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例谈化学反应速率与化学平衡图像题的考查方式
化学反应速率的变化、化学平衡的移动都与反应物的温度、浓度、气体反应物的压强等因素有关，化学平衡的移动又与反应速率的变化之间有着密不可分的关系，所有这些都可以用一定形式的图像来表达。化学反应速率与化学平衡的图像都是以此为依据来设计的。旨在考查学生对化学反应速率与化学平衡中的基本概念、基本理论的掌握程度以及分析、推理、自学和创新能力。在解答此类问题时，应从以下方面进行综合分析：一是借助于化学方程式掌握化学反应的特征；二是掌握化学反应的速率变化与平衡移动的规律；三是掌握图中符号的含义，图中符号项目主要包括纵坐标、横坐标和图像，对图像要弄清楚其起点、拐点、交点、终点和走向（即“四点一向”）的含义。现归纳如下。
一、确定图像的意义 （1）确定图像的物理意义 例1.在容积固定的4L密闭容顺中，进行可逆反应：X（气）+2Y（气）
A．X的浓度的减少 B．Y的物质的量的减少 C．Y的浓度的减少 D．X的物质的量的减少
解析：本题要求学生掌握图中阴影部分面积表示的意义。由图可知纵坐标表示以Y的浓度改变表示的反应速率υ(正)、υ(逆)，横坐标表示时间，阴影部分面积表示：[V(正).t1-V(逆).t1],即Y的消耗浓度与Y的生成浓度之差，也就是Y的浓度的减少。故选C。 （2）确定图像的横(或纵)坐标轴的意义
有如下图（a）、（b）所示的关系曲线，试判断下列对图b的说法正确的是（ ）
A．P3> P4 y轴表示A的转化率 B．P3> P4 y轴表示B的体积分数 C．P3< P4 y轴表示混合气体的密度 D．P3> P4 y轴表示混合气体的平均式量
解析：由图（a）可知：当压强相同（均为P2），温度为T1时达到平衡的时间短，故T1>T2,且温度高时C%越小，即升高温度平衡逆移，正反应为放热反应（ΔΗ= Q<0）。当温度相同（均为T1），压强为P2时达到平衡的时间短，故P2>P1,且压强大时C%越大，即增大压强平衡正移，正反应为气体体积缩小的反应，所以x=1。由图（b）可知：当压强相同（均为P4），随温度升高，y减小。当温度相同时，若P3>P4, 随压强增大y增大；若P4>P3, 随压强增大y减小。综合分析可知：该题答案为A、D。
二、确定条件变化 例3.某密闭容器中发生如下反应：X(g)＋3Y(g)
A．t2时加入了催化剂 B．t3时降低了温度 C．t5时增大了压强 D．t4～t5时间内X的转化率最低
解析：三步分析法：一看反应速率是增大还是减小；二看Δv正、Δv逆的相对大小；三看化学平衡移动的方向。由图可知：t2～t3时，Δv正=Δv逆>0, 化学平衡不移动，t2时加入了催化剂；t3～t4时，v(逆)、v(正)均减小，且Δv正>Δv逆，化学平衡逆移，t3时是减小压强；t5～t6时，v(逆)、v(正)均增大，且Δv逆>Δv正，化学平衡逆移，t5时是升高温度；由化学平衡移动原理可知：t6时X的转化率最低。故本题答案为A。
例4.向一体积不变的密闭容器中充入H2和I2,发生反应：H2（g）＋I2(g)
A.容器内气体颜色变深,平均相对分子质量增大
B.平衡向右移动,HI浓度增大
C.改变条件前后,速率时间图像如右图
D.平衡不移动,混合气体密度不变
解析：根据题意：在一体积不变的密闭容器中发生如下反应：H2(g)＋I2(g)
三、确定反应特点 例5、 已知某可逆反应mA(g) + n B(g) 混合气体中的百分含量B%的关系曲线，由曲线分析下列判 断正确的（ ）
A. T1 < T2 P1 > P2 m + n >p Q < 0 B. T1 > T2 P1 < P2 m + n >p Q < 0 C. T1 < T2 P1 > P2 m + n <p Q > 0 D. T1 > T2 P1 < P2 m + n <p Q > 0
解析：①根据达到平衡的时间长短,可以断定：压强均为P2时，T2＜T1；温度均为T1时，P2＞P1。 ②根据“平台”高低，可断定低温有利于B%增大，说明逆反应是放热反应，即正反应为吸热，Q>0；高压有利．B%增大,说明增大压强,平衡逆移，故m＋n＜p。由此可知，本题答案：D。
例6、对达到平衡状态的可逆反应X+Y
A．Z、W均为气体，X、Y中有一种是气体 B．Z、W中有一种是气体，X、Y皆非气体 C．X、Y、Z、W皆非气体 D．X、Y均为气体，Z、W中有一种为气体
解析：经常有一些同学错选B，认为增大压强，平衡向气体体积缩小的方向移动．其实，图像告诉我们的是：增大压强，加快了正、逆反应，但逆反应速率增大的幅度大于正反应速率增大的幅度，由此而导致平衡向左移动．而压强的改变，只影响气体反应的速率，选项B所言的X、Y皆非气体即其正反应速率不受影响，故正确答案为A。
四、确定化学方程式 （1）由浓度-时间曲线确定化学方程式 例7、图2表示800℃时A、B、C三种气体物质的浓度随时间的变化情况，t1是到达平衡态的时间．试回答：
（1）该反应的反应物是_____； （2）反应物的转化率是_____； （3）该反应的化学方程式为______。
解析：起始时A的浓度为2.0 mol／L，B、C的浓度为0， 随着时间的推移，A的浓度降低为1.2 mol／L，C的浓度升高 为1.2 mol／L，B的浓度升高为0.4mol/L．t1时刻后各物质浓 度不再变化，说明反应已达平衡，得出A为反应物，B、C为 产物，它们浓度变化的差值之比为化学方程式中各物质的化学 计量数之比。
故正确答案为：（1）A；（2）40％；（3）2A （2）由物质的量-转化率曲线确定化学方程式 例8、一定条件下，将X和Y两种气体按不同比例放入固定容积的密闭容器中，反应达平衡后，测得X、Y的转化率与起始时物质的量之比
（表一） A．3X(g)＋Y(g) B．X(g) ＋ 3Y(g) C．3X(g)＋2Y(g) D．2X(g)＋3Y(g)
解析：从图像可知：当n(X)/n(Y)=3时，X的转化率曲线与Y的转化率曲线相交，即X的转化率与Y的转化率相等，根据化学方程式计算可知：起始时反应物的物质的量之比
设：某可逆反应为：mA(g) + n B(g) mA(g) + n B(g) m n n(A)a(B) n(B)a(B)
即：m ：n = n(A)a(B) ：n(B)a(B) n(A)/n(B)=ma(A)/na(B)
当a(A)=a(B)时，n(A)/n(B)=m/n，即起始时反应物的物质的量之比等于化学方程式中各反应物的化学计量数之比。因起始时反应物的物质的量之比n(X)/n(Y)=3，故X与Y在化学方程式中化学计量数之比为3:1。答案为A。
五、确定反应进行的方向 例9.右图为条件一定时,反应2NO＋O2
B. A点和E点
C. E点
D. A点和C点
解析：当条件一定时，反应的最大转化率一定是达平衡状态时。该图像与初中所学的溶解度曲线很相似。A、D所在的曲线上所有的点均为平衡时的状态。曲线上下的点均为非平衡时的状态。反应从非平衡自发达到平衡。从图中可看出，B、C所在状态的转化率小于该温度平衡时的转化率。说明反应向正反应方向进行。即V正＞V逆。而E所在状态的转化率大于该温度平衡时的转化率，说明反应向逆反应方向进行。即V正＜V逆。故本题选C。
A.正反应是放热反应
解析：随着温度的升高反应速率加快，从E、F到G点（AB3%最大，平衡状态），AB3%所占的体积分数增大；从G到H、I，AB3%所占的体积分数降低，曲线上G、H、I三点均为平衡时的状态，温度高时AB3%越小，即升高温度平衡逆移，能得出正反应是放热反应；E、F两点AB3%比G点低，原因是低温下反应速率慢，反应未达平衡状态。故选C。
六、综合应用：即综合运用多种图像与信息来解决化学问题，旨在考查学生的分析、推理、自学以及创新能力。
例11（05广东卷）在密闭容器中，由一定起始浓度的氙(Xe)和F2反应，可得到3种氟化物。各种生成物在平衡体系内的分压与反应温度的关系如右图所示（己知气体的分压之比等于物质的量之比）。
（1）420K时，发生反应的化学方程式为：____________________________；若反应中消耗l mol Xe，则转移电子______________mol。 （2）600～800 K时，会发生反应：XeF6（g） （3）900K时，容器中存在的组分有________________________________
解析：此题以图给出信息,旨在考查对图示信息的分析和处理能力,通过对图中给出的图像分析可知：(1)在420K时,产物只有XeF6,即Xe+3F2==XeF6；(2)在600K~800K时随着温度的升高,XeF6的分压减小,XeF4的分压增大,即平衡正向移动,故正向为吸热反应, △H >0；(3)在900K时XeF2、XeF4、XeF6共存,根据可逆反应的特点,还应有XeF2存在着。
答案为：（1）Xe+3F2==XeF6 6；（2）>；随着温度的升高，XeF6 例12.向一定体积的密闭容器中加入2 mol A、0.6 mol C和一定量的B三种气体。一定条件下发生反应，各物质的量浓度随时间变化如图（Ⅰ）所示，其中t0~t1阶段c（B）未画出。图（Ⅱ）为t2时刻后改变反应条件，化学反应速率随时间变化的情况，四个阶段改变的条件均不相同，每个阶段只改变浓度、压强、温度、催化剂中的一个条件，其中t3~t4阶段为使用催化剂。
请回答下列问题： （1）若t1=15 min，则t0~t1阶段以C物质的浓度变化表示的反应速率为 mol· L—1·min—1。 （2）t4~t5阶段改变的条件为 ，B的起始物质的量浓度为 mol· L—1。 （3）t5~t6阶段保持容器内温度不变，若A的物质的量共变化了0.01mol，而此过程中容器与外界的热交换总量为a kJ，写出此温度下该反应的热化学方程式 。
解析：本题是一道运用浓度-时间图像与速率-时间图像来确定化学方程式、条件改变和反应物的起始浓度的综合题。因图（Ⅱ）为t2时刻后改变反应条件，化学反应速率随时间变化的情况，四个阶段改变的条件均不相同，每个阶段只改变浓度、压强、温度、催化剂中的一个条件，其中t3~t4阶段为使用催化剂。根据正逆反应速率变化与化学平衡的移动情况可推断：t2~t3阶段和t5~t6阶段平衡发生了移动， t4~t5阶段平衡没有移动。由于改变浓度、温度化学平衡一定移动；而改变压强，对于反应前后气体体积不变的可逆反应，平衡不移动。利用三步分析法：一看反应速率是增大还是减小；二看Δv正、Δv逆的相对大小；三看化学平衡移动的方向。由图可知： t2~t3阶段为改变浓度；t5~t6阶段为升高温度，且化学平衡正移，故该反应的正反应为吸热反应； t4~t5阶段为改变压强，且改变压强平衡不移动，故该反应为反应前后气体体积不变的反应。由图（I）可知：t1时刻达到平衡，c（A）消耗0.2 mol·L—1, c（C）增加了0.3 mol·L—1，只有当c（B）消耗0.1mol·L—1时，才满足该反应为反应前后气体体积不变的反应这一条件，故B的起始物质的量浓度为0.5mol· L—1，该反应的化学方程式为：2A(g) + B(g) （1）0.02 mol· L—1·min—1 （2）减小压强 0.5 mol· L—1 （3）2A(g) + B(g) |
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2Z
2Z(g) ΔH
pC(g) ΔΗ= Q
