高考化学一轮复习第7章化学反应的方向限度与速率第23讲化学平衡移动原理及应用学案.docx

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高考化学一轮复习第7章化学反应的方向限度与速率第23讲化学平衡移动原理及应用学案

第23讲　化学平衡移动原理及应用

目标要求

　1.通过实验探究，了解浓度、温度、压强等对化学平衡的影响，能用相关理论解释其一般规律。

2.通过对图形、图表的阅读，进行初步加工、吸收、有序存储，并做出合理的解释。

1．化学平衡移动的过程

2．化学平衡移动与化学反应速率的关系

（1）v正>v逆：

平衡向正反应方向移动。

（2）v正＝v逆：

反应达到平衡状态，平衡不移动。

（3）v正＜v逆：

平衡向逆反应方向移动。

3．影响化学平衡的因素

（1）若其他条件不变，改变下列条件对化学平衡的影响如下：

改变的条件（其他条件不变）

化学平衡移动的方向

浓度

增大反应物浓度或减小生成物浓度

向正反应方向移动

减小反应物浓度或增大生成物浓度

向逆反应方向移动

压强（对有气体参加的反应）

反应前后气体体积改变

增大压强

向气体分子总数减小的方向移动

减小压强

向气体分子总数增大的方向移动

反应前后气体体积不变

改变压强

平衡不移动

温度

升高温度

向吸热反应方向移动

降低温度

向放热反应方向移动

催化剂

同等程度地改变v正、v逆，平衡不移动

（2）勒·夏特列原理

如果改变影响化学平衡的条件之一（如温度、压强以及参加反应的物质的浓度），平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。

（3）“惰性气体”对化学平衡的影响

①恒温恒容条件

原平衡体系

体系总压强增大―→体系中各组分的浓度不变―→平衡不移动。

②恒温恒压条件

原平衡体系

容器容积增大，各反应气体的分压减小

―→体系中各组分的浓度同倍数减小

（等效于减压）

应用体验

根据化学平衡原理解答下列问题：

在体积不变的密闭容器中发生N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）　ΔH＝－92.4kJ·mol－1，只改变一种外界条件，完成下表：

改变条件

平衡移动方向

氢气的转化率（增大、减小或不变）

氨气的体积分数（增大、减小或不变）

增大氮气的浓度

增大氨气的浓度

升温

充入适量氩气

答案　（从左到右，从上到下）正向　增大　逆向　减小

增大　逆向　减小　减小　不移动　不变　不变

（1）化学平衡发生移动，化学反应速率一定改变；化学反应速率改变，化学平衡也一定发生移动（×）

（2）升高温度，平衡向吸热反应方向移动，此时v放减小，v吸增大（×）

（3）C（s）＋CO2（g）2CO（g）　ΔH＞0，其他条件不变时，升高温度，反应速率v（CO2）和CO2的平衡转化率均增大（√）

（4）化学平衡正向移动，反应物的转化率不一定增大（√）

（5）向平衡体系FeCl3＋3KSCNFe（SCN）3＋3KCl中加入适量KCl固体，平衡逆向移动，溶液的颜色变浅（×）

（6）对于2NO2（g）N2O4（g）的平衡体系，压缩体积，增大压强，平衡正向移动，混合气体的颜色变浅（×）

题组一　选取措施使化学平衡定向移动

1．（2019·桂林高三质检）COCl2（g）CO（g）＋Cl2（g）　ΔH>0，当反应达到平衡时，下列措施：

①升温　②恒容通入惰性气体　③增加CO浓度　④减压　⑤加催化剂⑥恒压通入惰性气体，能提高COCl2转化率的是（　　）

A．①②④B．①④⑥

C．②③⑤D．③⑤⑥

答案　B

解析　该反应为气体体积增大的吸热反应，所以升温和减压均可以促使反应正向移动。

恒压通入惰性气体，相当于减压。

恒容通入惰性气体与加催化剂均对平衡无影响。

增加CO的浓度，将导致平衡逆向移动。

2．（2018·天津，5）室温下，向圆底烧瓶中加入1molC2H5OH和含1molHBr的氢溴酸，溶液中发生反应：

C2H5OH＋HBrC2H5Br＋H2O，充分反应后达到平衡。

已知常压下，C2H5Br和C2H5OH的沸点分别为38.4℃和78.5℃。

下列有关叙述错误的是（　　）

A．加入NaOH，可增大乙醇的物质的量

B．增大HBr浓度，有利于生成C2H5Br

C．若反应物均增大至2mol，则两种反应物平衡转化率之比不变

D．若起始温度提高至60℃，可缩短反应达到平衡的时间

答案　D

解析　D错：

温度提高至60℃，化学反应速率虽然加快，但溴乙烷的沸点较低，会挥发出大量的溴乙烷，导致逆反应速率减小，故无法判断达到平衡的时间；A对：

加入NaOH，消耗HBr，平衡左移，乙醇的物质的量增大；B对：

增大HBr浓度，平衡右移，有利于生成溴乙烷；C对：

原反应物按物质的量之比1∶1加入，又因二者反应的化学计量数之比为1∶1，两者的平衡转化率之比为1∶1，若将反应物均增大至2mol，其平衡转化率之比仍为1∶1。

3．在压强为0.1MPa、温度为300℃条件下，amolCO与3amolH2的混合气体在催化剂作用下发生反应生成甲醇：

CO（g）＋2H2（g）CH3OH（g）　ΔH＜0。

（1）平衡后将容器的容积压缩到原来的一半，其他条件不变，对平衡体系产生的影响是________（填字母）。

A．[H2]减小

B．正反应速率加快，逆反应速率减慢

C．反应物转化率增大

D．重新平衡

减小

（2）若容器容积不变，下列措施可增大甲醇产率的是________（填字母）。

A．升高温度

B．将CH3OH从体系中分离

C．充入He，使体系总压强增大

答案　

（1）CD　

（2）B

解析　

（1）该反应为正向气体分子数减小的可逆反应，缩小体积，平衡正向移动，c（H2）增大，正、逆反应速率均增大，因而A、B均不正确。

（2）由于该反应正向是放热反应，升高温度平衡逆向移动，CH3OH的产率降低，体积不变，充入He，平衡不移动。

题组二　新旧平衡的比较

4．在一密闭容器中，反应aA（g）＋bB（s）cC（g）＋dD（g）达到平衡后，保持温度不变，将容器缩小为原来的一半，当达到新的平衡时，A的浓度是原来的1.6倍，则下列说法正确的是（　　）

A．平衡向逆反应方向移动

B．a＜c＋d

C．物质A的转化率增大

D．物质D的浓度减小

答案　C

解析　容器缩小为原来的一半，若平衡不移动，则A的浓度应变为原来的2倍，说明平衡正向移动，A的转化率增大。

5．将等物质的量的N2、H2充入某密闭容器中，在一定条件下，发生如下反应并达到平衡：

N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）　ΔH＜0。

当改变某个条件并维持新条件直至达到新的平衡时，下表中关于新平衡与原平衡的比较正确的是（　　）

选项

改变条件

新平衡与原平衡比较

A

增大压强

N2的浓度一定减小

B

升高温度

N2的转化率减小

C

充入一定量H2

H2的转化率不变，N2的转化率增大

D

使用适当催化剂

NH3的体积分数增大

答案　B

解析　A项，正反应是气体体积减小的反应，依据勒·夏特列原理可知增大压强平衡向正反应方向移动，但氮气的浓度仍然比原平衡大，错误；B项，正反应是放热反应，则升高温度平衡向逆反应方向移动，氮气的转化率减小，正确；C项，充入一定量的氢气，平衡向正反应方向移动，氮气的转化率增大，而氢气的转化率减小，错误；D项，催化剂只能改变反应速率而不能改变平衡状态，错误。

1．分析化学平衡移动问题的注意事项

（1）平衡移动的结果只是减弱了外界条件的变化，而不能消除外界条件的变化。

（2）不要把v正增大与平衡向正反应方向移动等同起来，只有v正＞v逆时，才使平衡向正反应方向移动。

（3）同等程度地改变反应混合物中各物质的浓度时，应视为压强的影响。

（4）对于缩小体积增大压强，不管是否移动，各成分的浓度均增大，但增大的倍数可能不同也可能相同。

2．解答化学平衡移动类判断题的思维过程

关注特点—

―→分析条件（浓度、温度、压强等）

―→想原理（平衡移动原理）―→综合判断得结论

1．常见平衡图像类型

以可逆反应aA（g）＋bB（g）cC（g）　ΔH＝QkJ·mol－1为例

图像类型

实例

结论

含量－时间－温度（或压强）图像

曲线m用催化剂，n不用催化剂，或化学计量数a＋b＝c时曲线m的压强大于n的压强

含量－时间－温度（或压强）图像

T1＜T2

ΔH＞0

p1＞p2

a＋b＜c

转化率－时间－温度（或压强）图像

若a＋b＞c，则：

①p1＞p2＞p3

②ΔH＜0

若T1＞T2则

①ΔH＞0

②a＋b＞c

2.化学平衡中的特殊图像

以aA（g）＋bB（g）cC（g）　ΔH＝QkJ·mol－1为例

图像类型

特点

结论

如图所示曲线，是其他条件不变时，某反应物的最大转化率（α）与温度（T）的关系曲线

图中标出的1、2、3、4四个点中v正＞v逆的点是3，v正＜v逆的点是1,2、4点v正＝v逆

如图所示曲线，是随反应的进行，某反应物（或生成物）的百分含量与温度（T）的关系曲线

M点前，表示化学反应从反应物开始，则v正＞v逆；M点为刚达到平衡的点；M点后为平衡受温度的影响情况，即升高温度，A%增大（C%减小），平衡逆向移动，ΔH＜0

理解应用

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（下图中，p表示压强、T表示温度、n表示物质的量、t表示反应时间）：

根据以上规律判断（填“＞”“＝”或“＜”）：

（1）反应Ⅰ：

p2________p1，ΔH________0。

（2）反应Ⅱ：

T1________T2，ΔH________0。

（3）反应Ⅲ：

若T2________T1，ΔH________0。

（4）反应Ⅳ：

若T2________T1，ΔH________0。

答案　

（1）＞　＜　

（2）＞　＜　（3）＞　＞（或＜　＜）　（4）＞　＞（或＜　＜）

解析　

（1）对反应Ⅰ而言，增大压强，平衡向右移动，α（A）增大，所以p2＞p1；随温度升高，α（A）减小，平衡向左移动，则正反应是放热反应，ΔH＜0。

（2）在两种不同温度下，C的物质的量逐渐增大至达到平衡的过程。

T1温度下n（C）增加得快，且先达到平衡，说明T1＞T2，由T1→T2，降低温度，n（C）增大，说明平衡向右移动，ΔH＜0。

（3）随起始时n（B）的增大，两种不同温度下C的体积分数φ（C）先增大后减小。

T2时φ（C）高于T1时φ（C），可能有两种情况：

若T2＞T1，即升温平衡右移，ΔH＞0；若T2＜T1，即降温平衡右移，ΔH＜0。

（4）随压强的增大，A的平衡转化率不变，但T2时α（A）比T1时α（A）大。

若T2＞T1，则升温平衡右移，ΔH＞0；若T1＞T2，则升温平衡左移，ΔH＜0。

化学平衡图像分析“7”注意

（1）看清各坐标轴代表的量，弄清曲线表示的是哪些量之间的关系。

（2）注意曲线上的特殊点，例如：

由“起点”和“终点”的量来确定平衡是向正向还是逆向移动，“转折点”“拐点”表示量的突变，可用来确定外界条件对平衡的影响；“交叉点”表示量相同。

（3）注意曲线斜率的大小，即坡度的“平”与“陡”，例如：

时间作横轴，含量作纵轴，斜率大表示达平衡的时间短、速率大。

（4）注意弄清高温、高压时反应速率更快，有利于先达平衡，即“先拐先平”原则，也就是说其他条件不变时，在较高温度或较高压强的条件下，达到平衡所用的时间较短。

（5）注意分清曲线函数的递增性和递减性。

（6）注意运用图像中浓度（或物质的量）的变化来确定反应中化学计量数的关系，即化学计量数之比等于同一时间内各反应物、生成物的浓度（或物质的量）变化量之比。

（7）对时间—速率图像，注意分清曲线的连续性、跳跃性，是“渐变”还是“突变”，是“变大”还是“变小”，变化后是否仍然相等等情况，才可确定对应改变的条件是什么及如何改变。

1．工业上利用Ga与NH3高温条件下合成半导体材料氮化稼（GaN）固体同时有氢气生成。

反应中，每生成3molH2时放出30.8kJ的热量。

恒温恒容密闭体系内进行上述反应，下列有关表达正确的是（　　）

A．Ⅰ图像中如果纵坐标为正反应速率，则t时刻改变的条件可以为升温或加压

B．Ⅱ图像中纵坐标可以为镓的转化率

C．Ⅲ图像中纵坐标可以为化学反应速率

D．Ⅳ图像中纵坐标可以为体系内混合气体平均相对分子质量

答案　A

解析　A项，Ⅰ图像中如果纵坐标为正反应速率，升高温度或增大压强，反应速率增大，图像符合题意，正确；C项，Ga是固体，其质量不影响反应速率，错误；D项，反应方程式为2Ga（s）＋2NH3（g）2GaN（s）＋3H2（g）　ΔH＜0，相同压强下，升高温度，平衡逆向移动，平均相对分子质量增大；相同温度下，增大压强，平衡逆向移动，平均相对分子质量增大，错误。

2．在恒容密闭容器中通入X并发生反应：

2X（g）Y（g），温度T1、T2下，X的物质的量浓度c（X）随时间t变化的曲线如图所示，下列叙述正确的是（　　）

A．该反应进行到M点放出的热量大于进行到W点放出的热量

B．T2温度下，在O～t1时间内，v（Y）＝

mol·L－1·min－1

C．M点的正反应速率v正大于N点的逆反应速率v逆

D．M点时再加入一定量X，平衡后X的转化率减小

答案　C

解析　由图可知，温度为T1时先到达平衡，所以T1>T2，温度越高，平衡时X的物质的量浓度越大，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，升高温度平衡向吸热反应方向移动，故逆反应为吸热反应，正反应为放热反应。

进行到M点X的转化率较低，由于正反应是放热反应，所以反应进行到M点放出的热量少，故A错误；T2温度下，在O～t1时间内，X的浓度变化为：

c（X）＝（a－b）mol·L－1，则Y的浓度变化为c（Y）＝

c（X）＝

mol·L－1，所以v（Y）＝

mol·L－1·min－1，故B错误；根据图像可知，温度为T1时反应首先达到平衡状态；温度高反应速率快，到达平衡的时间少，则温度是T1>T2；M点温度高于N点温度，且N点反应没有达到平衡状态，此时反应向正反应方向进行，即N点的逆反应速率小于N点的正反应速率，因此M点的正反应速率大于N点的逆反应速率，故C正确；M点时再加入一定量X，达到的新平衡与原平衡比较，压强增大，增大压强平衡正移，则X的转化率增大，所以M点时再加入一定量X，平衡后X的转化率增大，故D错误。

3．（2019·三明模拟）向密闭容器中充入物质A和B，发生反应：

aA（g）＋bB（g）cC（g）。

反应过程中，在某一时刻，物质A的含量（A%）和物质C的含量（C%）随温度（T）的变化曲线如图所示，下列说法正确的是（　　）

A．该反应在T1、T3温度时达到化学平衡

B．该反应在T2温度时可能达到化学平衡

C．该反应的逆反应是放热反应

D．升高温度，平衡会向正反应方向移动

答案　B

解析　T2之前A%变小，C%从零逐渐增大，T2之后A%又逐渐增大，C%逐渐减小，说明T2之前反应没有到达平衡状态，而T2时恰好达到平衡状态，T2之后温度升高使平衡向逆反应方向移动，故该反应为放热反应。

4．（2020·郑州质检）用O2将HCl转化为Cl2，可提高效益，减少污染。

新型RuO2催化剂对上述HCl转化为Cl2的总反应具有更好的催化活性。

（1）实验测得在一定压强下，总反应的HCl平衡转化率随温度变化的αHCl－T曲线如下图：

则总反应的ΔH________（填“＞”“＝”或“＜”）0。

（2）在上述实验中若压缩体积使压强增大，请在上图画出相应αHCl－T曲线的示意图，并简要说明理由：

__________________________________________________________________。

（3）下列措施中，有利于提高αHCl的有______（填字母）。

A．增大n（HCl）B．增大n（O2）

C．使用更好的催化剂D．移去H2O

答案　

（1）＜　

（2）见下图

温度相同的条件下，增大压强，平衡右移，αHCl增大，因此曲线应在原曲线上方　（3）BD

解析　

（1）结合题中αHCl－T图像可知，随着温度升高，αHCl降低，说明升高温度平衡逆向移动，得出正反应方向为放热反应，即ΔH＜0。

（2）结合可逆反应2HCl（g）＋

O2（g）H2O（g）＋Cl2（g）的特点，增大压强平衡向右移动，αHCl增大，则相同温度下，HCl的平衡转化率比增压前的大，曲线如答案中图示所示。

（3）要提高αHCl，则采取的措施应使平衡2HCl（g）＋

O2（g）

H2O（g）＋Cl2（g）正向移动。

A项，增大n（HCl），则c（HCl）增大，虽平衡正向移动，但αHCl减小，错误；B项，增大n（O2）即增大反应物的浓度，αHCl增大，正确；D项，移去H2O即减小生成物的浓度，能使平衡正向移动，αHCl增大，正确；C项，使用更好的催化剂，只能加快反应速率，不能使平衡移动，错误。

1．（2019·海南，3）反应C2H6（g）C2H4（g）＋H2（g）　ΔH>0，在一定条件下于密闭容器中达到平衡。

下列各项措施中，不能提高乙烷平衡转化率的是（　　）

A．增大容器容积

B．升高反应温度

C．分离出部分氢气

D．等容下通入惰性气体

答案　D

2．（2019·浙江4月选考，17）下列说法正确的是（　　）

A．H2（g）＋I2（g）2HI（g），其他条件不变，缩小反应容器体积，正逆反应速率不变

B．C（s）＋H2O（g）H2（g）＋CO（g），碳的质量不再改变说明反应已达平衡

C．若压强不再随时间变化能说明反应2A（？

）＋B（g）2C（？

）已达平衡，则A、C不能同时是气体

D．1molN2和3molH2反应达到平衡时H2转化率为10%，放出的热量为Q1；在相同温度和压强下，当2molNH3分解为N2和H2的转化率为10%时，吸收的热量为Q2，Q2不等于Q1

答案　B

解析　A项，该可逆反应的反应前后气体的化学计量数不发生变化，当缩小反应容器体积，相当于加压，正逆反应速率同等程度增加，错误；B项，在建立平衡前，碳的质量不断改变，达到平衡时，质量不变，因而碳的质量不再改变说明反应已达平衡，正确；C项，若压强不再改变说明反应达到平衡，表明反应前后气体的化学计量数不等，故A、C可能均为气体，错误；D项，易知N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）　ΔH，合成氨气实际参与反应n（H2）＝3mol×10%＝0.3mol，因而Q1＝

×|ΔH|＝0.1|ΔH|，分解氨气时实际消耗的n（NH3）＝2mol×10%＝0.2mol，Q2＝

×|ΔH|＝0.1|ΔH|，则Q1＝Q2，错误。

3．[2019·全国卷Ⅱ，27（3）]环戊二烯容易发生聚合生成二聚体，该反应为可逆反应。

不同温度下，溶液中环戊二烯浓度与反应时间的关系如图所示，下列说法正确的是________（填标号）。

A．T1>T2

B．a点的反应速率小于c点的反应速率

C．a点的正反应速率大于b点的逆反应速率

D．b点时二聚体的浓度为0.45mol·L－1

答案　CD

解析　由相同时间内，环戊二烯浓度减小量越大，反应速率越快可知，T1

，可知二聚体的浓度为0.45mol·L－1，D项正确。

4．（2017·全国卷Ⅱ，27）丁烯是一种重要的化工原料，可由丁烷催化脱氢制备。

回答下列问题：

（1）正丁烷（C4H10）脱氢制1丁烯（C4H8）的热化学方程式如下：

①C4H10（g）===C4H8（g）＋H2（g）　ΔH1

已知：

②C4H10（g）＋

O2（g）===C4H8（g）＋H2O（g）　ΔH2＝－119kJ·mol－1

③H2（g）＋

O2（g）===H2O（g）　ΔH3＝－242kJ·mol－1

反应①的ΔH1为________kJ·mol－1。

图（a）是反应①平衡转化率与反应温度及压强的关系图，x______（填“大于”或“小于”）0.1；欲使丁烯的平衡产率提高，应采取的措施是________（填标号）。

A．升高温度B．降低温度

C．增大压强D．降低压强

（2）丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器（氢气的作用是活化催化剂），出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。

图（b）为丁烯产率与进料气中n（氢气）/n（丁烷）的关系。

图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势，其降低的原因是_________________________。

（3）图（c）为反应产率和反应温度的关系曲线，副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。

丁烯产率在590℃之前随温度升高而增大的原因可能是__________________________、_______________________________________________________________________________；

590℃之后，丁烯产率快速降低的主要原因可能是___________________________________。

答案　

（1）123　小于　AD

（2）氢气是产物之一，随着n（氢气）/n（丁烷）增大，逆反应速率增大

（3）升高温度有利于反应向吸热方向进行　温度升高，反应速率加快　丁烯高温裂解生成短碳链烃类

解析　

（1）根据盖斯定律，用②式－③式可得①式，因此ΔH1＝ΔH2－ΔH3＝－119kJ·mol－1－（－242）kJ·mol－1＝123kJ·mol－1。

由（a）图可以看出，温度相同时，由0.1MPa变化到xMPa，丁烷的转化率增大，即平衡正向移动，所以x<0.1。

由于反应①为吸热反应，所以温度升高时，平衡正向移动，丁烯的平衡产率增大，因此A正确、B错误；反应①正向进行时体积增大，加压时平衡逆向移动，丁烯的平衡产率减小，因此C错误、D正确。

（2）反应初期，H2可以活化催化剂，进料气中n（氢气）/n（丁烷）较小，丁烷浓度大，反应向正反应方向进行的程度大，丁烯产率升高；随着进料气中n（氢气）/n（丁烷）增大，原料中过量的H2会使反应①平衡逆向移动，所以丁烯产率下降。

（3）590℃之前，温度升高时反应速率加快，生成的丁烯会更多，同时由于反应①是吸热反应，升高温度平衡正向移动，平衡体系中会含有更多的丁烯。

而温度超过590℃时，丁烯高温会裂解生成短碳链烃类，使产率降低。