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1. 常见图像类型

化学平衡的计算与等效平衡 · 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 化学平衡中描述反应进程、组分含量或速率随时间/条件变化的二维坐标图。

从哪来 建立在“3. 平衡移动图像”这一前置知识之上,它是将勒夏特列原理和平衡常数概念视觉化、定量化表达的核心工具。

为什么 化学反应是动态过程,仅靠文字或公式难以直观呈现“变化趋势”和“临界状态”。图像通过坐标轴(如时间、温度、压强)与纵坐标(如浓度、体积分数、速率)的函数关系,将抽象的平衡移动规律转化为可视的几何特征(斜率、截距、拐点),从而揭示条件改变对平衡体系的瞬时影响及最终归宿,是连接微观机理与宏观现象的桥梁。

适合:形象思维强、擅长记忆图形特征的学生** 采用“特征识别法”。将常见图像归纳为三类“指纹”: 1. **时间-浓度/含量图
重点看“先拐先平数值大”(斜率代表速率,拐点代表平衡时间,平台代表平衡值)。 2. 温度/压强-含量图:重点看曲线走向,若纵坐标为生成物含量,曲线随横坐标上升则正反应吸热/增气;反之则放热/减气。 3. 速率-时间图:重点看突变后的相对位置,判断平衡移动方向。 让学生像认人一样认图,通过大量看图训练形成肌肉记忆。
适合:逻辑推理强、喜欢探究因果的学生** 采用“动态推演法”。不直接给结论,而是引导学生模拟“导演”角色: 1. **定轴
先确定横纵坐标物理量及其单位。 2. 定变:假设横坐标变量(如温度)增加,根据勒夏特列原理推导平衡移动方向。 3. 定果:推导纵坐标变量(如转化率)是增大还是减小,从而确定曲线斜率正负。 4. 定初:结合“三段式法”计算初始状态,验证曲线起点。 强调“因为...所以...故图像表现为...”的逻辑链条。
适合:基础薄弱、容易混淆概念的学生** 采用“排除对比法”。 1. **找不同
给出两幅看似相同但条件不同的图(如恒温恒容 vs 恒温恒压),让学生找出差异点。 2. 找错误:提供一幅故意画错的平衡图像(如平衡后速率不相等、或平衡移动方向错误),让学生当“找茬员”。 3. 画一画:给出文字描述,让学生徒手画出大致图像,再与标准图对比。 通过纠错和模仿,降低认知负荷,建立正确的图像直觉。
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练一道
基础题
在恒温恒容密闭容器中,发生反应 $2A(g) \rightleftharpoons B(g) + C(g)$。若起始加入 2 mol A,达到平衡时 A 的转化率为 50%。请画出 A 的浓度 $c(A)$ 随时间 $t$ 变化的图像,并标出平衡点。
变式
对于反应 $N_2(g) + 3H_2(g) \rightleftharpoons 2NH_3(g)$ ($\Delta H < 0$),下图展示了不同温度下 $NH_3$ 的体积分数 $\varphi(NH_3)$ 随时间 $t$ 的变化。请判断 $T_1$ 与 $T_2$ 的大小关系,并说明理由。 *(注:假设图中 $T_1$ 曲线先达到平台,但平台高度低于 $T_2$ 曲线)
试试手自己判
检测题
在两个相同体积的密闭容器中,分别充入等量的 $SO_2$ 和 $O_2$,发生反应 $2SO_2(g) + O_2(g) \rightleftharpoons 2SO_3(g)$ ($\Delta H < 0$)。 容器 A 保持恒温恒容,容器 B 保持恒温恒压。 若以 $SO_2$ 的转化率 $\alpha$ 为纵坐标,时间 $t$ 为横坐标,请描述两容器图像的主要区别,并解释原因。
看答案和判分标准
答案:1. 区别:容器 B(恒压)的曲线斜率更大(反应速率更快),且最终平衡时的转化率 $\alpha$ 高于容器 A(恒容)。 2. 原因: - 速率:反应正向进行,气体分子数减少。恒容下压强降低,恒压下体积缩小以维持压强,因此恒压下反应物浓度始终高于恒容(或下降得更慢),故恒压反应速率更快,先达到平衡。 - 平衡:该反应正向气体分子数减小。恒容下压强降低,不利于正向进行;恒压下压强不变(相对恒容的低压而言),相当于加压,平衡正向移动,故 $SO_2$ 转化率更高。
判对标准:
- 明确指出 B 的速率快(斜率大/先平衡):2 分
- 明确指出 B 的平衡转化率高:2 分
- 正确解释速率差异源于浓度/压强变化:3 分
- 正确解释平衡差异源于勒夏特列原理(加压正向移动):3 分
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