化學(xué)平衡圖像類型及解答要點

王開山

圖像題以其信息量大、直觀、簡明并能很好地考查學(xué)生的讀圖能力、分析能力等特點成為化學(xué)學(xué)科中的重要題型之一，尤其在化學(xué)平衡中得到了很好地體現(xiàn)。

筆者將化學(xué)平衡中的圖像題進(jìn)行了歸類并給出了每一類圖像題的解答要點，與各位同行交流。

一、常規(guī)圖像（例題略）

類型一：速率-時間圖像（如圖1所示）

解答要點速率時間圖可根據(jù)正逆反應(yīng)速率相對大小來判斷平衡的移動方向或是否達(dá)到平衡狀態(tài)。

類型二：物質(zhì)參數(shù)-時間圖像（如圖2、圖3所示）

解答要點物質(zhì)參數(shù)可以是物質(zhì)的量、質(zhì)量、質(zhì)量分?jǐn)?shù)、物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)、轉(zhuǎn)化率等。依據(jù)這些參數(shù)隨時間的變化可以確定平衡的建立過程、判斷平衡的移動方向或判斷反應(yīng)是否已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。

類型三： 物質(zhì)參數(shù)-時間-溫度/壓強圖像（如圖4、圖5所示）

解答要點解答該類型圖像的主要原則是先拐先平（溫度高或壓強大），再根據(jù)物質(zhì)參數(shù)隨溫度或壓強的變化來判斷反應(yīng)的焓變或氣體分子數(shù)的變化。

類型四：物質(zhì)參數(shù)-溫度/壓強-壓強/溫度圖像（如圖6、圖7所示）

解答要點這一類型圖像最常見的解答方法是定一議一。即固定壓強不變分析溫度對物質(zhì)參數(shù)的影響進(jìn)而確定該反應(yīng)的焓變；然后固定溫度不變分析壓強的改變對物質(zhì)參數(shù)的影響進(jìn)而確定反應(yīng)前后氣體分子數(shù)目的變化。

二、非常規(guī)圖像

類型一：全程速率- 時間圖像

例1向絕熱恒容密閉容器中通入SO2和NO2，在一定條件下使反應(yīng)SO2（g）+NO2（g）SO3（g）+NO（g）達(dá)到平衡，正反應(yīng)

速率隨時間變化的示意圖如圖8所示。由圖可得出的正確結(jié)論是（ ）。

A.反應(yīng)在c點達(dá)到平衡狀態(tài)

B.反應(yīng)物濃度：a點小于b點

C.反應(yīng)物的總能量低于生成物的總能量

D.Δt1=Δt2時，SO2的轉(zhuǎn)化率：a～b段小于b～c段

解析這是一個反應(yīng)前后體積不變的可逆反應(yīng)，所以在本題中的兩個變量就為溫度和濃度。

由圖可以看出隨著反應(yīng)的進(jìn)行正反應(yīng)速率逐漸增大，因為只要開始反應(yīng)，反應(yīng)物濃度就要降低，反應(yīng)速率應(yīng)該降低，但此時正反應(yīng)速率卻是增大的，這說明此時溫度的影響是主要的。由于容器是絕熱的，因此只能是放熱反應(yīng)，從而導(dǎo)致容器內(nèi)溫度升高反應(yīng)速率加快，所以選項C不正確；但當(dāng)?shù)竭_(dá)c點后正反應(yīng)速率反而減小，說明此時反應(yīng)物濃度的影響是主要的，因為反應(yīng)物濃度越來越小了。但反應(yīng)不一定達(dá)到平衡狀態(tài)，所以選項A、B均不正確；正反應(yīng)速率越快，同樣時間段內(nèi)消耗的SO2就越多，因此選項D是正確的。

答案：D

解答要點全程速率-時間圖要考慮影響化學(xué)反應(yīng)的所有因素，進(jìn)而判斷出某一時間段影響速率的主導(dǎo)因素是什么，最終得出結(jié)論。

類型二：v正（v逆）-壓強（溫度）圖像

例2下列反應(yīng)符合圖9中v-p變化曲線的是（ ）。

A.H2（g）+I2（g）2HI（g）

B.3NO2（g）+H2O（l）2HNO3（l）+NO（g）

C.4NH3（g）+5O2（g）4NO（g）+6H2O（g）

D.CO（g）+C（s）2CO（g）

解析由圖像可知，隨著壓強的增大，正逆反應(yīng)速率均增大，且后一階段正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率，即平衡向正反應(yīng)方向移動。符合這一過程的為B選項。

解答要點v正（v逆）-壓強（溫度）圖重在通過壓強或溫度的變化對正逆反應(yīng)速率的影響結(jié)果來選出符合圖像要求的反應(yīng)。

類型三：物質(zhì)參數(shù)-溫度圖像

例3已知可逆反應(yīng)：X（g）+Y（g）E（g），現(xiàn)將X和Y

按一定比例混合，其他條件不變時，在不同溫度下，反應(yīng)混合物中X體積分?jǐn)?shù)的變化曲線如圖10所示。請分析圖象并回答下列問題：

（1）B點v正與v逆的大小關(guān)系是，曲線BC（不包括B點和C點）v正與v逆的大小關(guān)系是。

（2）達(dá)到平衡后，升高溫度，化學(xué)反應(yīng)速率增大程度較小的是（填“v正”或“v逆”）。（3）此可逆反應(yīng)的正反應(yīng)是（填“放熱反應(yīng)”或“吸熱反應(yīng)”）。

解析由圖可知，B之前X的體積分?jǐn)?shù)從最大逐漸降低，而B之后X的體積分?jǐn)?shù)增大，說明B之前是反應(yīng)沒有達(dá)到平衡狀態(tài)，而B點時恰好平衡，B點之后是溫度升高使平衡向左移動，所以逆反應(yīng)是吸熱反應(yīng)。

（1）B點處于平衡狀態(tài)，則v正=v逆；曲線BC（不包括B點和C點）表示升高溫度，X%增大，平衡向逆反應(yīng)方向發(fā)生移動，故v正

（2）由于逆反應(yīng)方向為吸熱反應(yīng)，達(dá)到平衡后，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，故v正

（3）B點時恰好平衡，B點之后溫度升高使平衡向左移動，所以逆反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。

答案：（1）則v正=v逆； v正

（2）v正

（3）放熱反應(yīng)

類型四：物質(zhì)參數(shù) - 物質(zhì)的量圖像

例4某化學(xué)小組研究在其他條件不變時，改變密閉容器中某一條件對A2（g）+3B2（g）2AB3（g）化學(xué)平衡狀態(tài)的影響，得到如圖11所示的曲線（圖中T表示溫度，n表示物質(zhì)的量）。下列判斷正確的是 （ ）。

A.在T2和n（A2）不變時達(dá)到平衡，AB3的物質(zhì)的量大小為：c>b>a

B.若T2>T1，則正反應(yīng)一定是放熱反應(yīng)

C.達(dá)到平衡時A2的轉(zhuǎn)化率大小為：b>a>c

D.若T2>T1，達(dá)到平衡時b、d點的反應(yīng)速率為vd>vb

解析由圖可知，橫坐標(biāo)為B2的物質(zhì)的量，增大一種反應(yīng)物的量必然會促進(jìn)另一種反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化。則B2越大，達(dá)到平衡時A2的轉(zhuǎn)化率越大，生成物的物質(zhì)的量越大，則平衡時AB3的物質(zhì)的量大小為：c>b>a，故A正確。

若T2>T1，由圖像可知溫度升高AB3的物質(zhì)的量增大，說明升高溫度平衡向正反應(yīng)方向移動，則正反應(yīng)方向為吸熱，故B錯誤。

由圖可知，橫坐標(biāo)為B2的物質(zhì)的量，增大一種反應(yīng)物的量必然會促進(jìn)另一種反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化，則B

2越大，達(dá)到平衡時A2的轉(zhuǎn)化率越大，生成物的物質(zhì)的量越大，則平衡時A2的轉(zhuǎn)化率大小為：c>b>a，故C錯誤。

溫度越高速率越快，溫度T2>T1，達(dá)到平衡時b、d點的反應(yīng)速率為vd

答案：A

解答要點物質(zhì)參數(shù)-物質(zhì)的量圖不能根據(jù)點的高低來判斷某些量的大小關(guān)系，應(yīng)根據(jù)橫坐標(biāo)物質(zhì)的量的增加對該反應(yīng)其他物質(zhì)轉(zhuǎn)化率或平衡的移動來判斷。

類型五：轉(zhuǎn)化率-壓強、溫度圖像

例5如圖12，條件一定時，反應(yīng)2NO（g）+O2（g）2NO2（g）中NO的轉(zhuǎn)化率α與T變化關(guān)系曲線圖，圖中有a、b、c、d 4個點，其中表示未達(dá)到平衡狀態(tài)，且v正

A. a B. b C. c D. d

解析在曲線上，當(dāng)溫度一定時，NO的轉(zhuǎn)化率也一定，所以曲線上任意一定表示該溫度下的平衡狀態(tài)。而曲線外的任意一定都未達(dá)到平衡狀態(tài)。在曲線下方的任意一定，要想達(dá)到同溫度下的平衡狀態(tài)，即向上引垂直線到曲線上的一點，這樣NO 的轉(zhuǎn)化率要增大，平衡向右移動。同理，曲線上方的任意一點，要想達(dá)到同溫度下的平衡狀態(tài)，即向下引垂線到曲線上的一點，這樣NO的轉(zhuǎn)化率要減小，平衡向左移動。

答案：D

解答要點轉(zhuǎn)化率-壓強、溫度圖中曲線上的任意一點都是平衡點，曲線上方或下方的點要根據(jù)改點與垂線方向上曲線上的點進(jìn)行對比進(jìn)而判斷平衡的移動方向和速率的相對大小。

類型六：與面積有關(guān)的圖像

例6在容積固定的密閉容器中，進(jìn)行可逆反應(yīng)：

X（g）+2Y（g）2Z（g）并達(dá)到平衡，在此過程中，以Y的濃度改變表示的反

應(yīng)速率v正、v逆與時間t的關(guān)系如圖13，如圖13圖中陰影部分面積表示（ ）。

A.X的濃度的減少

B.Y的物質(zhì)的量的減少

C.Z的濃度的增加

D.X的物質(zhì)的量的減少

解析分析該試題時，我們事先應(yīng)該知道各個面積所表達(dá)的意義，借助圖13可以分析出，S（abco）表示Y向正反應(yīng)方向進(jìn)行時減少的濃度或Z增加的濃度，而S（boc）則表示Y向逆反應(yīng)方向進(jìn)行時增大的濃度或Z減少的濃度，所以，S（aob）=S（abco）- S（boc）表示的是Y向正反應(yīng)方向進(jìn)行時“凈”減少的濃度或Z“凈”增加的濃度。

答案：C

解答要點面積圖主要是根據(jù)橫縱坐標(biāo)以及速率的變化從正逆反應(yīng)雙方來確定具體區(qū)域?qū)?yīng)的物質(zhì)濃度的變化，進(jìn)而進(jìn)行解答。

類型七：開放型圖像

例7在一定條件下，固定容積的密閉容器中反應(yīng)：

2NO2（g）O2（g）+2NO（g）；ΔH>0

達(dá)到平穩(wěn)。當(dāng)改變其中一個條件X，Y隨X的變化符合圖14中曲線的是（ ）。

A.當(dāng)X表示溫度時，Y表示NO2的物質(zhì)的量

B.當(dāng)X表示壓強時，Y表示NO2的轉(zhuǎn)化率

C.當(dāng)X表示反應(yīng)時間時，Y表示混合氣體的密度

D.當(dāng)X表示NO2的物質(zhì)的量時，Y表示O2的物質(zhì)的量

解析A.溫度越高，NO2的物質(zhì)的量越小。B.壓強越大，NO2的轉(zhuǎn)化率越小越小。C.由于質(zhì)量不變，體積不變，所以密度不變。D. NO2的物質(zhì)的量越多，O2的物質(zhì)的量越多。

答案：A、B

例9.右圖Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分別代表反應(yīng)①③、②、④，則Y軸是指（ ）

①N2（g）+3H2（g） 2NH3（g）；△H=-Q

②H2（g）+I2（g） 2HI（g）； △H=+Q

③CO（g）+2H2（g） CH3OH（g）； △H=-Q

④2SO3（g）2 2SO2（g）+O2（g）； △H=+Q

A.平衡混合氣中一種生成物的百分含量

B.平衡混合氣中一種反應(yīng)物的百分含量

C.平衡混合氣中一種生成物的轉(zhuǎn)化率

D.平衡混合氣中一種反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率

解析如y軸表示平衡混合氣中一種生成物的百分含量，①③增大壓強，平衡向正反應(yīng)方向移動，則生成物的百分含量增大；②增大壓強，平衡不一定，則生成物的百分含量不變；④增大壓強，平衡向逆反應(yīng)方向移動，則生成物的百分含量減小，所以符合圖像。A正確。

如y軸表示平衡混合氣中一種反應(yīng)物的百分含量，①③增大壓強，平衡向正反應(yīng)方向移動，反應(yīng)物的含量減?。虎茉龃髩簭?，平衡向逆反應(yīng)方向移動，則反應(yīng)物的含量增大，與圖像不符合。B錯誤。

如y軸表示平衡混合氣中一種生成物的轉(zhuǎn)化率，①③增大壓強，平衡向正反應(yīng)方向移動，生成物的轉(zhuǎn)化率減??；④增大壓強，平衡向逆反應(yīng)方向移動，則生成物的轉(zhuǎn)化率增大，與圖像不符合。C錯誤。

如y軸表示平衡混合氣中一種反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，①③增大壓強，平衡向正反應(yīng)方向移動，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率增大；④增大壓強，平衡向逆反應(yīng)方向移動，則反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率減小，與圖像符合。

答案：D

解答要點開放型圖像經(jīng)常采用的方法是代入法，根據(jù)平衡移動原理及影響因素逐個代入后得出符合圖像的反應(yīng)。

（收稿日期：2015-01-15）