微專題七化學反應速率和平衡圖像的綜合應用[專題精講](一)速率平衡圖像的解題步驟(二)速率平衡圖像的類型及特點1.速率—時間圖像(v-t圖像)解題關鍵：“三步分析法”。即一看反應速率是增大還是減小；二看v正、v逆的相對大小；三看化學平衡的移動方向。分清正反應速率、逆反應速率的相對大小，分清“突變”和“漸變”；熟記濃度、溫度、壓強、催化劑等對化學平衡移動的影響規律；正確判斷化學平衡的移動方向。Ⅰ.正反應速率突變，逆反應速率漸變，v正′>v逆′，說明是增大了反應物的濃度，使正反應速率突變，且平衡正向移動。Ⅱ.v正、v逆都是突然減小的，v正′>v逆′，平衡正向移動，說明該反應的正反應可能是放熱反應或氣體總體積增大的反應，改變的條件是降低溫度或減小壓強。Ⅲ.v正、v逆都是突然增大的，并且v正、v逆增大程度相同，說明該化學平衡沒有發生移動，可能是使用了催化劑，也可能是對反應前后氣體總體積不發生變化的反應增大壓強(壓縮體積)所致。

【注意】判斷平衡移動方向，根據v正′、v逆′的相對大小，判斷改變的是哪種外界條件。即看改變條件的那一時刻v正′、v逆′的變化，若v正′或v逆′有一個在原平衡未變則為改變濃度；若兩個都發生了“突變”，則為改變溫度或壓強；若兩個都發生了“突變”且仍然相等，則為加入催化劑或等體積反應改變壓強。2.百分含量(或轉化率)—時間—溫度(或壓強)圖像

解題關鍵：“先拐先平數值大”，即先出現拐點的反應先達到平衡，先出現拐點的曲線表示的溫度較高、壓強較大或使用了催化劑。Ⅰ.T2>T1，溫度升高，平衡逆向移動，正反應是放熱反應。Ⅱ.p2>p1，壓強增大，A(反應物)的轉化率減小，說明正反應是氣體總體積增大的反應。

Ⅲ.生成物C的百分含量不變，說明平衡不發生移動，但反應速率a>b，故a可能是使用了催化劑；若該反應是反應前后氣體總體積不變的可逆反應，a也可能是增大了壓強(壓縮體積)。3.恒壓(或恒溫)線(α表示反應物的轉化率，n表示反應物的平衡物質的量)

解題關鍵：“定一議二”，即化學平衡圖像包括縱坐標、橫坐標和曲線所表示的三個變量，分析時先把自變量(溫度、壓強)之一設為定量，再討論另外兩個變量之間的關系，再依據外界條件對平衡的影響規律判斷反應的熱效應及反應前后氣體體積的變化。

Ⅰ.若p1>p2>p3，壓強增大，反應物的轉化率增大，平衡向正反應方向移動，故正反應為氣體體積減小的反應；溫度升高，反應物的轉化率減小，平衡向逆反應方向移動，故正反應為放熱反應。

Ⅱ.若T1>T2，溫度升高，反應物的物質的量增大，平衡向逆反應方向移動，故正反應為放熱反應；壓強增大，反應物的物質的量增大，平衡向逆反應方向移動，故正反應為氣體體積增大的反應。4.物質的量(濃度)—時間圖像[n(c)-t圖像]

解題關鍵：各物質的n或c不隨時間變化時達到平衡狀態，根據起始量和平衡量求出轉化量，各物質的轉化量之比等于化學計量數之比，可以得出化學方程式中的化學計量數。例如：在2L密閉容器中，某一反應有關物質A(g)、B(g)、C(g)的物質的量變化隨時間變化如圖所示。①橫坐標表示反應過程中時間變化，縱坐標表示反應過程中物質的物質的量的變化。

②在反應達2min時，正反應速率與逆反應速率相等，反應達到平衡狀態。③該反應的化學方程式為3A(g)＋B(g)2C(g)。

④若用A物質的量濃度的變化表示反應達平衡(2min)時的正反應速率是0.15mol·L-1·min-1。5.反應過程中特定組分含量變化圖像(1)對于化學反應mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，

解題關鍵：平衡點前看反應速率大小，平衡點后看平衡受溫度的影響情況。①M點前，表示化學反應從反應物開始到建立平衡的過程，v正>v逆；②M點為剛達到平衡點，v正＝v逆；

③M點后為平衡受溫度的影響情況，即升高溫度，A的百分含量增加或C的百分含量減少，平衡向逆反應方向移動，故正反應為放熱反應。(2)對于化學反應mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，

解題關鍵：根據點與平衡點的相對位置判斷正、逆反應速率大小。①L線上所有的點都是平衡點，v正＝v逆；

②L線的左上方(E點)，A的百分含量大于此壓強時平衡體系中A的百分含量，E點必須向正反應方向移動才能達到平衡狀態，故E點：v正>v逆；

③L線的右下方(F點)，A的百分含量小于此壓強時平衡體系中A的百分含量，F點必須向逆反應方向移動才能達到平衡狀態，故F點：v正<v逆。

[典例精析]

角度1速率—時間圖像 【典例1】“綠水青山就是金山銀山”，為了踐行這一理念，國家加大了對氮氧化物排放的控制力度。用活性炭還原處理氮氧化物的有關反應為C(s)＋2NO(g)CO2(g)＋N2(g)ΔH<0。向容積可變的密閉容器中加入(足量的)活性炭和NO，在t2

時刻改變某一條件，其反應的速率—時間圖像如圖所示。下列說法正確的是()A.給該反應升溫，v正減小，v逆增大B.t2時刻改變的條件是向密閉容器中加NOC.t1

時刻的v逆大于t2

時刻的v正D.若氣體的密度不變，不能說明該反應達到平衡解析：升高溫度，任何反應的反應速率均增大，故給該反應升溫，v正增大，v逆增大，A錯誤；由圖像可知，壓強一定條件下，t2

時刻改變條件以后，逆反應速率突然減小，達到新平衡時，與原反應速率相同，故改變的條件是向密閉容器中加NO，B正確；由B項分析可知，t2

時刻改變的條件是向密閉容器中加NO，正反應速率增大，逆反應速率減小，則t1時刻的v逆小于t2

時刻的v正，C錯誤；由題干反應方程式可知，反應前后氣體的物質的量保持不變，即恒溫下容器的體積保持不變，反應正向氣體質量增加，故若氣體的密度不變，則氣體質量不變，說明該反應達到平衡，D錯誤。答案：B[思維建模]捕捉圖像中的五個關鍵點[變式訓練1]對于達到平衡的可逆反應：X＋YW＋Z，其他條件不變時，增大壓強，正、逆反應速率變化的情況如圖所示。)下列對X、Y、W、Z四種物質狀態的描述正確的是( A.W、Z均為氣體，X、Y中只有一種為氣體 B.X、Y均為氣體，W、Z中只有一種為氣體 C.X、Y或W、Z中均只有一種為氣體 D.X、Y均為氣體，W、Z均為液體或固體

解析：由圖像可知，增大壓強，正、逆反應速率都加快，但正反應速率增大的程度大于逆反應速率增大的程度，可見化學平衡向正反應方向移動，即正反應是一個氣體體積縮小的反應。即X、Y均為氣體，W、Z中只有一種是氣體，B正確。答案：B

角度2物質的量(或濃度)、百分含量(或轉化率)變化圖像 【典例2】(2023年張家口模擬)某實驗探究小組研究25℃時N2O5的分解反應：2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)。該小組根據表格中的實驗數據繪制c-t圖像如圖所示。下列說法正確的是()t/min01234c(N2O5)/(mol·L-1)0.1600.1140.0800.0560.040c(O2)/(mol·L-1)00.0230.0400.0520.060A.曲線Ⅰ是N2O5的濃度變化曲線B.曲線Ⅱ是O2

的濃度變化曲線C.在0～1min、1～2min兩個時間段里，化學反應速率最快的是0～1minD.只增大容器體積，化學反應速率增大

解析：曲線Ⅰ的初始濃度為0，是O2的濃度變化曲線，A錯誤；曲線Ⅱ的初始濃度為0.160mol·L-1，是N2O5

的濃度變化曲線，B錯誤；在0～1min、1～2min兩個時間段里，氧氣濃度的變化量分別是0.023mol·L-1、0.04mol·L-1－0.023mol·L-1＝0.017mol·L-1，化學反應速率最快的是0～1min，C正確；只增大容器體積，壓強減小，化學反應速率減小，D錯誤。答案：C[變式訓練2]恒容密閉容器中存在下列平衡：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)。CO2(g)的平衡物質的量濃度c(CO2)與溫度T的關系如圖所示。下列說法錯誤的是()A.在T2℃時，若反應進行到狀態D，則一定有v正<v逆B.平衡狀態A與C相比，平衡狀態A的c(CO)小C.若T1

℃、T2

℃時的平衡常數分別為K1、K2，則K1<K2D.反應CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)的ΔH>0

解析：由圖可知，曲線上的點為平衡點，T2

℃時，D→B減少二氧化碳的濃度可達到平衡濃度，則平衡逆向移動，v正<v逆，A正確；由圖可知，溫度越高，二氧化碳的含量越大，則正反應為吸熱反應，平衡狀態A與C相比，溫度不同，升高溫度平衡正向移動，c(CO)減小，則平衡狀態C的c(CO)小，B錯誤；溫度升高，平衡正向移動，K增大，可知若T1、T2

時的平衡常數分別為K1、K2，則K1<K2，C正確；由上述分析可知，正反應為吸熱反應，ΔH>0，D正確。答案：B角度3含量—時間—溫度(壓強)【典例3】已知可逆反應：4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)ΔH＝－1025kJ·mol-1。若反應物起始物質的量相同，下列關于該反應的示意圖不正確的是()ABCD

解析：升高溫度，平衡向逆反應方向移動，平衡時一氧化氮的含量小，且達到平衡時需要的時間短，A正確，D錯誤；增大壓強，平衡向逆反應方向移動，平衡時一氧化氮的含量小，且達到平衡時需要的時間短，B正確；有無催化劑只影響到達平衡狀態的時間，不影響平衡移動，C正確。答案：D[變式訓練3]已知某可逆反應mA(g)＋nB(g)pC(g)在密閉容器中進行，如圖表示在不同反應時間(t)時，溫度(T)和壓強(p)與反應物B在混合氣體中的體積分數[φ(B)]的關系曲線，由曲線分析，下列判斷正確的是()A.T1<T2，p1>p2，m＋n>p，放熱反應B.T1>T2，p1<p2，m＋n>p，吸熱反應C.T1<T2，p1>p2，m＋n<p，放熱反應D.T1>T2，p1<p2，m＋n<p，吸熱反應

解析：由圖可知，壓強一定時，溫度T1先達到平衡，故T1>T2，升高溫度，B在混合氣體中的體積分數減小，說明平衡正向移動，正反應為吸熱反應；溫度一定時，壓強p2

先達到平衡，故p1<p2，增大壓強，B在混合氣體中的體積分數增大，說明平衡逆向移動，正反應為氣體體積增大的反應，則m＋n<p。答案：D角度4恒壓(或恒溫)線【典例4】反應

mA(g)＋nB(g)eC(g)＋fD(s)ΔH。若按反應物的化學計量數比投料，在一定條件下進行反應，該反應達到平衡時C的體積分數與溫度、壓強的關系如圖所示。下列敘述中正確的是()

A.該反應的ΔH>0 B.該化學方程式中m＋n<e

C.加入催化劑可增大正反應速率，逆反應速率不變 D.向平衡后的恒壓容器中再充入一定量C，達到新平衡時，C的濃度與原平衡時的相同

解析：當壓強不變時，溫度越高，平衡時C的體積分數越小，故ΔH<0，A錯誤；當溫度不變時，增大壓強，平衡向氣體分子數減小的方向進行，由圖可知，當溫度不變時，壓強越大，平衡時C的體積分數越大，又因為D是固體，故該化學方程式中m＋n>e，B錯誤；加入催化劑，正、逆反應速率都增大，并且增大的倍數相同，C錯誤；恒壓條件下開始按反應物的化學計量數比投料，在一定條件下進行反應，平衡后向恒壓容器中再充入一定量C，再次達到新平衡時，這兩次平衡等效，故C的濃度與原平衡時的相同，D正確。答案：D[思維建模]圖像信息加工處理的角度

[變式訓練4]氮、碳氧化物的無害化處理是研究的熱點。一定條件下N2O發生如下反應：Ⅰ.2N2O(g)2N2(g)＋O2(g)Ⅱ.N2O(g)＋CO(g)N2(g)＋CO2(g)

在不同壓強的密閉容器中，分別充入1molN2O和1molCO，發生反應Ⅰ和反應Ⅱ，測得N2O的平衡轉化率與溫度的關系如圖所示。p1、p2、p3

由小到大的順序為__________；溫度高于T0℃時，容器內發生的主要反應為____________(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅰ和Ⅱ”)。

解析：反應Ⅰ是正反應氣體體積增大的反應，當溫度一定時，增大壓強，反應Ⅰ平衡向逆反應方向即氣體體積減小的方向移動，N2O的轉化率降低，因此三者壓強由小到大的順序是p1<p2<p3；溫度高于T0

℃時，壓強改變對N2O的平衡轉化率基本無影響，反應Ⅱ是反應前后氣體體積不變的反應，因此溫度高于T0

℃時，容器內主要發生的是反應Ⅱ。答案：p1<p2<p3

Ⅱ

角度5特殊圖像 【典例5】(2023年德州模擬)CH4—CO2

重整反應能夠有效去除大氣中的CO2，是實現“碳中和”的重要途徑之一，發生的反應如下：重整反應CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)

ΔH積碳反應Ⅰ

2CO(g)===CO2(g)＋C(s)

ΔHⅠ＝－172kJ·mol-1積碳反應Ⅱ

CH4(g)===C(s)＋2H2(g)

ΔHⅡ＝＋75kJ·mol-1在恒壓、起始投料比＝1的條件下，體系中含碳組分平衡時的物質的量隨溫度變化關系曲線如圖所示。下列說法正確的是()A.重整反應的反應熱ΔH＝－247kJ·mol-1B.曲線B表示CH4

平衡時物質的量隨溫度的變化C.積碳會導致催化劑失活，降低CH4

的平衡轉化率D.低于600℃時，降低溫度有利于減少積碳的量并去除CO2氣體

解析：重整反應的熱化學方程式＝Ⅱ－Ⅰ，對應的ΔH＝ΔHⅡ－ΔHⅠ＝＋247kJ·mol-1，所以重整反應和積碳反應Ⅱ均為吸熱反應，升高溫度CH4參與的反應平衡均正向移動，所以CH4平衡時物質的量隨溫度升高而降低，積碳反應Ⅰ生成CO2，積碳反應Ⅱ消耗CH4，所以平衡時CH4物質的量小于CO2，所以曲線B表示CH4，曲線A表示CO2，CO、C均作為生成物，所以曲線D表示C，則曲線C表示CO。綜上，曲線A表示CO2，曲線B表示CH4，曲線C表示CO，曲線D表示C。由上述分析可知，A錯誤，B正確；催化劑失活會導致反應速率降低，不會影響平衡轉化率，C錯誤；根據曲線C，低于600℃時，溫度升高，CO增大，說明反應以重整反應為主，消耗CO2，生成CO，而增多的CO會使積碳反應Ⅰ正向移動，導致C增多，反之，降低溫度會導致積碳的量減少，同時CO2增多，不利于去除CO2氣體，D錯誤。答案：B[思維建模]1.特殊圖像類型的解題步驟(1)看清坐標所代表的意義，如反應時間、投料比值、催化劑的選擇、轉化率等；(2)抓住圖像中的關鍵點(常為最高點、最低點、拐點)、看清曲線的變化趨勢；(3)將特殊圖像轉化為常規圖像；(4)運用化學平衡知識進行解答。2.特殊平衡圖像題解題角度(1)曲線上的每個點是否都到達平衡

往往需要通過曲線的升降趨勢或斜率變化來判斷，如果還未達到平衡則不能使用平衡移動原理，只有達到平衡以后的點才能應用平衡移動原理。(2)催化劑的活性是否受溫度的影響

不同的催化劑因選擇性不同受溫度的影響也會不同。一般來說，催化劑的活性在一定溫度下最高，低于或高于這個溫度都會下降。(3)不同的投料比對產率造成的影響

可以根據“定一議二”的方法，根據相同投料比下溫度或壓強的改變對產率的影響或相同溫度或壓強下改變投料比時平衡移動的方向進行判斷，確定反應熱或反應前后氣體體積的變化。

[變式訓練5](2023年煙臺模擬)工業上用C6H5Cl和H2S的高溫氣相反應制備苯硫酚(C6H5SH)，同時有副產物C6H6

生成：Ⅰ.C6H5Cl(g)＋H2S(g)C6H5SH(g)＋HCl(g)ΔH1

使C6H5Cl和H2S按物質的量比1∶1進入反應器，定時測定反應器尾端出來的混合氣體中各產物的量，得到單程收率與溫度的關系如圖所示。下列說法正確的是(

)A.ΔH1<0ΔH2<0B.反應Ⅰ的活化能較大C.590℃以上，隨溫度升高，反應Ⅰ消耗H2S減少

解析：溫度大于590℃時，隨溫度升高，苯硫酚的單程收率降低，說明ΔH1<0，隨溫度升高，苯的單程收率增大，說明ΔH2>0，A錯誤；溫度較低時，苯的單程收率小，說明Ⅱ反應速率小，Ⅱ的活化能較大，B錯誤；590℃以上，隨溫度升高，苯硫酚的單程收率降低，反應Ⅰ消耗H2S減少，C正確；設通入氯苯、H2S的物質的量各為1mol，645℃時，苯硫酚的單程收率為20%、苯的單程收率為