《2025年优化探究同步导学案高中化学选择性必修1人教版》

2. (2024·河南许昌高二检测)在密闭容器中充有$1 mol$ CO 与$2 mol$ $ H_2$，在催化剂作用下反应生成甲醇。CO 的平衡转化率($\alpha$)与温度(T)、压强($p$)的关系如图所示。下列说法正确的是 (D)


A.反应达到 a 点平衡状态所需时间小于 c 点
B.a 点对应反应状态的平衡常数为$4 mol^{-2} · L^2$
C.a、b 两点对应平衡状态的容器体积相同
D.a、c 两点平衡体系中，甲醇的体积分数相同

答案： 2.D $\mathrm{CO}$ 和 $\mathrm{H}_2$ 反应合成 $\mathrm{CH}_3\mathrm{OH}$，反应的化学方程式为 $\mathrm{CO(g)+2H_2(g)\rightleftharpoons CH_3OH(g)}$，正反应气体系数和减小，增大压强平衡正向移动，$\mathrm{CO}$ 的平衡转化率增大，根据图示可知，$p_2＞p_1$，据此分析。a、c 两点，c 点温度高、压强大，则 c 点反应速率快，反应达到 a 点平衡状态所需时间大于 c 点，故 A 错误；a 点对应反应状态可列三段式：
$\mathrm{CO(g)+2H_2(g)\rightleftharpoons CH_3OH(g)}$
初始/mol 1 2 0
转化/mol 0.5 1 0.5
平衡/mol 0.5 1 0.5
达到平衡时 $\mathrm{CO}$ 的物质的量为 $0.5\ \mathrm{mol}$、$\mathrm{H}_2$ 的物质的量为 $1\ \mathrm{mol}$、$\mathrm{CH}_3\mathrm{OH}$ 的物质的量为 $0.5\ \mathrm{mol}$，容器的体积未知，所以不能计算平衡常数，故 B 错误；
b 点对应反应状态可列三段式：
$\mathrm{CO(g)+2H_2(g)\rightleftharpoons CH_3OH(g)}$
初始/mol 1 2 0
转化/mol 0.7 1.4 0.7
平衡/mol 0.3 0.6 0.7
温度相同，则 a、b 两点平衡常数相等，$\frac{0.5}{V_\mathrm{a}} × \left(\frac{1}{V_\mathrm{a}}\right)^2 = \frac{0.7}{V_\mathrm{b}} × \left(\frac{0.6}{V_\mathrm{b}}\right)^2$，$V_\mathrm{a} \neq V_\mathrm{b}$，容器体积不相同，故 C 错误；a、c 两点平衡体系中，$\mathrm{CO}$ 的转化率都是 $50\%$，平衡时，$\mathrm{CO}$ 的物质的量为 $0.5\ \mathrm{mol}$、$\mathrm{H}_2$ 的物质的量为 $1\ \mathrm{mol}$、$\mathrm{CH}_3\mathrm{OH}$ 的物质的量为 $0.5\ \mathrm{mol}$，则甲醇的体积分数都是 $25\%$，故 D 正确。

3. 如图所示的各图中，表示$2 A(g) + B(g) \rightleftharpoons 2 C(g) \ \Delta H ＜ 0$这个可逆反应的正确图像的是 [$\varphi( C)$表示 C 的质量分数，$p$表示气体压强，c 表示浓度]　　　　 (A)

答案： 3.A 该反应为放热反应，温度升高平衡向逆反应方向移动，C 的质量分数减小，故 A 正确；增大压强平衡向气体体积减小的方向移动，即向正反应方向移动，$v_\mathrm{正}＞v_\mathrm{逆}$，且增大压强，正、逆反应速率都增大，故 B 错误；催化剂同等程度地改变正、逆反应速率，平衡不发生移动，所以达到平衡时 C 的浓度相同，故 C 错误；该反应为放热反应，温度升高平衡向逆反应方向移动，A 的转化率降低，故 D 错误。

4. $T_0 ° C$时，在$2 L$的密闭容器中发生反应$ X(g) + Y(g) \rightleftharpoons Z(g)$(未配平)，各物质的物质的量随时间变化的关系如图 a 所示。其他条件相同，温度分别为$T_1 ° C$、$T_2 ° C$时发生反应，X 的物质的量随时间变化的关系如图 b 所示。下列叙述正确的是 (C)


A.该反应的正反应是吸热反应
B.$T_0 ° C$，从反应开始到平衡时：$v( X) = 0.083 mol · L^{-1} · min^{-1}$
C.图 a 中反应达到平衡时，Y 的转化率为 62.5%
D.$T_1 ° C$，若该反应的平衡常数$K = 50$，则$T_1 ＞ T_0$

答案： 4.C 本题利用物质的量—时间图像、物质的量—时间—温度图像考查反应的特点。根据“先拐先平，数值大”的原则可推知，$T_1＞T_2$，温度越高，X 的物质的量越大，则平衡向左移动，正反应是放热反应，A 错误；$v(\mathrm{X})=\frac{0.3\ \mathrm{mol}-0.05\ \mathrm{mol}}{2\ \mathrm{L} × 3\ \mathrm{min}} \approx 0.042\ \mathrm{mol · L^{-1} · min^{-1}}$，
B 错误；Y 的转化率为 $\frac{0.4\ \mathrm{mol}-0.15\ \mathrm{mol}}{0.4\ \mathrm{mol}} × 100\% = 62.5\%$，C 正确；由图 a 可知，X、Y、Z 的物质的量变化量之比为 $1:1:2$，则反应为 $\mathrm{X(g)+Y(g)\rightleftharpoons 2Z(g)}$，则 $T_0$ 时平衡常数为 $K=\frac{\left(\frac{0.5}{2}\right)^2}{\frac{0.05}{2} × \frac{0.15}{2}} \approx 33.3＜50$，由 A 项分析可知，该反应为放热反应，平衡常数越小，温度越高，则 $T_0＞T_1$，D 错误。

5. 现有可逆反应$2 A(g) + B(g) \xrightarrow\triangle \rightleftharpoons 2 C(g)$，根据表中的数据判断，下列图像错误的是 (D)

答案： 5.D 根据表格数据可知，在相同压强下，升高温度，A 的转化率降低，说明升高温度平衡逆向移动，所以正反应为放热反应。该反应的正反应是一个气体体积减小的反应，在相同的温度下，$p_1 \to p_2$，A 的转化率增大，说明化学平衡正向移动，即 $p_1＜p_2$。升高温度，A 的转化率降低，A 正确；增大压强，平衡正向移动，C 的百分含量增加，B 正确；升高温度，$v_\mathrm{正}$、$v_\mathrm{逆}$ 都增大，但吸热反应方向增大的程度多，即 $v_\mathrm{逆}＞v_\mathrm{正}$，所以平衡逆向移动，经过一段时间反应达到平衡，C 正确；增大压强，$v_\mathrm{正}$、$v_\mathrm{逆}$ 都增大，平衡正向移动，所以 $v_\mathrm{正}＞v_\mathrm{逆}$，最终达到新的平衡状态，D 错误。

1. 等效平衡的概念:在一定条件(恒温恒容或恒温恒压)下,同一可逆反应体系,不管是从正反应开始,还是从逆反应开始,在达到化学平衡状态时,任何相同组分的含量(体积分数、物质的量分数等)均,这样的化学平衡互称等效平衡(包括"相同的平衡状态")。
2. 等效平衡思想的理解
(1)外界条件相同:通常可以是①恒温恒容,②恒温恒压。
(2)"等效平衡"与"完全相同的平衡状态"不同:"完全相同的平衡状态"是指在达到平衡状态时,任何组分的物质的量分数(或体积分数、物质的量浓度)对应相等,并且反应的速率也相同。而"等效平衡"只要求平衡混合物中各组分的物质的量分数(或体积分数)对应相同,反应的速率、压强、物质的量浓度等可以。
(3)平衡状态只与始态有关,而与途径无关(如①无论反应从正反应方向开始,还是从逆反应方向开始;②投料是一次还是分成几次;③反应容器经过扩大→缩小或缩小→扩大的过程),只要起始浓度

相

当

,就能够达到"相同"的平衡状态(即等效平衡)。
3. 等效平衡的判断方法
(1)恒温恒容条件下,反应前后气体体积改变的反应
判断方法:极值等量即等效。
例如:${2SO_{2}(g) + O_{2}(g)⇌ 2SO_{3}(g)}$
① $2\ mol$ $1\ mol$ $0$
② $0$ $0$ $2\ mol$
③ $0.5\ mol$ $0.25\ mol$ $1.5\ mol$
④ $a\ mol$ $b\ mol$ $c\ mol$
上述①②③三种配比,按化学方程式的化学计量数关系均转化为反应物,则${SO_{2}}$均为$2\ mol$,${O_{2}}$均为$1\ mol$,三者建立的平衡状态完全相同。④中$a、b、c$三者的关系满足$c + a = 2$,$\dfrac{c}{2}+b = 1$时,即与上述平衡等效。
(2)恒温恒压条件下,反应前后气体体积改变的反应
判断方法:极值等比即等效。
例如:${2SO_{2}(g) + O_{2}(g)⇌ 2SO_{3}(g)}$
① $2\ mol$ $1\ mol$ $0$
② $1\ mol$ $0.5\ mol$ $2\ mol$
③ $a\ mol$ $b\ mol$ $c\ mol$
按化学方程式的化学计量数关系均转化为反应物,则①②中$\dfrac{n{(SO_{2})}}{n{(O_{2})}}=\dfrac{2}{1}$,故互为等效平衡。
③中$a、b、c$三者关系满足$\dfrac{c + a}{\dfrac{c}{2}+b}=\dfrac{2}{1}$或$\dfrac{a}{b}=\dfrac{2}{1}$,$c\geqslant0$时,即与①②平衡等效。
(3)恒温条件下,反应前后气体体积不变的反应
判断方法:无论是恒温恒容,还是恒温恒压,只要极值等比即等效,因为压强改变对该类反应的化学平衡无影响。
例如:${H_{2}(g) + I_{2}(g)⇌ 2HI(g)}$
① $1\ mol$ $1\ mol$ $0$
② $2\ mol$ $2\ mol$ $1\ mol$
③ $a\ mol$ $b\ mol$ $c\ mol$
①②两种情况下,$\dfrac{n{(H_{2})}}{n{(I_{2})}} = 1$,故互为等效平衡。
③中$a、b、c$三者关系满足$\dfrac{\dfrac{c}{2}+a}{\dfrac{c}{2}+b}=1$或$\dfrac{a}{b}=1$,$c\geqslant0$时,即与①②平衡等效。
4. 等效平衡的常见类型
在等效平衡中比较常见并且重要的类型主要有以下三种:
Ⅰ类:恒温恒容下对于反应前后气体体积发生变化的反应来说(即$\Delta V\neq0$的体系):等价转化后,对应各物质起始投料的物质的量与原平衡起始态相同,两平衡等效。
Ⅱ类:恒温恒容下对于反应前后气体体积没有变化的反应来说(即$\Delta V = 0$的体系):等价转化后,只要反应物(或生成物)的物质的量的比例与原平衡起始态相同,两平衡等效。
Ⅲ类:恒温恒压下对于气体体系等效转化后,只要反应物(或生成物)的物质的量的比例与原平衡起始态相同,两平衡等效。
5. 虚拟"中间态"法构建等效平衡
(1)构建恒温恒容平衡思维模式
新平衡状态可认为是由两个原平衡状态简单的叠加并压缩而成,相当于增大压强。

$(2)构建恒温恒压平衡思维模式(以气体物质的量增加的反应为例,见图示)新平衡状态可以认为是两个原平衡状态简单的叠加,压强不变,平衡不移动。$

答案： 1.相同 2.
(2)不同