化學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生的讀圖能力、分析能力等特點成為化學學科中的重要題型之一，尤其在化學平衡中得到了很好地體現。

筆者將化學平衡中的圖像題進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正逆反應速率相對大小來判斷平衡的移動方向或是否達到平衡狀態。

類型二：物質參數-時間圖像（如圖2、圖3所示）

解答要點物質參數可以是物質的量、質量、質量分數、物質的量分數、轉化率等。依據這些參數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是否已經達到平衡狀態。

類型三： 物質參數-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），再根據物質參數隨溫度或壓強的變化來判斷反應的焓變或氣體分子數的變化。

類型四：物質參數-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參數的影響進而確定該反應的焓變；然后固定溫度不變分析壓強的改變對物質參數的影響進而確定反應前后氣體分子數目的變化。

二、非常規圖像

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SO2（g）+NO2（g）SO3（g）+NO（g）達到平衡，正反應

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論是（ ）。

A.反應在c點達到平衡狀態

B.反應物濃度：a點小于b點

C.反應物的總能量低于生成物的總能量

D.Δt1=Δt2時，SO2的轉化率：a～b段小于b～c段

解析這是一個反應前后體積不變的可逆反應，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的進行正反應速率逐漸增大，因為只要開始反應，反應物濃度就要降低，反應速率應該降低，但此時正反應速率卻是增大的，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，從而導致容器內溫度升高反應速率加快，所以選項C不正確；但當到達c點后正反應速率反而減小，說明此時反應物濃度的影響是主要的，因為反應物濃度越來越小了。但反應不一定達到平衡狀態，所以選項A、B均不正確；正反應速率越快，同樣時間段內消耗的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反應的所有因素，進而判斷出某一時間段影響速率的主導因素是什么，最終得出結論。

類型二：v正（v逆）-壓強（溫度）圖像

例2下列反應符合圖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，正逆反應速率均增大，且后一階段正反應速率大于逆反應速率，即平衡向正反應方向移動。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速率的影響結果來選出符合圖像要求的反應。

類型三：物質參數-溫度圖像

例3已知可逆反應：X（g）+Y（g）E（g），現將X和Y

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

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

（2）達到平衡后，升高溫度，化學反應速率增大程度較小的是（填“v正”或“v逆”）。（3）此可逆反應的正反應是（填“放熱反應”或“吸熱反應”）。

解析由圖可知，B之前X的體積分數從最大逐漸降低，而B之后X的體積分數增大，說明B之前是反應沒有達到平衡狀態，而B點時恰好平衡，B點之后是溫度升高使平衡向左移動，所以逆反應是吸熱反應。

（1）B點處于平衡狀態，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，平衡向逆反應方向發生移動，故v正

（2）由于逆反應方向為吸熱反應，達到平衡后，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，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，所以逆反應是吸熱反應，故正反應為放熱反應。

答案：（1）則v正=v逆； v正

（2）v正

（3）放熱反應

類型四：物質參數 - 物質的量圖像

例4某化學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）化學平衡狀態的影響，得到如圖11所示的曲線（圖中T表示溫度，n表示物質的量）。下列判斷正確的是 （ ）。

A.在T2和n（A2）不變時達到平衡，AB3的物質的量大小為：c>b>a

B.若T2>T1，則正反應一定是放熱反應

C.達到平衡時A2的轉化率大小為：b>a>c

D.若T2>T1，達到平衡時b、d點的反應速率為vd>vb

解析由圖可知，橫坐標為B2的物質的量，增大一種反應物的量必然會促進另一種反應物的轉化。則B2越大，達到平衡時A2的轉化率越大，生成物的物質的量越大，則平衡時AB3的物質的量大小為：c>b>a，故A正確。

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

由圖可知，橫坐標為B2的物質的量，增大一種反應物的量必然會促進另一種反應物的轉化，則B

2越大，達到平衡時A2的轉化率越大，生成物的物質的量越大，則平衡時A2的轉化率大小為：c>b>a，故C錯誤。

溫度越高速率越快，溫度T2>T1，達到平衡時b、d點的反應速率為vd

答案：A

解答要點物質參數-物質的量圖不能根據點的高低來判斷某些量的大小關系，應根據橫坐標物質的量的增加對該反應其他物質轉化率或平衡的移動來判斷。

類型五：轉化率-壓強、溫度圖像

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

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

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

答案：D

解答要點轉化率-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改點與垂線方向上曲線上的點進行對比進而判斷平衡的移動方向和速率的相對大小。

類型六：與面積有關的圖像

例6在容積固定的密閉容器中，進行可逆反應：

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

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

A.X的濃度的減少

B.Y的物質的量的減少

C.Z的濃度的增加

D.X的物質的量的減少

解析分析該試題時，我們事先應該知道各個面積所表達的意義，借助圖13可以分析出，S（abco）表示Y向正反應方向進行時減少的濃度或Z增加的濃度，而S（boc）則表示Y向逆反應方向進行時增大的濃度或Z減少的濃度，所以，S（aob）=S（abco）- S（boc）表示的是Y向正反應方向進行時“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橫縱坐標以及速率的變化從正逆反應雙方來確定具體區域對應的物質濃度的變化，進而進行解答。

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：

2NO2（g）O2（g）+2NO（g）；ΔH>0

達到平穩。當改變其中一個條件X，Y隨X的變化符合圖14中曲線的是（ ）。

A.當X表示溫度時，Y表示NO2的物質的量

B.當X表示壓強時，Y表示NO2的轉化率

C.當X表示反應時間時，Y表示混合氣體的密度

D.當X表示NO2的物質的量時，Y表示O2的物質的量

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

答案：A、B

例9.右圖Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分別代表反應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物的百分含量

C.平衡混合氣中一種生成物的轉化率

D.平衡混合氣中一種反應物的轉化率

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物的百分含量，①③增大壓強，平衡向正反應方向移動，反應物的含量減??；④增大壓強，平衡向逆反應方向移動，則反應物的含量增大，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化率，①③增大壓強，平衡向正反應方向移動，生成物的轉化率減小；④增大壓強，平衡向逆反應方向移動，則生成物的轉化率增大，與圖像不符合。C錯誤。

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

答案：D

解答要點開放型圖像經常采用的方法是代入法，根據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。

（收稿日期：2015-01-15）