考点15化学平衡图像与等效平衡

考点15化学平衡图像与等效平衡【核心考点梳理】一、化学平衡图像1．反应速率图像(vt图)(1)“渐变”类vt图——浓度对化学反应速率的影响 图像Ⅰ中，v′(正)突变，而v′(逆)渐变，t1时刻图像中有一条线是连续的，且v′(正)>v′(逆)，说明t1时刻改变的条件是增大了反应物的浓度，使v′(正)突变，平衡正向移动。 图像Ⅱ中，v′(正)渐变，v′(逆)突变，t1时刻图像中有一条线是连续的，且v′(正)>v′(逆)，说明t1时刻改变的条件是减小了生成物的浓度，使v′(逆)突变，平衡正向移动。(2)“断点”类vt图——温度(或压强)对化学反应速率的影响图像Ⅰ中，v′(正)、v′(逆)都是突然增大的，t1时刻，图像中出现了“断点”，且v′(正)>v′(逆)，平衡正向移动，说明该反应的正反应是吸热反应(或气体分子数减小的反应)，改变的外界条件是升高温度(或增大压强)。图像Ⅱ中，v′(正)、v′(逆)都是突然变小的，t1时刻，图像中出现了“断点”，且v′(正)>v′(逆)，平衡正向移动，说明该反应的正反应是放热反应(或气体分子数增大的反应)，改变的条件是降低温度(或减小压强)。(3)“平台”类vt图——催化剂(或压强)对化学反应速率的影响 图像中v′(正)、v′(逆)都是突然增大，且增大的程度相同，t1时刻，图像中出现了“平台”，化学平衡不发生移动，改变的条件是使用了催化剂或反应前后气体分子数目不发生变化的反应增大了压强。(4)速率－温度(压强)图这类图有两种情况：一是不隐含时间因素的速率－时间图，二是隐含时间变化的速率－时间图。以2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)ΔH<0为例，vT(p)图如图：2.物质的量(或浓度)—时间图像[n(或c)t图像]此类图像说明各平衡体系组分(或某一组分)在反应过程中的变化情况。解题原则：注意各物质曲线的折点(到达平衡的时刻)，各物质浓度变化的比例符合化学方程式中的化学计量数关系等情况可以求得某段时间内的平均反应速率。3.全程速率—时间图像 例如：Zn与足量盐酸的反应，化学反应速率随时间的变化出现如图所示情况。原因：(1)AB段(v增大)，反应放热，溶液温度逐渐升高，v增大。(2)BC段(v减小)，溶液中c(H＋)逐渐减小，v减小。4、解题原则（1）“先拐先平数值大”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Ⅰ中T2>T1)、压强较大(如图Ⅱ中p2>p1)或使用了催化剂(如图Ⅲ中a使用了催化剂)。Ⅰ.表示T2>T1，温度升高，生成物C的百分含量降低，平衡逆向移动，说明正反应是放热反应。Ⅱ.表示p2>p1，压强增大，反应物A的转化率减小，平衡逆向移动，说明正反应是气体分子数目增大的反应。Ⅲ.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a>b，故a使用了催化剂；也可能该反应是反应前后气体分子数目不变的可逆反应，a增大了压强(压缩体积)。（2）“定一议二”在化学平衡图像中，讨论三个量之间的关系，先确定其中一个量(看曲线趋势或作辅助线)，再讨论另两个的关系，从而得到反应热或气体分子数信息。如分析图Ⅰ中等压线，温度升高，C%减小，即平衡逆向移动，说明正反应放热；分析等温线(作垂线)，压强增大，C%增大，即平衡正向移动，说明正反应是气体分子数目减小的反应。分析图Ⅱ中等温线，压强增大，C%减小，即平衡逆向移动，说明正反应为气体分子数目增大的反应；分析等压线(作垂线)，温度升高，C%减小，即平衡逆向移动，说明正反应放热。二、等效平衡在一定条件(恒温恒容或恒温恒压)下，同一可逆反应，不管是从正反应开始，还是从逆反应开始，或是从既有反应物又有生成物的状态开始，在达到化学平衡状态时，只要任何相同组分的百分含量(体积分数、物质的量分数或质量分数等)相同，这样的化学平衡互称等效平衡。等效平衡可分为“全等效”平衡和“相似等效”平衡。(1)只要是等效平衡，达到平衡状态时同一物质的百分含量(体积分数、物质的量分数等)一定相同。(2)外界条件相同：通常是恒温恒容或恒温恒压。(3)平衡状态只与始态有关，而与途径无关。如无论反应从正反应方向开始，还是从逆反应方向开始；投料是一次还是分成几次；反应容器是经过扩大—缩小，还是缩小—扩大的过程，都可运用“一边倒”的方法回到起始的状态进行比较。类型全等效平衡相似等效平衡条件恒温恒容恒温恒容恒温恒压反应的特点反应前后气体分子数目不相等的可逆反应反应前后气体分子数目相等的可逆反应任何可逆反应起始投料通过可逆反应的化学计量数之比换算为化学方程式同一边物质，其“量”相同通过可逆反应的化学计量数之比换算为化学方程式同一边物质，其“量”符合同一比例平衡特点质量分数(w)相同相同相同浓度(c)相同成比例相同(气体)物质的量(n)相同成比例成比例【典型例题】例1．(2023•河北石家庄高二月考)对于可逆反应2AB3(g)2A(g)＋3B2(g)ΔH>0，下列图像错误的是() ABCD[答案]D[解析]随着温度升高，正反应速率和逆反应速率均增大，而反应的ΔH>0，升高温度，平衡正向移动，故达平衡后，即v正＝v逆后，v正增速比v逆快，A项正确；因ΔH>0，温度越高，反应速率越快，越先达到平衡状态，AB3的转化率越大，混合气体中AB3的体积分数越小，B项正确；该反应为气体体积增大的反应，故增大压强，平衡逆向移动，混合气体中AB3的体积分数增大，因ΔH>0，升高温度，平衡正向移动，混合气体中AB3的体积分数减小，C项正确；由以上分析可知，压强越大，AB3的转化率越小，温度越高，AB3的转化率越大，D项错误。 例2．（2023秋·高二课时练习）如图是恒温下某化学反应的反应速率随反应时间变化的示意图。下列叙述与示意图不相符合的是()A．反应达到平衡时，正反应速率和逆反应速率相等B．该反应达到平衡态Ⅰ后，增大反应物浓度，平衡发生移动，达到平衡态ⅡC．该反应达到平衡态Ⅰ后，减小反应物浓度，平衡发生移动，达到平衡态ⅡD．同一种反应物在平衡态Ⅰ和平衡态Ⅱ时浓度不相等[答案]C[解析]减小反应物浓度的瞬间，逆反应速率不变，正反应速率迅速降低，且达到新平衡时的反应速率比原平衡时的速率小，这与图像不符，C错。例3．（2023秋·高二课时练习）已知反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)ΔH＜0，向某体积恒定的密闭容器中按体积比2∶1充入SO2和O2，在一定条件下发生反应。如图是某物理量(Y)随时间(t)变化的示意图(图中T表示温度)，Y可以是()A．O2的体积分数 B．混合气体的密度C．密闭容器内的压强 D．SO2的转化率[答案]D[解析]由题图可知，温度T2达到平衡所用时间短，反应速率较快，所以温度T2＞T1，温度升高，Y表示的物理量降低，该反应的正反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，氧气的体积分数增大，A错误；升温平衡向逆反应方向移动，但混合气体的总质量不变，容器的体积不变，混合气体的密度不变，B错误；升温平衡向逆反应方向移动，混合气体的总物质的量增大，容器的体积不变，容器的压强增大，C错误；升温平衡向逆反应方向移动，SO2的转化率降低，D正确。例4．（2023秋·高二课时练习）在一个固定容积的密闭容器中加入2molA和1molB，发生反应2A(g)＋B(g)3C(g)＋D(g)，达到平衡时，C的浓度为wmol/L。若维持容器的容积和温度不变，按下列情况为开始浓度，达到平衡后C的浓度仍为wmol/L的是()A.4molA＋2molBB.2molA＋1molB＋3molC＋1molDC.3molC＋1molD＋1molBD.3molC＋1molD[答案]D[解析]解析：恒温恒容，反应前后气体的分子数变化条件下等效平衡为全等平衡，将“3molC＋1molD”转化为“2molA＋1molB”，则B组起始状态相当于“4molA＋2molB”，C组起始状态相当于“2molA＋2molB”。故选D。【必备知识基础练】1．（2023秋·高二课时练习）已知：4NH3(g)＋5O2(g)⇌4NO(g)＋6H2O(g)，该反应是一个可逆反应，正反应是放热反应。若反应物起始物质的量相同，下列关于该反应的示意图不正确的是A． B．C． D．【答案】C【解析】A．正反应是放热反应，升高温度，反应速率加快，达平衡状态时用时短，化学平衡向逆反应方向移动，平衡时NO含量降低，A正确；B．正反应是气体体积增大的反应，增大压强，反应速率加快，达平衡状态时用时短，化学平衡向逆反应方向移动，平衡时NO含量降低，B正确；C．由A项分析可知，图像与实际不符合，C错误；D．催化剂能加快化学反应速率，缩短反应达平衡的时间，但不影响化学平衡移动，D正确；故选C。2．（2023秋·高二课时练习）对于可逆反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH<0，下列各项对示意图的解释与图像相符的是A．①压强对反应的影响B．②温度对反应的影响C．③恒容平衡体系增加c(N2)对反应的影响D．④催化剂对反应的影响【答案】C【解析】A．增大压强，合成氨的化学反应速率加快，化学平衡正向移动，根据图示知道压强应该是p2<p1，且p1条件下，氨气的百分含量更大，故A错误；B．升高温度，化学反应向着逆反应方向进行，反应物氮气转化率减小，故B错误；C．增加反应物的浓度，化学平衡向着正反应方向移动，正反应速率大于逆反应速率，故C正确；D．加入催化剂可以加快反应速率，缩短达到平衡的时间，但是不会引起平衡的移动，D错误；故本题选C。3．（2023秋·高二课时练习）在容积不变的密闭容器中存在如下反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)ΔH<0。某研究小组研究了其他条件不变时，改变某一条件对上述反应的影响，下列分析正确的是A．图I表示的是t1时刻升高温度对反应速率的影响B．图Ⅱ表示的是t1时刻加入催化剂对反应速率的影响C．图Ⅲ表示的是催化剂对平衡的影响，且甲的催化剂效率比乙高D．图Ⅲ表示的是压强对化学平衡的影响，且乙的压强较高【答案】B【解析】A．2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)ΔH<0，升高温度，平衡逆向移动，V′(逆)>V′(正)，图I表示的不是t1时刻升高温度对反应速率的影响，故A错误；B．催化剂能同等程度增大正逆反应速率，所以图Ⅱ表示的是t1时刻加入催化剂对反应速率的影响，故B正确；C．催化剂不能使平衡移动，由于图Ⅲ平衡发生了移动，所以改变的条件不是加入催化剂，故C错误；D．乙先达到平衡，乙压强大；增大压强2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)平衡正向移动，SO2转化率应增大，与图像不符，故D错误；选B。4．（2023秋·高二课时练习）在一密闭容器中加入等物质的量的A、B，发生如下反应：2A(g)＋2B(g)3C(s)＋4D(g)，平衡常数随温度和压强的变化如表所示：300ab16516c64e800160fg下列判断正确的是A．g>fB．ΔH>0C．2.0MPa、800℃时，A的转化率最小D．1.5MPa、300℃时，B的转化率为50%【答案】BD【解析】A．平衡常数只与温度相关，温度不变，K不变，所以g=f，A项错误；B．由表格中的数据可知，平衡常数随温度升高而增大，故正反应为吸热反应，ΔH>0，B项正确；C．该反应为吸热反应，温度越高，平衡常数越大，A的转化率越大，C项错误；D．该反应为反应前后气体分子数不变的反应，即压强一定时，气体体积不变。设加入A、B的物质的量为amol，转化量为xmol，容器体积为VL，则达平衡时，A、B为(ax)mol，D为2xmol，则有=16，解得，故B的转化率为50%，D项正确；故选BD。5．（2023春·北京海淀·高二101中学校考期末）一定温度下，在2个恒压密闭容器中，加入一定量的反应物，发生反应：，充分反应并达到化学平衡状态，相关数据见下表。下列说法正确的是容器编号起始时各物质的物质的量浓度平衡时的浓度ⅠⅡ

xA．Ⅱ中 B．该温度下，反应的化学平衡常数C．容器内气体的密度不再改变时反应达到平衡 D．容器中的转化率：Ⅰ>Ⅱ【答案】B【分析】该反应在恒温恒压条件下的密闭容器中进行，加入的反应物浓度为1:2，那么平衡时两容器中反应物的转化率相同，Ⅱ中各组分浓度为Ⅰ中对应的各组分浓度的2倍。【解析】A．由分析知，Ⅱ中，A错误；B．容器Ⅰ中平衡时，说明的浓度减少了，则平衡时，，故该温度下反应的化学平衡常数，B正确；C．该反应气体前后的化学计量数之和相等，则容器体积反应前后不变，而容器内气体总质量守恒，那么密度一直为定值，当密度不再改变时不能说明反应一定达到了平衡状态，C错误；D．由分析知，两容器中的转化率相同，D错误；故选B。6．（2023秋·安徽滁州·高二校联考期末）某温度下，2L容积不变的密闭容器中与反应生成，反应过程中X、Y、Z的物质的量变化如图1所示。保持其他条件不变，温度分别为和时，Z的体积百分含量与时间的关系如图2所示。下列结论错误的是A．反应的前3min内，用X表示的反应速率B．容器中发生的反应可表示为：C．保持其他条件不变，升高温度，化学平衡向正反应方向移动D．若改变反应条件，反应进程如图3所示，则改变的条件是使用催化剂【答案】C【解析】A．根据图1，反应的前3mm内，X变化物质的量为，，A项正确；B．根据图1，化学计量数之比等于物质的量变化量之比，且3min后各物质的物质的量不再变化，说明该反应是可逆反应，所以该反应方程式为：，B项正确；C．从图2可知，，其他条件不变时，温度越高，Z的百分含量越小，平衡逆向移动，C项错误；D．与图1相比，图3平衡没有移动，而反应达平衡时间缩短了，反应速率加快了，所以改变条件为使用化剂，D项正确；故选：C。【关键能力提升练】7．（2023春·四川绵阳·高二绵阳南山中学实验学校校考阶段练习）在体积均为1.0L的两恒容密闭容器中加入足量相同的碳粉，再分别加入和，在不同温度下反应达到平衡，平衡时随温度的变化如图所示(图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ点均处于曲线上)。下列说法正确的是A．该反应的、 B．体系的总压强p：C．平衡常数： D．时，Ⅳ点所处的状态中【答案】D【解析】A．生成物气体的计量数较大，则，故A错误；B．由图像可知，升高温度，的平衡浓度减少，所以正反应为吸热反应。升高温度，平衡正向移动，气体的物质的量增大，压强增大，故B错误；C．正反应为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，则平衡常数增大，故C错误：D．Ⅳ点未达到平衡，如达到平衡，则应增大，向逆向进行，则，故D正确；故选D。8．（2023秋·高二课时练习）在容积一定的密闭容器中，置入一定量的NO(g)和足量C(s)，发生反应C(s)＋2NO(g)CO2(g)＋N2(g)，平衡状态时NO(g)的物质的量浓度与温度T的关系如图所示。则下列说法正确的是A．该反应的ΔH>0B．若该反应在T1、T2时的平衡常数分别为K1、K2，则K1<K2C．在T2时，若反应体系处于状态D，则此时一定有v(正)<v(逆)D．在T3时，若混合气体的密度不再变化，则可以判断反应达到平衡状态【答案】D【解析】A．由图像可知，T1<T2，升高温度c平(NO)增大，平衡左移(吸热方向)，所以ΔH<0，且K1>K2，A错误；B．由图像可知，T1<T2，升高温度c平(NO)增大，平衡左移(吸热方向)，所以ΔH<0，且K1>K2，B错误；C．T2时由D→B点需降低c平(NO)，即平衡向右移动，所以D点对应体系中，v(正)>v(逆)，C错误；D．由于反应物C为固体，故容积不变时，反应后气体质量增大，混合气体的密度增大，当密度不再变化时，可以判断反应达到平衡状态，D正确。故选D。9．（2023秋·江苏淮安·高二统考期末）利用和重整技术可获得合成气(主要成分为CO、)，重整过程中部分反应的热化学方程式：反应Ⅰ：

反应Ⅱ：

反应Ⅲ：

不同配比随温度变化对出口合成气中的影响如图所示。下列说法正确的是A．对于反应Ⅰ，M点的平衡常数大于N点B．M点的转化率比N点的转化率小C．高温高压有利于提高原料的平衡转化率D．当时，温度高于900℃后减小是由反应Ⅱ导致的【答案】D【解析】A．由图可知，M点和N点的反应温度相同，平衡常数是温度函数，温度不变，平衡常数不变，则M点和N点的平衡常数相等，故A错误；B．M点和N点的区别比值，M点的甲烷含量更高，由反应是Ⅰ知增加甲烷的量二氧化碳的转化率变大，故M点的转化率比N点的转化率大，故B错误；C．反应Ⅰ、Ⅲ都是气体体积增大的反应，反应Ⅱ是气体体积不变的反应，增大压强，反应Ⅱ形成的平衡不移动，反应Ⅰ、Ⅲ形成的平衡向逆反应方向移动，反应物的转化率减小，则高压不利于提高原料的平衡转化率，故C错误；D．由方程式可知，反应Ⅰ、Ⅲ中氢气和一氧化碳都是生成物，反应Ⅱ中氢气是反应物、一氧化碳是生成物，则当时，温度高于900℃后，减小说明体系中的反应以反应Ⅱ为主，反应物氢气的浓度减小、生成物一氧化碳的浓度增大，导致减小，故D正确；故选D。10．（2023秋·高二课时练习）已知反应N2O4(g)2NO2(g)ΔH>0的平衡体系中，物质的总质量(m总)与总物质的量(n总)之比M(M=)在不同温度下随压强的变化曲线如图所示。下列说法正确的是A．温度：T1>T2B．平衡常数：K(a)=K(b)<K(c)C．反应速率：vb<vaD．当M=69g·mol1时，n(NO2)∶n(N2O4)=1∶1【答案】AD【解析】A．已知m总不变，该反应为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，n总增大，故M减小，由图可知T2＜T1，A项正确；B．化学平衡常数与温度有关，该反应为吸热反应，温度越高，平衡常数越大，则K(a)=K(c)＜K(b)，B项错误；C．温度越高，压强越大，化学反应速率越大，则vb＞va，C项错误；D．设n(NO2)∶n(N2O4)=xmol∶ymol，即，所以x∶y=1∶1，D项正确；故答案为：AD。11．（2023秋·高二课时练习）已知反应：2NO2(红棕色)N2O4(无色)ΔH<0。将一定量的NO2充入注射器中并密封，改变活塞位置的过程中，气体透光率随时间的变化如图所示(气体颜色越深，透光率越小)。下列说法不正确的是A．b点达到平衡状态B．b点与a点相比，c平(NO2)、c平(N2O4)均减小C．d点：v(正)>v(逆)D．若在c点将温度降低，其透光率将增大【答案】BC【解析】A．曲线a→b段透光率不变，说明c平(NO2)保持不变，故b点达到平衡状态，A正确；B．a、b两点的透光率相等，说明这两点中c平(NO2)、c平(N2O4)分别相等，且保持不变，B错误；C．由图可知，d点后透光率逐渐下降，说明c平(NO2)逐渐增大，即平衡逆向移动，则有v(正)<v(逆)，C错误；D．c点降低温度，平衡正向移动，c平(NO2)减小，则透光率将增大，D正确；故选：BC。12．（2023秋·高二课时练习）在一体积可变的密闭容器中，加入一定量的X、Y，发生反应mX(g)nY(g)ΔH=QkJ/mol。反应达到平衡时，Y的物质的量浓度与温度、气体体积的关系如下表所示：124100200300下列说法正确的是A．m<nB．Q<0C．温度不变，压强增大，Y的质量分数减小D．体积不变，温度升高，平衡向逆反应方向移动【答案】AC【解析】A．100℃时，气体体积增大，若平衡不移动，c平(Y)应减小为一半，现c平(Y)比一半多，即减压，平衡向右移动，正反应为气体体积增大的反应，m<n，A正确；B．升温，c平(Y)增大，平衡右移，正反应为吸热反应的反应，Q>0，B错误；C．由C可知温度不变，压强增大，平衡向左移动，Y的质量分数减小，C正确；D．由B可知正反应为吸热反应的反应，体积不变，温度升高，平衡向正反应方向移动，D错误；故选AC。13．（2023秋·高二课时练习）在容积不变的密闭容器中发生反应：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)ΔH<0，某研究小组研究了其他条件不变时，改变某一条件对上述反应的影响如图所示，下列分析正确的是A．图Ⅰ表示的是t1时刻增大压强对化学反应速率的影响B．图Ⅱ表示的是t1时刻加入催化剂对化学反应速率的影响C．图Ⅲ表示的是催化剂对化学平衡的影响，且甲的催化剂效率比乙的高D．图Ⅲ表示的是压强对化学平衡的影响，且乙的压强较高【答案】AB【解析】A．增大压强，正、逆反应速率均突然变大，且正反应速率大于逆反应速率，故A正确；B．加入催化剂，正、逆反应速率同等程度增大，v′(正)=v′(逆)，故B正确；C．催化剂只改变反应速率，化学平衡不移动，SO2的转化率不变，故C错误；D．乙达到化学平衡时所用时间短，则其反应速率较快，乙的压强比甲的高，但增大压强平衡右移，SO2的转化率增大，故D错误；故选：AB。14．（2023秋·高二课时练习）在一定条件下，可逆反应A+BmC变化如下图所示。已知纵坐标表示在不同温度和压强下生成物C在混合物中的质量分数，p为反应在T2温度时达到平衡后增大容器内压强的变化情况，问：(1)温度T1T2(填“大于”“等于”或“小于”)，正反应是(填“吸热”或“放热”)反应。(2)如果A、B、C均为气体，则m2(填“大于”“等于”或“小于”)。(3)当温度和容积不变时，如向平衡体系中加入一定量的某稀有气体，则体系的压强