高中化学专题2第三单元第3课时化学平衡图像、等效平衡学案苏教版选修4

［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。

知识・回百页区温故追本溯源推陈方可知新

1.对于附6)+343(g)△水0

(1)增大c(Nz),平衡向正反应方向移动,岫的转化率减小,4的转化率增大。

(2)增大压强，体积缩小，平衡向正反应方向移动,反、4的转化率增大,M、H2的百分含量

减小,N%的百分含量增大。

(3)升高温度，平衡向逆反应方向移动,附、4的转化率减小,Nz、4的百分含量增大,NH3

的百分含量减小。

2.密闭容器中的反应：Nz(g)+3H?3(g)。在温度为500”

K、压强为30MPa情况下,〃(阳)、〃(上)和〃(而随时间变化的

关系如右图所示：

请你读图回答问题：.

(1)图像中属于氢气物质的量随时间变化的曲线是________(填“I"、"n”或“in”)。

(2)关于勿时刻的说法正确的是(填字母序号，下同)。

A.友时该反应达到平衡状态

B.G时II和III代表的物质反应速率相同

C.友时氢气、氮气与氨气的反应速率之比为3：1：2

D.友时氨气与氢气的物质的量相同

(3)其他条件不变，只改变温度，在改变的这个温度下反应达到平衡，此时。(也)比图像中平

衡时的值稍大，那么该温度最可能是。

A.673KB.273KC.373KI).1073K

答案(Dili(2)CD(3)A

学习•探究区基础自学落实重点互动探究

探究点一化学平衡图像

1.在2L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)+。

(3)在反应达2min时，正反应速率与逆反应速率之间的关系是祖箜。

(4)若用A物质的量浓度的变化，表示反应达平衡(2min)时的正反应速率是0J5mol•L一

1•-1

•mino

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M(g)+

b&(g)在不同温度下(71〈为，压强(0)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)7为一条等温线，随着压强的增大，。减小,化学平衡逆向移动,a+区c。

(2)在压强一定时(如网)，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aA(g)+6B(g&(g)为例］。

根据图像回答下列问题：

(1)图1中，温度7；、左的大小关系是炙％,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，压强口、R的大小关系是旦也，压强增大，C%(C的含量)的变化是减小，化学

平衡逆向移动,a+ZKco

［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「正、『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：可逆反应用(g)+〃z£(g)+d(g),在转化率一时间曲线中，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)+正反应放热)这个可逆反应的正确图像为

C

的

100r

体

积

分500七

数

O

A

c(C)

的

有催化剂转

化

/催化剂率

OtOP

CD

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。

探究点二等效平衡

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。

C0(g)+H20(g)C02(g)+H2(g)

①2mol2mol0mol0mol

②0mol0mol4mol4mol

③4mol4mol2mol2mol

④1mol2mol1mol2mol

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(按计量系数换

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)2NH,(g)

①1mol3mol0mol

②0mol0mol2mol

③0.5mol1.5mol1mol

(4)1mol3mol2mol

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(按计量系数换

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(按计量系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，只要求极值等比。

［活学活用］

2.在一个固定体积的密闭容器中，加入2molA和ImolB发生反应：2A(g)+

+D(g),达到平衡时，C的浓度为nmol-L-'«

(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〃

moLP的是(填字母序号，下同)。

A.4molA+2molB

B.2molA+lmolB+3molC+lmolD

C.3molA+1molB

D.3molC+lmolD

E.1molA+0.5molB+l.5molC+0.5molD

(2)C的浓度大于nmol-的是。

(3)将可逆反应中A(g)改为A(s),则C的浓度仍为〃mol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nmol•I/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。

⑥学习小结

(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。

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1.下列各图是温度(或压强)对2A(s)++D(g)A/火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，…、”都增大，且“〉人，A错；B项，升温，叱、嗔都增大，而

图像所示/正、/逆都减小，B错；C项，加压，P正、/逆都增大，且/正《。逆，C对；D项，加

压，/正、P逆都增大，而图像所示/正、P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)+II22(g)+112(g)△/A0,下

列分析中不正确的是()

A.图I研究的是友时升高温度对反应速率的影响

B.图II研究的是友时增大压强（缩小容积）或使用催化剂对反应速率的影响

C.图【II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m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，所以功时温度升高，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HI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HI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

B.右时，Y的浓度是X浓度的1.5倍

C.友时，正、逆反应速率相等

D.费时，逆反应速率大于正反应速率

答案B

解析从图像可以看出，打时刻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；右时，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10mol,X物质为2mol,达到平衡时Y减少了7mol,X增多了3mol,因此

反应方程式应该是，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，气体生成物的系

数之和大于气体反应物的系数之和。

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)+

(1)若开始时放入1molA和1molB,达到平衡后，生成amolC,这时A的物质的量为

________molo

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

答案⑴(l—a)(2)3a

解析(1)由反应A(g)+知，反应达平衡后，若有amolC生成，则必有amol

A消耗，此时A剩余的物质的量为(l-a)mol。

(2)在恒温、恒压下，若投放3molA和3moiB,则所占有的体积为(1)中的3倍。由于A、

B的投放比例与⑴相同，故平衡时与(D等效，故C的物质的量为3amol.

40分钟课时作业

［基础过关］

一、速率一时间图像

1.制取水煤气的反应为C(s)+H?+H2(g)&H>0；在

一定条件下达化学平衡后，在时间为力时突然改变条件，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

答案B

解析从图像来看，在时间f时，突然改变条件时，正、逆反应速率均增加，有可能是升高

温度，也可能是增大压强，从时间t后看，/正大于/逆，说明平衡向正反应方向移动。

只有升高温度才使平衡向正向移动，故为升高温度。

2.向一体积不变的密闭容器中充入H?和L,发生反应H2(g)+hXK0,当

达到平衡后，右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U

B.平衡不发生移动交

正

c.L(g)转化率增大，HI平衡浓度变小，源

D.改变条件前后，速率图像如图所示

答案D

解析该反应是一个放热且反应前后气体物质的量不变的反应，但要使容器内压强增大，则

只能是通过升高温度完成，所以小时刻升高温度后，平衡一定发生移动，而且是逆向移动,

逆向移动的结果会使L（g）转化率变小。但由于混合气体总物质的量不变且容器的容积不变,

所以气体的密度不发生改变。

3.对于达到平衡的可逆反应：X++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。

反

下列对X、Y、％Z四种物质状态的描述正确的是（）应

速

A.W、Z均为气体，X、Y中只有一种为气体率

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

答案B

解析由图像可知，增大压强，正、逆反应速率都加快，但正反应速率增大的程度大于逆反

应速率增大的程度，可见化学平衡向正反应方向移动，即正反应是一个体积缩小的反应。A

项，若W、Z均为气体，X、Y中只有一种为气体，不符合图像；B项，X、Y均为气体，Z

中只有一种是气体，符合图像；C项，X、Y或MZ中均只有一种为气体，则加压平衡不移

动，不符合图像；D项，若生成物均为液体或固体，则加压时逆反应速率不发生变化，不符

合图像。

二、含量一时间一温度（或压强）图像

4."C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,

温度分别为力和舅时,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（）

(I)

A.在（心+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.C"C时,在相同容器中,若由0.4mol•「％、o.4mol•L-1B,0.2mol•广在反应,达

到平衡后，C的浓度也为0.4mol-L-1

1）.（心+10）min时，保持压强不变，通入稀有气体，平衡不移动

答案C

解析（ti+10）min时，反应已达到平衡，若增大压强，平衡向气体体积减小的方向移动，

根据A、B、C的浓度变化，写出反应方程式为A+,该反应逆向为气体体积增大方

向，A错误；升温，「正、r逆均增大，平衡向吸热方向移动，根据图像（H）得£>①，且温度

越高，B%越大，则该反应正向为放热反应，则升温后平衡逆向移动，A转化率减小，B错误;

假设C正确，则达到平衡时C为0.4mol,L-1,同时A为0.3mol,L-1,B为0.1mol,L-

各种物质的平衡浓度与图像（I）完全相同，则假设正确：平衡后，保持压强不变，通入

稀有气体，平衡向气体体积增大的方向移动，D错误。

5.在密闭容器中进行下列反应：M（g）++2L,此反应符合右边图像。

下列叙述正确的是（）R*

的］/T必

A.正反应吸热，L是气体1'

B.正反应吸热，L是固体人

°时间

C.正反应放热，L是气体

D.正反应放热，L是液体

答案C

解析由“先拐先平”可推知，北>0，水小结合图像，升高温度R的含量减小，正反应为

放热反应；增大压强，R的含量减小，平衡向逆反应方向移动，故反应物中气态物质计量数

之和小于生成物中气态物质计量数之和，故L为气体。

三、等温（或等压）线图像

6.在体积恒定的密闭容器中发生反应N20,2（g）NO2

XH>0,在温度为小A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、C两点的反应速率：A>C压强/Pa

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

答案C

解析选项A,在其他条件不变时，压强越大反应速率越大，达到化学平衡的时间越短，因

故C点的反应速率大于A点的反应速率；选项B,增大压强平衡向逆反应方向移动，

NO2浓度变小，颜色变浅，故C点的颜色比A点的浅；选项C,状态B到状态A时，N02的体

积分数增大，平衡向正反应方向移动，生成N02的反应为吸热反应，故加热升温即可；选项

D,A点气体总的物质的量大于C点气体总的物质的量，而气体体积和质量不变，根据气体

的平均相对分子质量力=—,A点气体的平均相对分子质量小于C点的。

〃总气体

7.有一化学平衡就(g)+〃以Xg)+d»(g),如图表示的是A的转A106pa

IO5Pa

化率与压强、温度的关系。下列叙述正确的是(/『Pa

A.正反应是放热反应；m+n>p+q

°TIX.

B.正反应是吸热反应；m+Kp+q

C.正反应是放热反应；必+水p+q

D.正反应是吸热反应；m+n>p+q

答案D

解析图像中有三个量，应定一个量来分别讨论另外两个量之间的关系。定压强，讨论T

与A的转化率的关系：同一压强下温度越高，A的转化率越高，说明正反应是吸热反应；定

温度，讨论压强与A的转化率的关系：同一温度下，压强越大，A的转化率越高，说明正反

应是体积缩小的反应，即/眉

四、多图像综合应用

8.可逆反应aA(g)+b&(g)+疝(g)同时符合下列两图中各曲线的是()

生成物浓度/mol-L,反应速度/"E

T,

r2

A.a+力△心0

B.a+b>c+dT《RXKO

C.a+沃c+MMRH>0

D.a+b<c+dTx<T2△水0

答案B

解析图1中①先达平衡，则TGT\,石一7；时，生成物浓度增大，说明温度降低平衡向正

反应方向移动，则正反应为放热反应，△丛0；图2中达平衡(/止：=丫逆)后增大压强，

逆，说明平衡向正反应方向移动，则该反应的正反应为气体分子数减小的反应，a+核c+d,

B对。

9.7C时，在2L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7和2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()

0.8

0.4

234r/min

图1

A.容器中发生的反应可表示为3X(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4min内，用X表示的反应速率r(X)=0.075mol,L1,min-'

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

答案C

解析本题通过图像来考查化学平衡原理。解答时要对3个图像进行分析，找出与化学反应

速率和化学平衡原理之间的联系，一一分析选项得出正确结果。选项A,根据图1可知，反

应物为X、Y,生成物为Z,当消耗0.6molX、0.2molY时生成0.4molZ,故有0.6X(g)

+,即3X(g)+；选项B,根据图2,石＞71,温度升高时,

『(Y)%降低，说明升温平衡向正反应方向移动，X的转化率增大；选项C,/(X)=△;[=

0.1mol-r'-min-1；选项D,根据图3,达平衡需要的时间比图1所示的时间短，且达平

衡时X、Y、Z的浓度没有变化，说明改变的条件是使用催化剂。

10.对于可逆反应N2(g)+3Hz3(g)△水0,下列研究目的和图示相符的是()

选项AB

研究目的压强对反应的影响温度对反应的影响

N%的\N2的

体积分数/------Pi转化率

图示

°时间O温庇

选项CD

平衡体系增加岫对反

研究目的催化剂对反应的影响

应的影响

上混合气体"催化剂

总压强

图示

无催化剂一

o时间C，时间

答案C

解析A项，“先拐先平，数值大"可知增大压强平衡正向移动，NH：,的体积分数增

加，A错；B项，△水0,说明正向反应是放热反应，升温平衡逆向移动，N2的转化率降低，

B错；C项，平衡体系中增加N2,则反应物浓度增加，正反应速率增加，逆反应速率瞬间不

变，然后前者减小，后者增大，C正确；D项，使用催化剂反应速率加快，达到平衡所需时

间减小，D错。

五、等效平衡

11.在相同温度和压强下，对反应C0z(g)+H2+HzO(g)进行甲、乙、丙、丁四

组实验，实验起始时放入容器内各组分的物质的量见下表：

COH0(g)

co2H22

甲amolamol0mol0mol

乙2amolamol0mol0mol

丙0mol0molamolamol

Tamol0molamolamol

上述四种情况达到平衡后，/7(C0)的大小顺序是()

A.乙=丁＞丙=甲氏乙＞丁＞甲＞丙

C.丁〉乙＞丙=甲D.丁)丙＞乙＞甲

答案A

解析把各组物质进行极端转化，均转化为反应物，则

C02(g)+H2(g)C0(g)+H20(g)

甲：amolamol0mol0mol

乙：2amolamol0mol0mol

极端转化后的丙：amolamol0mol0mol

极端转化后的丁：2amolamol0mol0mol

因此甲与丙、乙与丁分别为等效平衡，因此平衡时〃(CO)：乙=丁，丙=甲。比较甲和乙，

乙可看作在甲的基础上增大了CO?的浓度，平衡右移，因此“(CO)增大，所以〃(CO)：乙=

丁＞丙=甲。

［能力提升］

12.二甲醛是一种重要的清洁燃料，可以通过CHQH分子间脱水制得:2cH330cHNg)

+H20(g)A//=-23.5kj・mol-'•在2℃,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。

c/mol-L1

CH30cH3

H2O

CH3OH

(1)该条件