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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
2、出平衡式，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
3、行计算。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。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
4、、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
5、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
6、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
7、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
8、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，
9、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
10、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，则有物质转化率也相同；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
11、mol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
12、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
13、与恒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
14、的平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。例题精讲考点1：化学平衡的计算【例1】 (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
15、以表示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【例2】 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【例3】 将固体NH4I置于密闭容器中，在一定温度下发生下列反应：NH4I(s)NH3(g) + HI(g)；2HI(g)H2(g) + I2(g)。达到平衡时，c(H2) = 0.5 molL-1，c(HI)= 4 molL-1，则
16、此温度下反应的平衡常数为A9 B16 C20 D25【例4】 (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)0.2 mol/
17、L【例5】 X、Y、Z三种气体，取X和Y按1：1的物质的量之比混合，放入密闭容器中能够发生如下反应：X + 2Y2Z，达到平衡后，测得混合气体中反应物的总物质的量与生成物的总物质的量之比为3：2，则Y的转化率最接近于A33% B40% C50% D65%【例6】 (房山二模12)已知，某温度下在2L密闭容器中加入一定量A，发生以下化学反应：2A(g) B(g) + C(g)；H = -48.25 kJ mol1反应过程中时间t与A 、B浓度有下图所示关系，若测得第15min时c(B)=1.6 molL1，则下列结论正确的是A该温度下此反应平衡常数为3.2BA的初始物质的量为4 molC反应到达
18、平衡的过程中，放出的热量是154.4kJD如使反应最终c(B)/c(A)= 3，只能降低反应温度【例7】 ( 四川12)在体积恒定的密闭容器中，一定量的SO2与1.100mol O2在催化剂作用下加热到600发生反应： ；。当气体的物质的量减少0.315mol时反应达到平衡，在相同的温度下测得气体压强为反应前的82.5%。下列有关叙述正确的是A当SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等时反应达到平衡B降低温度，正反应速率减小程度比逆反应速率减小程度大C将平衡混合气体通入过量BaCl2溶液中，得到沉淀的质量为161.980gD达到平衡时，SO2的转化率是90%【例8】 （ 年海淀期中）某温度下，反
19、应2CH3OH(g)CH3OCH3(g) + H2O(g)的平衡常数为400。此温度下，在容积一定的密闭容器中加入CH3OH，反应到某时刻测得各组分的浓度如下：物质CH3OHCH3OCH3H2O浓度/（molL1）0.440.60.6下列说法正确的是ACH3OH的起始浓度为1.04 mol/LB此时逆反应速率大于正反应速率C平衡时CH3OH的浓度为0.04 mol/LD平衡时CH3OH的转化率小于80%【例9】 ( 江苏14)温度为T时，向2.0 L恒容密闭容器中充入1.0 mol PCl5，反应经过一段时间后达到平衡。反应过程中测定的部分数据见下表：050150250350下列说法正确的是（
20、 ）A反应在前的平均速率B保持其他条件不变，升高温度，平衡时，则反应的C相同温度下，起始时向容器中充入、和，反应达到平衡前D相同温度下，起始时向容器中充入和，达到平衡时，的转化率小于【例10】 ( 西城一模12)已知：CO(g)H2O(g) CO2(g)H2(g) H 41 kJ/mol相同温度下，在体积相同的两个恒温密闭容器中，加入一定量的反应物发生反应。相关数据如下：容器编号起始时各物质物质的量/mol达平衡过程体系能量的变化COH2OCO2H21400放出热量：32.8 kJ0014热量变化：Q下列说法中，不正确的是A容器中反应达平衡时，CO的转化率为80%B容器中CO的转化率等于容器中
21、CO2的转化率C平衡时，两容器中CO2的浓度相等D容器中CO反应速率等于H2O的反应速率【例11】 ( 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(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
22、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 。考点2：化学反应速率与平衡的图像数据表格分析【例12】 （2009年全国高考）下图表示反应X(g)4Y(g)+Z(g),H0B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
23、，状态A的c(I2)大【例15】 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 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【例16】 ( 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
24、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的转化率是33.3%【例17】 ( 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：K(a)K(b)K(c)C
25、气体压强：P(a) ”、“”或“=”）。若测得容器II中的压强减小了30%，则该容器中SO2的转化率为 。 t1时刻分别向两容器的平衡体系中加入2 mol SO3 ，则两容器中SO3的体积分数随时间变化曲线图正确的是_（填序号）。A B C D【例24】 ( 全国大纲卷28)反应(H0)在等容条件下进行。改变其他反应条件，在、阶段体系中各物质浓度随时间变化的曲线如下图所示：回答问题：反应的化学方程中abc为 ；的平均反应速率v(A)、v(A)、v(A)从大到小排列次序为 ；的平衡转化率(B)、(B)、(B)中最小的是 ，其值是 ；由第一次平衡到第二次平衡，平衡移动的方向是 ，采取的措是 ；比较
26、第阶段反应温度（）和第阶段反应温度（）的高低； （填“”“”“”）判断的理由是 。达到第三次平衡后，将容器的体积扩大一倍，假定10 min后达到新的平衡，请在下图中用曲线表示第阶段体系中各物质的浓度随时间变化的趋势（曲线上必须标出A、B、C）。【例25】 ( 西城二模12)工业上消除氮氧化物的污染，可用如下反应： CH4(g)2NO2(g)N2(g)CO2(g)2H2O(g) Ha kJ/mol 在温度T1和T2时，分别将0.50 molCH4和1.2 molNO2充入体积为1 L的密闭容器中，测得n(CH4)随时间变化数据如下表：温度 时间/minn/mol010204050T1n(CH4)
27、0.500.350.250.100.10T2n(CH4)0.500.300.180.15下列说法不正确的是A10 min内，T1时(CH4)比T2时小 B温度：T1T2CH：a0 D平衡常数：K(T1) K(T2)【例26】 ( 海淀一模12)相同温度下，在体积相等的三个恒容密闭容器中发生可逆反应： N2 （g）+3H2（g）2NH3（g） H=- 92.4 kJ/mol。实验测得起始、平衡时的有关数据如下表：容器编号起始时各物质物质的量/mol达平衡时反应中的能量变化N2H2NH3130放出热量a kJ 230放出热量b kJ 260放出热量c kJ下列叙述正确的是（ ）A放出热量关系：ab
28、C达平衡时氨气的体积分数：DN2的转化率：【例27】 ( 浙江27)15分甲烷自热重整是先进的制氢方法，包含甲烷氧化和蒸汽重整。向反应系统同时通入甲烷、氧气和水蒸气，发生的主要化学反应有：反应过程化学方程式焓变活化能甲烷氧化蒸汽重整回答下列问题： 反应的 。 在初始阶段，甲烷蒸汽重整的反应速率 甲烷氧化的反应速率（填大于、小于或等于）。 对于气相反应，用某组分（）的平衡压强（）代替物质的量浓度（）也可表示平衡常数（记作），则反应的 ；随着温度的升高，该平衡常数 （填“增大”、“减小”或“不变”）。 从能量角度分析，甲烷自热重整方法的先进之处在于 。 在某一给定进料比的情况下，温度、压强对和物质
29、的量分数的影响如下图：若要达到物质的量分数、的物质的量分数，以下条件中最合适的是 。A，B，C，D，画出，条件下，系统中物质的量分数随反应时间（从常温进料开始计时）的变化趋势示意图： 如果进料中氧气量过大，最终导致物质的量分数降低，原因是 。考点3：等效平衡【例28】 ( 石景山期末13)容积均为1L的甲、乙两个恒容容器中，分别充入2molA、2molB和1molA、1molB，相同条件下，发生下列反应：A(g)B(g)xC(g) H0。测得两容器中c(A)随时间t的变化如上图所示，下列说法不正确的是 Ax1 B此条件下，该反应的平衡常数K4 13题图c(A)/ mol/L2.01.00.50
30、610 t/min C给乙容器升温可缩短反应达平衡的时间但不能提高平衡转化率 D甲和乙的平衡转化率相等【例29】 在一个盛有催化剂容积可变的密闭容器中，保持一定温度和压强，进行以下反应：N2+3H22NH3。已知加入1mol N2和4mol H2时，达到平衡后生成a mol NH3（见下表已知项）。在相同温度、压强下，保持平衡时各组分的体积分数不变。对下列编号的状态，填写表中空白。 已知 编号 起始状态物质的量 n/mol 平衡时NH3的物质的量 n/molN2H2NH3140a1.56010.5amg(g4m)【例30】 ( 江苏14)在温度、容积相同的3个密闭容器中，按不同方式投入反应物，
31、保持恒 温、恒容，测得反应达到平衡时的有关数据如下（已知 kJmol）容器甲乙丙反应物投入量1mol N2、3mol H22mol NH34mol NH3NH3的浓度（molL）c1c2c3反应的能量变化放出akJ吸收bkJ吸收ckJ体系压强（Pa）p1p2p3反应物转化率下列说法正确的是A B C D考点4：化学反应速率与平衡综合【例31】 ( 西城期末21)（2）工业生产尿素的原理是以NH3和CO2为原料合成尿素CO(NH2)2，反应的化学方程式为2NH3 (g)+ CO2 (g) CO(NH2)2 (l) + H2O (l)，该反应的平衡常数和温度关系如下：T / 16517518519
32、5K111.974.150.634.8焓变H（填“”、“”或“=”）_0。在一定温度和压强下，若原料气中的NH3和CO2的物质的量之比（氨碳比），下图是氨碳比（x）与CO2平衡转化率（）的关系。随着x增大而增大的原因是_。 上图中的B点处，NH3的平衡转化率为_。【例32】 ( 西城二模25)碳单质在工业上有多种用途。（1）焦炭可用于制取水煤气。测得12 g 碳与水蒸气完全反应生成水煤气时，吸收了131.6 kJ热量。该反应的热化学方程式是 。（2）活性炭可处理大气污染物NO。在2 L密闭容器中加入NO和活性炭（无杂质），生成气体E和F。当温度分别在T1和T2时，测得各物质平衡时物质的量如下表
33、： 物质T/ n/molT/活性炭NOEF初始2.0300.10000T12.0000.0400.0300.030T22.0050.0500.0250.025请结合上表数据，写出NO与活性炭反应的化学方程式 。上述反应T1时的平衡常数为K1，T2时的平衡常数为K2。计算K1= 。根据上述信息判断，温度T1和T2的关系是（填序号）_。aT1T2 bT1T2 c无法比较 在T1温度下反应达到平衡后，下列措施不能改变NO的转化率的是 。a增大c(NO) b增大压强 c升高温度 d移去部分F【例33】 （ 海淀期中）硫酸是重要的化工材料，二氧化硫生成三氧化硫是工业制硫酸的重要反应之一。（1）将0.050 molSO2(g)和0.030 molO2(g)放入容积为1L的密闭容器中，反应2SO2(g)O2(g)2SO3(g)在一定条件下达到平衡，测得c(SO3)0.040 mol/L。从平衡角度分析采用过量O2的原因是 ；计算该条件下反应的平衡常数K_。已知：K(300)K(350)，该反应是_