高二化学化学平衡的综合提高通用版知识精讲

高二化学化学平衡的综合提高通用版【本讲主要内容】化学平衡的综合提高1. 化学平衡图象的特征分析2. 化学平衡的有关基本思想3. 等效平衡【知识掌握】【知识点精析】一. 化学平衡的图象问题1. 作用 化学反应速率和化学平衡的有关理论具有一定的抽象性，运用各种图象能直观地反映可逆反应的变化规律及特点，能从定性和定量两方面来分析和研究变化的因素、方向和程度。2. 方法（1）注重纵坐标和横坐标所对应的物理量，只要其中一个物理量改变，就可能导致图象的改变。例如对一可逆反应从起始到达平衡，某反应物A的百分含量、A的转化率aA分别对时间作图，曲线正好相反。（2）弄清纵坐标和横坐标两种物理量之间的相互关系。作图或析图时要注意变化的方向、趋势、程度，如考虑是直线还是曲线？是上升还是下降？到一定时是否会不再改变？若是两条或两条以上的直线，斜率是否相同？若是两曲线，它们的曲率是否相等？这一系列的问题必须思考清楚。（3）抓住关键的点：如原点、最高点、最低点、转折点（拐点）、交点等。同样有一系列问题值得去好好思考，如该不该通过原点？有没有最高（或最低）点？为何有转折点、交点等？3. 步骤（1）看图象： 看面(即纵坐标与横坐标的意义)， 看线(即线的走向和变化趋势)， 看点(即起点、折点、交点、终点)， 看辅助线(如等温线、等压线、平衡线等)， 看量的变化(如浓度变化、温度变化等)。（2）想规律:联想外界条件的改变对化学反应速率和化学平衡的影响规律。（3）作判断：根据图象中表现的关系与所学规律相对比，作出符合题目要求的判断。4. 原则 （1）“定一议二”原则 在化学平衡图象中，包括纵坐标、横坐标和曲线所表示的三个量，确定横坐标所示的量后，讨论纵坐标与曲线的关系或确定纵坐标所示的量后，讨论横坐标与曲线的关系。（2）“先拐先平，数值大”原则 在化学平衡图象中，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或表示的压强较大。例1. 已知某可逆反应mA(g)nB(g)pC(g)；H在密闭容器中进行反应，测得在不同时间t、温度T和压强P与反应物B在混合气中的百分含量B%的关系曲线如图所示。A. T1T2，P1P2，mnP，H0 B. T1 T2，P2P1，mnP，H0 C. T2 T1，P2P1，mnP，H0 D. T1 T2，P2P1，mnP，H0高压有利。B%增大，说明增大压强，平衡逆移，故mnP。由此可知，本题答案：B。例2. 如图所示，a曲线表示一定条件下可逆反应：X(g)Y(g)2Z(g)W(s)； H的反应过程中X的转化率和时间的关系。若使a曲线变为b曲线，可采取的措施是 A. 加入催化剂 B. 增大Y的浓度C. 降低温度 D. 增大体系压强解析：达平衡所需时间ba正逆反应速率b a改变条件后ax不变 平衡不移动 该可逆反应Vg0 可加催化剂或加压答案：B、D。例3. 可逆反应N23H22NH3；H0从反应开始经t1秒达平衡状态，因条件改变，平衡在t2秒时发生移动，在t3秒时，又达到新的平衡状态。试根据t2t3秒曲线判断，下列图1、图2所表示的平衡移动方向和变化条件各是什么？解析：图1中t2t3曲线与原来连续变化，说明只可能为改变温度引起。NH3浓度下降，H2浓度增大，说明平衡是逆向移动，故变化的条件是升温。图2中，t2时改变条件前后NH3的浓度连续变化，而N2浓度突变，说明只能是增加N2浓度引起，平衡正向移动。例4. 气态反应ABCD，其它条件不变，在有催化剂条件(a)时和无催化剂条件(b)时的反应过程中，有关的量(纵坐标)随时间(横坐标)的变化情况错误的是解析：使用催化剂，同等程度改变正逆反应速度，缩短达到平衡所需时间，但不改变平衡状态。故不论有无催化剂，达到平衡时同一成分的百分含量相同。所以选项A错C对。选项D中似乎达到平衡所需时间长短合理，但使用催化剂，反应速率不但不增大，反而减小，显然不合理。选项B正确。本题正确选项：B、C例5. 下图为条件一定时，反应2NOO22NO2；H0在图中Y轴是指A. 平衡混合气中R的质量分数B. 平衡混合气中G的体积分数C. G的转化率D. L的转化率 答案：B。二. 化学平衡的有关基本思想 1. 可逆反应不可能进行到底 可逆性是化学平衡的前提，达到平衡时应是反应物和生成物共存的状态，每种物质的量不可能进行到底。一般可用极限分析法推断。 即假设反应不可逆，则最多生成产物多少，有无反应物剩余，余多少。这样的极值点是不可能达到的，故可用确定某些范围或在范围中选择合适的量。 例7. 在一定温度下将1 mol CO和1mol水蒸气放在密闭容器中反应：COH2OCO2H2，达平衡后测得CO2为0.6mol，再通入4mol水蒸气，达新平衡后CO2的物质的量可能是A.0.6mol B.1mol C.0.8mol D.1.2mol 解析 加入H2O（g）平衡正移，nCO20.6mol但不可能任意增大，所以不可能进行到底，1molCO即使完全反应也只可能生成1molCO2，所以0.6molnCO21mol。答案C合适。 2. 极端假设可逆反应，在条件相同时（等温等容），若达到等效平衡，其初始状态必须能互变，从极限角度看，就是各物质的物质的量要相当。因此可以采用完全反应“一边倒”的原则来处理以下问题：（1）化学平衡等同条件（等温等容） aA(g)bB(g)cC(g) 始 a b 0 平衡态始 0 0 c 平衡态 始 x y z 平衡态 为了使平衡 根据“一边倒”原则，即可得例8. 温度、催化剂不变，向某一固定体积的密闭容器内按下列各组物质的量加入H2、N2、NH3，反应达平衡时；氨气浓度最大的一组是ABCDH2613.55N22011.5NH30421解析 2NH3N23H2。根据反应“一边倒”换算。符合题意的是B。3. 等效方法相同倍数增加各种反应物的浓度，相当于增大体系压强，结合具体反应，根据平衡移动方向来确定转化率等有关变化情况。例9. 一真空密闭容器中盛有molPCl5，加热到200时发生反应。PCl5(g)PCl3(g)Cl2(g)，反应达到平衡时，PCl5所占体积百分数为M%。若在同一温度和同一容器中，最初投入的是2molPCl5 ，反应达平衡时，PCl5所占体积百分数为N%，则M和N的正确关系是 A.MN B.M N C.MN D.无法比较解析：从molPCl5 到2molPCl5投料，相当于用一个2倍于第一种情况的可变体积的容器，然后增大体系压强，压到第一种情况的体积。对该可逆反应而言，促使平衡逆移，反应达平衡时，PCl5所占体积百分数增大，故选B。三. 等效平衡1. 等效平衡的含义：外界条件相同时，可逆反应只要起始浓度相当，无论经过何种途径，达到平衡后，任何相同组分的百分含量均相同，这样的平衡互为等效平衡。（1）外界条件相同：通常是同T同V，同T同P（2）等效平衡状态：通常是指混合物各组分的百分含量相同，但各组分的物质的量、浓度可能不同。2. 等效平衡的几种情况在定温定容条件下，只改变起始时加入物质的量，如通过反应的化学计量数换算成同一边的物质的量与原平衡相同，则两平衡等效。在定温定容的情况下，对于反应前后气体分子数不变的可逆反应，只要反应物（或生成物）的物质的量的比例与原平衡相同，两平衡等效。在定温定压下，改变起始时加入物质的物质的量，只要按化学计量数换算成同一边的物质的物质的量之比与原平衡相同，则达到平衡后与原平衡等效。【解题方法指导】前面图象等已举了多例，下面分析几个等效平衡的问题。例1. 在一定温度下，把4molA气体和5molB气体通入一个定容积的密闭容器里，发生以下反应：4A(g)+5B(g)4C(g)+6D(g)，当此反应进行到一定程度时，反应混合物就处于平衡状态。现在该容器中维持温度不变，令a、b、c、d分别代表初始加入的A、B、C、D的物质的量，如果a、b、c、d取不同的数值，它们必须满足一定的关系，才能保证达到平衡时，反应混合物中几种物质的百分含量仍跟上述平衡时完全相同，请填写下列空白：（1）若a=0，b=0时，则c_，d_；（2）若a=1，则c_，d_；（3）a、b、c、d取值必须满足的一般条件是（请用方程式表示，其中一个只含a和c，另一个只含b和c）_，_。答案：（1）4 6（2）3 4.5（3）例2. 在一个固定体积的密闭容器中，保持一定温度，进行以下反应：H2（气）Br2（气）2HBr（气），已知加入1molH2和2molBr2时，达到平衡后生成amolHBr（见下表“已知”项）。在相同条件下，且保持平衡时各组分的百分含量不变，对下列编号(1)(3)的状态，填写表中的空白：编号起始状态（mol）平衡时HBrH2Br2HBr物质的量（mol）已知120a（1）2402a（2）00.510.5a（3）mn(n2m)2(n2m)(nm)a例3. 在一个盛有催化剂的容积可变的密闭容器中，保持一定的温度和压强，进行合成氨反应，已经加入1molN2、4molH2时，达到平衡时生成3molNH3，在相同条件下，且保持平衡时，各组分的百分含量不变，填写下表空白：编号起始状态（mol）平衡时NH3N2H2NH3物质的量（mol）已知140a（1）1.5601.5a（2）00.510.5a（3）mn(n4m)2(n4m)(n3m)a 【考点突破】【考点指要】如前所述，高考多数采用综合题的形式来考查本章相关内容。占到15分左右。【典型例题分析】例1. （1）反应a A(g)b B(g)+c C(g)在容积固定不变的容器内进行，反应达到平衡后。（以下填增大、减少或不变）若a=b+c，增大A的浓度，A的转化率_。若ab+c，增大A的浓度，A的转化率_。（2）若将反应改为a A(g)+b B(g)c C(g)+Dd(g)，容器体积固定不变，且起始时A与B的物质的量之比为a：b平衡时A与B的转化率之比是_。若增大A的浓度，则A的转化率_。若同时同等倍数地增大A、B的浓度，则a+b与c+d满足什么关系时，A与B的转化率同时增大？a+b_c+d。答案：不变；增大；1：1；减小； 例2. 有a、b两个极易导热的密闭容器，a保持容积不变，b中的活塞可上下移动，以保持内外压强相等。在相同条件下将3molA，1molB分别同时混合于a、b两容器中，发生反应3A(g)+B(g) 2C(g)+D(g) （1）达到平衡时，a中A的浓度为MmolL-1，C的浓度为NmolL-1，b中A的浓度为m molL-1，C的浓度为n molL-1，则M_m；N_n；（、=、无法比较）（2）保持温度不变，按下列配比充入a、b两容器，达到平衡后a中c的浓度为NmolL-1的是（ ），b中c的浓度为n molL-1的是（ ）A. 6molA+2molB B. 3molA+2molC C. 2molC+1molB+1molDD. 2molC+1molD E. 1.5molA+0.5molB+1molC+0.5molD（3）若将2molD充入a中，保持温度不变，平衡时A的浓度为WmolL-1，C的浓度为Y molL-1，则W和M，Y和N之间的关系为W_M、YN。（4）保持温度不变，若将4 molC和2molD充入a中，平衡时A的浓度为R molL-1，则（ ）A. R=2M B. RM C. MR2M答案：（1）；（4）C 例3.（2020.3深圳一模23）将2molSO2和1molO2混合置于体积可变，压强恒定的密闭容器中，在一定温度下发生如下反应：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)，H0，当反应进行到时间t1点时达到平衡状态，测得混合气体总物质的量为2.1 mol。试回答下列问题：（1）反应进行到t1时，SO2的体积分数为 。（2）若在t1时充入一定量的氩气(Ar)，SO2的物质的量将 （填“增大”、“减小”或“不变”）。（3）若在t1时升温，重新达到平衡状态，新平衡混合物中气体的总物质的量 2.1mol（填“”或“=”），并简单说明原因_。（4）若其它条件不变，在t1时再加入0.2molSO2、0.1molO2和1.8molSO3，在图中作出从t0t1t2点这段时间内SO2的物质的量变化曲线。答案：（1）9.5% （2）增大 （3）；升高温度反应向吸热反应方向进行，即化学平衡向逆反应方向移动，气体的总物质的量增大 。 （4）（图略）注意：t0到t1时只要起点在坐标（0，2）、平衡点在坐标（t1，0.2）处的示意图均给分；t1到t2 是平行于时间轴的直线，起点必须在（t1，0.4）。【达标测试】一. 选择题1. 如下图所示表示平衡混合物中x的百分含量在不同的压强下，随温度变化的情况，在下列平衡体系中，x可以代表用下横线标明的物质（反应中各物质为气态）的是（ ）A. N2+3H22NH3 H0B. H2+I22HI H0C. 2SO32SO2+O2 H0D. 4NH3+5O24NO+6H2O H02. 在容积固定的4L密闭容器中，进行可逆反应：X（气）+2Y（气）2Z（气）并达到平衡，在此过程中，以Y的浓度改变表示的反应速率(正)、(逆)与时间t的关系如右图，图中阴影部分面积表示（ ）A. X的浓度的减少 B. Y的物质的量的减少C. Z的浓度的增加 D. X的物质的量的减少3. 今有反应X(g)+Y(g) 2Z(g) H0，若反应开始经t1秒后达到平衡，又经t2秒后，由于反应条件的改变使平衡破坏，则t3时又达到平衡，如图表示，试分析，从t2到t3秒曲线变化的原因是（ ）A. 增大了X和Y的浓度B. 使用了催化剂C. 增加了反应体系的压强D. 升高了反应的温度4. 可逆反应N2O5N2O4+O2 H0在t1时达到平衡，然后在t2时开始加热，至一定温度后停止加热并增温，到t3时又建立平衡，下列各图解表示上述情况的是（ ） A B C D5. 可逆反应aX(气)+bY(气)cZ(气)+dW(气) H=Q在压强P1、P2，温度T1、T2下，产物W 的质量与反应时间t的关系如图。下列各项正确的是（ ）A. P1P2B. Q0C. T1T2D. c+da+b6. 都符合两个图象的反应是（C%表示反应物质量分数，v表示速率，P表示压强，t表示时间）（ ） （1） （2）A. N2O3(g) NO2(g)+NO(g) H0B. 3NO2(g)+H2O(1)2HNO3(1)+NO(g) H0C. 4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) H0D. CO2(g)+C(s)2CO(g) H07. 对于反应A(气)+2B(气) 2C(气) H0，下面各图能正确反映在这一反应中，反应时间t，温度T与平衡混合物中C的百分含量关系的是（ ）A B C D8. 在密闭容器中发生反应：aX(气)+bY(气)cZ(气)+dW(气)，反应达到平衡后，保持温度不变，将气体压缩到原来的体积，当再次达到平衡时，W的浓度为原平衡的1.8倍，下列叙述中不正确的是（ ）A. 平衡向逆反应方向移动 B. a+bc+dC. Z的体积分数增加 D. X的转化率下降9. 在等温、等容条件下有下列气体反应：2A(g)+2B(g)C(g)+3D(g)。现分别从两条途径建立平衡：.A和B的起始浓度均为2molL1；.C和D的起始浓度分别为2molL1和6molL1。下列叙述正确的是（ ）A. 和两途径最终达到平衡时，体系内混合气体的体积分数相同B. 和两途径最终达到平衡时，中A的转化率与中B的产率之和不为1C. 达到平衡时，途径的反应速率(A)等于途径的反应速率(A)D. 达平衡时，第条途径混合气体的密度为第条途径混合气体密度的1/2二. 填空题10. 在一固定容积的密闭容器中，1molHI气体建立如下平衡2HIH2(g)+I2(g)，此时HI的转化率为25%，其它条件不变时再充入1molHI的气体，重新平衡后HI的转化率为_23%（填“”“、=、=、）。（4）比较实验4和实验1，可推测该反应是_反应（选填吸热、放热），理由是_。15. 二氧化氮在加热条件下能够分解成一氧化氮和氧气。该反应进行到45秒时，达到平衡（NO2浓度约为0.0125mol/L）。右图中的曲线表示二氧化氮分解反应在前25秒内的反应进程。（1）请计算前20秒内氧气的平均生成速度。（2）若反应延续至70秒，请在图中用实线画出25秒至70秒的反应进程曲线。（3）若在反应开始时加入催化剂（其他条件都不变），请在图上用虚线画出加催化剂后的反应进程曲线。（4）写出该反应的化学平衡常数表达式：_。【综合测试】1. 在密闭容器中加入4mol A和2mol B发生如下反应2A（气）B（气）3C（气）D（气）达到平衡时C的浓度为mmolL，若温度不变时按下列5种配比作为起始物质，达到平衡后C浓度仍为mmolL的是（ ）A. 2molA+1molB B. 4molA+2molB+3molCC. 2molA+1molB+3molC+1molD D. 6molC+2molD2. 在密闭容器中发生反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)， 起始时SO2和O2分别为20mol 和 10mol ， 达到平衡时，SO2的转化率为80%。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（ ）A. 10mol 10% B. 20mol 20% C. 20mol 40% D. 30mol 80%3. 在一固定容积的密闭容器中充入2molA和1molB，发生如下反应：2A（g）+B（g）XC（g），达到平衡后，C的体积分数为W%。若维持容器的体积和温度不变，按0.6molA0.3molB1.4molC为起始物质，达到平衡后C的体积分数仍为W%，则x值为（ ）A. 1 B. 2 C. 3 D. 4 4. （1998年全国）体积相同的甲、乙两个容器中，分别都充有等物质的量的SO2和O2，在相同温度下发生反应：2SO2+O22SO3，并达到平衡。在这过程中甲容器保持体积不变，乙容器保持压强不变，若甲容器中SO2的转化率为P%，则乙容器中SO2的转化率（ ）。A. 等于P% B. 大于P% C. 小于P% D. 无法判断5. 某可逆反应L(s)+G(g)3R(g)； H0，本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（ ）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. A为气态反应物在平衡体系中的百分含量，符合曲线的反应是（ ）A. N2（气）3H2（气）2NH3（气）；H0 B. C（固）CO2（气） 2CO（气）； H0 C. N2（气）O2（气） 2NO（气）；H0 D. CaCO3（固） CaO（固）CO2（气）； H0 7. 可逆反应mA(s)+nB(g)pC(g)+qD(g)反应过程中，当其它条件不变时，C的质量分数与温度（T）和压强（P）的关系如图（T2T1），根据图中曲线分析，判断下列叙述中正确的是（ ）A. 到达平衡后，若使用催化剂，C的质量分数增大B. 平衡后，