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3. 平衡移动图像

化学平衡及其移动 · 高二
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 利用图像坐标变化,直观描述外界条件改变后,可逆反应速率变化及平衡状态移动方向的动态过程。

从哪来 建立在“1. 化学反应速率”之上。图像中的曲线斜率代表速率大小,曲线的转折点或平台期代表速率相等(即平衡状态),这是理解平衡移动的前提。

为什么 勒夏特列原理指出,改变影响平衡的一个条件,平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。图像通过“突变”(条件改变瞬间)和“渐变”(新平衡建立过程)将抽象的原理可视化:纵坐标若为速率,突变点体现正逆速率相对大小;若为浓度/百分含量,突变后的走势体现平衡移动方向。

“断点分析法”
先找图像中的“断点”(条件改变时刻),比较断点前后纵坐标数值。若纵坐标为浓度,断点处浓度突变说明直接改变了该物质浓度;若纵坐标为速率,断点处速率突变说明改变了温度、压强或催化剂。
适合:逻辑性强、擅长数学函数分析、对化学直觉较弱的学生。
“斜率与平台法”
观察曲线斜率。斜率大代表速率快,斜率小代表速率慢。找到“平台期”(水平线),代表平衡状态。比较新旧平台的高度或位置,判断平衡移动方向(如产物浓度升高,平衡正向移动)。
适合:形象思维好、喜欢通过图形趋势理解问题、对抽象公式不敏感的学生。
“极限假设法”
假设条件改变到极致(如温度无限高、压强无限大),判断平衡会移向哪一边,再回看图像是否符合这一趋势。例如,升温通常使吸热方向速率增加更多,图像上吸热方向曲线应在断点后位于上方。
适合:基础薄弱、容易混淆正逆反应速率关系、需要借助极端情境辅助记忆的学生。
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练一道
基础题
已知反应 $N_2(g) + 3H_2(g) \rightleftharpoons 2NH_3(g)$ $\Delta H < 0$。下图纵坐标为 $NH_3$ 的百分含量,横坐标为时间。在 $t_1$ 时刻改变条件,曲线显示 $NH_3$ 百分含量先突增后缓慢下降,最终达到比原平衡更高的水平。问 $t_1$ 时刻改变了什么条件?
变式
已知反应 $2SO_2(g) + O_2(g) \rightleftharpoons 2SO_3(g)$ $\Delta H < 0$。下图纵坐标为反应速率 $v$,横坐标为时间。在 $t_1$ 时刻,$v_{正}$ 和 $v_{逆}$ 同时增大,且 $v_{正} > v_{逆}$。问 $t_1$ 时刻改变了什么条件?
试试手自己判
检测题
对于反应 $A(g) + B(g) \rightleftharpoons C(g)$ $\Delta H > 0$,下图纵坐标为 $C$ 的浓度,横坐标为时间。在 $t_1$ 时刻,曲线显示 $C$ 的浓度突然降低,随后逐渐升高,最终达到比原平衡更低的水平。问 $t_1$ 时刻改变了什么条件?
看答案和判分标准
答案:减小压强(或扩大容器体积)。
判对标准:
1. 指出 $C$ 浓度突变降低,说明可能是减小压强或减少 $C$ 的浓度。
2. 指出随后 $C$ 浓度升高,说明平衡正向移动。
3. 结合 $\Delta H > 0$(吸热)和气体分子数变化($1+1 \to 1$,正向体积减小),判断减小压强会使平衡逆向移动,矛盾;减少 $C$ 浓度会使平衡正向移动,但 $C$ 浓度最终应低于原平衡(符合)。
*修正思考*:若减小压强,平衡逆向移动,$C$ 浓度降低,符合“先降后升但低于原平衡”?不对,减小压强瞬间 $C$ 浓度降低,平衡逆向移动,$C$ 浓度继续降低。
*重新分析*:
- 若减少 $C$ 的浓度:瞬间 $C$ 降低,平衡正向移动,$C$ 浓度回升,但最终 $C$ 浓度低于原平衡(因为移走了一部分)。符合图像。
- 若减小压强:瞬间 $C$ 浓度降低,平衡逆向移动(因为正向体积减小,减压向体积增大方向移动,即逆向),$C$ 浓度继续降低。不符合“随后逐渐升高”。
- 若升温:$C$ 浓度不会突变。
- 若降温:$C$ 浓度不会突变。
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