专题2 第三单元 第3课时化学平衡图像、等效平衡

第3课时化学平衡图像、等效平衡[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1.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 mol·L－1·min－1。

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。

例如反应a A(g)＋b B(g)c C(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%减小，化学平衡逆向移动，a＋b<c。

(2)在压强一定时(如p3)，温度升高，C%增大，化学平衡正向移动，正反应是吸热反应。

3.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a A(g)＋b B(g)c C(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T2>T1，温度升高，C%(C的含量)的变化是减小，化学平衡逆向移动，正反应是放热反应。

(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)的变化是减小，化学平衡逆向移动，a＋b<c。

[归纳总结]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m A(g)＋n B(g)p C(g)＋q D(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。

[活学活用]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()答案 A解析随着温度的升高，化学平衡应向吸热反应方向移动，即向逆反应方向移动，所以生成物C的体积分数减小，反应物的含量增大，反应物的转化率减小。

增大体系的压强，由于反应的两边都是气态物质，所以正反应和逆反应的速率都增大；而加入催化剂，只能加快反应速率，缩短达到平衡的时间，不能使平衡移动，所以达到平衡后，各组分的浓度及体积分数不变。

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(恒温恒容或恒温恒压)下，对同一可逆反应，只有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①②③。

CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)① 2 mol 2 mol 0 mol 0 mol②0 mol 0 mol 4 mol 4 mol③ 4 mol 4 mol 2 mol 2 mol④ 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。

2.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①②③。

N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)① 1 mol 3 mol 0 mol②0 mol 0 mol 2 mol③0.5 mol 1.5 mol 1 mol④ 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。

3.若在恒温恒压条件下，按题2中四种情况分别建立平衡，其中为等效平衡的是①②③④。

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。

[归纳总结]解答等效平衡问题时，先看条件(恒温恒容或恒温恒压)，再看方程式反应前后气体分子数(相同或不同)，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，要求极值等比。

[活学活用]2.在一个固定体积的密闭容器中，加入2 mol A和1 mol B发生反应：2A(g)＋B(g)3C(g)＋D(g)，达到平衡时，C的浓度为n mol·L－1。

(1)若维持容器体积和温度不变，按下列各种配比为起始物质，达到平衡后，C的浓度仍为n mol·L－1的是(填字母序号，下同)。

A.4 mol A＋2 mol BB.2 mol A＋1 mol B＋3 mol C＋1 mol DC.3 mol A＋1 mol BD.3 mol C＋1 mol DE.1 mol A＋0.5 mol B＋1.5 mol C＋0.5 mol D(2)C的浓度大于n mol·L－1的是。

(3)将可逆反应中A(g)改为A(s)，则C的浓度仍为n mol·L－1的是。

(4)若将题中“维持容器体积和温度不变”改为“维持容器压强和温度不变”，则C的浓度仍为n mol·L－1的是。

答案(1)DE(2)ABC(3)CDE(4)ABDE解析该反应前后气体分子数不同，恒温恒容下把加入的物质转化成起始状态形式，与起始状态时各物质的物质的量分别相同，即建立相同的平衡状态。

恒温恒压下，则为比例相同即可建立相同的平衡状态。

(1)化学平衡图像题的分析思路：看图像，想规律，作判断；解题技巧：先拐先平，定一议二。

(2)恒温恒容，反应前后气体分子数不同，量相同，等效平衡；恒温恒容，反应前后气体分子数相同，成比例，等效平衡；恒温恒压，任何气体可逆反应，成比例，等效平衡。

当堂检测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()答案 C解析A项，升温，v正、v逆都增大，且v逆> v正，A错；B项，升温，v正、v逆都增大，而图像所示v正、v逆都减小，B错；C项，加压，v正、v逆都增大，且v正<v逆，C对；D项，加压，v正、v逆都增大，而图像所示v正、v逆都减小，D错。

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，且乙的温度较高答案 C解析本题考查的是对化学反应速率及化学平衡图像的认识，难度一般。

由于这是一个体积不变的放热反应，所以t0时温度升高，平衡向左移动，此时逆反应速率大于正反应速率，A 正确；该反应是反应前后气体物质的量不变的反应，增大压强，可同等程度地加快正、逆反应速率，平衡不移动，使用催化剂，不影响平衡，但反应速率加快，B正确；如果图Ⅲ中考虑的是使用催化剂的话，则由图可知乙条件下先达到平衡，所以应该是乙使用了催化剂且平衡时甲、乙两条件下的CO转化率应相等，C错误；如果图Ⅲ研究的是温度对平衡的影响，同样应该是乙条件下温度高于甲条件，那么从甲升温到乙，平衡向左移动，CO的转化率下降，D正确。

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5Y XB.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答案 B解析从图像可以看出，t2时刻X、Y两物质的物质的量相等，而不是反应速率相等，故C 不正确；t3时，反应达到平衡状态，所以正反应速率等于逆反应速率，故D不正确；反应开始时Y物质为10 mol，X物质为2 mol，达到平衡时Y减少了7 mol，X增多了3 mol，因此反应方程式应该是7Y3X，故A不正确。

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答案 C解析随着温度的升高，生成物的含量增加，即温度升高，平衡右移，所以该反应一定为吸热反应；由图示可知，压强越大，生成物的含量越小，说明化学方程式中，气体生成物的化学计量数之和大于气体反应物的化学计量数之和。

5.恒温、恒压下，在一个容积可变的容器中发生如下反应：A(g)＋B(g)C(g)(1)若开始时放入1 mol A和1 mol B，达到平衡后，生成a mol C，这时A的物质的量为mol。

(2)若开始时放入3 mol A和3 mol B，达到平衡后，生成C的物质的量为mol。