大数据建模图象分析及应用

【高考化学·考试大纲】(1)理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对反应速率和化学平衡的影响。(2)能用相关理论解释其一般规律。

【课程标准·学业要求】(1)能运用温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响规律，解释生产、生活、实验室中的实际问题。(2)能讨论化学反应条件的选择和优化。

1.[14 全国Ⅱ,26]在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。

(1)反应的ΔH____0(填“大于”或“小于”);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K为________。

(2)100℃时达平衡后,改变反应温度为T,c(N2O4)以0.002 0mol·L-1·s-1的平均速率降低,经10s又达到平衡。

a:T_____100℃(填“大于”或“小于”),判断理由是_________________________________。

b:列式计算温度T时反应的平衡常数K2为_______________________________________。

2.[14 全国Ⅰ,28]气相直接水合法[C2H4(g)+H2O(g)C2H5OH(g)]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)如下图。图中压强(p1、p2、p3、p4)的大小顺序为___________________________,理由是______________________________________________________________________________。

3.[15 全国Ⅱ,27]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:

①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1=-99kJ·mol-1

②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

ΔH2=-58kJ·mol-1

③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH3=+41kJ·mol-1合成气的组成n(H2)/n(CO+CO2)=2.60时体系中的CO平衡转化率(α)与温度和压强的关系如下图所示。

α(CO)值随温度升高而(填“增大”或“减小”),其原因是_________________________________________________________________________________________________。

下图中的压强由大到小为_____,其判断理由是________________________________________________________________________________________________________________。

4.[16 全国Ⅱ,27]以丙烯、氨、氧气为原料,在催化剂存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副产物丙烯醛(C3H4O)化学方程式如下:

①C3H6(g)+NH3(g)+O2(g)C3H3N(g)+3H2O(g)

②C3H6(g)+O2(g)C3H4O(g)+H2O(g)

丙烯腈和丙烯醛的产率与n(氨)/n(丙烯)的关系如上图所示。

由图可知,最佳n(氨)/n(丙烯)约为________,理由是__________________________________。进料氨、空气、丙烯的理论体积约为_____。

5.[17 全国Ⅱ,27]丁烷脱氢制丁烯的热化学方程式:C4H10(g)C4H8(g)+H2(g) ΔH=123kJ·mol-1;

(1)丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器(氢气的作用是活化催化剂),出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。下左图所示为丁烯产率与进料气中n(氢气)/n(丁烷)的关系。图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势,其降低的原因是____________________________________________________________________________。

(2)下右图所示为反应产率和反应温度的关系曲线,副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。丁烯产率在590℃之前随温度升高而增大的原因可能是______________________、_____________________;590℃之后,丁烯产率快速降低的主要原因可能是_____________________________________。

6.[17 全国Ⅰ,27]钛铁矿“酸浸”实验中,铁的浸出率如下图所示。由图可知,当铁的侵出率为70%时,所采用的实验条件为___________________。

【考型1】解答图像题的方法和思路

1.[14 安徽,10]臭氧是理想的烟气脱硝试剂,其脱硝反应为2NO2(g)+O3(g)N2O5(g)+O2(g),若反应在恒容密闭容器中进行,下列由该反应相关图像作出的判断正确的是(　)

【考型2】时间-浓度图

2.[14 重庆,7]在恒容密闭容器中通入X并发生反应:2X(g)Y(g),温度T1、T2下X的物质的量浓度c(X)随时间t变化的曲线如题图所示,下列叙述正确的是(　)(www.xing528.com)

A.该反应进行到M点放出的热量大于进行到W点放出的热量

B.T2下,在0～t1时间内

C.M点的正反应速率v正大于N点的逆反应速率v逆

D.M点时再加入一定量X,平衡后X的转化率减小

【考型3】图象中最佳条件的选择

3.[15 天津,10]某污水处理厂用聚合氯化铁净化污水的结果如图所示。由图中数据得出每升污水中投放聚合氯化铁[以Fe(mg·L-1)表示]的最佳范围约为________mg·L-1。

一、解答图象题的方法和思路

1.图象五看

一看面——即横坐标、纵坐标代表的量(如纵坐标是反应物百分含量,还是反应物的转化率等),并联系有关的原理。

二看线——即线的斜率大小、平与陡的含义,曲线的变化趋势,曲线是连续的还是跳跃的,渐变与突变。例如,升高温度,v(吸)增大得多,v(放)大得少;增大反应物浓度,v(正)突变,v(逆)渐变。

三看点——即起点(分清反应物、生成物。浓度减小的是反应物,浓度增大的是生成物,一般生成物多数以原点为起点)。终点(终点是否达到平衡),转折点(转折点前后影响的主要因素不同),交叉点等。

四看辅助线——要不要作等温线,等压线等。

五看量——一般标出具体数值的量在解题中都会用到

2.判断技巧

“先拐先平、数值大”:在含量—时间曲线中,先出现拐点的先达到平衡,说明该曲线表示的温度较高或压强较大,反应速度较快。

“定一议二”:在c—T/p曲线中,图象中有三个变量,先确定一个量不变,再讨论另外两个量的关系。即确定横坐标表示的量后,讨论纵坐标与曲线的关系或确定纵坐标表示的量(通常可画一垂线)讨论横坐标与曲线的关系。

二、时间(t)进程类图

(1)图象中总有一个转折点,这个点所对应的时间为达到平衡所需时间,时间的长短可确定化学反应速率的大小,结合浓度、温度、压强对反应速率的影响规律,可确定浓度的大小、温度的高低和压强的大小。

(2)图象中总有一段或几段平行于横轴的直线,直线上的点表示可逆反应处于平衡状态。

(3)这几段直线的相对位置的变化可以确定外界条件改变时,化学平衡移动的方向。例如,固定其它条件不变:①若因温度升降引起的平衡移动,就可确定可逆反应中是ΔH>0 还是ΔH<0。②若因压强增减引起的平衡移动,就可确定气态物质在可逆反应中,化学计量系数的相对大小。③浓度越大,反应达到平衡所需的时间就越长。

三、压强(p)或温度(T)平衡类图

(1)曲线上的点表示可逆反应在相应压强或温度下处于平衡状态;而不在曲线上的点表示可逆反应在相应压强或温度下未达到平衡状态,但能自发进行至平衡状态。

(2)曲线的相对位置、变化趋势决定了化学平衡移动的方向。

考题中,也有不属于上述两种曲线的,这时要结合图象的五看,认准某些关键数据在解题中的特定作用,全面、准确地从图中找出直接或隐含的化学相关知识,结合化学反应的速率原理和平衡移动原理进行判断。

四、分析判断思路

看条件→二者方向变化同则是，不同则错。