第09课时·化学平衡图象与计算

答案：B
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【变式练习1】同压、不同温度下的反应： A(g)+B(g) C(g) DH=Q A的含量和温度的关系如图所示，下列结论正确的是 ( A ) A．T1>T2，Q<0 B．T1<T2，Q<0 C．T1>T2，Q>0 D．T1<T2，Q>0
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二、平衡常数的应用 【例4】下列各表述与示意图一致的是( )
0.014 mol (L· min)-1 ； 0.009 mol (L· min)-1 。
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【解析】 (1) ②使用了(正)催化剂；理由：因为从图像可看出， 两者最终的平衡浓度相同，即最终的平衡状态相同， 而②比①所需要的时间短，显然反应速率加快了， 故由影响反应速率和影响平衡的因素可知是加入(正) 催化剂；③升高温度；理由：因为该反应是在溶液 中进行的反应，所以不可能是改变压强引起速率的 改变，又由于各物质起始浓度相同，故不可能是改 变浓度影响反应速率，再由于③和①相比达平衡所 需时间短，平衡时浓度更小，故不可能是改用催化 剂，而只能是升高温度来影响反应速率的。
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一、图像类型 (1)浓度-时间图 【例1】图中表示800 ℃时A、B、C三种气体物质的 浓度随时间的变化情况，t1是到达平衡状态的时间。 试回答：
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答案：(1) A
(2)速率-时间图 【例2】对达到平衡状态的可逆反应X+YZ+W， 在其他条件不变的情况下，增大压强，反应速率变 化图像如下图所示，则图像中关于 X 、 Y 、 Z 、 W 四 种物质的聚集状态为( )
A．Z、W均为气体，X、Y中有 一种是气体 B．Z、W中有一种是气体，X、 Y皆非气体 C．X、Y、Z、W皆非气体 D．X、Y均为气体，Z、W中有一种为气体
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A．同温同压同z时，加入催化剂，平衡时Q的体积分 数增加 B．同压同z时，升高温度，平衡时Q的体积分数增加 C．同温同z时，增加压强，平衡时Q的体积分数增加
D．同温同压时，增加z，平衡时Q的体积分数增加
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【解析】 本题借助图像考查外界条件对化学平衡的影响等知识。 同温同压同z时，加入催化剂，平衡不移动，y(Q)不 变， A 错；由图像知：温度升高， y(M) 减小，则平衡右 移，该反应为吸热反应，故同压同z时，升高温度，平衡 右移，y(Q)增加， B对；由两图像知，同温同 z时，增大 压强， y(M) 增大，说明平衡左移，则 y(Q) 减小， C 错； 同温同压时，增加z，相当于可能增加N，也可能减小M， 故y(Q)可能增加也可能减小，D错。
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A．图①表示25 ℃时，用0.1 mol · L-1盐酸滴定20 mL 0.1 mol · L-1NaOH溶液，溶液的pH随加入酸体 积的变化 B．图②中曲线表示反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) DH<0正、逆反应的平衡常数K随温度的变化 C．图③表示10 mL 0.01 mol · L-1 KMnO4酸性溶液 与过量的0.1 mol · L-1 H2C2O4溶液混合时，n(Mn2+) 随时间的变化 D．图④中a、b曲线分别表示反应 CH2CH2(g)+H2(g) CH3CH3(g) DH<0使用和未 使用催化剂时，反应过程中的能量变化
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高，到达平衡所需的时间越短(即“先拐先平”)。 (2) 平衡向正反应方向移动，生成物的产量增加，但生 成物的浓度，生成物的百分含量，反应物的转化率都 不一定增加。 改变达到平衡所需的时间，但不影响化学平衡。
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(3) 加入催化剂，只能同等倍数比改变正、逆反应速率，
2．化学平衡常数
(1)定义：在一定温度时，当一个可逆反应达到平衡状 态时，生成物平衡浓度的幂之积与反应物平衡浓度的 幂之积的比值是一个常数，这个常数称为化学平衡常 数，简称平衡常数。 注意的几个问题： ①平衡常数只与温度有关，与反应物或生成物的浓度
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(2)
不妨令溶液为 1 L ，则②中达平衡时 A 转化了
0.04 mol，由反应计量数可知B转化了0.08 mol，所
以 B 转化率为´100%=40.0% ；同样在③中 A 转化了
0.06 mol，则生成C为0.06 mol，体积不变，即平衡 时c(C)=0.06 mol/L。
(3) DH>0；理由：由③和①进行对比可知升高温度 后 A 的平衡浓度减小，即 A 的转化率升高，平衡向 正方向移动，而升温是向吸热的方向移动，所以正 反应是吸热反应，DH>0。
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请回答下列问题： (1)与①比较，②和③分别仅改变一种反应条件。所改变的条件 和判断的理由是： ② 加催化剂；达到平衡的时间缩短，平衡时A的浓度未变 ； ③ 温度升高；达到平衡的时间缩短，平衡时A的浓度减小 ； (2)实验②平衡时B的转化率为 40%(或0.4) ；实验③平衡时C 的浓度为 0.06 mol/L ； (3)该反应的DH > 0，其判断理由是 升高温度平衡向正方向 移动，故该反应是吸热反应 ； (4)该反应进行到4.0 min时的平均反应速率： 实验②：vB= 实验③：vC=
=0.009 mol (L· min)-1，
所以 = 0.009 mol (L·min)-1。
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四、化学平衡的相关计算 【例六】在3 L的密闭容器中，1 mol N2和3 mol H2在 一定条件下反应，2s后反应达到平衡，测得平衡混合
气为3.4 mol。下列计算结果正确的是(
A．混合气体物质的量之比为 n(N2)∶n(H2)∶n(NH3)=1∶3∶2 B．N2的转化率为30% C．NH3的体积分数为15%
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【解析】 酸碱中和在接近终点时， pH 会发生突变，曲线的 斜率会很大，故A错；正逆反应的平衡常数互为倒
数关系，故B正确；反应是放热反应，且反应生成
的Mn2+对该反应有催化作用，故反应速率先加快后
减慢，C错；反应是放热反应，但图像描述的是吸
热反应，故D错。 答案：B
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三、反应方向的判断 【例五】下列说法中正确的是( 发的 )
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3．反应方向判断 焓判据和熵判据的应用：
① 由焓判据知，放热反应(DH＜0)常常容易自发进行。 ② 由熵判据可知，许多熵增加(DS＞0)的过程是自发的。 注：焓变和熵变只能用于判断过程的方向，不能确定过程 是否一定能发生，而且在讨论过程的方向时，指的是没有 外界干扰时体系的性质，如果允许外界对体系施加某种作 用，就可能出现相反的结果，即反应的自发性还受外界条 件的影响。 ③ 复合判据——自由能DG＝DH－TDS DG＜0，则反应自发进行， DG＞0反应不能自发进行。
A．凡是放热反应都是自发的，吸热反应都是非自
B．自发反应在恰当条件下才能实现
C．自发反应在任何条件下都能实现 D．自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是熵 减小或不变 答案：B
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【变式练习2】在溶液中，反应A+2B
C分别在
三种不同实验条件下进行，它们的起始浓度均为
c(A)=0.100 mol/L、c(B)=0.200 mol/L及c(C)=0 mol/L。反应物A的浓度随时间的变化如下图所示。
)
D．2s内用H2的浓度变化表示的平均反应速率
为1.5 mol· L-1· s-1
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【解析】例如以下反应：mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)，令 A、B起始物质的量分别为a mol、b mol，达到平衡后，A的物 质的量变化为mx mol。
这类题常见题型主要有： (1)转化率的计算； (2)各组分的体积分数或物质的量分数的计算； (3)气体平均相对分子质量(或平均摩尔质量)的计算。 答案：B 其计算方法常用差量法。
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【解析】压强对反应速率的影响仅限于气态物 质，由图可知，压强改变，正逆反应速率均发 生了改变，故反应物和生成物中均有气体物质； 增大压强平衡逆移故只有A满足题意。 答案：A
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(3)含多个变量的图像 【例三】反应aM(g)+bN(g) cP(g)+dQ(g)达到平 衡时，M的体积分数y(M)与反应条件的关系如图所示。 其中：z表示反应开始时N的物质的量与M的物质的量 之比。下列说法正确的是( )
无关，是一定温度下一个反应本身所固有的内在性质
的定量体现。 ②在平衡常数表达式中，所有浓度必须是各物质的平 衡浓度，而纯液体的浓度、固体物质的浓度可看作1。
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(2)应用： ①定量地衡量化学反应进行的程度。 a．K值越大，表示反应进行的程度越大，反应物转化率 也越大。 b．一般当K>105时，该反应进行得基本完全。 ②判断可逆反应进行方向(与浓度商作比较) QC<K，反应向正方向进行； QC=K，反应处于平衡状态； QC>K，反应向逆方向进行。 (3)判断反应的热效应 若升高温度，K值增大，则正反应为吸热反应；反之亦然。
(1) 该反应的反应物是______；
(2) 反应物的转化方程式为
_______________________________________。
【解析】由图可知， A 物质浓度减少，故为反应 物；其转化率为40%；该反应的化学方程式可表示 为：2A 3C+B。 (2) 40% (3) 2A 3C+B
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从历年高考不难看出，这是高考每年都涉及 的内容。从高考的试题来看，考查的知识点主要 是：速率、转化率、平衡移动等多种图像的分析，
等效平衡的简单计算等。从题型上看主要是选择
题和填空题。
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1．解化学平衡图象题的技巧 (1) 在相同温度下，对有气体参加的反应而言，压强越
大到达平衡所需的时间越短；在相同压强下，温度越
(4)从图上读数，进行到4.0 min时，实验②的A的浓 度为0.072 mol/L，则Dc(A) = 0.10 - 0.072 = 0.028 mol/L，