化学速率图像和化学平衡图像专题的教学案(修正版)(推荐文档)

化学速率图像和化学平衡图像

一.物质的量浓度(物质的量)-时间图像

第1种类型:此类图象描述了一个可逆反应在一定条件下建立化学平衡的过程,能说明平衡体系各组分(某一组分)在平衡建立过程中的变化情况(平衡建立的过程图)

例1.一定温度下,在2L 的密闭容器中,X 、Y 、Z 三种气体的物质的量随时间变化的曲线如右图所示,下列描述正确的是( )

A.反应开始到10 s,用Z 表示的反应速率为0.158mol/(L ·s)。

B.反应开始到10s,X 的物质的量浓度减少了0.79 mol/L 。

C.反应开始到10s 时,Y 的转化率为79.0%。

D.反应的化学方程式为:X(g)+Y(g)=Z(g)。

例2.在一定温度下,容器内某一反应中M 、N 的物质的量随反应时间变化的曲线如下图,下列表述中正确的是（ ） A.反应的化学方程式为:2M ≒N 。 B.t 2时,正逆反应速率相等,达到平衡。 C.t 3时,正反应速率大于逆反应速率。 D.t 1时,N 的浓度是M 浓度的2倍。

例3.今有X(g)+Y(g)≒2Z(g) △H<0,从反应开始经过t 1后达到平衡状态,t 2 时由于条件改变,平衡受到破坏,在t 3时又达到平衡,引起t 2→t 3曲线变化的原因是( ) A.增大X 或Y 的浓度 B.增大压强 C.增大Z 的浓度 D.升高温度

例4.合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义,对于密闭容器中的反应：N 2(g)+3H 2(g)≒2NH 3(g),673K,30MPa 下n(NH 3)和n(H 2)随时间变化的关系如下图所示。下列叙述正确的是( )

n

t 2

· ·

·

· · a b c

d

e

NH 3

H 2 0

t 1 t

A.点a的正反应速率比点b的大。

B.点 c处反应达到平衡。

C.点d(t

1时刻)和点e(t

2

时刻)处n(N

2

)不一样。

D.其他条件不变,773K下反应至t

1时刻,n(H

2

)比上图中d点的值大。

第2种类型:以物质的量浓度(物质的量)-时间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:H

2(g)+I

2

(g)≒2HI(g),以不同的方式加入反应物

或生成物均达到平衡。

(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,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V

正

=V逆,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。【解题方法指导】

解答物质的量浓度(物质的量或转化率)-时间图像,要弄清楚以下三个问题。

1.看清起点,确定反应物和生成物:浓度减小的为反应物,浓度增大的为生成物,一般生成物多数以原点为起点。

2.看清终点,确定在相同时间段内,反应物的消耗量和生成物的增加量,反应物的消耗量和生成物的增加量之比,等于化学方程式中对应的化学计量数之比。

3.看清描述物质用量曲线的折点,确定可逆反应达到平衡的时刻。

二.速率-时间图像

(一).全程速率-时间图像

例5.Zn与足量盐酸的反应,反应速率随时间的变化情况如下图所示。

(1)AB段速率渐增的原因:因反应放热,随反应的进行,温度渐增,导致反应速率的渐增；

(2)BC段速率渐小的主要原因:随反应的迸行,溶液中C(H+)渐小,导致反应速率的减小。

例6.氯酸钾和亚硫酸氢钠发生氧化还原反应生成Cl(-1价)和S(＋6价)

的速率如图所示,已知这个反应速率随着溶液中c(H +)增大而加快。 (1)反应的离子方程式为____________。

(2)t 1～t 2时刻内反应速率增大的原因为_______________________。 (3)t 2～t 3时刻内反应速率又减小的主要原因为________________。 【答案】(1)ClO 3-＋3HSO 3-＝Cl -＋3SO 42-＋3H + (2)开始时,c(H ＋)增大,反应速率加快。(3)随着反应的进行,反应的物浓度减小,反应速率减慢。

【解题方法指导】解答此类图像题时,要抓住各个阶段的主要矛盾—影响速率的主要因素。

(二)速率-时间图像

此类图像定性地揭示了外界条件对反应速率和平衡移动的影响规律,做这类图像题时,要弄清楚以下几个问题：一是分清正逆反应，二是分清是哪个外界因素(浓度、温度、压强、催化

剂)对反应速率和平衡移动的影响。

【思考与交流1】根据以下速率-时间图像回答问题

1.根据速率-时间图像,如何确定平衡移动方向？

2.在速率-时间图像中,其中一条速率曲线连续变化(无断点)、另一速率曲线有断点非连续变化,是哪类外界条件改变引起的？两条速率曲线均有断点非连续变化而是跳跃变化,是哪类外界条件改变引起的？

3.在哪些情况下,外界条件改变,正逆反应速率同时等倍数改变？

4.速率曲线在旧平衡线的上方或下方表示含义是什么？

(1)分清正逆反应,一般正反应速率在上,平衡向正反应方向移动,逆反应速率在上,平衡向

逆反应方向移动。

(2)分清瞬间变化点,一般改变反应物或生成物浓度,图像一点保持连续(无断点);改变反

应体系的压强或改变反应体系的温度,两点突变(一大一小,有断点）。

(3)若平衡无移动,则可能是由于以下原因所导致：针对反应前后气体体积不变改变了压强;使用了催化剂。

例7.对于反应N

2(g)+3H

2

(g)≒2NH

3

(g) △H＜0，其速率—时间图如下图所示;填写改变的

条件及平衡移动的方向。

(1)t

1

时, ,

平衡向移动。

(2)t

3

时, ,

平衡向移动。

(3)t

5

时, ,

平衡向移动。

(4)t

7

时, ,

平衡向移动。

根据反应和图像,判断引起平衡移动的因素。根据引起平衡移动因素和反应方程式，判断反应是吸热或放热，反应前后气体体积的变化情况

例8.在密闭容器,一定条件下进行反应,mA(g)+nB(g)≒pC(g)+qD(g);若增大压强或升高温度,重新达到平衡,变化过程均如图所示,则对该反应叙述正确的是（）

A.正反应是吸热反应

B.逆反应是吸热反应

C.m+n>p+q

D.m+n

(三).以速率-时间图像计算平衡浓度(图像中阴影部分的意义)

例9.在容积固定为2L的密闭容器中进行可逆反应:A(g)+2B(g)≒2C(g),并达到平衡,在此过程中,以B的浓度改变表示的反应速率υ(正)、υ(逆)与时间t的关系如右下图,则图中阴影部分面积表示（）

A.A浓度的减少量

B.B浓度的减少量

C.C物质的量的增加量

D.B的物质的量的减少量

【解析】因为v=△c／△t，△c=v×△t。在反应速率与时间关系图中,一段时间段内,反应应速率曲线扫过的阴影面积是浓度的变化量,本题图中的阴影部分为正反应速率和逆反应速率扫过的阴影面积之差,即B的浓度的减少量。正反应速率扫过的阴影面积就是因发生正反应导致B浓度的减少量;逆反应速率扫过的阴影面积就是因发生逆反应导致B浓度的增加量。

三.速率-温度(压强)图像

【思考与交流2】反应mA(g)+nB(g)≒pC(g)+qD(g),判断反应中m+n与p+q的关系,反应放热还是吸热？

【解题方法指导】

1.此类图像表示的意义是温度或压强对正逆反应速率影响的趋势和程度,分析此类图像时,注意外界条件的改变与正逆反应速率变化的关系,即升高温度(增大压强)正逆反应都增大,只是增大的程度应依据反应方程式的特点来确定。

2.找准平衡点(V

(正)=V

(逆)

,图中的交点是平衡点)

3.根据图像推断达到平衡后,改变温度或压强,平衡移动的方向。如图3达到平衡状态,增大压强正反应速率增大得快,平衡正向移动,说明正反应为气体体积缩小的反应,如图1达到平衡状态,升高温度正反应速率增大得快,平衡正向移动,说明正反应为吸热反应。

四.转化率(百分含量)-时间-温度(压强)图像

【思考与交流3】

(1).反应mA(g)+nB(g)≒pC(g)+qD(g),判断正反应属于放热反应还是吸热反应？

(2).反应mA(g)+nB(g)≒pC(g)+qD(g),判断反应中m+n与p+q大小的关系？

(3).反应mA(g)+nB(g)≒pC(g)+qD(g),判断反应中m+n与p+q的大小关系,正反应属于放热反应还是吸热反应？

(4).反应mA(g)+nB(g)≒pC(g)+qD(g),判断哪种情况使用了催化剂？

则a表示催化剂， b表示催化剂(填使用、不使用)

【解题方法指导】

此类图像描述了温度或压强对平衡移动的影响，图像的折点出现的先后顺序表明了速率大小与温度(压强)高低的关系;而平衡线的高低表示达到平衡时反应物的转化率(百分含量)大小,表明了平衡移动的方向,解答此类图像题时,弄清楚以下3个方面的问题：

(1)纵坐标表示的物理量:纵坐标是指物质的百分含量,还是指反应物的转化率？

(2)达平衡的时间:一定条件下,物质百分含量(反应物的转化率)不再改变时,标志着可逆反应达到平衡,图像折点对应的时间即是达平衡所需要的时间。在其他条件不变时,使用催化剂或温度升高或压强增大,反应速率就大,到达平衡所需要的时间就越短，根据达到平衡所用时间的长短,可以推知温度高低或压强大小或是否使用催化剂,若先出现拐点就先达到平衡,对应的温度就高或压强就大或使用了催化剂-“先拐先平,温度高压强大”。

(3)平衡线的高低:平衡线的高低表示达到平衡时反应物的转化率(百分含量)大小，表明了平衡移动的方向。根据图像,分析温度升高、压强增大时,转化率或百分含量的变化来判断反应前后气体体积是否有变化,正反应是吸热还是放热。

五.转化率(百分含量)-温度-压强图像-恒温线(恒压线)图像

此类图像的纵坐标是指某物质的浓度或反应物的转化率或某物质的百分含量(质量分数或体积分数或物质的量分数),而横坐标是温度或压强,表明温度或压强对平衡移动的影响。【思考与交流4】

反应mA(g)+nB(g)≒pC(g)+qD(g),判断反应中m+n与p+q的大小关系,反应放热还是吸热？

【解题方法指导】

解答此类图像题应注意以下2个方面：

(1)纵坐标所表示的物理量:是指反应物的转化率还是指某物质的百分含量?

(2)该类图像表明温度或压强对平衡移动的影响,采用“定一议二”的方法,固定温度T(压强p),即作横坐标轴的垂线,观察分析纵坐标代表的物理量(转化率或百分含量)随压强

p(温度T)的变化情况,就是温度不变时,根据压强与反应物的转化率(百分含量)间的关系,来判断平衡移动的方向,从而确定了气体物质的化学计量数的关系,或压强不变时,根据温度与反应物的转化率(百分含量)间的关系,来判断平衡移动的方向,从而确定了反应的热效应

六.其他几种特殊的图像

第Ⅰ类:百分含量(转化率)～温度(压强)图像

该类图的纵坐标为物质的平衡浓度(c)或反应物的转化率(α)横坐标为温度(T)或压强(P) 【思考与交流4】反应mA(g)+nB(g)≒pC(g)+qD(g),判断正反应属于放热反应还是吸热反应？。

M 点前,表示化学反应从反应物开始,则v 正>v 逆；M 点为刚达到的平衡点,M 点后为平衡受温度的影响情况,即升温,A%增大(C%减小),平衡左移,ΔH 小于0。 【解题方法指导】

根据转化率(百分含量)-压强或温度图像判断平衡状态，最高点(或最低点)为化学平衡点,最高点(或最低点)的左端曲线,表示反应未达平衡,随温度(T)升高,纵坐标所表示的量递增(或递减),最高点(或最低点)的右端曲线,表示反应已达平衡,随温度升高平衡向吸热反应方向移动。

例10已知可逆反应aA ＋bB ≒cC 中,物质的含量A%和C%随温度的变化曲线如图所示,下列说法正确的是( ) A.该反应在T 1、T 3温度时达到过化学平衡 B.该反应在T 2温度时达到过化学平衡 C.该反应的逆反应是放热反应

D.升高温度，平衡会向正反应方向移动

第Ⅱ类:百分含量(转化率或产率)—压强(温度)平衡图像

此类图像中的曲线为不同温度(或压强)下的平衡点,即曲线上的点为平衡点。 例11.下图为条件一定时,反应2NO ＋O 2≒2NO 2 △H 〈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

【解题方法指导】

当条件一定时,可逆反应达到平衡时,反应物的转化率达到最大值,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。

第Ⅲ类 混合气体平均相对分子质量-温度(压强)图像

例12.可逆反应2A+B ≒2C(g) △H 〈0随T(℃)变化气体平均相对分子质量的变化如下图所示,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,气体的平均摩尔质量减小,由平均摩尔质量=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,平均摩尔质量不变;A 和B 是气体时;混合气体总质量不变，混合气体总物质的量变大,平均摩尔质量减小,符合题意,但不是绝对惟一的；当B 为固体A 为气体时,混合气体总物质的量不变,但混合气体总质量变小,同样导致平均摩尔质量减小,故正确答案为C 、D

T NO

(℃)

O

A

B

C

D

E

第Ⅳ类

例13.在一定条件下，将X 和Y 两种物质按不同的比例放入密闭容器中反应，平衡后测得X ，Y 的转化率与起始时两物质的物质的量之比n x /n y 的关系如图所示，则X ，Y 的反应方程式可表示为(D ) A.2X ＋Y ≒3Z B.3X ＋2Y ≒2Z C.X ＋3Y ≒Z D.3X ＋Y ≒Z 【归纳总结】 一.解题步骤 1.看特征

可逆反应的正反应是属于吸热反应还是属于放热反应？反应前后气体分子数是增大,减少,还是不变？有无纯液体或固体物质参与反应等。 2.识图像

(1)分析纵横坐标及曲线表示的物理量,弄清曲线所代表的是哪些量的关系。

(2)分析曲线的走向和变化趋势(斜率大小、曲线函数的增减性)与纵横坐标的关系。 (3)分析特殊点（曲线的起点、拐点、转折点、终点、最高点、最低点、几条曲线的交叉点)）及其含义。

(4)分析量的变化(浓度的变化、温度的变化、转化率的变化、物质的量的变化) (3)分析辅助线(等温线、等压线、平衡线)

3.想规律: 即联想外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响规律?

4.作出判断:依题意仔细分析作出正确判断?就是看图表是否符合可逆反应的特点，是否符合外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响规律? 二.解题技巧

1.先拐先平,在转化率一时间图上,先出现拐点的曲线先达到平衡，此时逆向推理可得该变化的温度较高或压强较大；还可能是使用正催化剂,即高温高压时反应速率快,有利于先达平衡,也就是说在其他条件相同时,较高温或较高压强达到平衡所用的时间短。

2.定一议二,当图象中有三个量时,先确定一个量不变再讨论另外两个量的关系,定压看温度变化；定温看压强变化,确定横坐标所示的量后,讨论纵坐标与曲线的关系或确定纵坐标所示的量后(通常作一条横坐标的垂线),讨论横坐标与曲线的关系。

3.三步分析法,在速率-时间图像中,先看速率是增大还是减小？再看υ(正)和υ(逆)的相对大小，最后看平衡移动方向。

【巩固练习】

1.(双选)在容积固定的密闭容器中存在如下反应：A(g)＋3B(g)≒2C(g)；ΔH ＜0，某研究小组研究了其他条件不变时，改变某一条件对上述反应的影响，并根据实验数据作出下列关系图：

下列判断一定错误的是（AB ）

A.图Ⅰ研究的是不同催化剂对反应的影响，且乙使用的催化剂效率较高

000C的浓度时间时间时间B的转化率混合气体总压乙甲

甲乙甲乙I

ⅡⅢ

B.图Ⅱ研究的是压强对反应的影响，且甲的压强较高

C.图Ⅱ研究的是温度对反应的影响，且甲的温度较高

D.图Ⅲ研究的是不同催化剂对反应的影响，且甲使用的催化剂效率较高 2.对达到平衡状态的可逆反应X+Y ≒Z+W ，在其他条件不变的情况下，增大压强，反应速率变化图象如图1所示，则图象中关于X 、Y 、Z 、W 四种物质的聚集状态为 （ ）

A.Z 、W 均为气体，X 、Y 中有一种是气体。

B.Z 、W 中有一种是气体，X 、Y 皆非气体。

C.X 、Y 、Z 、W 皆非气体。

D.X 、Y 均为气体，Z 、W 中有一种为气体。 3.某化学科研小组研究在其他条件不变时，改变某一条件对化学平衡的

影响，得到如下变化规律（图中P 表示压强，T 表示温度，n 表示物质的量） ( )

根据以上规律判断,上列结论正确的是( )

A.反应Ⅰ：△H＞0，P 2＞P 1

B.反应Ⅱ：△H＜0，T 1＜T 2

C.反应Ⅲ：△H＞0，T 2＞T 1(或△H＜0，T 2＜T 1）

D.反应Ⅳ：△H＜0，T 2＞T 1

4.一定条件下，下列反应中水蒸气含量随反应时间的变化趋势符合题意的图的是( )

A.CO 2(g)＋2NH 3(g)≒CO(NH 2)2(s)＋H 2O(g)； △H ＜0

B.CO 2(g)＋H 2(g)≒CO(g)＋H 2O(g)； △H ＞0

C.CH 3CH 2OH (g)≒CH 2=CH 2(g)＋H 2O(g)； △H ＞0

D.2C 6H 5CH 2CH 3(g)＋O 2(g)≒2 C 6H 5CH=CH 2(g)＋2H 2O(g)； △H ＜0

5.如下图所示,a 曲线表示一定条件下可逆反应:X(g)＋Y(g)≒2Z(g)＋W(s)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 温度(T)的影响

T 1

温度(P)的影响

P 1 P 2

x b

a

解析:①达平衡所需时间b ＜a ， 正逆反应速率Ｖb ＞Ｖa ②改变条件后αx 不变，平衡不移

动③该可逆反应ΔVg ＝0， 可加催化剂或加压

6.(双选)用来表示可逆反应：2A （g ）＋B （g ）≒2C （g ）△H ﹤0的正确图象是下图中的( )

A B C D

7.在其他条件相同时，反应H 3BO 3 +3CH 3OH B(OCH 3)3 +3H 2O 中，

H 3BO 3的转化率(α)在不同温度下随反应 时间(t)的变化如右图，由此图可得出： ①温度对应该反应的反应速率和平衡移动 的影响是____

②该反应的H ?_____0(填“<”、“=”或“>”).

8.CO 可用于合成甲醇,反应方程式为CO(g)+2H 2(g)≒CH 3OH(g)。CO 在不同温度下的 平衡转化率与压强的关系如图所示。该反应ΔH 0（填“>”或“ <”）

9.已知可逆反应：4NH 3(g)＋5O 2(g)≒4NO(g)＋6H 2O(g) ΔH ＝-1025kJ/mol ，若反应物的起始物质的量相同，下列关于该反应的示意图不正确的是( )

A %