化學反應原理圖像類試題的分析

王海霞

(山東省平度經濟開發區高級中學)

翻開2022年湖南省和廣東省普通高中學業水平選擇性考試的化學卷,筆者對化學反應原理圖像試題進行了如下歸類.

1 催化劑對反應的影響

該類圖像題的命題特點是:在其他條件相同時,以多種催化劑對同一反應的影響,考查有無催化劑時濃度的變化特征、c-t圖像中曲線的確認以及反應速率的計算等.

例1 (2022年廣東卷第15 題)在相同條件下研究催化劑Ⅰ、Ⅱ對反應X→2Y 的影響,各物質濃度c隨反應時間t的部分變化曲線如圖1所示,則( ).

圖1

A.無催化劑時,反應不能進行

B.與催化劑Ⅰ相比,Ⅱ使反應活化能更低

C.a曲線表示使用催化劑Ⅱ時X 的濃度隨t的變化

D.使用催化劑Ⅰ時,0～2min內,

分析 催化劑能夠加快反應速率,沒有催化劑,反應可以進行,只是反應速率較慢,選項A 錯誤.由圖可知,相同時間,催化劑Ⅰ比催化劑Ⅱ效果好,說明催化劑Ⅰ使反應活化能更低,選項B 錯誤.由反應式可知,X 的濃度減少量是Y 的濃度生成量的一半,a線與催化劑Ⅱ不滿足此比例,選項C錯誤.a線與催化劑Ⅰ滿足反應變化比例,故

選項D 正確.答案為D.

知識點撥 1)其他條件相同時,催化劑能夠加快反應速率,但不改變反應的限度.

2)因為X→2Y,曲線a表示c(X)的變化,存在v(X)∶v(Y)＝1∶2,即Δc(X)∶Δc(Y)＝1∶2.

2 能量與反應進程的關系圖像

對反應歷程的探究是近年來出現的熱點,主要涉及在一個反應中出現過渡態和中間產物,發生多元化反應,通過其能量變化,可以找出總反應的能量變化、決定反應速率的一步反應等.

例2 (2022年湖南卷第12題)反應物(S)轉化為產物(P或P·Z)的能量與反應進程的關系如圖2所示.下列有關不同反應進程的說法正確的是( ).

圖2

A.進程Ⅰ是放熱反應

B.平衡時P的產率:Ⅱ＞Ⅰ

C.生成P的速率:Ⅲ＞Ⅱ

D.進程Ⅳ中,Z沒有催化作用

分析 從Ⅰ可知反應物S的總能量高于生成物P的總能量,故進程Ⅰ是放熱反應,選項A 正確.進程Ⅱ中相當于在進程Ⅰ中加入了催化劑X,催化劑X 降低了反應的活化能,加快了反應速率,縮短了平衡時間,但不改變平衡時生成物P 的產率,選項B 錯誤.從圖可知,進程Ⅲ的活化能高于進程Ⅱ的活化能,故進程Ⅲ生成P的速率比Ⅱ的小,選項C錯誤.進程Ⅳ中,最終的產物是P·Z,故Z沒有催化作用,選項D 正確.答案為A、D.

知識點撥 1)催化劑在參與反應的歷程中,改變了原來的反應進程,最終又“游離”出來.

2)催化劑降低了反應的活化能,加快了反應速率,縮短了達到平衡的時間,但不改變平衡時生成物的產率.

3 不同溫度下平衡體系中不同組分的物質的量變化圖像

這類問題多以某一特定的可逆反應為載體.一定條件(恒壓或恒容)下,試題給出一種反應物或生成物的變化曲線,判斷其他曲線代表的“物質”,推理反應的熱效應特征,分析加入某一物質后平衡移動的方向或反應物平衡轉化率的變化等.

例3 (2022年廣東卷第13題)恒容密閉容器中,BaSO4(s)＋4H2(g)?BaS(s)＋4H2O(g).在不同溫度下達平衡時,各組分的物質的量(n)如圖3所示.下列說法正確的是( ).

圖3

A.該反應的ΔH＜0

B.a為n(H2O)隨溫度的變化曲線

C.向平衡體系中充入惰性氣體,平衡不移動

D.向平衡體系中加入BaSO4,H2的平衡轉化率增大

分析 由圖像可知,平衡時升高溫度,H2的物質的量減少,H2O(g)的物質的量增加,即平衡正向移動,說明該反應的正反應是吸熱反應,即ΔH＞0,選項A、B錯誤.容器體積不變,加入與反應無關的氣體,H2與H2O的濃度不變,故平衡不移動,選項C正確.加入的BaSO4為固體,不影響平衡,選項D錯誤.答案為C.

知識點撥 1)分析同一物質在不同溫度下平衡時的物質的量:若是反應物,溫度越高其量越少,說明該反應是吸熱反應;若是生成物,溫度越高其量越少,說明該反應是放熱反應.

2)可逆反應中有固體或液體參與反應,增大其量,不影響該反應體系中的氣體平衡轉化率.

4 外界條件不同時,同一反應的氣體壓強變化的比較

在外界條件不同的反應容器中,以相同的投料進行同一反應,分析反應的熱效應特征,判斷反應物或生成物的物質的量變化、計算反應平衡常數、比較反應速率大小等.

例4 (2022年湖南卷第14題)向體積均為1L的兩恒容容器中分別充入2molX 和1molY 發生反應:2X(g)＋Y(g)?Z(g) ΔH,其中甲為絕熱過程,乙為恒溫過程,兩反應體系的壓強隨時間的變化曲線如圖4 所示.下列說法正確的是( ).

圖4

A.ΔH＞0

B.氣體的總物質的量:na＜nc

C.a點 平 衡 常數:K＞12

D.反應速率:va正＜vb正

分析 2X(g)＋Y(g)?Z(g)是氣體體積減小的反應,甲為絕熱過程,從圖像可以看出,甲曲線開始時壓強增大,原因是容器溫度升高,說明該反應過程放熱,即ΔH＜0,選項A 錯誤.a、c兩點的壓強相同,甲是絕熱容器的曲線,因放出熱量使容器內氣體的溫度高于乙,由氣體狀態方程可知氣體的總物質的量:na＜nc,選項B正確.若甲容器為恒溫容器,假設生成Z的物質的量為x,結合三段式計算.

但甲是絕熱容器,而反應使體系溫度升高,由pV＝nRT可知,氣體總物質的量減少,說明反應正向進行的程度更大,故K＞12,選項C正確.因為a、b兩點都達到平衡,甲的溫度高于乙,反應速率大于乙,選項D 錯誤.答案為B、C.

知識點撥 1)絕熱恒容容器中反應達到平衡時反應物的轉化率一定小于恒溫恒容容器中的.因為絕熱恒容容器中發生的反應,無論是放熱還是吸熱,體系溫度的變化,都會減小反應正向進行的程度.

2)若在容器中發生的是正向放熱的可逆反應,則絕熱恒容容器中比恒溫恒容容器中的反應先達到平衡,且絕熱恒容容器平衡時的速率也較大.

通過對幾道高考題的解讀不難發現,這類問題都是“以綱扣本”的,因此,平時要認真研析“變化觀念與平衡思想”,提高圖像類問題的解題效率.