聯招化學·化學平衡圖像與勒夏特列原理

題目性質：自編仿真題——題目、材料、選項、數據與情境均為按課程標準與聯招常見考點獨立編寫的原創仿真題，非真題原文，未取自任何題庫、教輔或試卷；解析與採分點為教研整理，非官方評分標準。

一、考點定位與做題順序

先把三件事釘死：平衡常數 K 只隨溫度變（壓強、濃度、催化劑都不改 K）；Q 與 K 比大小才決定移動方向（Q>K 逆向、Q<K 正向、Q=K 平衡）；催化劑同時等倍加快正逆反應，縮短達平衡時間，但不改平衡組成。

自編示意反應：N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)，ΔH < 0（放熱，氣體分子數 4→2）。給定示意 Kp(400 K) = 1.00×10⁻² (MPa)⁻²、Kp(500 K) = 2.00×10⁻³ (MPa)⁻²——升溫 K 變小，與放熱一致。下面分壓、轉化率均為自編示意數值，不代表真實熱力學數據。

二、逐題精講

題1

題1 由 Qp 與 Kp 判方向、逐項改條件

某時刻測得體系各組分分壓（自編示意）：p(N₂) = 0.20 MPa，p(H₂) = 0.60 MPa，p(NH₃) = 0.10 MPa，溫度 400 K。

(1) 計算 Qp，與 Kp(400 K) 比較並判斷此時反應向哪個方向進行；(2) 分別判斷下列操作對平衡位置與Kp的影響：① 升溫到 500 K；② 壓縮體積使總壓增大；③ 加入催化劑；④ 恆溫恆容充入惰性氣體；⑤ 恆溫恆壓充入惰性氣體。

解析

(2) 逐項（平衡位置 / Kp）：
① 升溫到 500 K：放熱反應升溫，平衡逆向移動；Kp 變小（1.00×10⁻² → 2.00×10⁻³），因為 K 只隨 T 變。
② 壓縮體積使總壓增大：各分壓同比增大，Qp ∝ p(NH₃)²/[p(N₂)p(H₂)³] 因分母次數高（4 次）而減小，Qp < Kp，平衡正向移動（向氣體分子數少的一側，4→2）；Kp 不變（T 未變）。
③ 加催化劑：正逆速率等倍提高，達平衡時間縮短，平衡位置不變；Kp 不變。
④ 恆溫恆容充惰氣：容器體積不變，各反應組分的物質的量與分壓都不變（pᵢ = nᵢRT/V），Qp 不變 → 平衡不移動；Kp 不變。總壓雖升高，但升的是惰氣那部分，不參與 Q。
⑤ 恆溫恆壓充惰氣：為保持總壓不變，體積必須增大，各組分分壓同比減小；Qp 因分母次數高而增大，Qp > Kp → 平衡逆向移動（向氣體分子數多的一側，2→4）；Kp 不變。

一句話記法：恆容充惰氣「分壓沒動＝沒影響」；恆壓充惰氣「體積脹了＝相當於減壓」。

答案　(1) Qp≈0.2315 > Kp=0.0100，逆向進行。(2) ① 逆移、Kp 減小；② 正移、Kp 不變；③ 位置不變僅時間縮短、Kp 不變；④ 不移動、Kp 不變；⑤ 逆移、Kp 不變。

採分點　Qp 表達式 1 分；0.60³=0.216 與 0.0432 1 分；Qp≈0.2315 1 分；判逆向並說明 Q>K 1 分；① 兩項 1 分；② 用分壓次數判正移 1 分；③ 時間/位置區分 1 分；④ 分壓不變理由 1 分；⑤ 體積增大→相當於減壓 1 分；全程強調 K 只隨 T 變 1 分。

易錯點　把 Qp 寫成 [p(N₂)p(H₂)³]/p(NH₃)²（倒數）；拿 500 K 的 Kp 比 400 K 的 Q；說「加壓 K 變大」；說催化劑使產率提高；把恆容與恆壓充惰氣混為一談；只答「平衡移動」而不寫 Kp 是否變。

題2

題2 轉化率、總壓與圖像交叉驗證

自編示意：恆溫恆容下起始投料 n(N₂) = 1.00 mol、n(H₂) = 3.00 mol（恰為化學計量比），平衡時 N₂ 轉化率為 40.0%。

(1) 求平衡時各物質的量與總物質的量，並求恆溫恆容下總壓相對起始的變化；(2) 在「α(N₂)–T」圖上，若畫兩條不同壓強 p₂ > p₁ 的曲線，說明哪條在上、兩條隨 T 升高如何變化，並指出圖上任一點是否等於 Kp；(3) 說明「加入催化劑後 α(N₂) 不變但曲線形狀改變」具體指什麼，以及為什麼不能用 α 的單點值反推 Kp。

解析

(2) p₂（較高壓強）曲線在上方：同一溫度下加壓使平衡正向移動，α(N₂) 更大。兩條曲線都隨 T 升高而下降：反應放熱，升溫使平衡逆向、α 減小；且 p₂ 與 p₁ 兩線不會相交（同一 T 下 p₂ 恒大於 p₁）。
圖上任一點不等於 Kp：α 是特定起始投料、特定壓強下的平衡轉化率，Kp 是只由溫度決定的平衡常數；同一 T 下換一個起始配比或換一個壓強，α 會變而 Kp 不變。α 可用於比較條件影響，不能直接當 Kp 讀；要算 Kp 須由平衡分壓代入 Kp 表達式。

(3) 「α 不變」指平衡時的縱座標（終點）不動；「曲線形狀改變」若畫的是 α–時間 t 曲線，指上升更陡、更早到達同一平臺（達平衡時間縮短）；若畫的是 α–T 曲線，加了催化劑整條曲線不變——因為它不改變任何溫度下的平衡組成。兩種圖要分清，題目問哪條就答哪條。
不能由 α 單點反推 Kp 的原因同上：α 依賴起始投料比與總壓（本題恰好是 1:3 計量比才使計算簡便），Kp 不依賴這些；缺了平衡分壓或總壓信息，單有 α 無法唯一確定 Kp。

答案　(1) 平衡時 0.600 / 1.80 / 0.800 mol，總 3.20 mol，總壓降為起始 0.800（−20.0%）；(2) p₂ 曲線在上、兩線均隨 T 升高下降且不相交；α 是特定投料/壓強下的量，不等於只由 T 定的 Kp；(3) α–t 圖變陡、平臺不變（α–T 圖整條不變）；α 依賴起始配比與總壓，缺平衡分壓不能反推 Kp。

採分點　三個平衡量各 1 分；總物質的量 3.20 1 分；總壓比 0.800 1 分；用「每 mol N₂ 減 2 mol」回驗 1 分；p₂ 在上並說明原因 1 分；兩線隨 T 下降且不相交 1 分；指出 α≠Kp 並說明各自依賴 1 分；α–t 與 α–T 區分 1 分；說明不能反推 Kp 1 分。

易錯點　把 H₂ 消耗寫成 0.400 mol（漏係數 3）；把 NH₃ 生成寫成 0.400 mol（漏係數 2）；把總壓變化寫成升高；認為 p₂ 曲線在下；把 α–T 圖上一點當 Kp；說「加催化劑後 α–T 曲線整體上移」；忽略「1:3 計量比」這一使計算簡便的前提。

三、規律小結與對照表

平衡題的骨架是「Q 比 K 定方向、K 只看溫度、催化劑只改時間」：Q>K 逆、Q<K 正；壓強與濃度改的是 Q 不是 K；恆容充惰氣分壓沒動所以不移動，恆壓充惰氣等於減壓所以向分子數多的一側移。圖像上 α 是特定投料與壓強下的轉化率，不是 Kp，更不能拿單點反推 K。Kp、分壓、40.0% 與 20.0% 壓降均為自編示意數值，不代表真實熱力學數據；解析與採分點為教研整理，非官方評分標準。

四、自測清單

• □ 先寫 Qp 表達式並確認溫度、單位與 K 一致；
• □ Q 與 K 比大小定方向，別憑「產物多不多」猜；
• □ 改條件時分開答「平衡位置」「達平衡時間」「K」三項；
• □ 恆容與恆壓充惰氣先判各組分分壓變不變；
• □ 算轉化率時把化學計量係數 1:3:2 逐項落實；
• □ α–T 圖上任一點不等於 Kp，要分壓才能算 K。