高中化学：2020年化学平衡图像专题解析

2020年化学平衡图像专题解析

牢固掌握有关的概念与原理，尤其要注意：外界条件的改变对一个可逆反应来讲，正逆反应速率如何变化，化学平衡如何移动，在速度—时间图、转化率—时间图、反应物的含量—浓度图等上如何体现。要能够画出有关的变化图像。

一、对于化学反应速率的有关图像问题，可按以下的方法进行分析：

(1)认清坐标系，搞清纵、横坐标所代表的意义，并与有关的原理挂钩。

(2)看清起点，分清反应物、生成物，浓度减小的是反应物，浓度增大的是生成物；一般生成物多数以原点为起点。

(3)抓住变化趋势，分清正、逆反应，吸、放热反应。升高温度时，v(吸)＞v(放)，在速率一时间图上，要注意看清曲线是连续的还是跳跃的，分清渐变和突变，大变和小变。例如，升高温度时，v(吸)大增，v(放)小增；增大反应物浓度时，v(正)突变，v(逆)渐变。

(4)注意终点。例如在浓度一时间图上，一定要看清终点时反应物的消耗量、生成物的增加量，并结合有关原理进行推理判断。

(1)速率—时间的曲线

反应2NO2(g)→2NO(g)+O2(g)在一定时间内反应物、

产物浓度的变化曲线。

反应物随反应进行浓度在不断减小，生成物浓度却

在不断增加。

瞬时速率——浓度随时间的变化率。

瞬时速率只能用作图的方法得到，

图1 图2 图3

y x

看图3：说出反应起始时是从正反应；还是从逆反应开始？化学平衡向什么方向移动？答：正、逆同时反应开始。平衡向正反应方向移动。

(2)化学反应过程中能量的变化例如， A + B -C → [A ‥· B ‥· C]* → A -B + C

反应物活化络合物产物 (始态) (过渡态) (终态)

过渡状态又叫活化络合物（activated complex ）

催化剂对反应速率的影响：通过改变反应途径以缩短达到平衡的时间幂函数性质：

如： y 随x 的增大而减小

y 随x 的增大而增大

二、对于化学平衡的有关图像问题，可按以下的方法进行分析：

(1)认清坐标系，搞清纵、横坐标所代表的意义，并与勒夏特列原理挂钩。

(2)紧扣可逆反应的特征，看清正反应方向是吸热还是放热、体积增大还是减小、不变、有无固体、纯液体物质参加或生成等。

指数

底数幂

0.5

1.4 1 0.7 y 12

y x

y = x a （a<1）性质：y 的数值有一定的限度。

性质：y 的数值爆炸性减小。

y = x a （0

性质：y 的数值有一定的限度。

性质：y 的数值

爆炸性增长。

(3)看清速率的变化及变化量的大小，在条件与变化之间搭桥。 (4)看清起点、拐点、终点，看清曲线的变化趋势。

(5)先拐先平。例如，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高、浓度大、压强高。

(6)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。对于反应mA(气) + nB(气)≒ pC(气)+qD(气) △H ＝QKJ/mol （1）转化率－时间

（2）含量－时间图

先出现拐点的反应先达到平衡，斜率大的曲线表示的温度或压强等数值较大实例1：(2020年上海卷)一定条件下，在体积为3 L 的密闭容器中，一氧化碳与氢气反应生成甲醇(催化剂为Cu 2O/ZnO)：CO(g)＋2H 2(g)CH 3OH(g) 实例2：(2020年山东理综)SO 2

催化氧化生成SO 3： 2SO 2(g)＋O 2(g)

△

催化剂2SO 3(g)

某温度下，SO 2的平衡转化率(α )与体系总压强(p )的关系如图所示。

实例3：（08四川卷）在密闭的容器中进行如下的反应：H 2(g)＋I 2(g)2HI(g)，在温度

T 1和T 2时，产物的量与时间的关系如下图所示，符合图象的正确的判断是( ) A ．T 1＞T 2，△H ＞0 B ．T 1＞T 2，△H ＜0 C ．T 1＜T 2，△H ＞0 D ．T 1＜T 2，△H ＜0 实例4：（08上海卷）在2L 密闭容器中，800℃时反应2NO(g)＋O 2(g)2NO 2(g)体系中，n(NO)随时间的变化如表：

时间（s ）

0 1 2 3 4 5 n (NO) (mol) 0.020 0.010 0.008 0.007 0.007 0.007 0

n (甲醇)/mol

n (B)n (A)

t (B)

t (A)曲线A 300 ℃曲线B 500 ℃E

C D

p /MPa

0.10

0.500.80

0.85A

时间

碘

化

氢

的

量

T 2

T 1

右图中表示NO 2的变化的曲线是 __b ____。实例5：（2000上海卷）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（NO 2浓度约为0.0125mol·L －

1）。反应至70秒的反应进程曲线。

若在反应开始时加入催化剂（其他条件都不变），图上虚线画出加催化剂后的反应进程曲线。

（3）转化率－温度－压强图

判断：

A 转化率

温度0

1.01?107Pa

1.01?106Pa

1.01?105Pa

mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)；△H ＝ＱkJ/mol

m+n p+q

>Q 0等温线

<三、百分含量（转化率或产率）-温度-压强图像

300?C 转化

率压强

等压线

200?C 100?C

m+n > p+q Q< 0 m+n > p+q Q> 0

三、平衡移动：是一个“平衡状态→不平衡状态→新的平衡状态”的过程。一定条件下的平

衡体系，条件改变后，可能发生平衡移动。即总结如下：

注意：加快化学反应速率可以缩短到达化学平衡的时间，但不一定能使平衡发生移动。

四、化学平衡的计算

有关化学平衡计算的一般解题模式：化学平衡计算的基本模式：平衡“三步曲” 例： mA + nB pC + qD 起始量： a b 0 0 转化量： mx nx px qx 平衡量：a-mx b-nx px qx 注意：转化量与方程式中各物质的系数成比例；

这里a 、b 可指：物质的量、浓度、体积等。弄清起始浓度、平衡浓度、平衡常数和转化率四者之间的互换关系，并列出下面图解。

10152025303540455055606570

0.000

0.0050.0100.0150.0200.0250.0300.0350.0400.045

浓度（mol/L)时间（s ）

二氧化氮的浓度与时间的关系

0.0400.031

0.0250.021

0.0180.016

平衡不移动

程度相同 v 正＝v 逆使用催化剂

气体体积不变的反应改变压强程度不同 v 正 ≠v 逆

浓度变化压强变化温度变化

平衡移动

改

变条件

若反应速率不变（如容积不变时充入稀有气体）

速率改变

例题：已知起始浓度和转化率，求平衡常数。

解：以图解为思路，进行分析：

（1）先根据起始浓度和转化率，求平衡浓度。（2）再利用平衡浓度，求平衡常数。

练习：

1. 下列各图是温度（或压强）对应2A(s) + 2B(g)

2C(g) + D(g)；△H>0的正、逆反应速率

的影响，曲线交点表示建立平衡时的温度或压强，其中正确的是（）

A B C D

1. 曲线交点表示建立平衡时的温度或压强，升高温度，增加压强，V 正、V 逆均增大，B 中V 逆，

D 中V 正、V 逆走向均减小，则B 、D 均错；可逆反应2A(s) + 2B(g)

2C(g) + D(g)；△H>0

的正反应是一个气体体积增大的吸热反应，则升高温度，向正反应方向移动，故V 正> V 逆；增加压强，向逆反应方向移动，故V 正

2. 1 mol A 气体和n mol B 气体，按下式反应生成气体C ：A(g) + n B(g)

m C(g)，一段时间

后测得A 的转化率为50%，反应前气体的密度在同温同压下是反应后3/4，则n 和m 的数值可能是 ( )

A ．n=1，m=1

B ．n=2，m=2

C ．n=3，m=2

D ．n=2，m=3 2. 在同温同压条件下，气体的密度之比将等于(平均)相对分子质量之比。即

21M M =

ρρ，又由于气体物质反应前后的总质量不变，即M 1n 1=M 2n 2，即

21n n M M =。因此1

2121n n M M ==ρρ。

A(g) + nB(g)

mC(g)

起始量(mol) 1 n 0 变化量(mol) 0.5 0.5n 0.5m 平衡量(mol) 0.5 0.5n 0.5m

t t p p

图1

由

21n n =

ρρ得)

a 1()

b a 1(5.043+++=，整理可得：a + 1 = 2b ，将A 、B 、C 、D 四个选项代入，可得A 、D 符合题意。

答案：AD

方法探究：本题的一个关健就是要知道密度比在等温等压时等于相对分子质量之比。推导过程如下：由理想气体气态方程pV=nRT 及M

n =(m 为气体的质量，M 为气体的相对分子质量)得：RT M m pV =。移项，pV=RT V m

，即RT pV ρ=。因此，在T 、p 相同时，有2

121M M =ρρ。

3． T ℃时，在1L 密闭容器中A 气体与B 气体反应生成C 气体。反应过程中A 、B 、C 浓度变

化如图I 所示；若保持其他条件不变，温度分别为T l 和T 2时，B 的体积百分含量与时间的关系如图Ⅱ所示。则下列结论正确的是 ( )

A ．在达平衡后，保持其他条件不变，增大压强，平衡向正反应方向移动

B ．在达平衡后，保持压强不变，通入稀有气体，平衡向正反应方向移动

C ．保持其他条件不变，若反应开始时A 、B 、C 的浓度分别为0.4mo1·L -1、0.5 mo1·L -1和0.2 mo1·L —1，则达到平衡后，C 的浓度大于0.4 mo1·L -1

D ．保持其他条件不变，升高温度，正、逆反应速率均增大，且A 的转化率增大 3．由Ⅰ图可知发生反应：A + 3B

2C ，压强增大，平衡向正反应方向移动；保持压强不

变，通入稀有气体，体积增大，平衡向体积增大的方向移动，平衡向逆反应方向移动；完全转化为A 、B 相当于0.5 mo1·L -1，0.8 mo1·L -1，增加了B 的浓度，平衡向正正反应方向移动，C 的浓度增大；升高温度，正逆反应速率均增大，平衡向吸热方向移动，由Ⅱ可知逆反应吸热，，A 的转化率降低。

4. 一定温度下，有可逆反应：2A(g)＋2B(g)

C(g)＋3D(g)；ΔH ＜0。现将2 mol A 和2 mol B

充入体积为V 的甲容器，将2 mol C 和6 mol D 充入乙容器并使乙容器在反应开始前的体积为2V (如图1)。

图2

关于两容器中反应的说法正确的是( )

A．甲容器中的反应先达到化学平衡状态

B．两容器中的反应均达平衡时，平衡混合物中各组份的体积百分组成相同，混合气体的平均相对分子质量也相同

C．两容器达平衡后升高相同的温度，两容器中物质D的体积分数随温度变化如图2所示D．在甲容器中再充入2 mol A和2 mol B，平衡后甲中物质C的浓度是乙中物质C的浓度的2倍

4．BD 本题的关健是气体体积相等的反应。

5. 对2SO2＋O 22SO3△H<0 的反应，在T1时达到平衡，此时升高温度，化学平衡发生

移动，在T2时建立新的平衡，画出V正、V逆的变化情况。

反

应

速

率

0 T1T2 温度

5. 答案

6. 将2mol H2O和2mol CO置于1L容器中，在一定条件下，加热至高温，发生如下可逆反应：

2H2O(g) 2H2＋O2、2CO＋O22CO2

(1)当上述系统达到平衡时，欲求其混合气体的平衡组成，则至少还需要知道两种气体的平衡浓度，但这两种气体不能同时是_________和_________，或_________和_________。(填它们的分子式)

(2)若平衡时O2和CO2的物质的量分别为：n(O2)平＝amol，n(CO2)平＝bmol。试求n(H2O)

平＝__________。(用含a、b的代数式表示)

6. (1)根据C、H元素守恒：n(H2O)平+n(H2)平=2mol；n(CO)平+n(CO2)平=2mol

显然n(H2O)平和n(H2)平或n(CO)平和n(CO2)平，只要知道其中一个，另一个也就确定，同时知道两个是没有意义的。

(2)根据n(O2)平和n(CO2)平求n(H2O)平有以下三种方法：

①三步法：第一步反应生成的O2的平衡量看作第二步反应的O2的起始量

2H2O(g) 2H2＋O22CO ＋O22CO2起始量(mol) 2 0 0 2 0.5x 0

变化量(mol) x x 0.5x y 0.5y y

平衡量(mol) 2-x x 0.5x 2-y 0.5x-0.5y y

可得0.5x – 0.5y = a；y = b

算得x = 2a + b，n(H2O)平＝2-x = (2－2a－b) mol。

②逐步逆推法：因为第二个反应的反应物O2是第一个反应的生成物，所以可以从第二个反应消耗O2的量逆推出第一个反应生成O2的量，进而推出第一个反应消耗的H2O的量。

第二个反应生成bmol CO2，说明第二个反应消耗0.5bmol的O2，所以第一个反应生成(a+0.5b)mol 的O2，第一个反应消耗(2a+b) molH2O，得n(H2O)平＝(2－2a－b) mol。

③元素守恒法：根据起始和平衡时体系中H、C 、O三种元素原子个数不变列式求解。

由H元素守恒：n(H2O)平+n(H2)平=2mol

由C元素守恒：n(CO)平+n(CO2)平=2mol

由O元素守恒：n(H2O)平+ n(CO)平+2n(CO2)平=4mol

代入数据解得：n(H2O)平＝(2－2a－b) mol。

答案：(1)H2O、H2，CO、CO2 (2)(2－2a－b) mol

方法探究：所谓多重平衡是指同一容器中连续发生两个或多个可逆反应，这些可逆反应既有联系，又相互制约，并同时建立平衡。

多重平衡体系中，有些物质既是一个反应的生成物，又是另一个反应的反应物(如例题中的O2)，是多重平衡体系的枢纽，正是这种物质联系并制约了两个可逆反应，它平衡时的量是计算的核心。解答多重平衡的计算问题时，运用元素守恒原理，可以从整体上把握各种物质的量的关系，建立简明的关系式。

7．如图所示，将4mol SO2和2 mol O2混合置于体积可变的等压容器中，在一定温度下发生反应2SO 2+ O22SO3(放热反应)，该反应达到平衡状态A时，测得

气体总的物质的量为4.2 mol，若SO2、O2的起始物质的量分别用a、b、

c表示，试回答：

(1)达到平衡状态A的容器中通入少量O2，体系中SO2的体积分数将_________，若要使SO2的体积分数再变至与原平衡状态A相同，可采用的措施有____________或___________。

(2)若起始时a = 1.2mol，b = 0.6mol，且达到平衡后各气体的体积分数与平衡状态A相同，

则起始时c 的取值为_____________

(3)若起始时a = 0.6mol ，c = 4.8mol ，则b = _________，在此情况下，反应起始时将向__________方向进行，

(4)若原平衡状态A 是在恒温恒容下达到的，现要使反应开始时向逆方向进行，且达到的平衡状态与A 相同，则起始时C 的取值范围为_____________。

7．这是恒温恒压条件下的等效平衡问题，由题意可计算出达到平衡状态A 时其中含SO 2

0.4mol ，O 2 0.2mol ，SO 3 3.6mol ，n(SO 2)∶n(O 2)∶N(SO 3) = 2∶1∶18。

(1)因平衡右移，故SO 2的体积分数减小，在恒压条件下，要使SO 2的体积分数复原，可采取的措施有加热和加入少量SO 2气体。

(2)由于SO 2和O 2反应只生成SO 3一种物质，所以在恒温恒压下只要满足2)

O (n )

S O (n 22 就可

以了，对SO 3没有用量限制，即c≥0。

(3)因

=2，这一条件必须满足，显然b = 0.3mol ；由于此时a ∶b ∶c = 2∶1∶16较平衡状态A ，SO 3的含量低，因此反应起始时将向正反应方向进行。

(4)是关于恒温恒容下的等效平衡的，按照“一边倒“原则，4 mol SO 2和2 mol O 2可折合成4 mol SO 3，故c≤4mol ，另外，由于原平衡状态A 中含SO 3 3.6 mol ，欲使反应开始时向逆反应方向进行，故c ＞3.6 mol ，因此c 的取值范围为3.6mol ＜c≤4mol 。

8．向体积不变的密闭容器中充入2 mol N 2和6 mol H 2，一定条件下发生反应：

N 2（气）+ 3 H 2（气）

2 NH 3（气），平衡时混合气共7 mol 。令a 、b 、c 分别代表N 2、

H 2、NH 3起始加入的物质的量，维持温度不变，使达到平衡时各成分的百分含量不变．则：

①若a ＝0，b ＝0，则c ＝。 ②若a ＝0.7，b ＝2.1，则：

I ．c ＝。 Ⅱ．这时反应向进行。

Ⅲ．若要维持反应开始向该反应方向进行，c 的范围是。 ③欲使起始反应维持向与②相反的方向进行，则b 的范围是。 8． ①4 ② I 2.6 Ⅱ 逆反应 Ⅲ 1＜c ≤4 ③ 4.5＜b ≤6

解析：②：符合题设条件的各起始量之差应与反应式中相应系数成比例。 I ． N 2（气）+ 3 H 2（气）≒ 2 NH 3（气）起始 2 6 0 条件 0.7 2.1 c

≡ 0.7＋

＝2， ∴c ＝2.6 Ⅱ．题设条件平衡时共7 mol 气体，而②小题起始量才5.4 mol （0.7＋2.1＋2.6），所以起始方向向逆反应进行。

Ⅲ．从三个极限起始量考虑，即N 2转化率等于0时，2 mol N 2、6 mol H 2、NH 3＝0；N 2转

化率等于100％时，N2＝0、H2＝0、NH3＝4 mol；现求平衡时各成分的物质的量N2（气）+ 3 H2（气）≒2 NH3（气）

2 6 0

x3x2x

2－x6－3x2x

依题意：（2－x）+（6－3x）+ 2x = 7，x = 0.5

所以平衡时，n(N2)＝1.5 mol、(H2)＝4.5 mol、(NH3)＝1 mol

将三个极限起始量加以分析对比：

N2（气）+ 3 H2（气）≒ 2 NH3（气）

2 6 0 （N2转化率为0时起始量）

1.5 4.5 1 （平衡量为起始量）

0 0 4 （N2转化率为100％时起始量）

可以看出，为了维持反应开始向逆反应进行，NH3的起始范围是1＜c≤4

③同理，为了维持反应开始向正反应进行，H2的起始范围是4.5＜b≤6。

9．（2020年山东省临沂期末题）在一固定容积的密闭容器中,进行如下化学反应: CO2(g)+H2(g)≒CO(g)+H2O(g)△H=QKJ/mol其化学平衡常数K和温度t的关系如下：t℃700 800 850 1000 1200

K 0.6 0.9 1.0 1.7 2.6

请回答:

(1)上述反应中Q 0 (选填“>”或“<”)

(2)能判断该反应已达到化学平衡状态的依据是.

a.容器中压强不变 b 反应热不变 c.v正(H2) =V逆(CO) d.. 的质量分数不变

(3)温度为850时,可逆反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)在固定容积的密闭容器中进行,容器内物质的浓度变化如下表:

850℃时物质的浓度(mol/L)的变化

时间(min) CO H2O CO2H2

0 0.200 O.300 0 0

2 0.138 0.238 0.062 0.062

3 C1C2C3C3

4 C1C2C3C3

5 0.11

6 0.216 0.084

6 0.096 0.266 0.104

①计算：3 min时(CO的浓度) C1 = mol/L，H2O (g)的转化率= ．

②反应在４min～５min之间,平衡向逆反应方向移动,可能的原因是(单选)表中5min～6min之间数值发生变化, 可能的原因是(单选)

a . 增加水蒸气 b. 降低温度 c. 使用催化剂 d. 增加氢气浓度

9．(1)＞(2) c d (3) 0.08 40% (4) d a

解析：该题构思新颖，综合性较强。平衡常数的用途：判断反应吸热还是放热；判断反应是否达到平衡；用于计算

(1)从表中数据可知，温度升高，K增大，平衡向正反应反向移动，即Q 〉0

(3)首先判断第3 4分钟反应已处于平衡状态，注意此时的K 为第一个表格中K的倒数，建立模式进行求算

10．在一定温度下，向一固定容积

．．．．的密闭容器中加入1mol A和2mol B，发生下述反应：A(g)+2B(g) 3C(g)+2D(s)(放热反应)。达到平衡时生成了1.8 mol C。

⑴在相同条件下，若向该容器中改为加入0.3mol A、0.6 mol B，要使平衡混合气体中C物质的体积分数与原平衡的相同，在D足量时，则还应加入mol的物质C。

⑵若维持容器的体积和温度不变，反应从逆反应方向开始，按不同的配比作为起始物质，达到平衡时C仍为1.8 mol 。则D的起始物质的量n(D)应满足的条件是：n(D) 。

当改变温度或压强时，有可能改变物质的聚集状态，对平衡产生重大影响

．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．。

⑶若升高平衡体系温度，当再次达到平衡后，测得两次平衡条件下混合气体的平均相对分子质量未发生改变，试解释形成这种结果的可能原因是：

；此时A、B、C、D四种物质相对分子质量之间的关系为

（用Mr(A)、Mr(B)、Mr(C)、Mr(D)表示）。

⑷若将容器改为容积可变

．．．．的容器，在一定温度和常压下，建立上述平衡之后，A的物质的量浓度为a mol/L。现持续增大压强，当：

①当压强为原来1.5倍时，A的平衡时物质的量浓度为m mol/L，测得m=1.5a；

②当压强为原来10倍时，A的平衡时物质的量浓度为n mol/L，测得n >10 a；

③当压强为原来100倍时，A的平衡时物质的量浓度为p mol/L，测得p<100a。

试解释形成这种结果的可能的原因：

①1.5倍时：；

②10倍时：；

③100倍时：。10．⑴任意⑵n（D）＞0.8

⑶当升高到一定温度以后，D渐渐转化为气态Mr(A)+2Mr(B)==3Mr(C)+2Mr(D)

⑷①气体物质两边的化学计量数相等，增大压强不改变平衡状态。

②B渐渐转化为非气态，增大压强平衡向左移动。

③C渐渐转化为非气态，增大压强平衡再次向右移动。