1、 化学平衡的有关图像问题（二） （ 作者：郑文 2006、 12、 18） 一、教学内容 1.化学平衡图象的特征分析 2.化学平衡问题研究的重要思维方 3.有关转化率的判断计算 二、学法指导 （ 一）化学平衡的图象问题研究 1. 作用： 化学反应速率和化学平衡的有关理论具有一定的抽象性， .运用各种图象能直观地反映可逆反应的变化规律及特点， .能从定性和定量两方面来分析和研究变化的因素、方向和程度 . 2.方法： (1)注重纵坐标和横坐标所对应的物理量 .,只要其中一个物理量改变，就可能导 致图象的改变 . 例如 对一可逆反应从起始到达平衡，某反应物的 A 的百分含量 )、 A 的转化率 A分
2、别对时间作图，曲线正好相反 . t1 t A 的百分含量与时间关系 A 的转化率与时间关系 （ 2） 弄清纵坐标和横坐标两种物理量之间的相互关系。 .作图或析图时要注意变化的方向、趋势、程度， .如考虑是直线还是曲线？是上升还是下降？到一定时是否会不再改变？若是两条或两条以上的直线，斜率是否相同？若是两曲线，它们的曲率是否相等？这一系列的问题必须思考清楚。 . （ 3） 抓住关键的点： 如原点、最高点、最低点、转折点（拐点）、交点等 .。同样有一系列问题值得去好好思考，如该不该通过原点？有没有最高（或最低）点？为何有转折点、交点等？ 3.图象类型 （ 1）横坐标 时间（ t） 纵坐标 反应速率
3、（ v） 或某物质浓度（ C）或某成分 的百分含量（ A%） 或某反应物的转化率（ A） 特点： 可逆反应从非平衡到达平衡以前， v、 C、 A% 、 A均随时间（ t）变化，到达平衡后，则不随时间而改变 .。图象中一定将出现平行于横坐标的直线，简称“平台” . tt1 A% A 出现转折“平台”的先后取决于达到平衡所需要的时间 .而时间的长短又取决于反应速率的大小 . 温度（ T）一定，压强（ P）越大， V 正 、 V 逆 越大， t越小 压强（ P）一定，温度（ T）越大， V 正 、 V 逆 越大， t越小 T、 P一定，使用 正催化剂后 V 正 、 V 逆 均增大， t缩小 . “平
4、台”的相对高低，则由外界条件对平衡的影响来决定 .“平台”越高，说明条件越有利于纵坐标对应物理量的提高 .反之，则不利 . 故可根据图象特点来分析可逆反应特点 . 例 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 0 B.T1 T2,P2 P1,m n P,Q 0 C.T2 T1,P2 P1,m n P,Q 0 D.T1 T2,P2 P1,m n P,Q 0 解析 ：根据达到平衡的时间长短 ,可断定 T2 T1,P2
5、 P1 根据“平台”高低，可断定 低温有利于 B%增大，说明逆反应是放热反应，即正反应为吸热， Q 0 高压有利 B%增大 ,说明增大压强 ,平衡逆移，故 m n P. 由此可知，本题答案： 例 2 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 解析 :达平衡所需时间 b a 正逆反应速率 b a 改变条件后 x不变 平衡不移动 该可逆反应 Vg 0 可加催化剂或加压 答案 : 在反应速率（ v）
6、时间（ t）图象中，在保持平衡的某时刻 t1改变某一条件前后， V正 、 V 逆 的变化有两种： V 正 、 V 逆 同时突破 温度、压强、催化剂的影响 V 正 、 V 逆 之一渐变 一种成分浓度的改变 xO 时 间ba%BtT1 1P、T1 P2、2T 2P现图示如下： 图 改变条件 增加反应物浓度 降低生成物浓度 升温或加压（ ng 0） （ 5）在浓度 C时间 t图象中 改变温度瞬间，各物浓度不变，故平衡虽破坏，但各物质的浓度变化均连续 . 改变压强瞬间，各物质浓度（气体）均 突变 .加压 突增，减压 突减 . 改变某一成分浓度时，该成分浓度突变，其它物质不变，故变化是连续的 . 例 3
7、. 可逆反应 N2 3H2 2NH3 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？ V正逆VV正V逆V正V逆VttVVV逆正 正V= 逆V 0降温或减压（ ng 0） 使用正催化剂或加压（ ng 0） 使用负催化剂或减压（ ng 0） tVV正V逆V逆V正逆V正V浓间时 (t)度C1234NHH 23t 1 t t2 3 (t)时 间41231t t 2 3tNH 3N 2图 1 图 2 解析 图 1中 t2 t3曲线与原来连续变化，说
8、明只可能为改变 _引起 .NH3浓度下降 ,H2浓度增大 ,说明平衡是逆向移动 ,故变化的条件是 _. 图 2中 ,t2时改变条件前后 NH3的浓度连续变化，而 N2浓度突变，说明只能是增加_浓度引起，平衡正向移动 . 例 5.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 解析：使用催化剂，同等程度改变正逆反应速度，缩短达到平衡所需时间，但不改变平衡状态。故不论有无催化剂，达到平衡时同一成分的百分含量相同。所以选项 A 错 _对。选项 D 中似乎达平衡所需时间长短合理，但使用
9、催化剂，反应速率不但不增大，反而减小，显然不合理。本题正确选项： _ 例 6.2.右图为条件一定时 ,反应 2NO O2 2NO2 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 C B.A 和 E C.E D.A 和 C 解析：当条件一定时，反应的最大转化率一定是达平衡状态时。该图像与初中所学的溶解度曲线很相似。 A、 D 所在的曲线上所有的点均为平衡时的状态。曲线上下的点均为非平衡时的状态。反应从非平衡自发达平衡。从图中可看出， B、 C 所在状态的转化率小于该温度平衡
10、时。说明反应正向 _方向移动。即 V 正 V 逆 。而 E 所在状态的转化率大于该温度平衡时的，说明反应正向逆反应方向移动。即 V 正 V 逆 。故本题选 _.。 (2)横标 温度 T 纵标 百分含量 A% 或转化率 A 或反应速率 C 特点： 横坐标为 T时，纵标对应的各物理量均随 T变化而变化 . 若测得在不同温度下经过足够长时间达平衡时 A%、 A、 C 均随 T 单调变化 . 若测得在不同温度下经过同一时间在某一时刻测得 A%、 A、 C 随 T 变化而可能呈现先上升 达最高点 下降的变化趋势 DC%BtVAt%C A VababV 正逆V a ba正V逆VTNO( )OAB C DE
11、例 7 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 解析 由图象可知 :T ,Y . G% ,R% . 由反应可知 :T ,平衡正移 . 反应物 . 答案 :_ 例 5 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
12、、 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 解析 随着温度的升高反应速率加快 .从 G到 H、 I， AB3%所占的体积分数降低，能得出正反应是放热反应； E、 F两点 AB3%比 G点低，原因是低温下反应速率慢，反应未达平衡状态 .选 _ (二 )解决化学平衡问题的重要思维方法 1.可逆反应“不为零”原则 . 可逆性是化学平衡的前提，达到平衡时应是反应物和生成物共存的状态，每种物质的量不为零 . 一般可用极限分析法推断 . 即假设反应不可逆，则最多生成产物多少，有无反应物剩余，余多少 .这样的极值点是不可能达到的，故可用确定某些范围或在范围中
13、选择合适的量 . 例 3 在一定温度下将 1 molCO和 1mol水蒸气放在密闭容器中反应： CO H2O CO2 H2,达平衡后测得 CO2为 0.6mol，再通入 4mol水蒸气，达新平衡后 CO2的物质的量可能是 A.0.6mol B.1mol C.0.8mol D.1.2mol 解析 加入 H2O（ g）平衡正移， n CO2 0.6mol但不可能任意增大 ,根据“不为零”原则， 1molCO即使完全反应也只可能生成 1molCO2，所以 0.6mol nCO2 1mol.答案 _合适 2.“一边倒”原则 1.0 11 0 5 aPP1 01.0 1 6 aP1 01.0 1 7 a
14、Y(T)温度AB %3T EF G HI可逆反应，在条件相同时（等温等容），若达到等同平衡，其初始状态必须能互变，从极限角度看，就是各物质的物质的量要相当 .因此可以采用一边倒的原则来处理以下问题： （ 1） 化学平衡等 同条件（等温等容） aA(g) bB(g) cC(g) 始 a b 0 平衡态 始 0 0 c 平衡态 始 x y z 平衡态 为了使平衡 根据“一边倒”原则，即可得 xcaz a axcz 1 ycbz b bncz 1 例 8 温度、催化剂不变，向某一固定体积的密闭容器内按下列各组物质的量加入H2、 N2、 NH3，反应达平衡时；氨气浓度最大的一组是 A B C D H2
15、 6 1 3.5 5 N2 2 0 1 1.5 NH3 0 4 2 1 解析 2NH3 N2 3H2.根据反应“一边倒”换算 . B 0 2 6 1 7 C 0 2 3 3.5 6.5 D 0 2 1.5 5 6.5 由此可知，符合题意的是 _ 3.“过渡态”方法 . 思路：相同倍数增加各种反应物的浓度，相当于增大体系压强，根据平衡移动方向来确定转化率的变化情况 . 例 9. .一真空密闭容器中盛有 molPCl5,加热到 200 时发生反应 .PCl5(g) PCl3(g)Cl2(g),反应达到平衡时 ,PCl5所占体积百分数为 M%.若在同一温度和同一容器中 ,最初投入的是 2molPCl
16、5 ,反应达平衡时 ,PCl5 所占体积百分数为 N%,则 M 和 N 的正确关系是 A.M N B.M N C.M N D.无法比较 解析：从 molPCl5 到 2molPCl5 投料，相当于增大体系压强，对该可逆反应而言，促使平衡逆移，反应达平衡时 ,PCl5 所占体积百分数增大，故选 _ 巩固练习 （一）选择题 1 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，随湿度变化的情况，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（ ） A N2+2H2 2NH3 H 0 B H2+I2 2HI+ H 0 C 2SO3 2SO2+O2 H 0
17、 D 4NH3+5O2 4NO+6H2O H 0 2 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 (正 )、 (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秒曲线变化的原因因是（ ）
18、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升高了反应的湿度 4可逆反应 N2O5 N2O4+21 O2 H 0 在 t1 时达到 平衡，然后在 t2时开始加热，至一定湿度后停止加热并 增温，到 t3时又建立平衡，下列各图解表示上述情况的是（ ） A B C D 5可逆反应 aX(气 )+bY(气 ) cZ(气 )+dW(气 ) H=Q 在压强 P1、 P2 湿度 T1、 T2下，产物 W 的质量与反应时间 t 的关系如图。下列各项正确的是（ ） A P1 P2 B Q 0 C T1 T2 D c+d a+b 6都符合两个图象的反应是（ C%表法反应物质量分数， v
19、 表示速率， P 表示压强， t表示时间）（ ） A N2O3(g) NO2(g)+NO(g) H 0 B 2NO2(g)+H2O(1) 2HNO3(1)+NO(g)+ H 0 C 4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g) H 0 D CO2(g)+C(s) 2CO(g) H 0 （ 1） （ 2） 7对于反应 A(气 )+2B(气 ) 2C(气 ) H 0，下面各图能正确反映在这一反应中，反应时间 t，湿度 T 与平衡混合物中 C 的百分含量关系的是（ ） A B C D 8在密闭容器中发生反应 2SO2+O2 2SO2(气 )，起始时 SO2 和 O2 分别为 20mol
20、 和10mol，达到平衡时， SO2的转化率为 80%，若从 SO3 开 始进行反应，在相同的条件下，欲使平衡时各成分的体积分数与前者相同，则起始时 SO3的物质的量及 SO3的转化率分别为（ ） A 10mol 和 10% B 20mol 和 20% C 20mol 和 40% D 30mol 和 80% 9右图中， 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，若使 a 曲线变 为 b 曲线，可采取的措施是（ ） A降低湿度 B增大 Y 的浓度 C加入催化剂 D增大体系压强 10在密闭容器中发生反应： aX(气 )+bY(气 ) cZ(气 )+
21、dW(气 )，反应达到平衡后，保持湿度不变，将气体压缩到原来的 21 体积，当再次达到平衡时， W 的浓度为原平衡的 1.8 倍，下列叙述中不正确的是（ ） A平衡向逆反应方向移动 B a+b c+d C Z 的体积分数增加 D X 的转化率下降 11对于可逆反应： A2(g)+3B2(g) 2AB3(g)+Q(Q 0)，下列图像中正确的是（ ） C %t t t500 C200 C500 C o200 C oC %oC %o200 C o500 C o C %t200 C o500 C o12在等温、等容条件下有下列气体反应： 2A(g)+2B(g) C(g)+3D(g)。现分别从两条途径建
22、立平衡： .A 和 B 的起始浓度均为 2mol L 1； .C 和 D 的起始浓度分别为2mol L 1 和 6mol L 1.下列叙述正确的是（ ） A和两途径最终达到平衡时，体系内混合气体的体积分数相同 B和两途径最终达到平衡时，中 A 的转化率与中 B 的产率之和不为 1 C达到平衡时，途径的反应速率 (A)等于途径的反应速率 (A) D达平衡时，第条途径混合气体的密度为第条途径混合气体密度的 1/2 （二）填空题 13在一固定容积的密闭容器中， 1molHI 气体建立如下平衡 2HI H2(g)+I2(g)，此时 HI 的转化率为 25%，其它条件不变时再充入 1molHI 的气体，
23、重新平衡后 HI 的转化率为（ ） 23%（填“”“”或“ =” 14对于吸热反应 A(g)+B(g) C(g)+D(g) A 的转化率与压强（ P）和湿度（ T）的关系如 图所示则 T1、 T2、 T3 的关系是 _. 15在一定条件下，可逆反应 A+B Mc 的变化如右图所示，已知坐标表示在不同湿度和 压强下生成物 C 在混合物中的质量分数， p 为反应在 T2的湿度时达到平衡后向容器加压的变化 情况，问： （ 1）湿度 T1_T2(填、或 = . （ 2）正反应是 _反应（填吸热或和热） . （ 3）如果 A、 B、 C 均为气体，则 m_ 2（填、或 = （ 4）当湿度和容积不变时，如
24、在平衡体系中 加入一定量的某稀有气体，则体生活费的压强 _，平衡 _移动 . 16可逆反应 2A(g)+B(g) nC(g) H=Q，图甲为同温度不同压强时，混合气体中 A的体积分数 A%随反应时间变化的曲线；图乙为同一压强不同湿度时，混合气体中 A 的体积分数 A%随反应时间变化的曲线试根据曲线确定 甲 乙 （ 1） P1 与 P2关系 _， n_3（填、或 = （ 2） T1与 T2的关系是 _， Q_0（ 填、或 = 17某化学反应 2A B+D 在四种不同条件下进行， B、 D 起始浓度为见反应物A 的浓度 (mol/L)B 随反应时间（ min）的变化情况如下表： 实验 序号 时 浓
25、 间 度 湿度 0 10 20 30 40 50 60 1 800 1.0 0.80 0.67 0.57 0.50 0.50 0.50 2 800 C2 0.60 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 3 800 C3 0.92 0.75 0.63 0.60 0.60 0.60 4 820 1.0 0.40 0.25 0.20 0.20 0.20 0.20 根据上述数据，完成下列填空： （ 1）在实验 1，反应在 10 至 20 分钟时间内平衡速率为 _mol(L min). （ 2）在实验 2， A 的初始浓度 C2=_mo/L，反应经 20 分钟就达到平衡，可推测实验 2 中还隐隐约约含的条件是 _。 （ 3）设实验 3 的反应速率为 V3，实验 1 的反应速率为 V1，则 V3_V1（填 、 =、 ，且 C3_1.0mol/L（填 、 =、 （ 4）比较实验 4 和实验 1，可推测该反应是 _反应（选填吸热、放热）理由是 18二氧化氮在加热条件下能够分解成一氧化氮和氧气。该反应进行到 45 秒时，达到平衡（ NO2浓度约为 0.0125mol/L）。右图中的曲线表示二氧化氮分解反应在前 25 秒内的反应进程。 （ 1） 请计算前 20 秒内氧气的平均生成速度： （ 2） 若反应延续至 70 秒，请在图中用实线画出
