1、第2课时化学平衡图像和等效平衡探究点一化学平衡的有关图像一、几种类型的化学平衡图像1速率时间图(vt图像)(1)既能表示反应速率的变化，又能表示平衡移动的速率时间图像。如下图中A、B、C所示。A图：t0时，v(正)v(逆)0，表明反应由正反应开始；tt1时，v(正)v(逆)v(逆)，表明在改变条件的瞬间，v(正)变大，v(逆)不变，是增大了反应物的浓度；tt1时，v(正)v(逆)，表明平衡向正反应方向移动，随后又达到新的平衡状态。B图：t0时，反应由正反应开始；tt1时，v(正)、v(逆)在改变条件时同时增大；tt1时，平衡向逆反应方向移动，随后又达到新的平衡状态。C图：t0时，反应由正反应开
2、始；tt1时，v(正)、v(逆)在改变条件时同倍的增大；tt1时，平衡未移动。(2)规律总结：vt图像的分析和绘制在分析vt图像时，要特别注意两个方面：一是反应速率的变化即v(正)、v(逆)是都增大了，还是都减小了条件改变的瞬间v(正)、v(逆)的起点与原平衡点不重合，还是一个增大或减小而另一个不变v(正)、v(逆)中不变的那一个起点与原平衡点重合；二是平衡的移动方向，哪一个速率快，它的速率曲线就在上面，就向哪一个方向移动。画出vt图像的“三步曲”：第一步，画出原平衡建立的过程；第二步，依据条件改变时的速率变化，确定两个起点是都在上还是都在下，或一个在上(下)另一个不变；第三步，依据平衡移动方
3、向确定哪条曲线v(正)或v(逆)在上(下)面，完成图像。2浓度时间图(ct图像)此类图像能说明各平衡体系组分(或某一成分)的物质的量浓度在反应过程中的变化情况。此类图像中各物质曲线的折点(达平衡)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。如图1、图2所示。3含量时间温度(压强)图常见形式有如下图所示的几种。(C%指产物百分数，B%指某反应物百分数)(在其他条件不变时，改变任一条件，如：使用催化剂或温度升高或压强增大，都能缩短到达平衡的时间)这种图像的转折点表示到达平衡的时间，反映了速率的大小，可以确定T(p)的高低(大小)，水平线高低对应平衡移动方向。4恒压(温
4、)图以aA(g)bB(g)cC(g)H为例，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)，常见类型如下图：5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)Hv逆；M点为刚达平衡点。M点后为平衡受温度的影响情况，即升温，A%增加，C%减小，平衡左移，Hv逆；右下方(F点)，则v正p1。“先拐先平，数值大”原则：对于同一化学反应在化学平衡图像中，先出现拐点的反应先达到平衡，先出现拐点的曲线表示的温度较高(如下图甲表示反应物的转化率)或表示的压强较大(如下图乙，(A
5、)表示反应物的体积分数)。甲：a.T2T1，b.正反应放热。乙：a.p1p2，b.正反应为气体总体积缩小的反应。【例1】在容积不变的密闭容器中存在如下反应：2SO2(g)O2(g)2SO3(g)H0，p2p1B反应：H0，T1T2C反应：H0，T2T1或H0，T2T1D反应：HT1解析：反应，温度升高，A的转化率降低，说明化学平衡向逆反应方向移动，则正反应为放热反应，Hp1，A不正确；由反应的图示可知T1T2，温度升高时n(C)减少，说明平衡向逆反应方向移动，故正反应为放热反应，H0，B不正确；对于反应若为放热反应，C的平衡体积分数减小时，平衡向逆反应方向移动，则T2T1，反之亦然，C正确；同
6、理对于反应，若HT2，D不正确。探究点二等效平衡1含义：相同条件下，同一可逆反应不管从正反应方向开始，还是从逆反应方向开始，或从正、逆反应两个方向同时开始，按化学计量数关系完全转化为化学方程式同一半边的物质后只要相应物质的起始加入量完全相同或成比例，则建立的化学平衡状态完全等效。对概念的理解：(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：通常可以是恒温恒容，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；反应容器容积是经过扩大缩小，还是缩小扩大的过程，
7、在比较时都可运用“一边倒”的方法回到起始的状态进行比较。2分类和规律(1)恒温恒容条件下的等效平衡对于反应前后气体体积不相等的可逆反应，在恒温恒容条件下，改变起始加入量的情况，只要通过可逆反应的化学计量数之比换算成化学方程式同一边的物质后，各物质的物质的量与原平衡状态相同，则建立的化学平衡状态完全相同，也称为“全等平衡”。例如：a从正反应开始，b从逆反应开始，c从正、逆反应同时开始，b、c两种配比，按化学方程式的化学计量关系都转化为反应物，SO2均为2 mol，O2均为1 mol，则三者建立的平衡状态完全相同。对于反应前后气体体积相等的可逆反应，在恒温恒容条件下，改变起始加入量的情况，只要通过
8、可逆反应的化学计量数之比换算成化学方程式同一边的物质后，各物质的物质的量比例与原平衡状态相同，则建立的化学平衡状态也是等效的，称为“等比平衡”(类似于数学中的“相似”)。例如：b、c两种配比，按化学方程式的化学计量关系都转化为反应物，两种情况下H2(g)与I2(g)的物质的量之比均为11，则三者建立的平衡状态是等效的。此类等效平衡的形式可通过建立以下模型进行解释以H2(g)I2(g)2HI(g)为例：(2)恒温恒压条件下的可逆反应如果通过化学方程式的化学计量数之比换算成化学方程式同一边的物质后，各物质的物质的量比例相同，则建立的化学平衡状态是等效平衡。此类等效平衡的形式可通过建立以下模型进行解
9、释以N2(g)3H2(g)2NH3(g)为例：以上解题规律可归纳如下：【例2】向某密闭容器中充入1 mol CO和2 mol H2O(g)，发生反应：COH2O(g)CO2H2，反应达到化学平衡状态。若维持容器的容积和温度不变，起始物质按下列四种配比充入该容器中，达到化学平衡时CO的体积分数增大的是()A0.5 mol CO2 mol H2O(g)1 mol CO21 mol H2B1 mol CO1 mol H2O(g)1 mol CO21 mol H2C0.5 mol CO1.5 mol H2O(g)0.4 mol CO20.4 mol H2D0.5 mol CO1.5 mol H2O(g
10、)0.5 mol CO20.5 mol H2【思路分析】按极值的思维方法，把起始加入物质按化学方程式的系数转化为同一侧物质后，通过比较得出正确结论。【解析】A项，相当于向容器中充入1.5 mol CO和3 mol H2O(g)，与原平衡投料比12相同，二者构成等效平衡，CO的体积分数不变；B项，相当于向容器中充入1 mol CO和2 mol H2O(g)，再充入1 mol CO，故前一步旨在建立等效平衡，再充入1 mol CO，可使平衡向正反应方向移动，但平衡移动是由CO的浓度增加引起的，CO的体积分数增大；C项，相当于向容器中充入0.9 mol CO和1.8 mol H2O(g)(二者比值为
11、12)，再充入0.1 mol H2O(g)，加入H2O(g)会使平衡向正反应方向移动，CO的体积分数减小；D项，相当于向容器中充入1 mol CO和2 mol H2O(g)，与原平衡等效，CO的体积分数不变。【答案】B一定温度下，在3个容积均为1.0 L的恒容密闭容器中反应2H2(g)CO(g)CH3OH(g)达到平衡，下列有关说法正确的是(D)A.该反应的正反应吸热B达到平衡时，容器中反应物转化率比容器中的大C达到平衡时，容器中c(H2)大于容器中c(H2)的两倍D达到平衡时，容器中的正反应速率比容器中的大解析：对比容器和可知两者投料量相当，若温度相同，最终建立等效平衡，但温度高，平衡时c(
12、CH3OH)小，说明升温平衡向逆反应方向移动，即逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，A错误；相对于成比例增加投料量，相当于加压，平衡正向移动，反应物转化率提高，B错误；不考虑温度，中投料量是的两倍，相当于加压，平衡正向移动，所以平衡时中c(H2)小于中c(H2)的两倍，且的温度比高，相对于，平衡向逆反应方向移动，c(H2)增大，C错误；对比和，若温度相同，两者建立等效平衡，两容器中反应速率相等，但中温度高，反应速率更大，D正确。1对于反应：4CO(g)2NO2(g)4CO2(g)N2(g)H1 200 kJmol1，温度不同(T2T1)，其他条件相同时，下列图像正确的是(B)解析：升高温度，正
13、、逆反应速率都发生突变，故A错误；升高温度，反应速率增大，平衡逆向移动，NO2的转化率减小，故B正确；增大压强，平衡正向移动，CO的体积分数减小，故C错误；升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小，故D错误。2如图是可逆反应A2B2C3D的化学反应速率与化学平衡随外界条件改变(先降温后加压)而变化的情况。由此可推断(B)A温度越高，该反应的化学平衡常数越大B若A、B是气体，则D是液体或固体C逆反应是放热反应DA、B、C、D均为气体解析：由图像知，降低温度，v(正)v(逆)，平衡向正反应方向移动，说明正反应为放热反应，升高温度，化学平衡常数减小，A、C项错误；增大压强，v(正)v(逆)，平衡向正反应
14、方向移动，即正反应为气体体积减小的反应，若A、B为气体，则D一定为固体或液体，C可以是任意状态，B正确，D错误。3在恒容密闭容器中发生反应2SO2(g)O2(g)2SO3(g)，起始时SO2和O2分别为20 mol和10 mol，达到平衡时，SO2的转化率为90%。若从SO3开始进行反应，在相同的条件下，欲使平衡时各成分的体积分数与前者相同，则起始时SO3的物质的量及SO3的转化率分别为(C)A20 mol和90%B20 mol和20%C20 mol和10%D30 mol和80%解析：根据等效平衡，起始时SO2和O2分别为20 mol和10 mol相当于起始时SO3为20 mol。SO2的转化
15、率为90%，说明参加反应的SO2的物质的量是18 mol，则生成了18 mol SO3。也就是说，当起始的物质是SO3时，参加反应的SO3的物质的量是20 mol18 mol2 mol，所以SO3的转化率为10%。4一定条件下，下列反应中水蒸气含量随反应时间的变化趋势符合题中图像的是(A)ACO2(g)2NH3(g)CO(NH2)2(s)H2O(g)H0CCH3CH2OH(g)CH2=CH2(g)H2O(g)H0D2C6H5CH2CH3(g)O2(g)2C6H5CH=CH2(g)2H2O(g)HT1，温度升高，水蒸气含量减少，正反应是放热反应，B、C项不符合题意；由“压强的影响”图像可知，p1
16、先达到平衡，即p1p2，随着压强的增加，水蒸气含量增加，正反应是气体体积减小的反应，因此D项不符合题意，只有A项符合题意。5可逆反应aA(g)bB(g)cC(g)dD(g)H，同时符合下列两图中各曲线的是(B)AabcdT1T2H0BabcdT1T2H0CabT2H0DabcdT1T2HT1，T2T1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，Hv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，abcd，B对。6一定温度下，在恒容密闭容器中发生反应：2A(g)B(g)3C(g)，若反应开始时充入2 mol A和1 mol B，达平衡后A的体积
17、分数为a%。其他条件不变时，若按下列四种配比作为起始物质，则平衡后A在反应体系中的体积分数大于a%的是(B)A2 mol CB3 mol A、1 mol B和1 mol He(不参加反应)C1 mol B和1 mol CD2 mol A、1 mol B和3 mol C解析：该反应为反应前后气体分子数不变的反应。A项，投入2 mol C相当于投入 mol A和 mol B，n(A)n(B)等于21，平衡后A在反应体系中的体积分数为a%。B项，1 mol He对平衡移动没影响，投入3 mol A和1 mol B相当于先投入2 mol A和1 mol B，平衡后A的体积分数为a%，然后再投入1 mo
18、l A，达到新平衡后A在反应体系中的体积分数大于a%。C项，投入1 mol B和1 mol C相当于投入 mol A和 mol B，n(A)n(B)小于21，平衡后A在反应体系中的体积分数小于a%。D项，投入2 mol A、1 mol B和3 mol C相当于投入4 mol A和2 mol B，n(A)n(B)等于21，平衡后A在反应体系中的体积分数等于a%。7一密封体系中发生反应N23H22NH3Q，如图是某一时间段中反应速率与反应进程的曲线关系图，回答下列问题：(1)处于平衡状态的时间段是t0t1、t2t4、t5t6。(2)t1、t3、t4时刻体系中分别是什么条件发生了变化？t1时升温；t
19、3时使用催化剂；t4时降压。(3)下列各时间段内，氨的百分含量最高的是(A)At0t1Bt2t3Ct3t4Dt5t6解析：本题是考查反应速率与化学平衡内在联系的一道好题。处于平衡状态时，正、逆反应速率必定相等，从图中可看出t0t1、t2t4、t5t6时间段时反应处于平衡状态。t1时刻，条件变化使v正、v逆都加快，且v逆v正，平衡向逆反应方向移动，对照反应式可看出条件变化应是升高温度。t3时刻，v正、v逆都同幅度加快，应是加了催化剂。t4时刻，v正、v逆都减慢，且v正v逆，平衡逆向移动，所以是由降低压强引起的。由于t1t2时间段和t4t5时间段中，平衡都向逆反应方向移动，氨的百分含量都减小，所以
20、应是t0t1时间段中氨的百分含量最高。8(1)工业生产硫酸的过程中，涉及反应：2SO2(g)O2(g)2SO3(g)，该混合体系中SO3的百分含量和温度的关系如图1所示。2SO2(g)O2(g)2SO3(g)的H”或“(填“”“”或“”)v逆。(2)哈伯法合成氨的原理是N2(g)3H2(g)2NH3(g)，该反应达到平衡状态时反应物的转化率不高。能使该反应的反应速率增大，且平衡向正反应方向移动的措施是D(填序号)。A使用更高效的催化剂B升高温度C及时分离出氨气D充入氮气(保持容器体积不变)某温度下，2 L的密闭容器中发生合成氨反应，图2表示N2的物质的量随反应时间的变化曲线。用H2表示010
21、min内该反应的平均反应速率为v(H2)0.06_molL1min1。11 min时，压缩容器的体积为1 L，则n(N2)的变化曲线为D(填序号)。AaBbCcDd解析：(1)温度升高时，SO3的百分含量降低，平衡逆向移动，则该反应是放热反应，Hv逆。(2)该反应是一个反应前后气体分子数减小的放热反应，升高温度，平衡逆向移动；分离出氨气，平衡虽然正向移动，但反应速率减小；充入氮气，平衡正向移动且反应速率增大。由题图2可知，010 min内，N2从0.6 mol减少到0.2 mol，其物质的量变化量为0.4 mol，则H2的物质的量变化量为1.2 mol，故v(H2)1.2 mol2 L10 min0.06 molL1min1。平衡时压缩容器的体积，气体的压强增大，平衡正向移动，N2的物质的量减小，曲线d符合题意。