知识讲解—化学平衡图像（提高）

1 高考总复习 化学平衡图像 【高考展望】 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。 【方法点拨】 一、 解答化学平衡图像题的一般方法： 【高清课堂：ID:363520 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。 二、常见化学平衡图像归纳： 例：对于反应 mA (g)+nB (g) pC (g)+qD (g)，若 m+n＞p+q 且ΔH＞0。 1．v-t 图像 2．v-p（T）图像2 3．c-t 图像 4．c-p（T）图像 【典型例题】 类型一：速率-时间的图像 例 1．右图是恒温下某化学反应的反应速率随反应时间变化的示意图，下列叙述与示意图不相符合的是（ ） A．反应达平衡时，正反应速率和逆反应速率相等 B．该反应达到平衡态Ⅰ后，增大反应物浓度，平衡 发生移动，达到平衡态Ⅱ C．该反应达到平衡态Ⅰ后，减小反应物浓度，平衡 发生移动，达到平衡态Ⅱ D．同一反应物在平衡态Ⅰ和平衡态Ⅱ时浓度不相等 【思路点拨】从图像可看出该反应达到平衡态Ⅰ后 v 正突然增大，v 逆当时不变，而后才增大，应该是增 大反应物浓度所致。 【答案】C 【解析】可逆反应达到平衡时，v 正＝v 逆＞0，A 正确。同一反应物在不同的平衡态下浓度不相等，只有 在同一平衡态下浓度才会保持不变，D 符合示意图。观察示意图可知，平衡态Ⅰ到平衡态Ⅱ，正反应速率 和逆反应速率都增大了，所以绝对不会是减小反应物浓度造成的，C 肯定不符合示意图。 【总结升华】化学平衡状态是指在一定条件下的可逆反应，正反应和逆反应的速率相等，反应混合物中各 组分的浓度保持不变的状态。增大浓度，反应速率增大，减小浓度，反应速率减小。 举一反三： 【高清课堂：ID:363520 例 1】 【变式 1】对于达平衡的可逆反应 X＋Y W＋Z，增大压强，则正、逆反应速度(v)的变化如图，分析 可知 X、Y、Z、W 的聚集状态可能是： A、Z、W 为气体，X、Y 中之一为气体 B、Z、W 中之一为气体，X、Y 为非气体 C、X、Y、Z 皆为气体，W 为非气体3 D、X、Y 为气体，Z、W 中之一为气体 【答案】CD 【解析】由图像知，增大压强，则正、逆反应速度均增大，正反应速率增大较多，则平衡势必向右移动， 正反应应是体积减小的反应。 【变式 2】右图表示反应 N2（g）＋3H2（g） 2NH3（g）；ΔH＝－ 92.2kJ/mol。在某段时间 t0～t6 中反应速率与反应过程的曲线图，则氨的百 分含量最高的一段时间是（ ） A． t0～t1 B． t2～t3 C． t3～t4 D． t5～t6 【答案】A 【解析】由图可知，该反应从 t1 时正逆反应速率都增大，并且逆反应速率 增加更多，所以平衡逆向移动，氨的百分含量降低；从 t3 时正逆反应速率都增大，但增大幅度相同，所以 平衡不移动，氨的百分含量保持不变；从 t4 时正逆反应速率都降低，但正反应速率降低更多，平衡仍然是 逆向移动，氨的百分含量进一步降低。由上可知，氨的百分含量最高的一段是 t0～t1，本题应选 A。 类型二：浓度（含量）-时间的图像 例 2、(2015 安徽高考)汽车尾气中，产生 NO 的反应为：N2(g)+O2(g) 2NO(g)，一定条件下，等物质 的量的 N2(g)和 O2(g)在恒容密闭容器中反应，下图曲线 a 表示该反应在温度 T 下 N2 的浓度随时间的 变化，曲线 b 表示该反应在某一起始条件改变时 N2 的浓度随时间的变化。下列叙述正确的是： A．温度 T 下，该反应的平衡常数 K= B．温度 T 下，随着反应的进行，混合气体的密度减小 C．曲线 b 对应的条件改变可能是加入了催化剂 D．若曲线 b 对应的条件改变是温度，可判断该反应的△H＜0 【思路点拨】根据“先拐先平”原则，先拐的到达平衡的时间短，对应的反应速率快，温度高。 2 1 2 10 )(4 c cc − vÕý ¡ ä vÄæ¡ ävÕý vÄæ£ ½ to vÄæ¡ ävÕý ¡ ä£ ½ v4 【答案】A 【解析】本题考查化学平衡知识。根据平衡常数列式，A 正确；B 项：温度 T 下，随着反应的进行，混合 气体的密度不变；C 项：曲线 b 对应的条件改变不可能是加入了催化剂，因为催化剂不能使平衡移动；D 项：随着温度升高，C(N2)减小，平衡正向移动，正反应吸热。 【总结升华】借助图象考查化学平衡问题，是近年来备受高考青睐的一种命题形式。 解题的主要策略有： ①先根据“先拐先平”原则，判断出曲线对应的温度或压强的大小。“先拐先平”即先拐的说明达到 平衡所需的时间短，对应的化学反应速率快，对应的温度或压强大。 ②固定其中的一个因素（温度或压强），然后讨论另一个因素与化学平衡中的参量（百分含量、体积 分数、平均相对分子质量）的变化关系，从而判断出该反应为放热反应或吸热反应、反应前后气体体积的 大小关系。 举一反三： 【高清课堂：ID:363520 例 2】 【变式 1】可逆反应 mA(s) ＋ nB(g) eC(g)＋fD(g) ，反应过程中，当其它条件不变时，C 的百分 含量(C％)与温度(T)和 压强(P)的关系如下图：下列叙述正确的是 A、达平衡后，加入催化剂则 C％增大 B、达平衡后，若升温，平衡左移 C、化学方程式中 n＞e+f D、达平衡后，增加 A 的量有利于平衡向右移动 【答案】B 【变式 2】已知反应 2SO2（g）＋O2（g） 2SO3（g）；ΔH＜0，向某体积恒定的密闭容器中按体积比 2∶1 充入 SO2 和 O2，在一定条件下发生反应。下图是某物理量（Y）在不同温度下随时间（t）变化 的示意图，Y 可以是 A．SO2 的转化率 B．混合气体的密度 C．密闭容器内的压强 D．O2 的体积分数 【答案】A 【高清课堂：ID:363520 例 4】 【变式 3】对于密闭容器中的反应：N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)，△H 0 【答案】C 【解析】根据示意图，在压强不变的情况下,随着温度的升高，Z 的体积分数增大,即随着温度的升高，平衡 向正反应方向移动，所以正反应为吸热反应，△H>0；逆反应为放热反应,△H3>b C．图中 X 点对应的平衡混合物中 D．温度不变时，图中 X 点对应的平衡在加压后 φ(CH4)减小 4．（2016 浙江一轮复习）在 10 L 密闭容器中，A、B、C 三种气态物质构成了可逆反应体系；某温度时， A、B、C 物质的量与时间的关系如图一，C 的百分含量与温度的关系如图二。  2 4 n(H O) Zn(CH ) = 2 4 n(H O) 3n(CH ) = 4(CH )ϕ T C°/  X O8 下列分析不正确的是(　　) A．0～4 min 时，A 的平均反应速率为 0.1 mol/(L·min) B．该反应的平衡常数表达式为：K＝ C．由 T1 向 T2 变化时，v 正>v 逆 D．此反应的正反应为放热反应 5．已知：4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2(g). △H= -1025kJ/mol 该反应是一个可逆反应。若反应物起始物质 的量相同，下列关于该反应的示意图不正确的是( ) 6．I2 在 KI 溶液中存在下列平衡：I2 (aq) + I－(aq) I3－(aq)。某 I2、KI 混合溶液中，I3－的物质的量浓 度 c(I3－)与温度 T 的关系如图所示（曲线上任何一点都表示平衡状态）。下列说法正确的是 A．反应 I2 (aq) + I－(aq) I3－(aq)的△H >0 B．若温度为 T1、T2，反应的平衡常数分别为 K1、K2，则 K1 > K2 C．若反应进行到状态 D 时，一定有 υ 正 > υ 逆 D．状态 A 与状态 B 相比，状态 A 的 c(I2)大 7．已知反应：2CH3COCH3(l) CH3COCH2COH(CH3)2(l)。 取等量 CH3COCH3，分别在 0℃和 20℃下，测得其转化分数随时间 2 ( ) ( ) ( ) c C c A c B9 变化的关系曲线(Y-t)如右图所示。下列说法正确的是 A.b 代表 0℃下 CH3COCH3 的 Y-t 曲线 B.反应进行到 20min 末，CH3COCH3 的 C.升高温度可缩短反应达平衡的时间并能提高平衡转化率 D.从 Y=0 到 Y=0.113，CH3COCH2COH(CH3)2 的 8．已知某可逆反应 mA(g)+nB(g) pC(g)，在密闭容器中进行，下图表示在不同反应时间 t 时，温度 T 和压强 P 与生成物 C 在混合物中的体积百分含量的关系曲线。 由曲线分析，下列判断正确的是 ( ) A.T1＜T2，P1＞P2，m+n＞p，△H a；C 项，X 点对应的曲线 =3，温度 升高，平衡正向移动，设平衡后，参与反应的 n(H2O)=a mol，则平衡时二者的比值为 必 然大于 3；D 项，若温度不变，X 点对应的平衡加压后，反应逆向移动，CH4 的体积分数会增加。故选 A。 4、A 【解析】由图一知在 4 min 时 A 消耗 0.4 mol，故 0～4 min 时，A 的平均反应速率为：0.4 mol/(10 L×4 min) ＝0.01 mol/(L·min)；根据图一所示 A、B、C 物质的量的变化，可知该可逆反应为：2A(g)＋B(g) C(g)，由此可知 B 正确；由图二知在 T3 时反应达到平衡，故在 T3 前，反应一直正向进行，v 正>v 逆；由 T3 升温到 T4 时，C%减小，说明平衡逆向进行，故可判知正反应为放热反应。 5、C 【解析】此题结合化学平衡图像考查外界条件对化学平衡的影响。根据“先拐先平数值大”的原则，选项 A、B 正确；根据升高温度，平衡向吸热反应方向移动（即逆反应方向移动），可确定 A、B 正确；根据使 用催化剂只能改变化学反应速率，缩短达到平衡的时间，但对化学平衡的移动无影响，所以选项 D 正确。 6、BC 【解析】随着温度的不断升高，I3－的浓度逐渐的减小，说明反应向逆方向移动，也就意味着该反应是放热 反应，所以△H＜0，所以 A 项错；因为 K= ，T2＞T1，所以当温度升高时，反应向逆方向移动， 即 K1＞K2；C 项，从图中可以看出 D 点并没有达到平衡状态，所以它要向 A 点移动，这时 I3－的浓度在增 加，所以 v 正＞v 逆，C 项正确；D 项，从状态 A 到状态 B，I3－的浓度在减小，那么 I2 的浓度就在增加。 7、D 【解析】b 曲线的起始斜率明显大于 a 曲线，说明 b 对应的反应速率较大，温度较高，A、B 错；温度升高， 平衡转化率降低，C 错；等量的 CH3COCH3，转化率相同时，产物 CH3COCH2COH(CH3)2 的物质的量相同， D 正确；选 D。 8、B 【解析】分析图像可知，每条曲线的起点到拐点表示 C 随时间不断增加，是建立平衡的过程；拐点后的水 平线表示 C 的体积分数不随时间变化而变化，说明从拐点处巳达到平衡。用建立平衡所需时间长短判断 T1、T2 和 P1、P2 的大小，再根据 T1、T2 和 P1、P2 的大小及不同条件下平衡时 C 的体积分数，用勒夏特列 原理判断反应前后化学计量数的关系及反应的热效应。 2 4 n (H O) n (CH ) 起始 起始 2 4 n (H O) a n (CH ) a − − 起始 起始  ]I[]I[ ]I[ 2 - 3 −⋅12 分析 T1、P2 和 T2、P2 两条曲线，在压强相同时，T1 温度下反应速率快，先达到平衡，所以 T1＞T2。 根据平衡后 T2 温度下生成物 C 的体积分数比 T1 温度下大，判断降温平衡正向移动，说明正反应放热热，△H