2.2.4 聚焦突破4 化学平衡的图像分析及相关计算-【优学精讲】2026-2027学年高中化学选择性必修一同步课件（人教版）

该高中化学课件聚焦化学平衡的图像分析及相关计算，通过百分含量-时间-温度/压强等典型图像导入，衔接化学平衡移动原理，搭建从定性分析到定量计算的学习支架，帮助学生系统掌握图像解读技巧与多平衡体系计算方法。 其亮点在于结合科学思维与科学探究，通过“定一议二”图像分析法和原子守恒计算等策略，依托海南卷、江苏卷等真题实例，培养学生证据推理与模型建构能力。学生能提升复杂平衡问题解决能力，教师可借助系统例题与集训题优化教学效率。

聚焦突破4　化学平衡的图像分析及相关计算 1．百分含量(或转化率)－时间－温度(或压强)图像 在化学平衡图像中，先出现拐点的反应先达到平衡，先出现拐点的曲线表示的温度较高(如下图Ⅰ中T2>T1)、压强较大(如下图Ⅱ中p2>p1)或使用了催化剂(如下图Ⅲ中a可能使用了催化剂)。可简单记为“先拐先平数值大”。 图像 具体分析 表示T2>T1，升高温度，生成物C的百分含量减小，说明正反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动 返回首页 图像 具体分析 表示p2>p1，增大压强，反应物A的转化率减小，说明正反应是气体体积增大的反应，增大压强，平衡逆向移动 改变条件，生成物C的百分含量不变，说明平衡不移动，但反应速率a>b，故a可能使用了催化剂；也可能该反应是反应前后气体体积不变的可逆反应，a增大了压强(压缩容器容积) 返回首页 2.百分含量(或转化率)－温度压强图像 在化学平衡图像中，包括纵坐标、横坐标和曲线所表示的三个变量，分析方法是确定其中一个变量，讨论另外两个变量之间的关系，即“定一议二”。 返回首页 图像 具体分析 分析等压线，升高温度，生成物C的百分含量减小，即平衡逆向移动，说明正反应放热；分析等温线，确定温度T不变，作横轴垂线与压强线出现两个交点，增大压强，生成物C的百分含量增大，即平衡正向移动，说明正反应方向气体总体积减小 返回首页 图像 具体分析 分析等温线，增大压强，反应物A的转化率减小，即平衡逆向移动，说明正反应方向气体体积增大；分析等压线，确定压强p不变，作横轴垂线与温度线出现两个交点，升高温度，反应物A的转化率减小，即平衡逆向移动，说明正反应放热 返回首页 3.几种特殊图像 图1　　　　　图2　　　　　　图3 返回首页 (1)对于化学反应mA(g)＋nB(g)⥫⥬pC(g)＋qD(g)，M点前(如图1、2)，表示从反应物开始，v正>v逆；M点为刚达到平衡的点；M点后为平衡受温度影响的情况，即升高温度，A的百分含量增加或C的百分含量减少，平衡逆向移动，故正反应的ΔH＜0。 (2)对于化学反应mA(g)＋nB(g)⥫⥬pC(g)＋qD(g)，L线上所有的点都是平衡点(如图3)。L线的上方(E点)，A的百分含量大于此压强时平衡体系的A的百分含量，所以，E点v正>v逆；L线的下方(F点)，v正＜v逆。 返回首页 4．多平衡体系的反应类型及计算方法 (1)连续反应 连续反应是指两个可逆反应有着关联，第一个反应的某生成物是第二个反应的反应物。解题时要注意如果该物质是第一个反应的生成物、第二个反应的反应物，则在第一个反应中，该物质的初始量为0，它的平衡量则为第二个反应中该物质的初始量。 返回首页 (2)平行反应(竞争反应) 平行反应是指反应物能同时平行地进行两个或两个以上不同的反应，得到不同的产物。其中反应较快或产物在混合物中所占比例较高的称为主反应，其余称为副反应。解题时要注意如果一种物质是两个平行反应的反应物，则题目中所给初始量是该物质在这两个反应中的初始量之和。 返回首页 (3)计算方法 返回首页 例1　(2024·海南卷)已知298 K、101 kPa时，CO2(g)＋3H2(g)⥫⥬CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH＝－49.5 kJ·mol-1。该反应在密闭的刚性容器中分别于T1、T2温度下进行，CO2的初始浓度为0.4 mol·L-1，c(CO2)－t关系如下图所示。下列说法错误的是(　　) A.T1＞T2 B.T1下反应达到平衡时c(CH3OH)＝0.15 mol·L-1 C.使用催化剂1的反应活化能比催化剂2的大 D.使用催化剂2和催化剂3的反应历程相同 D 返回首页 [解析]　由题图可知，平衡时T1下CO2的浓度比T2下大，即T1→T2平衡正向移动，由于该反应的正反应是放热反应，降低温度平衡正向移动，即T1＞T2，A正确； 由题图可知，T1下反应达到平衡时c(CO2)＝0.25 mol·L-1，转化的CO2的物质的量浓度为0.4 mol·L-1－0.25 mol·L-1＝0.15 mol·L-1，结合化学方程式可知，T1下反应达到平衡时c(CH3OH)＝0.15 mol·L-1，B正确； 返回首页 由题图可知，在温度均为T1时，使用催化剂1达到平衡所需要的时间比催化剂2的长，即使用催化剂1的反应速率比使用催化剂2的小，说明使用催化剂1的反应活化能比催化剂2的大，C正确； T1和T2下，分别使用催化剂2、3，反应同时达到平衡，说明反应速率相同，又温度升高反应速率增大，T1>T2，因此催化效果：催化剂2<催化剂3，反应活化能不同，故反应历程不同，D错误。 返回首页 例2　(2025·江苏卷)甘油(C3H8O3)水蒸气重整获得H2过程中的主要反应： 反应Ⅰ　C3H8O3(g)⥫⥬3CO(g)＋4H2(g)　ΔH＞0 反应Ⅱ　CO(g)＋H2O(g)⥫⥬CO2(g)＋H2(g)　ΔH＜0 反应Ⅲ　CO2(g)＋4H2(g)⥫⥬CH4(g)＋2H2O(g)　ΔH＜0 1．0×105 Pa条件下，1 mol C3H8O3和9 mol H2O发生上述反应达平衡状态时，体系中CO、H2、CO2和CH4的物质的量随温度变化的理论计算结果如下图所示。下列说法正确的是(　　) 返回首页 A.550 ℃时，H2O的平衡转化率为20% B.550 ℃反应达平衡状态时，n(CO2)∶n(CO)＝11∶25 C.其他条件不变，在400～550 ℃范围，平衡时H2O的物质的量随温度升高而增大 D.其他条件不变，加压有利于增大平衡时H2的物质的量 √ 返回首页 [解析]　反应Ⅰ是吸热反应，反应Ⅱ和Ⅲ是放热反应，升高温度，反应Ⅰ的平衡正向移动，反应Ⅱ和Ⅲ的平衡逆向移动，CH4的物质的量减小，CO和H2的物质的量增大，CO2的物质的量变化幅度较小，说明升高温度，反应Ⅱ和Ⅲ逆向移动的程度近似相等，反应中生成CO的量小于H2的量，曲线①代表H2，曲线②代表CH4，曲线③代表CO。550 ℃时，n(H2)＝5.0 mol，n(CO2)＝2.2 mol，n(CH4)＝n(CO)＝0.4 mol，根据C原子守恒， 返回首页 返回首页 550 ℃时，n(CO2)＝2.2 mol，n(CO)＝0.4 mol，则n(CO2)∶n(CO)＝11∶2，B错误； 400～550 ℃范围，随温度升高，反应Ⅱ和Ⅲ的平衡逆向移动，n(CO2)增大，说明反应Ⅲ逆向移动程度更大，故H2O的物质的量减小，C错误； 550 ℃时，n(C3H8O3)＝0，说明反应Ⅰ完全进行，因此加压仅影响反应Ⅱ、Ⅲ，增大压强，反应Ⅱ平衡不移动，反应Ⅲ平衡正向移动，H2的物质的量减小，D错误。 返回首页 例3　(2024·广西卷)密闭容器中，以活性炭为催化剂，由SCl2和O2制备SOCl2。反应如下： Ⅰ.SCl2(g)＋O2(g)⥫⥬SO2Cl2(g) Ⅱ.SCl2(g)＋SO2Cl2(g)⥫⥬2SOCl2(g) 放热 返回首页 32.4 移走SOCl2或加入SO2Cl2 返回首页 返回首页 返回首页 返回首页 d 返回首页 【突破集训】 1．下列三个反应均用：aA(g)＋B(g)⥫⥬cC(g)表示，条件改变时变化如下图所示(图中p表示压强，T表示温度，n表示物质的量，α表示平衡转化率)。下列说法正确的是(　　)   A.反应Ⅰ中，达平衡后升高温度，K值增大 B.反应Ⅰ中，若p1＞p2，则a＋1＞c C.反应Ⅱ中，达平衡后降低温度，C的体积分数减小 D.反应Ⅲ中，若T1＞T2，则ΔH＞0 B 返回首页 解析：由题图可知，反应Ⅰ在相同压强下，升高温度，A的平衡转化率减小，平衡逆向移动，正反应为放热反应，K值减小，A项错误； 由题图可知，若p1＞p2，反应Ⅰ在相同温度下，增大压强，A的平衡转化率增大，平衡正向移动，则a＋1＞c，B项正确； 由题图可知，反应Ⅱ中T1达到平衡的时间比T2达到平衡的时间短，则T1＞T2，升高温度，达到平衡时C的物质的量减小，平衡逆向移动，则正反应为放热反应，达平衡后降低温度，平衡正向移动，C的体积分数增大，C项错误； 由题图可知，若T1＞T2，反应Ⅲ在相同压强下，升高温度，A的平衡转化率减小，平衡逆向移动，正反应为放热反应，则ΔH＜0，D项错误。 返回首页 A.x2＝1∶3 B.反应速率：va正＞vb正 C.点a、b、c对应的化学平衡常数：Ka＝Kb＜Kc D.当混合气体的密度不变时，该反应达到平衡状态 B 返回首页 b点和a点温度相同，甲醇的起始物质的量都为1 mol，a点x值小于b点，则a点加水多，反应物浓度大，则反应速率：va正＞vb正，B正确； 升高温度，甲醇转化率增大，说明反应为吸热反应，升高温度平衡常数增大，则Kc＜Kb＝Ka，C错误； 反应前后均为气体且恒容，混合气体的密度始终不变，故混合气体的密度不变时，不能说明该反应达到平衡状态，D错误。 返回首页 3．(2026·阜阳高二期末)实验室模拟工业固氮，在压强为p MPa的恒压容器中充入1 mol N2和3 mol H2，反应混合物中NH3的物质的量分数随温度的变化曲线如下图所示，其中一条是经过一定时间反应后的曲线，另一条是平衡时的曲线。下列说法错误的是(　　) 返回首页 √ 返回首页 解析：在b点，NH3的体积分数为25%，在a点，NH3的体积分数为50%，曲线Ⅰ中，400 ℃时，NH3的体积分数最大，随温度升高，NH3的体积分数减小，则曲线Ⅰ为平衡时的曲线，曲线Ⅱ为经过一定时间反应后的曲线，A正确； 返回首页 b点时，与曲线Ⅰ相比，NH3的体积分数小于平衡时NH3的体积分数，所以反应未达平衡，v正＞v逆，C正确； 返回首页 返回首页 4．(2026·贵州高二月考)“碳达峰、碳中和”是我国社会发展重大战略之一，CO2催化加氢可获得CH3OH和H2O。一定条件下将1 mol CO2和3.3 mol H2充入容积为1 L的密闭容器中反应，测得相同时间内CO2转化率随温度变化的关系如下图所示。下列关于该反应的说法正确的是(　　) 返回首页 A.该反应可表示为CO2(g)＋3H2(g)⥫⥬CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH>0 B.研发高效催化剂，可增大化学反应的速率，使平衡正向移动 C.若该反应已达到平衡状态，使用分子筛膜[可选择性分离出H2O(g)]能促进平衡正向移动，增大CO2的转化率 D.若A点时同时再加入0.1 mol CO2和0.1 mol H2O(g)，平衡逆向移动 √ 返回首页 解析：反应相同时间内CO2转化率随温度升高先增大，说明升温对反应速率增大的影响程度大于浓度降低对反应速率减小的影响程度，最高点是平衡点，继续升温，平衡逆向移动，CO2转化率减小，说明逆反应是吸热反应。该反应正向是放热反应，可表示为CO2(g)＋3H2(g)⥫⥬CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH＜0，A错误； 催化剂可以增大反应速率，但不影响平衡的移动，B错误； 使用分子筛膜选择性分离出H2O(g)，生成物浓度降低，平衡正向移动，CO2的转化率增大，C正确； 返回首页 返回首页 5．(2025·安徽卷)甲烷和二氧化碳重整是制取合成气(CO和H2)的重要方法，主要反应如下： ①CH4(g)＋CO2(g)⥫⥬2CO(g)＋2H2(g) ②CO2(g)＋H2(g)⥫⥬CO(g)＋H2O(g) ③CH4(g)＋H2O(g)⥫⥬CO(g)＋3H2(g) 恒温恒压密闭容器中，投入不同物质的量之比的CH4/CO2/Ar混合气，投料组成与CH4和CO2的平衡转化率之间的关系如下图。 返回首页 (1)投料组成中Ar含量下降，平衡体系中n(CO)∶n(H2)的值将________(填“增大”“减小”或“不变”)。 解析：由题图可知，随着投料组成中Ar含量下降，CO2的平衡转化率大于CH4的平衡转化率，说明反应②正向进行的程度大于反应③正向进行的程度，故平衡体系中n(CO)∶n(H2)的值将增大。 增大 返回首页 (2)若平衡时Ar的分压为p kPa，根据a、b两点计算反应③的平衡常数Kp＝________kPa2(用含p的代数式表示，Kp是用分压代替浓度计算的平衡常数，分压＝总压×物质的量分数)。 0.675p2 返回首页 解析：设起始时通入的n(Ar)＝a mol，则通入的n(CO2)＝n(CH4)＝2a mol，由图像可知该条件下，CH4的平衡转化率为20%，CO2的平衡转化率为30%，则反应消耗的n消耗(CO2)＝0.6a mol，n消耗(CH4)＝0.4a mol，平衡时n平衡(CO2)＝1.4a mol，n平衡(CH4)＝1.6a mol。设生成的CO、H2、H2O的物质的量分别为x mol、y mol、z mol，根据C原子守恒可得x＝0.6a＋0.4a＝a；根据O原子守恒可得x＋z＝2×0.6a，解得z＝0.2a；根据H原子守恒可得2y＋2z＝0.4a×4，解得y＝0.6a。平衡时，n(Ar)＝a mol，分压为p kPa， 返回首页 6．(2024·山东卷)水煤气是H2的主要来源，研究CaO对C－H2O体系制H2的影响，涉及主要反应如下： C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　(Ⅰ)　ΔH1>0 CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)　(Ⅱ)　ΔH2<0 CaO(s)＋CO2(g)===CaCO3(s)　(Ⅲ)　ΔH3<0 返回首页 回答下列问题： (1)压力p下，C－H2O－CaO体系达平衡后，图示温度范围内C(s)已完全反应，CaCO3(s)在T1温度时完全分解。气相中CO、CO2和H2摩尔分数随温度的变化关系如下图所示，则a线对应物种为________(填化学式)。当温度高于T1时，随温度升高c线对应物种摩尔分数逐渐降低的原因是________________________________________________________________________________________________________。 H2 温度高于T1时只发生反应Ⅱ，由于ΔH2<0，温度升高，反应Ⅱ平衡左移，CO2的摩尔分数逐渐降低 返回首页 解析：根据题给热化学方程式及题中信息分析可得，H2的摩尔分数大于CO、CO2的摩尔分数，图示温度范围内C(s)已完全反应，且当温度高于T1时，CaCO3已完全分解即此后只考虑反应Ⅱ对物质的摩尔分数的影响即可：升高温度，反应Ⅱ平衡左移，CO的摩尔分数增大，H2和CO2的摩尔分数均降低，故曲线a、b、c分别代表H2、CO、CO2。 返回首页 (2)压力p下、温度为T0时，图示三种气体的摩尔分数分别为0.50、0.15、0.05，则反应CO(g)＋H2O(g)⥫⥬CO2(g)＋H2(g)的平衡常数Kp＝________；此时气体总物质的量为4.0 mol，则CaCO3(s)的物质的量为________mol；若向平衡体系中通入少量CO2(g)，重新达平衡后，分压p(CO2)将________(填“增大”“减小”或“不变”)，p(CO)将________(填“增大”“减小”或“不变”)。 0.5 不变 不变 返回首页 返回首页 返回首页 返回首页 反应Ⅱ的平衡常数K1＝________(保留1位小数)。保持T和不变，增大SCl2平衡转化率的措施有___________________________(任举一例)。 475 ℃反应达平衡时，NH3的体积分数为50%，设N2的物质的量的变化量为y mol，可列如下“三段式”： 　　　　 N2(g)＋3H2(g)⥫⥬2NH3(g) 起始量/mol 1 3 0 转化量/mol y 3y 2y 平衡量/mol 1－y 3－3y 2y A点时，列“三段式”： 　　　　 　CO2(g)＋3H2(g)⥫⥬CH3OH(g)＋H2O(g) 初始量/mol 1 3.3 0 0 转化量/mol 0.9 2.7 0.9 0.9 平衡量/mol 0.1 0.6 0.9 0.9 平衡常数K＝＝37.5，再加入0.1 mol CO2和0.1 mol H2O(g)，Q＝≈20.83＜K，平衡正向移动，D错误。 $