1、专题十五 化学平衡及其图像【高频考点解读】1了解化学反应的可逆性。 2了解化学平衡建立的过程。 3了解化学平衡常数的含义，能利用化学平衡常数进行相关计算。 4理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对化学平衡的影响，认识并能用相关理论解释其一般规律。 5了解化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。 【热点题型】题型一 化学平衡状态 例1在体积固定的密闭容器中进行可逆反应：2NO22NOO2，下列情况中能作为反应达到平衡状态标志的是()单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO2单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO用NO2、NO、O2表示的反
2、应速率之比为221混合气体的颜色不再改变混合气体的密度不再改变混合气体的压强不再改变混合气体的平均相对分子质量不再改变ABC D全部【提分秘籍】 1直接判断依据达到化学平衡状态2间接判断依据以mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)为例类型 判断依据 平衡状态 混合物体系中各成分的含量 各物质的物质的量或各物质的物质的量分数一定 平衡 各物质的质量或各物质的质量分数一定 平衡 各气体的体积或体积分数一定 平衡 正、逆反应速率的关系 在单位时间内消耗了m mol A同时生成m mol A，即v(正)v(逆) 平衡 在单位时间内消耗了n mol B同时生成p mol C，则v(正)不一定等于v(逆
3、) 不一定 v(A)v(B)v(C)v(D)mnpq，v(正)不一定等于v(逆) 不一定 在单位时间内生成n mol B，同时消耗q mol D，因二者变化均表示v(逆)，所以v(正)不一定等于v(逆) 不一定 类型判断依据平衡状态压强mnpq时，总压强一定(其他条件一定)平衡mnpq时，总压强一定(其他条件一定)不一定平均相对分子质量()mnpq时，一定平衡mnpq时，一定不一定气体密度mnpq，恒温恒压时，密度保持不变平衡mnpq时，密度保持不变不一定温度体系温度一定(其他条件不变)平衡特别提醒：(1)根据正、逆反应速率来判断可逆反应是否达到平衡时，要注意用同一种物质正、逆反应速率相等。(
4、2)根据压强是否变化来判断可逆反应是否达到平衡时，要注意两点：一是容器的容积是否可变。二是反应前后气体的体积是否变化。(3)注意分析反应。对于不同的反应，用相同物理量判断时，结果可能不同。如压强不再变化时，对于气体体积变化的反应是平衡状态，但气体体积不变的反应不一定是平衡状态。 【举一反三】H2(g)I2(g)2HI(g)已经达到平衡状态的标志是()c(H2)c(I2)c(HI)c(H2)c(I2)c(HI)112c(H2)、c(I2)、c(HI)不再随时间而改变单位时间内生成n mol H2的同时生成2n mol HI单位时间内生成n mol H2的同时生成n mol I2反应速率v(H2)
5、v(I2)1/2v(HI)一个HH键断裂的同时有两个HI键断裂温度和体积一定时，容器内压强不再变化温度和体积一定时，混合气体的颜色不再变化温度和压强一定时，混合气体的密度不再变化条件一定，混合气体的平均摩尔质量不再变化A BC D 【热点题型】题型二 化学平衡常数及其应用 例2、已知A(g)B(g)C(g)D(g)反应的平衡常数和温度的关系如下：温度/7008008301 0001 200平衡常数1.71.11.00.60.4回答下列问题：(1)该反应的平衡常数表达式K_，H_0(填“”或“”)；(2)830 时，向一个5 L的密闭容器中充入0.20 mol 的A和0.80 mol 的B，如反
6、应初始6 s内A的平均反应速率v(A)0.003 molL1s1，则6 s时c(A)_ molL1，C的物质的量为_mol；若反应经一段时间后，达到平衡时A的转化率为_，如果这时向该密闭容器中再充入1 mol 氩气，平衡时A的转化率为_；(3)判断该反应是否达到平衡的依据为_(填正确选项前的字母)；a压强不随时间改变b气体的密度不随时间改变cc(A)不随时间改变d单位时间里生成C和D的物质的量相等(4)1 200 时反应C(g)D(g)A(g)B(g)的平衡常数的值为_。【提分秘籍】化学平衡常数及其应用 1化学平衡常数表达式(1)能代入平衡常数表达式的为气体、溶液中的溶质，固体与纯液体浓度可看
7、作常数，不能代入。(2)关于H2O的浓度问题在水溶液中进行的反应，虽然H2O参与反应，但是H2O只要作为溶剂，就不能带入平衡常数表达式。如NH4ClH2ONH3H2OHCl的平衡常数表达式为K。如果H2O的状态不是液态而是气态，则需要带入平衡常数表达式。如3Fe(s)4H2O(g)Fe3O4(s)4H2(g)的平衡常数表达式为K。在非水溶液中进行的反应，如果有水参加或生成，则应代入平衡常数表达式。如CH3COOH(l)CH3CH2OH(l)CH3COOCH2CH3(l)H2O(l)的平衡常数为K。(3)平衡常数表达式与化学方程式的书写形式有关对于同一个可逆反应，正反应和逆反应的平衡常数表达式不
8、同，两者互为倒数。若可逆反应的化学计量数改变，则表达式相应改变，平衡常数数值也要改变。如N2(g)3H2(g)2NH3(g)的平衡常数表达式为K1，而反应1/2N2(g)3/2H2(g)NH3(g)的平衡常数表达式为，两者的平衡常数不同，且K1K。2化学平衡常数与温度的关系 一般情况下： 3平衡常数的应用 (1)根据平衡常数判断可逆反应进行的程度 平衡常数越大，正反应进行的程度越大，反应物的转化率越高，平衡后生成物的浓度越大，反应物的浓度越小。 (2)利用K与Qc的关系判断反应所处状态对于可逆反应mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)，Qc(式中浓度是任意时刻的浓度)。根据Qc与K的关系可以
9、判断可逆反应所处的状态。QcK反应达到平衡状态QcK反应向逆反应方向移动(3)根据K随温度的变化关系确定正反应是吸热还是放热反应。 (4)利用化学平衡常数计算反应物或生成物的浓度及反应物的转化率。 【特别提醒】(1)平衡常数仅与温度有关，与浓度、压强等无关。(2)计算平衡常数利用的是物质的平衡浓度，而不是任意时刻浓度。 【举一反三】在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)，其化学平衡常数K和温度t的关系如表：t 7008008301 0001 200K0.60.91.01.72.6回答下列问题：(1)该反应的化学平衡常数表达式为K_。(2)该反应为
10、_反应(填“吸热”或“放热”)。(3)某温度下，各物质的平衡浓度符合下式：3c(CO2)c(H2)5c(CO)c(H2O)，试判断此时的温度为_。(4)若830 时，向容器中充入1 mol CO、5 mol H2O，反应达到平衡后，其化学平衡常数K_1.0(填“大于”、“小于”或“等于”)。 (5)830 时，容器中的反应已达到平衡。在其他条件不变的情况下，扩大容器的体积。平衡_移动(填“向正反应方向”、“向逆反应方向”或“不”)。 (6)若1 200 时，在某时刻平衡体系中CO2、H2、CO、H2O的浓度分别为2 molL1、2 molL1、4 molL1、4 molL1，则此时上述反应的平
11、衡移动方向为_(填“正反应方向”、“逆反应方向”或“不移动”)。 【热点题型】题型三 等效平衡 例3、有甲、乙两容器，甲容器容积固定，乙容器容积可变。一定温度下,在甲中加入2 mol N2、3 mol H2,反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)达到平衡时生成NH3的物质的量为m mol。(1)相同温度下，在乙中加入4 mol N2、6 mol H2，若乙的压强始终与甲的压强相等，乙中反应达到平衡时，生成NH3的物质的量为_ mol(从下列各项中选择，只填序号，下同)；若乙的容积与甲的容积始终相等，乙中反应达到平衡时，生成NH3的物质的量为_mol。A小于mB等于 mC在m2m之间 D等于2
12、mE大于2m(2)相同温度下，保持乙的容积为甲的一半，并加入1 mol NH3，要使乙中反应达到平衡时，各物质的体积分数与上述甲容器中达到平衡时相同，则起始时应加入_mol N2和_ mol H2。 【提分秘籍】等效平衡的分类及判断方法 1含义 在一定条件下(恒温恒容或恒温恒压)，对同一可逆反应体系，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相同。 2原理 同一可逆反应，当外界条件一定时，反应无论从正反应开始，还是从逆反应开始，最后都能达到平衡状态。其中平衡混合物中各物质的含量相同。 由于化学平衡状态与条件有关，而与建立平衡的途径无关。因而，同一可逆反应，从不同的状态开
13、始，只要达到平衡时条件(温度、浓度、压强等)完全相同，则可形成等效平衡。 3分类及判断方法(1)等温、等容条件下，对于左右气相物质的化学计量数不等的可逆反应，改变起始时加入物质的物质的量，若按可逆反应计量数之比换算成同一半边物质(一边倒)，其物质的量对应相同，则它们互为等效平衡。见下表，如可逆反应：2A(g)B(g)3C(g)D(g)A B C D 等效说明 2 mol 1 mol 0 0 互为等效平衡。表现在达到平衡后物质的量、质量、体积、物质的量浓度、组分百分含量(物质的量分数、质量分数、体积分数)相同 4 mol 2 mol 0 0 1 mol 0.5 mol 1.5 mol 0.5 m
14、ol 0 1 mol 3 mol 1 mol 0 0 3 mol 1 mol (2)等温、等容条件下，对于左右气相物质的化学计量数相等的可逆反应，改变起始时加入物质的物质的量，若按可逆反应计量数之比换算成同一半边物质(一边倒)，其物质的量对应成比例，则它们互为等效平衡。见下表，如可逆反应：2A(g)B(g)3C(g)D(s)A B C D 等效说明 2 mol 1 mol 0 0 互为等效平衡。表现在达到平衡后组分百分含量(物质的量分数、质量分数、体积分数)相同 4 mol 2 mol 0 0 1 mol 0.5 mol 1.5 mol 0.5 mol 0 1 mol 3 mol 1 mol
15、0 0 3 mol 1 mol (3)等温、等压条件下，对于任何有气相物质参加的可逆反应，改变起始时加入物质的物质的量，若按可逆反应计量数之比换算成同一半边物质(一边倒)，其物质的量对应成比例，则它们互为等效平衡。见下表，如可逆反应：2A(g)B(g)3C(g)D(g)A B C D 等效说明 2 mol 1 mol 0 0 互为等效平衡。表现在达到平衡后物质的量浓度、组分百分含量(物质的量分数、质量分数、体积分数)相同 4 mol 2 mol 0 0 1 mol 0.5 mol 1.5 mol 0.5 mol 0 1 mol 3 mol 1 mol 0 0 3 mol 1 mol 【解题感悟
16、】等效平衡及其判断化学平衡状态的建立与条件(如浓度、温度、压强)有关，与途径无关。建立平衡状态通常有4条途径：正向建立；逆向建立；从中间某状态建立；反应物分批加入。对不同的起始状态，通常假定反应沿某一方向进行到底，将所得物质的量与标准状态比较，规律如下：(1)反应前后气体体积之和不等的可逆反应，如2SO2(g)O2(g)2SO3(g)，恒温、恒容投料相同，或恒温、恒压投料成比例，即为等效平衡。(2)反应前后气体体积之和相等的可逆反应，如2HI(g)I2(g)H2(g)，恒温、恒容或恒温、恒压，两种情况均是投料成比例，即为等效平衡。【举一反三】在一固定容积的密闭容器中充入3 mol A和1 mo
17、l B，发生反应：3A(g)B(g)xC(g)，达到平衡后，C的体积分数为w%。若维持容器体积和温度不变，将0.9 mol A、0.3 mol B和2.1 mol C作为起始物质，达到平衡后，C的体积分数仍为w%，则x值可能为()A1 B2C3 D任意值 0.92.1 0.3 0【热点题型】题型四 化学平衡移动原理及其应用 例4、在一个不导热的密闭反应器中，只发生两个反应：a(g)b(g)2c(g)；H1v逆：平衡向正反应方向移动。 (2)v正v逆：反应达到平衡状态，不发生平衡移动。 (3)v正v逆：平衡向逆反应方向移动。 3几种特殊情况 (1)当反应混合物中存在与其他物质不相混溶的固体或液体
18、物质时，由于其“浓度”是恒定的，不随其量的增减而变化，故改变这些固体或液体的量，对平衡没影响。 (2)对于反应前后气态物质的化学计量数相等的反应，压强的变化对正、逆反应速率的影响程度是等同的,故平衡不移动。 (3)“惰性气体”对化学平衡的影响恒温、恒容条件原平衡体系体系总压强增大体系中各组分的浓度不变平衡不移动。恒温、恒压条件原平衡体系容器容积增大，各反应气体的分压减小 (4)同等程度地改变反应混合物中各物质的浓度时，应视为压强的影响。4需注意的问题移动的结果只是减弱了外界条件的变化，而不能完全抵消外界条件的变化，新平衡时此物理量更靠近于改变的方向。如反应：mA(g)nB(g)pC(g)qD(
19、g)，若增大反应物A的浓度，平衡右移，A的浓度在增大的基础上减小，但达到新平衡时，A的浓度一定比原平衡大；同理，若改变的是温度、压强等，其变化也相似。【举一反三】一定条件下，通过下列反应可实现燃煤烟气中硫的回收：SO2(g)2CO(g)2CO2(g)S(l)H0若反应在恒容的密闭容器中进行，下列有关说法正确的是()A平衡前，随着反应的进行，容器内压强始终不变B平衡时，其他条件不变，分离出硫，正反应速率加快C平衡时，其他条件不变，升高温度可提高SO2的转化率D其他条件不变，使用不同催化剂,该反应的平衡常数不变【热点题型】题型五 化学平衡图像 例5、下面是某化学研究小组探究外界条件对化学反应速率和
20、化学平衡影响的图像，其中图像和实验结论表达均正确的是() A是其他条件一定时，反应速率随温度变化的图像，正反应Hp2 【提分秘籍】数形结合思想探究化学平衡图像1图像类型(1)浓度时间图：此类图像能说明平衡体系中各组分在反应过程中的浓度变化情况。如ABAB反应情况如图1所示，解该类图像题要注意各物质曲线出现折点(达到平衡)的时刻相同，各物质浓度变化的内在联系及比例符合化学方程式中的化学计量数关系。 (2)速率时间图：如Zn与足量盐酸的反应，反应速率随时间的变化出现如图2所示的情况，解释原因：AB段(v渐增)，因反应为放热反应，随反应的进行，温度渐高，导致反应速率增大；BC段(v减小)，则主要原因
21、是随反应的进行，溶液中c(H)渐小，导致反应速率减小。故分析时要抓住各阶段的主要矛盾，认真分析。 (3)含量时间温度(压强)图：常见形式有如下几种。(C%指产物的质量分数；B%指某反应物的质量分数) (4)恒压(温)线(如图3所示)：该类图的纵坐标为物质的平衡浓度(c)或反应物的转化率()，横坐标为温度(T)或压强(p)，常见类型如下所示： (5)其他：如图4所示曲线是其他条件不变时，某反应物的最大转化率()与温度(T)的关系曲线，图中标出的1、2、3、4四个点，表示v正v逆的点是3，表示v正0.0603（2014海南卷）硝基苯甲酸乙酯在OH存在下发生水解反应：O2NC6H4COOC2H5OH
22、O2NC6H4COOC2H5OH两种反应物的初始浓度均为0.050 molL1，15 时测得O2NC6H4COOC2H5的转化率随时间变化的数据如表所示。回答下列问题：t/s0120180240330530600700800/%033.041.848.858.069.070.471.071.0(1)列式计算该反应在120180 s与180240 s 区间的平均反应速率_、_；比较两者大小可得出的结论是_。(2)列式计算15 时该反应的平衡常数_。(3)为提高O2NC6H4COOC2H5的平衡转化率，除可适当控制反应温度外，还可采取的措施有_(要求写出两条)。 4（2014新课标全国卷）在容积为
23、1.00 L的容器中，通入一定量的N2O4，发生反应N2O4(g) 2NO2(g)，随温度升高，混合气体的颜色变深。回答下列问题：(1)反应的H_0(填“大于”或“小于”)；100 时，体系中各物质浓度随时间变化如图所示。在060 s时段，反应速率v(N2O4)为_molL1s1；反应的平衡常数K1为_。 (2)100 时达平衡后，改变反应温度为T，c(N2O4)以0.002 0 molL1s1的平均速率降低，经10 s又达到平衡。 T_100 (填“大于”或“小于”)，判断理由是_。 列式计算温度T时反应的平衡常数K2：_。(3)温度T时反应达平衡后，将反应容器的容积减少一半，平衡向_(填“
24、正反应”或“逆反应”)方向移动，判断理由是_。5（2014北京卷）一定温度下，10 mL 0.40 mol/L H2O2溶液发生催化分解。不同时刻测得生成O2的体积(已折算为标准状况)如下表。t/min0246810V(O2)/mL0.09.917.222.426.529.9下列叙述不正确的是(溶液体积变化忽略不计)()A06 min的平均反应速率：v(H2O2)3.3102molL1min1B06 min的平均反应速率：v(H2O2)3.3102molL1min1C反应至6 min时，c(H2O2)0.30 mol/LD反应至6 min时，H2O2分解了50%6（2014浙江卷）氯在饮用水处
25、理中常用作杀菌剂，且HClO的杀菌能力比ClO强。25 时氯气氯水体系中存在以下平衡关系：Cl2(g)Cl2(aq)K1101.2Cl2(aq)H2OHClOHClK2103.4HClOHClOKa？其中Cl2(aq)、HClO和ClO分别在三者中占分数()随pH变化的关系如图所示 。下列表述正确的是()ACl2(g)H2O2HClOClK1010.9B在氯处理水体系中，c(HClO)c(ClO)c(H)c(OH)C用氯处理饮用水时，pH7.5时杀菌效果比pH6.5时差D氯处理饮用水时，在夏季的杀菌效果比在冬季好7（2014天津卷）合成氨是人类科学技术上的一项重大突破，其反应原理为N2(g)3
26、H2(g) 2NH3(g)H92.4 kJmol1。一种工业合成氨的简式流程图如下：(1)天然气中的H2S杂质常用氨水吸收，产物为NH4HS。一定条件下向NH4HS溶液中通入空气，得到单质硫并使吸收液再生，写出再生反应的化学方程式：_。(2)步骤中制氢气的原理如下：CH4(g)H2O(g) CO(g)3H2(g)H206.4 kJmol1CO(g)H2O(g) CO2(g)H2(g)H41.2 kJmol1对于反应，一定可以提高平衡体系中H2的百分含量，又能加快反应速率的措施是_。a升高温度b增大水蒸气浓度c加入催化剂d降低压强利用反应，将CO进一步转化，可提高H2的产量。若1 mol CO和
27、H2的混合气体(CO的体积分数为20%)与H2O反应，得到1.18 mol CO、CO2和H2的混合气体，则CO的转化率为_。(3)图(a)表示500 、60.0 MPa条件下，原料气投料比与平衡时NH3体积分数的关系。根据图中a点数据计算N2的平衡体积分数：_。(4)依据温度对合成氨反应的影响，在图(b)坐标系中，画出一定条件下的密闭容器内，从通入原料气开始，随温度不断升高，NH3物质的量变化的曲线示意图。 (5)上述流程图中，使合成氨放出的能量得到充分利用的主要步骤是(填序号)_。简述本流程中提高合成氨原料总转化率的方法：_。 8（2014新课标全国卷）在容积为1.00 L的容器中，通入一
28、定量的N2O4，发生反应N2O4(g)2NO2(g)，随温度升高，混合气体的颜色变深。回答下列问题：(1)反应的H_0(填“大于”或“小于”)；100 时，体系中各物质浓度随时间变化如图所示。在060 s时段，反应速率v(N2O4)为_molL1s1；反应的平衡常数K1为_。 (2)100 时达平衡后，改变反应温度为T，c(N2O4)以0.002 0 molL1s1的平均速率降低，经10 s又达到平衡。 T_100 (填“大于”或“小于”)，判断理由是_。 列式计算温度T时反应的平衡常数K2：_。(3)温度T时反应达平衡后，将反应容器的容积减少一半，平衡向_(填“正反应”或“逆反应”)方向移动
29、，判断理由是_。方向移动。9（2014全国卷）化合物AX3和单质X2在一定条件下反应可生成化合物AX5。回答下列问题：(1)已知AX3的熔点和沸点分别为93.6 和76 ，AX5的熔点为167 。室温时AX3与气体X2反应生成1 mol AX5，放出热量123.8 kJ。该反应的热化学方程式为_。(2)反应AX3(g)X2(g) AX5(g)在容积为10 L的密闭容器中进行。起始时AX3和X2均为0.2 mol。反应在不同条件下进行，反应体系总压强随时间的变化如图所示。 列式计算实验a从反应开始至达到平衡时的反应速率v(AX5)_。图中3组实验从反应开始至达到平衡时的反应速率v(AX5)由大到
30、小的次序为_(填实验序号)；与实验a相比，其他两组改变的实验条件及判断依据是：b_c_。用p0表示开始时总压强，p表示平衡时总压强，表示AX3的平衡转化率，则的表达式为_；实验a和c的平衡转化率：a为_，c为_。 10（2014山东卷）研究氨氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时，涉及如下反应：2NO2(g)NaCl(s)NaNO3(s)ClNO(g)K1H10()2NO(g)Cl2(g)2ClNO(g)K2H2”“0的化学反应速率(v)与时间(t)的关系，图二表示的是可逆反应2NO2(g) N2O4(g)H0的浓度(c)随时间t的变化情况。下列说法中正确的是()。A图一t2时改变的条件可能
31、是升高了温度或增大了压强B若图一t2时改变的条件是增大压强，则反应的H增大C图二t1时改变的条件可能是升高了温度或增大了压强D若图二t1时改变的条件是增大压强，则混合气体的平均相对分子质量将减小7将4 mol A和2 mol B放入2 L密闭容器中发生反应：2A(g)B(g) 2C(g)H0。4 s后反应达到平衡状态，此时测得C的浓度为0.6 molL1。下列说法正确的是()。A4 s内，v(B)0.075 molL1s1B4 s后平衡状态下，c(A)c(C)21C达到平衡状态后，若只升高温度，则C的物质的量浓度增大D达到平衡状态后，若温度不变，缩小容器的体积，则A的转化率降低8已知可逆反应a
32、AbBcC中，物质的含量R%(A%和C%)随温度的变化曲线如图所示，下列说法正确的是()。A该反应在T1、T3温度时达到过化学平衡B该反应在T2温度时达到过化学平衡C该反应的逆反应是放热反应D升高温度，平衡会向正反应方向移动9将1 mol SO2和1 mol O2通入容积固定的密闭容器中，在一定条件下反应达到平衡，平衡时SO3的物质的量为0.3 mol 。此时若移走0.5 mol SO2和0.5 mol O2，则反应达到新平衡时SO3的物质的量()。A为0.3 mol B为0.15 molC小于0.15 mol D大于0.15 mol且小于0.3 mol10下面是某化学研究小组探究外界条件对化
33、学反应速率和化学平衡影响的图像，其中图像和实验结论表达均正确的是()。A是其他条件一定时，反应速率随温度变化的图像，正反应Hp211CO和NO都是汽车尾气中的有害物质，它们之间能缓慢地发生如下反应：2NO(g)2CO(g)N2(g)2CO2(g)H0，现利用此反应，拟设计一种环保装置，用来消除汽车尾气对大气的污染，下列设计方案可以提高尾气处理效果的是()。选用适当的催化剂提高装置温度降低装置的压强装置中放入碱石灰A B C D12向甲乙两个容积均为1 L的恒容容器中，分别充入2 mol A、2 mol B和1 mol A、1 mol B。相同条件下(温度T )，发生下列反应：A(g)B(g)xC(g)H0。测得两容器中c(A)随时间t的变化如图所示：回答下列问题：(1)乙容器中，平衡后物质B的转化率为_。(2)x_。(3)T 时该反应的平衡常数为_。(4)下列说法正确的是()。A向平衡后的乙容器中充入氦气可使c(A)增大B将乙容器单独升温可使乙容器内各物质的体积分数与甲容器内相同C若向甲容器中再充入2 mol A、2 mol B，则平衡时甲容器中0.78 molL1c(A)”或“”、“”或“”)。该温度下反应达到平衡时，CO2的转化率为_。
