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1、10类化学平衡图像题例析化学平衡图像题,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。解题关键 一是读图,弄清图像含义,通过观察弄清横坐标、纵坐标的含义及单位;搞清特殊点的意义,如坐标轴的“0”点,曲线的起点、终点、交叉点、极值点、转折点等;分析曲线的变化趋势如斜率大小、升降。二是识图,进行信息提取,挖掘隐含信息、排除干扰信息、提炼有用信息,在统摄信息的基础上进行逻辑推理或运用数据计算。三是用图,联想化学原理解答问题。1.
2、 以速度时间(v-t)图像计算平衡浓度例1 在容积固定为2L的密闭容器中,充入X、Y气体各2mol,发生可逆反应:X(g)+2Y(g)2Z(g),并达平衡,以Y的浓度改变表示的反应速度与时间t的关系如图所示,则Y的平衡浓度表达式正确的是(式中S是对应区域的面积)( )解析 根据v-t曲线计算反应物的平衡浓度,初看题目似乎无从下手,若静心思考,从定义出发,Y减少的浓度,随着反应进行,逆反应同时生成部分Y,因此Y的平衡浓度为初始浓度与消耗浓度之差。瞬时速率与时间的乘积即为微小矩形的面积,累积计算则Y减少的浓度表示为,Y增加的浓度表示为,则Y的平衡浓度表示为:,故选B。2. 以v-t图像描述化学平衡
3、移动的本质例2 已知合成氨的反应为:在一定条件下达到化学平衡,现升高温度使平衡发生移动,下列图像中能正确描述正、逆反应速率(v)变化的是( )解析 此题易误选D,以为逆反应速率升高了正反应速率必然降低,其实升高温度放热、吸热方向的反应速率都增大,但吸热反应增大的幅度大,因此平衡向吸热反应方向移动,合成氨的正反应为放热反应,应选C。图A和图B分别是加压、增加反应物浓度后速率的变化情况。3. 以物质的量(浓度)时间(n(c)-t)图像描述可逆反应达平衡的过程例3 在一定温度下,容器内某一反应中M、N的物质的量n随反应时间t变化的曲线如图所示,下列表述中正确的是( )A. 反应的化学方程式为2MN
4、B. C. D. 解析 解题关键是抓住起点和等特殊点,在0到时间内(或选取0到之间的任一点)从8mol到4mol减少了4mol,从2mol到4mol增大了2mol,因此N为反应物,方程式为2NM(从反应趋势看,N没有完全转化为M,故为可逆反应)。时,瞬时浓度也相等,但浓度变化并不相等,实际是,不再改变,达到了平衡状态,体积相同,c与n成正比,因此只有选项D正确。4. 以c-t图像描述等效平衡过程例4 在425时,1L密闭容器中进行反应:2HI(g),以不同的方式加入反应物或生成物均达到平衡(如下图)(1)将图示3种情况的反应物、生成物的初始浓度和平衡浓度填入表格。(2)以上3种情况达到化学平衡
5、是否为同一平衡状态?由图中的事实可以说明化学平衡具有哪些特征?(3)等温、等容情况下,等效平衡的条件是什么?解析 (1)将图像信息转化为数据信息是处理信息的基本能力,填表如下所示。(2)达平衡时反应物和生成物浓度完全相同,故为同一平衡状态。在一定条件下达到平衡后,正、逆反应速率,平衡混合物中各物质的浓度保持不变。(3)等温、等容时,将生成物(或反应物)折算为同一侧的量完全相同时,即为等效平衡。5. 以物质的量(转化率)时间(n(R)-t)图像描述温度或压强对平衡移动的影响例5 反应2X(g)+Y(g) 2Z(g)+Q,在不同温度()及压强()下,产物Z的物质的量与反应时间t的关系如图所示,下述
6、判断正确的是( )解析 T相同时(上面2条曲线),p越大反应速率v越快,达到化学平衡的时间t越短,故;若从纵坐标来分析,增大,平衡向正向移动,对照反应特征(气体体积减小)可知。同理,压强相同时(下面2条曲线),温度越高反应速率越快,达到化学平衡的时间越短,故,或从来分析,减小,平衡向逆向移动(正向放热则逆向吸热),说明,选C。6. 以转化率(体积分数)压强、温度(Rp、T)图像判断平衡状态例6 如图,条件一定时,反应2(正反应为放热)中NO的与T变化关系曲线图,图中有a、b、c、d4个点,其中表示未达到平衡状态,且的点是( )A. a B. b C. c D. d解析 化学平衡时有,a、b在曲
7、线上为平衡点,c、d点未达平衡。d点在曲线右上方,从d点向横坐标引辅助线,可知该温度平衡时R(NO)比d点的小,说明该点未达平衡,且平衡向逆向移动,或从d点向纵坐标引垂线,d点T比平衡点的高,该反应正向放热,升高温度平衡向吸热的逆向移动,同样得出结论,而选D。7. 根据R(质量分数w、体积分数)p、T图像判断反应特征例7 已知反应,A的转化率与p、T的关系如图,根据图示可以得出的正确结论是( )A. 正反应吸热, B. 正反应吸热,C. D. 正反应放热,解析 相同p时,升高T,RA提高,说明正反应为吸热;相同T,增大p,RA提高,说明正反应为气体体积缩小的方向,故选A。8. 由v-p(T)图
8、像描述平衡移动时正逆v的变化例8 下列反应符合下图p-v变化曲线的是( )A. 2HI(g)B. C. 4NO(g)+D. CO(g)+C(s) 2CO(g)解析 根据勒沙特列原理,增大p,都增大,但气体分子数多的一边增大的幅度大,平衡向气体体积缩小的方向移动。由图示可知,斜率大,即随p增大增大的多,故应为气体分子数较多的一边,B选项符合图示。9. 混合气体平均相对分子质量温度(压强)()图像例9 可逆反应2A+B2C(g)+Q(Q0)随T()变化气体平均相对分子质量的变化如图所示,则下列叙述中正确的是( )A. A和B可能都是固体 B. A和B一定都是气体 C. A和B可能都是气体 D. 若
9、B为固体,则A一定为气体解析 正反应放热则逆反应吸热,观察曲线可知,T升高化学平衡向逆向移动,气体的减小。由平均摩尔质量定义可判断:T升高,A和B都是固体时,只有1种气体C,不变;A和B是气体时,气体不变,变大,减小,符合题意,但不是绝对惟一的;当B为固体A为气体时,气体的不变,但变小,同样导致减小,故正确答案为C、D。10. 由体积分数温度()图像判断平衡进程例10 在容积相同的不同密闭容器内,分别充入同量的,在不同温度,任其发生反应,在第7秒时分别测定其中的体积分数,并绘成下图曲线。(1)A、B、C、D、E中,尚未达到化学平衡状态的点是_。(2)此反应的正反应是_热反应。(3)AC段曲线是增函数曲线,CE段曲线是减函数曲线,试从化学反应速率和化学平衡角度说明理由为_。(4)v正_v逆。解析 该曲线表明在相同时刻不同温度时的情况,C点是最大点也是转折点,说明C点达到了化学平衡状态,C点之前的A、B点尚未达到平衡;C点之后,T升高,下降,说明正反应为放热反应;AC段化学反应尚未平衡,受速率控制,T升高,反应速率加快,增大为增函数;CE段达到平衡后受平衡因素控制,T升高,平衡向吸热的逆向移动,故下降为减函数。6