【例1】 (2009年高考江苏卷14题)I2在KI溶液中存在下列平衡:
I2(aq)+I-(aq)=I-3(aq),某I2、KI混合溶液中,I-3的物质的量浓度c(I-3)与温度T的关系如右上图所示(曲线上任何一点都表示平衡状态).下列说法正确的是().
A.反应I2(aq)+I-(aq)=I-3(aq)的ΔH>0
B.若温度为T1、T2,反应的平衡常数分别为K1、K2,则K1>K2
C.若反应进行到状态D时,一定有v正>v逆
D.状态A与状态B相比,状态A的c(I2)大
解析:根据题中图示可知,c(I-3)随着温度T的升高而减小,说明:
I2(aq)+I-(aq)=I-3(aq)是一个放热反应,即ΔH<0,所以A错误;根据平衡移动规律,c(I-3)变小,则c(I2)应变大,所以状态B的c(I2)大,D错误.
答案:B、C
【例2】 (2009年高考重庆卷13题)各可逆反应达平衡后,改变反应条件,其变化趋势正确的是().
解析:A项CH3COOH溶液中加入CH3COONa固体,CH3COOH溶液中CH3COO-浓度增加,电离平衡逆向移动,c(H+)减小,pH逐渐增大,A错误;B项加入KCl对平衡体系无影响,化学平衡不移动,B错误;C项恒温恒压,加入Ar,各反应物的物质的量不变,体积变大,各物质的量浓度成倍减小(等效于减压),化学平衡向体积增大的方向移动,H2的改变量减小,起始量不变,转化率减小,C错误.
答案:D
【例3】 可逆反应mA(s)+nB(g)eC(g)+fD(g)反应过程中,当其他条件不变时,C的体积分数φ(C)在不同温度(T)和不同压强(P)的条件下随时间(t)的变化关系如下图所示.下列叙述正确的是().
A.达到平衡后,若使用催化剂,C的体积分数将增大
B.当平衡后,若温度升高,化学平衡向逆反应方向移动
C.化学方程式中,n>e+f
D.达到平衡后,增加A的质量有利于化学平衡向正反应方向移动
解析:由(1)图先判断出T1与T2温度的高低关系.在其他条件不变时,温度升高,反应速率变大,达到平衡的时间越短.由此可知,T2>T1.从图(1)分析可知温度较高时φ(C)变小,说明升高温度时,平衡向逆反应方向移动,所以该正反应是放热反应.B选项是正确的.
由(2)图先判断出P1与P2大小关系.在其他条件不变时,压强越大,达到平衡的时间就越短,由此可知P2>P1.从图中可知,压强增大时φ(C)变小,说明增大压强平衡向逆反应方向移动,逆反应方向是气体体积减小方向,即n
在化学平衡中,增大或减小固体物质的质量不影响化学平衡的移动.因此D项错误.
答案:B
【例4】 已知某可逆反应mA(g)+nB(g)pC(g)在密闭容器中进行,右图表示在不同反应时间t时,温度T和压强P与反应物B在混合气体中的体积分数B%的关系曲线,由曲线分析,下列判断正确的是().
A.T1
B.T1>T2 P1
C.T1
D.T1>T2 P1
解析:本题考查根据温度、压强变化对化学平衡移动的影响来判断化学方程式的特点.分析图像,可以分两个层次考虑:(如图将三条曲线分别标为①、②、③)从①、②曲线可知,当压强相同(为P2)时,②先达平衡,说明T1>T2;又因为T2低,B%大,即降低温度,平衡逆向移动,说明逆向反应放热,正向反应吸热.从②、③曲线可知,当温度相同(为T1)时,②先达平衡,说明P2>P1;又因为P2大,B%大,即增大压强,平衡逆向移动,说明逆方向为气体体积减小的方向,m+n
【例5】 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右图,下列表述中正确的是().
A.反应的化学方程式为:2MN
B.t2时,正逆反应速率相等,达到平衡
C.t3时,正反应速率大于逆反应速率
D.t1时,N的浓度是M浓度的2倍
解析:本题以化学反应速率与化学平衡为素材,考查观察图像及信息加工的能力.从图像可知,t1时,N的物质的量是6mol,M的物质的量是3mol,故N的浓度是M浓度的2倍是正确的,D正确;同时也可得出反应的化学方程式为:2NM,A错误;t2时,正逆反应速率虽然相等,但尚未达到平衡,因为此时M、N的物质的量还在增大与减少,B错误;t3时M、N的物质的量保持不变,说明已达平衡状态,则正反应速率等于逆反应速率,C错误.
答案:D
【例6】 反应2X(g)+Y(g)2Z(g) ΔH<0,在不同温度(T1和T2)及压强(P1和P2)下,产物Z的物质的量(nz)与反应时间(t)的关系如右图所示.下述判断正确的是().
A.T1>T2,P1
C.T1>T2,P1>P2
D.T1
答案:C
二、方法点拨
化学平衡图像问题的识别无外乎是看坐标、找变量、想方程、识图像四个方面,即准确认识横、纵坐标的含义,根据图像中的点(起点、终点、转折点)、线(所在位置的上下、左右、升降、弯曲)特征,结合题目中给定的化学方程式和数据,应用概念、规律进行推理判断.但识图是关键,笔者认为可以根据横坐标的不同含义把图像分为两大类:①时间(t)类,②压强(P)或温度(T)类.这两类图像的特征分别如下.
(一)时间(t)类
1.图像中总有一个转折点,这个点所对应的时间为达到平衡所需时间,由时间的长短可确定化学反应速率的大小,结合浓度、温度、压强对化学反应速率的影响规律,可确定浓度的大小、温度的高低和压强的大小.
2.图像中总有一段或几段平行于横轴的直线,直线上的点表示可逆反应处于平衡状态.
3.由这几段直线的相对位置可确定化学平衡移动的方向.固定其他条件不变,若因温度升降引起的平衡移动,就可确定可逆反应中是ΔH>0还是ΔH<0;若因压强增减引起的平衡移动,就可确定有气态物质参加的可逆反应中,气态反应物的化学计量数和与气态生成物的化学计量数和之间的相对大小.
(二)压强(P)或温度(T)类
1.图像均为曲线.
2.曲线上的点表示可逆反应在相应压强或温度下处于平衡状态;而不在曲线上的点表示可逆反应在相应压强或温度下未达到平衡状态,但能自发进行至平衡状态.
3.曲线的相对位置、变化趋势决定了化学平衡移动的方向.固定其他条件不变,若温度变化引起的平衡移动,即可确定可逆反应中是ΔH>0还是ΔH<0;若因压强改变引起的平衡移动,即可确定有气态物质参加的可逆反应中,反应物的化学计量数和与生成物的化学计量数和之间的相对大小
三、跟踪练习
1.(2009年高考广东卷15题)取5等份NO2,分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中,发生反应:2NO2(g)N2O4(g) ΔH<0,反应相同时间后,分别测定体系中NO2的百分量(NO2%),并作出其随反应温度(T)变化的关系图.下列示意图中,可能与实验结果相符的是().
2.(2009年高考全国I卷13题)下图表示反应X(g)4Y(g)+Z(g) ΔH<0,在某温度时X的浓度随时间变化的曲线:
下列有关该反应的描述正确的是().
A.第6min后,反应就终止了
B.X的平衡转化率为85%
C.若升高温度,X的平衡转化率将大于85%
D.若降低温度,v正和v逆将以同样倍数减小
3.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:
Ⅰ________Ⅱ____Ⅲ
下列判断一定错误的是().
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
B.图I研究的是压强对反应的影响,且乙的压强较高
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
4.二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(NO2浓度约为0.0125mol/L).下图中的曲线表示二氧化氮分解反应在前25秒内的反应进程.
(1)请计算前20秒内氧气的平均生成速率:____ ;
(2)若反应延续至70秒,请在图中用实线画出25秒至70秒的反应进程曲线.
(3)若在反应开始时加入催化剂(其他条件都不变),请在图上用虚线画出加催化剂后的反应进程曲线.
5.有mA(g)+nB(g)3C(g)平衡体系,在不同条件下,反应混合物中A、B、C的体积分数和时间t的关系如下图所示:
(1)若图A的a和b两条曲线分别表示有无催化剂的情形,曲线____表示有催化剂的情形.
(2)若图B中c、d两条曲线分别表示不同温度的情形,则曲线____表示高温时的情形.
(3)若图C中e、f表示不同压强时的情形,则曲线____表示压强较大时的情形,方程式中A、B两种物质的化学计量数m、n分别为____、____.
6.(1)一定温度下,容器内某一化学反应中M、N的物质的量随反应时间变化的曲线如右图,则此反应的化学方程式为____;此反应达到平衡时反应物的转化率为____.
(2)在10℃和2×105Pa的条件下,反应aA(g)dD(g)+eE(g)建立平衡后,再逐步增大体系的压强(温度维持不变),表中列出不同压强下反应建立平衡时物质D的浓度.(已知反应过程中未出现物态变化)
压强/Pa
2×105
4×105
D的浓度(mol/L)
0.7
1.5
则压强由2×105增大到4×105时,平衡向____方向移动(填“正”或“逆”).a与(d+e)的关系是:a____(d+e).(填“大于”、“小于”或“等于”)
参考答案
1.BD 2.B 3.A 4.(1)5.5×10-4mol•L-1•s-1(注:不写单位扣分) (2)图中实线 (3)图中虚线
5.(1)b (2)d (3)f 1 1
6.(1)2NM 75% (2)正 大于
(责任编辑 廖银燕)