解答化学反应速率和平衡图像题的方法
化学反应速率和化学平衡的图像类试题是一种特殊题型，其特点是：图像是题目的主要组成部分，把所要考查的化学知识寓于图中曲线上，具有简明、直观、形象的特点。该类试题以选择题为主要题型，偶尔也会在非选择题中出现。因为图像是用二维坐标表示的，所以该类试题包含的信息量比较大，随着高考的不断改革以及对学科能力要求的不断提高，这种数形结合的试题将频频出现。常见的命题角度有：
(1)以物质的量(或浓度)随时间的变化图像为载体，考查化学反应速率的表示方法及其相关计算；
(2)以反应过程速率随时间的变化图像为载体，考查反应速率的影响因素及相关分析； (3)以物质的含量随时间的变化图像为载体，考查外界条件对化学平衡的影响以及平衡移动过程中相关量的变化分析；
(4)以反应速率随温度、压强等的变化图像为载体，考查化学平衡移动的规律及化学反应方向的判断。
一、速率—压强(或温度)—时间图像
此类图像定性揭示了v正、v逆随时间(含条件改变对速率的影响)变化的规律，体现了平衡的“动、等、定、变”的基本特征，以及平衡移动的方向等。以反应mA(g)＋nB(g)＋qD(g) ΔH>0，且m＋n>p＋q为例，各类条件改变图像如下：
pC(g)
下列各图是温度(或压强)对反应：2A(s)＋2B(g)2C(g)＋D(g) (正反应为吸热反应)的正、逆反应速率的影响，曲线交点表示建立平衡时的温度或压强，其中正确的是( )
[解析] 无论是升高温度还是增大压强，v(正)、v(逆)均应增大。B项中v(逆)减小，D项中v(正)和v(逆)均减小，故B、D项均错误；该反应的正反应是一个气体分子数增大的吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，则v(正)>v(逆)，A项错误；增加压强，平衡向逆反应方向移动，则v(逆)>v(正)，C项正确。 [答案] C
二、含量(或转化率)—时间图像
常见的形式有如下图所示的几种(C%指某生成物百分含量，B%指某反应物百分含量)，这种图像的折点表示达到平衡的时间，曲线的斜率反映了反应速率的大小，可以确定T(p)的高、低(大、小)，水平线高低对应平衡移动方向。
1
(2016·山西汾阳模拟)T0 ℃时，在2 L的密闭容器中发生反应：X(g)＋Y(g)Z(g)(未配平)，各物质的物质的量随时间变化的关系如图a所示。其他条件相同，温度分别为T1 ℃、T2 ℃时发生反应，X的物质的量随时间变化的关系如图b所示。下列叙述正确的是( )
A．该反应的正反应是吸热反应
－1－1
B．T0 ℃，从反应开始到平衡时：v(X)＝0.083 mol·L·min C．图a中反应达到平衡时，Y的转化率为37.5% D．T1℃时，若该反应的平衡常数K＝50，则T1＜T0
[解析] 根据“先拐先平，数值大”的原则可推知，T1>T2，温度越高，X的物质的量越大，则平衡向左移动，正反应放热，A不正确；v(X)＝(0.3 mol －0.05 mol)/(2 L×3 s)＝0.041
－1－1
7 mol·L·min，B不正确；Y的转化率为(0.4－0.15)/0.4×100%＝62.5%，C不正确；由图a可知X、Y、Z物质的量变化之比为1∶1∶2，则K0为33.3<50，平衡常数越小，温度越高，D正确。 [答案] D
三、恒温线(或恒压线)图像
该类图的纵坐标为物质的平衡浓度(c)或反应物的转化率(α)，横坐标为温度(T)或压强(p)，常见类型有(如下图所示)：
2
－1
(2016·湖南长沙模拟)在恒容密闭容器中通入物质的量浓度均为0.1 mol·L的CH4
与CO2，在一定条件下发生反应：CO2(g)＋CH4(g)2CO(g)＋2H2(g)，测得CH4的平衡转化率与温度及压强的关系如图所示，下列有关说法一定正确的是( )
A．上述反应的ΔH>0 B．压强p1>p2>p3>p4
C．1 100 ℃该反应的平衡常数为64 D．压强为p4时，在Y点：v(正) [解析] B项，压强p1＜p2＜p3＜p4；C项1 100 ℃该反应的平衡常数为1.638 4; D项，压强为p4时，在Y点：v(正)＞v(逆)。 [答案] A 四、特殊图像 如图所示曲线，是其他条件不变时，某反应物的最大转化率(α)与温度(T)的关系曲线，图中标出的1、2、3、4四个点，表示v(正)＞v(逆)的点是3，表示v(正)＜v(逆)的点是1，而2、4点表示v(正)＝v(逆)。 (2016·河北衡水模拟)某化学小组研究在其他条件不变时，改变密闭容器中某一条件对A2(g) ＋3B2(g)2AB3(g)化学平衡状态的影响，得到如图所示的曲线(图中T表示温度，n表示物质的量)。下列判断正确的是( ) A．在T2和n(A2)不变时达到平衡，AB3的物质的量大小为：c>b>a B．若T2>T1，则正反应一定是放热反应 C．达到平衡时A2的转化率大小为：b>a>c D．若T2>T1，达到平衡时b、d点的反应速率为v(d)>v(b) [解析] A项，在T2和n(A2)不变时达到平衡，增加B的量平衡向正反应方向移动，导致生成物的物质的量增大，正确。B项，若T2>T1，升高温度，生成物的体积分数增大，平衡向正反应方向移动，所以正反应一定是吸热反应，错误。C项，当A2的物质的量一定时，B2的物质的量越大，A2的转化率越大，故达到平衡时A2的转化率大小为：c>b>a，错误。D项，温度越高反应速率越大，若T2>T1，达到平衡时b、d点的反应速率为v(d) 1．(2016·河北唐山开滦二中期中)在容积不变的密闭容器中存在如下反应：2SO2(g)＋ 3 V2O5 O2(g)450 ℃2SO3(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，下列分析正确的是 A．图Ⅰ表示的是t1时刻增大O2的浓度对反应速率的影响 B．图Ⅱ表示的是t1时刻加入催化剂后对反应速率的影响 C．图Ⅲ表示的是催化剂对平衡的影响，且甲的催化效率比乙高 D．图Ⅲ表示的是压强对化学平衡的影响，且乙的压强较高 解析：选B。A项，图Ⅰ在t1时刻增大氧气的浓度，v(正)增大，v(逆)不变，错误；B项，图Ⅱ加入催化剂，化学反应速率加快，平衡不移动，正确；C项，图Ⅲ催化剂对平衡没有影响，错误；D项，图Ⅲ增大压强，化学反应速率加快，平衡向右移动，二氧化硫的转化率增大，错误。 2．(2016·江苏盐城模拟)甲醇脱氢可制取甲醛CH3OH(g)HCHO(g)＋H2(g)，甲醇的平衡转化率随温度变化曲线如图所示(已知反应在1 L的密闭容器中进行)。下列有关说法正确的是( ) A．脱氢反应的ΔH＜0 B．600 K时，Y点甲醇的v逆＜v正 C．从Y点到Z点可通过增大压强 D．在t1 K时，该反应的平衡常数为8.1 解析：选D。由曲线可知，温度升高，甲醇的平衡转化率增大，所以反应正向进行，正反应为吸热反应，ΔH>0，A错误；600 K时，Y点表示的甲醇平衡转化率偏高，反应逆向进行，v正＜v逆， B错误；从Y点到Z点，甲醇的平衡转化率相同，即平衡常数K的值相同，故应 0.9×0.9 升高温度，C错误；t1 K时，反应的甲醇的平衡转化率为0.9，平衡常数为K＝＝ 0.1 8.1，D正确。 3．用CO合成甲醇(CH3OH)的化学方程式为CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH<0，按照相同的物质的量投料，测得CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图所示。下列说法正确的是( ) A．温度：T1>T2>T3 B．正反应速率：v(a)>v(c) v(b)>v(d) C．平衡常数：K(a)>K(c) K(b)＝K(d) 4 D．平均摩尔质量：M(a) 解析：选C。A项，因为ΔH<0，温度越高，CO的转化率越小，所以T3>T2>T1，错误；B项，由于T3>T1，所以v(c)>v(a)，由于p(b)>p(d)，所以v(b)>v(d)，错误；C项，平衡常数只受温度影响，由于ΔH<0，温度越高，平衡常数越小，正确；D项，升温，平衡左移，M减小，M(a)>M(c)，加压，平衡右移，M增大，M(b)>M(d)，错误。 4．对于可逆反应：mA(g)＋nB(g)根据图示曲线回答： pC(g)＋qD(g)，(m、n、p、q均为化学计量数)， (1)正反应是________(填“吸热”或“放热”)反应。 (2)m＋n________p＋q(填“＞”“＜”或“＝”)。 (3)若将纵坐标A的转化率换成A在平衡混合物中的质量分数，则逆反应是________(填“吸热”或“放热”)反应，m＋n________p＋q(填“＞”“＜”或“＝”)。 解析：(1)由图知，用“定一议二”的原则，看等压线，温度越高，A的转化率越大，说明平衡向正反应方向移动，运用温度对化学平衡移动的影响规律，升高温度，平衡向吸热反应方向移动，可知该反应的正反应是吸热反应。(2)看等温线，压强越大，A的转化率越大，说明平衡向正反应方向移动，运用压强对化学平衡移动的影响规律，增大压强，平衡向体积减小的方向移动，可知该反应的正反应是体积减小的反应，即m＋n＞p＋q。(3)若将纵坐标A的转化率换成A在平衡混合物中的质量分数，则与前者相反。 答案：(1)吸热 (2)＞ (3)吸热 ＜ 5．高炉炼铁是冶铁的主要方法，发生的主要反应为 Fe2O3(s)＋3CO(g)2Fe(s)＋3CO2(g) －1 ΔH＝a kJ·mol。 －1 (1)已知：①Fe2O3(s)＋3C(石墨，s)===2Fe(s)＋3CO(g) ΔH1＝＋489.0 kJ·mol －1 ②C(石墨，s)＋CO2(g)===2CO(g) ΔH2＝＋172.5 kJ·mol，则a＝________。 (2)冶炼铁的反应的平衡常数表达式为K＝________________________________________________________________________， 温度升高后，K值________(填“增大”“不变”或“减小”)。 (3)在T ℃时，该反应的平衡常数K＝64，在2 L恒容密闭容器甲和乙中，分别按下表所示加入物质，反应经过一段时间后达到平衡。 Fe2O3 CO Fe CO2 甲/mol 1.0 1.0 1.0 1.0 乙/mol 1.0 2.0 1.0 1.0 ①甲容器中CO的平衡转化率为________。 ②下列说法正确的是________(填字母)。 a．若容器内气体密度恒定，表示反应达到平衡状态 b．甲容器中CO的平衡转化率大于乙容器中的 c．甲、乙容器中，CO的平衡浓度之比为2∶3 d．增加Fe2O3的量可以提高CO的转化率 解析：(1)根据盖斯定律，由①－②×3得Fe2O3(s)＋3CO(g)2Fe(s)＋3CO2(g) ΔH－1－1 ＝(489.0－172.5×3)kJ·mol＝－28.5 kJ·mol，故a＝－28.5。 c3 (2)固体物质不能写入平衡常数表达式中，故K＝3c2 。由于该反应是放热反应，升高 温度平衡逆向移动，平衡常数将减小。 (3)①设平衡时，反应用去x mol CO，则平衡时CO、CO2的物质的量分别为(1－x) mol、(1＋x) mol。因化学方程式中两气体物质的化学计量数相等，所以可将物质的量直接代入平衡 5 ＋x常数表达式中，得3＝64，解得x＝0.6，即CO的平衡转化率为60%，平衡时CO的 －x－1 浓度为0.2 mol·L。②由于该反应有固体参加和生成，故只要平衡发生移动，气体的质量就会发生变化，密度也就改变，所以当气体密度恒定时，反应一定达到平衡状态，a项正确；模仿上题的方法，可求得乙容器中平衡时CO的转 －1 化率为70%，浓度为0.3 mol·L，故b项错误、c项正确。Fe2O3是固体，增加它的量对平衡无影响，故d项错误。 3 c3 答案：(1)－28.5 (2)3 c(3)①60% ②ac 2 减小 6