高二化学暑假班讲义(教师版) 第9讲 平衡移动的图像问题教师提升版

平衡图像问题【要点】图像题是化学反应速率和化学平衡部分的重要题型。

这类题可以全面考查各种条件对化学反应速率和化学平衡的影响，具有很强的灵活性和综合性。

该类题型的特点是：图像是题目的主要组成部分，把所要考查的知识寓于坐标曲线上，简明、直观、形象，易于考查学生的观察能力、类比能力和推理能力。

当某些外界条件改变时，化学反应速率或有关物质的浓度(或物质的量、百分含量、转化率等)就可能发生变化，反映在图像上，相关的曲线就可能出现渐变(曲线是连续的)或突变(出现“断点”)。

解答化学平衡图像题必须抓住化学程式及图像的特点。

析图的关键在于对“数”、“形”、“义”、“性”的综合思考，其重点是弄清“四点”（起点、交点、转折点、终点）及各条线段的化学含义，分析曲线的走向，发现图像隐含的条件，找出解题的突破口。

知识点一、解答化学平衡图像题的一般方法：化学平衡图像题，一是以时间为自变量的图像；二是以压强或温度为自变量的图像。

从知识载体角度看，其一判断化学平衡特征；其二应用勒夏特列原理分析平衡移动过程；其三逆向思维根据图像判断可逆反应的有关特征；其四综合运用速率与平衡知识进行有关计算。

①确定横、纵坐标的含义。

②分析反应的特征：正反应方向是吸热还是放热、气体体积是增大还是减小或不变、有无固体或纯液体物质参与反应等。

③分清因果，确定始态和终态；必要时可建立中间态以便联系始、终态（等效模型）。

④关注起点、拐点和终点，分清平台和极值点，比较曲线的斜率，把握曲线的变化趋势，抓住“先拐先平数值大”。

⑤控制变量：当图像中有三个变量时，先确定一个量不变，再讨论另外两个量之间的关系。

⑥最后检验结论是否正确。

知识点二、常见化学平衡图像归纳：例：对于反应m A (g)+n B (g)p C (g)+q D (g)，若m+n＞p+q且ΔH＞0。

1．v-t图像2．v-p（T）图像3．c-t图像4．c-p（T）图像【典型例题】 例1．将不同量的H 2O (g)和CO 气体分别通入到1 L 的恒容密闭容器中进行反应：H 2O (g)+CO (g) CO 2 (g)+H 2 (g)，得到以下三组数据，据此回答下列问题：（1）①由以上数据计算，0～5 min 内实验1中以v (CO 2)表示的反应速率为________。

②该反应在650℃时平衡常数的数值为________，该反应的逆反应为________（填“吸”或“放”）热反应。

③若实验3要达到与实验2相同的平衡状态（即各物质的质量分数分别相等），且t ＜3 min ，则a 、b 应满足的关系是________。

（2）图1、2表示上述反应在时刻t 1达到平衡，在时刻t 2因改变某个条件而发生变化的情况：①图l 中时刻t 2发生改变的条件可能是________（写2条）。

②图2中时刻t 2发生改变的条件可能是________（写2条）。

（3）850℃时，该反应的平衡常数K=1。

相同温度下，在该容器中同时充入1.0 mol CO 、3.0 mol H 2O 、1.0 mol CO 2、5.0 mol H 2，此时反应向________（填“正反应”或“逆反应”）方向进行，平衡时CO 2的物质的量为________。

【思路点拨】本题综合性比较强，既有图表，又有图像，表面上看难度比较大，其实仔细分析并不难。

对于图表和图像中的数据，一定要清楚它所代表的物理量，回答问题时一定要结合图表、图像进行分析。

【答案】（1）①0.16 mol ／(L ·min) ②83 吸 ③b=2a ＞1 mol（2）①加入催化剂或缩小容器体积 ②通H 2O (g)或降温或减小H 2浓度（任写2条即可） （3）逆反应 0.8 mol 【解析】（1）①根据表格数据和化学方程式计算可得，实验1中达到平衡时CO 2的物质的量为0.8 mol ，以v(CO 2)表示的反应速率为0.8 mol ÷1 L ÷5 min=0.16 mol ／(L ·min)。

②根据222[CO ][H ][CO][H O]K ⋅=⋅计算可得该反应在650℃平衡常数的数值为83；第二组温度比第一组高，反应物的物质的量比第一组减少一半，但是平衡时H 2的物质的量比第一组的一半少，表明升高温度，平衡向逆反应方向移动，即该反应的逆反应为吸热反应。

③反应前后气体体积不变，达到相同平衡状态且时间更短，故a 、b 应满足的关系是b=2a ＞1 rnol 。

（2）①图1中t 2时刻正、逆反应速率同时、同等程度增大，平衡不移动，故改变的条件可能是使用催化剂或增大压强。

②图2中从t 2时刻开始，二氧化碳浓度增大，一氧化碳浓度减小，即平衡正向移动，故改变的条件可能是通H 2O (g)或降温或减小H 2浓度。

（3）850℃时在该容器中同时充入 1.0 mol CO 、3.0 mol H 2O 、1.0 mol CO 2、5.0 mol H 2，222(CO )(H ) 1.0 mol / L 5.0 mol / L 51(CO)(H O) 1.0 mol / L 3.0 mol / L 3c c Q c c ⋅⨯===>⋅⨯，故反应向逆反应方向进行；设达到平衡状态时消耗nmol 二氧化碳，则(1.0)mol (5.0)mol1L 1L1(1.0)mol (3.0)mol1L 1Ln n n n --⨯=++⨯，解得n=0.2，故平衡时CO 2的物质的量为(1－0.2) mol=0.8 mol 。

【总结升华】速率-时间图像解题技巧：分清正反应速率、逆反应速率的相对大小，分清“突变”和“渐变”；正确判断化学平衡的移动方向；熟记浓度、压强、温度等对化学平衡移动的影响规律。

例2、在容积为1.00L 的容器中，通入一定量的N 2O 4，发生反应N 2O 4（g ）⇌2NO 2（g ），随温度的升高，混合气体的颜色变深。

回答下列问题：（1）反应的△H 0（填“大于”或“小于”）；100℃时，体系中各物质浓度随时间变化如图所示。

在0～60s 时段，反应速率v （N 2O 4）为 mol•L ﹣1•s ﹣1；反应的平衡常数K 1为 。

（2）100℃时达平衡后，改变反应温度为T ，c （N 2O 4）以0.0020mol•L ﹣1•s ﹣1的平均速率降低，经10s 又达到平衡。

①T 100℃（填“大于”或“小于”），判断理由是 。

②列式计算温度T 时反应的平衡常数K 2 。

（3）温度T 时反应达平衡后，将反应容器的容积减少一半，平衡向 （填“正反应”或“逆反应”）方向移动，判断理由是 。

【思路点拨】根据外界条件对化学平衡的影响规律做题，在考虑平衡移动时要运用固定变量法就能正确解题。

【答案】（1）大于、0.0010mol•L ﹣1•s ﹣1、0.36mol/L ；（2）①大于、正反应方向吸热，反应向吸热方向移动，故温度升高； ②1.3mol/L ；（3）逆反应、对气体体积增大的反应，增大压强平衡向逆反应方向移动。

【解析】（1）随温度的升高，混合气体的颜色变深，化学平衡向正反应方向移动，即△H ＞0；0～60s 时段，N 2O 4浓度变化为：0.1mol/L ﹣0.04mol/L=0.06mol/L ，v （N 2O 4）==0.0010mol•L ﹣1•s﹣1；K===0.36mol/L ；（2）①N 2O 4的浓度降低，平衡向正反应方向移动，由于正反应方向吸热，T ＞100℃；②平衡时，c （NO 2）=0.120mol•L ﹣1+0.0020mol•L ﹣1•s ﹣1×10s×2=0.16mol•L ﹣1，c （N 2O 4）=0.040mol•L ﹣1﹣0.0020mol•L﹣1•s ﹣1×10s=0.020mol•L ﹣1，K 2==1.3mol/L ；（3）反应容器的容积减少一半，压强增大，正反应方向气体体积增大，增大压强向着气体体积减小的方向移动，故答案为：逆反应、对气体体积增大的反应，增大压强平衡向逆反应方向移动。

【总结升华】解答化学平衡图像的方法：（1）看图像：一看面（即纵坐标与横坐标的意义），二看线（即线的变化趋势），三看点（即起点、拐点、交点、终点），四看辅助线（如等温线、等压线、平衡线等），五看量的变化（如浓度变化、温度变化等）。

（2）想规律：联想外界条件的改变对化学反应速率和化学平衡的影响规律。

（3）作判断：将图像的变化与所学规律相对比，作出符合题目要求的判断。

例3、反应：L(s)＋a G(g)b R(g)达到平衡时，温度和压强对该反应的影响如图所示：xyP 1P 2图中：压强p 1＞p 2， x 轴表示温度，y 轴表示平衡混合气中G 的体积分数。

据此可判断： ( ) A.上述反应是放热反应 B.上述反应是吸热反应 C.a ＞b D.a ＜b【答案】BD【解析】先根据一条曲线(P 1或P 2)分析压强不变时，温度对反应物G 的体积分数的影响：由于曲线单调减小，即反应物G 的体积分数随温度升高而减小，平衡向正反应方向移动，所以正反应是吸热反应。

再分析温度不变时，压强对反应物G 的体积分数的影响：作一条垂直于x 轴的直线交P 1、P 2曲线于A 、B 两点，如图：xyP 1P 2ABTA 、B 两点对应的纵坐标表示在温度相同时P 1、P 2压强下，平衡混合物中G 的体积分数，由于压强越大(p 1＞p 2) ，G 的体积分数越大，说明加压平衡向逆反应方向移动，逆反应气体体积减小，所以a ＜b 。

【总结升华】在其它条件不变的情况下，通过图像分析单一因素对化学平衡的影响。

要特别注意纵坐标的涵义，若本题y 轴表示平衡混合气中生成物R 的体积分数，则结论就完全相反了。

随堂练习1、已知某可逆反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋Q在密闭容器中进行反应，测得在不同时间t、温度T和压强P与反应物B在混合气中的百分含量B%的关系曲线如图所示.A. T1＜T2, P1＞P2, m＋n＞P, Q＜0B. T1＞T2, P2＞P1, m＋n＜P, Q＜0C. T2＞T1, P2＞P1, m＋n＜P, Q＜0D. T1＞T2, P2＞P1, m＋n＞P, Q＞02、如图所示,a曲线表示一定条件下可逆反应:X(g)＋Y(g)2Z(g)＋W(s)＋Q的反应过程中X的转化率和时间的关系. 若使a曲线变为b曲线,可采取的措施是A. 加入催化剂B. 增大Y的浓度C. 降低温度D. 增大体系压强3、可逆反应N2＋3H22NH3＋Q,从反应开始经t1秒达平衡状态，因条件改变，平衡在t2秒时发生移动，在t3秒时，又达到新的平衡状态. 试根据t2－t3秒曲线判断，下列图1、图2所表示的平衡移动方向和变化条件各是什么？图1图24、气态反应A＋B C＋D,其它条件不变，在有催化剂条件(a)时和无催化剂条件(b)时的反应过程中,有关的量(纵坐标)随时间(横坐标)的变化情况错误的是A BC D5、右图为条件一定时,反应2NO＋O22NO 2＋Q(Q＞0)中NO的最大转化率与温度变化关系曲线图,图中有A、B、C、D、E五点，其中表示未达到平衡状态，且V正＜V逆的点是A. B和CB. A和EC. ED. A和C6、下图表示外界条件（温度、压力）的变化对下列反应的影响. L（s）＋G（g）2R(g)－Q(吸热)在图中Y轴是指A. 平衡混合气中R的质量分数B. 平衡混合气中G的体积分数C. G的转化率D. L的转化率7、在容积相同的五个密闭容器中分别放入同量的A2和B2，在不同温度下同时任其发生反应：A2（g）＋3B2(g) 2AB3（g），分别在某一同时刻测得其中AB3所占的体积分数变化如图所示. 下列说法不正确的是A. 正反应是放热反应B. E、F二点尚未达到平衡C. H、I二点尚未达到平衡D. G、H、I三点可能已达平衡状态参考答案1B 2AD 3升温；增大N2浓度4AD 5C 6B 7C1、如右图所示表示平衡混合物中x的百分含量在不同的压强下，随温度变化的情况，在下列平衡体系中，x可以代表用下横线标明的物质（反应中各物质为气态）的是课后作业A．N2+2H22NH3 △H＜0B．H2+I22HI △H＜0C．2SO32SO2+O2 △H＞0D．4NH3+5O24NO+6H2O △H＜02、在溶积固定的4L密闭容顺中，进行可逆反应：X（气）+2Y（气）2Z（气）并达到平衡，在此过程中，以Y的浓度改变表示的反应速率υ(正)、υ(逆)与时间t的关系如右图，如图中阴影部分面积表示A．X的浓度的减少B．Y的物质的量的减少C．Z的浓度的增加D．X的物质的量的减少3、今有反应X(g)+Y(g)2Z(g)+ △H＜0若反应开始经t1秒后达到平衡，又经t2秒后，由于反应条件的改变使平衡破坏，则t3时又达到平衡，如图表示，试分析，以t2到t3秒曲线变化的原因是A．增大了X和Y的浓度B．使用了催化剂C．增加了反就体系的压强D．升高了反应的温度4、对达到平衡状态的可逆反应X＋Y Z＋W，在其他条件不变的情况下，增大压强，反应速率变化图象如右图所示，则图象中关于X、Y、Z、W四种物质的聚集状态为A．Z、W均为气体，X、Y中有一种是气体B．Z、W中有一种是气体，X、Y皆非气体C．X、Y、Z、W皆非气体D．X、Y均为气体，Z、W中有一种为气体5、已知可逆反应aA＋bB cC中，物质的含量A%和C%随温度的变化曲线如图所示，下列说法正确的是A．该反应在T1、T3温度时达到过化学平衡B．该反应在T2温度时达到过化学平衡C．该反应的逆反应是放热反应D．升高温度，平衡会向正反应方向移动6、右图表示反应N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）；ΔH＝－92. 2kJ/mol。