【同步讲义】高中化学（苏教版2019）选修第一册--2.3.3 化学化学平衡图像 讲义

第3课时 化学平衡图像

知识点01  化学平衡图像的类型及特点

1．速率—时间图像(v－t图像)

（1）正反应速率突变，逆反应速率渐变，v′正＞v′逆，说明是___________________，使正反应速率突变，且平衡_______移动。

（2）v正、v逆都是突然减小的，v′正＞v′逆，平衡_______移动，说明该反应的正反应可能是______________或______________的反应，改变的条件是______________或______________。

（3）v正、v逆都是突然增大的，并且v正、v逆增大程度相同，说明该化学平衡_______移动，可能是______________，也可能是____________________________________。

2．百分含量(或转化率)—时间—温度(或压强)图像

（1）T2_______T1，温度升高，平衡_______移动，正反应是_______反应。

（2）p2_______p1，压强增大，A(反应物)的转化率_______，说明正反应是______________的反应。

（3）生成物C的百分含量不变，说明平衡_______移动，但反应速率a_______b，故a可能_____________；若该反应是反应前后气体分子数目的可逆反应，a也可能是_____________________。

3．百分含量(或转化率)—压强—温度图像

压强不变时，生成物C的百分含量随温度T的升高而逐渐_______，说明正反应是_______反应；

温度T不变，做横坐标的垂线，与压强线出现两个交点，分析生成物C的百分含量随压强p的变化可以发现，压强_______，生成物C的百分含量_______，说明正反应是_________________的反应。

4．物质的量 (浓度)—时间图像(n/c－t图像)

在2 L刚性密闭容器中，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______________，纵坐标表示反应过程中_____________________。

(2)该反应的化学方程式是____________________________。

(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_______。

(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______________。

【即学即练1】分析下面的两个图像，回答问题：

(1)如图①，该平衡向_________方向移动，改变的条件是____________________。

(2)如图②，可能是改变什么条件引起的平衡移动？并判断其对应的化学反应的特点。

知识点02  化学平衡图像解题方法

1．判断平衡移动方向

判断平衡移动方向，根据v′正、v′逆的相对大小；判断改变的哪种外界条件，根据改变条件的那一时刻v′正、v′逆的变化，若v′正或v′逆有一个发生了“突变”，则为改变的浓度；若两个都发生了“突变”，则为改变的温度或压强；若两个都发生了“突变”且仍然相等，则为加入催化剂或等体反应改变压强。

2．“定一议二”原则

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。例如反应aA(g)＋bB(g)cC(g)在不同温度下(T1<T2)，压强(p)与混合气体中C的含量(C%)的关系图像如图所示。根据图像回答下列问题：

(1)T1为一条等温线，随着压强的增大，C%_______，化学平衡___________移动，a＋b_______c。

(2)在压强一定时(如p3)，温度升高，C%_______，化学平衡____________移动，正反应是_______反应。

3．“先拐先平”原则

在化学平衡图像中，先出现拐点的反应则先达到平衡，先出现拐点的曲线表示的温度较高(如图1)或表示的压强较大(如图2)[仍以aA(g)＋bB(g)cC(g)为例]。

根据图像回答下列问题：

(1)图1中，温度T1、T2的大小关系是_______，温度升高，C%(C的含量)的变化是_______，化学平衡______________移动，正反应是_______反应。

(2)图2中，压强p1、p2的大小关系是p1>p2，压强增大，C%(C的含量)的变化是_______，化学平衡______________移动，a＋b_______c。

【即学即练2】如图，甲、乙、丙分别表示在不同条件下可逆反应A(g)＋B(g)xC(g)的生成物C在反应混合物中的百分含量w(C)和反应时间(t)的关系。

(1)若甲图中两条曲线分别表示有催化剂和无催化剂的情况，则______曲线表示无催化剂时的情况，原因是__________________________________________________。

(2)若乙图表示反应达到平衡后分别在恒温恒压条件下和恒温恒容条件下充入氦气后的情况，则____曲线表示恒温恒容的情况，原因是________________________________________________________。

(3)根据丙图可以判断该可逆反应的正反应是________(填“吸”或“放”)热反应，化学计量数x的值________。

考法01  化学平衡图像问题的解题方法

1．化学平衡图像题思维模型

2．化学平衡图像题的分析解答方法

(1)无论是反应速率图像还是平衡图像，都要清楚纵、横坐标的含义，都要与化学原理相联系，特别是与平衡移动原理相联系。

(2)三步分析法：一看反应速率是增大还是减小；二看v正、v逆的相对大小；三看化学平衡移动的方向。

(3)四要素分析法：看曲线的起点；看曲线的变化趋势；看曲线的转折点；看曲线的终点。

(4)先拐先平：可逆反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，在转化率－时间曲线中，先出现拐点的曲线先达到平衡，这表示反应的温度高或压强大。

(5)定一议二：图像中有三个量时，先确定一个量不变，再讨论另外两个量的关系。

【典例1】下列各图中，表示2A(g)＋B(g)2C(g)(正反应放热)这个可逆反应的正确图像为(　　)

题组A  基础过关练

1．制取水煤气的反应为C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)　ΔH＞0；在一定条件下达化学平衡后，在时间为t时突然改变条件，反应速率的变化如图所示，在t时所改变的条件是(　　)

A．加压    B．升温

C．增大水蒸气浓度  D．增大碳的物质的量

2．向一体积不变的密闭容器中充入H2和I2，发生反应H2(g)＋I2(g)2HI(g)　ΔH<0，当达到平衡后，t1时刻改变反应的某一条件(混合气体总物质的量不变)，造成容器内压强增大，则下列说法正确的是(　　)

A．容器内气体的颜色变深，混合气体的密度增大

B．平衡不发生移动

C．I2(g)转化率增大，HI平衡浓度变小

D．改变条件前后，速率图像如图所示

3．对于达到平衡的可逆反应：X＋YW＋Z，其他条件不变时，增大压强，正、逆反应速率变化的情况如图所示。

下列对X、Y、W、Z四种物质状态的描述正确的是(　　)

A．W、Z均为气体，X、Y中只有一种为气体

B．X、Y均为气体，W、Z中只有一种为气体

C．X、Y或W、Z中均只有一种为气体

D．X、Y均为气体，W、Z均为液体或固体

4．T ℃时，A、B、C三种气体在反应过程中浓度变化如图(Ⅰ)所示；若保持其他条件不变，温度分别为T1和T2时，B的体积分数与时间的关系如图(Ⅱ)所示，则下列结论正确的是(　　)

A．在(t1＋10) min时，保持其他条件不变，增大压强，平衡向逆反应方向移动

B．其他条件不变，升高温度时，正、逆反应速率增大，且A的转化率增大

C．T ℃时，在相同容器中，若由0.4 mol·L－1A、0.4 mol·L－1B、0.2 mol·L－1C反应，达到平衡后，C的浓度也为0.4 mol·L－1

D．(t1＋10) min时，保持压强不变，通入稀有气体，平衡不移动

5．在密闭容器中进行下列反应：M(g)＋N(g)R(g)＋2L，此反应符合右边图像。下列叙述正确的是(　　)

A．正反应吸热，L是气体 B．正反应吸热，L是固体

C．正反应放热，L是气体 D．正反应放热，L是液体

6．在体积恒定的密闭容器中发生反应N2O4(g)2NO2(g)　ΔH>0，在温度为T1、T2时，平衡体系中NO2的体积分数随压强变化的曲线如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．A、C两点的反应速率：A>C

B．A、C两点气体的颜色：A浅，C深

C．由状态B到状态A，可以用加热的方法

D．A、C两点气体的平均相对分子质量：A>C

7．有一化学平衡mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，如图表示的是A的转化率与压强、温度的关系。下列叙述正确的是(　　)

A．正反应是放热反应；m＋n>p＋q

B．正反应是吸热反应；m＋n<p＋q

C．正反应是放热反应；m＋n<p＋q

D．正反应是吸热反应；m＋n>p＋q

8．可逆反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)　ΔH，同时符合下列两图中各曲线的是(　　)

A．a＋b>c＋d　T1>T2　ΔH>0

B．a＋b>c＋d　T1<T2　ΔH<0

C．a＋b<c＋d　T1>T2　ΔH>0

D．a＋b<c＋d　T1<T2　ΔH<0

9．T ℃时，在2 L刚性密闭容器中使X(g)与Y(g)发生反应生成Z(g)。反应过程中X、Y、Z的浓度变化如图1所示；若保持其他条件不变，温度分别为T1和T2时，Y的体积百分含量与时间的关系如图2所示。则下列结论错误的是(　　)

A．容器中发生的反应可表示为3X(g)＋Y(g)2Z(g)

B．保持其他条件不变，升高温度，X的转化率增大

C．反应进行的前4 min内，用X表示的反应速率v(X)＝0.075 mol·L－1·min－1

D．若改变反应条件，使反应进程如图3所示，则改变的条件是使用催化剂

10．对于可逆反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0，下列研究目的和图示相符的是(　　)

11．二甲醚是一种重要的清洁燃料，可以通过CH3OH分子间脱水制得：2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)　ΔH＝－23.5 kJ·mol－1。在T1  ℃，恒容密闭容器中建立上述平衡，体系中各组分浓度随时间变化如图所示。

(1)该条件下反应平衡常数表达式K＝______________。在T1 ℃时，反应的平衡常数为________。

(2)相同条件下，若改变起始浓度，某时刻各组分浓度依次为c(CH3OH)＝0.4 mol·L－1、c(H2O)＝0.6 mol·L－1、c(CH3OCH3)＝1.2 mol·L－1，此时正、逆反应速率的大小：v正________v逆(填“>”、“<”或“＝”)。

题组B  能力提升练

1．下列各图是温度(或压强)对2A(s)＋2B(g)2C(g)＋D(g)　ΔH<0的正、逆反应速率的影响，曲线交点表示建立平衡时的温度或压强，其中正确的是(　　)

2．在容积可变的密闭容器中存在如下反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH<0，下列分析中不正确的是(　　)

A．图Ⅰ研究的是t0时升高温度对反应速率的影响

B．图Ⅱ研究的是t0时增大压强(缩小容积)或使用催化剂对反应速率的影响

C．图Ⅲ研究的是催化剂对化学平衡的影响，且甲使用了催化剂

D．图Ⅲ研究的是温度对化学平衡的影响，且乙的温度较高

3．一定温度下在密闭容器内进行着某一反应，X气体、Y气体的物质的量随反应时间变化的曲线如图。下列叙述中正确的是(　　)

A．反应的化学方程式为5YX

B．t1时，Y的浓度是X浓度的1.5倍

C．t2时，正、逆反应速率相等

D．t3时，逆反应速率大于正反应速率

4．由某可逆反应绘出图像如图所示，纵坐标为生成物在平衡混合物中的百分含量，下列对该反应的判断不正确的是(　　)

A．反应物中可能含有气体

B．生成物中一定有气体

C．正反应一定是放热反应

D．正反应一定是吸热反应

5．Ⅰ.工业上利用H2和CO2合成二甲醚的反应如下：

(1)6H2(g)＋2CO2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g)　ΔH＜0。升高温度，该反应的化学平衡移动后达到新的平衡时，CH3OCH3的产率将________(填“变大”“变小”或“不变”，下同)，混合气体的平均相对分子质量将________。

Ⅱ.某科研小组欲研究在其他条件不变的情况下，改变起始氧气的物质的量对合成新型硝化剂的反应4NO2(g)＋O2(g)2N2O5(g)　ΔH＜0的影响，其曲线如图所示，图中φ(N2O5)表示N2O5的体积分数。

(2)图中T1和T2的关系是T1________T2(填“＞”“＜”或“＝”)。

(3)比较a、b、c三点所处的平衡状态，反应物NO2的转化率最大的是______(填字母)。

(4)若容器体积为1 L，n＝1 mol，NO2的转化率为50%，则在T2条件下，此反应的化学平衡常数K＝________。

题组C  培优拔尖练

1．向绝热恒容密闭容器中通入SO2和NO2，一定条件下使反应SO2(g)＋NO2(g)SO3(g)＋NO(g)达到平衡，在此过程中正反应速率随时间变化的曲线如图所示。由图得出的结论正确的是(　　)

A．反应在c点达到平衡状态

B．反应物浓度：a点小于b点

C．反应物的总能量低于生成物的总能量

D．若Δt1＝Δt2，则SO2的转化量：a～b段小于b～c段

2．在一容积为2 L的密闭容器内加入0.2 mol的N2和0.6 mol 的H2，在一定条件下发生如下反应：

N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＜0。反应中NH3的物质的量浓度的变化情况如图所示：

(1)根据图示，计算从反应开始到平衡时，平均反应速率v(NH3)为_________________。

(2)反应达到平衡后，第5分钟末，保持其它条件不变，若改变反应温度，则NH3的物质的量浓度不可能为___________。

a．0.20 mol·L－1      b．0.12 mol·L－1         c．0.10 mol·L－1      d．0.08 mol·L－1

(3)反应达到平衡后，第5分钟末，保持其它条件不变，若只把容器的体积缩小一半，平衡_______移动(填“正向”、“逆向”或“不”)，化学平衡常数________(填“增大”、“减小”或“不变”)。

(4)在第5分钟末将容器的体积缩小一半后，若在第8分钟末达到新的平衡(此时NH3的浓度约为0.25 mol·L-1)。请在图中画出第5分钟末到达新平衡时NH3浓度的变化曲线。

3．某合成气的主要成分是一氧化碳和氢气，可用于合成甲醚等清洁燃料。由天然气获得该合成气过程中可能发生的反应有

①CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)  ΔH1＝206.1 kJ·mol－1

②CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)  ΔH2＝247.3 kJ·mol－1

③CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH3

请回答下列问题：

(1)在一密闭容器中进行反应①，测得CH4的物质的量浓度随反应时间的变化如图1所示。

反应进行的前5 min内，v(H2)＝________；10 min时，改变的外界条件可能是_______________。

(2)如图2所示，在甲、乙两容器中分别充入等物质的量的CH4和CO2，使甲、乙两容器初始容积相等。在相同温度下发生反应②，并维持反应过程中温度不变。已知甲容器中CH4的转化率随时间的变化如图3所示，请在图3中画出乙容器中CH4的转化率随时间变化的图像。

4．亚硝酸氯(ClNO)可由NO与Cl2在通常条件下反应得到，化学方程式为2NO(g)＋Cl2(g)2ClNO(g)　ΔH。在1 L的恒容密闭容器中充入2 mol NO(g)和1 mol Cl2(g)。在不同温度下测得c(ClNO)与时间的关系如图A：

(1)该反应的ΔH______(填“＞”“＜”或“＝”)0。

(2)反应开始到10 min时NO的平均反应速率v(NO)＝________mol·L－1·min－1。

(3)T2时该反应的平衡常数K＝________。

(4)一定条件下在恒温恒容的密闭容器中按一定比例充入NO(g)和Cl2(g)，平衡时ClNO的体积分数随的变化图像如图B，则A、B、C三状态中，NO的转化率最大的是_____点，当＝1.5时，达到平衡状态时ClNO的体积分数可能是D、E、F三点中的_____点。