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专题提升有关化学平衡图像问题的分析化学反应速率和化学平衡图像类试题是化学试题中的一种特殊题型，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。【思维展示】臭氧是理想的烟气脱硝试剂，其脱硝反应为2NO2(g)＋O3(g)N2O5(g)＋O2(g)，若反应在恒容密闭容器中进行，下列由该反应相关图像作出的判断不正确的是()选项图像判断思维过程结论A升高温度，平衡常数减小图像特点：放热反应性质特点：温度升高，平衡左移，K值减小√B0～3s内，反应速率为v(NO2)＝0.2mol·L－1·s－1图像特点：①时间：3s②平衡浓度：0.4mol·L－1计算公式：v＝ΔcΔt√Ct1时仅加入催化剂，平衡不移动图像特点：平衡不移动结论：加入催化剂，正逆反应速率增大倍数相等但平衡不移动√D达平衡时，仅改变x，则x为c(O2)图像特点：横坐标增大，NO2转化率升高结论：增大O2浓度平衡左移，NO2转化率降低×【技巧点拨】解答化学反应速率和化学平衡图像题的常用方法和技巧(1)紧扣特征。弄清可逆反应的正反应是吸热还是放热，反应前后气体体积增大、减小还是不变，有无纯液体或固体物质参与反应等。(2)“先拐先平”。在含量(转化率)—时间图像中，先出现拐点的反应则先达到平衡，说明该曲线反应速率快，表示温度较高、有催化剂、压强较大等。(3)“定一议二”。当图像中有三个量时，先确定一个量不变，再讨论另外两个量的关系，必要时可作辅助线。(4)三步分析法。一看反应速率是增大还是减小；二看v(正)、v(逆)的相对大小；三看化学平衡移动的方向。以下均以反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)ΔH0且m＋np＋q为例。该类图像一般有两种表现形式，如图甲和图乙：速率—时间(或速率—压强)图像图乙交点是平衡状态，平衡后升温，平衡逆向移动；平衡后加压，平衡正向移动。[例1]向某密闭容器中加入0.6molA、0.2molC和一定量的B三种气体。一定条件下发生反应，各物质浓度随时间变化如图甲所示[其中t0～t1阶段c(B)未画出]。t2时刻后改变条件反应体系中反应速率随时间变化的情况如图乙所示，且四个阶段都只改变一种条件并且改变的条件均不相同。下列说法正确的是()A.反应的方程式为3A(g)＋B(g)2C(g)B.t3～t4，t4～t5，t5～t6各阶段改变的条件依次为：加催化剂，降低反应温度，增大压强C.B的起始物质的量为0.08molD.t0～t1阶段A的转化率为40%解析反应中A的浓度变化为0.15mol/L－0.06mol/L＝0.09mol/L，C的浓度变化为0.11mol/L－0.05mol/L＝0.06mol/L，反应中A与C的计量数之比为0.09∶0.06＝3∶2，t3～t4阶段与t4～t5阶段正逆反应速率都相等，而t3～t4阶段为使用催化剂，则t4～t5阶段应为减小压强，则该反应中气体的化学计量数之和前后相等，则有：3A(g)B(g)＋2C(g)，A项错误；如t4～t5阶段改变的条件为降低反应温度，平衡发生移动，则正逆反应速率不相等，应为降低压强，B项错误；根据方程式可知消耗0.09mol/L的A，则生成0.03mol/L的B，由于A的起始物质的量为0.6mol而其浓度为0.15mol/L，所以容器的体积为4L，生成B的物质的量为0.12mol，平衡时B的物质的量为0.2mol，所以起始时B的物质的量为0.2mol－0.12mol＝0.08mol，C项正确；t0～t1阶段A的转化率为0.15mol/L－0.06mol/L0.15mol/L×100%＝60%，D项错误。答案C变式1对达到平衡状态的可逆反应：A＋BC＋D，若t1时增大压强，正、逆反应速率变化如图所示(v代表反应速率，t代表时间)，下列有关A、B、C、D的状态叙述中正确的是()A.A、B、C是气体，D不是气体B.A、B是气体，C、D有一种是气体C.C、D是气体，A、B有一种是气体D.C、D有一种是气体，A、B都不是气体解析由图可知t1时增大压强，正、逆反应速率都增大，而且逆反应速率增大程度更大，说明该反应反应物和生成物都存在气体，而且气体化学计量数之和增大。气体物质化学计量数之和减小，A项错误；气体物质化学计量数之和减小，B项错误；气体化学计量数之和增大，C项正确；反应物中存在气体，D项错误。答案C转化率(或百分含量)—时间—温度(压强)图像图像图像条件信息“先拐先平”T2T1“先拐先平”p1p2a使用催化剂根据图像推断反应特点T2T1，升高温度，α(A)降低，平衡逆向移动，正反应为放热反应p1p2，增大压强，α(A)升高，平衡正向移动，则正反应为气体体积缩小的反应反应速率加快，但平衡不移动[例2]可逆反应：aA(g)＋bB(s)cC(g)＋dD(g)，其他条件不变，C的物质的量分数和温度(T)或压强(P)关系如图，其中正确的是()A.根据图像无法确定改变温度后平衡移动方向B.使用催化剂，C的物质的量分数增加C.化学方程式系数a＞c＋dD.升高温度，平衡向逆反应方向移动解析可逆反应，当其他条件一定时，温度越高，反应速率越大，达到平衡所用的时间越短。由图像(1)可知T2＞T1，温度越高，平衡时C的物质的量分数n(C)%越小，故此反应的正反应为放热反应；当其他条件一定时，压强越高，反应速率越大，达到平衡所用的时间越短。由图(2)可知p2＞p1，压强越大，平衡时C的物质的量分数n(C)%越小，可知正反应为气体物质的量增大的反应，即a＜c＋d。据上述分析，得到T1＜T2，温度越高，n(C)%越小，则平衡向逆反应方向移动，A项错误；催化剂只改变化学反应速率，对平衡移动没有影响，C的质量分数不变，B项错误；压强越大，平衡时C的物质的量分数n(C)%越小，可知正反应为气体物质的量增大的反应，即a＜c＋d，C项错误；T2＞T1，温度越高，平衡时C的物质的量分数n(C)%越小，故此反应的正反应为放热反应，升温平衡逆向移动，D项正确。答案D变式2某可逆反应mA(g)＋nB(g)qC(g)，ΔH在密闭容器中进行。如图表示在不同时刻t、温度T和压强p下B物质在混合气体中的体积分数φ(B)的变化情况。下列推断正确的是()A.p1＞p2，T1＜T2，m＋n＞q，ΔH＜0B.p1＜p2，T1＞T2，m＋n＞q，ΔH＞0C.p1＞p2，T1＜T2，m＋n＜q，ΔH＜0D.p1＜p2，T1＞T2，m＋n＜q，ΔH＞0解析由时间—体积分数φ(B)图中拐点说明在不同条件下达到平衡时温度、压强的大小，T1大于T2，p2大于p1；同温度时，p2大于p1，体积分数φ(B)增大，说明平衡逆向移动，m＋n＜q，又同一压强时，T1大于T2，体积分数φ(B)降低，说明平衡正向移动，ΔH＞0；D项正确。答案D①恒温或恒压曲线上的任意点均表示平衡状态。②分析方法：a.分析任一条曲线走势，如图丙中，温度为T1时(即恒温)，α(A)随压强(p)的增大而增大，故正反应是气体分子数减小的反应；b.任取一点向横坐标作垂线为辅助线进行分析，如图丁中，过p3任作一条垂直于x轴(即恒温)的辅助线，若p1p2p3，则表示α(A)随压强的增大而增大，故正反应是气体分子数减小的反应。恒温线(或恒压线)[例3]有一化学平衡：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)(如图)表示的是转化率与压强、温度的关系。分析图中曲线可以得出的结论是()A.正反应吸热：m＋np＋qB.正反应吸热：m＋np＋qC.正反应放热：m＋np＋qD.正反应放热：m＋np＋q解析由图可知，压强相同时，温度越高A的转化率越大，说明升高温度平衡向正反应移动，故正反应为吸热反应，作垂直横轴的辅助线，由图可知，温度相同，压强越大A的转化率越大，说明增大压强平衡向正反应移动，故正反应为气体物质的量减小的反应，即m＋n＞p＋q，A项正确。答案A变式3反应N2O4(g)2NO2(g)ΔH＝＋57kJ·mol－1，在温度为T1、T2时，平衡体系中NO2的体积分数随压强变化的曲线如图所示。下列说法正确的是()A.A、C两点的反应速率：ACB.A、C两点气体的颜色：A深，C浅C.A、B两点气体的平均相对分子质量：ABD.B、C两点化学平衡常数：BC解析A、C两点温度相同，C点压强大于A点压强，所以C点反应速率大于A点反应速率，A项错误；C点压强大于A点压强，所以C点容器体积小于A点容器体积，所以C点NO2的浓度大于A点NO2的浓度，C点颜色深，A点浅，B项错误；A、B两点压强相同，B点到A点NO2体积分数增大，平衡正向移动，气体的总物质的量增大，又由于气体的总质量不变，所以混合气体的平均相对分子质量减小，即A、B两点气体的平均相对分子质量：BA，C项错误；A、B两点压强相同，B点到A点NO2体积分数增大，平衡正向移动，所以B点的平衡常数小于A点的平衡常数，A、C两点温度相同，A、C两点平衡常数相同，所以B点的平衡常数小于C点的平衡常数，D项正确。答案D[例4]二甲醚具有优良的燃烧性能，被称为21世纪的“清洁能源”，以下为其中一种合成二甲醚的方法。在一定温度、压强和催化剂作用下，在同一反应器中进行如下反应：工业生产中的图像分析①CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH1＝－49.1kJ·mol－1②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)ΔH2＝－24.5kJ·mol－1③CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH3＝＋41.2kJ·mol－1(1)写出CO2(g)加H2(g)转化为CH3OCH3(g)和H2O(g)的热化学方程式是___________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)一定条件下，原料气中n(H2)/n(CO2)比值和温度对CO2转化率影响的实验数据如图。①温度为T1K时，在1L反应容器中投入2molCO2和8molH2进行反应，试计算达到平衡时CO2的浓度为____________________________________________________________________________________________________________。②结合数据图，归纳CO2平衡转化率受外界条件影响的变化规律：a._________________________________________________________________。b.__________________________________________________________________。(3)为研究初始投料比与二甲醚产率关系，在一定温度和压强下，投入一定物质的量的H2、CO、CO2进行实验，发现二甲醚的平衡产率随原料气中n(CO)/[n(CO)＋n(CO2)]比值增大而增大，试分析其原因__________________________________________________________________________________________________。解析(1)由2×①＋②可得待求热化学方程式2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g)，利用盖斯定律计算ΔH＝2ΔH1＋ΔH2＝－122.7kJ·mol－1。(2)①由图知转化率为50%，则剩余1mol的CO2，浓度为1mol·L－1；②相同温度时比较原料气中n（H2）n（CO2）比值对转化率的影响，同一原料气中n（H2）n（CO2）比值和