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1、1第第 3 3 课时课时 化学平衡图像化学平衡图像 等效等效平衡平衡学习目标定位 1.认识化学反应速率、化学平衡典型图像，学会化学平衡图像题的分析解答方法。2.知道等效平衡的含义，学会等效平衡的分析判断方法。一、化学平衡图像的基本类型1.物质的量 (浓度)时间图像(n/ct图像)在 2 L 密闭容器中，某一反应有关物质 A(g)、B(g)、C(g)的物质的量变化如图所示。根据图像回答下列问题：(1)横坐标表示反应过程中时间变化，纵坐标表示反应过程中物质的物质的量的变化。(2)该反应的化学方程式是 3A(g)B(g)2C(g)。(3)在反应达 2 min 时，正反应速率与逆反应速率之间的关系是相
2、等。(4)若用 A 物质的量浓度的变化表示反应达平衡(2 min)时的正反应速率是 0.15 molL1min1。2.速率时间图像(vt图像)2.v正突变，v逆渐变，且v正v逆，说明是增大了反应物的浓度，使v正突变，且平衡正向移动。.v正、v逆都是突然减小的，且v正v逆，说明平衡正向移动，该反应的正反应可能是放热反应或气体总体积增大的反应。.v正、v逆都是突然增大的且增大程度相同，说明该化学平衡没有发生移动，可能是使用了催化剂，也可能是对反应前后气体总体积不发生变化的反应压缩体积(即增大压强)所致。33.含量(转化率)时间温度(压强)图像(1)在化学平衡图像中，先出现拐点的反应则先达到平衡，先
3、出现拐点的曲线表示的温度较高。根据图像回答下列问题：.表示T2T1，正反应是放热反应，温度升高，平衡逆向移动。.表示p2p1，压强增大，A 的转化率减小，平衡逆向移动。说明正反应是气体总体积增大的反应。.生成物 C 的百分含量不变，说明平衡不发生移动，但反应速率 ab，故 a 可能使用了催化剂；也可能该反应是反应前后气体总体积不变的可逆反应，a 增大了压强(压缩体积)。(2)在化学平衡图像中，包括纵坐标、横坐标和曲线所表示的意义共三个量。确定横坐标所表示的量后，讨论纵坐标与曲线的关系；或者确定纵坐标所表示的量，讨论横坐标与曲线的关系，即“定一议二”原则。解题过程中，可以作辅助线帮助分析。例如反
4、应aA(g)bB(g)cC(g)在不同温度下(T1”或“”或“ (4)增大0.5abt1解析 根据图像可知 W 点消耗的 X 的物质的量比 M 点消耗的 X 的物质的量大，因此反应进行到 W 点时放热多些；0t1时间内 X 的浓度减小了(ab) molL1，则 Y 浓度增加0.5(ab) molL1，因此v(Y) molL1min1；根据先拐先平知T1T2，M0.5abt1点的反应速率大于 W 点的反应速率，N 点没有达到平衡，此时反应正向进行程度大，即 N 点5的正反应速率大于逆反应速率，因此 M 点的正反应速率大于 N 点的逆反应速率；M 点时，再加入一定量的 X，则相当于增大压强，平衡正
5、向移动，X 的转化率增大。考点 化学平衡图像题点 “先拐先平”分析化学平衡图像例 2 (2017常州一中期中质量检测)在两个容积均为 1 L 的密闭容器中以不同的氢碳比n(H2)/n(CO2)充入 H2和 CO2，在一定条件下发生反应：2CO2(g)6H2 (g)C2H4(g)4H2O(g) H。CO2的平衡转化率(CO2)与温度的关系如下图所示。下列说法正确的是( )A.该反应的 H 0B.氢碳比：x2.0C.在氢碳比为 2.0 时，Q 点v逆小于 P 点的v逆D.P 点温度下，反应的平衡常数为 512答案 C解析 随着温度的升高，CO2的转化率降低，根据勒夏特列原理，正反应是放热反应，即H
6、2.0，B 项错误；QP，CO2的转化率增大，说明反应向正反应方向进行，即 P 点的逆反应速率大于 Q 点的逆反应速率，C 项正确；设起始加入 H2和 CO2的物质的量分别为 2 mol、1 mol，2CO2(g)6H2 (g)C2H4(g)4H2O(g)起始/molL1： 1 2 0 0变化/molL1： 0.5 1.5 0.25 1平衡/molL1： 0.5 0.5 0.25 1根据平衡常数的表达式，解得K64，D 项错误。考点 化学平衡图像题点 转化率温度图像二、等效平衡化学平衡的建立与反应途径无关，从正反应开始或逆反应开始都可以建立平衡。在一定条件6(恒温恒容或恒温恒压)下，对同一可逆
7、反应，起始时加入物质的物质的量不同，而达到化学平衡时，同种物质的百分含量(质量分数、体积分数、物质的量分数等)相同，这样的平衡称为等效平衡。1.在恒温恒容条件下，按下列四种情况分别建立平衡，其中为等效平衡的是。N2(g) 3H2(g)2NH3 1 mol 3 mol 0 mol 0 mol 0 mol 2 mol 0.5 mol 1.5 mol 1 mol 1 mol 3 mol 2 mol解析 恒温恒容条件下，对于反应前后气体分子数不同的可逆反应，转换后(按化学计量数换算成方程式同一边的物质)，反应物或生成物的物质的量与原平衡相同，则两平衡等效，且平衡后同种物质的物质的量相同。因为这种情况下
8、压强对于反应前后气体分子数不同的可逆反应有影响，而成比例的增加反应物，相当于加压，所以平衡会移动，必须极值等量平衡才等效。2.若在恒温恒压条件下，按题 1 中四种情况分别建立平衡，其中为等效平衡的是。解析 恒温恒压条件下，若转换后(按化学计量数换算成方程式同一边的物质)，反应物或生成物的物质的量的比例与原平衡相同，则两平衡等效，且平衡后两种物质的物质的量成倍数关系。因为这种情况下压强不变，不管反应前后气体分子数是否改变，对可逆反应的平衡都没有影响，而成比例的增加反应物后体积膨胀，压强不变，所以平衡不移动，只要极值等比则平衡等效。3.在恒温恒容条件下，按下列四种情况分别建立平衡，其中为等效平衡的
9、是。CO(g) H2O(g) CO2(g) H2(g) 2 mol 2 mol 0 mol 0 mol 0 mol 0 mol 4 mol 4 mol 4 mol 4 mol 2 mol 2 mol 1 mol 2 mol 1 mol 2 mol解析 恒温恒容条件下，对于反应前后气体分子数不变的可逆反应，转换后(按化学计量数换算成方程式同一边的物质)，反应物或生成物的物质的量的比例与原平衡相同，则两平衡等效，且平衡后同种物质的物质的量成倍数关系。因为这种情况下压强对于反应前后气体分子数不变的可逆反应没有影响，而成比例的增加反应物，相当于加压，所以平衡不移动，只要极值等比则平衡等效。解答等效平衡
10、问题时，先看条件(恒温恒容或恒温恒压)，再看反应前后气体分子数(相同或7不同)，按“一边倒”转换比较。(1)恒温恒容条件下，对于反应前后气体分子数不变的可逆反应，要求极值等比。(2)恒温恒容条件下，对于反应前后气体分子数不同的可逆反应，要求极值等量。(3)恒温恒压条件下，不管反应前后气体分子数是否改变，都只要求极值等比。例 3 (2017徐州、宿迁、连云港、淮安四市 11 月模拟)80 时，NO2(g)SO2(g)SO3(g)NO(g)。该温度下，在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中，投入 NO2和 SO2，起始浓度如下表所示，其中甲经 2 min 达平衡时，NO2的转化率为 50%，下列判断不正确
11、的是( )起始浓度甲乙丙c(NO2)/mol L10.100.200.20c(SO2)/mol L10.100.100.20A.平衡时，乙中 SO2的转化率大于 50%B.当反应平衡时，丙中c(SO2)是甲中的 2 倍C.温度升至 90 ，上述反应平衡常数为 25/16，则正反应为吸热反应D.其他条件不变，若起始时向容器乙中充入 0.10 mol L1 NO2和 0.20 mol L1 SO2，达到平衡时c(NO)与原平衡不同答案 D解析 乙可以看作是在甲基础上再加入 0.1 molL1 NO2，平衡向正反应方向移动，SO2的转化率增大，即大于 50%，A 项正确；因为反应前后气体化学计量数之
12、和相等，丙可以看作是在甲的基础上增大压强，即甲和丙为等效平衡，丙中c(SO2)是甲中的 2 倍，B 项正确；NO2(g) SO2(g)SO3(g) NO(g)起始/molL1: 0.10 0.10 0 0变化/molL1: 0.1050% 0.1050% 0.1050% 0.1050%平衡/molL1: 0.05 0.05 0.05 0.05根据化学平衡常数的定义，K1，升高到 90 ，化学平衡常数为0.05 0.05 0.05 0.0525/161，说明升高温度，平衡向正反应方向移动，即正反应是吸热反应，C 项正确；容器乙中充入 0.1 molL1 NO2、0.2 molL1 SO2，与乙相
13、当，即c(NO)与原平衡相同，D 项错误。考点 等效平衡题点 等效平衡的综合例 4 (双选)(2017泰州南通高三期末)温度为T时，向体积为 2 L 的恒容密闭容器中加入足量铁粉和 0.08 mol H2O(g)，发生反应 3Fe(s)4H2O(g)Fe3O4(s)4H2(g)，一段时间8后达平衡，t1时刻向容器中再充入一定量的 H2，再次达平衡时，H2的体积分数为 20%。下列说法正确的是( )A.t1时刻充入 H2，v正、v逆变化如图B.第一次达平衡时，H2的体积分数小于 20%C.温度为T时，起始向原容器中充入 0.1 mol 铁粉、0.04 mol H2O(g)、0.1 mol Fe3
14、O4(s)、0.005 mol H2(g)，反应向正反应方向进行D.温度为T时，向恒压容器中加入足量 Fe3O4(s)和 0.08 mol H2(g)，达平衡时 H2(g)转化率为 20%答案 AC解析 t1时刻充入 H2，生成物浓度迅速增大，反应物浓度不变，则逆反应速率迅速增大，正反应速率不变，图像符合题意，A 正确；t1时刻充入 H2后达到的平衡与原平衡等效，所以原平衡 H2的体积分数等于 20%，B 错误；根据三段式计算：3Fe(s)4H2O(g)Fe3O4(s)4H2(g)起始浓度： 0.04 molL1 0转化浓度： x x平衡浓度： 0.04 molL1x xH2的体积分数等于 2
15、0%，即100%20%，x0.008 molL1，则平衡常数x 0.04 molL1K，Q( )4v逆D.此反应的正反应为吸热反应答案 AD解析 根据图一知，随着反应的进行，A 和 B 的物质的量减少，C 的物质的量增大，则 A 和B 是反应物，C 是生成物，反应过程中，物质的量的变化量之比等于其化学计量数之比，所以 A、B 和 C 的化学计量数之比(2.41.6) mol(1.61.2) mol(0.40) mol0.8 mol0.4 mol0.4 mol211。由图二知，当反应达到T3时，再升高温度 C 的含量降低，则正反应是放热反应，该反应的方程式为 2A(g)B(g)C(g) H0。04 分钟时，A 的平均反应速率v0.01
