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.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。
例3.今有X(g)+Y(g)≒2Z(g) △H<0,从反应开始经过t1后达到平衡状态,t2 时由于条件改变,平衡受到破坏,在t3时又达到平衡,引起t2→t3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：N2(g)+3H2(g)≒2NH3(g),673K,30MPa下n(NH3)和n(H2)随时间变化的关系如下图所示。下列叙述正确的是( ) n
a · b · c · · d e · NH3
H2 t
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t1 t2
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(t1时刻)和点e(t2时刻)处n(N2)不一样。
D.其他条件不变,773K下反应至t1时刻,n(H2)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:H2(g)+I2(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。
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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)t1～t2时刻内反应速率增大的原因为_______________________。 (3)t2～t3时刻内反应速率又减小的主要原因为________________。 【答案】(1)ClO3-＋3HSO3-＝Cl-＋3SO42-＋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
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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N2(g)+3H2(g)≒2NH3(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)t1时, ,
平衡向 移动。
(2)t3时, ,
平衡向 移动。
(3)t5时, ,
平衡向 移动。
(4)t7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？ 第 4 页 共 11 页 【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) 第 5 页 共 11 页
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