淺析化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡圖像類型

黃選焜

化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡圖像類型主要介紹以下幾類。

一、濃度——時(shí)間圖

此類圖像能說明各平衡體系組分在反應(yīng)過程中的變化情況。解題時(shí)要分清反應(yīng)物和生成物，注意各物質(zhì)曲線的折點(diǎn)，各物質(zhì)濃度變化的內(nèi)在聯(lián)系及比例符合化學(xué)方程式中化學(xué)計(jì)量數(shù)關(guān)系等情況。

例1600℃時(shí)，A、B、C三種氣體在密閉容器中濃度的變化情況如圖1所示，僅從圖上分析不能得出有關(guān)A的結(jié)論的是（ ）。

圖1A.A是反應(yīng)物

B.前4 min A是分解速率是0.1 mol·（L·min）-1

C.4 min后，若升高溫度，A的轉(zhuǎn)化率增大

D.4 min后，若增大壓強(qiáng)，A的轉(zhuǎn)化率減小

解析根據(jù)圖像可知：A隨著反應(yīng)的進(jìn)行不斷減少，但沒有完全反應(yīng)，而B、C隨著反應(yīng)的進(jìn)行不斷增加，因此，該反應(yīng)是由A生成B、C的可逆反應(yīng)，故A正確；

再由圖像可知，每消耗1份A的同時(shí)，生成1份B和0.5份C，則反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2A2B+C，則達(dá)平衡后，若增大壓強(qiáng)，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，所以A的轉(zhuǎn)化率減小，故D正確。

前4 min A的濃度減少了0.4 mol/L，分解速率為0.1 mol·（L·min）-1。

根據(jù)圖像不能確定反應(yīng)是放熱還是吸熱，則不能判斷溫度對(duì)平衡移動(dòng)的影響，所以不能判斷A的轉(zhuǎn)化率的變化，故C錯(cuò)誤。故選C。

點(diǎn)評(píng)本題考查化學(xué)平衡圖像問題，題目難度不大，本題注意根據(jù)圖像書寫反應(yīng)的化學(xué)方程式的方法，把握?qǐng)D中的曲線僅是物質(zhì)的量濃度的變化曲線，不能判斷溫度對(duì)平衡移動(dòng)的影響。

二、速率——時(shí)間圖

此類圖像定性地揭示了v正、v逆隨時(shí)間（含條件改變對(duì)速率的影響）而變化的規(guī)律，體現(xiàn)了平衡的“動(dòng)、等、定、變”的基本特征，以及平衡移動(dòng)的方向。解答此類題目的關(guān)鍵是掌握反應(yīng)的變化趨勢(shì)。

例2向絕熱恒容密閉容器中通入SO2和NO2，在一定條件下使反應(yīng)SO2（g）+NO2（g）SO3（g）+NO（g）達(dá)到平衡，正反應(yīng)速率圖2隨時(shí)間變化的示意圖如圖2所示。

由圖2可得出的正確結(jié)論是 （）。

A.反應(yīng)在c點(diǎn)達(dá)到平衡狀態(tài)

B.反應(yīng)物濃度：a點(diǎn)小于b點(diǎn)

C.反應(yīng)物的總能量低于生成物的總能量

D.Δt1=Δt2時(shí)，SO2的轉(zhuǎn)化率：a～b段小于b～c段

解析這是一個(gè)反應(yīng)前后體積不變的可逆反應(yīng)，因此在本題中只考慮溫度和濃度的影響。由圖可以看出隨著反應(yīng)的進(jìn)行正反應(yīng)速率逐漸增大，這說明此時(shí)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(yīng)，從而導(dǎo)致容器內(nèi)溫度升高反應(yīng)速率加快，所以選項(xiàng)C不正確；但當(dāng)?shù)竭_(dá)c點(diǎn)后正反應(yīng)速率反而降低，此時(shí)反應(yīng)物濃度的影響是主要的，因?yàn)榉磻?yīng)物濃度越來越小了。但反應(yīng)不一定達(dá)到平衡狀態(tài)，所以選項(xiàng)A、B均不正確；正反應(yīng)速率越快，消耗的二氧化硫就越多，因此選項(xiàng)D是正確的。

三、物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率（或百分含量）-時(shí)間-溫度（或壓強(qiáng)）圖

解這類題的關(guān)鍵是：

1.看清起點(diǎn)、拐點(diǎn)、終點(diǎn)。

2.先拐先平。

3.遵循“定一議二”原則。

4.分析引起平衡移動(dòng)的因素，以及條件改變時(shí)對(duì)反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率的影響。

例3對(duì)于反應(yīng)mA（g）+nB （g）pC（g），ΔH=Q kJ·mol-1，有如圖3所示的變化。

圖3則：①p1與p2的關(guān)系是；

②m+n與p的關(guān)系是；

③T1與T2的關(guān)系是；

④Q與0的關(guān)系是。

解析本題解答時(shí)應(yīng)遵循兩個(gè)原則：“先拐先平”“定一議二”原則。在溫度均為T1時(shí)，p2達(dá)到平衡需要的時(shí)間短，因此p2>p1；壓強(qiáng)增大，C的百分含量越大，平衡右移，說明正反應(yīng)是體積減小的反應(yīng)，即m+n>p；在p2保持不變時(shí)，T1達(dá)到平衡需要的時(shí)間短，因此T1>T2，溫度越高，C的百分含量越小，而升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)，說明正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，即Q小于0。

答案：p2>p1；m+n>p；T1>T2；Q<0。

四、物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率（或百分含量）-溫度（或壓強(qiáng)）圖

這類圖像反映了反應(yīng)物或生成物的量在不同溫度（壓強(qiáng)）下對(duì)時(shí)間的關(guān)系，解題時(shí)要注意一定條件下物質(zhì)含量不再改變時(shí)，應(yīng)是化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡的特征。

例4一定條件下，下列反應(yīng)中水蒸氣含量隨反應(yīng)時(shí)間的變化趨勢(shì)符合圖4所示的是（）。

圖4A.CO2（g）+2NH3（g）CO（NH2）2（g）+H2O（g）ΔH<0

B.CO2（g）+H2（g）CO（g）+H2O（g）ΔH>0

C.CH2CH2OH（g）CH2=CH2（g）+H2O（g）ΔH>0

D.2C6H5CH2CH3（g）+O2（g）

2C6H5CH=CH2（g）+2H2O（g）ΔH<0

解析考查平衡移動(dòng)原理，涉及圖像分析。由圖4甲知，達(dá)到平衡時(shí)T2高于T1，說明隨著溫度升高，n（H2O）減小，平衡逆向移動(dòng)，正反應(yīng)是一個(gè)放熱反應(yīng)；由圖4乙知，達(dá)到平衡時(shí)，p1高于p2，說明隨著壓強(qiáng)升高，n（H2O）增大，平衡正向移動(dòng)，正反應(yīng)是氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)；符合的反應(yīng)是A，選擇A。

五、物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率（或百分含量）——時(shí)間圖

例5已知：4NH3（g）+5O2（g）4NO（g）+6H2O（g）ΔH=-1025 kJ/ mol，該反應(yīng)是一個(gè)可逆反應(yīng)。若反應(yīng)物起始物質(zhì)的量相同，圖5中關(guān)于該反應(yīng)的示意圖不正確的是（）。

圖5解析根據(jù)“先拐先平數(shù)值大”的原則，選項(xiàng)A、B正確；根據(jù)升高溫度，平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)（即逆反應(yīng)方向移動(dòng)），可確定A、B正確；根據(jù)使用催化劑只能改變化學(xué)反應(yīng)速率，縮短達(dá)到平衡的時(shí)間，但對(duì)化學(xué)平衡的移動(dòng)無影響，所以選項(xiàng)D正確。答案C（收稿日期：2015-10-15）