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1、化学反应速率与平衡（三）第16讲 知识点睛板块一 化学平衡的计算计算类型物质浓度变化关系利用方程式，确定反应中各物质起始态、变化态和最终态的速率、浓度、物质的量、体积分数等及其之间的变化和比例关系化学平衡常数利用化学平衡常数公式进行计算，并判断反应进行的方向与限度，反应的热效应等等。平衡转化率转化率相关的计算基本公式化学计量基本公式（阿伏加德罗定律及其推论的推导）混合气体的平均相对分子质量：，、为A、B的体积分数。反应速率基本公式对于mA+nBpC+qD来说有：: =: =:= m：n：p：q化学平衡常数mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)中K=转化率M的转化率：思维方法“三态法”写出
2、平衡式，列出相关量（起始量、变化量、最终量(或平衡量)），确定各量之间的关系，列出比例式或等式或依据平衡常数求解。差量法(或差值法)利用化学反应（或物理变化）中某化学量从始态到终态的差量（或差值），作为已知量或未知量的对应关系列比例式进行计算。极限思维法(或极值法)将可逆反应看成是处于完全反应或是完全不反应的中间状态，利用这两个极端点，假设反应中某一物质完全反应，而求出另一物质的最大值或是最小值，从而得到某一平衡状态的取值或取值范围。虚拟思维法(构造法)根据需要或可能，虚拟出能方便解决问题的对象。例如虚拟混合物的化学式、虚拟反应过程等。守恒思维法利用化学平衡中某些量（如质量、体积等）的守恒进行
3、计算。假设思维法要把一种平衡状态和另一种平衡状态的情况（如转化率、物质的量浓度及含量等）进行比较时，可以假设一个中间转换过程，以方便比较。注意：化学平衡最常规也最重要的计算是“三段式”计算（也称“三行式”、“三态法”计算）。1.意义：化学平衡的计算一般涉及到各组分的物质的量、物质的量浓度、转化率、百分含量、气体混合物的密度、平均摩尔质量、压强等，由于涉及到得量很多为了避免混淆且计算更有条理性，写出平衡式，列出相关量（起始量、变化量、平衡量），确定各量之间的关系，列出比例式或等式或根据平衡常数求解，即列“三段式”，可以使有关化学平衡的计算更简洁有条理。2.具体形式：如，已知可逆反应mA(g)+n
4、B(g)pC(g)+qD(g)，设A、B的起始物质的量为a mol、b mol，在体积为V L的密闭容器（这里一般指恒容容器）内反应，经过t s后达到平衡，另设变化的每一份为x mol即A的变化量为mx mol，B的变化量为nx mol。（气体体积均为标况下测得）列式： mA(g) + nB(g)pC(g) + qD(g) 起始： a mol b mol 0 0变化： mx nx px qx平衡： a-mx b-nx px qx 根据三段式确定量的关系可求： 求平衡常数：；(注：、等均指的是平衡后的各物质的物质的量浓度)求各物质的平衡时的量nA(平)=nA(始)-nA(变)= a-mx mol
5、； nC(平)=nC(始)+nC(变)= 0+px mol；求平衡时浓度： molL-1； 求速率： 求转化率：求质量分数：求体积分数：求混合气体的平均分子量（或平均摩尔质量）： 求密度： g/l(注：主要针对恒容反应体系)压强关系：(注：只有恒容体系才满足此关系)注：必要时还可以根据能量关系求解出能量的变化量，如H=-Q kJ/mol，当A转化了mx mol时，反应放出的热量列式为： kJ/mol 【教学建议】1.尽管有关化学平衡的计算方法很多种，但最核心的方法还是三段式法，所以高三复习时重点讲透彻三段式法是关键，其他方法是辅助；在具体分析计算时要灵活应用各方法和技巧。2.强调三段式法在代入
6、量时，最好用物质的量，这样在后续求算过程中会比较简单，避免由于频繁换算造成的失误，只要牢牢记住在求算平衡常数时需要把物质的量换算为浓度即可。板块二 化学平衡的图像思路方法分析图像一看“面”：（即确定横、纵坐标的含义）；二看“线”：（即看线的走向，分清平台，比较曲线的斜率，把握变化的趋势，关注曲线的连续性）；三看“点”：（即起点、终点、转折点、拐点、交叉点、极值点）；四看要不要做“辅助线”控制变量（如作定温或定压辅助线）；五看定量关系图中的“量”是多少。联想规律联想外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响规律。做出判断根据图像关系与所对应的规律，对平衡做出判断，例如，何时到达平衡状态、平衡是否移动
7、、反应条件如何发生改变，各变量之间关系等等。最常用的判断原则有：1.“定一议二”原则：即当图像中有多个量时，固定一个量不变，讨论其他量的变化；或固定两个量，讨论第三个量的变化。通常需要做一条辅助线以固定一个量，一般都在横轴上做辅助线；然后由辅助线与曲线上高低判断移动的方向、吸放热或体积大小等。2.“先拐先平数值大”原则：即对于横坐标为时间轴的图像曲线，哪条曲线先出现拐点或先达到平衡，说明此曲线对应的温度高或压强大。也有可能使用了催化剂。常见图像类型类别举例注意速率时间图定性揭示了反应正、逆反应速度随时间（包含外界条件改变对速率的影响）变化规律，体现平衡特征以及反应平衡移动的方向。通常用来推测反
8、应平衡改变的外界条件。注意：改变条件时曲线的连续性。新平衡时反应速率与原平衡反应速率的大小。在平衡移动的瞬间正、逆反应速率的大小。浓度时间图说明各平衡体系组分（或某一成分）在反应过程中的变化。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其比例符合化学方程式中的计量数关系。注意：根据反应前后参与反应的物质浓度减少、增加或不变判断反应物、生成物、催化剂。反应一段时间之后，通过各物质的量的变化判断是否是可逆反应。根据相同时间内各物质的化学反应速率（或物质的量浓度的改变量）之比等于化学方程式中之比，可求出化学方程式的化学计量数。含量（转化率）温度（压强）图体现反应中物质的浓度、含量或
9、转化率随温度（或压强）的变化。通过含量或转化率与温度（或压强）发生变化的相互关系，来判断化学反应平衡移动的方向，从而进一步判断反应的热效应（或是气体反应前后体积的变化）。含量（转化率）时间温度（压强）图表示在其他条件不变的情况下，改变某条件，如使用催化剂或温度升高或增加压强，对平衡的影响。这种图像的折点表示到达平衡的时间，反映了反应速率的大小，可以确定不同曲线相关的温度（压强）的高低（大小），水平线的高低对应平衡移动的方向。注意：首先充分利用“先拐先平，数值大”原则，确定曲线对应的温度或压强大小；不同反应条件下反应到达平衡时反应物的转化率或物质的百分含量的变化判断平衡移动的方向。掌握这类图像的
10、正误判断含量（转化率）温度（压强）图纵坐标为物质的平衡浓度或是反应物的转化率，横坐标为温度或压强。通过图像可以推断可逆反应的热效应或反应的气体物质间的化学计量数的关系。注意：该类图像中曲线的每一个点都对应一个温度或压强下的平衡状态。每条曲线上的压强或温度是恒定的（因此此类曲线又称等温线或等压线）利用“定一议二”原则，作合适的辅助线。一般先看大趋势再作辅助线比较；只要起始状态相同，不同温度（或压强）下的曲线是不会相交的。速率温度（压强）图体现正、逆反应速率随着温度（或压强）变化而发生的变化。通过正、逆反应速率发生变化的程度的不一样，来判断化学反应速率移动的方向，从而进一步判断反应的热效应（或是气
11、体反应前后体积的变化）。要注意隐含的时间条件。【教学建议】化学平衡与速率的图像，变化纷繁复杂，除了熟练掌握上述六种基本图像分析思路外，遇到具体问题时，还是要灵活应用，具体问题具体分析，不要生搬硬套，尤其是要注意明确横纵坐标所代表的的量的关系。板块三 等效平衡含义在相同条件下，对同一可逆反应，不论从正反应方向开始，还是从逆反应方向开始，或从正、逆两个方向同时开始，均能达到同一平衡状态，即平衡时相应组分的含量(体积分数、物质的量分数、质量分数)相同，这样的化学平衡称为等效平衡。基本模型模型一：恒温恒容条件下的等效平衡特点：恒温恒容时，对于反应前后气体的物质的量不同（即反应前后有体积差V0）的反应，
12、只要按化学计量数将投料量换算成同一侧物质的量，若换算后同一侧物质的量相同，则二者建立的平衡等效。简单总结为：恒温恒容、V0的反应，换算为同一边时，完全相同则等效；效果：建立平衡后，反应体系中各物质的相对含量和绝对量（质量、物质的量、浓度等）均不变。如，恒温恒容、V0的反应，2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g) 2mol 1mol 0mol 0mol 0mol 2mol 1mol 0.5mol 1 mol 分析：将体系所加的物质按化学计量关系均转化为反应物，则三个体系SO2均为2mol，O2均1mol，因此上述三个体系的所达到的平衡完全相同即等效。此时，各体系中SO2，O2，SO3的具
13、体量和百分含量完全相同。模型二：恒温恒压条件下的等效平衡特点：恒温恒压时，对于反应前后气体的物质的量不同（即反应前后有体积差V0）的反应，只要投料量（或换算后）的比例相同，则所建立的平衡等效。简单总结为：恒温恒压、V0的反应，投料比例相同则等效；效果：建立平衡后，反应体系中各物质的相对含量（质量分数、物质的量分数等）相同，绝对量不同。若原始投料的种类相同，则有转化率也相同；如，恒温恒压、V0的反应，2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g) 2mol 2mol 0mol 6mol 6mol 0mol n mol n mol 0mol （n为任意正整数） 0 mol 1.5 mol 3 mo
14、l分析：体系所投料的量的比例相同，这三个体系中SO3的绝对量不同但SO3的相对含量相同，且三体系的SO2的转化率也相同；体系换算为左侧物质后为SO2：3mol，O2：3mol，与体系所投料的量的比例相同，故体系与体系平衡等效，不同的是SO2的转化率不同；模型三：等体积（即V=0）条件下的等效平衡特点：由于反应前后没有体积差（即等体积，V=0）的反应，压强改变不会引起平衡的移动，因此，无论恒温恒容，还是恒温恒压条件下进行反应，只要投料量（或换算后）的比例相同，则所建立的平衡等效。简单总结为：V=0的反应，则无论恒温恒压还是恒温恒容，只要投料比例相同则等效；效果：建立平衡后，反应体系中各物质的相对
15、含量（质量分数、物质的量分数等）相同，绝对量不同。若原始投料的种类相同，则有物质转化率也相同；如，V=0的反应，CO (g) + H2O (g) CO2(g) + H2(g) 1mol 2mol 0mol 0mol 2mol 4mol 0mol 0mol n mol 2n mol 0mol 0mol（n为任意正整数） 0 mol 0.5 mol 0.5mol 0.5mol分析：体系所投料的量的比例相同，体系换算为左侧物质后为：CO：0.5mol，H2O：1mol，比例也是1：2，四个体系在恒压下等效，在恒容下也是等效的，但需要强调一下由于恒压与恒容反应的物质的浓度不同，反应速率不同，故恒压与恒
16、容所建立的平衡的时间是不相同的，但效果是完全相同的。分析方法“一边倒“按化学计量数关系将生成（反应）物全部转化为反应（生成）物之后再看是否相同或成比例，实际是极限转化法的一种应用。具体见前面的知识详解。等效模型的应用在化学平衡中经常会遇到对已达平衡的某反应体系继续投入一定量的反应物或生成物，再次达到平衡后讨论其浓度、压强、转化率等的变化趋势，并与起始平衡时的状态进行比较。一般的解题思路是在这两个平衡状态之间建立一个中间状态，进行分步讨论：此中间状态和第一次反应达到的平衡为等效平衡，通过改变外界条件瞬间改变该中间状态，根据平衡移动原理该状态最终趋于新的平衡。可通过中间状态的移动判断改变条件后的平
17、衡移动所造成的相关量的变化。即先假设构成等效平衡（虚拟的中间态），再改变条件达到所求平衡。应用（1）判断同一可逆反应在相同的反应条件下是否为相同的平衡状态。（2）求要达到等效平衡，两种不同状态下起始量之间的关系式。（3）求属于等效平衡状态下的反应方程式的化学计量数。考点1：化学平衡的计算【例1】 (2013朝阳期末11)将CO2转化为甲醇的原理为： CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) H 0 。500 时，在体积为1 L 的固定容积的密闭容器中充入1mol CO2、3mol H2，测得CO2浓度与CH3OH 浓度随时间的变化如图所示，从中得出的结论错误的是A曲线X可以表
18、示CH3OH(g) 或H2O(g) 的浓度变化B从反应开始到10min时，H2的反应速率v(H2)=0.225mol/(Lmin)C平衡时H2 的转化率为75%D500 时该反应的平衡常数K=3【答案】D【例2】 (2011全国大纲8)在容积可变的密闭容器中，2mol和8mol在一定条件下反应，达到平衡时，的转化率为25，则平衡时氨气的体积分数接近于 A5 B10 C15 D20【答案】C【例3】 (2013朝阳二模11)温度为T时，向2 L恒容密闭容器中充入1 mol PCl5，发生PCl5(g) PCl3(g) + Cl2(g)反应。反应过程中c(Cl2) 随时间变化的曲线如下图所示，下列
19、说法不正确的是A反应在0 50 s 的平均速率v(Cl2) =1.610-3mol/(Ls)B该温度下，反应的平衡常数K = 0.025C保持其他条件不变，升高温度，平衡时c(PCl3)=0.11mol/L， 则该反应的H 0D反应达平衡后，再向容器中充入 1 mol PCl5，该温度下再达到平衡时，0.1 mol/Lc(Cl2)t2）:反应时间/minn(CO)/molH2O/ mol01.200.60t10.80t20.20下列说法正确的是A.反应在t1min内的平均速率为B.保持其他条件不变，起始时向容器中充入0.60molCO和1.20 molH2O，到达平衡时,n(CO2)=0.4m
20、olC.保持其他条件不变，向平衡体系中再通入0.20molH2O，与原平衡相比，达到新平衡时CO转化率增大，H2O的体积分数减小D.温度升至800，上述反应平衡常数为0.64，则正反应为吸热反应【答案】B【例10】 (2012海南15).(9分)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/ 70090083010001200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“”“ =”)； (2)830时，向一个5 L的密闭容器中充入0.20mol的A和0.80mol的B，如反应初始6s内A的平均反应速率v
21、(A)=0003 molL-1s-1。，则6s时c(A)= molL-1， 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 c. c(A)不随时问改变 d.单位时间里生成c和D的物质的量相等 (4)1200时反应C(g)+D(g) A(g)+B(g)的平衡常数的值为 。【答案】 ；0.022；0.09；80%；80%；C；2.5；考点2：化学反应速率与平衡的图像数据表格分析【例11】 （2009
22、年全国高考）下图表示反应X(g)4Y(g)+Z(g),H0，在某温度时X的浓度随时间变化的曲线：下列有关该反应的描述正确的是( )A第6 min后，反应就终止了BX的平衡转化率为85%C若升高温度，X的平衡转化率将大于85%D若降低温度，v正和v逆将以同样倍数减小【答案】B【例12】 (2011北京12)已知反应：2CH3COCH3(l)CH3COCH2COH(CH3)2(l)。取等量CH3COCH3，分别在0和20下，测得其转化分数随时间变化的关系曲线(Y-t)如右图所示。下列说法正确的是Ab代表0下CH3COCH3的Y-t曲线B反应进行到20min末，CH3COCH3的C升高温度可缩短反应
23、达平衡的时间并能提高平衡转化率D从Y=0到Y=0.113,CH3COCH2COH(CH3)2的【答案】D【例13】 (2013海淀期末11)在密闭容器中进行反应：A(g)3B(g)2C(g)，有关下列图像说法的不正确的是abdcA依据图a可判断正反应为放热反应B在图b中，虚线可表示使用了催化剂C若正反应的H0【答案】D【例14】 (2009江苏)I2在KI溶液中存在下列平衡：I2 (aq) + I(aq)I3(aq)。某I2、KI混合溶液中，I3的物质的量浓度c(I3)与温度T的关系如图所示（曲线上任何一点都表示平衡状态）。下列说法正确的是A反应I2 (aq) + I(aq)I3(aq)的H
24、0B若温度为T1、T2，反应的平衡常数分别为K1、K2，则K1 K2C若反应进行到状态D时，一定有v正 v逆D状态A与状态B相比，状态A的c(I2)大【答案】BC【例15】 某可逆反应L（s）+G(g) 3R(g); H0，下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【答案】C【例16】 已知某可逆反应：mA(g) + nB(g)pC(g)，在密闭容器中进行，下图表示在不同时间t、温度T、压强p与反应物B的百分含量的关系曲线，下列判断正确的是AT2T1 p1 p 2
25、 m+n p H T2 p 1 p 2 m+n0CT1T2 p 1 p 2 m+n p H T2 p 1 p H 0【答案】B【例17】 (2012丰台二模10)在容积固定的容器中发生反应X(g)+Y(g) Z(g)(未配平)。温度为T0时，各物质的浓度随时间变化的关系如图a所示。其他条件相同，温度分别为T1、T2时发生反应，Z的浓度随时间变化的关系如图b所示。下列叙述正确的是 A该反应正反应的反应热H 0 B增大压强，平衡向正反应方向移动 C图a中反应达到平衡时，Y的转化率为37.5% D发生反应时，各物质的反应速率大小关系为：v(X)= v(Y)= 2v(Z)【答案】A【例18】 (201
26、3东城一模12)已知可逆反应：2NO2(g) N2O4(g)中，NO2、N2O4的消耗速率与其 浓度存在如下关系：v(NO2)=k1c2(NO2)，v(N2O4)=k2c(N2O4)（其中k1、k2是只与温度有关的常数），一定温度下根据上述关系式建立右图关系。下列说法正确的是AN2O4NO2v消耗cOA图中A点对应的状态表示该反应达到化学平衡B若某温度时k1=k2，则该温度下反应的平衡常数K=0.5C. 在1L密闭容器中充入1 mol NO2，平衡时：c(NO2)+c2(N2O4)=1 molL-1 D. 在1L密闭容器中充入1 mol NO2，当c(NO2)=c2(N2O4)时，NO2的转化
27、率是33.3%【答案】B【例19】 可逆反应aX（g）bY（g）cZ（g）在一定温度下的一密闭容器内达到平衡后，t0时改变某一外界条件，化学反应速率（v）时间（t）图象如右图。则下列说法中正确的是（ ）A 若abc，则t0时只能是增大了容器的压强B 若abc，则t0时只能是加入了催化剂C 若abc，则t0时只能是增大了容器的压强D 若abc，则t0时只能是加入了催化剂【答案】D【例20】 (2013丰台一模12)已知 (CH3COOH)2(g)2CH3COOH(g)，经实验测得不同压强下，体系的平均相对分子质量（）随温度（t）的变化曲线如下图所示，下列说法正确的是（ ）A该过程的H0B平衡常数
28、：K(a)K(b)K(c)C气体压强：P(a) P(b)P(c)D当80 时，(CH3COOH)2(g)与 CH3COOH(g)物质的量之比为11【答案】C【例21】 (2013石景山12)反应aA(g)bB(g) cC(g)( H0)在等容条件下进行。改变其它反应条件，在I、II、III阶段体系中各物质浓度随时间变化的曲线如下图所示，下列说法不正确的是A反应的化学方程式中，a : b : c1 : 3 : 2BA的平均反应速率v(A)、v(A)、v(A)，最大的是v(A)C第II阶段反应温度小于第III阶段反应温度D由第一次平衡到第二次平衡，采取的措施是从反应体系中移走C【答案】C【例22】
29、 在一定条件下，固定容积的密闭容器中发生如下反应：2NO2(g)O2(g) + 2NO(g) H0， 达到平衡。当改变其中一个条件X，Y随X的变化符合图中曲线的是A. 当X表示温度时，Y表示NO2的物质的量B. 当X表示压强时，Y表示NO2的转化率C. 当X表示反应时间时，Y表示混合气体的密度D. 当X表示NO2的物质的量时，Y表示O2的物质的量【答案】AB【例23】 (2012东城一模10)在密闭容器中发生反应：X3Y2Z（该反应放热），其中Z呈气 态，且Z在平衡混合气中的体积分数(Z%)与温度（T）、压强（P）的关系如图。下列判断正确的是A. T1大于T2B. Y一定呈气态C. 升高温度，
30、该反应的化学平衡常数增大D. 当n(X):n(Y):n(Z)1:3:2时，反应一定达到平衡状态【答案】B【例24】 用来表示可逆反应：2A（g）B（g）2C（g）（正反应放热）的正确图象是下图中的（ ）【答案】AC【例25】 (2011天津6)向绝热恒容密闭容器中通入SO2和NO2，一定条件下使反应 SO2(g)+NO2(g)SO3(g)+NO(g)达到平衡，正反应速率随时间变化的示意图如右所示。由图可得出的正确结论是A.反应在c点达到平衡状态B.反应物浓度：a点小于b点C.反应物的总能量低于生成物的总能量D.t1=t2时，SO2的转化率：ab段小于bc段【答案】D【例26】 (2006江苏1
31、6)某化学科研小组研究在其他条件不变时，改变某一条件对化学平衡的影响，得到如下变化规律（图中P表示压强，T表示温度，n表示物质的量）：根据以上规律判断，下列结论正确的是A反应：H0，P2P1B反应：H0，T1T2C反应：H0，T2T1；或H0，T2T1D反应：H0，T2T1【答案】BC【例27】 (2012房山二模12)一定条件下，在绝热恒容2L密闭容器中进行反应：N2(g)+ 3H2(g) 2NH3(g) H0，若反应过程中n(H2)和n(NH3)随时间变化的关系如下图所示，则下列有关叙述中一定正确的是 Aa点表示NH3生成速率与NH3分解速率相等 Bb点和c点H2的转化率相等 C若在t1时
32、刻再充入一定量H2，达平衡时化学平衡常数不变D若在t2时刻再充入一定量He，达平衡时C(H2)小于0.4mol/L【答案】B【例28】 在容积固定的密闭容器中存在如下反应：A(g) + 3B(g)2C(g) H”、“ ； 此反应为放热反应，降低温度，平衡向正反应方向移动。 （6）（注：只要曲线能表示平衡向逆反应方向移动及各物质浓度的相对变化比例即可）【例31】 (2012朝阳12) PCl3和PCl5都是重要的化工原料。将PCl3(g) 和Cl2(g)充入体积不变的2 L密闭容器中，在一定条件下发生下述反应，并于10 min时达到平衡： PCl3(g) + Cl2(g) PCl5(g)有关数据如下： PCl3(g)Cl2(g)PCl5(g)初始浓度（mol/L）2