第十六讲 等效平衡与化学平衡图像

第十六讲等效平衡与化学平衡图像(第一课时)一、要点精讲1、等效平衡问题在一定条件下（定温、定容或定温、定压），对同一可逆反应，虽然，这样的平衡称为等效平衡。2、等效平衡的判断类型全等平衡相似平衡等效效果平衡混合物中相同物质的物质的量、含量对应相等平衡混合物中相同物质的物质的量比值相等、含量对应相等外界条件恒温恒容恒温恒容恒温恒压反应特征反应前后△V(g)、△n(g)≠0反应前后△V(g)、△n(g)＝0反应前后△V(g)、△n(g)＝0或≠0判断方法二、【典型例题】【例1】（06徐州一模)将2molA和2molB充入某密闭容器中发生反应：2A(g)+B(g)xC(g)，达到化学平衡后，C的体积分数为a。假设该反应的条件分别和下列各选项的条件相同，下列判断正确的是ADA．若在恒温恒容下，当x=1时，按1molB、lmolC作为起始物质，达到平衡后，C的体积分数仍为aB．若在恒温恒容下，当x=2时，将2molC作起始物质，达到平衡后，C的体积分数大于aC．若在恒温恒容下，当x=3时，2molB、6molC作起始物质，达到平衡后，C的体积分数不等于aD．若在恒温恒压下，按3molA、3molB作起始物质，达到平衡后，C的体积分数仍为a，则x可为任意正整数【例2】(06四县市联考）一定温度下，有可逆反应：2A(g)＋2B(g)C(g)＋3D(g)；ΔH＜0。现将2

mol

A和2

mol

B充入体积为V的甲容器，将2

mol

C和6

mol

D充入乙容器并使乙容器在反应开始前的体积为2V(如图1)。关于两容器中反应的说法正确的是A．甲容器中的反应先达到化学平衡状态B．两容器中的反应均达平衡时，平衡混合物中各组份的体积百分组成相同，混合气体的平均相对分子质量也相同C．两容器达平衡后升高相同的温度，两容器中物质D的体积分数随温度变化如图2所示D．在甲容器再充入2

mol

A和2

mol

B，平衡后甲中物质C的浓度是乙中物质C的浓度的2倍【例3】如图所示，当关闭K时，向A中充入2molX、7molY，向B中充入4molX、14molY，起始时V（A）=V（B）=a升，在相同温度和有催化剂存在的条件下，两容器各自发生下列反应：2X（g）+2Y（g）Z（g）+2W（g）△H＜0达到平衡（Ⅰ）时V（B）=0.9a升，试回答：（1）B中X的转化率α（X）B为（2）A中W和B中Z的物质的量的比较：n（W）An（Z）B（填＜、＞、或＝）（3）打开K，过一段时间重新达平衡（Ⅱ）时，B的体积为升（用含a的代数式表示，连通管中气体体积不计）（4）要使B容器恢复原来反应前的体积，可采取的措施是【解析】（1）平衡时B中总物质的量为：0.9a×18/a=16.2mol，设：参加反应的X为nXmol有：2∶1=nX∶（18-16.2）nX=3.6molα（X）B=3.6/4=90℅（2）B平衡状态可视为A状态体系体积缩小一半形成的，而A体系体积缩小时，平衡向正方向移动，也就是B中Z的物质的量在2倍于A中Z的物质的量的基础上有所增加，又A中W物质的量是Z的2倍，所以B中Z的物质的量大于A中W的物质的量。（3）打开K意味着A、B在等温等压下建立平衡，与B中平衡状态等效，A、B可视为一个容器，其中A的转化率仍为90℅，求得平衡时总物质的量为：6－6×0.9＋体积。【当堂反馈】1、（06宿迁二模）恒温、恒压下，1molA和nmolB在一个容积可变的容器中发生如下反应：CA(g)+2B(g)2C(g)一段时间后达到平衡，生成amolC。则下列说法中正确的是：A．物质A、B的转化率之比为1：2B．起始时刻和达平衡后容器中的压强比为（1+n）：（1+n—）C．若起始时放入3molA和3nmolB，则达平衡时生成3amolCD．当ν正（A）=2ν逆（C）时，可断定反应应达平衡2、已知N2(g)+3H2(g)2NH3(g)；△H＝－92.4kJ/mol。在一恒温恒压的密闭容器里充入2mol21－6×0.9＋3×0.9＋6×0.9=24.3等温等压时，体积与物质的量成正比，A、B总体积为24.3×a/18=1.35a，所以B的体积为：0.35a升（4）升高温度向逆方向移动，会使平衡体系中气体物质的量增多，才会使B恢复原来反应前的N2和8molH2达到平衡时生成1molNH3。现在相同条件下的同一容器中充入xmolN2ymolH2和2molNH3，达到平衡时，NH3的质量分数与原来相同，且放出热量46.2kJ。则x、y的值为cA．1.5、6.5B．2、8C．5、21D．3、13(06南师附中一模）14．如图，Ⅰ是恒压密闭容器，Ⅱ是恒容密闭容器。其它条件相同时，在Ⅰ、Ⅱ中分别加入3molZ，起始时容器体积均为VL，发生如下反应并达到平衡(X、Y状态未知)：aX(?)＋2Y(?)3Z(g)。此时Ⅱ中X、Y、Z的物质的量之比为3:2:2，则下列说法一定正确的是cdA．若X、Y均为气态，则平衡时气体平均摩尔质量：Ⅰ＞ⅡB．若X、Y不均为气态，则平衡时X的产率：Ⅰ＞ⅡC．若X、Y均为气态，则从起始到平衡所需时间：Ⅰ>ⅡD．若X为固态，Y为气态，到达平衡后若在Ⅱ中再加入1molZ，则新平衡时Z的体积分数变小3、在一固定容积的密闭容器中，保持一定条件下进行以下反应：X（气）＋2Y（气）3Z（气），已知加入1molX和3molY。达到平衡后，生成amolZ。（1）在相同实验条件下，若在同一容器中改为加入2molX和6molY，达到平衡后，Z的物质的量为。（2）在相同实验条件下，若在同一容器中改为加入2molX和8molY，若要求在反应混合气体中Z体积分数不变，则还需加入Zmol。（3）在相同实验条件下，若在同一容器中改为加入0.5molX，则需加入molY，molZ，才能使平衡时Z为0.9amol。4、（1）2amol（2）6（3）1.9，1.2【课后作业】（测试时间45分钟测试分值100分）一、选择题（每小题7分，共42分）1、可逆反应N2＋3H22NH3的正、逆反应速率可用各反应物或生成物浓度的变化来表示。下列各关系中能说明反应已达到平衡状态的是C（ ）A.3v正（N2）＝v正（H2）B．v正（N2）＝v逆（NH3）C．2v正（H2）＝3v逆（NH3）D．v正（N2）＝3v逆（H2） 2、和充入一容积不变的密闭容器中，在一定条件下反应PCl3(g)+Cl2PCl5(g)达平衡时，为0.4mol，此时若移走和在相同温度下达平衡时的物质的量CA．0.4molB．0.2molC．小于0.2molD．大于0.2mol而小于0.4mol3、在一定温度下（g）I2＋H2（g）2HI（g），达到平衡的标志是(CD)A．气体平均分子量不再发生变化B．容器内气体的总压强不随时间变化C．单位时间内生成2nmolHI，同时生成nmolI2D．H2和I2的物质的量浓度相等4、在一固定体积的密闭容器中，加入2molA和1molB，发生反应如下；2A(气)+B(气)3C(气)+D(气)当反应达到平衡时，C的浓度为Wmol/L.若维持容器体积和温度不变，按下列四种配比作为起始物质，达平衡后，C的浓度仍为Wmol/L是(D)A.4molA+2molB B.2molA+1molB+3molC+1molDC.3mol+1molB+1molB D.3molC+1molD5、在一个固定体积的密闭容器中，温度一定，发生反应：H2(g)+Br2(g)2HBr(g)已知加入1molH2和2molBr2时，达到平衡后，生成amolHBr，在相同条件下，起始时加入H2、Br2、HBr的物质的量分别为x、y、z(均不为零)，如果仍保持平衡时，各组分的组成不变，以下推断不正确的是(AD)A.x、y应满足的关系是y=2xB.x、y、z应满足的关系是4x+z=2yC.达平衡时HBr的物质的量为(x+y+z)·molD.达平衡时HBr的物质的量一定仍为amol6、在一个固定体积的密闭容器中，放入mmol的A和nmol的B，发生如下反应：mA(g)+nB(g)PC(g)，平衡时C的浓度是wmol·L-1，若维持容器的体积不变，起始时放入amolA、bmolB和cmolC，要使平衡时C的浓度仍为wmol·L-1，则a、b、c必须满足的条件是(B)A、a:b:c=m:n:pB、a:b=m:n和C、和D、a=,c=和c=7.在一恒定容积的容器中充入2mol的A和1mol的B发生反应：2A(g)＋B(g)XC(g)。达到化学平衡后，C的体积分数为a。若在恒温恒容下，按0.6mol的A、0.3mol的B、1.4mol的C为起始物质，达到化学平衡后，C的体积分数仍为a，则X的值可能为（AB）A.2B.3C.4D.无法确定二、非选择题8、在四个密闭容器中，分别充入表中四种配比气体，发生下列反应：2A(g)+B(g)3c(g)+D(g)，在一定条件下达到平衡后，回答下列问题：物质容器A/molB/molC/molD/mol1210024200310.51.50.540093(1)若四容器体积相同且不变，在恒温条件下达到平衡：①平衡状态完全相同的容器是1、3；②与A的物质的量相同的容器是1、3；③与A的物质的量浓度相同的容器是1、3。(2)若同温同压，四容器的体积可变，回答(1)中对应的问题：①1234；②1、3；③1234.9、在一个1L的的密闭容器中，加入2molA和1molB，发生下述反应：2A（g）+B(g)3C(g)+D(s)，达到平衡时，C的浓度为1.2mol/L。（1）维持容器的温度不变，若缩小容器的体积，则平衡_______移动。（填正向、逆向或不）（2）维持容器的体积和温度不变，按下列四种配比作为起始物质，达到平衡时，C的浓度仍为1.2mol/L的是_______。A4molA+2molBB3molC+1molDC2molA+1molB+1molDD1molA+0.5molB+1.5molC+0.2molD(3)若维持容器的体积和温度不变，反应从逆反应开始（反应物只有C和D），按不同的配比作为起始物质，达到平衡时，C的浓度仍为1.2mol/L，则D的起始物质的量应满足的条件是___________。9（1）不移动（2）B、C、D（3）>0.6mol10、已知T℃、pkPa时，往容积可变的密闭容器中充入2molX和1molY，此时容积为VL。保持恒温恒压，发生反应：2X（气）+Y（气）2Z（气），达到平衡时，平衡气中Z的体积分数为0.4。试回答下列有关问题：（1）使温度和压强在上述条件下恒定不变，再往上述密闭容器内充入4molZ，则反应达到平衡时，容器的容积为，平衡气中Z的体积分数为。（2）若另选一个容积固定不变的密闭容器，仍控制温度为T℃，使4molX和2molY反应，达到平衡状态时，平衡气中Z的体积分数仍为0.4，则该密闭容器的容积为。（3）若控制温度仍为T℃，另选一容积为VL的固定不变的密闭容器，往其中充入一定量的X和Y，使反应达到平衡，这时平衡气中Z的体积分数仍为0.4。则充入的X和Y的物质的量应满足的关系是：an（Y）<n（X）<bn（Y），其中a为，b为。10、(1)2.5V0.4(2)5/3V(3)1/2511、（06如东期末）如图Ⅰ，在恒压密闭容器M中加入2molA和2molB，起始时容器体积为VL，发生如下反应并达到化学平衡状态：2A(?)＋B(?)xC(g)；ΔH＜0平衡时A、B、C的物质的量之比为1∶3∶4，C的物质的量为ymol。⑴根据题中数据计算，x＝_________、y＝_________；⑵如图Ⅱ，在体积为VL的恒容密闭容器N中发生上述反应（其它条件相同），测得反应过程中气体的平均相对分子质量随时间的变化如图Ⅲ（t0时达平衡），平衡时容器中C的物质的量为zmol。由于反应物A、B的状态未知，则z和y的大小也不确定，请在下表中填入A、B的状态与z、y的大小之间的关系（仿照情形①、可不填满）：可能的情形A、B是否为气态与的大小关系与的大小关系（表示摩尔质量）AB①是不是z＝y前面的结论与此无关②③11、⑴x＝2y＝1.6（2分）⑵（A、B的状态合起来算一格，每格1分，共6分）是是z＜y前面的结论与此无关不是是z＜yM(B)＜M(C)12、等温、等压时容积可变的密闭体系中进行N2（g）+3H2（g）2NH3（g）投入1molN2与4molH2平衡时生成NH3Amol，若保持温度、压强不变，要投入xmolN2，ymolH2(y≥4x)还需投入molNH3到平衡时各组分质量百分含量与原平衡状态中各组分质量百分含量相同。平衡时含molNH312、平衡时NH3物质的量为：（x+M/2）A=（y-3x）A第十六讲等效平衡与化学平衡图像(第二课时)一、要点精讲1、化学平衡图象题的解题方法。（1）速率～时间图这类图象揭示了反应过程中v正、v逆随时间的变化规律，体现了平衡的基本特征及平衡移动方向，解这一类题常分三步：①看起点②看变化趋势③看终点（2）浓度—时间图这类图象题表明了各种反应物或生成物浓度，或某一组成的浓度反应过程中的变化情况，此类图象往往可反应出化学反应速率与化学计量数的关系或平衡移动方向，解这类题的方法和解第一类题类似，还是要注意曲线的起点、终点及变化趋势。（3）三个变量的图象这类图象题的解答往往要遵守两个原则，即：①定一议二，也就是说，图象中有三个变量时先确定一个量不变，再讨论另外两个量的关系。另一个原则是先拐先平。②先拐先平，即先出现拐点的曲线先达平衡，说明其对应的温度高或压强大。二、【典型例题】【例1】下图Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别代表反应①③、②、④，则Y轴是指①N2(g)+3H2(g)2NH3(g);△H=-Q②H2(g)+I2(g)2HI(g);△H=+Q③CO(g)+2H2(g)CH3OH(g);△H=-Q④2SO3(g)22SO2(g)+O2(g);△H=+QA．平衡混合气中一种生成物的百分含量B．平衡混合气中一种反应物的百分含量C．平衡混合气中一种生成物的转化率D．平衡混合气中一种反应物的转化率【解析】该题要求能够运用勒沙特列原理迅速逆向思维，当压强增大时，①③的平衡均右移，而Ⅰ曲线为增大趋势，（A）、（D）符合题意；②所对应的Ⅱ曲线无变化，平衡不移动故与该题的解无关；④在增大压强时平衡逆向移动，Ⅲ曲线为减小趋势，（A）、（D）符合题意。【答案】AD。【例2】由可逆反应测绘出图象如下图，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正确的是A.反应物中一定有气体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【解析】定一议二。温度不变时，增大压强，生成物的百分含量降低，说明平衡逆向移动，逆向为体积缩小方向，而题中未给出具体的可逆反应，但是可以确定生成物中一定有气体；压强不变时，升高温度，生成物的百分含量增大，说明平衡正向移动，正向为吸热反应；所以答案为BD。【例3】对于N2(g)+3H2(g)2NH3(g)来说，下图表示其建立化学平衡的过程，能正确反应此过程的图象是（图中，纵坐标表示浓度，横坐标表示时间）【解析】］甲：反应在向逆反应方向进行。乙：起始加入的物质N2、H2、NH3都有。根据此速率—时间图的特点，可排除A、B。因为A表示反应正向进行，N2、H2浓度减小，NH3浓度增大。B中N2、H2浓度起点为零，而起始N2、H2浓度实际不为零。在剩余的三个图中，C正确。根据浓度变化量之比等于化学计量数之比可排除E，根据达到平衡时，各物质应在同一时刻达到浓度不变可排除D，【答案】C。【例4】可逆反应：2A(g)+B(g)2C(g)在温度分别为T1、T2，压强分别为p1、p2条件下测得C的体积分数与时间t的关系如右图所示，下列判断正确的是（）A.p2＜p1，逆反应放热B.p2＞p1，正反应放热C.p2＞p1，正反应吸热D.p2＜p1，逆反应吸热【解析】根据先拐先平的原则，T1＞T2，p1＞p2，实际上在用先拐先平原则判断T1和T2，p1和p2的大小时，已经用到了定一议二的原则，因为只有在相同压强下，才能比较T1和T2的大小，在相同温度下才能比较p1和p2的大小。正反应为放热反应，因为在相同压强下T1＞T2，而T1对应的c%低，说明升高温度平衡逆向移动，所以正反应为放热反应。【答案】D【当堂反馈】1、反应mA(固)+nB(气)eC(气)+fD(气)，反应过程中，当其它条件不变时，C的百分含量（C%）与温度（T）和压强（P）的关系如下图，下列叙述正确的是（BC）到平衡后，加入催化剂则C%增大B．达到平衡后，若升温，平衡左移C．化学方程式中n>e+fD．达到平衡后，增加A的量有利于平衡向右移动2、反应X(g)+3Y(g)2Z(g)（正向放热）在不同温度、不同压强（p1＞p2）下，达到平衡时，混合气体中Z的体积分数随温度变化曲线为（C）3、在密闭容器中进行下列反应：M（气）+N（气）R（气）+2L此反应符合下面图象，下列叙述正确的是（C）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是固体或液体4、对达到平衡的可逆反应X+YW+Z，增大压强则正、逆反应速度（v）的变化如下图，分析可知X，Y，Z，W的聚集状态可能是（CD）A．Z，W为气体，X，Y中之一为气体B．Z，W中之一为气体，X，Y为非气体C．X，Y，Z皆为气体，W为非气体D．X，Y为气体，Z，W中之一为气体5、反应A2+B22AB在不同温度和压强改变条件下，产物AB的生成情况，如右图所示：a为500℃，b为300℃时情况，c为300℃时从时间t3开始向容器中加压的情况，则下列叙述正确的是A．A2、B3、AB均为气体，正反应放热B．AB为气体，A2、B2中最少有一种为非气体，正反应放热C．AB为气体，A2、B2中最少有一种为非气体，正反应吸热D．AB为固体，A2、B2中最少有一种为非气体，正反应吸热6、可逆反应：aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)，试根据图Ⅰ、图Ⅱ回答下列问题：（1）压强p1比p2（填大或小）（2）体积（a+b）比（c+d）（填大或小）（3）温度t1℃比t2℃（4）正反应是热反应。答案：（1）小（2）小（3）低（4）吸课后习题（测试时间45分钟测试分值100分）一、选择题（每小题6分，共72分）1、对达到平衡状态的可逆反应：A十BC十D，在t1时增大压强，则正、逆反应速率变化如图所示(v代表反应速率，t代表时间)，下列有关A，B，C，D的状态叙述正确的是（C）A．A，B，C是气体，D不是气体B．A，B是气体，C，D有一种是气体C．C，D是气体，A，B有一种是气体D．C，D有一种是气体，A，B都不是气体2、用来表示可逆反应2A(g)+B(g)2C(g)（正反应是放热反应）的正确图象是（AB）3、在容积一定的密闭容器中，可逆反应A2(g)+B2(g)xC(g)符合下列图Ⅰ所示关系，由此推断对图Ⅱ的正确说法是（D）A．P3<P4，Y轴表示A2的转化率B．P3<P4，Y轴表示A2的浓度C．P3>P4，Y轴表示混合气体的密度D．P3>P4，Y轴表示混合气体的平均摩尔质量4、反应aA(g)+bB(g)cC(g);△H=-Q，生成物C的质量分数与压强P和温度的关系如下图，方程式中的系数和Q值符合图象的是（A）A．a+b<cQ>0B.a+b>cQ<0C.a+b<cQ<0D.a+b=cQ>05、某可逆反应L（s）+G(g)3R(g);△H>0，下图表示外界条件温度、压强的变化对上述反应的影响。试判断图中y轴可以表示（C）A．平衡混合气中R的质量分数B．达到平衡时G的转化率C．平衡混合气中G的质量分数D．达到平衡时L的转化率6、下图中表示外界条件（T、P）的变化对下列反应的影响：L（固）+G（气）2R（气）；△H>0，y轴表示的是（B）A．平衡时，混合气中R的百分含量B．平衡时，混合气中G的百分含量C．G的转化率D．L的转化率7、如图是表示：2X(g)＋Y(g)Z(g)＋R(g)＋W(g)（正反应为吸热反应）的X气体反应速率（υ）与时间（t）的关系，t1时开始改变条件，则所改变的条件符合曲线的是（AB）A．使用催化剂B．加大压强C．升高温度D．减少Z物质8、对于可逆反应2AB