(4)线的连续性
在改变外界条件使平衡发生移动时,物质的浓度或反应速率随时间的变化的曲线的连续性,可判断改变的是何种外界条件。如图Ⅸ,在t2时,C(反)曲线间断,C(生)曲线连续,说明改变的是反应物浓度,t4时两曲线均连续,改变条件的瞬间浓度均未变,说明是改变温度。
4.析定量关系
根据坐标轴上的定量关系,可判断有关物理量的变化率,确定反应形式。如图Ⅹ,根据坐标轴上的有关数据,可求出用A、B、C三物质来表示的化学反应速率,根据速率之比,确定该反应的化学方程式为:3A+B2C。
典题·热题·新题
一、重点:化学平衡状态的判断 例1可逆反应N2+3H22NH3的正、逆反应速率可用各反应物或生成物浓度的变化来表示。下列各关系中能说明反应已达到平衡状态的是( )
A.3v正(N2)=v正(H2) B.v正(N2)=v逆(NH3) C.2v正(H2)=3v逆(NH3) D.v正(N2)=3v逆(H2) 解析:对于可逆反应“N2+3H22NH3”,正反应速率可以用H2、N2、NH3三种物质的浓度变化来表示,逆反应速率也可用H2、N2、NH3三种物质的浓度变化来表示。对于同一反应、同一时刻的正反应速率(或逆反应速率),用不同物质的浓度变化来表示时,其大小关系跟化学计量数有关,即有:v正(N2)∶v正(H2)∶v正(NH3)= 1∶3∶2或v逆(N2)∶v逆(H2)∶v逆(NH3)=1∶3∶2。所以,当2v正(H2)=3v逆(NH3)时,处于化学平衡状态。
答案:C
误区警示 解答这道题时,由于对正反应速率和逆反应速率、不同物质表示的反应速率等概念理解不深,造成判断失误。
例2 一定温度下,可逆反应2NO22NO+O2在体积固定的密闭容器中反应,达到平衡状态的标志是( )。
①单位时间内生成n mol O2,同时生成2n mol NO2 ②单位时间内生成n mol O2,同时生成2n mol NO
③用NO2、NO、O2的物质的量浓度变化表示的反应速率的比为2∶2∶1 ④混合气体的压强不再改变 ⑤混合气体的颜色不再改变
⑥混合气体的平均相对分子质量不再改变 A. ①④⑤⑥ B. ①②③⑤ C. ②③④⑥ D. 以上全部
解析:①生成n mol O2,就是消耗2n mol NO2,即生成NO2的速率等于消耗NO2的速率,能表示v(正)=v(逆),正确。
②表示同一方向的反应速率,不能表示v(正)=v(逆),不正确。
③只要发生反应,或者说不论反应是否达到平衡,NO2、NO、O2的速率之比均为2∶2∶1,它不能反映可逆反应是否达到平衡,不正确。
④温度、体积一定,混合气体压强不再改变,说明气体的总物质的量不变,表明已达平衡。
⑤颜色的深浅决定于有色物质NO2的浓度,混合气体颜色不变,说明NO2的浓度不再改变,对固定容器来说,NO2的物质的量不再变化,能说明已达平衡,正确。
⑥混合气体的平均相对分子质量(M?
m)不变,说明气体的总物质的量(n)不变,表明已达平衡,n正确。
答案:A
深化升华 判断可逆反应是否达到平衡,也可由“假设法”得解,如本题假设没有达到平衡,则NO2、NO、O2的量均在发生变化,显然它们的浓度、质量分数以及整个体系的颜色、物质的总量、压强、平均相对分子质量也应在变化,故这些量不变时能说明可逆反应处于平衡状态。二、难点:等效平衡
例3 在一定条件下,将2 mol SO2和1 mol O2通入一个容积固定的密闭容器中,发生如下反应:2SO2
+O22SO3,当此反应进行到一定程度时,反应混合物处于化学平衡状态。若维持容器温度不变,令a,b,c分别代表初始加入的SO2、O2和SO3的物质的量(mol)。如a,b,c取不同的值,它们必须满足一定的相互关系,才能保证达到平衡时,反应混合物中三种气体的体积分数仍跟上述平衡时的完全相同。请填写下列空白:
(1)若a=0,b=0,则c= ;
(2)若a=0.5,则b= ,c= ;
(3)a,b,c必须满足的一般条件是(请用两个化学方程式表示,其中一个只含a和c,另一个只含b和c): , 。
解析:(1)是从逆反应开始的,从2 mol SO3开始与从2 mol SO2和1 mol O2开始是等效的;(2)是正、逆反应同时开始,0.5 mol SO2、0.25 mol O2与 0.5 mol SO3是等效的,再加入1.5 mol SO3就与起始2 mol SO3等效了;(3)题中要求2 mol SO2+1 mol O2与a mol SO2+b mol O2+c mol SO3建立等效平衡。由2SO2+O22SO3可知c mol SO3与a mol SO2+b mol O2是等效的,所以a mol SO2+b mol O2+c mol SO3 与(a+c) mol SO2+(b+c/2) mol O2是等效的。故有a+c=2,b+c/2=1。
答案:(1)2 (2)0.25 0.5 (3)a+c=2 b+c/2=1
深化升华 对反应前后气体分子总数不变的可逆反应,只要反应物或生成物的物质的量的比与原平衡相同,则两平衡等效。
例4 相同体积的甲、乙两个容器中,分别充有等物质的量的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的转化率为( )
A.等于p% B.大于p% C.小于p% D.无法判断
解析:根据题意,甲、乙两容器可设为如图所示装置。
2SO2+O22SO3是气体总物质的量减少的反应。甲容器保持体积不变,压强变小;乙容器保持压强不变,体积减小,达到平衡状态时转化为状态丙。假设乙中的活塞不移动,由于甲、乙两个容器的体积、温度相同,达到平衡时甲、乙两容器中存在的平衡是等效平衡,其中SO2的转化率也相等。对于乙和丙两个状态,乙中压强小于丙中压强,因此丙中SO2的转化率大于乙中SO2的转化率。由此可以判断出丙中SO2的转化率也大于甲中SO2的转化率。所以正确答案为B。
答案:B
深化升华 对于气体参加的可逆反应,在温度恒定的条件下,涉及体积与压强以及平衡移动有关判断的问题时,可设计一些等效平衡的中间状态来进行求解。这样能降低思维难度,具有变难为易、变抽象为直观的作用。
三、疑点:化学平衡中的图象问题 例5 对于反应2A(g)+B(g) 2C(g)+Q (Q>0),下列图象正确的是( )
解析:首先知道该反应是气体体积缩小的放热反应,此反应的平衡体系受压强的影响是:增大压强平
衡向正反应方向移动,A的转化率增大,B的含量减小,C的含量增大。升高温度,平衡向逆反应方向移动,A的转化率减小,B的含量增大,C的含量减小。A图象虽表示B的含量随温度升高而增加,但若平衡是从C物质开始建立的,则符合此反应。另外,从反应开始到建立平衡,温度越高,到达平衡的时间越短。由于该反应是放热反应,建立平衡后,温度越高,B的含量就应越大,因此A、D图象正确,符合上述平衡体系,B、C图象不符合题意。答案:AD
深化升华 解好本题的关键是理解不同温度、压强下各物理量的变化趋势,理解并掌握温度、压强是如何变化的,这是解决问题的基本点。
例6 对于可逆反应:A2(g)+3B2(g) 2AB3(g)+Q,下列图象正确的是( )
解析:该反应的正反应是气体体积缩小且放热的反应。图象A正确,因为温度升高,正、逆反应都加快,在两曲线相交处可逆反应达到平衡,然后逆反应速率的增加更为明显,与正反应是放热反应相符。针对该反应特点,只升温而使平衡向逆反应方向移动,A的含量增加;只加压而使平衡向正反应方向移动,A的含量减少。B也正确。对可逆反应,温度越高,到达平衡的时间越短,C不合题意。图象D表示的意义是:增大压强,逆反应速率的加快比正反应明显,与本反应是气体体积缩小的特点相悖。故正确答案为A、B。
答案:AB
深化升华 图象的拐点和交叉点、变化趋势,和数轴代表的物理量的意义,是读懂和解决这类题目的关键点。
例7 反应2X(g)+Y(g)2Z(g)(正反应放热),在不同温度(T1和T2)及压强(p1和p2)下,产物Z的物质的量(n2)与反应时间(t)的关系如右图所示。下述判断正确的是( )
A.T1<T2,p1<p2 B.T1<T2,p1>p2 C.T1>T2,p1>p2 D.T1>T2,p1<p2
解析:该题要综合运用“定一论二”“先拐先平”解题;也可依据“定一论二”和外界条件对化学平衡的影响解题。
答案:C
深化升华 把握问题实质,正确分析图象意义,灵活运用解题方法是解决图象问题的关键。