化學平衡圖像解題策略探究

張世華

摘要：化學平衡圖像反應了平衡體系中各組成成分在反應過程中的濃度、反應速率隨時間的變化規律，以及物質的平衡濃度（c）或反應物的轉化率（α）隨溫度（T）或壓強（p）的變化規律，以及其它一些化學量為函數隨另一個為自變量的化學量的變化而變化.這類問題滲透著數學中的函數思想、解析幾何思想，應用數形結合才能解決問題.

關鍵詞：平衡；圖像；方法

解決化學平衡圖像問題的一般步驟是：

解題過程中要把握這幾個技巧

（1）先拐先平：在含量（轉化率）—時間曲線中，先出現拐點的先達到平衡，說明該曲線反應速率快，表示溫度較高、有催化劑、壓強較大等.

（2）定一議二：當圖像中有三個量時，先確定一個量不變，再討論另外兩個量的關系，有時還需要作輔助線.

（3）三步分析法：一看反應速率是增大還是減小；二看v正、v逆的相對大小；三看化學平衡移動的方向.

一、濃度—時間圖像問題

例1已知NO2和N2O4可以相互轉化：2NO2（g）N2O4（g）（正反應為放熱反應）.現將一定量NO2和N2O4的混合氣體通入一體積為1 L的恒溫密閉容器中，反應物濃度隨時間變化關系如圖所示，回答下列問題：

（1）圖中共有兩條曲線X和Y，其中曲線表示NO2濃度隨時間的變化；a、b、c、d四個點中，表示化學反應處于平衡狀態的點是.

（2）前10 min內用NO2表示的化學反應速率v（NO2）=mol·L-1·min-1；反應進行至25 min時，曲線發生變化的原因是

.

（3）若要達到與最后相同的化學平衡狀態，在25 min時還可以采取的措施是.

A.加入催化劑B.縮小容器體積

C.升高溫度D.加入一定量的N2O4

解析：

（1）曲線X在0～10 min達到平衡時濃度變化了04 mol·L-1，而曲線Y在0～10 min達到平衡時變化了0.2 mol·L-1，所以可得X曲線為NO2的濃度變化曲線；達到平衡時濃度不再隨時間而發生變化，所以b、d點均表示反應已達到平衡狀態.

（2）NO2在0～10 min達到平衡時濃度變化了0.4 mol·L-1，所以用NO2表示的反應速率為004 mol·L-1·min-1；而在25 min 時，NO2的濃度由06 mol·L-1突變為10 mol·L-1，而N2O4的濃度在25 min時沒有發生改變，所以可得此時改變的條件是向容器中加入了04 mol NO2.

（3）加入NO2后平衡正向移動，所以若要達到與最后相同的化學平衡狀態，還可通過增大壓強（縮小容器體積），使平衡也同樣正向移動；或者采取降低溫度的方法，使平衡正向移動；也可以向容器中充入一定量N2O4，因為這樣相當于增大容器中氣體的壓強，使得NO2的轉化率提高，即達到與最后的平衡相同的平衡狀態.即選BD

點評濃度—時間圖像能說明平衡體系中各組分在反應過程中的濃度變化情況，解該類圖像題要注意各物質曲線出現折點（達到平衡）的時刻相同，各物質濃度變化的內在聯系及比例符合化學方程式中的化學計量數關系.

二、速率、平衡綜合圖像問題

例2下面是某化學研究小組探究外界條件對化學反應速率和化學平衡影響的圖像，其中圖像和實驗結論表達均正確的（）是

A.①是其他條件一定時，反應速率隨溫度變化的圖像，正反應ΔH<0

B.②是在平衡體系的溶液中溶入少量KCl晶體后化學反應速率隨時間變化的圖像

C.③是在有無催化劑存在下建立的平衡過程圖像，a是使用催化劑時的曲線

D.④是一定條件下，向含有一定量A的容器中逐漸加入B時的圖像，壓強p1>p2

解析根據圖像①，升高溫度，平衡正向移動，正反應ΔH>0，A錯；②反應實質是Fe3++3SCN-Fe（SCN）3，K+和Cl-不參加化學反應，KCl濃度增大不影響化學平衡，B錯；③使用催化劑，反應速率加快，先達到平衡，C正確；④此反應為反應前后氣體物質的量不變的化學反應，改變壓強不影響平衡狀態，即不影響A的轉化率，且由于不斷加入B，A的轉化率增大，D錯.

點評引起反應速率變化的因素較多，可能是吸放熱引起的溫度變化，也可能是使用催化劑等等，因此要抓住各階段的主要矛盾，認真分析.

三、含量（轉化率）—時間—溫度（壓強）圖像

例3密閉容器中進行的可逆反應：aA（g）+bB（g）cC（g）在不同溫度（T1和T2）及壓強（p1和p2）下，混合氣體中B的質量分數w（B）與反應時間（t）的關系如圖所示.下列正確的是（）

A.T1c，正反應為吸熱反應

B.T1>T2，p1

C.T1p2，a+b

D.T1>T2，p1>p2，a+b>c，正反應為放熱反應

解析由（T1，p1）和（T1，p2）兩條曲線可以看出：①溫度相同（T1），但壓強為p2時達到平衡所需的時間短，即反應速率大，所以p2>p1；②壓強較大（即壓強為p2）時對應的w（B）較大，說明增大壓強平衡逆向移動，則a+bT2；②溫度較高（即溫度為T1）時對應的w（B）較小，說明升高溫度平衡正向移動，故正反應為吸熱反應.所選答案為B

點評當圖像中有三個變量時，先確定一個量不變，再討論另外兩個量的關系，這叫做“定一議二”.解答該題要綜合運用“定一議二”和“先拐先平”的原則.

四、恒溫線（或恒壓線）圖像

例4有一化學平衡mA（g）+nB（g）pC（g）+qD（g），如圖表示的是A的轉化率與壓強、溫度的關系.下列敘述正確的是（）

A.正反應是放熱反應；m+n>p+q

B.正反應是吸熱反應；m+n

C.正反應是放熱反應；m+n

D.正反應是吸熱反應；m+n>p+q

解析圖像中有三個量，應定一個量來分別討論另外兩個量之間的關系.定壓強，討論T與A的轉化率的關系：同一壓強下，溫度越高，A的轉化率越高，說明正反應是吸熱反應；定溫度，討論壓強與A的轉化率的關系：同一溫度下，壓強越大，A的轉化率越高，說明正反應是體積縮小的反應，即m+n>p+q.選D

點評恒溫線（或恒壓線）圖像要抓住常見類型，準確分類，具體掌握，要運用“定一議二”的原則，定壓強，討論轉化率與溫度的關系，定溫度，討論壓強與轉化率的關系.

參考文獻：

[1]徐文華.元素推斷題知識歸納及其應用[J].新高考（物理化學生物），2007（03）：43-44.

[2]高淑平.推斷元素位置和名稱的技巧和方法[J].高中數理化，2009（04）：51-52.