例析化学平衡图像问题

赵园园

化学平衡图像题，是高中化学的重点、难点问题，也是高考的常考题型。特别是在图表题比重有所增加的现阶段，化学平衡图像题的考查频度也有所增加。

从考察类型看：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. 以速度-时间（v-t）图像计算平衡浓度

图1例1在容积固定为2 L的密闭容器中，充入X、Y气体各2 mol，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v正、v逆与时间t的关系如图1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）（ ）。

A.2-SaObB.1-SaOb

C.2-SabdOD.1-SbOd

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SaOdb，Y增加的浓度表示为SObd，则Y的平衡浓度表示为：1-（SaOdb-SObd），故选B。

2. 以v-t图像描述化学平衡移动的本质

例2已知合成氨的反应为：N2（g）+3H2（g）2NH3（g），ΔH=-92.4 kJ·mol-1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

图2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2所示，下列表述中正确的是（ ）。

A. 反应的化学方程式为2MN

B.t2时v正=v逆，达到平衡

C.t3时v正>v逆

D.t1时浓度c（N）=2c（M）

解析 解题关键是抓住起点和t1、t2、t3等特殊点，在0到t2时间内（或选取0到t3之间的任一点）n（N）从8 mol到4 mol减少了4 mol，n（M）从2 mol到4 mol增大了2 mol，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）。t2时n（N）=n（M），瞬时浓度也相等，但浓度变化 并不相等，实际是v正>v逆，t3时n（N）、 2n（M）不再改变，达到了平衡状态v正=v逆，t1时n（N）=2n（M），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，1 L密闭容器中进行反应：H2（g）+I2（g）2HI（g），以不同的方式加入反应物或生成物均达到平衡（如图3）

图3（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，如表1。

（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v正=v逆≠0，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

图4例5反应2X（g）+Y（g）2Z（g）+Q，在不同温度（T1和T2）及压强（p1和p2）下，产物Z的物质的量与反应时间t的关系如图4所示，下述判断正确的是（ ）。

A.T1p2

C.T1>T2，p1>p2D.T1>T2，p1

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p1>p2；若从纵坐标nZ来分析，p2→p1，nZ增大，平衡向正向移动，对照反应特征（气体体积减小）可知p1>p2。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T1>T2，或从n（Z）来分析，T1→T2减小，平衡向逆向移动（正向放热则逆向吸热），说明T1>T2，选C。

6. 以转化率（体积分数）-压强、温度（R（φ）-p、T）图像判断平衡状态

图5例6如图5，条件一定时，反应2NO+O22NO2，ΔH<0中NO的转化率与T变化关系曲线图，图中有a、b、c、d 4个点，其中表示未达到平衡状态，且v正

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

解析a、b在曲线上为平衡点，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V正

7. 根据R（质量分数w、体积分数φ）-p、T图像判断反应特征

例7已知反应mA（g）+nB（g）xC（g）+yD（g），A的转化率RA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，m+n>x+y

B. 正反应吸热， m+n

C.正反应放热，m+n>x+y

D. 正反应放热， m+n

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，m+n>x+y，故选A。

8. 由v-p（T）图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. 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 根据勒沙特列原理，增大p，V正、V逆都增大，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，V正斜率大，即随p增大V正增大的多，故V正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）

例9可逆反应2A+B2C（g）+Q（Q>0）随T（℃）变化气体平均相对分子质量Mr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Mr减小。由平均摩尔质量定义M=m总n总可判断：T升高，A和B都是固体时，只有1种气体C，Mr不变；A和B是气体时，气体m总不变，n总变大，Mr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n总不变，但m总变小，同样导致Mr减小，故正确答案为C、D。

8. 由体积分数-温度（φ-T）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N2和H2，在不同温度，任其发生反应N2（g）+3H2（g）2NH3（g），在第7秒时分别测定其中NH3的体积分数φ（NH3），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）T1到T2变化时，V正V逆；T3时，V正V逆T4、T5时，V正V逆。

解析 该曲线表明在相同时刻不同温度时φ（NH3）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，φ（NH3）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，φ（NH3）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φ（NH3）下降为减函数。

T1→T2，V正>V逆；T3时，v正=v逆。T4、T5时，V正=V逆。