
20.7
0.3
62.1
16.9
第3组
16.9
1.3
50.7
31.1
第4组
19.8
5.5
59.4
15.3
第5组
20.3
10.9
60.9
7.9
进行该验证实验时,控制不变的因素有__________、_________、_________________等。
答案:
(1)<
(2)不影响;催化剂不改变平衡的移动。
(3)减小、减小(每空1分)
(4)C该反应达到平衡时,平衡常数K=增大容器体
积时,c(CH3OH)和c(CO)等比例减小,由于H2浓度不变,此时的值仍然等于K,所以平衡不移动。
(5)①越高
原料气含少量CO2有利于提高生成甲醇的碳转化率,CO2含量过高碳转化率又降低且有甲烷生成。
②温度压强CO和H2的体积分数之比
3.醋酸是重要的一元酸,在有机和无机反应中都有应用。
(1)在酯化反应的实验中,乙酸、乙醇的用量和平衡时乙酸乙酯的生成量如下表
反应
乙醇/kmol
乙酸/kmol
乙酸乙酯/kmol
1
2
2
1.33
2
3
2
1.57
3
4
2
X
4
5
2
1.76
①该酯化反应的平衡常数K的表达式为:
K=
②由表中数据推测,X的数值1.57(填大于,小于或等于)推断的依据为
③假设乙醇的价格为500元/kmol,乙酸乙酯的价格为1600元/kmol,同反应2相比,反应3的经济效益(填:
增加或减少)
(2)10mL0.10mol·L-1的稀醋酸中存在着平衡:
CH3COOH
CH3COO-+H+。
①向稀醋酸中不断加水②向稀醋酸中慢慢滴加0.10mol·L-1的稀氢氧化钠溶液。
①中醋酸电离度的变化图线已画出,请你在下【图一】中画出②过程中醋酸电离度的变化图线
1-H2C2O4
2-HC2O4-
3-C2O42-
【图一】
答案:
(1)①K=
;②大于,在乙酸的物质的量相同条件下,增加乙醇的物质的量平衡向右移动,乙酸乙酯的物质的量增加,减少乙醇的物质的量平衡向左移动,乙酸乙酯的物质的量减少;
③减少
(2)如右图