【学案导学设计】高中化学 2.3.3 化学平衡图像、等效平衡学案 鲁科版选修4.doc

第3课时化学平衡图像、等效平衡学习目标定位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。1对于已达平衡的反应：n2(g)3h2(g)2nh3(g)h0(1)增大n2，平衡向正反应方向移动，n2的转化率减小，h2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，n2、h2的转化率增大，n2、h2的百分含量减小，nh3的百分含量增大。(3)升高温度，平衡向逆反应方向移动，n2、h2的转化率减小，n2、h2的百分含量增大，nh3的百分含量减小。2密闭容器中的反应：n2(g)3h2(g)2nh3(g)。在温度为500 k、压强为30 mpa情况下，n(nh3)、n(h2)和n(n2)随时间变化的关系如右图所示：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“”、“”或“”)。(2)关于t2时刻的说法正确的是_。at2时该反应达到平衡状态bt2时和代表的物质反应速率相同ct2时氢气、氮气与氨气的反应速率之比为312dt2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n(h2)比图像中平衡时的值稍大，那么该温度最可能是_。a673 k b273 k c373 k d1 073 k答案(1)(2)cd(3)a探究点一化学平衡图像1在2 l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各物质的物质的量的变化。(2)该反应的化学方程式是3a(g)b(g)2c(g)。(3)在反应进行到2 min时，正反应速率与逆反应速率之间的关系是相等。(4)若用a物质的量浓度的变化，表示反应达平衡(2 min)时的正反应速率是0.15_moll1min1。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aa(g)bb(g)cc(g)在不同温度下(t1t2)，压强(p)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)t1为一条等温线，随着压强的增大，c%减小，化学平衡逆向移动，abt1，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p1、p2的大小关系是p1p2，压强增大，c%(c的含量)的变化是减小，化学平衡逆向移动，abc。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v正、v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ma(g)nb(g)pc(g)qd(g)，在转化率时间曲线中，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在容积可变的密闭容器中存在如下反应：co(g)h2o(g)co2(g)h2(g)h0，下列分析中不正确的是()a图研究的是t0时升高温度对反应速率的影响b图研究的是t0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t0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。2下列各图中，表示2a(g)b(g)2c(g)(正反应放热)这个可逆反应的正确图像为()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，缩短反应达到平衡的时间，但不能使平衡移动，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。co(g)h2o(g)co2(g)h2(g) 2 mol 2 mol 0 mol 0 mol 0 mol 0 mol 4 mol 4 mol 4 mol 4 mol 2 mol 2 mol 1 mol 2 mol 1 mol 2 mol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。n2(g)3h2(g)2nh3(g) 1 mol 3 mol 0 mol 0 mol 0 mol 2 mol 0.5 mol 1.5 mol 1 mol 1 mol 3 mol 2 mol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。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，且平衡后同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3在一个固定体积的密闭容器中，加入2 mol a和1 mol b发生反应：2a(g)b(g)3c(g)d(g)，达到平衡时，c的浓度为n moll1。(1)若维持容器体积和温度不变，以下列各种配比为起始物质，达到平衡后，c的浓度仍为n moll1的是_。a4 mol a2 mol bb2 mol a1 mol b3 mol c1 mol dc3 mol a1 mol bd3 mol c1 mol de1 mol a0.5 mol b1.5 mol c0.5 mol d(2)c的浓度大于n moll1的是_。(3)将可逆反应中a(g)改为a(s)，则c的浓度仍为n moll1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n moll1的是_。答案(1)de(2)abc(3)cde(4)abde解析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。(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。1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。2下列各图是温度(或压强)对2a(s)2b(g)2c(g)d(g)h v正，错误；b项，升温，v正、v逆都增大，而图像所示v正、v逆都减小，错误；c项，加压，v正、v逆都增大，且v正v正，而图像所示v正、v逆都减小，v正v逆，错误。3在容积固定的密闭容器中存在如下反应：a(g)3b(g)2c(g)ht2，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0.4 moll1，同时a为0.3 moll1，b为0.1 moll1，各种物质的平衡浓度与图像()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。4在密闭容器中进行下列反应：m(g)n(g)r(g)2l，此反应符合右边图像。下列叙述正确的是()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是液体答案c解析由“先拐先平”可推知，t1t2，p1pqb正反应是吸热反应；mnpqc正反应是放热反应；mnpq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mnpq。6在体积恒定的密闭容器中发生反应n2o4(g)2no2(g) h0，在温度为t1、t2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()aa、c两点的反应速率：acba、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da、c两点气体的平均相对分子质量：ac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p2p1，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，no2的体积分数增大，平衡向正反应方向移动，生成no2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，a点气体的平均相对分子质量小于c点的。四、多图像综合应用7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()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。8对于可逆反应n2(g)3h2(g)2nh3(g)hp2，增大压强平衡正向移动，nh3的体积分数增加，a错；b项，h丙甲 b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 co2(g)h2(g)co(g)h2o(g)甲： a mol a mol 0 mol 0 mol乙： 2a mol a mol 0 mol 0 mol极端转化后的丙：a mol a mol 0 mol 0 mol极端转化后的丁：2a mol a mol 0 mol 0 mol因此甲与丙、乙与丁分别为等效平衡，因此平衡时n(co)：乙丁，丙甲。比较甲和乙，乙可看作在甲的基础上增大了co2的浓度，平衡右移，因此n(co)增大，所以n(co)：乙丁丙甲。10在一个固定容积的密闭容器中，保持一定温度进行如下反应：h2(g)br2(g)2hbr(g)，已知加入1 mol h2和2 mol br2达到平衡后，生成x mol hbr；在相同条件下若起始时加入的h2、br2、hbr分别为a、b、c(均不为0)且达到平衡时，各组分含量保持不变，以下推断正确的是()a、b、c应满足的关系是4ac2b平衡时hbr为x mola、b、c应满足的关系是abc平衡时hbr为x mola b c d答案a解析h2(g)br2(g)2hbr(g)是一个n0的反应，恒容时只要起始投入量成比例，则形成等效平衡。分析h2(g)br2(g)2hbr(g)平衡时n(hbr) (hbr)起始 1 mol 2 mol 0 x x/3起始 a b c x/3可知，(1)a、b、c应满足(a)(b)12，即4ac2b；(2)设平衡时hbr有y mol，计算有两种方法：一是比例法，1x(a)y，y(a)x mol；二是含量法，hbr的含量保持x/3不变，而气体总物质的量为(abc)，所以y mol。能力提升11二甲醚是一种重要的清洁燃料，可以通过ch3oh分子间脱水制得：2ch3oh(g)ch3och3(g)h2o(g)h23.5 kjmol1。在t1 ，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。(1)该条件下反应平衡常数表达式k_。在t1 时，反应的平衡常数为_。(2)相同条件下，若改变起始浓度，某时刻各组分浓度依次为c(ch3oh)0.4 moll1、c(h2o)0.6 moll1、c(ch3och3)1.2 moll1，此时正、逆反应速率的大小：v正_v逆(填“”、“解析本题结合图像考查有关平衡常数的计算。(1)由图像知，反应在t1时达到平衡，平衡时各物质的浓度分别为ch3och31.0 moll1，h2o0.8 moll1，ch3oh0.4 moll1；根据反应2ch3oh(g)ch3och3(g)h2o(g)可知，其平衡常数的表达式为k，在该温度下，k5。(2)根据题目所提供的数据可知，q4.5v逆。12某温度时，在一个容积为 2 l 的密闭容器中，x、y、z三种物质的物质的量随时间的变化曲线如图所示。根据图中数据，试填写下列空白：(1)该反应的化学方程式为_。(2)反应开始至2 min，气体z的平均反应速率为_。(3)若x、y、z均为气体，反应达到平衡时：压强是开始时的_倍；若此时将容器的体积缩小为原来的倍，达到平衡时，容器内温度将升高(容器不与外界进行热交换)，则该反应的正反应为_反应(填“放热”或“吸热”)。(4)若上述反应在2 min后的t1t6内反应速率与反应时间的关系图像如下，在每一时刻均改变一个影响反应速率的因素，则_(填字母)。a在t1时增大了压强 b在t3时加入了催化剂c在t4时降低了温度 dt2t3时a的转化率最高答案(1)3xy2z(2)0.05 moll1min1(3)0.9放热(4)b解析(1)由图像知平衡时，n(x)n(y)n(z)0.3 mol0.1 mol0.2 mol312，又由于该反应不能进行彻底，所以化学方程式为3xy2z。(2)v(z)0.05 moll1min1。(3)x、y、z均为气体时，反应前n(总)2.0 mol，平衡时n(总)0.7 mol0.9 mol0.2 mol1.8 mol，所以p(平)p(始)1.8 mol2.0 mol0.9。将容器体积缩小，相当于增压，达平衡时，温度升高，根据勒夏特列原理，该反应的正反应为放热反应。(4)在t1时如果增大压强，