《2018高中化学第二章化学反应速率和化学平衡第三节化学平衡第5课时导学案新人教版选修42017110.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2018高中化学第二章化学反应速率和化学平衡第三节化学平衡第5课时导学案新人教版选修42017110.doc（17页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、第5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。一化学平衡图像1.在2 L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)B(g)2C(g)。(3)在反应达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、。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)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)减小，化学平
3、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。1.下列各图中，表示2A(g)B(
4、g)2C(g)H”或“”或“”)N点的逆反应速率。(4)M点时再加入一定量X，平衡后X的转化率_(填“增大”或“减小”)。答案(1)(4)增大解析根据图像可知W点消耗的X的物质的量比M点消耗的X的物质的量大，因此反应进行到W点放热多些；0t1时间内X的浓度减小了(ab) molL1，则Y浓度增加0.5(ab) molL1，因此v(Y)0.5(ab)/t1 molL1min1；根据先拐先平知T1T2，M点的反应速率大于W点的反应速率，N点没有达到平衡，此时反应正向进行程度大，即N点的正反应速率大于逆反应速率，因此M点的正反应速率大于N点的逆反应速率；M点时，再加入一定量的X，则相当于增大压强，平
5、衡正向移动，X的转化率增大。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，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。N2(g)3H2(g)2NH3 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
6、应，转换后(按化学计量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。2.若在恒温恒压条件下，按题1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(按化学计量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
7、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。3.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(按化学计量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
8、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。归纳总结等效平衡解题方法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，不管反应前后气体分子数是否改变，都只要求极值等比。3.在一个固定容积的密闭容器中，加入2 mol A和1 mol B发生反应：2A(g)B(g)3C(g)D(g)，达到平
9、衡时，C的浓度为n molL1。(1)若维持容器容积和温度不变，按下列各种配比为起始物质，达到平衡后，C的浓度仍为n molL1的是_(填字母，下同)。A.4 mol A2 mol BB.2 mol A1 mol B3 mol C1 mol DC.3 mol A1 mol BD.3 mol C1 mol DE.1 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“维持容器容积和温度不变”改为“维持容器压强和温度不变”，则C的浓度仍为n molL1的是
10、_。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，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，任何气体的可逆反应，成比例，等效平衡。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反应达平衡后，改变以下图像中横坐标所表示
11、的条件，其变化情况正确的是()答案A解析该反应温度升高时，平衡向正反应方向移动，故平衡常数增大，反应物浓度降低，A项正确，B项不正确；增大压强，平衡逆向移动，v正、v逆都增大，平均相对分子质量增大，C、D项均不正确。5.某化学科研小组研究合成氨：N2(g)3H2(g)2NH3(g)HT2)、压强的关系答案B解析恒压条件下充入NH3，平衡不移动，v正v逆，与题给图像甲不符，故A项不正确；T2温度反应先平衡，反应速率大，故T2T1，升高温度，平衡向吸热方向移动，即逆向移动，NH3%减小，与题给图像乙相符，故B项正确；图丙中v正和v逆相交表示v正v逆，此时反应达到平衡，升高温度，平衡向吸热方向移动，
12、v正v逆，与题给图像不符，故C项不正确；升高温度，平衡向吸热方向(即逆向)移动，N2的转化率减小，与题给图像不符，D项不正确。6.汽车尾气中NO产生的反应为N2(g)O2(g)=2NO(g)。一定条件下，等物质的量的N2(g)和O2(g)在恒容密闭容器中反应，下图曲线a表示该反应在温度T下N2的浓度随时间的变化，曲线b表示该反应在某一起始反应条件改变时N2的浓度随时间的变化。下列叙述正确的是()A.温度T下，该反应的平衡常数KB.温度T下，随着反应的进行，混合气体的密度减小C.曲线b对应的条件改变可能是加入了催化剂D.若曲线b对应的条件改变是温度，可判断该反应的H0，D错误。题组2等效平衡7.
13、在温度相同、容积均为2 L的3个恒容密闭容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温，测得反应达到平衡时的有关数据如下。下列说法正确的是()已知N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92.4 kJmol1容器甲乙丙反应物投入量1 mol N2、3 mol H22 mol N2、6 mol H22 mol NH3NH3的浓度/molL1c1c2c3反应的能量变化放出Q1 kJ放出Q2 kJ吸收Q3 kJ体系压强/Pap1p2p3反应物转化率123A.2p12p3p2B.达到平衡时丙容器中NH3的体积分数最大C.23p2，错误；C项，丙容器中加入2 mol NH3，最后达到和甲相同的平衡状态，若平衡不移
14、动，则转化率131；乙容器投入2 mol N2、6 mol H2，相当于增大压强，平衡正向移动，2增大，所以转化率231，错误；D项，甲投入1 mol N2、3 mol H2，丙中投入2 mol NH3，则甲与丙是完全等效的，根据盖斯定律可知，甲与丙的反应的能量变化之和为92.4 kJ，故Q1Q392.4，正确。8.将一定体积的SO3(g)充入恒容的密闭容器中，发生反应2SO3(g)2SO2(g)O2(g)并达到平衡；保持温度不变，再充入相同体积的SO3(g)，达到新平衡后，与原平衡相比，下列值减小的是()A.平均相对分子质量B.SO3(g)的转化率C.c(SO3)/c(SO2)D.c2(SO
15、3)/c2(SO2)c(O2)答案B解析本题可采取等效假设法分析，假设在原容器上增加一个相同的容器(两容器有隔板)，保持温度不变，向增加的容器中充入相同体积的SO3(g)，则可建立与原平衡一样的平衡，此时A、B、C、D各项的值均不变，然后抽掉隔板，将容器压缩至原容器大小，则压强增大，平衡逆向移动，气体的总物质的量减小，但总质量不变，因此平均相对分子质量增大；SO3(g)的转化率减小；c(SO2)、c(SO3)均增大，但c(SO3)增大的程度比c(SO2)增大的程度大，则c(SO3)/c(SO2)增大；c2(SO3)/c2(SO2)c(O2)可看作该反应的平衡常数的倒数，而平衡常数只与温度有关，
16、则不发生变化。9.已知2SO2 (g)O2 (g)2SO3 (g)H197 kJmol1。向同温、同体积的三个密闭容器中分别充入气体：(甲) 2 mol SO2和1 mol O2；(乙) 1 mol SO2和0.5 mol O2 ；(丙) 2 mol SO3 。恒温、恒容下反应达平衡时，下列关系一定正确的是()A.容器内压强p：p甲p丙2p乙B.SO3的质量m：m甲m丙2m乙C.c(SO2)与c(O2)之比为k：k甲k丙k乙D.反应放出或吸收热量的数值Q：Q甲Q丙2Q乙答案B解析因为反应2SO2(g)O2(g)2SO3(g)在恒温、恒容的条件下进行。根据等效平衡的原理可知，甲与丙最后达到平衡时
17、SO2、O2、SO3的物质的量、容器内的压强、SO2与O2的比值都相同；乙相当于在甲容器达到平衡后，将容器的体积瞬间扩大为原来的2倍。设甲达到平衡时容器内的压强为p甲，此时容器内瞬间压强减小为p甲/2，此时平衡向逆反应方向移动，气体的物质的量增加，SO3的质量减小，所以容器内气体的压强增大，则p乙p甲/2，则2p乙p甲p丙，SO3的质量，m甲m丙2m乙，A错、B对；当甲容器达到平衡后瞬间将容器体积扩大2倍，平衡向逆反应方向移动，但是生成的SO2与O2的物质的量之比为21，这与开始两者加入的物质的量之比相同，所以在此过程中SO2与O2的物质的量之比一直是21不变，C错；甲与丙为等效平衡，但达到平
18、衡时，甲容器中SO2的转化率与丙容器中SO3的转化率不一定相等，即Q甲不一定等于Q丙，D错。能力提升题10.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，只填字母，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
19、.等于2mE.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。答案(1)DE(2)0.50解析(1)由于甲容器定容，达到平衡时，甲、乙两容器压强相等，乙的容积应该为甲的两倍，生成的NH3的物质的量应该等于2m mol。当甲、乙两容器的体积相等时，相当于将建立等效平衡后的乙容器压缩，故乙中NH3的物质的量大于2m mol。(2)当乙的容积为甲的一半时，要建立与甲一样的平衡，只有乙中的投入量是甲的一半才行，故乙中应该投入N2为(10.5) mol0.5 m
20、ol，H2为(1.51.5) mol0 mol。11.(1)对于反应：2NO(g)O2(g)2NO2(g)，在其他条件相同时，分别测得NO的平衡转化率在不同压强(p1、p2)下温度变化的曲线(如图)。比较p1、p2的大小关系：_。随温度升高，该反应平衡常数变化的趋势是_(填“增大”或“减小”)。(2)在容积为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：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上图所示。在060 s时段，反应速率v(N2O4)为_ molL1s1；反应的平衡常
21、数K1为_。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。a.T_100 (填“大于”或“小于”)，判断理由是_。b.列式计算温度T时反应的平衡常数K2：_。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，判断理由是_。答案(1)p2p1减小(2)大于0.001 00.36a.大于反应正方向吸热，反应向吸热方向进行，故温度升高b.平衡时，c(NO2)0.120 molL10.002 0 molL1s110 s20.160 molL1，c(N2O4)0.040 molL10.
22、002 0 molL1s110 s0.020 molL1，K21.28逆反应将反应容器的体积减小一半，即增大压强，当其他条件不变时，增大压强，平衡向气体物质化学计量数减小的方向移动，即向逆反应方向移动解析(1)该反应正反应方向是气体物质的量减小的反应，增大压强，平衡正向移动，即压强越大，NO的转化率越大，根据题图可知，相同的温度下，压强为p1时的NO转化率小于压强为p2时的转化率，故p10；由图示知60 s时该反应达到平衡，消耗N2O4为0.100 molL10.040 molL10.060 molL1，根据v可知：v(N2O4)0.001 0 molL1s1；求平衡常数可利用三段式：N2O4
23、(g)2NO2(g)起始量/molL1 0.100 0转化量/molL1 0.060 0.120平衡量/molL1 0.040 0.120K10.36。100 时达平衡后，改变反应温度为T，c(N2O4)降低，说明平衡N2O4(g)2NO2(g)向正反应方向移动，根据勒夏特列原理，温度升高，向吸热的方向移动，即向正反应方向移动，故T100 ；由c(N2O4)以0.002 0 molL1s1的平均速率降低，经10 s又达到平衡，可知此时消耗N2O4为0.002 0 molL1s110 s0.020 molL1，由三段式：N2O4(g)2NO2(g)起始量/molL1 0.040 0.120转化量
24、/molL1 0.020 0.040平衡量/molL1 0.020 0.160K21.28。温度T时反应达到平衡后，将反应容器的容积减小一半，压强增大，平衡会向气体体积减小的方向移动，该反应逆反应为气体体积减小的反应，故平衡向逆反应方向移动。12.高炉炼铁产生的废气中的CO可进行回收，使其在一定条件下与H2反应制备甲醇：CO(g)2H2(g)CH3OH(g)。请根据图示回答下列问题：(1)从反应开始到平衡，用H2浓度变化表示平均反应速率v(H2)_。(2)若在温度和容器相同的三个密闭容器中，按不同方式投入反应物，测得反应达到平衡时的有关数据如下表：容器反应物投入的量反应物的转化率CH3OH的浓
25、度能量变化(Q1、Q2、Q3均大于0)甲1 mol CO和2 mol H21c1放出Q1 kJ热量乙1 mol CH3OH2c2吸收Q2 kJ热量丙2 mol CO和4 mol H23c3放出Q3 kJ热量则下列关系正确的是_(填字母)。A.c1c2B.2Q1Q3C.213D.121E.该反应若生成1 mol CH3OH，则放出(Q1Q2) kJ热量(3)若在一体积可变的密闭容器中充入1 mol CO、2 mol H2和1 mol CH3OH，达到平衡时测得混合气体的密度是同温同压下起始的1.6倍，则该反应向_(填“正”或“逆”)反应方向移动。答案(1)0.15 molL1min1(2)ADE
26、(3)正解析(1)从反应开始到平衡的10 min内，CO的浓度减小0.75 molL1，故用H2浓度变化表示平均反应速率v(H2)20.15 molL1min1。(2)甲和乙属于等效平衡，只是起始反应方向不同，所以有c1c2和121，该反应若生成1 mol CH3OH，则放出(Q1Q2) kJ热量；丙相当于将甲的压强增大一倍，增大压强，平衡CO(g)2H2(g)CH3OH(g)右移，但可逆反应不可能完全转化，故有1321和Q1Q32Q1，选A、D、E。(3)气体的密度与体积成反比，密度增大，说明气体体积减小，平衡CO(g)2H2(g)CH3OH(g)向正反应方向移动。13.甲醇可以利用合成气(
27、主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂作用下合成，发生的主要反应如下：CO(g)2H2(g)CH3OH(g)H199 kJmol1CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g)H258 kJmol1CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)H3回答下列问题：(1)H3_。(2)反应的化学平衡常数K表达式为_；图甲中能正确反映平衡常数K随温度变化关系的曲线为_(填曲线标记字母)，其判断理由是_。(3)合成气组成2.60时，体系中的CO平衡转化率()与温度和压强的关系如图乙所示。(CO)值随温度升高而_(填“增大”或“减小”)，其原因是_；图乙中的压强由大到小为_，其判断理由是_。答案(1)41 kJmol1(2)Ka反应为放热反应(Hp2p1相同温度下，由于反应为气体分子数减小的反应，加压有利于提高CO的转化率，而反应为气体分子数不变的反应，而生成CO的量不受压强影响。故增大压强时，有利于CO转化率提高解析(1)根据盖斯定律，H3H2H158 kJmol1(99 kJmol1)41 kJmol1。(2)根据化学反应方程式，反应中K。H10，说明反应为放热反应，平衡常数随温度升高而减小，故a曲线能正确反映平衡