化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡圖象問題分析

章林堂　余醫(yī)研

化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡相關(guān)試題是每年高考的必考內(nèi)容，而利用圖象為載體考查化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡問題，從而實(shí)現(xiàn)高考化學(xué)大綱提出的對學(xué)生觀察能力、思維能力、自學(xué)能力的考查，這類圖象題已成為近年高考的熱點(diǎn)。文章挑選有代表的化學(xué)反應(yīng)速率與平衡圖象試題加以解析，以供大家學(xué)習(xí)時(shí)參考。

一、典型試題解析

例1.某化學(xué)科研小組研究在其他條件不變時(shí)，改變某一條件對化學(xué)平衡的影響，得到如下變化規(guī)律（圖中P表示壓強(qiáng)，T表示溫度，n表示物質(zhì)的量）：

根據(jù)以上規(guī)律判斷，下列結(jié)論正確的是

A.反應(yīng)Ⅰ：△H>0，P2>P1 B.反應(yīng)Ⅱ：△H<0，T1>T2

C.反應(yīng)Ⅲ：△H>0，T2>T1；或△H<0，T2T1

解析：該題通過四個(gè)圖象考察學(xué)生對改變溫度、壓強(qiáng)對化學(xué)平衡移動(dòng)的影響，學(xué)生必須具備良好的觀察能力和思維判斷能力。反應(yīng)Ⅰ中溫度升高，A的平衡轉(zhuǎn)化率降低，說明正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，△H<0；正反應(yīng)是體積減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，A的平衡轉(zhuǎn)化率升高，說明P2>P1。反應(yīng)ⅡT1先達(dá)到平衡，說明T1>T2，溫度升高，C的物質(zhì)的量減小，說明正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，△H<0。反應(yīng)Ⅲ有兩種可能的情況，如果T2>T1，溫度升高，C的平衡體積分?jǐn)?shù)增大，說明正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，△H>0；如果T1>T2，溫度升高，C的平衡體積分?jǐn)?shù)降低，說明正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，△H<0。另外反應(yīng)Ⅲ應(yīng)注意橫坐標(biāo)n（B）對整個(gè)圖象的影響，B的起始量增加可以促使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，但B的起始量過大必將導(dǎo)致C的平衡體積分?jǐn)?shù)下降，即在工業(yè)生產(chǎn)中想要提高某反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，可以增大廉價(jià)原料的投入量，但應(yīng)注意“適可而止”。反應(yīng)Ⅳ也有兩種可能的情況，如果T2>T1，溫度升高，A的平衡轉(zhuǎn)化率增大，說明正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，△H>0；如果T1>T2，溫度升高，A的平衡轉(zhuǎn)化率減小，說明正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，△H<0。所以本題答案為B、C。

例2.（2）在一體積為10L的容器中，通入一定量的CO和H2O，在850℃時(shí)發(fā)生如下反應(yīng)：CO（g）十H2O（g）？葑CO2（g）十H2（g）十Q（Q>0）

CO和H2O濃度變化如下圖，則0—4min的平均反應(yīng)速率v（CO）=______mol/（L·min）

（3）t℃（高于850℃）時(shí)，在相同容器中發(fā)生上述反應(yīng)，容器內(nèi)各物質(zhì)的濃度變化如上表。

①表中3min—4min之間反應(yīng)處于_________狀態(tài)；

C1數(shù)值_________0.08mol/L （填大于、小于或等于）。

②反應(yīng)在4min—5min之間，平衡向逆方向移動(dòng)，可能的原因是________（單選），

表中5min—6min之間數(shù)值發(fā)生變化，可能的原因 （單選）。

a.增加水蒸氣 b.降低溫度 c.使用催化劑 d.增加氫氣濃度

解析：第（2）小題是利用圖象數(shù)據(jù)求化學(xué)反應(yīng)速率。0—4minCO的平均反應(yīng)速率應(yīng)為4min內(nèi)的濃度變化（0.20mol/L—0.08mol/L）與時(shí)間（4min）的比值，計(jì)算結(jié)果為0.03mol/L ·min。

第（3）小題將圖表信息和圖象信息相結(jié)合，體現(xiàn)了圖象題的新發(fā)展。在高于850℃時(shí)發(fā)生反應(yīng)，化學(xué)反應(yīng)速率加快，一定在4min前達(dá)到化學(xué)平衡。另外從表中可看出反應(yīng)在3min和4min時(shí)的各物質(zhì)濃度相同，故3min—4min之間反應(yīng)應(yīng)處于平衡狀態(tài)。由于是放熱反應(yīng)，溫度升高，化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，C1數(shù)值應(yīng)大于0.08mol/L。反應(yīng)在4min—5min間，平衡向逆方向移動(dòng)可能是升高溫度、增大生成物濃度、減少反應(yīng)物濃度等因素引起，所以選d。表中5min—6min之間CO濃度減少，H2O濃度增大，CO2濃度增大，只有增加水蒸氣，使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)。所以選a。

二、試題對分析化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡圖象題的啟示

1.牢固掌握有關(guān)的概念與原理，尤其要注意：外界條件的改變對一個(gè)可逆反應(yīng)來講，正逆反應(yīng)速率如何變化，化學(xué)平衡如何移動(dòng)，在速度—時(shí)間圖、轉(zhuǎn)化率—時(shí)間圖、反應(yīng)物的含量—濃度圖等上如何體現(xiàn)。

2.對于化學(xué)反應(yīng)速率的有關(guān)圖象問題，可按以下的方法進(jìn)行分析：

（1）認(rèn)清坐標(biāo)系，搞清縱、橫坐標(biāo)所代表的意義，并與有關(guān)的原理聯(lián)系。

（2）看清起點(diǎn)，分清反應(yīng)物、生成物，濃度減小的是反應(yīng)物，濃度增大的是生成物；一般生成物多數(shù)以原點(diǎn)為起點(diǎn)。

（3）抓住變化趨勢，分清正、逆反應(yīng)，吸、放熱反應(yīng)。改變溫度時(shí)，正逆反應(yīng)速率變化的趨勢是相同的，如升高溫度正逆反應(yīng)速率均增大，只是增大的倍數(shù)不相同，吸熱反應(yīng)方向增大的倍數(shù)更多，降低溫度，正逆反應(yīng)速率均減小，放熱反應(yīng)方向降低的倍數(shù)小在速率一時(shí)間圖上，要注意看清曲線是連續(xù)的還是跳躍的，分清漸變和突變，大變和小變。例如，升高溫度時(shí)，v（吸）大增，v（放）小增；增大反應(yīng)物濃度時(shí)，v（正）突變，v（逆）漸變。在速率—時(shí)間圖像上濃度的改變是相接的，改變溫度，壓強(qiáng)，速率的圖像是不相接的。

（4）注意終點(diǎn)。例如在濃度一時(shí)間圖上，一定要看清終點(diǎn)時(shí)反應(yīng)物的消耗量、生成物的增加量，并結(jié)合有關(guān)原理進(jìn)行推理判斷。

3.對于化學(xué)平衡的有關(guān)圖象問題，可按以下的方法進(jìn)行分析：

（1）認(rèn)清坐標(biāo)系，搞清縱、橫坐標(biāo)所代表的意義，并與勒夏特列原理聯(lián)系。

（2）緊扣可逆反應(yīng)的特征，看清正反應(yīng)方向是吸熱還是放熱；體積增大、減小還是不變；有無固體、純液體物質(zhì)參加或生成等。

（3）看清速率的變化及變化量的大小，在條件與變化之間搭橋。

（4）看清起點(diǎn)、拐點(diǎn)、終點(diǎn)，看清曲線的變化趨勢。

（5）先拐先平。例如，在轉(zhuǎn)化率一時(shí)間圖上，先出現(xiàn)拐點(diǎn)的曲線先達(dá)到平衡，此時(shí)逆向推理可得該變化的溫度高、濃度大、壓強(qiáng)高。

（6）定一議二。當(dāng)圖象中有三個(gè)變化量時(shí)，先確定一個(gè)量不變再討論另外兩個(gè)量的關(guān)系。